JP2895931B2 - 蒸気タービンの制御方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は発電用蒸気タービンに係り、特に負荷しゃ断
後の蒸気タービンの回転数を安定に整定させるに好適な
蒸気タービンの制御方法および装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の蒸気タービンの制御方法および装置を第６図か
ら第８図により説明する。

第６図は従来の発電用蒸気タービンを例示する構成図
である。第６図において、蒸気発生器１を出た蒸気は主
蒸気止め弁２と蒸気加減弁３を通って高圧タービン４へ
導かれる。高圧タービン４を出た蒸気は湿分分離器５で
湿分を分離されたのち再熱蒸気止め弁６とインターセプ
ト弁７を経て低圧タービン８へ導かれる。低圧タービン
８を出た蒸気は復水器９で復水したのち蒸気発生器１へ
導かれる。

この構成の発電用蒸気タービンにおいて、発電機10の
負荷が急激に減少すると、出力と負荷にアンバランスが
生じ、それまで電気エネルギーに変換されていた蒸気の
持つ熱エネルギーのうち、出力と負荷の差のアンバラン
ス分がタービンに運動エネルギーとして与えられる。こ
の結果で発電機10の回転数は上昇し、その回転数上昇に
よる発生応力がタービンの軸や翼等の強度を上回ること
により、軸切損や翼飛散等の重大事故を招く恐れがあ
る。このような重大事故を防止するために、従来の蒸気
タービンには発電機10の負荷が急減した場合に、通常の
制御機構以外に蒸気加減弁３とインターセプト弁７を急
閉させる機構が設置されている。

第７図は第６図の蒸気タービンの制御装置を例示する
ブロック図である。第７図において、負荷制御器11は負
荷設定器12と切換スイッチ13からなり、負荷設定器12か
らの負荷設定信号は切換スイッチ13の接点ａ−ｂを経
て、速度制御器14からの信号と共に加算器15に入力され
る。加算器15では連度制御器14と負荷制御器11の信号が
加算され、演算器16と信号変化率制限器17を経たのち、
インターセプト弁の開閉動作を指示するインターセプト
弁開度要求信号として加算器18に入力される。加算器18
ではインターセプト弁実開度信号が正負を逆にして加算
され、その加算器18の出力信号がインターセプト弁駆動
装置19に出力される。この加算器18の出力信号はまたイ
ンターセプト弁急閉装置20にも出力されている。インタ
ーセプト弁急閉装置20は加算器18の出力すなわちインタ
ーセプト弁開度要求信号とインターセプト弁７の実開度
の差がインターセプト弁閉方向（すなわちインターセプ
ト弁開度要求信号よりインターセプト弁実開度が大）の
場合に、その差がある規定値ｘ以上あり、かつタービン
の負荷である中間蒸気圧力がある規定値ｙ以上あるとき
に、インターセプト弁７に急閉信号に出してインターセ
プト弁７を急閉させる機能を持つ。速度制御器14と負荷
制御器11の出力信号はまた蒸気加減弁制御装置21にも出
力される。パワーロードアンバランスリレー22にはター
ビンの負荷である中間蒸気圧力と発電機出力信号が入力
されている。

第８図は第６図および第７図の負荷しゃ断後のタービ
ンの挙動および制御装置の動作状態を示す説明図であ
る。第８図において、第６図のタービンの発電機10に負
荷しゃ断が生じると、発電機出力と中間蒸気圧力との間
にある規定値以上の偏差が生じることにより、第７図の
制御装置のパワーロードアンバランスリレー22が“ON"
すなわち動作する。パワーロードアンバランスリレー22
は動作すると蒸気加減弁急閉信号を出し、蒸気加減弁３
を急閉させると共に、負荷制御器11の切換スイッチ13の
接点ａ−ｃに切り換えて負荷設定信号を“0"にする。ま
た負荷設定器12の設定値を負荷しゃ断後の設定値なすわ
ち所内負荷設定値にする。負荷しゃ断が生じると第８図
のようにタービン回転数がいったんは増加する。そのた
めインターセプト弁開度要求信号はインターセプト弁閉
方向への信号となるが、インターセプト弁７の実開度と
の偏差が大きいので、上記のインターセプト弁急閉装置
20が動作することにより、インターセプト弁７は急閉し
て全閉となる。上記のように蒸気加減弁３およびインタ
ーセプト弁７が急閉するため、タービンに蒸気が供給さ
れなくなるので、第８図のようにタービンの回転数が下
がってくる。ついで速度が下がりすぎないようにインタ
ーセプト弁７が開きはじめ、いったんはある回転数でほ
ぼ整定する。ついでインターセプト弁７が開することに
より、中間蒸気圧力が下がって、パワーロードアラバラ
ンスリレー22がリセットされ、切換スイッチ13が接点ａ
−ｂに切り換わり、所定負荷設定値のものでタービンは
制御される。しかし負荷しゃ断後のタービンの回転数は
第８図のように後述するインターセプト弁７の急閉のく
り返しにより、変動して不安定な状態が続くことがあ
る。

なお、従来のこの種の蒸気タービンの制御方法および
装置として関連するものには、例えば米国特許第360161
7号、特開昭58−104307号、特開昭63−243407号公報等
が挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は負荷しゃ断時のパワーロードアンバラ
ンスリレー22のリセット後のインターセプト弁７および
蒸気加減弁３に入力される負荷設定信号が零から瞬時に
切り換わることに伴うインターセプト弁７の挙動の制御
性についての配慮がされておらず、負荷しゃ断後のター
ビンの回転数が第８図のように変動して不安定な状態が
続くことがある。

第９図は第６図および第７図の負荷しゃ断時のタービ
ンの挙動および制御装置の動作を示す詳細説明図であ
る。第９図において、負荷しゃ断後のパワーロードアン
バランスリレー22のリセット時に、それまで負荷設定信
号が零で制御されていたインターセプト弁７に瞬時に予
め定められた負荷設定信号が入力される。これによりイ
ンターセプト弁７の実開度（実線）に対して、インター
セプト弁開度要求信号（破線）が大となる。したがって
インターセプト弁７はこの開度要求信号に追従して開す
るが、そのさいインターセプト弁自体の流量特性および
インターセプト弁７の機械的な駆動部の制御特性上の遅
れにより徐々にその開度要求信号に近づきやがて一致す
るが、その後には開度要求信号に対してインターセプト
弁実開度がインターセプト弁７の機械的な駆動部の慣性
力および制御上の遅れにより大となる。その結果でター
ビン回転数は第９図のように増加するため、インターセ
プト弁開度要求信号はインターセプト弁実開度に対して
インターセプト弁閉方向への信号となる。これによりイ
ンターセプト弁実開度とインターセプト弁開度信号に第
９図のように規定値以上の偏差が生じ、上記のインター
セプト弁急閉装置20が作動して、そのためインターセプ
ト弁７は急閉し、したがってタービン回転数が下がる。
その後は第８図のようにタービン回転数が下がるとイン
ターセプト弁開度要求信号は再び開信号となって再びイ
ンターセプト弁７は開するが、上記のインターセプト弁
急閉を数回くり返したのちタービンは整定する。しかし
その間にタービン回転数は第８図のように増加と減少を
くり返すため、タービンロータに応力が生じてタービン
使用寿命に悪影響を与え、またタービン回転数が整定す
るまでタービンの制御が不安定となるためプラント運用
上の信頼性が低下するなどの問題がある。

本発明は負荷しゃ断時のパワーロードアンバランスリ
レーのリセット後にインターセプト弁が急閉をくり返す
ことなく、タービンを安定に制御してタービン回転数を
整定させうる蒸気タービンの制御方法および装置を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の蒸気タービンの制
御方法および装置は、上記従来装置で負荷しゃ断後のパ
ワーロードアンバランスリレーのリセット時の負荷設定
を瞬時に変化させることなく、インターセプト弁要求開
度と実開度との偏差を小さくするように制御する負荷設
定信号調整器を負荷制御器に付加したものである。

〔作 用〕

上記蒸気タービンの制御方法および装置は、負荷しゃ
断後のタービン整定回転時に要求される負荷制御器の負
荷設定値に対して、負荷設定信号調整器で負荷設定をイ
ンターセプト弁が追従できる上昇レートにすることによ
り、インターセプト弁の急閉くり返しを防いで安定にタ
ービンを制御することができる。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を第１図から第５図により説
明する。

第１図は本発明による蒸気タービンの制御方法および
装置の一実施例を示すブロック図である。第１図の蒸気
タービンの制御装置は第７図の従来例の負荷制御器11に
負荷設定信号調整器23を追加したものである。この負荷
設定信号調整器23はパワーロードアンバランスリレー20
が動作したのちリセットされた瞬間からインターセプト
弁急閉装置20が作用しない上昇割合で零から１に増加す
る関数発生器であって、この関数発生器23の変化率はイ
ンターセプト弁開度要求信号を出力する信号変化率制限
器17より小さな割合でインターセプト弁７が開くように
設定される。

第２図は第１図の負荷しゃ断時のタービンの挙動およ
び制御装置の動作を示す詳細説明図である。第２図にお
いて、第１図の負荷設定信号調整器23により、負荷制御
器11からの負荷設定信号は負荷しゃ断後のパワーロード
アンバランスリレー22のリセット時に、切換スイッチ13
が接点ａ−ｂになった瞬間に急激に変化することなく、
零から負荷しゃ断後の設定値まで上昇する。その間にイ
ンターセプト弁開度要求信号（破線）とインターセプト
弁７の実開度（実線）の偏差はインターセプト弁急閉装
置20の作動する値以下となり、タービン回転数は安定す
る。

第３図は第１図の負荷しゃ断後のタービンの挙動およ
び制御装置の動作状態を示す説明図である。第３図は第
８図の従来の装置のものも比較して示してある。第３図
において、第１図の負荷制御器11からの負荷設定信号は
従来（破線）の急変ではなく、負荷設定信号調整器23に
より零から負荷しゃ断後の設定値まで上記の変化率で増
加する。このためインターセプト弁７の開度は従来（破
線）の急変をくり返すことなく、したがってタービン回
転数も従来（破線）の変動をすることなく、安定に整定
させることができる。

なお、負荷設定信号調整器23をなす関数発生器は通常
運転中には１が入力され、負荷設定上昇レートの制限が
ない装置を設けることもできる。

第４図は本発明による蒸気タービンの制御方法および
装置の他の実施例を示すブロック図である。第４図の蒸
気タービンの制御装置は第３図の実施例にAND回路24を
追加したものである。第４図において、インターセプト
弁急閉装置20は中間蒸気圧力が規定値ｙ以上でインター
セプト弁開度要求信号とインターセプト弁７の実開度の
偏差が規定値ｘ以上になると動作するものである。しか
るにAND回路24を追加することにより、負荷しゃ断後の
負荷設定復帰をインターセプト弁急閉装置20が作動しな
い条件いいかえると中間蒸気圧力が規定値ｙ以上で、か
つパワーロードアンバランスリレー22がリセットされた
ことで行うようにしている。これにより不要のインター
セプト弁７の急閉を防ぐことができる。

第５図は本発明による蒸気タービンの制御方法および
装置のさらに他の実施例を示すブロック図である。第５
図の蒸気タービンの制御装置は第１図の零から１に増加
する関数発生器の負荷設定信号調整器23として、ステッ
プ的に負荷設定を与える負荷設定信号調整器25およびそ
の制御回路26を追加したものである。第４図において、
負荷設定信号調整器25により、負荷制御器11からの負荷
設定信号は負荷設定の上昇がインターセプト弁開度信号
とインターセプト弁７の実開度の偏差が規定値ｘ以下相
当の負荷設定をステップ的に与えるが、その制御回路26
によりインターセプト弁開度要求信号とインターセプト
弁実開度の偏差Ｚ（ここでＺはｘより小）以下で負荷設
定調整器25が次のステップ信号を出す指令をする。これ
により不要のインターセプト弁７の急閉を防ぐことがで
きる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、蒸気タービンの負荷しゃ断後に安定
した制御を行い、タービン回転数を整定させることがで
きるので、プラントの信頼性向上の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図の制御動作の詳細説明図、第３図は第１図の制御
状態の説明図、第４図は本発明の他の実施例を示すブロ
ック図、第５図は本発明のさらに他の実施例を示すブロ
ック図、第６図は従来の蒸気タービンを例示する構成
図、第７図は第６図の制御装置を例示するブロック図、
第８図は第７図の制御状態の説明図、第９図は第７図の
制御動作の詳細説明図である。 ３……蒸気加減弁、４……高圧タービン、７……インタ
ーセプト弁、８……低圧タービン、11……負荷制御器、
12……負荷設定器、13……切換ステップ、14……速度制
御器、15,18……加算器、16……加算器、17……変化率
制限器、19……インターセプト弁駆動装置、20……イン
ターセプト弁急閉装置、21……蒸気加減弁制御装置、22
……パワーロードアンバランスリレー、23,25……負荷
設定信号調整器、24……AND回路、26……制御回路。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変
   換する高圧タービンおよび低圧タービンと、高圧タービ
   ンに流入する蒸気量を調整する蒸気加減弁と、低圧ター
   ビンに流入する蒸気量を調整するインターセプト弁とを
   有する蒸気タービンの上記蒸気加減弁とインターセプト
   弁の弁開度を決定するに、タービン速度を基に制御する
   速度制御器と、タービン負荷を基に制御する負荷設定器
   と、タービンの出力と負荷とのアンバランスにより上記
   蒸気加減弁を閉じるとともに負荷設定を無負荷に切り換
   えるパワーロードアンバランスリレーと、ある定められ
   たタービン出力相当の中間蒸気圧力以上で負荷設定器と
   速度制御器からの上記インターセプト弁の要求開度と実
   開度の偏差が規定値以上になって上記インターセプト弁
   を閉じるインターセプト弁急閉装置を備える蒸気タービ
   ンの制御装置において、負荷しゃ断後に負荷設定を無負
   荷から所要負荷まで変化させるに際し、負荷設定上昇レ
   ートを上記変化率制限器のインターセプト弁開レート以
   下相当とすることを特徴とる蒸気タービンの制御方法。
2. 【請求項２】蒸気の熱エネルギーを回転エネルギーに変
   換する高圧タービンおよび低圧タービンと、高圧タービ
   ンに流入する蒸気量を調整する蒸気加減弁と、低圧ター
   ビンに流入する蒸気量を調整するインターセプト弁とを
   有する蒸気タービンの上記蒸気加減弁とインターセプト
   弁の弁開度を決定するに、タービン速度を基に制御する
   速度制御器と、タービン負荷を基に制御する負荷設定器
   と、タービンの出力と負荷とのアンバランスにより上記
   蒸気加減弁を閉じるとともに負荷設定を無負荷に切り換
   えるパワーロードアンバランスリレーと、ある定められ
   たタービン出力相当の中間蒸気圧力以上で負荷設定器と
   速度制御器からの上記インターセプト弁の要求開度と実
   開度の偏差が規定値以上になって上記インターセプト弁
   を閉じるインターセプト弁急閉装置と、上記インターセ
   プト弁の開方向の開動作レートを制限する変化率制限器
   とを備える蒸気タービンの制御装置において、負荷しゃ
   断後に負荷設定器の負荷設定を無負荷から所要負荷まで
   変化させる際の負荷設定上昇レートを上記変化率制限器
   のインターセプト弁開制限レート以下相当とする負荷設
   定信号調整器を設けたことを特徴とする蒸気タービンの
   制御装置。