JP5685165B2 - 発電プラント及びその発電出力増加方法 - Google Patents

Description

本発明は発電プラント及びその発電出力増加方法に係り、更に詳しくは、発電出力の急速増加要求に対応し得る発電プラント及びその発電出力増加方法に関する。

電力系統における周波数の整定状態は、ある数の発電プラントにより発電された電気供給量と配電網中のある数の需要家による電気消費量との間の調和を前提としている。電気供給量に比べて電気消費量が多かったり、或いは少なかったりした場合には、供給と需要の偏差により周波数変動が生じる。

この周波数変動の発生は、その程度によって、例えばタービン翼の共振や発電機のねじれ等を惹き起す虞がある。このため、例えば、ヨーロッパ諸国においては、電力系統の周波数低下の際に、短時間で発電出力を増加可能な発電プラントが要求されている。

このような急速負荷変化の要求に対して、ボイラ側の応答が困難であることから、タービン側で復水絞り運用と呼ばれる運転を実施し、定格出力に対し２％から５％の出力増加を復水絞り運転開始から３０秒以内に実現させる発電プラントがある。

例えば、ボイラで発生した高圧蒸気で回転する高圧タービンと、高圧タービンからの蒸気を再熱した高温再熱蒸気で回転する中圧タービンと低圧タービンとからなる蒸気タービンにおいて、低圧タービンから排出された蒸気は、復水器にて復水に変換される。この復水器から排出される復水は、復水ポンプにより圧送され、低圧ヒータにおいて、低圧タービンからの抽気蒸気により昇温され、脱気器まで送水される。脱気器において中圧タービンからの抽気蒸気により加熱、脱気された復水は、給水ポンプにより圧送され、高圧ヒータにおいて高圧タービンや中圧タービンからの抽気蒸気により昇温され、再びボイラに送水される。

このような蒸気タービンにおいて、複数ある抽気調節弁のうち、隣り合う３つの中低圧タービン抽気調節弁と脱気器水位調節弁とを絞ることで強制的に抽気流量と復水流量を減少させ、抽気が絞られた抽気点よりも下流のタービン後続段のタービン通過蒸気量を増加させることにより、発電機出力を短時間で上昇させる復水絞り運転が知られている（例えば、下記非特許文献１参照。）。

Experimental Investigations on the Activation of the Unit Output by the Disconnectible LP Feed-heater Train、 "VGB Kraftwerkstechnik"、 Vol 68、1988年2月、第129〜132頁

上述した従来技術においては、隣り合う３つの抽気調節弁と脱気器水位調節弁とを絞り制御するので、抽気流量と復水流量が減少し、抽気流量が減少した分でタービン内部の後続段流量が増加し、発電機出力を短時間で上昇させることができる。

しかし、この従来技術におけるタービンは、タービン内部の後続段の蒸気流量が増加するので、復水絞り運転を考慮しない一般的なタービンに比べてタービン強度を上げる必要が生じる。このため、一般的なタービンに比べて通常運転時のタービン効率が、悪化するという憾みがあった。

本発明は上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、電力系統周波数の変動対応による発電出力の急速増加の要求に対し、タービンの強度を上げずに、現状の高効率タービンによって、短時間で発電機出力を増加可能とする発電プラント及びその発電出力増加方法を提供するものである。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、蒸気を発生する蒸気発生装置と、前記蒸気発生装置で発生した蒸気により駆動するタービンと、前記タービンに連結されて発電する発電機と、前記タービンから排出された蒸気を復水にする復水器と、前記復水器からの復水を昇圧する復水ポンプと、前記復水ポンプで昇圧された復水を加熱する複数のヒータと、前記ヒータで加熱された復水を加熱脱気する脱気器と、前記脱気器からの復水を昇圧して前記蒸気発生装置へ供給する給水ポンプと、前記脱気器の復水系統の上流側に設けられ前記脱気器の水位を調節する脱気器水位調節弁と、前記タービンの各段から蒸気を抽気して、前記複数のヒータと脱気器へ抽気蒸気を供給する複数のタービン抽気弁とを備えた発電プラントにおいて、発電機出力の急速増加要求指令に対し、前記複数のタービン抽気弁のうち蒸気の流れ順において前記タービンからの抽気位置が隣り合わない２つのタービン抽気弁と前記脱気器水位調節弁とを一定の速度で一定開度まで閉動作させる復水絞り制御を行う制御装置を備えるものとする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記制御装置は、前記復水絞り制御の際に、前記複数のタービン抽気弁のうち蒸気の流れ順において前記タービンからの抽気位置が隣り合わない２つのタービン抽気弁と前記脱気器水位調節弁とによって絞られる抽気流量と復水流量の絞り速度を同程度とする開度制御をおこなうことを特徴とする。

更に、第３の発明は、第１の発明において、前記タービンは、少なくとも低圧タービンを備え、前記ヒータは、複数の低圧ヒータを備え、前記タービン抽気弁は、複数の低圧タービン抽気弁を備え、前記制御装置は、前記復水絞り制御の際に、前記複数の低圧タービン抽気弁のうち蒸気の流れ順において前記タービンからの抽気位置が隣り合わない２つのタービン抽気弁、と前記脱気器水位調節弁とによって絞られる抽気流量と復水流量の絞り速度を同程度とする開度制御をおこなうことを特徴とする。

また、第４の発明は、第１の発明において、前記タービンは、少なくとも中圧タービンと低圧タービンとを備え、前記タービン抽気弁は、前記低圧タービンに接続する複数の低圧タービン抽気弁と、前記中圧タービンに接続する複数の中圧タービン抽気弁とを備え、前記制御装置は、前記復水絞り制御の際に、前記複数の中低圧タービン抽気弁のうち蒸気の流れ順において前記タービンからの抽気位置が隣り合わない２つのタービン抽気弁、と前記脱気器水位調節弁とによって絞られる抽気流量と復水流量の絞り速度を同程度とする開度制御をおこなうことを特徴とする。

更に、第５の発明は、蒸気を発生する蒸気発生装置と、前記蒸気発生装置で発生した蒸気により駆動するタービンと、前記タービンに連結されて発電する発電機と、前記タービンから排出された蒸気を復水にする復水器と、前記復水器からの復水を昇圧する復水ポンプと、前記復水ポンプで昇圧された復水を加熱する複数のヒータと、前記ヒータで加熱された復水を加熱脱気する脱気器と、前記脱気器からの復水を昇圧して前記蒸気発生装置へ供給する給水ポンプと、前記脱気器の復水系統の上流側に設けられ前記脱気器の水位を調節する脱気器水位調節弁と、前記タービンの各段から蒸気を抽気して、前記複数のヒータと脱気器へ抽気蒸気を供給する複数のタービン抽気弁とを備えた発電プラントの出力増加方法において、発電機出力の急速増加要求指令に対し、前記複数のタービン抽気弁のうち蒸気の流れ順において前記タービンからの抽気位置が隣り合わない２つのタービン抽気弁と前記脱気器水位調節弁とを一定の速度で一定開度まで閉動作制御させて、前記タービンの後続段の蒸気流量増加を低減させるものとする。

本発明によれば、電力系統周波数の変動対応による発電出力の急速増加の要求に対し、タービンの強度を上げずに現状の高効率タービンによって、短時間で発電機出力を増加することができる。この結果、タービンの強度変更を行うことなく、電力系統周波数の変動に対応することができ、発電プラントとしての汎用性を高めることができる。

本発明の発電プラント及びその発電出力増加方法の一実施の形態を示すシステム系統図である。 本発明の発電プラント及びその発電出力増加方法の一実施の形態における復水絞り運転のフローチャート図である。 本発明の発電プラント及びその発電出力増加方法の一実施の形態を構成する制御装置の制御ブロック図である。 本発明の発電プラント及びその発電出力増加方法の一実施の形態における抽気流量比と出力比を解析した特性図である。 本発明の発電プラント及びその発電出力増加方法の他の実施の形態における抽気流量比と出力比を解析した特性図である。

以下に、本発明の発電プラント及びその発電出力増加方法の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は発電プラント及びその発電出力増加方法の一実施の形態を示すシステム系統図である。

図１において、発電プラントは、蒸気発生源であるボイラ１と、ボイラ１からの蒸気で駆動する蒸気タービン２と、蒸気タービン２と同軸の回転軸で連結された発電機３と、これらを制御する制御装置４とを備えている。蒸気タービン２は、高圧タービン２Ａ、中圧タービン２Ｂ、及び低圧タービン２Ｃで構成されている。
ボイラ１によって発生した高圧蒸気は、主蒸気配管１ａを介して高圧タービン２Ａに供給され、高圧タービン２Ａを回転させる。高圧タービン２Ａで膨張した蒸気は、蒸気配管を通って再びボイラ１に導入され再熱された後、高温再熱蒸気配管１ｂを通って中圧タービン２Ｂに供給され、中圧タービン２Ｂを回転させる。中圧タービン２Ｂで膨張した蒸気は、蒸気配管１ｃを通って低圧タービン２Ｃに供給され、低圧タービン２Ｃを回転させる。このことにより、蒸気タービン２に連結される発電機３にて電力が発生する。主蒸気配管１ａには、主蒸気流量を検知する流量センサ５が設けられている。流量センサ５が検知した主蒸気流量信号は制御装置４に入力されている。

低圧タービン２Ｃで膨張した蒸気は復水器６へ導入され、復水器６で凝縮されて復水になる。この復水は、復水ポンプ７によって、復水器６から導出され昇圧されて脱気器水位調節弁８を介して第１低圧ヒータ９Ａへ送水される。第１低圧ヒータ９Ａは、低圧タービン２Ｃから第１低圧タービン抽気弁１０Ａを介して供給される抽気蒸気によって供給された復水を加熱昇温する。加熱昇温された復水は、第２低圧ヒータ９Ｂ，第３低圧ヒータ９Ｃ，第４低圧ヒータ９Ｄ、脱気器１１に順に送水される。第２乃至第４低圧ヒータ９Ｂ〜９Ｄでは、低圧タービン２Ｃから第２乃至第４低圧タービン抽気弁１０Ｂ〜１０Ｄを介して供給される各抽気蒸気によって送水された各復水を加熱昇温する。脱気器１１は、中圧タービン２Ｂから第５中圧タービン抽気弁１２を介して供給される抽気蒸気によって、送水され貯水槽に貯水された復水を加熱・脱気する。

脱気器１１において加熱、脱気された復水は、給水ポンプ１３により圧送され、第１乃至第３高圧ヒータ１４Ａ〜１４Ｃにおいて高圧タービン２Ａや中圧タービン２Ｂからの図示しない各抽気弁を介して供給される抽気蒸気により昇温され、再びボイラ１に送水される。発電プラントはこのような一連の循環サイクルで運転されている。なお、これらの総合的な制御は、制御装置４の上位コントローラである主制御装置２００にて実行されている。

図１に示す発電プラントにおいて、脱気器水位調節弁８と第３低圧タービン抽気弁１０Ｃと第５中圧タービン抽気弁１２については、制御装置４から開閉指令信号が出力され、後述する復水絞り制御が実行される。

このような発電プラントにおける周波数変動対応による復水絞り運転の概要について、図２を用いて説明する。図２は本発明の発電プラント及びその発電出力増加方法の一実施の形態における復水絞り運転のフローチャート図である。
図２において、ステップ（Ｓ１）は、電力系統における系統周波数低下の発生を示す。次に、ステップ（Ｓ２）では、この電力系統の周波数を監視している、例えば中央給電所１００などから３％出力上昇指令が発電プラントに出力されることを示している。

この電力系統の周波数低下を補うための発電出力の急速上昇要求に対して、発電プラント側の処理フローとして復水絞り制御のステップ（Ｓ３）とボイラー・ユニット制御のステップ（Ｓ４）とが実行される。これらは、コントローラ等の制御装置４からの指令信号によって、各制御弁等の開度が制御されることで実行される。発電出力の急速上昇要求に対して、ボイラ側の制御回路における応答には時間遅れがあることから、時間遅れが少ない復水絞り運転を同時に開始することで、急速出力上昇を実現させている。

ステップ（Ｓ３１）の復水絞り運転開始と同時に、ステップ（Ｓ４１）のボイラ燃料投入により、燃料を増加させて、発生蒸気量を増加させる。
ステップ（Ｓ３１）では、例えば、第１〜第５中低圧タービン抽気弁１０Ａ〜１０Ｄ，１２の隣り合わない２つのタービン抽気弁と脱気器水位調節弁８を一定の比率で一定開度まで絞り込む。本実施の形態においては、第３低圧タービン抽気弁１０Ｃと第５中圧タービン抽気弁１２とを一定の変化率で閉制御する。

この結果、抽気流量と復水流量が減少し、抽気流量が減少した分で蒸気タービン２内部の後続段流量が増加するので、発電機出力の３％上昇を達成できる。一方、ステップ（Ｓ４１）で発生蒸気量を増加させようとしているため、ボイラ１への給水流量には増加指令が出力される。図１に示すように、脱気器水位調節弁８が絞られることにより、脱気器１１に入る復水流量は減少するが、給水流量増加指令により、脱気器１１から給水ポンプ１３によりボイラ１へ圧送される給水流量は増加することになる。この結果、脱気器１１から出る給水量（増加）と脱気器１１に入る復水量（減少）にアンバランスが生じ、脱気器１１の水位が低下する。このようにしてステップ（Ｓ３２）が実行される。

ボイラー・ユニット制御のステップ（Ｓ４２）において、３％出力増加が可能となるボイラ発生蒸気量に到達すると、ボイラー・ユニット制御からその信号が復水絞り制御に送信され、復水絞り運転を終了させるステップ（Ｓ３３）が実行される。具体的には、ステップ（Ｓ３１）で絞り込んだタービン抽気弁１０Ｃ，１２及び脱気器水位調節弁８を通常の開度まで戻す。

この結果、脱気器水位制御が復帰するので、脱気器水位調節弁８が全開またはほぼ全開し、やがて脱気器１１の水位レベルが回復する。このようにしてステップ（Ｓ３４）が実行される。

このようにボイラ負荷が立ち上がるまで復水絞り運転で発電出力の急速上昇要求に対処して、３％出力上昇運転終了のステップ（Ｓ５）が実行される。

本実施の形態においては、複数ある抽気弁のうち、中低圧タービン抽気で隣り合わない２つの抽気弁１０Ｃ，１２、と脱気器水位調節弁８を絞るので、タービン内部の後続段流量増加分の一部が、隣り合わない抽気弁の間の抽気弁にも流れる。この結果、後続段流量増によるタービン強度への影響を軽減できるため、タービン強度を上げる必要が避けられるという効果がある。

次に、発電プラントの復水絞り制御を行う制御装置４の概要について図３を用いて説明する。図３は本発明の発電プラント及びその発電出力増加方法の一実施の形態を構成する制御装置の制御ブロック図である。図３において、図１及び図２に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図３に示す制御装置４は、復水絞り制御を実行するコントローラ部を示していて、入力信号からトリガ信号を生成するトリガ信号演算部４Ａと、第３低圧タービン抽気弁指令演算部４Ｂと、第５中圧タービン抽気弁指令演算部４Ｃと、脱気器水位調節弁指令切換部４Ｄと、予め設定値を記憶する図示しない記憶部とを備えている。

制御装置４には、図３に示すように、例えば中央給電所１００などからの出力上昇指令が入力されている。また、流量センサ５からの主蒸気流量信号が入力されている。これらの信号はトリガ信号演算部４Ａにおいて、出力上昇指令はディジタル入力信号１００Ｄｉに、主蒸気流量信号はアナログ入力信号５Ａｉにそれぞれ変換される。また、脱気器水位調節弁指令切換部４Ｄには、上位の制御装置である主制御装置２００からの脱気器水位調節弁指令が入力されている。

制御装置４からは、演算された各指令信号が出力されている。第３低圧タービン抽気弁指令演算部４Ｂからは、第３低圧タービン抽気弁１０Ｃの駆動部へ、＃５中圧タービン抽気弁指令演算部４Ｃからは第５中圧タービン抽気弁１２の駆動部へ、脱気器水位調節弁指令切換部４Ｄからは、脱気器水位調節弁８の駆動部へ、開閉指令信号がそれぞれ出力されている。

トリガ信号演算部４Ａは、信号発生器２０と比較演算器２１と論理積演算器２２とを備えている。
信号発生器２０は、発電プラントの定格主蒸気流量の１０３％相当の信号が設定されている。比較演算器２１は、流量センサ５からの主蒸気流量信号５Ａｉを第１入力、信号発生器２０の出力信号を第２入力として入力し、第１入力＜第２入力のときにディジタル出力信号２１Ｄｏとして１を出力する。

論理積演算器２２は、中央給電所１００などからの出力上昇指令信号１００Ｄｉを第１入力、比較演算器２１の出力信号２１Ｄｏを第２入力として入力し、入力信号がいずれも１であるときに、ディジタル出力信号２２Ｄｏを１として出力する。

第３低圧タービン抽気弁指令演算部４Ｂは、関数発生器２４Ａと信号発生器２５Ａとアナログスイッチ２６Ａと変化率制限器２７Ａとを備えている。
関数発生器２４Ａは、流量センサ５からの主蒸気流量信号５Ａｉを入力し、この入力に対する第３低圧タービン抽気弁１０Ｃの設定開度を出力特性として設定している。関数発生器２４Ａの出力信号は、アナログスイッチ２６Ａの第１入力に入力されている。

信号発生器２５Ａは、第３低圧タービン抽気弁１０Ｃの復水絞り運用時の開度が設定されていて、本実施の形態においては４０％開度指令が設定されていて、アナログスイッチ２６Ａの第２入力に出力されている。

アナログスイッチ２６Ａは、関数発生器２４Ａの出力信号を第１入力、信号発生器２５Ａの出力信号を第２入力として入力し、切換信号として論理積演算器２２からのディジタル出力信号２２Ｄｏを入力している。アナログスイッチ２６Ａは、切換信号であるディジタル出力信号２２Ｄｏが１のときには、出力信号２６０Ａｏとして第２入力である信号発生器２５Ａの出力値を出力する。また、入力している切換信号の２２Ｄｏが０のときには、出力信号２６０Ａｏとして第１入力である関数発生器２４Ａの出力値を出力する。アナログスイッチ２６Ａの出力２６０Ａｏは、変化率制限器２７Ａに入力されている。

変化率制限器２７Ａは、第３低圧タービン抽気弁１０Ｃの開度が急激に変動しないように変化率に制限を与えている。本実施の形態においては、２０％／秒に設定されている。変化率制限器２７Ａの出力信号２７０Ａｏは、例えば電流信号に変換されて第３低圧タービン抽気弁１０Ｃの操作端部へ開度指令として出力されている。

第５中圧タービン抽気弁指令演算部４Ｃは、関数発生器２４Ｂと信号発生器２５Ｂとアナログスイッチ２６Ｂと変化率制限器２７Ｂとを備えている。
関数発生器２４Ｂは、流量センサ５からの主蒸気流量信号５Ａｉを入力し、この入力に対する第５中圧タービン抽気弁１２の設定開度を出力特性として設定している。関数発生器２４Ｂの出力信号は、アナログスイッチ２６Ｂの第１入力に入力されている。

信号発生器２５Ｂは、第５中圧タービン抽気弁１２の復水絞り運用時の開度が設定されていて、本実施の形態においては４０％開度指令が設定されていて、アナログスイッチ２６Ｂの第２入力に出力されている。

アナログスイッチ２６Ｂは、関数発生器２４Ｂの出力信号を第１入力、信号発生器２５Ｂの出力信号を第２入力として入力し、切換信号として論理積演算器２２からのディジタル出力信号２２Ｄｏを入力している。アナログスイッチ２６Ｂは、切換信号であるディジタル出力信号２２Ｄｏが１のときには、出力信号２６０Ｂｏとして第２入力である信号発生器２５Ｂの出力値を出力する。また、入力している切換信号の２２Ｄｏが０のときには、出力信号２６０Ｂｏとして第１入力である関数発生器２４Ｂの出力値を出力する。アナログスイッチ２６Ｂの出力２６０Ｂｏは、変化率制限器２７Ｂに入力されている。

変化率制限器２７Ｂは、第５中圧タービン抽気弁１２の開度が急激に変動しないように変化率に制限を与えている。本実施の形態においては、２０％／秒に設定されている。変化率制限器２７Ｂの出力信号２７０Ｂｏは、例えば電流信号に変換されて第５中圧タービン抽気弁１２の操作端部へ開度指令として出力されている。

脱気器水位調節弁指令切換部４Ｄは、信号発生器２５Ｃとアナログスイッチ２６Ｃと変化率制限器２７Ｃとを備えている。
脱気器水位調節弁指令切換部４Ｄには、上位の制御装置である主制御装置２００からの脱気器水位調節弁指令が入力され、アナログ入力信号２００Ａｉに変換される。このアナログ信号２００Ａｉは、アナログスイッチ２６Ｃの第１入力に入力されている。

信号発生器２５Ｃは、脱気器水位調節弁８の復水絞り運用時の開度が設定されていて、本実施の形態においては４０％開度指令が設定されていて、アナログスイッチ２６Ｃの第２入力に出力されている。

アナログスイッチ２６Ｃは、アナログ入力信号２００Ａｉを第１入力、信号発生器２５Ｃの出力信号を第２入力として入力し、切換信号として論理積演算器２２からのディジタル出力信号２２Ｄｏを入力している。アナログスイッチ２６Ｃは、切換信号であるディジタル出力信号２２Ｄｏが１のときには、出力信号２６０Ｃｏとして第２入力である信号発生器２５Ｃの出力値を出力する。また、入力している切換信号の２２Ｄｏが０のときには、出力信号２６０Ｃｏとして第１入力であるアナログ入力信号２００Ａｉを出力する。アナログスイッチ２６Ｃの出力２６０Ｃｏは、変化率制限器２７Ｃに入力されている。

変化率制限器２７Ｃは、脱気器水位調節弁８の開度が急激に変動しないように変化率に制限を与えている。本実施の形態においては、１０％／秒に設定されている。変化率制限器２７Ｃの出力信号２７０Ｃｏは、例えば電流信号に変換されて脱気器水位調節弁８の操作端部へ開度指令として出力されている。

次に、上記構成による本発明の発電プラント及びその発電出力増加方法の一実施の形態における発電出力増加の動作について説明する。
まず、通常の運転状態（定格負荷運転）の場合について説明する。

図３のトリガ信号演算部４Ａにおいて、比較演算器２１の第１入力の信号５Ａｉは定格主蒸気流量相当であり、第２入力の信号発生器２０の出力である定格主蒸気流量の１０３％相当信号より小さい。したがって、比較演算器２１のディジタル出力信号２１Ｄｏは１を出力する。しかし、中央給電所１００などからの出力上昇指令信号１００Ｄｉが０であることから、論理積演算器２２のディジタル出力信号２２Ｄｏは０を出力する。

この結果、第３低圧タービン抽気弁指令演算部４Ｂ、第５中圧タービン抽気弁指令演算部４Ｃ、及び脱気器水位調節弁指令切換部４Ｄのアナログスイッチ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃは各第１入力を出力する。このことにより、第３低圧タービン抽気弁１０Ｃと第５中圧タービン抽気弁１２には、主蒸気流量信号５Ａｉに応じて設定された各抽気弁１０Ｃ，１２の開度指令（例えば１００％開度）が出力されて通常の運用が実行されている。脱気器水位調節弁には、上位の制御装置である主制御装置２００からの脱気器水位調節弁指令（例えば１００％開度）が出力されている。

次に、電力系統における系統周波数低下により、中央給電所１００などから３％の発電出力上昇指令が指令された場合について説明する。
図３のトリガ信号演算部４Ａにおいて、出力上昇指令信号１００Ｄｉが１となることから、論理積演算器２２の第１及び第２入力が１となる。このことにより、論理積演算器２２のディジタル出力信号２２Ｄｏが１を出力し、復水絞り運転が開始される。

この結果、第３低圧タービン抽気弁指令演算部４Ｂ、第５中圧タービン抽気弁指令演算部４Ｃ、及び脱気器水位調節弁指令切換部４Ｄのアナログスイッチ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃは各第２入力である復水絞り運用時の開度（４０％）を出力する。これらの出力信号２６０Ａｏ，２６０Ｂｏ，２６０Ｃｏは、それぞれ変化率制限器２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃに入力され所定の変化率に制限されて、第３低圧タービン抽気弁１０Ｃと第５中圧タービン抽気弁１２と脱気器水位調節弁に開度指令として出力される。第３低圧タービン抽気弁１０Ｃと第５中圧タービン抽気弁１２とには、２０％／秒の制限がかかるため、１００％開度から４０％開度まで３秒で絞りこむ指令が出力されることになる。

一方、脱気器水位調節弁８には、１０％／秒の制限がかかるため、１００％開度から４０％開度まで６秒で絞りこむ指令が出力される。この結果、抽気流量と復水流量が減少し、抽気流量が減少した分で蒸気タービン２内部の後続段流量が増加するので発電機出力の３％上昇を達成できる。

このようにして、復水絞り運転が実行されると共に、上述したように、主制御装置２００は、ボイラ燃料を増加させて、発生蒸気量を増加させている。主蒸気流量が定格主蒸気流量の１０３％相当に至った場合について説明する。

図３のトリガ信号演算部４Ａにおいて、比較演算器２１の第１入力の信号５Ａｉが定格主蒸気流量の１０３％相当となると、第２入力の信号発生器２０の出力である定格主蒸気流量の１０３％相当信号と等しくなる。この結果、比較演算器２１のディジタル出力信号２１Ｄｏは０を出力する。このため、中央給電所１００などからの発電出力上昇指令信号１００Ｄｉが１であっても、論理積演算器２２のディジタル出力信号２２Ｄｏは０を出力することになる。

この結果、第３低圧タービン抽気弁指令演算部４Ｂ、第５中圧タービン抽気弁指令演算部４Ｃ、及び脱気器水位調節弁指令切換部４Ｄのアナログスイッチ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃは各第１入力を出力する。出力信号２６０Ａｏ，２６０Ｂｏは、主蒸気流量信号５Ａｉに応じて設定された各抽気弁１０Ｃ，１２の開度指令（例えば１００％開度）が出力される。出力信号２６０Ｃｏは、上位の制御装置である主制御装置２００からの脱気器水位調節弁指令（例えば１００％開度）が出力される。これらの出力信号２６０Ａｏ，２６０Ｂｏ，２６０Ｃｏは、それぞれ変化率制限器２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃに入力され所定の変化率に制限されて、第３低圧タービン抽気弁１０Ｃと第５中圧タービン抽気弁１２と脱気器水位調節弁に開度指令として出力される。

第３低圧タービン抽気弁１０Ｃと第５中圧タービン抽気弁１２とには、２０％／秒の制限がかかるため、４０％開度から１００％開度まで３秒で開動作する指令が出力されることになる。一方、脱気器水位調節弁８には、１０％／秒の制限がかかるため、４０％開度から１００％開度まで６秒で開動作する指令が出力される。この結果、復水絞り運転が終了する。

次に、本実施の形態における抽気流量比と出力比の挙動の解析結果について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の発電プラント及びその発電出力増加方法の一実施の形態における抽気流量比と出力比を解析した特性図である。

図４において、第３低圧タービン抽気弁１０Ｃとそれに隣り合わない第５中圧タービン抽気弁１２とを３秒で６０％開度絞り、脱気器水位調節弁８を６秒で６０％開度絞った場合の各抽気流量、復水流量及び出力の挙動を示している。横軸は、復水絞り開始からの経過時間を、左側縦軸は定格運転時の抽気流量に対する復水絞り時（６０％絞り）の抽気流量の比率を、右縦軸は定格運転時の発電出力に対する復水絞り時（６０％絞り）の発電出力の比率を、それぞれ示している。特性線ａは第１低圧タービン抽気流量比を、特性線ｂは第２低圧タービン抽気流量比を、特性線ｃは第３低圧タービン抽気流量比を、特性線ｄは第４低圧タービン抽気流量比を、特性線ｅは第５中圧タービン抽気流量比を、特性線ｆは復水流量比を、特性線ｇは発電出力比をそれぞれ示している。出力増加指令は３％／３０秒が指令された場合であって、例えば定格出力１０００ＭＷであれば、３０秒以内で３０ＭＷの発電出力増加が要求された場合である。

復水絞り運転開始約３秒後までは、定格運転に比べ、抽気弁１０Ｃ，１２で絞られた抽気の流量が減少し、その分絞られていない抽気弁１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｄの抽気の流量が急に増加している。第４低圧タービン抽気弁１０Ｄによる抽気流量比が最大値を示し、３秒後には、約１２３％である。

このように、脱気器水位調節弁８の絞り速度が抽気弁１０Ｃ，１２の絞り速度より遅い場合、脱気器水位調節弁８の絞りによる復水流量減少が遅くなり、その結果、絞られた抽気点の下流のタービン内部では、後続段流量が増加している。

上述した本発明の発電プラント及びその発電出力増加方法の一実施の形態によれば、電力系統周波数の変動対応による発電出力の急速増加の要求に対し、タービンの強度を上げずに現状の高効率タービンによって、短時間で発電機出力を増加することができる。この結果、タービンの強度変更を行うことなく、電力系統周波数の変動に対応することができ、発電プラントとしての汎用性を高めることができる。

次に、本発明の発電プラント及びその発電出力増加方法の他の実施の形態を図面を用いて説明する。図５は本発明の発電プラント及びその発電出力増加方法の他の実施の形態における抽気流量比と出力比を解析した特性図である。図５において、図１乃至図４に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
本実施の形態においては、脱気器水位調節弁指令切換部４Ｄの変化率制限器２７Ｃの設定値を２０％／秒に設定した点が、上述した一実施の形態と異なる。つまり、第３低圧タービン抽気弁１０Ｃと第５中圧タービン抽気弁１２と脱気器水位調節弁８の復水絞り動作時の絞り速度を同一にしている。

これは、２つの抽気弁１０Ｃ，１２と脱気器水位調節弁８の絞り速度を同程度に合わせることで、絞り操作されない抽気弁１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｄの抽気流量を減少させる。このことにより、復水絞り動作における絞られていない抽気弁の抽気流量の増加量を緩和することができる。

図５において、第３低圧タービン抽気弁１０Ｃとそれに隣り合わない第５中圧タービン抽気弁１２とを３秒で６０％開度絞り、脱気器水位調節弁８を３秒で６０％開度絞った場合の各抽気流量、復水流量及び出力の挙動を示している。横軸は、復水絞り開始からの経過時間を、左側縦軸は定格運転時の抽気流量に対する復水絞り時（６０％絞り）の抽気流量の比率を、右縦軸は定格運転時の発電出力に対する復水絞り時（６０％絞り）の発電出力の比率を、それぞれ示している。特性線ａは第１低圧タービン抽気流量比を、特性線ｂは第２低圧タービン抽気流量比を、特性線ｃは第３低圧タービン抽気流量比を、特性線ｄは第４低圧タービン抽気流量比を、特性線ｅは第５中圧タービン抽気流量比を、特性線ｆは復水流量比を、特性線ｇは発電出力比をそれぞれ示している。出力増加指令は３％／３０秒が指令されて場合であって、例えば定格出力１０００ＭＷであれば、３０秒以内で３０ＭＷの発電出力増加が要求された場合である。

復水絞り運転開始約３秒後の第４低圧タービン抽気弁１０Ｄによる抽気流量比は、約１１４％であり、抽気弁で絞られていない抽気の急な流量増加を図４の挙動にくらべて、約９％緩和することができる。

この結果、タービン強度を上げる必要が避けられる、またはその程度を緩和することができる。

上述した本発明の発電プラント及びその発電出力増加方法の他の実施の形態によれば、上述した一実施の形態と同様な効果を得ることができる。

なお、本実施の形態においては、隣り合わない２つの抽気弁として、第３低圧タービン抽気弁１０Ｃと第５中圧タービン抽気弁１２とを制御する場合について説明したがこれに限るものではない。例えば、第１低圧タービン抽気弁１０Ａと第３低圧タービン抽気弁１０Ｃ、第２低圧タービン抽気弁１０Ｂと第５中圧タービン抽気弁１２でもよい。隣り合わない２つの抽気弁であれば、いずれでもよい。

更に、本実施の形態においては、蒸気タービン２を高圧タービン２Ａ、中圧タービン２Ｂ、及び低圧タービン２Ｃから構成した例で説明したが、これに限るものではない。

１ ボイラ
２ タービン
２Ａ 高圧タービン
２Ｂ 中圧タービン
２Ｃ 低圧タービン
３ 発電機
４ 制御装置
６ 復水器
７ 復水ポンプ
８ 脱気器水位調節弁
９Ａ 第１低圧ヒータ
９Ｃ 第３低圧ヒータ
１０Ａ 第１低圧抽気弁
１０Ｃ 第３低圧抽気弁
１１ 脱気器
１２ 第５中圧抽気弁
１３ 給水ポンプ

Claims (5)

1. 蒸気を発生する蒸気発生装置と、前記蒸気発生装置で発生した蒸気により駆動するタービンと、前記タービンに連結されて発電する発電機と、前記タービンから排出された蒸気を復水にする復水器と、前記復水器からの復水を昇圧する復水ポンプと、前記復水ポンプで昇圧された復水を加熱する複数のヒータと、前記ヒータで加熱された復水を加熱脱気する脱気器と、前記脱気器からの復水を昇圧して前記蒸気発生装置へ供給する給水ポンプと、前記脱気器の復水系統の上流側に設けられ前記脱気器の水位を調節する脱気器水位調節弁と、前記タービンの各段から蒸気を抽気して、前記複数のヒータと脱気器へ抽気蒸気を供給する複数のタービン抽気弁とを備えた発電プラントにおいて、
   発電機出力の急速増加要求指令に対し、前記複数のタービン抽気弁のうち蒸気の流れ順において前記タービンからの抽気位置が隣り合わない２つのタービン抽気弁と前記脱気器水位調節弁とを一定の速度で一定開度まで閉動作させる復水絞り制御を行う制御装置を備える
   ことを特徴とする発電プラント。
2. 請求項１に記載の発電プラントにおいて、
   前記制御装置は、前記復水絞り制御の際に、前記複数のタービン抽気弁のうち蒸気の流れ順において前記タービンからの抽気位置が隣り合わない２つのタービン抽気弁と前記脱気器水位調節弁とによって絞られる抽気流量と復水流量の絞り速度を同程度とする開度制御をおこなう
   ことを特徴とする発電プラント。
3. 請求項１に記載の発電プラントにおいて、
   前記タービンは、少なくとも低圧タービンを備え、
   前記ヒータは、複数の低圧ヒータを備え、
   前記タービン抽気弁は、複数の低圧タービン抽気弁を備え、
   前記制御装置は、前記復水絞り制御の際に、前記複数の低圧タービン抽気弁のうち蒸気の流れ順において前記タービンからの抽気位置が隣り合わない２つのタービン抽気弁、と前記脱気器水位調節弁とによって絞られる抽気流量と復水流量の絞り速度を同程度とする開度制御をおこなう
   ことを特徴とする発電プラント。
4. 請求項１に記載の発電プラントにおいて、
   前記タービンは、少なくとも中圧タービンと低圧タービンとを備え、
   前記タービン抽気弁は、前記低圧タービンに接続する複数の低圧タービン抽気弁と、前記中圧タービンに接続する複数の中圧タービン抽気弁とを備え、
   前記制御装置は、前記復水絞り制御の際に、前記複数の中低圧タービン抽気弁のうち蒸気の流れ順において前記タービンからの抽気位置が隣り合わない２つのタービン抽気弁、と前記脱気器水位調節弁とによって絞られる抽気流量と復水流量の絞り速度を同程度とする開度制御をおこなう
   ことを特徴とする発電プラント。
5. 蒸気を発生する蒸気発生装置と、前記蒸気発生装置で発生した蒸気により駆動するタービンと、前記タービンに連結されて発電する発電機と、前記タービンから排出された蒸気を復水にする復水器と、前記復水器からの復水を昇圧する復水ポンプと、前記復水ポンプで昇圧された復水を加熱する複数のヒータと、前記ヒータで加熱された復水を加熱脱気する脱気器と、前記脱気器からの復水を昇圧して前記蒸気発生装置へ供給する給水ポンプと、前記脱気器の復水系統の上流側に設けられ前記脱気器の水位を調節する脱気器水位調節弁と、前記タービンの各段から蒸気を抽気して、前記複数のヒータと脱気器へ抽気蒸気を供給する複数のタービン抽気弁とを備えた発電プラントの出力増加方法において、
   発電機出力の急速増加要求指令に対し、前記複数のタービン抽気弁のうち蒸気の流れ順において前記タービンからの抽気位置が隣り合わない２つのタービン抽気弁と前記脱気器水位調節弁とを一定の速度で一定開度まで閉動作制御させて、前記タービンの後続段の蒸気流量増加を低減させる
   ことを特徴とする発電プラントの出力増加方法。

Images