JP5143098B2 - 蒸気タービン制御装置および蒸気タービン制御方法 - Google Patents

Description

本発明はパワーロードアンバランス回路の動作後のタービン整定過程におけるタービン回転数の変動を小さくし、滑らかに整定回転数に到達できるようにした蒸気タービン制御装置および蒸気タービン制御方法に関する。

一般に、蒸気タービン制御装置においては、負荷遮断時あるいは系統事故時におけるタービンの過速（オーバースピード）状態を回避するために、発電機負荷とタービン出力との不平衡（アンバランス）状態を検出して、主要蒸気弁を一定時間だけ閉動作させてタービンへの流入蒸気を制限し、オーバースピードを抑制するパワーロードアンバランス機能とインターセプト弁急閉機能とを設けている（例えば、特許文献１参照）。

図７は特許文献１に記載されている一般的な蒸気タービンプラントの概略系統図であり、図８は従来の蒸気タービン制御装置の概略制御ブロック図である。そして、図９はパワーロードアンバランス発生時の従来の蒸気タービン制御装置によるタービン整定過程の動作図である。

まず、図７の蒸気タービンプラントの概略系統図について説明する。
図７において、蒸気発生器またはボイラ１からの蒸気は、主蒸気管２に設けた主蒸気止め弁３及び蒸気加減弁４を経て高圧タービン５に流入し、ここで仕事を行なってタービン軸を回転させる。そして、高圧タービン５で仕事を終えた高圧排気蒸気は低温再熱管６により再熱器７に導かれ、ここで再熱されたのち、高温再熱管８に設けられた再熱蒸気止め弁９及びインターセプト弁１０を経て中圧タービン１１に供給される。

中圧タービン１１に供給された蒸気はここで仕事を行なった後排気されクロスオーバー管１２を経て低圧タービン１３に流入する。そして、ここで仕事を行なった後復水器１４で凝縮されて復水し、図示しない給水系を経て再び蒸気発生器またはボイラ１に戻るように構成されている。

このように高圧タービン５、中圧タービン１１、低圧タービン１３で蒸気のエネルギを利用してタービン軸が回転されると、このタービン軸に直結されている発電機１５を駆動して発電電力を遮断器１６を介して電力系統の送電線１７に送電する。

なお、１８はタービン軸に設けられたタービン回転数検出器であり、１９はタービン出力と比例関係にある高圧排気蒸気または高圧排気蒸気を再熱した再熱蒸気の圧力を検出する蒸気圧力検出器である。なお、発電プラントによっては、インターセプト弁１０の下流で中圧タービン１１の上流に蒸気圧力検出器を設置する場合がある。

２０は発電機１５から送電線１７への送電電力（これを、発電機負荷量という）を検出するための発電機電流用変流器である。また、２１は蒸気加減弁４の弁開度を検出する弁開度検出器、２２はインターセプト弁１０の弁開度を検出する弁開度検出器である。

次に、図８に示す従来の蒸気タービン制御装置１００Ｔの概略制御ブロック図に基づいて機能を簡単に説明する。
図８に示す従来の蒸気タービン制御装置１００Ｔは、構成要素を大別すると、速度制御回路３０と、負荷制御回路４０と、パワーロードアンバランス回路５０Ｔと、弁開度制御回路６０と、インターセプト弁急閉回路７０とを備えている。これらの構成要素はいずれも公知であるが、以下、概要を説明する。

まず、速度制御回路３０は、目標回転数である定格回転数と前記タービン回転数検出器１８によって検出されたタービン実回転数１８ｓとの偏差に制御ゲインを乗算して得られた速度制御信号３０ｓを負荷制御回路４０に対して出力するように構成されている。

次に、負荷制御回路４０は、オペレータ等によって設定された出力設定指定８０ｓと内蔵する負荷設定器（積分要素）の負荷設定信号との偏差を積分したあとで前記速度制御回路３０から入力される速度制御信号３０ｓを加算して負荷要求指令信号４４ｓを得、この負荷要求指令信号４４ｓと負荷制限設定信号とのいずれか低値の信号を選択し、蒸気加減弁流量指令信号４０ｓとして前記弁開度制御回路６０に出力するように構成されている。

次に、弁開度制御回路６０について説明する。
弁開度制御回路６０は、蒸気加減弁４の弁開度を制御する蒸気加減弁弁開度制御回路６０_−１と、インターセプト弁１０の弁開度を制御するインターセプト弁弁開度制御回路６０_−２との２系統から構成されており、このうち、蒸気加減弁弁開度制御回路６０_−１は、前記負荷制御回路４０から蒸気加減弁流量指令信号４０ｓを入力して蒸気加減弁４の「流量−弁開度特性」に従って弁開度指令を決定し、この弁開度指令と弁開度検出器２１の実弁開度２１ｓとの偏差に制御ゲインを乗算して得られる値をサーボ指令信号として出力するように構成されている。

一方、インターセプト弁弁開度制御回路６０_−２は、前記負荷制御回路４０から出力された前記負荷要求指令信号４４ｓを入力し、この負荷要求指令信号４４ｓに、蒸気加減弁調定率とインターセプト弁調定率によって決定されるゲインを乗算した後に、インターセプト弁１０を全開させるためのバイアス値（１００％）を加算してインターセプト弁流量指令信号を求め、インターセプト弁１０の「流量−弁開度特性」に従って決定される弁開度指令と弁開度検出器２２の実弁開度２２ｓとの偏差に制御ゲインを乗算して得られる値をサーボ指令信号として出力するように構成されている。

次に、前記パワーロードアンバランス回路５０Ｔについて説明する。
パワーロードアンバランス回路５０Ｔは、負荷遮断あるいは系統事故によって発生する発電機負荷とタービン出力との不平衡（アンバランス）状態を検出してタービンの過速状態を解消するように機能するもので、タービン出力と比例関係にある蒸気圧力、例えば、再熱蒸気圧力を検出する再熱蒸気圧力検出器１９の出力信号であるタービン出力信号１９ｓと、発電機電流用変流器２０で検出した発電機負荷信号２０ｓとを入力し、発電機負荷信号２０ｓの変化率（単位時間あたりの減少量）と、タービン出力信号１９Ｔｓと発電機負荷信号２０ｓとの偏差をそれぞれ監視し、発電機負荷２０ｓの変化率が予め定めた設定値（例えば、−４０％／１０msec）以上で、かつ、タービン出力信号１９ｓと発電機負荷信号２０ｓとの偏差が予め定めた設定値（例えば、＋４０％）以上となった状態を検知すると、信号５０Ｔｓを出力して、蒸気加減弁４の図示していない急速作動電磁弁により蒸気加減弁４を急速に全閉させると同時に、前記負荷制御回路４０に内蔵されている負荷設定器の出力を強制的にゼロに設定するように構成されている。

そして、この動作は、タービン出力信号１９ｓと発電機負荷信号２０ｓとの偏差が設定値（４０％）未満になるまで継続され、偏差が設定値（４０％）未満になると、図示していない急速作動電磁弁の作動を解除させると同時に、前記負荷制限回路４０内の負荷設定器の出力を無負荷定格回転数の値に設定する。

また、パワーロードアンバランス回路５０Ｔが動作する状況下では、インターセプト弁急閉回路７０も動作し、インターセプト弁１０の急速作動電磁弁を作動させてインターセプト弁１０を急速に全閉させる。

最後に、前記インターセプト弁急閉回路７０を説明する。
インターセプト弁急閉回路７０は、負荷遮断あるいは系統事故によって発生するタービンの過速状態を解消するために、タービン出力１９ｓが所定値（例えば、１５％）以上あり、かつ、インターセプト弁の負荷制御信号から計算されるインターセプト弁１０の弁開度指令が実弁開度よりも例えば５％以上低い値になった状態、すなわち、インターセプト弁弁開度指令とインターセプト弁の実開度との偏差が−５％以下になった条件を検出して、一定時間インターセプト弁１０の急速作動電磁弁を動作させることによりインターセプト弁１０を全閉させるように構成されている。
インターセプト弁急閉回路７０には、上記の２つの条件に加え、インターセプト弁１０の弁開度指令が全開値以下であることもインターロック条件としている。

パワーロードアンバランス状態が発生してタービン回転数１８ｓがインターセプト弁１０の動作回転数域まで上昇すると、全開していたインターセプト弁１０が閉方向に動作し始めて閉め方向偏差大の状態となり、インターセプト弁１０が急速作動電磁弁の作動によって全閉する。インターセプト弁１０が全閉すると、閉め方向偏差大が解消されて、タービン回転数の降下過程においてインターセプト弁１０の速度調定率によって決定されるタービン回転数（例えば、インターセプト弁調定率が２％であれば１０２％）から定格回転数までの間で、インターセプト弁１０が全閉状態から全開状態へ移行する。

図９は従来装置によるパワーロードアンバランス発生時のタービン整定過程の動作図である。
負荷遮断時あるいは系統事故によって、発電機負荷とタービン出力との不平衡（アンバランス）状態になると、時刻ｔ１でパワーロードアンバランス回路５０Ｔが動作（ＯＮ）し、同時にタービン回転数は定格回転数（１００％）から急速に上昇する。

そして、タービン回転数が上昇し、時刻ｔ２でブローダウン回転数（インターセプト弁速度調定率が例えば２％であれば１０２％の回転数）以上になると、この時点ｔ２でインターセプト弁急閉回路７０が動作（ＯＮ）し、インターセプト弁１０の弁開度はそれまでの１００％の弁開度から急激に絞られて全閉（０％）する。
インターセプト弁１０の弁開度が全閉になると、インターセプト弁急閉回路７０は再びＯＦＦ状態に戻る。

なお、タービン回転数は、高圧タービン５、中圧タービン１１への蒸気量が急減した直後は慣性により暫く上昇を続け、ピーク値に到達して減少に転じる。
その後、タービン回転数が時刻ｔ３でブローダウン回転数（１０２％回転数）まで減少してくると、インターセプト弁１０の弁開度が全閉（０％）状態から徐々に開き始める。

そして、タービン回転数が更に低下し、時刻ｔ４でタービン回転数が１０１％まで低下すると、パワーロードアンバランス回路５０Ｔがリセット（ＯＦＦ）し、同時にインターセプト弁１０の弁開度をさらに増加させる。

この結果、タービン回転数は時刻ｔ４から再び増加し、１０２％を超えるようになる。
時刻ｔ５でインターセプト弁急閉回路７０が再び動作（ＯＮ）するため、インターセプト弁１０の弁開度は再び全閉（０％）状態まで制御される。インターセプト弁１０の弁開度が全閉になるので、インターセプト弁急閉回路７０は再びＯＦＦ状態に戻る（時刻ｔ６）。タービン回転数が１０２％まで低下すると、インターセプト弁１０は関数発生器６７の弁開度特性に応じて再び開き始め、時刻ｔ７で１０１％の回転数になったあと、大きな変化率で開き、時刻ｔ８で全開（１００％）状態に戻る。このときのタービン回転数は１００％である。

タービン回転数はその後も減少し続け、時刻ｔ９で定格回転数（１００％）よりもかなり低い回転数に落ち着く。

特開平５−１８２０７号公報

図９の特性図からわかるように、従来の蒸気タービン制御装置１００Ｔでは、パワーロードアンバランス回路５０Ｔやインターセプト弁急閉回路７０の動作がリセットされるタイミングによって、タービン回転数の降下（タービン整定）過程における回転数の変動が発生することがある。

すなわち、従来の蒸気タービン制御装置では、
（ｉ） タービン出力と比例関係にある蒸気圧力として、インターセプト弁後の再熱ボウル圧力を使用する場合は、インターセプト弁急閉回路７０が動作してインターセプト弁１０が全閉（０％）した時点でタービン出力もゼロになってしまうため、オフディレータイマーを追加して一定時間パワーロードアンバランス回路の動作を継続させるようにしている。

この場合は、定格負荷運転時の回転数上昇がもっとも大きくなる状況を想定してタイマー時間を設定するため、部分負荷運転中にパワーロードアンバランスが動作すると、動作をリセットするタイミングが遅すぎて、タービン回転数が定格回転数からアンダーシュートしてしまう欠点がある。

（ii） タービン整定過程において、タービン回転数がブローダウン回転数（インターセプト弁速度調定率が２％であれば１０２％）以下になると、再熱器内の残留蒸気をブローダウンするために、インターセプト弁１０が開き始める（図９の時刻ｔ３）。タービン整定過程における回転数の２次ピーク（図９の時刻ｔ４−ｔ６）の発生は、ブローダウン回転数近辺におけるパワーロードアンバランス回路やインターセプト弁急閉回路の動作タイミングやリセットタイミングによってもたらされる。

（iii） パワーロードアンバランス回路５０Ｔのリセット時に負荷制御回路４０の負荷設定器が無負荷定格回転数の値に設定されるため、最終的なタービンの整定回転数はほぼ定格回転数となるが、整定時の蒸気条件の影響を受けて定格回転数から乖離する場合がある。

そこで、本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、パワーロードアンバランス動作後のタービン整定過程におけるタービン回転数の変動を小さくし、滑らかに整定回転数に到達できるようにした蒸気タービン制御装置および蒸気タービン制御方法を得ることを目的とする。

また、他の目的は、パワーロードアンバランス動作をリセットするタイミングを適正にすることにより、インターセプト弁の開動作によってタービン回転数が上昇したり、タービン回転数が定格回転数からアンダーシュートするのを防止することができるようにした蒸気タービン制御装置および蒸気タービン制御方法を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、目標回転数とタービン実回転数との偏差から得られる速度制御信号を出力する速度制御回路と、負荷設定器によって設定された負荷設定信号と出力設定指令との偏差に前記速度制御回路から入力される速度制御信号を加算して得られる負荷要求指令信号と、負荷制限設定器によって設定される負荷制限設定信号とのうち、いずれかの低値を選択して蒸気加減弁流量指令信号として出力する負荷制御回路と、前記負荷制御回路からの蒸気加減弁流量指令信号に基づいて弁開度指令を決定し、弁開度指令と実弁開度との偏差に基づくサーボ指令信号として出力する蒸気加減弁弁開度制御回路と、前記負荷制御回路から入力した負荷要求指令信号に蒸気加減弁調定率およびインターセプト弁調定率によって決定される値を乗算した後、弁を全開させるためのバイアス値を加算してインターセプト弁流量指令信号を求め、このインターセプト弁流量指令信号を関数発生器に設定した弁の流量−開度特性に入力して弁開度指令を求め、この弁開度指令と実弁開度との偏差から得られる値をサーボ指令信号として出力するインターセプト弁弁開度制御回路と、発電機負荷とタービン出力との不平衡状態を検出したとき、急速作動電磁弁を動作させて前記蒸気加減弁を全閉させ、不平衡状態が解消されるまでこの動作状態を自己保持するパワーロードアンバランス回路と、インターセプト弁弁開度指令が実弁開度よりも所定値以上低い値になった状態を検出したとき、一定時間急速作動電磁弁を動作させてインターセプト弁を全閉させるインターセプト弁急閉回路と、からなる蒸気タービン制御装置において、前記パワーロードアンバランス回路は、タービン回転数の上昇レートが所定値以下になったことを検出するタービン回転数上昇レート判定手段と、タービン回転数が所定値以下になったことを検出するタービン回転数検出手段とを付加し、これらタービン回転数上昇レート判定手段およびタービン回転数検出手段が共に動作した条件でリセットすることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、目標回転数とタービン実回転数との偏差から得られる速度制御信号を出力する速度制御回路と、負荷設定器によって設定された負荷設定信号と出力設定指令との偏差に前記速度制御回路から入力される速度制御信号を加算して得られる負荷要求指令信号と、負荷制限設定器によって設定される負荷制限設定信号とのうち、いずれかの低値を選択して蒸気加減弁流量指令信号として出力する負荷制御回路と、前記負荷制御回路からの蒸気加減弁流量指令信号に基づいて弁開度指令を決定し、弁開度指令と実弁開度との偏差に基づくサーボ指令信号として出力する蒸気加減弁弁開度制御回路と、前記負荷制御回路から入力した負荷要求指令信号に蒸気加減弁調定率およびインターセプト弁調定率によって決定される値を乗算した後、弁を全開させるためのバイアス値を加算してインターセプト弁流量指令信号を求め、このインターセプト弁流量指令信号を関数発生器に設定した弁の流量−開度特性に入力して弁開度指令を求め、この弁開度指令と実弁開度との偏差から得られる値をサーボ指令信号として出力するインターセプト弁弁開度制御回路と、発電機負荷とタービン出力との不平衡状態を検出したとき、急速作動電磁弁を動作させて前記蒸気加減弁を全閉させ、不平衡状態が解消されるまでこの動作状態を自己保持するパワーロードアンバランス回路と、インターセプト弁弁開度指令が実弁開度よりも所定値以上低い値になった状態を検出したとき、一定時間急速作動電磁弁を動作させてインターセプト弁を全閉させるインターセプト弁急閉回路と、からなる蒸気タービン制御装置において、前記インターセプト弁弁開度制御回路は、インターセプト弁の急閉動作のリセットによってインターセプト弁が開動作する際に、インターセプト弁の動作速度を制限する開動作速度制限手段を有することを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、目標回転数とタービン実回転数との偏差から得られる速度制御信号を出力する速度制御回路と、負荷設定器によって設定された負荷設定信号と出力設定指令との偏差に前記速度制御回路から入力される速度制御信号を加算して得られる負荷要求指令信号と、負荷制限設定器によって設定される負荷制限設定信号とのうち、いずれかの低値を選択して蒸気加減弁流量指令信号として出力する負荷制御回路と、前記負荷制御回路からの蒸気加減弁流量指令信号に基づいて弁開度指令を決定し、弁開度指令と実弁開度との偏差に基づくサーボ指令信号として出力する蒸気加減弁弁開度制御回路と、前記負荷制御回路から入力した負荷要求指令信号に蒸気加減弁調定率およびインターセプト弁調定率によって決定される値を乗算した後、弁を全開させるためのバイアス値を加算してインターセプト弁流量指令信号を求め、このインターセプト弁流量指令信号を関数発生器に設定した弁の流量−開度特性に入力して弁開度指令を求め、この弁開度指令と実弁開度との偏差から得られる値をサーボ指令信号として出力するインターセプト弁弁開度制御回路と、発電機負荷とタービン出力との不平衡状態を検出したとき、急速作動電磁弁を動作させて前記蒸気加減弁を全閉させ、不平衡状態が解消されるまでこの動作状態を自己保持するパワーロードアンバランス回路と、インターセプト弁弁開度指令が実弁開度よりも所定値以上低い値になった状態を検出したとき、一定時間急速作動電磁弁を動作させてインターセプト弁を全閉させるインターセプト弁急閉回路と、からなる蒸気タービン制御装置において、前記負荷制御回路は、前記パワーロードアンバランス回路の動作のリセット後の整定回転数を定格回転数に一致させるように前記負荷設定器の出力を変化させる負荷設定器出力制御手段を有することを特徴とする。

さらに、請求項６に係る発明は、目標回転数とタービン実回転数との偏差から得られる速度制御信号を出力する速度制御回路と、負荷設定器によって設定された負荷設定信号と出力設定指令との偏差に前記速度制御回路から入力される速度制御信号を加算して得られる負荷要求指令信号と、負荷制限設定器によって設定される負荷制限設定信号とのうち、いずれかの低値を選択して蒸気加減弁流量指令信号として出力する負荷制御回路と、前記負荷制御回路からの蒸気加減弁流量指令信号に基づいて弁開度指令を決定し、弁開度指令と実弁開度との偏差に基づくサーボ指令信号として出力する蒸気加減弁弁開度制御回路と、
前記負荷制御回路から入力した負荷要求指令信号に蒸気加減弁調定率およびインターセプト弁調定率によって決定される値を乗算した後、弁を全開させるためのバイアス値を加算してインターセプト弁流量指令信号を求め、このインターセプト弁流量指令信号を関数発生器に設定した弁の流量−開度特性に入力して弁開度指令を求め、この弁開度指令と実弁開度との偏差から得られる値をサーボ指令信号として出力するインターセプト弁弁開度制御回路と、発電機負荷とタービン出力との不平衡状態を検出したとき、急速作動電磁弁を動作させて前記蒸気加減弁を全閉させ、不平衡状態が解消されるまでこの動作状態を自己保持するパワーロードアンバランス回路と、インターセプト弁弁開度指令が実弁開度よりも所定値以上低い値になった状態を検出したとき、一定時間急速作動電磁弁を動作させてインターセプト弁を全閉させるインターセプト弁急閉回路とを備えて蒸気タービンを制御するようにした蒸気タービン制御方法において、タービン回転数の上昇レートが所定値以下になった条件と、タービン回転数が所定値以下になった条件とが同時に成立したとき、パワーロードアンバランス動作をリセットすることを特徴とする。

さらに、請求項７に係る発明は、目標回転数とタービン実回転数との偏差から得られる速度制御信号を出力する速度制御回路と、負荷設定器によって設定された負荷設定信号と出力設定指令との偏差に前記速度制御回路から入力される速度制御信号を加算して得られる負荷要求指令信号と、負荷制限設定器によって設定される負荷制限設定信号とのうち、いずれかの低値を選択して蒸気加減弁流量指令信号として出力する負荷制御回路と、前記負荷制御回路からの蒸気加減弁流量指令信号に基づいて弁開度指令を決定し、弁開度指令と実弁開度との偏差に基づくサーボ指令信号として出力する蒸気加減弁弁開度制御回路と、前記負荷制御回路から入力した負荷要求指令信号に蒸気加減弁調定率およびインターセプト弁調定率によって決定される値を乗算した後、弁を全開させるためのバイアス値を加算してインターセプト弁流量指令信号を求め、このインターセプト弁流量指令信号を関数発生器に設定した弁の流量−開度特性に入力して弁開度指令を求め、この弁開度指令と実弁開度との偏差から得られる値をサーボ指令信号として出力するインターセプト弁弁開度制御回路と、発電機負荷とタービン出力との不平衡状態を検出したとき、急速作動電磁弁を動作させて前記蒸気加減弁を全閉させ、不平衡状態が解消されるまでこの動作状態を自己保持するパワーロードアンバランス回路と、インターセプト弁弁開度指令が実弁開度よりも所定値以上低い値になった状態を検出したとき、一定時間急速作動電磁弁を動作させてインターセプト弁を全閉させるインターセプト弁急閉回路とを備えて蒸気タービンを制御するようにした蒸気タービン制御方法において、インターセプト弁の急閉動作のリセットによってインターセプト弁が開動作していく際に、インターセプト弁の弁開度指令の増加レートを制限することを特徴とする。

さらにまた、請求項８に係る発明は、目標回転数とタービン実回転数との偏差から得られる速度制御信号を出力する速度制御回路と、負荷設定器によって設定された負荷設定信号と出力設定指令との偏差に前記速度制御回路から入力される速度制御信号を加算して得られる負荷要求指令信号と、負荷制限設定器によって設定される負荷制限設定信号とのうち、いずれかの低値を選択して蒸気加減弁流量指令信号として出力する負荷制御回路と、前記負荷制御回路からの蒸気加減弁流量指令信号に基づいて弁開度指令を決定し、弁開度指令と実弁開度との偏差に基づくサーボ指令信号として出力する蒸気加減弁弁開度制御回路と、前記負荷制御回路から入力した負荷要求指令信号に蒸気加減弁調定率およびインターセプト弁調定率によって決定される値を乗算した後、弁を全開させるためのバイアス値を加算してインターセプト弁流量指令信号を求め、このインターセプト弁流量指令信号を関数発生器に設定した弁の流量−開度特性に入力して弁開度指令を求め、この弁開度指令と実弁開度との偏差から得られる値をサーボ指令信号として出力するインターセプト弁弁開度制御回路と、発電機負荷とタービン出力との不平衡状態を検出したとき、急速作動電磁弁を動作させて前記蒸気加減弁を全閉させ、不平衡状態が解消されるまでこの動作状態を自己保持するパワーロードアンバランス回路と、インターセプト弁弁開度指令が実弁開度よりも所定値以上低い値になった状態を検出したとき、一定時間急速作動電磁弁を動作させてインターセプト弁を全閉させるインターセプト弁急閉回路とを備えて蒸気タービンを制御するようにした蒸気タービン制御方法において、パワーロードアンバランス回路の動作のリセット後の整定回転数を定格回転数に一致させるように制御することを特徴とする。

本発明の蒸気タービン制御装置および蒸気タービン制御方法によれば、タービン回転数とその変化量によってパワーロードアンバランス動作の自己保持をリセットするタイミングを決定するようにしたので、リセットのタイミングが早すぎてインターセプト弁の開動作によってタービン回転数が上昇したり、リセットのタイミングが遅すぎてタービン回転数が定格回転数からアンダーシュートしたりする不具合を防止することができる。

また、本発明の蒸気タービン制御装置および蒸気タービン制御方法によれば、パワーロードアンバランス動作後のタービン整定過程におけるタービン回転数の変動を小さくし、滑らかに整定回転数に到達させることができる。

本発明の実施形態１に係る蒸気タービン制御装置の概略制御ブロック図。 実施形態１の蒸気タービン制御装置のパワーロードアンバランス発生時のタービン整定過程の動作図。 本発明の実施形態２に係る蒸気タービン制御装置の概略制御ブロック図。 実施形態２の蒸気タービン制御装置のパワーロードアンバランス発生時のタービン整定過程の動作図。 本発明の実施形態３に係る蒸気タービン制御装置の概略制御ブロック図。 実施形態３の蒸気タービン制御装置のパワーロードアンバランス発生時のタービン整定過程の動作図。 蒸気タービンプラントを示す概略系統図。 従来の蒸気タービン制御装置を示す概略制御ブロック図。 従来のパワーロードアンバランス発生時のタービン整定過程の動作図。

以下、本発明に係る蒸気タービン制御装置の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図を通して同一の構成要素には同一の符号を付け、重複した説明とならないように適宜割愛する。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る蒸気タービン制御装置の制御ブロック図であり、図２は同実施形態１のパワーロードアンバランス発生時のタービン整定過程の動作図である。

（構成）
図１において、本実施形態１に係る蒸気タービン制御装置１００は、従来の蒸気タービン制御装置１００Ｔと同様に、速度制御御回路３０、負荷制御回路４０、パワーロードアンバランス回路５０、弁開度制御回路６０およびインターセプト弁急閉回路７０によって構成されているが、パワーロードアンバランス回路５０に改良が施されている点で従来装置１００Ｔとは異なる。

以下、順を追って、速度制御回路３０からインターセプト弁急閉回路７０までの内部構成を詳細に説明する。

まず、速度制御御回路３０から説明する。
速度制御御回路３０は、タービン定格回転数を設定する定格回転数設定器３１と、このタービン定格回転数設定器３１の定格回転数設定値３１ｓとタービン回転数検出器１８（図７）で検出されたタービン実回転数１８ｓとを突き合せて回転数偏差信号３２ｓを算出する加算部３２と、この回転数偏差信号３２ｓに必要な制御ゲインを乗算するゲイン調整器３３とから構成されている。そして、このゲイン調整器３３の出力３０ｓは速度制御信号として、次段の負荷制御回路４０に出力される。

次に、負荷制御回路４０について説明する。
負荷制御回路４０は、積分要素によって構成され、出力信号を入力側にフィードバックして一次遅れ回路を構成する負荷設定器４３と、この負荷設定器４３の入力側でオペレータ等によって設定された出力設定指令８０ｓと前記負荷設定信号４３ｓとの偏差信号４１ｓを算出する加算部４１と、負荷設定器４３から出力された負荷設定値４３ｓを後述するパワーロードアンバランス回路５０の動作によって強制的にゼロに設定する設定切替器４２と、前記偏差信号４１ｓを前記負荷設定器４３で積分して得られた負荷設定値４３ｓに前述の速度制御御回路３０から出力された速度制御信号３０ｓを加算して負荷要求指令信号４４ｓを得る加算部４４と、負荷制限設定器４５と、前記加算部４４から出力された負荷要求指令信号４４ｓおよび前記負荷制限設定器４５からの制限信号４５ｓを入力し、何れか低値の信号を選択して蒸気加減弁流量指令４０ｓとして出力する低値選択器４６とから構成されている。

次に、パワーロードアンバランス回路５０について説明する。
本実施形態１によるパワーロードアンバランス回路５０は、所定時間内におけるタービン回転数の変化量、すなわちタービン回転数変化率を計算し、上昇レートが所定値（例えば０％）以下になったこと（条件１）、およびタービン回転数が所定値（例えば１０１％）以下になったこと（条件２）を検出して、動作状態をリセット（ＯＦＦ）させる機能を従来のパワーロードアンバランス回路５０Ｔに付加している。

すなわち、本実施形態１によるパワーロードアンバランス回路５０は、大きく分けて従来例の図８に記載のパワーロードアンバランス回路５０Ｔに対応する第１保護回路５０_−１と、この第１保護回路５０_−１が動作して自己保持しているときに上記の２条件が成立すると自己保持を解除すなわちリセットする第２保護回路５０_−２とから構成されている。

まず、第１保護回路５０_−１は、タービン出力と比例関係にある再熱蒸気圧力検出器１９の出力信号であるタービン出力信号１９ｓと発電機電流用変流器２０で検出された発電機負荷信号２０ｓとを突き合せてその偏差信号を算出する加算部５１と、この加算部５１の偏差信号５１ｓを入力してその偏差大きさが予め設定されている設定値（一例として、＋４０％）以上か否かを比較して設定値以上であれば論理信号「１」なる信号５２ｓを出力する比較器５２と、発電機負荷２０ｓの変化率を演算する微分器５３と、この微分器５３から出力された発電機負荷変化率５３ｓが予め定めた変化率レート(一例として、−４０％／１０msec)以上に減少した場合、論理信号「１」なる信号５４ｓを出力する比較器５４と、前記比較器５２の出力信号５２ｓを第１の入力信号とするとともに、前記比較器５４の出力信号５４ｓをＯＲ演算子５５を介して第２の入力信号５５ｓとし、両入力信号５２ｓ、５５ｓのアンド条件が成立している間、論理信号「１」を出力するＡＮＤ演算子５６とから構成されている。

なお、前述した再熱蒸気圧力検出器１９が再熱器７の上流に設置されずにインターセプト弁１０の下流に設置される場合は、インターセプト弁１０の全閉によって直ちにリセットされることを防ぐために、ＡＮＤ演算子５６の後にオフディレータイマーを設けてリセットのタイミングを一定時間遅延させるようにしている。

次に、第２保護回路５０_−２は、前記タービン回転数検出器１８によって検出されたタービン実回転数１８ｓを入力し、そのタービン実回転数の上昇レートを演算する変化率演算器５８と、この変化率演算器５８で求められたタービン回転数の上昇レートが予め定めた設定値（一例として、０％）以下か否かを判定し、０％以下の場合に論理信号「１」を出力する比較器５９を有している。ここで、設定値が０％以下という意味は、タービン回転数の上昇レートがマイナスの場合も含まれる。

さらに、第２保護回路５０_−２は、タービン実回転数１８ｓが予め定めた設定値（一例として、１０１％）以下であるか否かを判定し、１０１％以下の場合に論理信号「１」を出力する比較器５１０と、これら両出力信号５９ｓ、５１０ｓを入力して両者のアンド条件が成立したとき論理信号「１」を、アンド条件が成立しないとき論理信号「０」を出力するＡＮＤ演算子５１１と、このＡＮＤ演算子５１１の論理出力「１」または「０」を反転して「０」または「１」の出力信号５１２ｓとして出力するＮＯＴ演算子５１２と、このＮＯＴ演算子５１２の出力信号５１ｓと、前記第１保護回路５０_−１のＡＮＤ演算子５６の出力５６ｓをＯＲ演算子５７を介して得た信号５７ｓとを入力し、両入力信号５１２ｓ、５７ｓのアンド条件が成立したとき蒸気加減弁４に対して急閉指令５０ｓを出力するＡＮＤ演算子５１３とから構成されている。

なお、このパワーロードアンバランス回路５０は、第１保護回路５０_−１が一旦動作した場合自己保持するようにＡＮＤ演算子５１３の出力信号５０ｓをＯＲ演算子５７の入力端子に入力するように構成している。

このように、本実施形態１のパワーロードアンバランス回路５０には、従来のパワーロードアンバランス回路５０Ｔに相当する第１保護回路５０_−１に対して、タービン回転数検出器１８で検出したタービン回転数１８ｓを入力し、変化率計算器５８によって計算される整定過程におけるタービン回転数の上昇レートが０％以下の設定値になったことを比較器５９で検出し、かつ、このときのタービン回転数１８ｓが１０１％の設定値以下であることを比較器５１０で検出し、両比較器５９、５１０から出力される信号５９ｓ、５１０ｓのアンド条件が成立したとき、パワーロードアンバランス回路５０の動作状態をリセットする第２保護回路５０_−２を付加してある。

次に、弁開度制御回路６０について説明する。
この弁開度制御回路６０は大きく分けて、蒸気加減弁４の弁開度を制御する蒸気加減弁弁開度制御回路６０_−１と、インターセプト弁１０の弁開度を制御するインターセプト弁弁開度制御回路６０_−２との２系統から構成されている。

蒸気加減弁弁開度制御回路６０_−１は、負荷制御回路４０から蒸気加減弁流量指令信号４０ｓを入力して予め設定されている蒸気加減弁４の「流量指令−弁開度指令変換特性」に従って弁開度指令６１ｓを決定する関数発生器６１と、この弁開度指令６１ｓと実弁開度２１ｓとの偏差信号６２ｓを算出する加算部６２と、この偏差信号６２ｓに所定の制御ゲインを乗算して得られる値をサーボ指令信号として出力するゲイン調整器６３と、から構成されている。

一方、インターセプト弁弁開度制御回路６０_−２は、前記負荷制御回路４０の加算部４４から出力された負荷要求指令信号４４ｓを入力し、この負荷要求指令信号４４ｓに蒸気加減弁調定率とインターセプト弁調定率によって決定される制御ゲインを乗算するゲイン調整器６４と、このゲイン調整器６４で乗算して得られた値６４ｓおよびバイアス設定器６５によって設定された弁を全開させるためのバイアス値（１００％）６５ｓを加算してインターセプト弁流量指令信号６６ｓを求める加算部６６と、このインターセプト弁流量指令信号６６ｓを入力して、予め定められたインターセプト弁の「流量−弁開度特性」に従って弁開度指令６７ｓを決定する関数発生器６７と、この弁開度指令６７ｓと実弁開度２２ｓとの偏差６８ｓを求める加算部６８と、この偏差６８ｓに制御ゲインを乗算して得られた値をサーボ指令信号６０_−２ｓとして出力するゲイン調整器６９と、から構成されている。

さらに、インターセプト弁急閉回路７０について説明する。
このインターセプト弁急閉回路７０は、前記インターセプト弁弁開度制御回路６０_−２の関数発生器６７からインターセプト弁弁開度指令６７ｓを入力し、この弁開度指令６７ｓが全開値以下である場合に論理信号「１」なる信号７１ｓを出力する比較器７１と、前記インターセプト弁弁開度制御回路６０_−２の加算部６８から出力される偏差６８ｓを入力し、この偏差６８ｓが所定値（例えば、−５％）以下である場合に、論理信号「１」なる信号７２ｓを出力する比較器７２と、再熱蒸気圧力検出器１９からのタービン出力信号１９ｓを入力し、これが所定値（例えば、１５％）以上である場合に論理信号「１」なる信号７３ｓを出力する比較器７３と、これら比較器７１、７２および７３の出力信号７１ｓ、７２ｓ、７３ｓを入力してアンド条件を検出し、アンド条件成立結果をインターセプト弁１０に急閉指令７０ｓとして出力するＡＮＤ演算子７４とから構成されている。

このように、インターセプト弁急閉回路７０の動作条件は、タービン出力１９ｓが所定値（例えば、１５％）以上あり、かつ、インターセプト弁速度負荷制御信号から計算されるインターセプト弁開度指令とインターセプト弁開度との偏差が所定値（例えば、−５％）以下、すなわち閉め方向の偏差が大きくなった状態にあり、さらに、インターセプト弁１０の弁開度指令が全開値以下であることである。

（作用）
次に本実施形態１に係わる蒸気タービン制御装置１００の作用を説明する。
（ｉ）定常状態（蒸気タービン出力と発電機出力とが平衡している状態）
速度制御回路３０は、定格回転数設定信号３１ｓとタービン回転数信号１８ｓとの偏差信号３２ｓがゲイン調整器３３により好ましいゲインに調整されて速度制御信号３０ｓとして負荷制限回路４０へ出力する。

この速度制御信号３０ｓは負荷制限回路４０において、負荷設定信号４３ｓと加算されて負荷要求指令信号４４ｓとなって低値選択器４６へ送られる。この低値選択器４６には予め負荷制限設定値４５ｓが入力されており、負荷要求指令信号４４ｓと負荷制限設定値４５ｓのうちのいずれか低い値の信号が選択されて蒸気弁流量指令信号４０ｓとなって弁開度制御回路６０に出力される。

弁開度制御回路６０の蒸気加減弁弁開度制御回路６０_−１では、負荷制限回路４０から出力された蒸気加減弁流量指令信号４０ｓを関数発生器６１に入力して蒸気加減弁４の「流量指令−弁開度指令変換特性」に従って弁開度指令６１ｓを決定し、加算部６２でこの弁開度指令６１ｓと蒸気加減弁４の弁開度検出器２１で検出された弁開度信号２１ｓとの偏差６２ｓを演算し、さらに、この偏差６２ｓにゲイン調整器６３で調整ゲインを乗じたうえで図示しない蒸気加減弁用駆動装置にサーボ指令信号６０_−１ｓを送る。蒸気加減弁４はこのサーボ指令信号６０_−１ｓに対応した高圧蒸気を高圧蒸気タービン５に供給する。

また、インターセプト弁弁開度制御回路６０_−２では、前記負荷制御回路４０の加算部４４から出力された負荷要求指令信号４４ｓをゲイン調整器６４に入力して、蒸気加減弁調定率とインターセプト弁調定率によって決定される値を乗算して乗算値６４ｓを求め、この乗算値６４ｓにインターセプト弁１０を全開させるためのバイアス値（１００％）６５ｓを加算してインターセプト弁流量指令信号６６ｓを求め、関数発生器６７に入力される。この関数発生器６７では入力に応じた弁開度指令６７ｓを発生させ、弁開度検出器２２の検出信号２２ｓとの偏差６８ｓを演算し、ゲイン調整器６９で調整ゲインを乗じたうえで図示しないインターセプト弁駆動装置にサーボ指令信号６０_−２ｓを送る。インターセプト弁１０はこのサーボ指令信号６０_−２ｓに応じた中圧蒸気を中圧蒸気タービン１１に供給する。

このようにして、電力系統の定常状態では、発電機負荷が変動しても、発電機回転数が定格回転数に維持されるように蒸気加減弁４およびインターセプト弁１０の弁開度を制御している。

なお、この電力系統の定常状態では蒸気タービン出力１９ｓと発電機出力２０ｓとがバランスしているので、パワーロードアンバランス回路５０の第１保護回路５０_−１の加算部５１の偏差信号５１ｓは比較器５２の設定値よりも十分に小さいので比較器５２から出力される信号は論理値「０」であり、さらに、微分器５３から得られる発電機出力変化率５３ｓも比較器５４の設定値よりも十分に小さいので、比較器５４から出力される信号は論理値「０」であり、結局、第１保護回路５０_−１は動作せず、パワーロードアンバランス回路５０が動作することはない。

パワーロードアンバランス回路５０が動作しないので、負荷制御回路４０の設定切替器４２は負荷設定器４３の設定値を強制的にゼロにするように動作することはない。このため、インターセプト弁急閉回路７０も動作することはない。

（ii）蒸気タービン出力と発電機出力とが不平衡（アンバランス）の状態
系統事故等によって遮断器１６が遮断されたり、あるいは図示していない電力系統内で負荷遮断が行われたことに起因して発電機出力２０ｓが急減すると、その発電機出力２０ｓの減少分に応じて原動機である蒸気タービンの回転数は上昇する。

パワーロードアンバランス回路５０の第１保護回路５０_−１では、微分器５３で得られた発電機出力２０ｓの減少率５３ｓが比較器５４に設定されている所定値（例えば、−４０％／１０msec）以上の割合で減少し、かつ、タービン出力信号１９ｓと発電機負荷信号２０ｓとの偏差５１ｓが比較器５２で設定されている所定値（例えば、＋４０％）以上になったことをＡＮＤ演算子５６で検知する。すると、ＡＮＤ演算子５６から論理値「１」なる信号５６ｓがＯＲ演算子５７を経てＡＮＤ演算子５１３の一方の入力端子に出力される。

このとき、パワーロードアンバランス回路５０の第２保護回路５０_−２では、パワーロードアンバランス発生時のタービン整定過程時に変化率計算器５８によって計算されるタービン回転数１８ｓの上昇レート５８ｓは、比較器５９に予め設定されている所定値（例えば０％）以下ではなく、０％を当然超える大きさとなるので、比較器５９からは論理値「０」なる信号５９ｓが出力される。

また、タービン回転数１８ｓは比較器５１０に予め設定されている所定値（例えば、１０１％）以下ではなく、１０１％より大きいので、比較器５１０からは論理値「０」なる信号５１０ｓが出力される。この状態では、ＡＮＤ演算子５１１のアンド条件は成立せず、ＡＮＤ演算子５１１から論理値「０」なる信号５１１ｓがＮＯＴ演算子５１２に出力される。ＮＯＴ演算子５１２は、この論理値「０」なる信号５１１ｓを反転して論理値「１」なる信号５１２ｓをＡＮＤ演算子５１３の他方の入力端子に入力する。

この結果、系統事故等によって負荷遮断がなされたり、遮断器１６が遮断されたりして発電機出力２０ｓがゼロになるか急激に減少する状態では、ＡＮＤ演算子５１３では両入力信号が「１」となってパワーロードアンバランス回路５０が動作する。

パワーロードアンバランス回路５０は動作すると、蒸気加減弁４の図示していない急速作動電磁弁に急閉指令５０ｓを与えて蒸気加減弁４を急速に全閉させると同時に、負荷制御回路４０に内蔵されている設定切替器４２を介して負荷設定器４３の出力を強制的にゼロに設定する。
なお、この動作は第２保護回路５０_−２の比較器５９および比較器５１０がともに動作してＮＯＴ演算子５１２から論理値「０」なる信号５１２ｓが出力されるまで継続される。

前述のように負荷設定器４３の出力を強制的にゼロに設定した結果、加算部４４から出力される負荷要求指令信号４４ｓは小さい値になってインターセプト弁弁開度制御回路６０_−２に出力される。このためインターセプト弁弁開度制御回路６０_−２では、加算部６６の出力信号６６ｓが健全状態のときよりも小さくなり、関数発生器６７から出力されたインターセプト弁弁開度指令６７ｓも全開値（１００％）よりも小さくなる。

すると、インターセプト弁急閉回路７０において、比較器７１が動作する。このとき、インターセプト弁弁開度制御回路６０_−２で得られる偏差６８ｓも一定値（例えば、−５％）以下なので、比較器７２も動作し、タービン出力１９ｓは一定値（例えば、１５％）以上の大きさであるので比較器７３も動作する。

このため、インターセプト弁急閉回路７０のＡＮＤ演算子７４の入力条件が成立し、インターセプト弁１０の図示していない急速作動電磁弁に急閉指令７０ｓを与えてインターセプト弁１０の弁開度を急速に全閉させる。

タービン回転数は、これらパワーロードアンバランス回路５０、インターセプト弁急閉回路７０が動作した直後は慣性によって上昇し、ピーク値に到達した後減少に転じる。タービン回転数１８ｓがピーク値から予め設定した所定値（例えば、１０１％）以下まで低下し、かつ、このときの変化率計算器５８によって計算されるタービン回転数の上昇レートが所定値（たとえば、０％）以下になると、第２保護回路５０_−２の比較器５１０および比較器５９がそれぞれ動作して論理信号「１」を出力するので、ＡＮＤ演算子５１１から論理値「１」なる信号５１１ｓが出力される。この結果ＮＯＴ演算子５１２からの出力信号５１２ｓはこれまでの論理値「１」から「０」に反転し、パワーロードアンバランス回路５０の動作の自己保持をリセットし、蒸気加減弁４の急速作動電磁弁の作動を解除し、さらに、負荷制御回路４０に設けられている負荷設定器４３の出力を無負荷定格回転数の値に設定する。

このように、本実施形態１によるパワーロードアンバランス回路５０は、従来のパワーロードアンバランス回路５０Ｔに相当する第１保護回路５０_−１に対して、タービン回転数の上昇レートが所定値（たとえば、０％）以下になったこと、およびタービン回転数１８ｓが所定値（例えば、１０１％）以下であることの２条件を検出したときにパワーロードアンバランス回路５０の動作の自己保持をリセットする第２保護回路５０_−２を付加したので、従来よりもタービン回転数の高い状態で蒸気加減弁４の急速作動電磁弁の作動を解除するとともに、負荷制御回路４０の負荷設定器４３の出力を無負荷定格回転数の値に設定する。

図２は、パワーロードアンバランス回路５０の動作（ＯＮ）時点からリセット（ＯＦＦ）時点までの本実施形態１と従来装置の動作を対比して描いたものであり、図２（ａ）は従来例の応動の様子を、図２（ｂ）は本実施形態１の応動の様子をそれぞれ示す。

従来のパワーロードアンバランス回路では、本実施形態１の第２保護装置５０_−２を設けていないので、パワーロードアンバランス回路５０Ｔのみで動作、リセットを判定せざるを得ない。図２（ａ）で示すように、タービン回転数がピーク値から定格回転数（１００％）まで低下した時点ｔ８でパワーロードアンバランス回路５０Ｔをリセットさせているため、結果的にパワーロードアンバランス回路の復帰タイミングが遅過ぎてしまい、タービン回転数は定格回転数（１００％）からアンダーシュートしてかなり低い回転数で整定回転数となる。ＤＳ２は整定回転数と定格回転数との差を表す。

これに対して、本実施形態１では、パワーロードアンバランス回路５０に第２の保護装置５０_−２を追加したことにより、図２（ｂ）で示すように、タービン回転数がピーク値から定格回転数よりも高い回転数（例えば１０１％）以下まで低下した時点ｔｘでそのときの上昇レートの変化率を判定してパワーロードアンバランス回路５０をリセットさせるようにしたので、従来よりも適切なタイミングで整定回転数を定格回転数に近づけることができる。この場合の整定回転数と定格回転数との差をＤＳ１とすると、ＤＳ１は従来例のＤＳ２に比べて小さくすることができる。

以上述べたように、本実施形態１によれば、タービン回転数とその変化量によってパワーロードアンバランス回路の動作の自己保持をリセットするタイミングを決定するようにしたので、従来技術の図９の時刻ｔ４−ｔ５のように、リセットのタイミングが早すぎてインターセプト弁１０の開動作によってタービン回転数が上昇したり、リセットのタイミングが遅すぎて時刻ｔ８−ｔ９のようにタービン回転数が定格回転数からアンダーシュートしたりする不具合を防止することができる。

（実施形態２）
次に、図３、図４を参照して本実施形態２の蒸気タービン制御装置を説明する。
図３は、本発明の実施形態２に係る蒸気タービン制御装置の制御ブロック図であり、図４は、同実施形態２のパワーロードアンバランス発生時のタービン整定過程の動作図である。

本実施形態２の蒸気タービン制御装置１００Ａが前述した実施形態１の蒸気タービン制御装置１００と相違する点は、パワーロードアンバランス回路５０および弁開度制御回路６０の内部構成の一部が変更されたことであり、その他の構成要件については実施形態１と同様であるので、重複する説明は適宜省略する。

すなわち、本実施形態２のパワーロードアンバランス回路５０は、図１のパワーロードアンバランス回路５０から第２保護回路５０_−２を削除して従来技術と同じ第１保護回路５０_−１のみの構成としている。

また、本実施形態２の弁開度制御回路６０は、インターセプト弁弁開度制御回路６０_−２の関数発生器６７と加算部６８との間に、インターセプト弁１０の急閉動作のリセット（ＯＦＦ）によってインターセプト弁１０が開動作する際の動作速度、言い換えれば、弁開度指令の増加レートを制限する、開動作速度制限手段を設ける構成としている。

この開動作速度制限手段は、関数発生器６７と加算部６８との間に当該関数発生器６７の出力である弁開度指令６７ｓの増加方向の変化率を制限する変化率制限器６１０を設け、さらに、パワーロードアンバランス回路５０およびインターセプト急閉回路７０が動作してからタービンが整定するまでの間、関数発生器６７からの出力信号６７ｓを変化率制限器６１０からの出力信号６１０ｓに切り替えて出力する信号切替器６１１とから構成している。

このように構成された本実施形態２においては、パワーロードアンバランスの発生によってパワーロードアンバランス回路５０およびインターセプト急閉回路７０が動作してからタービンが整定するまでの間は、インターセプト弁１０の弁開度指令として変化率制限器６１０の出力６１０ｓが信号切替器６１１によって選択され、弁開度指令の増加率が制限されるようになっている。

この制限された弁開度指令の変化に従って、タービンが整定するまでインターセプト弁１０が緩やかに開いていく。タービン回転数が整定した後は再び、信号切替器６１１によって関数発生器６７の出力を弁開度指令として切り替える。

図４に本実施形態２によるパワーロードアンバランス発生時のタービン整定過程と、従来技術のタービン整定過程とを対比して描いており、図４（ａ）は図９と同じく従来技術のタービン整定過程を示し、図４（ｂ）は本実施形態２のインターセプト弁開度およびタービン回転数の変化の様子を示す。

インターセプト弁弁開度制御回路６０_−２に変化率制限器６１０、信号切替器６１１を備えていない従来技術の場合には、図４（ａ）のように、インターセプト弁１０が開いていく過程（時刻ｔ４−ｔ６）で、タービン回転数が上昇に転じたり、それによって再度インターセプト弁急閉回路７０が動作する不具合がある（時刻ｔ５−ｔ６）。

これに対して、本実施形態２の場合は、図４（ｂ）で示すように、タービン回転数が整定するまでの間、変化率制限器６１０によってインターセプト弁１０の弁開度指令の変化を制限して緩やかにインターセプト弁１０を開動作させることにより、タービン回転数に与える外乱を少なくすることができる。
以上述べたように、本実施形態２によれば、インターセプト弁１０の開動作がタービン回転数の変動に与える影響を小さくすることができる。

（実施形態３）
次に、図５、図６を参照して本実施形態３の蒸気タービン制御装置を説明する。
図５は、本発明の実施形態３に係る蒸気タービン制御装置の制御ブロック図であり、図６は、同実施形態３のパワーロードアンバランス発生時のタービン整定過程の動作図である。

本実施形態３の蒸気タービン制御装置１００Ｂが前述の実施形態１の蒸気タービン制御装置１００と相違する点は、パワーロードアンバランス回路５０および負荷制御回路４０の内部構成の一部が変更されたことであり、その他の構成要件については実施形態１と同様であるので、重複する説明は適宜省略する。

すなわち、本実施形態３では、パワーロードアンバランス回路５０は、図１のパワーロードアンバランス回路５０から第２保護回路５０_−２を削除して第１保護回路５０_−１のみすなわち、従来技術と同じ構成としている。

また、負荷制御回路４０は、出力設定指令８０ｓと負荷設定器４３の出力４３ｓとの偏差を演算する加算部４１と負荷設定器４３との間に、パワーロードアンバランス回路５０が動作状態からリセット後にタービンの整定回転数を定格回転数と一致させるように制御する負荷設定器出力制御を追加した構成としている。

この追加した負荷設定器出力制御手段は、タービン回転数１８ｓを入力して定格回転数設定器４７（速度制御回路３０の定格回転数設定器３１と同等の設定器）との偏差４８ｓを演算する加算部４８と、この偏差４８ｓをゲイン調整して出力するゲイン調整器４９と、負荷設定器４３への入力信号を出力設定指令８０ｓと負荷設定器４３の出力４３ｓとの偏差４１ｓから、ゲイン調整器４９の出力に切り替えるための信号切替器４１０とから構成されている。

このように構成された本実施形態３において、パワーロードアンバランス回路５０が動作状態からリセットしてタービンが整定した後、信号切替器４１０によって定格回転数と実際の整定回転数の偏差に応じた値が負荷設定器４３に入力される。負荷設定器４３は前述したように積分要素であるため、上記の定格回転数と実際の整定回転数の偏差が打ち消されるまで、つまりタービン回転数が定格回転数に一致するまで負荷設定器４３の出力４３ｓを変化させる。タービン回転数１８ｓが定格回転数に復帰した後は、信号切替器４１０は本来の出力設定指令８０ｓと負荷設定器４３の出力値４３ｓとの偏差信号に出力を切り替える。

図６に本実施形態３によるパワーロードアンバランス発生時のタービン整定過程と、従来技術のタービン整定過程と対比して描いており、図６（ａ）は図９と同じく従来技術の場合のタービン整定過程を示し、図６（ｂ）は本実施形態３のタービン回転数の変化の様子を示す。

図８のように、負荷制御回路４０にゲイン調整器４９および信号切替器４１０を付加していない従来例の場合には、図６（ａ）の時刻ｔ９以降のように、整定時の蒸気条件に依存して最終的なタービンの整定回転数が定格回転数から乖離する場合がある。

これに対して、本実施形態３では、整定回転数と定格回転数の偏差を信号切替器４１０によって負荷設定器４３に積算するようにしたので、図６（ｂ）の時刻ｔ１１以降のように、整定後にタービン回転数を定格回転数に一致させるように制御できる。

以上述べたように、本実施形態３によれば、パワーロードアンバランス回路の動作後の整定回転数が定格回転数から大きく乖離することを防止できるので、その後のタービン運転操作をスムーズに行うことができる。

１…蒸気発生器またはボイラ、２…主蒸気管、３…主蒸気止弁、４…蒸気加減弁、５…高圧タービン、６…低温再熱管、７…再熱器、８…高温再熱管、９…再熱蒸気止弁、１０…インターセプト弁、１１…中圧タービン、１２…クロスオーバー管、１３…低圧タービン、１４…復水器、１５…発電機、１６…遮断器、１７…電力系統、１８…タービン回転数検出器、１９…再熱蒸気圧力検出器、２０…発電機電流用変流器、２１…蒸気加減弁の弁開度検出器、２２…インターセプト弁の弁開度検出器、８０…出力設定指令、３０…速度制御回路、３１…（タービン）定格回転数設定器、３２…加算部、３３…（速度制御用）ゲイン調整器、４０…負荷制御回路、４１…加算部、４２…（負荷設定器出力強制）設定切替器、４３…負荷設定器、４５…負荷制限設定器、４６…低値選択器、４７…（タービン）定格回転数設定器、４８…加算部、４９…ゲイン調整器、４１０…信号切替器、５０…パワーロードアンバランス回路、５０_−１…第１保護回路、５０_−２…第２保護回路、５１…加算部、５２…（タービン出力−発電機負荷偏差）比較器、５３…（発電機負荷用）微分器、５４…（発電機負荷変化）比較器、５５…ＯＲ演算子、５６…ＡＮＤ演算子、５７…ＯＲ演算子、５８…（タービン回転数）変化率計算器、５９…（タービン回転数変化率）比較器、５１０…（タービン回転数）比較器、５１１…ＡＮＤ演算子、５１２…ＮＯＴ演算子、５１３…ＡＮＤ演算子、６０…弁開度制御回路、６０−１、６０−２、６１…蒸気加減弁４の流量指令−弁開度指令変換用関数発生器、６２…加算部、６３…蒸気加減弁４の弁開度制御用ゲイン調整器、６４…（インターセプト弁速度調定率）ゲイン調整器、６５…（インターセプト弁全開バイアス）設定器、６６…加算部、６７…（インターセプト弁の流量指令−弁開度指令変換用）関数発生器、６８…加算部、６９…（インターセプト弁の弁開度制御用）ゲイン調整器、６１０…（インターセプト弁 弁開度指令）変化率制限器、６１１…信号切替器、７０…インターセプト弁急閉回路、７１…（インターセプト弁の弁開度指令）比較器、７２…（インターセプト弁の弁開度指令−実弁開度）比較器、７３…（タービン出力）比較器、７４…ＡＮＤ演算子。

Claims (8)

1. 目標回転数とタービン実回転数との偏差から得られる速度制御信号を出力する速度制御回路と、
   負荷設定器によって設定された負荷設定信号と出力設定指令との偏差に前記速度制御回路から入力される速度制御信号を加算して得られる負荷要求指令信号と、負荷制限設定器によって設定される負荷制限設定信号とのうち、いずれかの低値を選択して蒸気加減弁流量指令信号として出力する負荷制御回路と、
   前記負荷制御回路からの蒸気加減弁流量指令信号に基づいて弁開度指令を決定し、弁開度指令と実弁開度との偏差に基づくサーボ指令信号として出力する蒸気加減弁弁開度制御回路と、
   前記負荷制御回路から入力した負荷要求指令信号に蒸気加減弁調定率およびインターセプト弁調定率によって決定される値を乗算した後、弁を全開させるためのバイアス値を加算してインターセプト弁流量指令信号を求め、このインターセプト弁流量指令信号を関数発生器に設定した弁の流量−開度特性に入力して弁開度指令を求め、この弁開度指令と実弁開度との偏差から得られる値をサーボ指令信号として出力するインターセプト弁弁開度制御回路と、
   発電機負荷とタービン出力との不平衡状態を検出したとき、急速作動電磁弁を動作させて前記蒸気加減弁を全閉させ、不平衡状態が解消されるまでこの動作状態を自己保持するパワーロードアンバランス回路と、
   インターセプト弁弁開度指令が実弁開度よりも所定値以上低い値になった状態を検出したとき、一定時間急速作動電磁弁を動作させてインターセプト弁を全閉させるインターセプト弁急閉回路と、
   からなる蒸気タービン制御装置において、
   前記パワーロードアンバランス回路は、
   タービン回転数の上昇レートが所定値以下になったことを検出するタービン回転数上昇レート判定手段と、タービン回転数が所定値以下になったことを検出するタービン回転数検出手段とを付加し、これらタービン回転数上昇レート判定手段およびタービン回転数検出手段が共に動作した条件でリセットすることを特徴とする蒸気タービン制御装置。
2. 目標回転数とタービン実回転数との偏差から得られる速度制御信号を出力する速度制御回路と、
   負荷設定器によって設定された負荷設定信号と出力設定指令との偏差に前記速度制御回路から入力される速度制御信号を加算して得られる負荷要求指令信号と、負荷制限設定器によって設定される負荷制限設定信号とのうち、いずれかの低値を選択して蒸気加減弁流量指令信号として出力する負荷制御回路と、
   前記負荷制御回路からの蒸気加減弁流量指令信号に基づいて弁開度指令を決定し、弁開度指令と実弁開度との偏差に基づくサーボ指令信号として出力する蒸気加減弁弁開度制御回路と、
   前記負荷制御回路から入力した負荷要求指令信号に蒸気加減弁調定率およびインターセプト弁調定率によって決定される値を乗算した後、弁を全開させるためのバイアス値を加算してインターセプト弁流量指令信号を求め、このインターセプト弁流量指令信号を関数発生器に設定した弁の流量−開度特性に入力して弁開度指令を求め、この弁開度指令と実弁開度との偏差から得られる値をサーボ指令信号として出力するインターセプト弁弁開度制御回路と、
   発電機負荷とタービン出力との不平衡状態を検出したとき、急速作動電磁弁を動作させて前記蒸気加減弁を全閉させ、不平衡状態が解消されるまでこの動作状態を自己保持するパワーロードアンバランス回路と、
   インターセプト弁弁開度指令が実弁開度よりも所定値以上低い値になった状態を検出したとき、一定時間急速作動電磁弁を動作させてインターセプト弁を全閉させるインターセプト弁急閉回路と、
   からなる蒸気タービン制御装置において、
   前記インターセプト弁弁開度制御回路は、インターセプト弁の急閉動作のリセットによってインターセプト弁が開動作する際に、インターセプト弁の動作速度を制限する開動作速度制限手段を有することを特徴とする蒸気タービン制御装置。
3. 前記インターセプト弁の動作速度を制限する開動作速度制限手段は、前記関数発生器の出力である弁開度指令の増加方向の変化率を制限する変化率制限器と、前記パワーロードアンバランス回路およびインターセプト急閉回路が動作してからタービンが整定するまでの間、前記関数発生器からの出力信号を前記変化率制限器からの出力信号に切り替えて出力する信号切替器と、から構成したことを特徴とする請求項２記載の蒸気タービン制御装置。
4. 目標回転数とタービン実回転数との偏差から得られる速度制御信号を出力する速度制御回路と、
   負荷設定器によって設定された負荷設定信号と出力設定指令との偏差に前記速度制御回路から入力される速度制御信号を加算して得られる負荷要求指令信号と、負荷制限設定器によって設定される負荷制限設定信号とのうち、いずれかの低値を選択して蒸気加減弁流量指令信号として出力する負荷制御回路と、
   前記負荷制御回路からの蒸気加減弁流量指令信号に基づいて弁開度指令を決定し、弁開度指令と実弁開度との偏差に基づくサーボ指令信号として出力する蒸気加減弁弁開度制御回路と、
   前記負荷制御回路から入力した負荷要求指令信号に蒸気加減弁調定率およびインターセプト弁調定率によって決定される値を乗算した後、弁を全開させるためのバイアス値を加算してインターセプト弁流量指令信号を求め、このインターセプト弁流量指令信号を関数発生器に設定した弁の流量−開度特性に入力して弁開度指令を求め、この弁開度指令と実弁開度との偏差から得られる値をサーボ指令信号として出力するインターセプト弁弁開度制御回路と、
   発電機負荷とタービン出力との不平衡状態を検出したとき、急速作動電磁弁を動作させて前記蒸気加減弁を全閉させ、不平衡状態が解消されるまでこの動作状態を自己保持するパワーロードアンバランス回路と、
   インターセプト弁弁開度指令が実弁開度よりも所定値以上低い値になった状態を検出したとき、一定時間急速作動電磁弁を動作させてインターセプト弁を全閉させるインターセプト弁急閉回路と、
   からなる蒸気タービン制御装置において、
   前記負荷制御回路は、
   前記パワーロードアンバランス回路の動作のリセット後の整定回転数を定格回転数に一致させるように前記負荷設定器の出力を変化させる負荷設定器出力制御手段を有することを特徴とする蒸気タービン制御装置。
5. 前記負荷設定器出力制御手段は、タービン回転数と定格回転数との偏差をゲイン調整して出力するゲイン調整器と、前記負荷設定器への入力を前記出力設定指令と負荷設定器の出力との偏差から、ゲイン調整器の出力に切り替える信号切替器と、から構成したことを特徴とする請求項４記載の蒸気タービン制御装置。
6. 目標回転数とタービン実回転数との偏差から得られる速度制御信号を出力する速度制御回路と、
   負荷設定器によって設定された負荷設定信号と出力設定指令との偏差に前記速度制御回路から入力される速度制御信号を加算して得られる負荷要求指令信号と、負荷制限設定器によって設定される負荷制限設定信号とのうち、いずれかの低値を選択して蒸気加減弁流量指令信号として出力する負荷制御回路と、
   前記負荷制御回路からの蒸気加減弁流量指令信号に基づいて弁開度指令を決定し、弁開度指令と実弁開度との偏差に基づくサーボ指令信号として出力する蒸気加減弁弁開度制御回路と、
   前記負荷制御回路から入力した負荷要求指令信号に蒸気加減弁調定率およびインターセプト弁調定率によって決定される値を乗算した後、弁を全開させるためのバイアス値を加算してインターセプト弁流量指令信号を求め、このインターセプト弁流量指令信号を関数発生器に設定した弁の流量−開度特性に入力して弁開度指令を求め、この弁開度指令と実弁開度との偏差から得られる値をサーボ指令信号として出力するインターセプト弁弁開度制御回路と、
   発電機負荷とタービン出力との不平衡状態を検出したとき、急速作動電磁弁を動作させて前記蒸気加減弁を全閉させ、不平衡状態が解消されるまでこの動作状態を自己保持するパワーロードアンバランス回路と、
   インターセプト弁弁開度指令が実弁開度よりも所定値以上低い値になった状態を検出したとき、一定時間急速作動電磁弁を動作させてインターセプト弁を全閉させるインターセプト弁急閉回路とを備えて蒸気タービンを制御するようにした蒸気タービン制御方法において、
   タービン回転数の上昇レートが所定値以下になった条件と、タービン回転数が所定値以下になった条件とが同時に成立したとき、パワーロードアンバランス動作をリセットすることを特徴とする蒸気タービン制御方法。
7. 目標回転数とタービン実回転数との偏差から得られる速度制御信号を出力する速度制御回路と、
   負荷設定器によって設定された負荷設定信号と出力設定指令との偏差に前記速度制御回路から入力される速度制御信号を加算して得られる負荷要求指令信号と、負荷制限設定器によって設定される負荷制限設定信号とのうち、いずれかの低値を選択して蒸気加減弁流量指令信号として出力する負荷制御回路と、
   前記負荷制御回路からの蒸気加減弁流量指令信号に基づいて弁開度指令を決定し、弁開度指令と実弁開度との偏差に基づくサーボ指令信号として出力する蒸気加減弁弁開度制御回路と、
   前記負荷制御回路から入力した負荷要求指令信号に蒸気加減弁調定率およびインターセプト弁調定率によって決定される値を乗算した後、弁を全開させるためのバイアス値を加算してインターセプト弁流量指令信号を求め、このインターセプト弁流量指令信号を関数発生器に設定した弁の流量−開度特性に入力して弁開度指令を求め、この弁開度指令と実弁開度との偏差から得られる値をサーボ指令信号として出力するインターセプト弁弁開度制御回路と、
   発電機負荷とタービン出力との不平衡状態を検出したとき、急速作動電磁弁を動作させて前記蒸気加減弁を全閉させ、不平衡状態が解消されるまでこの動作状態を自己保持するパワーロードアンバランス回路と、
   インターセプト弁弁開度指令が実弁開度よりも所定値以上低い値になった状態を検出したとき、一定時間急速作動電磁弁を動作させてインターセプト弁を全閉させるインターセプト弁急閉回路とを備えて蒸気タービンを制御するようにした蒸気タービン制御方法において、
   インターセプト弁の急閉動作のリセットによってインターセプト弁が開動作していく際に、インターセプト弁の弁開度指令の増加レートを制限することを特徴とする蒸気タービン制御方法。
8. 目標回転数とタービン実回転数との偏差から得られる速度制御信号を出力する速度制御回路と、
   負荷設定器によって設定された負荷設定信号と出力設定指令との偏差に前記速度制御回路から入力される速度制御信号を加算して得られる負荷要求指令信号と、負荷制限設定器によって設定される負荷制限設定信号とのうち、いずれかの低値を選択して蒸気加減弁流量指令信号として出力する負荷制御回路と、
   前記負荷制御回路からの蒸気加減弁流量指令信号に基づいて弁開度指令を決定し、弁開度指令と実弁開度との偏差に基づくサーボ指令信号として出力する蒸気加減弁弁開度制御回路と、
   前記負荷制御回路から入力した負荷要求指令信号に蒸気加減弁調定率およびインターセプト弁調定率によって決定される値を乗算した後、弁を全開させるためのバイアス値を加算してインターセプト弁流量指令信号を求め、このインターセプト弁流量指令信号を関数発生器に設定した弁の流量−開度特性に入力して弁開度指令を求め、この弁開度指令と実弁開度との偏差から得られる値をサーボ指令信号として出力するインターセプト弁弁開度制御回路と、
   発電機負荷とタービン出力との不平衡状態を検出したとき、急速作動電磁弁を動作させて前記蒸気加減弁を全閉させ、不平衡状態が解消されるまでこの動作状態を自己保持するパワーロードアンバランス回路と、
   インターセプト弁弁開度指令が実弁開度よりも所定値以上低い値になった状態を検出したとき、一定時間急速作動電磁弁を動作させてインターセプト弁を全閉させるインターセプト弁急閉回路とを備えて蒸気タービンを制御するようにした蒸気タービン制御方法において、
   パワーロードアンバランス回路の動作のリセット後の整定回転数を定格回転数に一致させるように制御することを特徴とする蒸気タービン制御方法。

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