JP2749977B2

JP2749977B2 - タービン弁テスト装置

Info

Publication number: JP2749977B2
Application number: JP2212732A
Authority: JP
Inventors: 秀峰 ▲高▼田; 道行庄野; 大作平田; 英晃江本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1990-08-10
Filing date: 1990-08-10
Publication date: 1998-05-13
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: JPH0495849A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、蒸気タービンに適用されるタービン弁テス
ト装置に関する。

従来の技術高速回転するタービンにとって最も危険な状態は回転
数が定格速度を上回るオーバスピード状態になることで
ある。そのため、特に大型の蒸気タービンにおいては、
弁テストと称して、蒸気供給弁を運転中に実際に１台ず
つ閉じてみて、危険な事態に遭遇した時に確実に閉止で
きる状態にあることを定期的に、たとえば１ヶ月毎に確
認するようにしている。

大型蒸気タービンの場合、蒸気弁は、複数台が並列に
配設されており、このうち１台を全閉しても、タービン
が停止してしまうことはなく、蒸気は他の弁へ配分され
て供給されるので、タービン出力（発電用ならば発電
量）は僅かしか変動しない。しかし、その僅かな変動を
も抑制するために、第３図のような回路構成を有するテ
スト装置にて弁テストが行われている。

第３図に示したテスト装置では、テスト装置では、全
弁開度指令１が加算器２を経て、一方では加算器３を通
って被テスト弁開度指令４となり、他方では他弁開度指
令５となって、それぞれ被テスト弁６及び他弁７に送ら
れ、被テスト弁蒸気８及び他弁蒸気９が制御されて蒸気
タービン10に供給される。加算器2,3には弁テスト開始
指令11によって閉作動されるスイッチ12,13が設けられ
ていて圧力コントローラ14の出力及びテスト信号15を受
けるよう接続されている。圧力コントローラ14は圧力セ
ンサ16からタービン内圧力を表す圧力信号17を減算器18
を介して受けるよう接続され、その減算器18には設定値
19を受けるようにされている。

弁テスト前は、スイッチ12,13は共に開となってお
り、したがって、被テスト弁６及び他弁７は同じ全弁開
度指令１で駆動されている。実際には、各弁には開度特
性が設定されており、同じ開度指令値が入力されても弁
毎に開度が異なることがある。第３図では、この開度特
性は被テスト弁６及び７を示す記号の中に含まれている
ことになる。又、同図では、弁は２台しか示されていな
いが、他弁７はテストしない弁をまとめて１台で示して
いる。

さて、テストは、弁テスト開始指令11によってスイッ
チ12,13を閉とし、テスト信号15を加算器３を介して被
テスト弁６に送ることによって行う。このテスト信号15
は、被テスト弁６を一旦全閉とし、それから再び開いて
いくようなパターンである。

被テスト弁６が一旦全閉してテスト状態となることに
より、タービン出力は僅かに減少するが、これをたとえ
ば圧力センサ16によってタービン内圧力の変化として検
出する。

検出された圧力信号17は、その設定値19と減算器18に
て比較され、その差が圧力コントローラ14にて比例積分
演算され、スイッチ12及び加算器２を介して全弁開度指
令１に加えられる。すなわち、被テスト弁６の閉により
蒸気圧力が低下すると、圧力コントローラ14の出力は増
大し、被テスト弁開度指令４及び他弁開度指令５は共に
被テスト弁６及び他弁７を開方向に駆動する指令とな
る。

しかし、被テスト弁６については、テスト信号15のた
めに結局全閉してしまうが、他弁７は圧力が一定となる
ように開くことになる。

続いて、被テスト弁６の全閉が確認されると、テスト
信号15のパターンに従って被テスト弁６は開指令を受
け、開いていく。この被テスト弁６が開となることによ
り、今度は蒸気圧力が上昇することになり、圧力コント
ローラ14からは閉方向の指令が出され、他弁７は閉じる
方向へ向かう。

被テスト弁６が元の開度に戻ればテストは終了し、ス
イッチ12,13は開にされる。

第４図は、第３図のテスト装置にて弁テストを行った
場合の各信号の時間変化を示している。横軸が時間を示
し、時刻T₀において弁テストを開始している。

テスト信号15は弁テスト開始と同時に一旦減少し、再
び元へ戻るパターンを有している。これに応じて、被テ
スト弁６の被テスト弁開度指令４は全閉に至り、又、元
の開度へ戻る。

このとき、タービン内蒸気圧力は外乱を受けて、圧力
信号17は変動する。通常はまず降下する。しかし、弁か
らタービンへ至る管路構成及びタービン内流路構成によ
っては最初に上昇する場合もある。

信号20は圧力コントローラ14の出力信号であり、圧力
信号17が一定となるよう比例積分制御する信号である。
出力信号20は加算器２によって全弁開度指令１に加算さ
れるが、ここでは全弁開度指令１は一定であるとしてい
る。すなわち、テスト対象でない他弁７に対する開度指
令の変動パターンは出力信号20のそれと同一となる。一
方、被テスト弁６に対する被テスト弁開度指令４は、加
算器３にてテスト信号15が加算されるため、図示のよう
に全閉に至り、弁テストの目的である弁の閉止を確認で
きる。

発明が解決しようとする課題上述のように、従来のタービン弁テスト装置では、タ
ービン出力については単一のフィードバック制御ループ
を構成して補償しているのみであり、しかもフィードバ
ックされているのはタービン出力信号そのものではな
く、代替のタービン内圧力である。このため、従来の装
置では以下のような問題がある。

（１）従来装置では圧力信号17によってタービン出力を
モニタし、圧力コントローラ14でフィードバック制御す
るようにしているが、実際に圧力信号17が変化しない
と、出力信号20が変化しないので、この遅れのため、圧
力、すなわち出力が僅かとは言え、かならず変動するこ
とになる。

（２）圧力コントローラ14の出力信号20は被テスト弁６
への被テスト弁開度指令４にも加算されるため、図示の
如く、被テスト弁６の開度は直線的には変化せず、その
ため、被テスト弁６の全閉している時間が場合によって
異なり、弁テストに要する時間も一定しない。又、テス
ト信号15もこの点の余裕を見て設定することになるの
で、弁テスト時間が必要以上に長くなり、タービン出力
が変動する時間も長くなる。

本発明は上記事情にかんがみてなされたもので、上記
問題を解消したタービン弁テスト装置を提供することを
目的とする。

課題を解決するための手段上記目的に対し、本発明によれば、被テスト弁に対す
る開度指令を予め設定されたパターンで出力するテスト
信号発生部と、被テスト弁以外の弁に対して弁テストに
よって生じるタービン出力の変動を相殺できるパターン
の開度指令を出力する出力調整部とからなり、該出力調
整部の出力信号は前記被テスト以外の弁の弁開度、弁入
口蒸気圧力、タービ内部蒸気圧力及びタービン排気圧力
による多変数のフィードバックループとし、そのフィー
ドバックゲインは弁テスト所要時間帯を含む有限時間帯
に対して最適レギュレータ理論を適用して決定した、タ
ービン弁テスト装置が提供される。

作用上記手段によれば、被テスト弁に印加される開度指令
はタービン出力とは無関係な所定のパターンに従ってお
り、被テスト弁を一旦全閉し、又、元へ戻すよう働く。
一方、他の弁に印加される開度指令は被テスト弁が所定
のパターンで動作することを前提に、タービン出力の変
動が最小となるような弁開度パターンを実現している。

実施例以下第１図及び第２図を参照しつつ本発明の好適な実
施例について詳述する。なお、第１図において、第３図
に示したものと同一の部分については同一の符号を付し
てある。

第１図において、符号21が弁テスト装置であり、これ
はテスト信号発生部22と出力調整部23とから構成され
る。テスト信号発生部22は出力信号である被テスト弁開
度指令４を被テスト弁６に直接印加し、出力調整部23は
他弁開度24、他弁入口蒸気圧力25、タービン内部蒸気圧
力26及びタービン排気圧力27を受けて出力信号である他
弁開度指令５をテストされない他弁（複数個の場合もあ
る）７に印加する。

被テスト弁６を流れる被テスト弁蒸気８と他弁７を流
れる他弁蒸気９とは蒸気タービン10に流入する。この蒸
気タービン10には負荷（たとえば発電機）28が接続され
ており、タービン出力を負荷28に伝達する。

テスト信号発生部22からは、第４図に示した従来のテ
スト信号15に相当する被テスト弁開度指令４が発生され
る。すなわち、被テスト弁６を一旦全閉し、又、元へ戻
すような信号パターンで発生される。出力調整部23から
は、被テスト弁６がテスト信号である被テスト弁開度指
令４に従って動くとした時に、タービン出力変動が最小
となるような信号パターンの出力信号が他弁開度指令５
として発生される。この他弁開度指令５に従って他弁７
が制御されることにより、弁テスト時のタービン出力変
動は最小となる。

なお、別の弁をテストする時には、出力調整部23に設
定される最適フィードバックゲインのパターンを弁毎に
取り換えることにより、いずれの弁をテストする時にも
タービン出力変動を最小とすることができる。

第２図は本発明装置による弁テスト時の各信号のタイ
ムチャートを示す。

弁テストは時刻T₀から開始し、テスト信号発生部22は
被テスト弁開度指令４を出して被テスト弁６を図示して
パターンで閉・開する。一方、他弁７は出力調整部23か
らの他弁開度指令５に従って動くが、この動きは、被テ
スト弁開度指令４のパターンを前提にタービン出力の変
動が最小となるように予め計算された裁定フィードバッ
クゲインのパターンによるため、結果として、タービン
出力はほとんど変動しない。

又、弁テストを行う時のタービン出力帯域が異なる場
合には、その帯域に応じた最適フィードバックゲインの
パターンに入れ換えてテストを行う。なお、弁テストを
行わない通常時は、全弁開度指令１が直接各弁へ至るよ
うに、スイッチ等にて切り換えられる。

上述の如く出力調整部３に設定されている最適フィー
ドバックゲインは、最適レギュレータの理論を用いて、
被テスト弁とタービン出力帯域に応じて予め必要な数の
パターンを計算しておき、実際にテストを実施する時の
被テスト弁とタービン出力帯域によって切換えて用い
る。現実には、弁テストを行うタービン出力帯域は、プ
ラント毎に一定していることが多い。なお、タービン出
力帯域は、第１図においては、全弁開度指令信号１によ
って代表されている。

以下に、最適レギュレータ理論の一般的な説明を行
う。対象となるシステムの数式表現を（１），（２）式
とする。

ｘ _i+1＝Ａｘ _ｉ＋Ｂu_i （１） y_i+1＝Ｃｘ _i+1 （２）ここに、下線の文字は、大文字は行列、小文字はベク
トルを示す。添字ｉは離散化された時間をい示し、ｉ＋
１が現時点、ｉが１サンプルステップ過去を示す。ｘは
対象システムの状態を表すベクトルで、テスト対象でな
い各弁についての他弁再度、弁入口蒸気圧力、タービン
内部蒸気圧力及びタービン排気圧力が要素として含まれ
る。ｕは入力（ここでは他弁開度指令）、ｙは出力（こ
こではタービン出力）、Ａ，Ｂ，Ｃは対象システムを表
現する係数行列である。

今、評価関数として次のＪを設定する。

ここに、弁テスト所要時間帯を含む適当な時間帯をｉ
＝０からｉ＝ｋとする。αは正定数で、これを小さく設
定すると、タービン出力の変動が大きくなる（抑制が効
かない）傾向となる。

最適レギュレータの目的は、時間ｉ＝０〜ｋの間にお
いて、Ｊの値が最小となるような入力u_iの数列:u₀〜u_k
を求めることであり、数学的処理により次のようにな
る。

u_i+1＝Ｋ _i+1 ｘ _i+1 （４）Ｋ _i+1＝−（α＋Ｂ ^ＴＰ _i+1 Ｂ）^-1 Ｂ ^ＴＰ _i+1 Ａ
（５）Ｋを最適フィードバックゲインと称し、Ｐは次の漸化
式により、時刻ｋからの０へ逆順に求められる。

Ｐ _ｉ＝Ｃ ^ＴＣ＋Ａ ^ＴＰ _i+1｛Ａ−Ｂ・（α＋Ｂ ^ＴＰ _i+1 Ｂ）^-1 Ｂ ^ＴＰ _i+1 Ａ｝（６）Ｐ _ｋ＝０（７）ここに、０は全要素が０の行列を示し、肩字Ｔは転置
行列を、−１は逆行列を示す。

（４）式より、他弁開度指令５は、実際の弁開度、各
部圧力の信号（24〜27）に、最適フィードバックゲイン
Ｋを乗じて得られる。Ｋは、（５），（６），（７）式
より、時間ｉ＝０〜ｋに従って変化するパターンとな
る。

発明の効果本発明によれば、被テスト弁は常に同じパターンで閉
・開されるので、弁テスト時間が常に同じであり、他弁
の動きに影響されないので、そのための余裕をみる必要
がなく、弁テスト時間は従来より短い時間となる。

他弁は、被テスト弁の閉・開によって生じるタービン
出力変動を相殺するパターンとして予め決定されたフィ
ードバックゲインが乗じられた多変数のフィードバック
信号より計算された弁開度が与えられるので、テスト時
のタービン出力変動は最小に抑制される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるタービン弁テスト装置の構成及び
タービンとの接続を示す図、第２図は本発明による弁テ
スト時の各信号の時間変化を示す図、第３図は従来の弁
テストに係る回路ブロック図、第４図は従来の回路によ
る弁テスト時の各信号の時間変化を示す図である、１……全弁開度指令、４……被テスト弁開度指令、５…
…他弁開度指令、６……被テスト弁、７……他弁、８…
…被テスト弁蒸気、９……他弁蒸気、10……蒸気タービ
ン、11……弁テスト開始指令、21……弁テスト装置、22
……テスト信号発生部、23……出力調整部、24……他弁
開度、25……他弁入口蒸気圧力、26……タービン内部蒸
気圧力、27……タービン排気圧力、28……タービン負
荷。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被テスト弁に対する開度指令を予め設定さ
れたパターンで出力するテスト信号発生部と、被テスト
弁以外の弁に対して弁テストによって生じるタービン出
力の変動を相殺できるパターンの開度指令を出力する出
力調整部とからなり、該出力調整部の出力信号は前記被
テスト以外の弁の弁開度、弁入口蒸気圧力、タービン内
部蒸気圧力及びタービン排気圧力による多変数のフィー
ドバックループとし、そのフィードバックゲインは弁テ
スト所要時間帯を含む有限時間帯に対して最適レギュレ
ータ理論を適用して決定した、タービン弁テスト装置。