JP4406908B2 - 負荷設定器追従型、ボイラ、タービン並列制御ランバック制御方式 - Google Patents

Description

本発明はボイラ、タービン協調制御方式をもって運転制御される火力発電プラントにおいて給水ポンプ、押し込み通風機（ＦＤＦ）、吸引通風機（ＩＤＦ）等の主要補機の一台が事故停止喪失した場合に、残った補機で運転可能なところまで負荷を降下させてユニット停止を防ぐランバック運転機能に関する。

図２は現在火力発電プラントで一般的に採用されているランバック制御方式の概要図である。本従来型ランバック制御方式ではランバック制御回路は
１） ランバック要因毎の目標値選択ロジック回路４７
２） ランバック目標負荷設定値４８
３） ランバック検出４９
４） 切替器（低選択器のケースもある）４５
５） ランバック降下レート設定器４６
で構成され、負荷設定器４１、負荷変化率設定器４３で構成される出力指令設定回路の下流に配置されている。何れかの補機が停止してランバックが発生するとその要因に対応したランバック目標負荷設定値４８が選択されてランバック降下レート設定器４６で設定される所定の降下レートでランバック目標負荷指令が目標値まで下げられる。ランバック中の運転モードは目標値の降下によるボイラ入力量降下によって下がる主蒸気圧力をタービン加減弁が制御し、その結果発電機出力（ＭＷ）がボイラ入力量とバランスするタービン追従モードである。ランバック中、負荷設定器４１及び負荷変化率設定器４３はランバック制御回路と遮断されておりその間は発電機出力（ＭＷ）に追従している。即ちＭＷがランバックリセット時の待機信号になっている。負荷設定器４１及び負荷変化率設定器４３のＭＷ追従は負荷変化率設定器４３の後方に配置された切替器４４を介して前に戻るという不自然な形である。このようにランバック中は信号の流れが二分された煩雑な構成になっている。ランバックリセット時にはランバック目標負荷指令はランバック目標負荷設定値４８からその時のＭＷに相当した負荷設定器４１の値に替わるのでランバック目標負荷指令が目標値からずれてしまう。尚、ランバックのリセットは当該ランバック検出４９のリセットによる方法である。

ランバック中の運転方式がタービン追従方式ではボイラ入力量を降下しその結果が主蒸気圧力に効いてからタービン加減弁が主蒸気圧力を制御することによって蒸気流量が下がる運転方式であるので蒸気流量の絞り込みが遅くなるという欠陥がある。
ドラムボイラ、変圧貫流ボイラ共にランバック発生と同時にボイラ入力量と並行して蒸気流量即ちタービン加減弁を絞り込むことが効果的である。特に給水ポンプ、ランバックではタービン追従方式の欠陥が顕著である。

なお、本願発明に関する公知技術として次の特許文献を挙げることができる。

特許公開 ：特開２００２−２４２６１５

発明が解決しようとする問題

上述したように従来技術では、あるランバック要因で設定されるランバック目標負荷設定値がランバックリセット後負荷設定器の出力として保持されない。

従来のランバック制御回路ではランバック要因毎に異なる目標負荷設定に対しそれぞれ目標負荷設定値を設けているのでロジックの構成が極めて煩雑である。
例えば給水ポンプ喪失ランバックを例にとると、タービン駆動給水ポンプ（ＴＢＦＰ）が２台、電動駆動給水ポンプが（ＭＢＦＰ）が１台という一般的なプラントの場合、ＴＢＦＰ２台運転中に一台停止した場合にはランバック目標負荷は５０％、３台運転中にＴＢＦＰが一台停止した場合には８０％負荷、ＭＢＦＰが一台残った場合には３０％の目標負荷とするとき従来システムでは各々の要因毎にロジックを作成してその目標負荷設定値を選択するという煩雑なロジックを構成している。

ランバック中の運転モードがタービン追従モードである為ランバックと同時にボイラ入力量の降下と並行して蒸気流量を絞り込むことが出来ない。

ランバックリセット方法。従来の方法ではランバック中にタービン側に不測の事態が発生してＭＷが急激に下がり、そこでタービンマスターが手動になった場合ＭＷトラッキングモード運転になってボイラ入力指令がＭＷに追従して下がり最悪失火に至る危険性がある。

信号の流れに沿ったシンプルな回路構成とすること。

本発明は以上を解決する為に成されたものであり、補機の喪失という苛酷な条件でのランバック運転をユニット停止させることなく安全且つ確実に実行できるシステムをシンプルな回路構成として提供する事を目的とする。

課題を解決するための手段

本発明は以下の態様に係わる。
１、火力発電プラントのボイラ、タービン協調制御装置においてランバック運転を下記の 形態で行う方法。
１） ランバック目標負荷指令を所定の変化率をもって降下させるとき負荷設定器及び 負苛変化率設定器を追従動作としてランバック降下レート設定器の出力に追従させ る。
２） ランバック目標負荷指令をボイラ入力量制御指令とタービン加減弁開度制御指令 に分けて、タービン加減弁開度指令中に変化率制限器を設けタービン加減弁を制御 する。
２、ひとつのランバック目標負荷設定器を置きランバック目標負苛指令が当該目標値に到 達した事を検出して目標値に保持させる方法。
３、タービン加減弁開度が変圧域では一定の変圧貫流ボイラのために当該ランバック毎に タイムディレイとディジタル加算でバイアス値を作りこれを変化率制限器によってター ビン加減弁開度指令にバイアスをかける方法。
４ ディジタル加算を使用して給水ポンプ（ＢＦＰ）ランバック時の目標負荷設定をする 方法。
５、信号の流れを発電機出力（ＭＷ）から負荷設定器、負荷変化率設定器と一本化して発 電機出力追従モード（ＭＷトラッキングモード）運転を行う方法。
６、ランバックリセットを時間で行う方法。

発明の効果

ランバック運転及びＭＷトラッキングモード運転時の信号の流れが一本化し回路構成が極めてシンプルな構成になった。又ランバック要因毎に設けられていたランバック目標負荷設定値選択ロジック回路、目標負荷設定値、検出回路が簡略化された。
ランバック中、負荷設定器がランバック降下レート設定器の出力に追従するのでランバックリセット後もランバック目標負荷指令の変動がなくなりボイラ、タービン協調制御モードへ移行の際に安定した運転が得られるようになった。更にランバック発生と同時にボイラ入力量と並行してタービン加減弁を変化速度が調節可能な変化率制限動作によって目標開度まで降下させることが出来るようになったことにより、ボイラの被制御量の変動を少なくすることが可能となった。特に従来システムではユニットトリップ（停止）に至ることが多かったドラムボイラにおける給水ポンプ喪失ランバックにおいて本発明の結果ドラムレベルの過大な変動が押さえられ安定したランバック運転が得られるようになった。
変圧貫流ボイラにおいても同じく給水ポンプ喪失ランバック時、給水ポンプ過負荷トリップを防止するのにタービン加減弁をボイラ入力量と並行して絞ることで効果を上げることができた。又ランバックリセットを時間で行う方法によって次のような場合での安全が確保された。若しランバック中にタービン側に不測の事態が発生してＭＷが急激に下がり過ぎて、そこでタービンマスターが手動に切替わった場合、ボイラ入力量制御指令はＭＷに追従して下がらずに保持しているのでボイラ運転の混乱を避けることが出来る。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１及び図３、図４、図５は本発明の実施の形態に係わり、図１は機能図、図３はランバック目標負荷設定及びリセット回路の詳細図、図４はタービン加減弁制御指令回路図である。図５は給水ポンプ喪失ランバック時の目標負荷設定回路である。

図１で示すようにランバック目標負荷設定器１、切替器１０及び２、ランバック降下レート設定器３は負荷設定器４、負荷変化率設定器６の上流に配置される。ランバックが発生すると切替器１０、及び２はランバック目標負荷設定器１からの信号に切替わる。ここで１はランバック要因中の一番低い値に設定される（例えば２５％相当）。この値が３にかかり３の出力は予め設定された降下レート（通常１００％／分）で降下する。３の出力は降下の途中でランバック目標負荷指令が目標値に到達したところで切替器１０がｂ側に切替わり保持、停止する。４及び６はランバック中追従動作（Ｔｒａｃｋｉｎｇ動作）になっており３の出力がそのまま通過しランバック目標負荷指令になる。ランバック目標負荷指令は二つに分けられ一方はボイラ入力量制御指令にもう一方はタービン加減弁降下レート設定器７、とタービン加減弁開度プログラム８を経てタービン加減弁開度制御指令になる。ランバック中、負荷設定器４はランバック降下レート設定器に追従しているので負荷設定器４からランバック目標負荷指令を降下している形となっている。発電機出力（ＭＷ）は切替器２で止まっておりランバック中もランバックリセットの後も目標負荷指令には関係しない。通常運転中にＭＷトラッキングモードとなったときに負荷設定器４と負荷変化率設定器６がＭＷに追従する。

図３はランバック目標値設定の詳細図である。ＦＡＮランバックの例で説明する。ランバック目標負荷指令中に配置された高低検出器（Ｈｉ／Ｌｏモニタ）１１のＨｉ側はランバック要因の許容負荷条件でありＬｏ側設定値はランバック目標値になる。ＦＡＮランバックの場合、通常５０％以上の負荷でＦＤＦ又はＩＤＦのいずれか一台が停止するとランバックが作動し５０％まで負荷を降下させる。従ってＨｉ／Ｌｏモニタ１１のＨｉ側は５１％〜５２％、Ｌｏ側は降下目標値５０％に設定される。仮に１００％負荷運転中にＦＤＦ−Ａがトリップ（停止）すると１３ＦＡＮランバック発生ロジックが“１”になりそして１４ランバック発生ロジックも“１”になり同時にメモリ１６がセットされランバック動作中となる。その結果、切替器１０と２はａ側に切替わりランバック目標負荷設定器１の出力がランバック降下レート設定器３に導かれる。ランバック中、負荷設置器４と負荷変化率設定器６は追従動作になっておりランバック降下レート設定器３の出力値に追従している。ランバック降下レート設定器の出力は予め設定されたレート例えば１００％／分で降下する。この降下途中でＨｉ／Ｌｏモニタ１１のＬｏ側が５０％を検出したところでメモリ１２がリセットされ１３ＦＡＮランバック発生ロジック、及び１４ランバック発生ロジックが“０”になる。その結果切替器１０はｂ側に切替わりランバック降下レート設定器３の出力は保持状態になって止まる。このとき負荷設定器４及び負荷変化率設定器６の追従モードは同時に解除しても好いが既に３の出力が保持状態になっているのでランバック動作中がリセットした時に追従モードを解除する。１４ランバック発生ロジックがリセットされても、ランバック動作中ロジックはまだ保持されておりタイムディレイ（オンディレイ）１５による限時時間（経験的に６〜８分程度）後リセットする。メモリ１６がリセットしてランバック動作中がリセットするとボイラタービン協調モード運転になりランバック運転は終了する。負荷設定器４及び負荷変化率設定器６は上述したように追従モードが解除され運転員によって操作される。
ランバックリセットを時間で行う方法によって若しランバック中にタービン側に不測の事態が発生してＭＷが急降下するようになったときでもボイラ入力量制御指令を保持することが出来ボイラ運転の混乱を防ぐことが出来るようになった。

図４ではタービン加減弁開度が変圧域では一定である変圧貫流ボイラのためのタービン加減弁開度制御指令作成回路を示す。回路はタービン加減弁降下レート設定器７とタービン加減弁開度プログラム８の後ろに加算器２４を置きタイムディレイ（ワイプアウト）２０、２１、ディジタル加算２２、変化率制限器２３で構成する回路を加算して構成される。本回路の動作を以下に説明する。例えば給水ポンプ喪失ランバックが発生すると１７ＢＦＰランバック発生ロジックが１になるのでタイムディレイ２０がオンとなりディジタル加算２２で設定されたバイアス量が変化率制限器２３に送られここで所定の変化率をもってタービン加減弁開度指令を下げる。タイムディレイ２０は限時時間後にリセットしデジタル加算２２の出力は零に戻る。この戻りを変化率制限器で最適に調節する。
尚、ドラムボイラの場合にはタービン加減弁降下レート設定器７とタービン加減弁開度プログラム８だけで好いので加算器２４を始めから取り付けないか又は図４の回路で加算器２４のＳ２入力のゲインを零に設定する。尚、７と８は配置を反対にしてもよい。

図５はＢＦＰランバック時の目標負荷設定回路である。ディジタル加算３０によって各ポンプの負荷の重みをもたせ、例えばタービン駆動給水ポンプ（ＴＢＦＰ）は５０％、モーター駆動給水ポンプ（ＭＢＦＰ）は３０％のように、これを加算して減算器３１でランバック目標負荷指令と付き合わせこの結果を高低検出器（Ｈｉ／Ｌｏモニタ）３２で検出する。例えば１００％負荷でＴＢＦＰ２台運転中のときディジタル加算３０の出力は１００％負荷相当である。ここでＴＢＦＰ１台が停止すればディジタル加算３０の出力は５０％になる。即ちＴＢＦＰの何れかのポンプが一台停止すると高低検出器３２はＨｉ側がオンとなりメモリ３３はセットし出力が“１”となって、１７ＢＦＰランバック発生及び１４ランバック発生ロジックがオンとなり同時に図３中のメモリ１６がセットしてランバック動作中になる。その結果図３中の切替器１０と、切替器２がランバック目標負荷設定器１の出力値を選択してランバック降下レート設定器３がランバック目標負荷指令を降下させる。そしてランバック目標負荷指令が５０％まで下がってディジタル加算３０の出力と一致したところで高低検出器３２のＬｏがオンしてメモリ３３はリセットされる。その結果、図３内切替器１０はａ側からｂ側に切替わりランバック目標負荷指令を選択して出力が保持状態になって止まる。
尚、本回路はミルランバック時の目標負荷設定にも応用できる。

本発明の実施の形態に係わる機能図である。 本発明の背景技術に係わる従来のランバック制御方法の概要図である。 図１の機能の実施の形態に係わるランバック目標負荷設定回路の詳細説明図である。 図１の実施の形態に係わるタービン加減弁開度制御の方法図である。 図１の実施の形態に係わるＢＦＰポンプ喪失ランバック時の目標負荷設定回路図である。

記号の説明

１、 ランバック目標負荷設定器
２、９、１０、４２、４４、４５ 切替器
３、４６ ランバック降下レート設定器
６、４３ 負苛変化率設定器
７、２３、４ 変化率制限器
４、４１ 負荷設定器
５、５０、 負荷設定器出力増減
８、 タービン加減弁開度プログラム
１１、３２ 高低検出器（Ｈｉ／Ｌｏモニタ）
１２、１６，３３ メモリ
１５、 タイムディレイ（オンディレイ）
０、２１ タイムディレイ（ワイプアウト）
２２、３０ ディジタル加算
２４、 加算器
３１、 減算器
４７、 ランバック要因毎の目標負荷選択ロジック
４８、 ランバック目標負荷設定値
４９、 ランバック検出

Claims (5)

1. 火力発電プラントのボイラ、タービン協調制御装置におけるランバック運転を下記の形態で行なう方法。
   １）ランバック目標負荷指令を所定の変化率をもって降下させるとき負荷設定器及び負荷変化率設定器を追従動作としてランバック降下レート設定器の出力に追従させる。
   ２）ランバック目標負荷指令をボイラ入力量制御指令とタービン加減弁開度制御指令に分けタービン加減弁開度制御指令中には変化率制限器を設けてタービン加減弁を制御する。
   
2. 各ランバック要因に対するランバック目標負荷指令の設定はひとつのランバック目標負荷設定器を置きランバック目標負荷指令がランバック発生要因の目標値に到達したことを検出して目標値に保持させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
   
3. タービン加減弁開度が変圧域では一定である変圧貫流ボイラのためにランバック要因毎にバイアス値を作りこれを変化率制限動作によってタービン加減弁開度制御指令にバイアスすることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
   
4. 各給水ポンプ運転状態信号をデジタル加算して給水ポンプ（ＢＦＰ）ランバッック時のランバック目標負荷指令の目標値の設定をすることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
   
5. ランバック発生に伴い「ランバック動作中」としてメモリ保持されるランバック運転状態を限時タイマーによってリセットすることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

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