JP4494564B2 - 蒸気タービン発電設備 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気タービンを用いた発電設備、特に原子力（用）タービンによる発電設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在発電用として広く使用されている原子炉は、加圧水型原子炉や沸騰水型原子炉などの軽水炉であるが、一般にはこれら軽水炉で発生される飽和蒸気がタービン駆動用蒸気として使用される。即ち、沸騰水型原子炉で発生された飽和蒸気又は加圧水型原子炉の蒸気発生器で発生された飽和蒸気が主蒸気として主蒸気止め弁及び蒸気加減弁を通って原子力タービンの高圧タービンに入り、これを駆動する。原子力タービンにおいては、高圧タービンと低圧タービンが同軸的に配置され、発電機を駆動するようになっている。高圧タービンを駆動した蒸気は湿り蒸気となっていて、これは高圧タービンを出て湿分分離器又は湿分分離加熱器を経て低圧タービンに入る。湿分分離器などで湿分が除去された蒸気は、前述のように低圧タービンに入るに際し、再熱蒸気止め弁及びインターセプト弁を通る。低圧タービンを駆動した再熱蒸気は復水器に入り、ここで水に戻されて、再び給水ポンプなどにより原子炉又は蒸気発生器に給水として供給される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
而して、湿分分離加熱器には再熱蒸気の異常な昇圧による不具合を防止するため、１００％容量の逃し弁が設けられている。これは例えば、緊急停止信号を受けてインターセプト弁が全数全閉したのに対し、蒸気加減弁の一部がスティックなどにより開かれたままになり、湿分分離加熱器内に蒸気が過剰供給される事態に対処するものである。しかしながら、現在までの長い実運転において、想定したような異常昇圧は発生したことが無く、有効に利用されることがなかった。一方、このような逃し弁の設置は、それ自体の製作費も高く、関連する取り付け部分の付加的コストも大きく、原子力タービンの製作効率化の支障原因となっていた。
更に、この種プラントの安全確保用機器においては、いつ如何なる状態においても機器が正常に作動又は起動することが求められていて、通常運転状態中において、定期的に作動テストをして機能の正常保持を確認する必要があり、このような安全性確保のための費用も費やされていた。
従って、本発明は、湿分分離加熱器に関連する逃し弁が無くても、機器の安全性が確保できる蒸気タービン発電設備及びその運転方法を提供することを課題とする。
【０００４】
【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、高圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気タービン、蒸気源、主蒸気系に設けられた主蒸気止め弁及び蒸気加減弁、前記高圧タービン及び低圧タービンにそれぞれ連絡した湿分分離加熱器、前記低圧タービンの蒸気入口側に設けられた再熱蒸気止め弁及びインターセプト弁、並びに前記蒸気タービンによって駆動されるタービン発電機を有する蒸気タービン発電設備を運転するに際し、湿分分離加熱器の圧力が規定値の１１０％になったときに前記主蒸気止め弁及び再熱蒸気止め弁を閉じて前記蒸気タービンをトリップさせて、それ以上の湿分分離加熱器の圧力上昇を防止する。
更に、本発明によれば、同様な構成の蒸気タービン発電設備において、インターセプト弁の最小流量が零よりも大きく、全閉指令信号を受けても蒸気の通過を許容するように構成して如何なる状態でも湿分分離加熱器から低圧タービンへ蒸気が流れて過大な圧力上昇を防止する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
先ず、原子力タービン１０を図式的に示す図１を参照するに、高圧タービン１１及び低圧タービン１３は同軸的に配置され、発電機１５を駆動するようになっている。図示しない蒸気発生器（Ｓ／Ｇ）に連絡した主蒸気配管１７には、４台の主蒸気止め弁１９及び蒸気加減弁２１が設けられ、これは高圧タービン１１に連絡している。高圧タービン１１の出口は湿分分離加熱器２５に連絡し、これは又６台の再熱蒸気止め弁２７及びインターセプト弁２９を介して低圧タービン１３に連絡している。図示はされていないが、湿分分離加熱器２５には、主蒸気が流入するようになっていて、高圧タービン１１の排気を加熱できるようになっている。更に、低圧タービン１３は、図示しない系統を介して復水器、脱気器、給水加熱器などに連絡し、蒸気発生器に復水を給水として供給するようになっている。
【０００６】
上述の構成を有する原子力タービン１０の通常時の運転を説明すると、蒸気発生器で発生された飽和蒸気（３００℃、約７０ａｔａ）が主蒸気管１７を通り、主蒸気止め弁１９及び蒸気加減弁２１を通って原子力タービン１０の高圧タービン１１に入り、これを駆動する。高圧タービンを駆動した蒸気は約１０ａｔａの湿り蒸気となっていて、これは高圧タービン１１を出て湿分分離加熱器２５を経て低圧タービン１３に入る。湿分分離加熱器２５で湿分が除去され加熱された再熱蒸気は、再熱蒸気止め弁２７及びインターセプト弁２９を通って低圧タービン１３に入り、これを駆動する。低圧タービンを駆動した再熱蒸気は復水器に入り、ここで水に戻されて、再び給水ポンプなどにより蒸気発生器に給水として供給される。前述のように蒸気により駆動される高圧タービン１１と低圧タービン１３は、発電機１５を駆動して発電を行う。
【０００７】
前述の蒸気加減弁２１及びインターセプト弁２９は、これらのタービンへの蒸気流量を制御して発電機１５の出力及び回転数を規定値に制御する。図２は、これら蒸気加減弁２１及びインターセプト弁２９の設定曲線を示したもので、先ず全部のインターセプト弁２９が一様に開いていき、インターセプト弁２９が約５０％開いた後、４台の蒸気加減弁２１が同様な態様で順次開いていく。
【０００８】
次に、本発明においては、図示はされないが湿分分離加熱器２５に３個の圧力検出器を取り付け、これを図３に示すように圧力トランスミッター３１を介してタービン保安装置３３のバイステーブル３５に連絡し、３個のバイステーブル３５は、多数決回路３７に接続している。バイステーブル３５は、圧力トランスミッター３１からの圧力信号が所定値、即ち規定出力の１１０パーセントの圧力値を越すと論理信号１を出し、多数決回路３７は３個のバイステーブル３５から出る論理信号が２個以上１になったとき、タービントリップ信号を出力する。このような論理演算は、２ ＯＵＴ ＯＦ ３ ＬＯＧＩＣ として知られ、圧力検出器、圧力トランスミッター３１及びバイステーブル３５の故障に対し、信頼性のある制御結果を示す。
【０００９】
又、インターセプト弁２９は、内部に弁体の機械的ストッパを備え、弁開度指令信号が零度を示しても、全閉せず、湿分分離加熱器２５の出口圧力が定格値の場合、定格蒸気流量の数％から十数％の再熱蒸気が流れる構造としている。尚、本実施例において、原子力タービン１０は軸流タービンであり、定格回転数近傍において、定格流量の数％から十数％の蒸気流量では蒸気のエネルギーを回転エネルギーに変換することは困難となり、低圧タービン１３を流れる蒸気による回転上昇は許容値以内となり、実害は生じない。
【００１０】
そして、前述のようなタービン保安装置３３を備えた原子力タービン１０は、正常時においては前述のように蒸気が流れて最終的に電力を発生するように運転される。而して，負荷が急減すると、高圧タービン１１及び低圧タービン１３は、増速しようとするが、タービン保安装置３３の図示しない加速度防止装置が作動して、蒸気加減弁２１及びインターセプト弁２９に全閉指令信号が印加され、閉じる。そして、全部の蒸気加減弁２１及びインターセプト弁２９が正常に動作すれば、インターセプト弁２９は前述のように若干の蒸気流れを許容するので、湿分分離加熱器２５の圧力値は定格値の１０６％以上にはならず、安全であり、タービントリップ信号は出力されない。
【００１１】
一方、４台ある蒸気加減弁２１の内の少なくとも１台の弁ステムがスティックを起こしたりして開いたままになり、他方のインターセプト弁２９が正常に閉じていくと、湿分分離加熱器２５の圧力値は上昇していき、３個の圧力検出器はその圧力上昇を検出し、圧力トランスミッター３１及びバイステーブル３５を経由して多数決回路３７に対応信号を入力する。従って、多数決回路３７はタービントリップ信号を出力し、タービン保安装置３３により主蒸気止め弁１９及び再熱蒸気止め弁２７に作動指令信号を出し、原子力タービン１０をトリップする。もし、３基の圧力検出器の一つが故障して異常信号を出しても、多数決回路３７の２ ＯＵＴ ＯＦ ３ ＬＯＧＩＣ によりタービントリップ信号を出し、正常に原子力タービン１０をトリップさせる。以上のような３個の圧力検出系からなる冗長系の内、２系列が同時に故障する確率は極めて小さく、湿分分離加熱器２５における過大圧力発生は実質的に防止される。更に、仮に２個の圧力検出系が同時に故障しても、インターセプト弁２９は全閉しないからその圧力上昇は抑制され、関連系統は保護される。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法によれば、所定値即ち定格値の１１０％の圧力値に湿分分離加熱器内圧力が達したときに、タービントリップ信号を出して、原子力タービンをトリップするので、原子力タービンを安全に運転することができる。更に、本発明の設備によれば、制御系や主蒸気止め弁などに故障が生じても、インターセプト弁２９は最小量の蒸気流れを許容するので、万一の場合においても原子力タービン１０の重大な損傷発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る原子力タービンの概略系統図である。
【図２】前記実施形態の作用を説明するための蒸気加減弁及びインターセプト弁の弁開度線図である。
【図３】前記実施形態に係るタービン保安装置の要部の系統を示す部分系統図である。
【符号の説明】
１０ 原子力タービン
１１ 高圧タービン
１３ 低圧タービン
１５ 発電機
１７ 主蒸気管
１９ 主蒸気止め弁
２１ 蒸気加減弁
２５ 湿分分離加熱器
２７ 再熱蒸気止め弁
２９ インターセプト弁
３１ 圧力トランスミッター
３３ タービン保安装置
３５ バイステーブル
３７ 多数決回路

Claims (3)

1. 高圧タービン及び低圧タービンを備えた蒸気タービン、蒸気源、主蒸気系に設けられた主蒸気止め弁及び蒸気加減弁、前記高圧タービン及び低圧タービンにそれぞれ連絡した湿分分離加熱器、前記低圧タービンの蒸気入口側に設けられた再熱蒸気止め弁及びインターセプト弁、並びに前記蒸気タービンによって駆動されるタービン発電機を有する蒸気タービン発電設備において、
   前記インターセプト弁の内部に弁体の機械的ストッパを備え、最小流量が零よりも大きく、全閉指令信号を受けても蒸気の通過を許容するような構成になっていることを特徴とする蒸気タービン発電設備。
2. さらに、前記湿分分離加熱器の圧力を検出する圧力検出部を備え、前記圧力検出部の検出値が許容値を超えたことを検出したら、前記主蒸気止め弁及び再熱蒸気止め弁を閉じるタービン保安装置を有することを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン発電設備。
3. 前記タービン保安装置は、複数の前記圧力検出部を備え、
   前記複数の圧力検出部により複数位置の圧力を検出し、前記複数の圧力検出部のうち、許容値を超えた検出値を検出した前記圧力検出部が過半数となったら、前記主蒸気止め弁及び再熱蒸気止め弁を閉じるタービン保安装置を有することを特徴とする請求項２に記載の蒸気タービン発電設備。

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