JP2740052B2 - タービン制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【産業上の利用分野】本発明は、負荷遮断後の過度の回
転数降下の防止および回転数の安定を図るタービン制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のタービン制御装置について図３を
参照して説明する。ボイラ１により作られた高圧蒸気
は、加減弁２により流量を調節され、高圧蒸気タービン
３を駆動する。その後、蒸気は再熱加熱器４により再び
加熱され、中間加減弁５を通って中圧タービン低圧ター
ビン６を駆動する。このようにしてタービンの動力で発
電機７を駆動し、電力を出力する。

【０００３】ここで、タービンの回転数および発電され
る電力は、主に加減弁２の調節により制御されるが、負
荷遮断時など加減弁２だけではタービンの加速度を抑え
ることができなくなったときは、中間加減弁５の調節に
よっても制御される。

【０００４】この中間加減弁５は、次のようにして制御
される。まず、タービン回転数が、速度センサ８により
検出され、加算器９に出力される。加算器９は、速度セ
ンサ８の検出値と定格速度設定値１０との偏差を演算す
る。この偏差に速度調定率１１が乗算され、この乗算値
が加算器１２に出力される。加算器１２では、さらに負
荷設定値１３と開方向バイアス１４を加え、これを流量
指令として関数発生器１５に出力する。そして関数発生
器１５において開度指令信号に変換する。

【０００５】次に、この開度指令信号は、加算器１６に
て中間加減弁油筒１７の開度との偏差が演算され、この
偏差に制御ゲイン１８が乗算される。さらに、この制御
ゲイン１８の乗算値は、サーボ機構１９に出力される。
これにより、開度指令信号に基づき中間加減弁油筒１７
を駆動し、中間加減弁５を所定の開度に制御する。

【０００６】ところで、負荷遮断時などの急激なタービ
ンの加速時においては、タービン回転数の上昇に比例し
て、開度指令信号が急激に閉方向に変化する。ところ
が、前記した中間加減弁５の制御回路では、サーボ機構
１９および中間加減弁油筒１７による機械的な遅れのた
め中間加減弁５の動作に時間を要する。そこで、次のよ
うに中間加減弁５の急速作動制御をしてタービンの加速
度を防止する。即ち、まず、この制御では、比較器２０
において開度指令信号と中間加減弁５の開度との偏差の
閉方向偏差大の条件を検出する。この検出値をオフディ
レイタイマ２１を通して急速作動電磁弁２２を励磁す
る。これにより、中間加減弁油筒１７の制御油を抜き、
中間加減弁５を強制的、かつ、急速に全閉にして蒸気を
遮断する。

【０００７】なお、図中、中間加減弁５は、１個のみで
表示しているが、実際には複数個を備えており、中間加
減弁５に対応してオフディレイタイマ２１、急速作動電
磁弁２２、中間加減弁油筒１７も中間加減弁５と同数だ
け備えている。このために比較器２０で、閉方向偏差大
の条件が解けたときには、複数個の急速作動電磁弁２２
をオフディレイタイマ２１により順次無励磁として中間
加減弁５を順次開動作させる。この動作により、複数個
の急速作動電磁弁２２が同時に無励磁にされることがな
いから中間加減弁油筒１７への制御油の同時供給もな
く、制御油の油圧低下が防止される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のタービン制御装置には、次の問題がある。

【０００９】まず、図４（ａ）に示す負荷の大きい場合
を参照して説明すると、ｔ０時点で負荷遮断が発生し
て、タービンのスピードは急速に上昇する。これに伴
い、開度指令信号は、全閉方向へ（０％方向）へ移行す
るが、ｔ１時点で閉方向偏差大の条件となり、急速作動
電磁弁２２が励磁される。さらに、開度指令信号は、０
％より全閉方向に大きくなっているが、中間加減弁５は
未だ全閉していない。このため閉方向偏差大の条件の出
力を保持する。

【００１０】やがて、タービン回転数が降下するため閉
方向偏差大の条件がｔ２時点で解ける。これにより、開
度指令信号に移行してオフディレイタイマ２１がカウン
トを開始し、このカウントが終了したｔ３時点で急速作
動電磁弁２２が無励磁となるため、ここで初めて中間加
減弁５の開動作が可能となる。ところが、このｔ３時点
では、タービンの回転数が大きく降下しており、このと
きから中間加減弁５を開方向に制御しても、直ちにター
ビン回転数を上昇させることができない。特に、発電機
がある程度の負荷があるときには、タービン回転数が定
格値よりも大きく下回る。このために周波数の低下によ
る発電機保護回路が作動して、タービン発電機をトリッ
プさせる事態が生じるという問題がある。

【００１１】また、負荷遮断後、発電機７の負荷がほと
んど無い場合は、図４（ｂ）に示す如く、ｔ１時点から
ｔ２時点で各動作をした後に、ｔ３時点で急速作動電磁
弁２２を無励磁にして中間加減弁５の開方向制御を開始
すると、再熱加熱器４の残留蒸気が一挙にタービンに流
入し、タービン回転数を急激に増加させる。このため開
度指令信号が閉方向に急激に変化するが、中間加減弁５
の実開度は、この指令に追従できず閉方向偏差大の条件
が発生する。そして、ｔ４時点にて再び急速作動電磁弁
２２を励磁させ、その後ｔ５時点で急速作動電磁弁２２
が無励磁とする。このようなことから図４（ｂ）に示す
如く、タービンの回転数が不安定となるという問題があ
る。

【００１２】そこで、本発明は、負荷遮断後のタービン
回転数の不安定を防止することができるタービン制御装
置を提供することを目的とする。

【００１３】［発明の構成］

【課題を解決するための手段】本発明は、タービン回転
数と目標回転数との偏差信号に基づいて中間加減弁に開
度指令信号を出力する開度指令信号出力手段と、この開
度指令信号を所定の下限値で制限する開度指令値リミッ
ト手段と、開度指令値リミット手段で制限された開度指
令信号と中間弁の開度とを比較して閉方向偏差大の条件
を検出する比較手段と、この閉方向偏差大の条件の検出
により中間加減弁を強制的に所定の時間全閉にする中間
加減弁強制全閉手段と、この強制的全閉動作終了後の中
間加減弁の開方向動作開始を検出する開方向動作開始検
出手段と、この開方向動作開始検出後の所定の時間には
中間加減弁の強制的全閉動作を禁止する手段とを設けて
いる。

【００１４】

【作用】上記構成により、負荷遮断時、タービンの回転
数が必要以上に降下することがない。また、負荷遮断時
の中間加減弁の強制的全閉後の再開方向動作時にタービ
ンの回転数が不安定となることを防止することができ
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１６】図１は、本発明の一実施例を示すタービン
制御装置のブロック構成図である。図３と同一符号は、
同一部分または相当部分を示す。図３と異なる点は、関
数発生器１５の代わりに下限リミッタ付関数発生器２３
を備える一方、リミットスイッチ２４、シングルショッ
トタイマ２５、ＮＯＴ回路２６およびＡＮＤ回路２７を
追加した点である。本実施例では、中間加減弁５の全閉
時に開度指令信号が下限側で制限され、開度指令信号と
中間加減弁５の開度との偏差が大きくならないようにし
ている。また、中間加減弁５の全閉状態から開方向に移
行したとき、中間加減弁５の強制全閉を所定の時間だけ
禁止している。

【００１７】ここで、下限リミッタ付関数発生器２３
は、開度指令信号を全閉側で所定の下限値に制限する。
リミットスイッチ２４は、中間加減弁５の全閉状態から
開方向時に作動して、その作動信号を出力する。シング
ルショットタイマ２５は、リミットスイッチ２４の作動
信号を出力して、所定時間のパルスを出力する。ＮＯＴ
回路２６は、シングルショットタイマ２５のパルスを反
転して出力する。ＡＮＤ回路２７は、比較器２０の出力
とＮＯＴ回路２６のパルスとを入力して、ＡＮＤ条件成
立により、オフディレイタイマ２１に出力する。

【００１８】上記構成で、まず、図２（ａ）に示す負荷
が大きい場合を参照して説明すると、負荷遮断等が発生
してタービンスピードがｔ０時点で１００％オーバして
急上昇する。このため加算器１２からの中間加減弁流量
指令は全閉以下のマイナス値に急降下する。下限リミッ
タ付関数発生器２３では、この流量指令を所定の下限値
でカットして、開度指令信号として出力する。

【００１９】ところで、下限リミッタ付関数発生器２３
からの開度指令信号は、中間加減弁５を完全に閉じるた
めにはある程度マイナスの値を持つ必要がある一方、中
間加減弁５の全閉時に開度指令信号と中間加減弁５の開
度との偏差が大きくならないように上記下限値は設定し
ている。このため、ｔ１時点で中間加減弁開度指令は０
％となるが、僅かマイナスの値でリミットされる。

【００２０】次に、上記ｔ１時点で比較器２０が閉方向
偏差大の条件を検出して、急速作動電磁弁２２が励磁さ
れる。これにより、中間加減弁油筒１７の制御油を抜
き、中間加減弁５を強制的に全閉にして蒸気を遮断す
る。

【００２１】その後、ｔ２時点で閉方向偏差大の条件が
解け、これによりオフディレイタイマ２１がカウントを
開始する。そして、オフディレイタイマ２１のカウント
アップしたｔ３時点で急速作動電磁弁２２を無励磁とす
る。この結果、直ちに中間加減弁５を開方向制御に移行
する。

【００２２】やがて、タービンの回転数が降下すると、
開度指令信号が開方向の値になり、直ちに中間加減弁５
が開動作するから必要以上にタービンの回転数が降下す
ることがない。

【００２３】次に、上記ｔ３時点で急速作動電磁弁２２
がリセットされた後の作用を図２（ｂ）に示す負荷が小
さい場合を参照して説明する。中間加減弁５が再び開方
向の動作を開始すると、リミットスイッチ２４が作動信
号をシングルショットタイマ２５に出力する。これによ
り、シングルショットタイマ２５は、所定時間だけパル
スを出力する。このパルスは、ＮＯＴ回路２６によって
反転され、ＡＮＤ回路２７に出力される。ここで、例え
ば、比較器２０にてｔ４時点に閉方向偏差大の条件が検
出され、この検出信号がＡＮＤ回路２７に出力される。
ところが、ＡＮＤ回路２７では一方にＮＯＴ回路２６か
らの反転された信号が入力されているためＡＮＤ条件が
成立しない。従って、オフディレイタイマ２１を作動さ
せることなく、急速作動電磁弁２２の無励磁状態を保
つ。

【００２４】その後、ｔ５時点で、シングルショットタ
イマ２５の出力がなくなると、ＡＮＤ回路２７のＡＮＤ
条件が成立し、急速作動電磁弁２２の励磁の禁止状態は
解除される。

【００２５】このように中間加減弁５が開動作を開始し
たｔ４時点から所定時間後のｔ５時点まで、閉方向偏差
大の条件による急速作動電磁弁２２の励磁を禁止するこ
とができる。このため中間加減弁５が再び開動作する際
に残留再熱蒸気流入によってタービン回転数が急増して
も、これによって、急速作動電磁弁２２は直ちに再励磁
されることがなく、タービン回転数を安定して制御する
ことができる。

【００２６】以上のように負荷遮断時にタービン回転数
が必要以上に降下をすることがない。また、中間加減弁
５が再開方向動作するとき急速作動電磁弁２２が再励磁
されないからタービン回転数が不安定にならない。

【００２７】なお、本実施例では、中間加減弁の開方向
動作の開始の検出にリミットスイッチを使用したが、比
較器に開度指令信号を入力することでも検出できる。ま
た、中間加減弁の開方向動作の開始信号の代わりに急速
作動電磁弁の励磁信号をＮＯＴ回路を介して反転して使
用しても同様に実施することができる。さらに、中間加
減弁の急閉後は、中間加減弁の全閉の開度指令になるま
では急速作動電磁弁の励磁を禁止することでも同様の効
果を得ることができる。また、本実施例では、火力発電
所に適用した場合について説明したが原子力発電所その
他の蒸気タービンの制御装置にも適用できることは明ら
かである。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、負
荷遮断時にタービン回転数が必要以上降下をすることな
い。また、中間加減弁の再開方向動作時に所定時間だけ
中間加減弁を強制全閉にしないからタービン回転数を安
定に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すタービン制御装置のブ
ロック構成図である。

【図２】同装置の負荷遮断時の動作を示す説明図であ
る。

【図３】従来例を示すタービン制御装置のブロック構成
図である。

【図４】同装置の負荷遮断時の動作を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１ ボイラ ２ 加減弁 ３ 高圧蒸気タービン ５ 中間加減弁 ６ 中圧タービン低圧タービン ７ 発電機 ８ 速度センサ １０ 定格速度設定値 ２０ 比較器 ２２ 急速作動電磁弁 ２３ 下限リミッタ付関数発生器 ２５ シングルショットタイマ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タービン回転数と目標回転数との偏差信
   号により加減弁および中間加減弁を制御するタービン制
   御装置において、前記偏差信号に基づいて前記中間加減
   弁に開度指令信号を出力する開度指令信号出力手段と、
   この開度指令信号出力手段の開度指令信号を所定の下限
   値で制限する開度指令値リミット手段と、この開度指令
   値リミット手段で制限された開度指令信号と前記中間加
   減弁の開度信号とを比較して閉方向偏差大の条件を検出
   する比較手段と、この比較手段の閉方向偏差大の条件の
   検出により前記中間加減弁を強制的に所定の時間全閉に
   する中間加減弁強制全閉手段と、この中間加減弁強制全
   閉手段による強制的全閉動作終了後の前記中間加減弁の
   開方向動作開始を検出する開方向動作開始検出手段と、
   この開方向動作検出手段の検出後の所定の時間だけ前記
   中間加減弁強制全閉手段による前記中間加減弁の全閉動
   作を禁止する手段とを備えたことを特徴とするタービン
   制御装置。