JP5608698B2 - 発電設備停止方法及び監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、復水器の真空度が低下した際の発電設備停止方法及び監視装置に関する。

蒸気タービン発電設備を有する発電プラントでは、蒸気で蒸気タービンを回転させることで蒸気の持つ熱エネルギーを回転エネルギーに変換するとともに、蒸気タービンの回転エネルギーを発電機に伝達することで電気エネルギーを得ている。このような発電プラントでは、使用済みの蒸気の再利用を行うべく、使用済み蒸気を冷却し水に戻す復水器を設けることが一般的である。

復水器の真空度は、蒸気タービン発電設備における発電効率に大きく影響を与えることが知られており、蒸気タービン発電設備を有する発電プラントでは、復水器の真空度を維持するための真空ポンプを設け、復水器の真空度を適切に管理する運用がなされている。例えば、特許文献１の図４には、復水器内の真空度が低下傾向にある場合に、所定の操作を行うことでその原因を解消することが記載されている。

特開２００９−１２７８７３号公報

ここで、復水器の真空度が低下傾向にある場合、流路の何れかにおいて蒸気漏れが発生している可能性があるため、真空度が所定値を下回ると蒸気タービン発電設備は自動的に緊急停止（インターロック）を行うように設計されている。また、復水器の真空度は、蒸気を復水するたびに低下していくため、復水器の真空ポンプがトリップした場合には、所定値を下回ることによる自動的な緊急停止の前に手動で蒸気タービン発電設備を停止する運用がなされている。

しかしながら、蒸気タービン発電設備を急に停止した場合には、電力の需給バランスが崩れてしまうため、復水器の真空度が低下した場合の蒸気タービン発電設備の停止制御について更なる工夫が求められている。

本発明は、このような要望に鑑みてなされたものであり、真空ポンプトリップ時に電力の需給バランスを崩すことなく発電設備を停止する発電設備停止方法及び監視装置に関する。

（１） 蒸気により駆動される蒸気タービンと、当該蒸気タービンの回転軸に連結する発電機と、前記蒸気タービンを駆動させた蒸気を復水する復水器と、前記復水器内を真空状態にする真空ポンプと、を備えた発電設備を停止させる発電設備停止方法であって、前記真空ポンプの稼動状況を検知する検知工程と、前記検知工程で前記真空ポンプが稼動していないと検知されることを条件に、前記発電設備における発電負荷を降下した状態で前記発電設備の運転を所定時間継続する負荷降下工程と、前記負荷降下工程による前記発電設備の運転が前記所定時間経過することを条件に、前記発電設備の運転を停止する停止工程と、を含む発電設備停止方法。

（１） 蒸気により駆動される蒸気タービンと、当該蒸気タービンの回転軸に連結する発電機と、前記蒸気タービンを駆動させた蒸気を復水する復水器と、前記復水器内を真空状態にする真空ポンプと、を備え、前記復水器の真空度が所定値を下回る場合に緊急停止する発電設備を、前記復水器の真空度が所定値を下回る前に自動的に停止するように制御する発電設備停止方法であって、前記真空ポンプの稼動状況を検知する検知工程と、前記検知工程で前記真空ポンプが稼動していないと検知されることを条件に、前記発電設備における発電負荷を降下した状態で前記発電設備の運転を所定時間継続する負荷降下工程と、前記負荷降下工程による前記発電設備の運転が前記所定時間経過することを条件に、前記発電設備の運転を停止する停止工程と、を含む発電設備停止方法。

（２） 前記復水器内の真空度を測定する真空度測定工程を更に含み、前記検知工程で前記真空ポンプが稼動していないと検知された場合には、前記真空度測定工程で前記復水器内の真空度が所定の閾値以下であると測定されることを条件に、前記負荷降下工程による前記発電設備の運転が行われ、前記真空度測定工程で前記復水器内の真空度が所定の閾値を超えると測定されることを条件に、前記負荷降下工程を経ることなく前記停止工程による前記発電設備の停止を行う、（１）に記載の発電設備停止方法。

（２）の発電設備停止方法によれば、真空ポンプ停止時の復水器の真空度が所定の閾値以下である場合に限り発電設備の低負荷運転を行い、真空度が所定の閾値を超える場合には低負荷運転を行うことなく発電設備を停止する。これにより、緊急停止に至ることない真空度である場合に限り低負荷運転を行うことになり、真空ポンプ停止時に発電設備を安全に制御することができる。

（３） 前記停止工程では、前記負荷降下工程による前記発電設備の運転中に前記復水器内の真空度が所定の閾値を超えると測定されることを条件に、前記負荷降下工程を終了し、前記発電設備の運転を停止する、（１）又は（２）に記載の発電設備停止方法。

（３）の発電設備停止方法によれば、低負荷運転を行っている最中であっても、復水器の真空度が所定の閾値を超えた場合には、その時点から発電設備を停止する。これにより、緊急停止に至ることない真空度である場合に限り低負荷運転を行うことになり、真空ポンプ停止時に発電設備を安全に制御することができる。

（４） 蒸気により駆動される蒸気タービンと、当該蒸気タービンの回転軸に連結する発電機と、前記蒸気タービンを駆動させた蒸気を復水する復水器と、前記復水器内を真空状態にする真空ポンプと、前記復水器の真空度が所定値を下回る場合に緊急停止する発電設備を、前記復水器の真空度が所定値を下回る前に自動的に停止するように制御する監視装置であって、前記真空ポンプの稼動状況を検知する検知部と、前記検知部により前記真空ポンプが稼動していないと検知されることを条件に前記発電設備における発電負荷を降下した状態で前記発電設備の運転を行い、当該運転が所定時間経過することを条件に前記発電設備の運転を停止する制御部と、を備える監視装置。

（４）の監視装置によれば、（１）の発電設備停止方法と同様の効果を奏する。

本発明によれば、真空ポンプトリップ時に電力の需給バランスを崩すことなく発電設備を停止することができる。

コンベンショナル発電設備の構成を示す図である。 発電設備を停止する発電設備停止方法を示すフローチャートである 一軸型コンバインド発電設備の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１を参照して、発電プラント１は、発電設備１０と監視装置２０とを含んで構成される。発電設備１０及び監視装置２０は、互いに通信可能に接続され、監視装置２０は、発電設備１０の稼動状況を監視するとともに、発電設備１０に対して制御信号を送信することで発電設備１０を制御する。

発電設備１０は、蒸気タービンを用いて発電を行うコンベンショナル発電設備であり、発電機１１と、蒸気タービン１２と、回転軸１３と、ボイラ１４と、復水器１５と、真空ポンプ１６と、を含んで構成される。

発電機１１は、回転軸１３を介して蒸気タービン１２に連結されており、蒸気タービン１２の回転に伴い電力を生成する。蒸気タービン１２は、ボイラ１４が保有する熱によって生成された蒸気により回転駆動される。

ボイラ１４は、石炭や石油を燃焼させる火炉を備え、復水器１５等から供給された水を蒸発させて蒸気を生成する。復水器１５は、蒸気タービン１２を駆動させた蒸気を復水する。蒸気を復水してなる水は、ボイラ１４に送られ、ボイラ１４において保有する熱を回収し、蒸気となって蒸気タービン１２に送られる。

真空ポンプ１６は、復水器３０の内部の真空度を上げるものであり、復水器１５から延びる配管を介して復水器１５と接続される。この配管には、図示しない真空弁が設けられており、真空弁を開放して真空ポンプ１６を駆動することにより、復水器１５内の空気が外部に放出されて、復水器１５の内部の真空度が上昇する。そして、復水器１５の内部が所定の真空度となった時点で真空弁を閉鎖することにより、復水器１５の真空状態が保たれる。

監視装置２０は、発電プラント１の例えば中央制御室に設けられた端末装置であり、制御部２１と、記憶部２２と、真空度測定部２３と、検知部２４と、を含んで構成される。

制御部２１は、記憶部２２に記憶されているプログラムに従い、監視装置２０の全体を制御するとともに、発電設備１０の運転を制御する。制御部２１が実行するプログラムには、復水器１５の真空度が低下傾向にある場合の発電設備の運転を制御するプログラム（図２）が含まれる。なお、制御部２１が実行する本実施形態に特有の制御については、後述する。

記憶部２２は、真空度測定部２３が測定した復水器１５の真空度や検知部２４が検知した発電設備の稼動状況を一時的に記憶する記憶装置である。また、記憶部２２は、監視装置２０の動作に必要とする各種のプログラムを予め記憶している。

真空度測定部２３は、復水器１５を監視し、復水器１５の真空度を測定する。一例として、真空度測定部２３は、復水器１５の内部に設置された真空度センサからの測定値を受信することで、復水器１５の真空度を測定する。

検知部２４は、発電設備１０を構成する発電機１１〜真空ポンプ１６を常時監視し、その稼動状況を監視する。特に、本実施形態では、検知部２４は、真空ポンプ１６の稼動状況を監視し、真空ポンプ１６が稼動していない場合には、その旨を制御部２１に通知する。

続いて、本実施形態に特有の制御部２１の制御について説明する。
検知部２４による監視の結果、真空ポンプ１６が稼動していない場合には、検知部２４から制御部２１に対して真空ポンプ１６が停止（トリップ）していることが通知される。この通知を受け取ると、制御部２１は、発電設備１０の運転を停止する制御を行う。

ここで、復水器１５の真空度は蒸気を復水するたびに低下していくため、真空ポンプ１６が停止した場合には、復水器１５の真空度が徐々に低下していく。復水器の真空度が低下傾向にある場合、発電設備１０のように蒸気を用いて発電を行う発電設備では流路の何れかにおいて蒸気漏れが発生している可能性があるため、真空度が所定値を下回ると自動的に緊急停止（インターロック）を行うように設計されている。緊急停止が行われた場合には、再起動のために様々な確認や手続きが必要になり、発電設備１０を早期に起動することが困難になる。そのため、真空ポンプ１６が停止してしまった場合には、緊急停止が行われる前に適切な対応をとる必要があり、本実施形態の制御部２１は、緊急停止前に自動的に停止するように発電設備１０を制御することとしている。

一方、真空ポンプ１６の停止に伴い直ちに発電設備１０を停止してしまった場合には、発電設備１０の発電量が０になってしまうため電力の需給バランスが崩れてしまう。この点、真空ポンプ１６が停止した場合であっても復水器１５の真空度の低下は、１時間当たり１．３３ｋＰａ程度であり、急激に低下しないことが経験的に知られている。そこで、本実施形態の制御部２１は、真空ポンプ１６の停止時に、復水器１５の真空度に応じて発電設備１０の停止制御を異ならせることとしている。

具体的には、検知部２４から真空ポンプ１６の停止通知を受け取ると、制御部２１は、復水器１５の真空度を確認する。すなわち、制御部２１は、真空度測定部２３が測定し記憶部２２に記憶された復水器１５の真空度を取得する。この真空度が所定の閾値以下である場合には、制御部２１は、発電設備１０の発電負荷を降下させた運転（低負荷運転）を所定時間（例えば、１０分）行った後に発電設備１０の運転を停止する。他方、この真空度が所定の閾値を超える場合には、制御部２１は、発電設備１０の運転を直ちに停止する。
ここで、所定の閾値としては、正常運転時の復水器１５の真空度と緊急停止を行う際の復水器１５の真空度との関係から適宜設定することができ、本実施形態では、−９２．０ｋＰａを所定の閾値としている。そのため、所定の閾値以下とは、−９２．０ｋＰａ以下であり例えば−９３．０ｋＰａが該当し、所定の閾値を超えるとは、−９２．０ｋＰａより大きい例えば−８８．０ｋＰａが該当する。このとき、真空度が高いとは、マイナスの値が大きいことを意味し、真空度が低いとは、マイナスの値が小さいことを意味する。すなわち、−９２．０ｋＰａ以下であるとは、真空度が高いことを意味し、−９２．０ｋＰａを超えるとは、真空度が低いことを意味する。
また、真空度が所定の閾値以下である場合の低負荷運転時の負荷降下量についても、適宜設定することができ、本実施形態では、通常運転を１２５ＭＷ、低負荷運転を５０ＭＷで行うこととしている。このように、真空度に余裕がある場合に低負荷運転を継続することで、発電設備１０の負荷降下分を他の発電設備で補うための時間的余裕ができるため、電力系統全体での電力の需給バランスを崩すことなく発電設備１０の運転を制御することができる。また、真空度に余裕がある場合に通常運転を続けるのではなく低負荷運転を行うため、復水器１５への蒸気流入を抑えることができ、需給バランスを調整している最中に復水器１５の真空度が急激に低下し発電設備１０が緊急停止してしまうことを防止することができる。

続いて、図２を参照して、監視装置２０が復水器１５の真空度に応じて発電設備１０の停止制御を行う際の処理の流れについて説明する。

ステップＳ１では、監視装置２０の検知部２４は、真空ポンプ１６の稼動状況を監視し、真空ポンプが停止しているか否かを監視する。このとき、真空ポンプ１６が停止していない場合、すなわち稼動中である場合には、処理は終了する。

他方、ステップＳ１において真空ポンプ１６が停止している場合には、真空ポンプ１６が再起動可能であるか否かを判定する（ステップＳ２）。真空ポンプ１６が再起動可能である場合には、再起動に伴い復水器１５の真空度を維持することができるため、発電設備１０を停止する必要がない。そのため、ステップＳ３において真空ポンプ１６を再起動し、処理を終了する。
なお、真空ポンプ１６が再起動可能であるか否かの判定は、任意の方法により行うことができ、例えば、真空ポンプ１６の停止を検知した後に一定時間内に検知部２４が真空ポンプ１６の稼動を検知した場合に再起動可能と判定し、一定時間経過しても検知部２４が真空ポンプ１６の稼動を検知できない場合に再起動不能と判定することとしてもよく、また、現場担当者による真空ポンプ１６の点検作業の結果を受け付けることで、真空ポンプ１６が再起動可能であるか否かを判定することとしてもよい。

ステップＳ３において真空ポンプ１６が再起動可能でない場合には、制御部２１は、真空度測定部２３が測定した復水器１５の真空度が所定の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４において真空度が所定の閾値を超えると判定された場合には、制御部２１は、発電設備１０を制御し、直ちに通常の停止操作を開始する（ステップＳ７）。復水器１５の真空度は、真空ポンプ１６が停止しただけでは急激に低下することがないため、真空度が所定の閾値を超える場合には真空ポンプ１６の停止に加え他の要因が発生している可能性がある。また、他の要因が発生していないとしても、真空度が所定の閾値を超えている場合には、緊急停止が行われるまでの余裕が少ないことになる。そのため、真空度が所定の閾値を超えている場合に直ちに発電設備１０を通常操作で停止することで、発電設備１０に対して緊急停止が行われることを防止できる。

他方、ステップＳ４において真空度が所定の閾値以下である場合には、復水器１５の真空度に未だ余裕があることが分かる。そこで、ステップＳ５では、制御部２１は、発電設備１０を制御し、発電負荷を降下させる。一例として、制御部２１は、発電設備１０の発電負荷を１２５ＭＷから５０ＭＷに降下させて発電設備１０の運転を継続する。

続いて、ステップＳ６では、制御部２１は、発電設備１０の低負荷運転を開始してから１０分が経過したか否かを判定する。ステップＳ６において低負荷運転を開始してから１０分が経過していない場合には、ステップＳ４に戻り、低負荷運転を開始してから１０分が経過するまで低負荷運転（５０ＭＷ）を継続する。すなわち、制御部２１は、発電設備１０を１０分間低負荷運転させる。このとき、１０分間の低負荷運転中に復水器１５の真空度が所定の閾値を超えてしまった場合には（ステップＳ４でＮＯ）、制御部２１は、低負荷運転を中止し、その時点から発電設備１０を通常操作で停止する（ステップＳ７）。

また、ステップＳ６において低負荷運転を開始してから１０分が経過した場合にも、制御部２１は、低負荷運転を中止し、その時点から発電設備１０を通常操作で停止する（ステップＳ７）。

以上のように、本実施形態では、復水器１５の真空度を維持するための真空ポンプ１６が停止している場合には、制御部２１は、発電設備１０の運転を直ちに停止することなく、低負荷運転を所定時間継続した後に発電設備１０の運転を停止する。これにより、通常運転で運転していた発電設備１０が直ちに停止することなく、電力の需給バランスを調整するための時間的余裕を得ることができる。このとき、通常運転（１２５ＭＷ）から低負荷運転（５０ＭＷ）に移行するため、復水器１５への蒸気流入を抑え真空度の低下速度を緩められる結果、ドラム圧力を低下させることができ、その後の停止操作を安全に行うことができる。

このとき、制御部２１は、真空ポンプ１６停止時の復水器１５の真空度が所定の閾値以下である場合に限り発電設備１０の低負荷運転を行い、真空度が所定の閾値を超える場合には低負荷運転を行うことなく発電設備１０を停止する。
また、制御部２１は、低負荷運転を行っている最中であっても、復水器１５の真空度が所定の閾値を超えた場合には、その時点から発電設備１０を停止する。
これにより、緊急停止に至ることない真空度である場合に限り低負荷運転を行うことになり、真空ポンプ１６停止時に発電設備１０を安全に制御することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、蒸気タービンのみを用いる発電設備１０を用いて本発明について説明したが、本発明は、復水器を用いる発電設備であれば適用可能である。図３を参照して、発電機１１と、蒸気タービン１２と、回転軸１３と、復水器１５と、真空ポンプ１６と、に加え、ガスや軽油等の燃料を燃焼させて生成される高温ガスによって回転駆動されるガスタービン１７Ａと、ガスタービンからの排ガスを取り入れ排ガスが保有する熱を回収する排熱回収ボイラ１４Ａと、を更に含む一軸型コンバインド発電設備１０Ａが知られている。一軸型コンバインド発電設備１０Ａにおいて、発電機１１は、回転軸１３を介してガスタービン１７Ａ及び蒸気タービン１２に連結されており、ガスタービン１７Ａ及び蒸気タービン１２の回転に伴い電力を生成する。また、復水器１５で復水された水は、排熱回収ボイラ１４Ａに供給され、熱せられた後に再び蒸気となり蒸気タービン１２の回転に用いられる。このような一軸型コンバインド発電設備１０Ａについても、真空ポンプ１６が停止した際に復水器１５の真空度に応じて運転停止制御を異ならせる本発明は適用可能である。

１ 発電プラント
１０ 発電設備
１１ 発電機
１２ 蒸気タービン
１３ 回転軸
１４ ボイラ
１５ 復水器
１６ 真空ポンプ１６
２０ 監視装置
２１ 制御部
２２ 記憶部
２３ 真空度測定部
２４ 検知部

Claims (4)

1. 蒸気により駆動される蒸気タービンと、当該蒸気タービンの回転軸に連結する発電機と、前記蒸気タービンを駆動させた蒸気を復水する復水器と、前記復水器内を真空状態にする真空ポンプと、を備え、前記復水器の真空度が所定値を下回る場合に緊急停止する発電設備を、前記復水器の真空度が所定値を下回る前に自動的に停止するように制御する発電設備停止方法であって、
   前記真空ポンプの稼動状況を検知する検知工程と、
   前記検知工程で前記真空ポンプが稼動していないと検知されることを条件に、前記発電設備における発電負荷を降下した状態で前記発電設備の運転を所定時間継続する負荷降下工程と、
   前記負荷降下工程による前記発電設備の運転が前記所定時間経過することを条件に、前記発電設備の運転を停止する停止工程と、
   を含む発電設備停止方法。
2. 前記復水器内の真空度を測定する真空度測定工程を更に含み、
   前記検知工程で前記真空ポンプが稼動していないと検知された場合には、前記真空度測定工程で前記復水器内の真空度が所定の閾値以下であると測定されることを条件に、前記負荷降下工程による前記発電設備の運転が行われ、前記真空度測定工程で前記復水器内の真空度が所定の閾値を超えると測定されることを条件に、前記負荷降下工程を経ることなく前記停止工程による前記発電設備の停止を行う、
   請求項１に記載の発電設備停止方法。
3. 前記停止工程では、前記負荷降下工程による前記発電設備の運転中に前記復水器内の真空度が所定の閾値を超えると測定されることを条件に、前記負荷降下工程を終了し、前記発電設備の運転を停止する、
   請求項１又は２に記載の発電設備停止方法。
4. 蒸気により駆動される蒸気タービンと、当該蒸気タービンの回転軸に連結する発電機と、前記蒸気タービンを駆動させた蒸気を復水する復水器と、前記復水器内を真空状態にする真空ポンプと、前記復水器の真空度が所定値を下回る場合に緊急停止する発電設備を、前記復水器の真空度が所定値を下回る前に自動的に停止するように制御する監視装置であって、
   前記真空ポンプの稼動状況を検知する検知部と、
   前記検知部により前記真空ポンプが稼動していないと検知されることを条件に前記発電設備における発電負荷を降下した状態で前記発電設備の運転を行い、当該運転が所定時間経過することを条件に前記発電設備の運転を停止する制御部と、
   を備える監視装置。

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