JP3975457B2 - タービン制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービン制御に係り、特に、弁の急速な開，閉を制御する機能と弁の動作テストである弁テストの機能を有するタービン制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２に、本発明の利用分野である原子力発電所のタービン制御の概略図を示す。原子炉で発生した蒸気は、蒸気加減弁（ＣＶ）から高圧タービン、組合わせ蒸気止弁（ＩＶ／ＩＳＶ）、低圧タービンを経由し、復水器へ流れるか、あるいは、タービンバイパス弁（ＴＢＶ）を経由し、復水器へ流れる。
組合わせ蒸気止弁（ＩＶ／ＩＳＶ）とタービンバイパス弁（ＴＢＶ）の動作を説明する。組合わせ蒸気止弁（ＩＶ／ＩＳＶ）は、高圧タービンと低圧タービンの間にあり、タービンケーシングに近い位置に設置されている。タービン負荷が急速に低下した場合は、弁は急速に閉動作し、低圧タービンへの蒸気の流入を急速に止め、タービンの過速を防止する機能をもつ。しかし、従来の技術では、弁テスト中に、弁のスティック、インターロックの誤動作（特に、タイマー設定時間のズレ）により、タイマーで設定している弁テスト時間を実際の弁テスト時間が超過した場合に、弁テスト指令値と弁の実開度（フィードバック信号）の偏差が既定値となることによって誤った弁の急閉，急開が起こりうる。
【０００３】
図３を用いて、従来の技術による、組合わせ蒸気止弁（ＩＶ／ＩＳＶ）の急速な閉動作の制御方式と弁テスト時の動作について説明する。
通常運転時は、プラント運転用の制御信号である弁開度指令が信号切替器１によって選択され、弁開度指令と弁開度検出器によりフィードバックされる弁の実開度９の偏差に従ってサーボ弁が動作し、当該弁を制御する。弁テストは、弁テスト信号により起動する。弁テスト信号が信号切替器１に入力され、弁テスト指令が選択されると、サーボ弁は弁テスト指令により当該弁を駆動する。
組合わせ蒸気止弁（ＩＶ／ＩＳＶ）の急速な閉動作の制御方式は、論理回路４から以下に示す条件１と条件２の論理積を組合わせ蒸気止弁（ＩＶ／ＩＳＶ）の急速な閉動作の指令信号８として出力し、この指令信号８により、緊急時と判断し、通常運転に用いるサーボ弁に比べて極めて迅速に弁を急閉できる操作端である電磁急閉弁を動作させ、当該弁を急速に閉し、タービンの過速を防止している。
−条件１−
『条件１』が成立するのは、以下の２ケースである（ケースにより異なる）。

以上の論理により、当該弁の急速な閉動作を制御する指令信号の条件である『条件１』が成立する。
−条件２−
『条件２』が成立するのは、弁テスト中以外かつ系統動揺時等の負荷の変動により弁を不所望に急閉しない為の条件１０（この条件１０は特公平３−７００８８号公報に説明されている。）（本回路の動作除外条件）が成立していない場合（プラントにとって当該回路の保護が必要な場合に限り）に成立する。ここで、既定値の検出回路５はタービン速度の既定値を検出、出力し、論理回路６は中間蒸気圧力と発電機電流の論理によりＰＬＵ（パワー ロード アンバランス）信号を出力する。
なお、弁テスト中は、弁テスト信号をタイマー２に入力し、ＮＯＴ回路７を介してタイマー動作時間（一定時間）だけ論理回路４は既定値の検出回路３の信号を除外（インターロック）し、テスト中の弁の急閉動作を防止している。しかし、弁テスト中は、電磁急閉弁、サーボ弁ともに弁テスト指令値により動作するため、仮に、弁のスティックが続き、タイマー２の設定時間を実際の弁テスト時間が超過すれば、“弁テスト指令値−弁の実開度（フィードバック信号）≦既定値（例：−５％以下）”が成立し、プラント保護の項目以外（弁テスト中の弁スティック）で弁をトリップ（急閉）動作させる結果となる。
【０００４】
タービンバイパス弁（ＴＢＶ）は、原子炉と復水器の間にあり、タービン負荷が急速に低下すると、弁は急速に開動作する。通常運転中にタービンを経由し、復水器へ流れていた蒸気は、原子炉からタービンバイパス弁（ＴＢＶ）を経由し、復水器に直接に流れる。これにより、原子炉の圧力上昇を抑制する機能をもつ。
タービンバイパス弁（ＴＢＶ）の弁テストと弁の急開動作の方法は、組合わせ蒸気止弁（ＩＶ／ＩＳＶ）の方式と開閉方向が逆であるが、他は同一であり、タービンバイパス弁（ＴＢＶ）も、弁テスト中にプラント保護の項目以外で弁をトリップ（急開）動作させる可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方式の図３において、組合わせ蒸気止弁（ＩＶ／ＩＳＶ）の弁テスト中は、弁テスト信号をタイマー２に入力し、タイマー動作時間だけ論理回路４で一定時間は既定値の検出３の信号を除外し、テスト中の弁の急閉動作を防止している。
しかし、弁テスト中の弁は、弁テスト指令値により動作するため、仮に、弁のスティックが続けば、“弁テスト指令値−弁の実開度（フィードバック信号）≦既定値（例：−５％以下）”が成立し、プラント保護の項目以外で弁をトリップ（急閉）動作させる結果となる。この結果、タービンへ流入する蒸気は遮断され、出力を必要時以外で絞り込む結果となる。さらに、原子炉より発生する蒸気が過渡的（タービンバイパス弁（ＴＢＶ）による圧力制御により蒸気を復水器へ逃がすまで）に行き場を失うことから、原子力発電所において特に重要な原子炉に対しても、外乱を加えることとなり、原子炉圧力変動（上昇）することから、原子炉スクラムする可能性もある。
同様に、タービンバイパス弁（ＴＢＶ）では、１００％負荷時（通常運転中）の弁テストで弁が一定時間スティックし、誤って急開するようなことがあれば、タービンへの流入する蒸気が減り、出力が低下するばかりでなく、蒸気圧力も低下することから、かわき蒸気が湿り蒸気となり、タービンにダメージを与えることとなる。さらには、原子炉に対しても、外乱を加えることとなり、原子炉圧力変動（下降）することから、原子炉スクラムする可能性もある。
【０００６】
本発明の課題は、弁テスト中に、弁のスティック、インターロックの誤動作（特に、タイマー設定時間のズレ）により誤って起こりうる弁の急閉，急開を防止することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、原子炉で発生した蒸気を蒸気加減弁から高圧タービン、組合わせ蒸気止弁、低圧タービンを経由し、復水器へ流すタービン制御系において、組合わせ蒸気止弁の急速な閉制御を行う制御と当該弁の弁テスト機能をもつタービン制御装置であって、
当該弁の弁テスト信号によって通常運転時のプラント運転用の制御信号である弁開度指令から弁テスト指令に切り替える信号切替器と、当該弁の弁テスト中に当該弁の弁テスト指令値と当該弁の実開度（フィードバック信号）の偏差により当該弁を駆動するサーボ弁と、当該弁の急速な閉動作の指令信号を出力する論理回路と、プラント運転用の制御信号である弁開度指令値と当該弁の実開度（フィードバック信号）の偏差値が予め定めた既定値であるかを検出する既定値検出器とを備え、当該弁の弁テスト中に、プラント運転用の制御信号である弁開度指令値と当該弁の実開度（フィードバック信号）の偏差値が既定値となったことを条件に、既定値検出器の出力により論理回路から当該弁の急速な閉動作の指令信号を出力し、当該弁の急速な閉制御を行う。
また、当該弁の弁テスト信号によって通常運転時のプラント運転用の制御信号である弁開度指令から弁テスト指令に切り替える信号切替器と、当該弁の弁テスト中に当該弁の弁テスト指令値と当該弁の実開度（フィードバック信号）の偏差により当該弁を駆動するサーボ弁と、当該弁の急速な開動作の指令信号を出力する論理回路と、プラント運転用の制御信号である弁開度指令値と当該弁の実開度（フィードバック信号）の偏差値が予め定めた既定値であるかを検出する既定値検出器とを備え、当該弁の弁テスト中に、プラント運転用の制御信号である弁開度指令値と当該弁の実開度（フィードバック信号）の偏差値が既定値となったことを条件に、既定値検出器の出力により前記論理回路から当該弁の急速な開動作の指令信号を出力し、当該弁の急速な開制御を行う。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明のタービン制御装置の一実施形態であり、組合わせ蒸気止弁（ＩＶ／ＩＳＶ）の急速な閉動作の制御方式を示す。
図１は、図３の従来方式と比較すると、弁の急閉の誤動作を防止するインターロックに弁テスト中の弁の急閉を防止するインターロックがない。特に、図３におけるタイマー設定がないため、弁テスト時間の延長による弁の誤った急閉動作を防止できるといえる。
以降に、その詳細を説明する。
弁がスティックした時、あるいは、一時的に弁がスティックしたことを想定すると、弁テスト時間が延長することがあり得る。従来方式の図３において、タイマー設定時間に対して弁テスト時間が超過した場合にも、タイマー２は、タイマー設定時間にはテスト完了を想定した出力となる。また、弁テスト指令値と弁開度検出によりフィードバックされる弁の実開度の偏差はマイナス方向に進行することから、既定値の検出回路３が動作し、弁は誤って急速に閉動作する。
具体的に例を挙げれば、仮に、弁テスト時間が１０秒、既定値が−５％以下で弁急閉動作をセットしている状態において、一時的な弁ステッィクにより、弁テスト時間が１５秒に延び、その間に−１０％偏差を検出すれば、弁テスト中に組合わせ蒸気止弁（ＩＶ／ＩＳＶ）は急閉し、トリップとなる可能性がある。
これに対し、本実施形態は、弁テスト中においても弁急閉，急開の制御に、弁テスト指令値を用いずに、プラント運転用の制御信号である弁開度指令値を用い、プラント運転用の制御信号である弁開度指令値と弁の実開度（フィードバック信号）の偏差が既定値となることによって、プラントにとって当該回路での保護が必要な場合に限り、当該弁の急速な開閉を制御する弁の制御方法である。
【０００９】
図１において、組合わせ蒸気止弁（ＩＶ／ＩＳＶ）の弁テストは、弁テスト信号により起動する。弁テスト信号が信号切替器１に入力されると、弁テスト指令が選択され、サーボ弁は弁テスト指令と弁の実開度（フィードバック信号）の偏差により当該弁を駆動する。
組合わせ蒸気止弁（ＩＶ／ＩＳＶ）の急速な閉動作の制御方式は、論理回路４０から以降に示す動作条件１と動作条件２の論理積を組合わせ蒸気止弁（ＩＶ／ＩＳＶ）の急速な閉動作の指令信号８０として出力し、この指令信号８０により、緊急時と判断し、通常運転に用いるサーボ弁に比べて極めて迅速に弁を急閉できる操作端である電磁急閉弁を動作させ、当該弁を急速に閉し、タービンの過速を防止する。
動作条件１、動作条件２について示す。
−動作条件１−
『動作条件１』は、
弁開度指令値−弁の実開度（フィードバック信号）≦既定値（例：−５％）で成立する。
ここで、動作条件１は、弁テスト中も、既定値の検出回路１０１でプラント運転用の制御信号である弁開度指令値と弁の実開度（フィードバック信号）の偏差を検出する。既定値の検出回路１０１は動作条件１を出力する。そのため、電磁急閉弁の動作条件である動作条件１は、プラントにとっての緊急時（プラント運転用の制御信号である弁開度指令値と弁の実開度（フィードバック信号）の偏差が既定値）とならない限り動作しない。
図３の方式と比較する為に、具体的な例を挙げれば、仮に、弁テスト時間が１０秒、既定値が−５％以下で弁急閉動作をセットしている状態において、一時的な弁ステッィクにより、弁テスト時間が１５秒に延長した場合でも、通常運転中のプラント運転用の制御信号である弁開度指令値は１００％全開にあることから、弁テスト指令により閉している間に弁がスティックすることに関係なく、弁テスト中の偏差はプラスの値であり、動作条件１は成立しないので、弁テスト中に弁スティックによる当該弁の急閉動作はしない。
なお、図３の弁テスト中に、弁テスト信号をタイマー２に入力し、タイマー動作時間だけ論理回路４で一定時間は既定値の検出回路３の信号を除外（インターロック）し、テスト中の弁の急閉動作を防止する手段（タイマー２、論理回路４が有するインターロック回路）は、動作条件１の成立条件から不要となる。
−動作条件２−
『動作条件２』は、
系統動揺時等の負荷の変動により弁を不所望に急閉しない為の条件１０（この条件１０は特公平３−７００８８号公報に説明されている。）（本回路の動作除外条件）が成立していない場合（プラントにとって当該回路の保護が必要な場合に限り）に成立する。
【００１０】
タービンバイパス弁（ＴＢＶ）の弁の急開動作の方法は、組合わせ蒸気止弁（ＩＶ／ＩＳＶ）の方式と開閉方向が逆であため、既定値の設定が異なる他は同一である。
図４を用いて、以降に説明する。タービンバイパス弁（ＴＢＶ）の弁テストは、弁テスト信号により起動する。弁テスト信号が信号切替器１に入力されると、弁テスト指令が選択され、サーボ弁は弁テスト指令と弁の実開度（フィードバック信号）の偏差により当該弁を駆動する。
タービンバイパス弁（ＴＢＶ）の急速な開動作の制御方式は、論理回路４０から以降に示す動作条件３と動作条件４の論理積をタービンバイパス弁（ＴＢＶ）の急速な開動作の指令信号８０として出力し、この指令信号８０により、緊急時と判断し、通常運転に用いるサーボ弁に比べて極めて迅速に弁を急開できる操作端である電磁急開弁を動作させ、当該弁を急速に開することによってタービンへ流入していた蒸気を復水器へ流し、原子炉の圧力上昇を抑制する。
動作条件３、動作条件４について以降に示す。
−動作条件３−
『動作条件３』は、
弁開度指令値−弁の実開度（フィードバック信号）≧既定値（例：２０％）で成立する。
−動作条件４−
『動作条件４』は、
系統動揺時等の負荷の変動により弁を不所望に急開しない為の条件１０（この条件１０は特公平３−７００８８号公報に説明されている。）（本回路の動作除外条件）が成立していない場合（プラントにとって当該回路の保護が必要な場合に限り）に成立する。
タービンバイパス弁（ＴＢＶ）は通常運転中の全閉であり、プラント運転用の制御信号である弁開度指令値は０％全閉にあることから、弁テスト指令により開している間に弁がスティックすることに関係なく、弁テスト中の偏差はマイナスの値であるり、動作条件３は成立しないので、弁テスト中に弁スティックによる当該弁の急開動作はしない。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、組合わせ蒸気止弁（ＩＶ／ＩＳＶ）の弁テスト中の弁の誤った急閉を防止するので、出力の誤った絞り込みや原子炉圧力変動（上昇）による原子炉スクラム、タービントリップの可能性が低下し、発電所の稼働率を向上させることができる。
また、タービンバイパス弁（ＴＢＶ）の弁テスト中の弁の誤った急開を防止するので、出力の誤った絞り込みや原子炉圧力変動（下降）及び蒸気条件の悪化（かわき蒸気から湿り蒸気に変わる）を防止し、原子炉スクラム、タービントリップの可能性が低下し、発電所の稼働率を向上させることができる。
また、弁の急閉あるいは急開について、タービントリップに至った時のユーザーとメーカによる保守の対応として、弁テスト時の弁の誤った急閉あるいは急開を考慮する必要はなく、結果として、対応が迅速になり、発電所の稼働率を向上させることができる。
また、弁の急閉あるいは急開を防止するインターロックに、弁テスト時間を設定するタイマーを用いないので、回路の設定値調整が不要となり、弁テスト時の対応を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタービン制御装置の一実施形態であり、組合わせ蒸気止弁（ＩＶ／ＩＳＶ）の急速な閉動作の制御方式を示す。
【図２】原子力発電所のタービン制御の概略図を示す。
【図３】従来の技術による組合わせ蒸気止弁の急速な閉動作の制御方式を示す。
【図４】本発明の他の実施形態であり、タービンバイパス弁（ＴＢＶ）の急速な開動作の制御方式を示す。
【符号の説明】
１…信号切替器、２…タイマー、３…既定値の検出回路、４…論理回路、５…既定値の検出回路、６…論理回路、７…ＮＯＴ回路、８…組合わせ蒸気止弁の急速な閉動作の指令信号、９…弁開度検出によりフィードバックされる弁の実開度、１０…系統動揺時等の負荷の変動により弁を不所望に急閉しない為の条件、１０１…既定値の検出回路、１０２…動作条件１、４０…論理回路、ＣＶ…蒸気加減弁、ＩＶ／ＩＳＶ…組合わせ蒸気止弁、ＴＢＶ…タービンバイパス弁

Claims (2)

1. 原子炉で発生した蒸気を蒸気加減弁から高圧タービン、組合わせ蒸気止弁、低圧タービンを経由し、復水器へ流すタービン制御系において、
   前記組合わせ蒸気止弁の急速な閉制御を行う制御と当該弁の弁テスト機能をもつタービン制御装置であって、当該弁の弁テスト信号によって通常運転時のプラント運転用の制御信号である弁開度指令から弁テスト指令に切り替える信号切替器と、当該弁の弁テスト中に当該弁の弁テスト指令値と当該弁の実開度（フィードバック信号）の偏差により当該弁を駆動するサーボ弁と、当該弁の急速な閉動作の指令信号を出力する論理回路と、前記プラント運転用の制御信号である弁開度指令値と当該弁の実開度（フィードバック信号）の偏差値が予め定めた既定値であるかを検出する既定値検出器とを備え、
   当該弁の弁テスト中に、前記プラント運転用の制御信号である弁開度指令値と当該弁の実開度（フィードバック信号）の偏差値が前記既定値となったことを条件に、前記既定値検出器の出力により前記論理回路から当該弁の急速な閉動作の指令信号を出力し、当該弁の急速な閉制御を行うことを特徴とするタービン制御装置。
2. 原子炉で発生した蒸気を蒸気加減弁から高圧タービン、組合わせ蒸気止弁、低圧タービンを経由して復水器へ流す経路と、原子炉で発生した蒸気をタービンバイパス弁を介して復水器へ流す経路とを有するタービン制御系において、
   前記タービンバイパス弁の急速な開制御を行う制御と当該弁の弁テスト機能をもつタービン制御装置であって、当該弁の弁テスト信号によって通常運転時のプラント運転用の制御信号である弁開度指令から弁テスト指令に切り替える信号切替器と、当該弁の弁テスト中に当該弁の弁テスト指令値と当該弁の実開度（フィードバック信号）の偏差により当該弁を駆動するサーボ弁と、当該弁の急速な開動作の指令信号を出力する論理回路と、前記プラント運転用の制御信号である弁開度指令値と当該弁の実開度（フィードバック信号）の偏差値が予め定めた既定値であるかを検出する既定値検出器とを備え、
   当該弁の弁テスト中に、前記プラント運転用の制御信号である弁開度指令値と当該弁の実開度（フィードバック信号）の偏差値が前記既定値となったことを条件に、前記既定値検出器の出力により前記論理回路から当該弁の急速な開動作の指令信号を出力し、当該弁の急速な開制御を行うことを特徴とするタービン制御装置。

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