JP4350196B2 - タービンの動作信頼性検査方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンの回転速度を調節する調節回路により、負荷落下時におけるタービンの動作信頼性を検査する方法及びそれに関連する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転速度の調節機能および出力の調節機能を持つタービン用調節装置がドイツ特許出願公開第２６２７５９１Ａ１号明細書に開示されている。そこには突然の負荷遮断時に異常に大きい過速度になり機器を保護する緊急シャットダウンが動作すると云うことの無いように、速度調節器と出力調節器とが全作業領域に渡って相互に機能的に独立して構成され、これら両調節器の操作量がミニマム要素に入力信号として供給されることが示されている。
【０００３】
ガスタービンの出力監視システムが英国特許出願公開第２，０１１，１２６Ａ号明細書に開示されている。調節回路網はガスタービンの回転速度を調節する。負荷の変化を検出する検出機器が設けられている。検出機器は負荷の変化を表わす信号を生成し、調節回路に起因する遅延が除かれるかまたは減少されるかするように、調節回路網からの出力信号を修正する。
【０００４】
ドイツ特許出願公開第１４０１４５６Ａ号明細書はタービンの回転速度を調節するための装置に関する。電気式の回転速度を調節する部分回路と、これに従属して設置され、エネルギーの供給を制御する操作機構の開度を決定する電気油圧式の調節部分回路とを有する多重ループ調節回路が設けられている。慣性または非線形増幅度のような調節工学から見て不都合な油圧部品の特性は上記のような調節回路によって補正される。
【０００５】
負荷落下時におけるタービンの回転速度を調節するための調節装置とタービンの回転速度を調節するための方法とが、ドイツ特許第１９５２８６０１Ｃ２号明細書に開示されている。偏差信号が供給されるＰＩ調節器を有する第一の調節機構が設けられている。偏差信号は、具体的に、回転速度の目標値と実際値との間の差に依存している。第一の調節機構は回転速度を調節するためのアクチュエータに接続されている。第一の調節機構は、タービンが無負荷で且つ単独動作モードまたはそのいずれかにあるときは、回転速度を調節する。負荷落下中は、閉信号がアクチュエータに送られる。ＰＩ調節器の比例定数は、偏差信号が予め定められた最小量の場合、ＰＩ調節器からの出力信号は値０になるように選択されている。このような調節装置は、負荷落下時においてタービンの緊急シャットダウンを防止するための付加的な負荷急変機器を必要とせずに、タービンの回転速度の調節のための一様で単純な可能性を与える。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、この種の従来技術に係る方法と装置が有する不都合を無くした負荷落下時におけるタービンの動作信頼性を検査する方法と装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明によれば、調節回路においてタービンの負荷落下条件を模擬するため、タービンの回転速度を調節する調節回路にタービン負荷落下条件を模擬する時間経過を持つ入力値を供給し、タービン負荷落下条件を模擬する入力値に対する調節回路の反応を測定することにより、負荷落下時におけるタービンの動作信頼性が検査される。
【０００８】
タービンはある負荷を駆動するために用いられる。例えば、蒸気またはガスタービンは電気エネルギーを発生する目的で発電機を駆動するために使用される。タービンにかかる負荷は発電機から取る電力に依存して低くなったり高くなったりする。負荷の突然の低下は負荷落下と云われる。このような負荷落下はタービンの制動作用の低下に相当するので、タービンは加速され、換言すれば、その回転速度が増大する。例えば遠心力に起因する機械的負荷が余りにも大きくなるので、タービンの回転速度は臨界値を超えてはならない。この理由から、もし臨界回転速度を超えたらタービンを直ちに完全シャットダウンする安全機器が通例設けられている。シャットダウンはまた緊急シャットダウンとも呼ばれる。かかる緊急シャットダウンを動作させることは可能な限りタービンの調節装置によって防止されねばならない。従って、負荷落下時にタービンの回転速度は、タービンの調節回路によって急速にしかも確実に制限され、標準値に戻されなければならない。本発明は調節回路の機能能力に関し負荷落下時のタービンの動作信頼性を検査できる方法を提供する。この目的から、タービンの動作状態に関わり無く、しかし好ましくはタービンが停止中に、負荷落下が模擬され調節回路に供給される。従って、例えば発電機との結合を切り離して、実際の負荷落下を行う必要は全く無い。そのような負荷落下を実際に行うことは、特に発電所においてはコストの点から少しも経済的に筋の通ることではない。模擬した負荷落下に対する調節回路の反応はその後測定される。調節回路の状態は測定データから評価される。特に、調節回路についての修理または保守作業が必要か否中かの確証を得ることができる。
【０００９】
入力値は、回転速度、出力、またはタービンを駆動するための作動液体の圧力を特徴づけるのが好ましい。さらに、入力値は調節回路に供給することができ、好ましくは、圧力、回転速度および出力に対する入力値はいずれの場合も調節回路に供給される。負荷落下を模擬するために、調節回路は、これらの変数の実際値が調節回路に本来であれば伝えられる配線から切り離される。それに代えて、模擬された値が調節回路に入力される。調節回路への全ての入力値が模擬されるのが好ましい。
【００１０】
入力値に対する模擬された時間経過は、実際の負荷落下に対して測定されたデータが記憶されている測定データベースから取られるのが好ましい。負荷落下の模擬は、実際の負荷落下の条件に可能な限り正確に一致させなければならない。これは、好ましくは同一型のタービンについての実際の負荷落下の測定データを模擬のために使用することによって、特に簡単で効果のある方法で達成される。
【００１１】
好ましくは、新しい入力値は模擬される負荷落下に対する調節回路の反応から計算され、調節回路に供給される。模擬された負荷落下は初期状態であり、ここから調節回路の特有の反応が続く。タービンの回転速度を制御するアクチュエータは調節回路によって作動される。例えば、蒸気タービンの操作弁が作動され、多かれ少なかれ蒸気が蒸気タービンを駆動するため供給される。例えば、ガスタービンに供給される燃料の供給量を調節するアクチュエータを作動することもできる。調節回路の反応は測定される。この測定から、次に好ましくは、タービンの回転速度が確立され、また好ましくは、タービン全体の動作が計算される。新しい入力値はタービンの動作から計算され、調節回路に供給される。調節回路の反応の測定と調節回路用に対する新しい入力値の供給とを含むこのようなサイクルは、タービンの安定速度状態に対応する状態が確立されるまで実行されるのが好ましい。
【００１２】
好ましくは、模擬される負荷落下に対する調節回路の反応は監視データベースに第一の検査値又は測定値として記憶される。第一の検査に続く第二の検査又は測定された値は、監視データベースを利用して第一の検査と比較され、そして、第一の検査が実行された以降の調節回路内の変化が比較した結果から推論される。従って、検査は負荷落下時におけるタービンの動作信頼性を検査する方法の完全な実現である。模擬される負荷落下によって調節回路を検査する可能性は処理コストがかからず、定期的な検査をすることができる。このような検査の結果は記憶され、相互に比較されるので、例えば、油圧システムの変動に起因する調節回路における非常に小さな変化ですら検出することができる。調節回路によって作動される操作機構中の変動も記憶される。かくして、予防的保守測定は、初期の段階にある調節回路上と操作機構上とで実行され、調節回路と操作機構とからなるシステムは全ての時間で完全に機能的に保つことができる。測定はいずれにせよ実行する必要のある精査の枠組みの中で行うことができる。もし負荷落下中に調節回路の不十分な機能能力が検出されると、修理測定が直ちに開始される。
【００１３】
好ましくは、タービンは望むべくは１００ＭＷ以上の電力を持つ蒸気またはガスタービンである。負荷落下の間十分機能的な調節回路と機能を果たす能力を文書化する方法とは特に原子力発電所における蒸気タービンに有用である。通常原子力発電所において、蒸気タービンの緊急シャットダウンは届け出の義務のある出来事である。従って、運転上の要求と認可基準とはここでは特に厳重である。原子力発電所の蒸気タービン用の機能を果たす調節回路の規則正しい証拠はそれゆえ特に価値がある。
【００１４】
本発明によれば、装置は負荷落下時におけるタービンの回転速度を調節するための調節回路を持つタービンの動作信頼性を検査するために設けられている。入力値は調節回路に接続された模擬ユニットから調節回路に供給される。模擬ユニットにより、タービンの動作状態に関わり無く負荷落下を模擬することができる。この場合、負荷落下に対応する模擬入力値の時間経過は調節回路に供給され、このように模擬された負荷落下に対する調節回路の反応はその後測定される。
【００１５】
係る装置の長所は、方法の長所に関する上記の記述から適宜集めることができる。タービンは蒸気またはガスタービンであり、好ましくは１００ＭＷ以上の出力を持つものとして構成されることが好ましい。
【００１６】
好ましくは、記憶された測定データは調節回路に接続される。測定データ記憶装置は実際の負荷落下条件の測定データを記憶する。
【００１７】
好ましくは、記憶された監視データは調節回路に接続される。監視データ記憶装置は模擬された負荷落下条件に対する調節回路の反応に関するデータを記憶する。
【００１８】
本発明の特色と考えられる他の特徴は請求項において明らかにされる。
【００１９】
本発明は負荷落下時におけるタービンの動作信頼性を検査する方法と装置の実施例として記述されているが、示されている詳細な内容に制限されるものではなく、本発明の精神から離れること無く且つ請求項の等価な範囲内である限り種々の修正と構造的変更とが可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次ぎに本発明を図面に示す実施例について説明する。
【００２１】
図１において、蒸気タービン１が歯車機構３を介して発電機５と接続されている。歯車機構３からの補助線Ａと発電機５からの補助線Ｂとは図面の左方上部とつながり、調節回路１０と接続されていることを示している。蒸気７は作動流体として蒸気タービン１に圧力Ｄで供給される。供給される蒸気７の量は操作バルブ９によって調節される。操作バルブ９は電気油圧コンバータ１１に接続されている。電気油圧コンバータ１１はストローク調節器１３に接続されている。ストローク調節器１３の入力端は電気油圧コンバータ１１の出力端とミニマムスイッチ１９とに接続されている。ミニマムスイッチ１９は圧力調節器２７に接続されている。ミニマムスイッチ１９は、さらに、出力調節器２３と回転速度調節器２５とに接続されているカスケード点２１に接続されている。出力調節器２３は電圧・出力コンバータ４１に接続されている。回転速度調節器２５は電圧・回転速度コンバータ４３に接続されている。圧力調節器２７は電圧・圧力コンバータ４５に接続されている。電圧・出力コンバータ４１は発電機５に接続されている。電圧・回転速度コンバータ４３はセンサ４７に接続されている。センサ４７はタービンの回転数Ｎを歯車機構３で測定する。電圧・圧力コンバータ４５は蒸気７の圧力Ｄを測定するための圧力計４６に接続されている。コンバータと調節器とはこのように相互に接続され調節回路１０を形成する。
【００２２】
模擬ユニット５１は線５２ａ、５２ｂ、および５２ｃを経由して調節回路１０に接続されている。模擬ユニット５１は測定データ記憶装置５３、入力ユニット５５、および演算ユニット５７を有している。測定データ記憶装置５３は入力ユニット５５と接続されている。演算ユニット５７はまた入力ユニット５５に接続されている。さらに、演算ユニット５７は線５９を介してタービン１に入る蒸気７の流量を測定するため測定ユニット６１に接続されている。別の模擬ユニット５１に接続するために使用することのできる線６３が線５９から分岐されている。さらに、監視データ記憶装置６５は線６７ａ、６９ａ，７１ａ、７３ａおよび７５ａを介して調節回路１０に接続されている。線６７ａは出力調節器２３の出力信号を測定するため測定点６７に接続されている。線６９ａは回転速度調節器２５の出力信号を測定するため測定点６９に接続されている。線７１ａは圧力調節器２７の出力信号を測定するため測定点７１に接続されている。線７３ａは電気油圧コンバータ１１の出力信号を測定するため測定点７３に接続されている。線７５ａはストローク調節器１３の出力信号を測定するため測定点７５に接続されている。場合によっては更に測定点と線を設けることができる。場合によてはもっと僅かの測定点であっても十分である。
【００２３】
タービン１が正常に動作しているとき、回転は蒸気７により回転速度Ｎに設定されている。回転速度Ｎはセンサ４７を介して歯車機構３で測定され、電圧・回転速度コンバータ４３において電圧ＵＮに変換される。タービン１は、発電機５によって要求される出力Ｌを供給する。出力Ｌは電圧・出力コンバータ４１において電圧ＵＬに変換される。蒸気７の圧力Ｄは圧力計４６によって測定され、電圧・圧力コンバータ４５によって電圧ＵＤに変換される。線３１を介してきた電圧ＵＬは、線２９を介して供給される出力Ｌの目標値に重畳される。重畳された信号は出力調節器２３に供給される。線３５を介してきた電圧ＵＮは、線３３を介して供給される回転速度Ｎの目標値に重畳され、回転速度調節器２５に供給される。線３９を介してきた電圧ＵＰは、線３７を介して供給される圧力Ｄの目標値に重畳され、圧力調節器２７に供給される。圧力調節器２７の出力信号はミニマムユニット１９に供給される。出力調節器２３と回転速度調節器２５の出力信号はカスケード点２１で加算され、同様にミニマムユニット１９に供給される。ミニマムユニット１９において、二つの信号のより小さいほうが線１７を介して出力される。この信号は操作バルブ９のストロークの目標値である。線１５を介してきたストロークの実際値は目標値に重され、こうして重畳された信号はストローク調節器１３に供給される。ストローク調節器１３の出力信号は電気油圧コンバータ１１を介して圧力に変換され、操作バルブ９が所望のストロークに設定されるようになる。タービン１に供給される蒸気７の流量は操作バルブ９のストロークを介して設定される。タービン１の回転速度Ｎと出力Ｌとは蒸気７のこの流量を介して設定することができる。
【００２４】
もし突然発電機５の必要出力Ｌがより少なくなると、タービン１への制動動作が減少することになる。回転速度Ｎはその結果増大する。調節回路１０の目的は、この場合、回転速度Ｎを標準値に戻すことにある。回転速度Ｎが、タービン１の緊急シャットダウンを引き起こす臨界値を超えることがないように防止することが特に必要である。
【００２５】
調節回路１０がこれらの要求を満足するか否かを検査するために、このような負荷落下が模擬される。このことは、好ましくはタービン１が停止状態にあるとき行われる。この目的のために、電圧・出力コンバータ４１、電圧・回転速度コンバータ４３、および電圧・圧力コンバータ４５は切り離され、その代わり、出力Ｌ、回転速度Ｎ、および圧力Ｄを模擬する信号が線５２ａ、５２ｂおよび５２ｃを介して調節回路１０に供給される。模擬信号は測定データ記憶装置５３から取出される。この装置には以前に実行された実際の負荷落下試験に関する測定データが記憶されている。測定データは、出力Ｌ、回転速度Ｎ、および圧力Ｄの入力値に対する時間経過５４として入力ユニット５５に供給され、入力ユニット５５によって調節回路１０に供給される。測定点６７、６９、７１、７３および７５を利用して、次に、模擬された負荷落下に対応する調節回路１０の振舞が測定される。測定データは線６７ａ、６９ａ、７１ａ、７３ａ及び７５ａを介して監視データ記憶装置６５に供給される。操作バルブ９の特定のストロークは調節回路１０の反応の結果として決まる。タービン１の新しい動作状態は測定点６１を介して演算ユニット５７においてストロークから計算される。新しい動作状態は出力Ｌ、回転速度Ｎ、および圧力Ｄに対する新しい入力値を導く。新しい入力値は入力ユニット５５に送られ、入力ユニット５５からさらに調節回路１０に供給される。好ましくは、タービン１の安定した速度状態に対応する状態が確立されるまで、入力値の調節回路１０への供給とタービン１の新しい動作状態の計算とを含むサイクルが行われる。
【００２６】
このような方法によって、負荷落下時における調節回路１０の機能能力が信頼性高く検査されるだけでなく、調節回路１０におけるそれ以前の状態と比較しての微妙な変化も突き止めることができる。この目的から、この方法から得られる測定値は監視データ記憶装置６５にある以前の測定値と比較される。結果として、特に調節回路１０を保守又は修理するための測定を早い段階で且つ適切な時期に取ることができる。その上、操作バルブ９の機能能力を本方法で検査することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するための装置のブロック図である。
【符号の説明】
１ タービン
３ 歯車機構
５発電機
７ 蒸気
９ 操作バルブ
１０調節回路
１１ 電気油圧コンバータ
１３ ストローク調節器
１７ 線
１９ ミニマムユニット
２１ カスケード点
２３ 出力調節器
２５ 回転速度調節器
２７ 圧力調節器
３３、３５、３７、３９ 線
４１ 電圧・出力コンバータ
４３ 電圧・回転速度コンバータ
４５ 電圧・圧力コンバータ
４６ 圧力計
４７ センサ
５１ 模擬ユニット
５２ａ、ｂ、ｃ 線
５３ 測定データ記憶装置
５５ 入力ユニット
５７ 演算ユニット
５９ 線
６１ 測定ユニット
６３ 線
６５ 監視データ記憶装置
６７ａ、６９ａ、７１ａ、７３ａ、７５ａ 線
７１、７３、７５ 測定点

Claims (12)

1. 負荷落下時におけるタービンの動作信頼性を検査するための方法において、調節回路においてタービンの負荷落下条件を模擬するため、タービンの回転速度を調節する調節回路にタービンの負荷落下条件を模擬する時間経過を持つ入力値を供給し、タービンの負荷落下条件を模擬する入力値に対する調節回路の反応を測定し、その際、タービンの出力を特徴づける入力値を形成することを特徴とするタービンの動作信頼性検査方法。
2. 負荷落下時におけるタービンの動作信頼性を検査するための方法において、調節回路においてタービンの負荷落下条件を模擬するため、タービンの回転速度を調節する調節回路にタービンの負荷落下条件を模擬する時間経過を持つ入力値を供給し、タービンの負荷落下条件を模擬する入力値に対する調節回路の反応を測定するタービンの動作信頼性検査方法であって、
   第一の測定値として入力値に対する調節回路の反応を監視データベースに記録し、第一の測定値が保存された後、調節回路の反応の第二の測定値を監視データベースに記録し、監視データベースを利用して第一の測定値と第二の測定値とを比較し、第一の測定値が決定された後、調節回路において発生した変化を比較した結果から推定することを特徴とするタービンの動作信頼性検査方法。
3. 前記タービンは蒸気タービンであることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記タービンは少なくとも１００ＭＷの定格出力を持つ蒸気タービンであることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 前記タービンはガスタービンであることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
6. 前記タービンは少なくとも１００ＭＷの定格出力を持つガスタービンであることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 停止状態にあるタービンに供給する手順と測定する手順とを実行することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
8. タービンの回転速度を調節する調節回路を有するタービンと組合わせて負荷落下時におけるタービンの動作信頼性を検査する装置において、タービンの動作状態に関わり無く負荷落下条件を模擬するため、負荷落下条件に一致する時間経過を持つ模擬した入力値を調節回路に供給し、前記入力値に対する調節回路の反応が測定される模擬ユニットを有し、さらに、実際の負荷落下条件に関する測定データを記憶し、調節回路に接続されている測定データ記憶装置を有することを特徴とするタービンの動作信頼性検査装置。
9. 前記タービンは蒸気タービンであることことを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 前記タービンは少なくとも１００ＭＷの定格出力を持つ蒸気タービンであることを特徴とする請求項９記載の装置。
11. 前記タービンはガスタービンであることを特徴とする請求項８記載の装置。
12. 前記タービンは少なくとも１００ＭＷの定格出力を持つガスタービンであることを特徴とする請求項１１記載の装置。

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