JP6058419B2 - 蒸気タービンのバルブ制御装置及びそのバルブ制御方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、蒸気タービンのバルブ制御技術に関する。

電力系統に接続されている火力プラントや原子力プラントにおいて、定常状態ではタービンからの機械入力と発電機の電気出力とのバランスが保たれることにより、タービンの回転速度は一定に維持されている。

しかし、電力系統に事故が発生した場合、発電機の電気出力が急減するため、このバランスがくずれてタービンの回転速度が上昇し、一定限界以上になると安定運転ができなくなるおそれがある。

この状況を防止する方法として、タービン高速バルブ制御が知られている。これは、電力系統事故が発生した際に、タービンに蒸気を流入させる蒸気加減弁やインターセプト弁を急速に全閉して、一時的にタービンへの蒸気流入を遮断することにより、タービンの回転速度の上昇を抑制する手法である。

また、蒸気加減弁やインターセプト弁の弁開度を絞り込むことにより、タービンへの蒸気流入量を調整して、電力系統事故に対応する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２５２４１６号公報

タービン高速バルブ制御は、全ての蒸気加減弁やインターセプト弁を急閉させるため、一時的にタービンへ流入する蒸気を完全に遮断する。このため、事故発生から定常状態に戻る際に、蒸気によるタービンの機械トルク出力の戻りが遅くなるため、電力系統に供給する有効電力が大きく低下してしまうという課題がある。

特許文献１の技術は、蒸気加減弁やインターセプト弁の開度に係る制御値を調節して、この制御値を受けたサーボ動作によって、弁開度の絞り込みを行う。このため、弁の実際の開度が、制御値に追従するまでに、時間的な遅れがあり、事故に対する即応性に欠けるという課題がある。

また、原子力プラントでは、原子炉圧力を安定に、かつ高精度で制御することが重要である。このため、事故発生時と復旧後のリセット時との際に、バルブ制御により生じる外乱を抑制し、原子炉圧力を継続して維持することができる安定的な制御方法が必要となる。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、電力系統事故が発生した際に、有効電力の低下を抑制し、かつ制御の安定性を確実にする蒸気タービンのバルブ制御装置及びそのバルブ制御方法を提供することを目的とする。

本実施形態の蒸気タービンのバルブ制御装置は、電力系統事故の発生を検出する事故検出部と、蒸気タービンに流入する蒸気量を調節する複数の蒸気加減弁のうち、検出された事故の規模に応じて、急閉させる前記蒸気加減弁を選択する第一選択部と、前記蒸気量の余剰分を迂回させるバイパス弁のうち、急閉された前記蒸気加減弁の数に基づいて急開させる前記バイパス弁を選択する第二選択部と、選択されていない前記蒸気加減弁と選択されていない前記バイパス弁とにより、通常の圧力または速度制御を継続する通常制御回路と、を備えることを特徴とする。

本発明により、電力系統事故が発生した際に、有効電力の低下を抑制し、かつ制御の安定性を確実にする蒸気タービンのバルブ制御装置及びそのバルブ制御方法が提供される。

本実施形態に係る沸騰水型原子力プラントを示す構成図。 本実施形態に適用される通常制御回路を示す構成図。 本実施形態に適用される高速バルブ制御回路を示す構成図。 本実施形態に適用される第二選択部を示す構成図。 （Ａ）本実施形態に適用される開度補正部を示す構成図、（Ｂ）本実施形態に適用される開度補正部に係る各蒸気流量信号を、時系列で表したグラフ。 本実施形態に係る蒸気加減弁及びバイバス弁の開度動作等を示すタイミングチャート。 本実施形態に適用される開速度保持部を示す構成図。 本実施形態に適用される開速度保持部に係る蒸気加減弁及びバイバス弁の開度動作を示すタイミングチャート。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る沸騰水型原子力プラントを示す構成図である。
原子炉圧力容器１６において核分裂反応を起こし、発生した熱エネルギーによって、主蒸気を発生させる。

高圧タービン１８は、発生した主蒸気を入力し、蒸気の持つ熱エネルギーを運動エネルギーに変換して、高圧タービン排気を出力する。高圧タービン１８の入力側には、蒸気加減弁１３を備え、高圧タービン１８に入力する主蒸気の流入量制御を行う。なお、図１では、蒸気加減弁１３を４つにより構成しているが、蒸気加減弁１３の数量は図１に限定されない。

湿分分離加熱器１７は、高圧タービン１８から排気される高圧タービン排気に含まれる蒸気の湿分を除去して加熱して、低圧タービン１９に入力する。

低圧タービン１９は、高圧タービン排気を入力し、その熱エネルギーを運動エネルギーに変換して、低圧タービン排気を出力する。低圧タービン１９の入力側には、インターセプト弁１５を備え、湿分分離加熱器１７から低圧タービン１９に入力される高圧タービン排気の蒸気流入量の制御を行う。なお、図１では、インターセプト弁１５を６つにより構成しているが、インターセプト弁１５の数量は図１に限定されない。

発電機２０は、高圧タービン１８及び低圧タービン１９と同軸上に配置されて、蒸気によるタービンの運動エネルギーを、電気エネルギーに変換する。

低圧タービン１９から出力された低圧タービン排気は、復水器２１で復水されて、復水ポンプ２２及び給水ポンプ２３を介して、原子炉圧力容器１６に戻される。

また、原子炉圧力容器１６にて発生した蒸気量が、タービンに流入する蒸気量よりも多くなった際には、蒸気量の余剰分を復水器２１に流入させて、直接原子炉圧力容器１６に戻す。

原子炉圧力容器１６の出力側には、バイパス弁１４を備え、原子炉圧力容器１６から復水器２１に入力する余剰蒸気の流入量を制御する。なお、図１では、バイパス弁１４を６つにより構成しているが、バイパス弁１４の数量は図１に限定されない。

バルブ制御装置１０は、通常制御回路１１と、高速バルブ制御回路１２と、から構成される。
通常制御回路１１は、圧力検出器２４が検出した原子炉の圧力値及びタービン回転速度検出器２５が検出したタービンの回転速度を入力する。そして、これらの検出値に基づいて主蒸気加減弁１３、バイパス弁１４の開度を調節して、それぞれの弁に流入する蒸気量の制御を行う。

これにより、通常制御回路１１は、定格運転時や起動停止時における原子炉圧力またはタービン回転速度の制御を実施している。

一方、高速バルブ制御回路１２は、電力系統事故が発生した際に、蒸気加減弁１３及びバイパス弁１４の開閉制御を実施する。

図２は、通常制御回路１１の具体的な構成を示している。なお、図１と同様の構成については同一の符号を付している。

圧力検出器２４は、原子炉圧力容器１６（図１）内の圧力を検出して、検出信号を偏差演算器２７に出力する。
そして、偏差演算器２７は、入力された検出信号と圧力設定器２６に予め設定された圧力信号とを減算して乗算器２８に出力する。

乗算器２８は、この減算された信号にゲインを乗じることにより、全蒸気流量１００を算出する。
この全蒸気流量１００は、原子炉圧力容器１６の圧力を一定に保つために必要な、原子炉圧力容器１６から流出させる蒸気流量を示す。

タービン回転速度検出器２５は、タービンの回転速度を検出して、検出信号を偏差演算器３０に出力する。

そして、偏差演算器３０は、入力された検出信号と回転速度設定器２９に予め設定された速度信号とを減算して乗算器３１に出力する。

乗算器３１は、この減算された信号にゲインを乗じることにより、速度偏差信号を求める。
そして、加算器３３は、この速度度偏差信号と負荷設定器３２で設定された負荷信号とを加算して、速度負荷制御信号を算出する。

最大蒸気流量設定器３４は、原子炉圧力容器１６から蒸気加減弁１３とバイパス弁１４に流れる蒸気の総流量を制限するために設けられる。

低値選択器３５は、全蒸気流量１００と、速度負荷制御信号が表す速度によってタービンが回転制御されたときの蒸気量と、最大蒸気流量設定器３４の設定信号が示す蒸気流量と、から最も低値の信号を選択する。そして、この選択した信号を蒸気加減弁１３（１３ａ〜１３ｄ）に対して、蒸気加減弁流量指令１０１として出力する。

４つの蒸気加減弁１３ａ〜１３ｄは、それぞれ流量−開度変換器３６及び開速度制限器３７が設けられており、サーボ弁３８を備えている。

流量−開度変換器３６は、低値選択器３５から出力された蒸気加減弁流量指令１０１を開度指令値に変換して、開速度制限器３７に出力する。

開速度制限器３７は、蒸気加減弁１３の開速度における上限値を設定している。４つの蒸気加減弁１３ａ〜１３ｄが同時に急速に開度調整された場合、サーボ弁３８の油圧供給が不足するおそれがある。このため、開速度制限器３７により、各蒸気加減弁１３について開速度を調節して、サーボ弁３８の油圧供給が低下することを防止している。

そして、サーボ弁３８は、開速度制限器３７を介して開度指令値を入力し、この制御量に応じて制御油の供給量を変化させることで、蒸気加減弁１３の弁開度の調節を行う。

一方、偏差演算器３９は、全蒸気流量１００と蒸気加減弁流量指令１０１とを減算してバイパス弁流量指令１０２を算出する。

６つのバイパス弁１４ａ〜１４ｆは、それぞれ流量−開度変換器４０が設けられており、サーボ弁４１を備えている。

流量−開度変換器４０は、バイパス弁流量指令１０２を開度指令値に変換する。
サーボ弁４１は、流量−開度変換器４０から開度指令値を入力し、この制御量に応じて制御油の供給量を変化させることで、バイパス弁１４の弁開度の調節を行う。
なお、流量−開度変換器４０は、６つのサーボ弁４１が、順次動作するための設定パラメータを、開度指令値に付加する。

ここで、プラントの定格運転時における制御動作について説明する。
定格運転時、負荷設定器３２の値を実際の負荷よりも大きく設定し、低値選択器３５にて、全蒸気流量１００が選択されるようにする。そして、蒸気加減弁１３の開度調整により原子炉圧力制御を行う。

このとき、バイパス弁１４は全閉状態となる。しかし、タービン回転速度が上昇して、低値選択器３５にて、加算器３３から出力される速度負荷制御信号が選択されると、蒸気加減弁１３の開度が絞られて、タービン回転速度制御に移行する。

このとき、蒸気加減弁１３にて絞られた分の余剰蒸気は、原子炉圧力を一定に保つため、バイパス弁１４を介して復水器２１（図１）に流入させる。したがって、バイパス弁１４により原子炉圧力制御を行われる。

このようにして、通常制御回路１１は、蒸気加減弁１３、バイパス弁１４の開度を調節して、通常の原子炉圧力またはタービン回転速度の制御を実施する。なお、開度補正部４２、開速度保持部４３については後述する。

図３は、高速バルブ制御回路１２の構成を示している。なお、図１と同様の構成については同一の符号を付している。

高速バルブ制御回路１２は、事故検出部４４と、第一選択部４５と、第二選択部４６と、から構成される。

事故検出部４４は、電力系統事故の発生を、例えば発電機出力電圧の低下や出力電流の低下によって検出して、事故の規模、場所、大きさについての情報を事故検出信号１０３として第一選択部４５に出力する。

第一選択部４５は、事故検出信号１０３を入力して、電力系統事故の規模、場所、大きさに応じて、急閉させる蒸気加減弁１３を選択する。なお、第一選択部４５は、電力系統事故の規模等に応じて急閉させる蒸気加減弁１３の数量を予め設定している。そして、第一選択部４５は、選択された蒸気加減弁１３に対して急閉信号１０４を出力する。

これにより、電力系統事故の規模、影響が大きいほど、複数のうち多くの蒸気加減弁１３を選択する構成とすることができる。

ここでは、蒸気加減弁１３ａ、１３ｂが選択された場合を検討する。

蒸気加減弁１３ａ〜１３ｄは、それぞれオフディレイタイマ４７が設けられており、蒸気加減弁用電磁弁４８を備えている。

オフディレイタイマ４７は、急閉信号１０４が入力状態からリセットされた場合に、一定時間が経過するとリセット信号を出力するタイマである。したがって、急閉信号１０４が入力状態のときは動作しない。

この蒸気加減弁用電磁弁４８は、急閉信号１０４が入力された場合、励磁されて急速に蒸気加減弁１３を閉弁する電磁弁である。
したがって、第一選択部４５により選択された蒸気加減弁１３ａ、１３ｂは、急閉信号１０４が入力されることにより、蒸気加減弁用電磁弁４８が励磁されて急閉する。

このとき、選択された蒸気加減弁１３ａ、１３ｂを制御している制御油が急速にドレンされて、サーボ弁３８（図２）による制御から切り離される。

また、第一選択部４５は、選択蒸気加減弁開度変更指令１０５を通常制御回路１１に出力する。
この選択蒸気加減弁開度変更指令１０５は、通常制御回路１１の流量−開度変換器３６（図２）に入力されて、急閉された蒸気加減弁１３ａ、１３ｂの開度を、実際の開度にあわせて、強制的に０％に変更する。

一方、通常制御回路１１は、電力系統事故発生時において、第一選択部４５により急閉されていない蒸気加減弁１３ｃ、１３ｄにより、通常の原子炉圧力またはタービン回転速度の制御を実施する。

したがって、電力系統事故が発生した際に、第一選択部４５により選択された蒸気加減弁１３ａ、１３ｂのみを急閉させることにより、タービンのオーバースピードを抑制することができる。
また、蒸気加減弁１３ａ、１３ｂの閉止を、急速に動作する蒸気加減弁用電磁弁４８を用いて行うことにより、電力系統事故に対して即時対応することができる。

さらに、選択されていない蒸気加減弁１３ｃ、１３ｄにより、通常制御を実施することにより、発電機２０（図１）との同期を維持しつつ、有効電力の低下を抑制することができる。

第二選択部４６は、急閉された蒸気加減弁１３の数に基づいて急開させるバイパス弁１４の選択を行う。

図４は、第二選択部４６の構成図を示している。
第二選択部４６は、演算回路５１と、バイパス弁選択回路５２と、から構成される。

演算回路５１は、急閉された蒸気加減弁１３の数を示す蒸気加減弁選択個数１０６を、第一選択部４５から入力する。そして、急閉させる蒸気加減弁１３に対応して、同容量となるバイパス弁１４の個数を、図４式（１）を用いて算出する。

なお、設置された蒸気加減弁１３とバイパス弁１４の個数によっては、同容量にならない場合が考えられる。このときは、急閉させる蒸気加減弁１３の容量を超えず、かつ最大となる個数を急開させるバイパス弁１４の個数とする。

これにより、急閉させる蒸気加減弁１３と同容量または同程度となる、バイパス弁１４を急開させることで、原子炉圧力の上昇を最小限にすることができる。

バイパス弁選択回路５２は、急開させるバイパス弁１４の個数を入力して、この数に基づいて急開させるバイパス弁１４を選択する。そして、バイパス弁選択回路５２は、急開信号１０７をバイパス弁１４に対して出力する。

ここでは、６つのバイパス弁のうち、３つのバイパス弁１４ａ〜１４ｃが選択された場合について検討する。

図３に戻って説明を続ける。
６つのバイパス弁１４ａ〜１４ｆは、それぞれオフディレイタイマ４９が設けられており、バイパス弁用電磁弁５０を備えている。

オフディレイタイマ４９は、急開信号１０７が入力状態からリセットされた場合に、一定時間が経過するとリセット信号を出力するタイマである。したがって、急開信号１０７が入力状態のときは、動作しない。

バイパス弁用電磁弁５０は、急開信号１０７が入力された場合、励磁されて急速にバイパス弁１４を開弁する電磁弁である。
したがって、第二選択部４６により急開されたバイパス弁１４ａ〜１４ｃは、急開信号１０７が入力されることにより、バイパス弁用電磁弁５０が励磁されて急開する。

このとき、急開されたバイパス弁１４ａ〜１４ｃを制御している制御油が急速にドレンされて、サーボ弁４１（図２）による制御から切り離される。

また、第二選択部４６は、選択バイパス弁開度変更指令１０８を通常制御回路１１に出力する。
この選択バイパス弁開度変更指令１０８は、通常制御回路１１の流量−開度変換器４０（図２）に入力されて、選択されたバイパス弁１４ａ〜１４ｃの開度を、実際の開度にあわせて、強制的に１００％に変更する。

一方、通常制御回路１１は、電力系統事故発生時において、第二選択部４６により急開されていないバイパス弁１４ｄ〜１４ｆにより、通常の原子炉圧力制御を実施する。

なお、急閉する蒸気加減弁１３と急開するバイパス弁１４の容量が同容量とならない場合は、急開するバイパス弁１４から復水器２１（図１）に流入させる蒸気量が少なくなる。このとき、第二選択部４６により急開されていないバイパス弁１４ｄ〜１４ｆにより、原子炉圧力制御を行う。

したがって、通常制御回路１１が、第二選択部４６により選択されていないバイパス弁１４ｄ〜１４ｆにより通常の圧力制御を行うことにより、電力事故発生時においても原子炉圧力を安定的に制御することができる。

次に、電力系統事故が復旧して、全ての蒸気加減弁１３とバイパス弁１４とによる通常制御に戻す場合について説明する。

電力系統事故が復旧すると、第一選択部４５から出力されていた急閉信号１０４がリセットされる。

急閉されている蒸気加減弁１３ａ、１３ｂに対応するオフディレイタイマ４７は、急閉信号１０４がリセットされることにより、一定時間が経過するとリセット信号を蒸気加減弁用電磁弁４８に順次出力する。

そして、急閉信号１０４がリセットされることにより、励磁されていた蒸気加減弁用電磁弁４８は、無励磁となり開弁する。このとき、蒸気加減弁１３ａ、１３ｂは、サーボ弁３８（図２）による制御に順次戻される。

オフディレイタイマ４７の動作により、蒸気加減弁１３ａ、１３ｂは、順次サーボ弁による動作に移行するため、サーボ弁３８の油圧低下を防止することができる。

また、選択蒸気加減弁開度変更指令１０５は、同様にリセットされる。このため、強制的に０％とされていた開度指令は、蒸気加減弁流量指令１０１を流量−開度変換器３６（図２）により変換した開度指令に戻される。

そして、急閉されていた蒸気加減弁１３ａ、１３ｂは、開度指令値に従って、閉状態から開動作していく。なお、蒸気加減弁１３は、開速度制限器３７（図２）にて定められた上限速度で開動作する。

一方、急閉信号１０４のリセットにあわせて、第二選択部４６から出力されていた急開信号１０７もリセットされる。

急開されているバイパス弁１４ａ〜１４ｃに対応するオフディレイタイマ４９は、急開信号１０７がリセットされることにより、一定時間が経過するとリセット信号をバイパス弁用電磁弁５０に順次出力する。

また、オフディレイタイマ４９は、蒸気加減弁用電磁弁４８が急閉信号１０４のリセット信号を最初に受信するのに同期して、バイパス弁用電磁弁５０へのリセット信号の出力を開始するように設定されている。

そして、急開信号１０７がリセットされることにより、励磁されていたバイパス弁動電磁弁５０は、無励磁となり閉弁する。このとき、バイパス弁１４ａ〜１４ｃは、サーボ弁４１（図２）による制御に順次戻される。

また、選択バイパス弁開度変更指令１０８は、同様にリセットされる。このため、強制的に開度１００％とされていた開度指令は、バイパス弁流量指令１０２を流量−開度変換器４０（図２）により変換した開度指令に戻される。

そして、急開されていたバイパス弁１４ａ〜１４ｃは、通常制御回路１１による開度指令値に従って、開状態から閉動作していく。

開動作を開始する蒸気加減弁１３と無関係にバイパス弁１４が閉動作を開始した場合、タービン側に流入する蒸気量のバランスが崩れることにより、通常制御を継続している蒸気加減弁１３ｃ、１３ｄとバイパス弁１４ｄ〜１４ｆの外乱となるおそれがある。

オフディレイタイマ４９の動作により、急閉されていた蒸気加減弁１３ａ、１３ｂが閉状態から開動作するのに同期して、急開されていたバイパス弁１４ａ〜１４ｃを開状態から閉動作させることにより、タービン側に流入する蒸気量のバランスが保たれる。これにより、通常制御に対する外乱を防止することができる。

続けて、開度補正部４２（図２）について説明する。
開度補正部４２は、全ての蒸気加減弁１３とバイパス弁１４とを通常制御に戻す際に、閉状態から開状態に移行する蒸気加減弁１３ａ、１３ｂの弁開度に応じて、開状態から閉状態に移行するバイパス弁１４ａ〜１４ｃの弁開度の補正を行う。

図５（Ａ）は、開度補正部４２の具体的な構成を示している。
開度補正部４２は、蒸気流量演算回路５３と、開度−流量変換器５４と、加算器５５と、偏差演算器５６と、から構成される。

蒸気流量演算回路５３は、全蒸気流量１００（図２）と蒸気加減弁選択個数１０６（図３）とを入力する。

そして、図５（Ａ）式（２）を用いて、閉状態から開動作している蒸気加減弁１３ａ、１３ｂ及び開状態から閉動作しているバイパス弁１４ａ〜１４ｃにより、流すべき蒸気流量を算出する。この算出した蒸気流量をリセット時蒸気流量信号１１０として、偏差演算器５６に出力する。

一方、開度−流量変換器５４は、閉状態から開動作している蒸気加減弁１３ａ、１３ｂの実開度に係る急閉蒸気加減弁開度信号１０９を入力して、蒸気流量に変換する。

加算器５５は、これらの蒸気流量を加算して、実際に蒸気加減弁１３ａ、１３ｂにて流れている蒸気流量を算出する。この蒸気流量を急閉蒸気加減弁流量信号１１１として、偏差演算器５６に出力する。

偏差演算器５６は、リセット時蒸気流量信号１１０と急閉蒸気加減弁流量信号１１１とを減算して、バイパス弁流量指令１１２を求める。

そして、開状態から閉動作しているバイパス弁１４ａ〜１４ｃの流量−開度変換器４０（図２）に入力し、開度指令値に変換することにより、バイパス弁１４ａ〜１４ｃの弁開度を補正する。

図５（Ｂ）は、開度補正部４２に係る各蒸気流量信号を、時系列で表したグラフである。
急閉蒸気加減弁流量信号１１１が示すように、急閉されていた蒸気加減弁１３ａ、１３ｂは、閉状態から開動作するに従って、徐々に流入させる蒸気量を増加させていく。

バイパス弁流量指令１１２は、全蒸気流量１００から算出されるリセット時蒸気流量信号１１０を確保するため、急閉蒸気加減弁流量信号１１１にしたがって、徐々に減少して行く。

したがって、蒸気加減弁１３ａ、１３ｂからタービン側に徐々に流入する蒸気量に合わせるように、開度補正部４２はバイパス弁１４ａ〜１４ｃの弁開度を補正する。

電力系統事故が復旧して、バイパス弁１４ａ〜１４ｃが、閉状態から開動作していく蒸気加減弁１３ａ、１３ｂと無関係に閉動作した場合、原子炉側で発生する蒸気量とタービン側に流入する蒸気量とのバランスが崩れるおそれがある。
これは、通常制御を維持している蒸気加減弁１３ｃ、１３ｄ及びバイパス弁１４ｄ〜１４ｆに対して、大きな外乱となる。

したがって、開度補正部４２により、開動作する蒸気加減弁１３ａ、１３ｂと閉動作するバイパス弁１４ａ〜１４ｃとで蒸気流量のバランスを取ることにより、原子炉圧力への外乱を最小限に抑制しながら、通常制御に復帰することができる。

図６は、電力系統事故時における蒸気加減弁１３及びバイバス弁１４の開度動作等のタイミングチャートを示している。

急閉信号１０４及び急開信号１０７は、電力系統事故が発生した際に成立（オン）して、事故が復旧するとリセット（オフ）される（図６（Ｃ））。

電力系統事故が発生した際に、蒸気加減弁１３ａ、１３ｂは急閉される。一方、急閉されない蒸気加減弁１３ｃ、１３ｄは、通常の圧力または速度制御を維持する。そして、事故が復旧してリセットされると、急閉されていた蒸気加減弁１３ａ、１３ｂは、順次閉状態から開動作をしていく（図６（Ｄ））。

一方、電力系統事故が発生した際に、バイパス弁１４ａ〜１４ｃは急開される。一方、急開されていないバイパス弁１４ｃ〜１４ｆは、通常の圧力制御を維持する。そして、事故が復旧してリセットされると、最初に開動作を開始する蒸気加減弁１３ａに同期して、バイパス弁１４ａ〜１４ｃは順次開状態から閉動作をしていく（図６（Ｅ））。

さらに、バイパス弁１４ａ〜１４ｃは、開度補正部４２の動作により、開動作していく蒸気加減弁１３ａ、１３ｂに流入する蒸気流量とバランスをとりながら閉動作していく（図６（Ｅ））。

したがって、電力系統事故発生の際に、タービンの回転速度を安定的に制御し（図６（Ａ））、かつ原子炉圧力を安定的に維持することができる（図６（Ｂ））。また、電力系統事故発生時において、通常制御が行われるため、負荷を一定とすることができる（図６（Ｆ））。

続けて、開速度保持部４３（図２）について説明する。
開速度保持部４３は、通常制御されている蒸気加減弁１３ｃ、１３ｄの弁開度に応じて、閉状態から開状態に移行する蒸気加減弁１３ａ、１３ｂの弁開度を保持する。

図７は、開速度保持部４３の具体的な構成を示している。
開速度保持部４３は、変化率変換器５７と、比較器５８と、オンディレイタイマ５９、６２と、論理否定演算器６０と、保持回路６１と、から構成される。

変化率変換器５７は、電力系統事故発生の際に、急閉されずに通常制御している蒸気加減弁１３ｃ、１３ｄの実際の弁開度を、通常蒸気加減弁開度信号１１３として入力する。そして、これらの開度信号から変化率を算出して、比較器５８に出力する。

比較器５８は、蒸気加減弁１３ｃ、１３ｄの開度変化率が所定値より低い場合は、蒸気加減弁１３ｃ、１３ｄが閉方向に動作しているとして、成立信号をオンディレイタイマ５９に出力する。

オンディレイタイマ５９は、成立信号が入力されて、一定時間以上継続すると、閉動作信号１１４を保持回路６１に出力する。

保持回路６１は、閉動作信号１１４が入力した場合、閉状態から開状態に移行している蒸気加減弁１３ａ、１３ｂに対応する開速度制限器３７（図２）に開度保持信号１１５を出力する。

開度保持信号１１５が入力された開速度制限器３７は、開速度上限値を０に変更する。これにより、閉状態から開状態に移行している蒸気加減弁１３ａ、１３ｂの開度は保持される。

そして、蒸気加減弁１３ｃ、１３ｄの弁開度が、閉方向に動作しなくなると、比較器５８による成立信号はオフされる。これにより、論理否定演算器６０から成立信号がオンディレイタイマ６２に出力される。

オンディレイタイマ６２は、論理否定演算器６０からの成立信号が入力されて、一定時間以上継続すると、閉動作信号１１４のリセット信号を保持回路６１に出力する。

リセット信号を入力した保持回路６１は、開速度制限器３７に対して開度保持信号１１５のリセット信号を出力する。これにより、開速度上限値の設定はリセットされて、蒸気加減弁１３ａ、１３ｂは開動作を再開する。

図８は、開速度保持部４３に係る蒸気加減弁１３及びバイバス弁１４の開度動作等のタイミングチャートを示している。
電力系統事故が復旧してリセットされた後に、タービンの回転速度が上昇した場合について検討する（図８（Ａ））。

タービンの回転速度が上昇すると、通常制御を維持している蒸気加減弁１３ｃ、１３ｄは、タービンのオーバースピードを防止するため閉方向に動作する。

このとき、開速度保持部４３の動作により、閉状態から開動作している蒸気加減弁１３１３ａ、１３ｂの開度は保持される。そして、蒸気加減弁１３ｃ、１３ｄが閉方向に動作しなくなると、蒸気加減弁１３ａ、１３ｂは開動作を再開する（図８（Ｂ））。

一方、開状態から閉動作しているバイパス弁１４ａ、１４ｂ、１４ｃ（図示省略）は、蒸気加減弁１３ａ、１３ｂの開度が保持されたとき、開度補正部４２の動作により、開度を保持する。そして、蒸気加減弁１３ａ、１３ｂは開動作するのに従って、閉動作を再開する。なお、バイパス弁１４ｄ〜１４ｆは通常制御を維持する（図８（Ｃ））。

通常制御している蒸気加減弁１３ｃ、１３ｄが閉動作している場合において、急閉されていた蒸気加減弁１３ａ、１３ｂが無関係に開動作した場合は、タービン側に流入する蒸気流量のバランスがくずれて、通常制御されている蒸気加減弁１３ｃ、１３ｄへの外乱となるおそれがある。

開速度保持部４３により、開動作している蒸気加減弁１３ａ、１３ｂの開度を保持することにより、通常制御している蒸気加減弁１３ｃ、１３ｄへの外乱を抑制することができる。

以上述べた蒸気タービンのバルブ制御装置１０によれば、急閉させる蒸気加減弁１３を選択する第一選択部４５と急閉させる蒸気加減弁１３の数に基づいて急開させるバイパス弁１４を選択する第二選択部４６とを有することにより、電力系統事故が発生した際に、有効電力の低下を抑制し、かつ原子炉の圧力を安定的に制御可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、本実施形態では、沸騰水型原子力プラントにおける構成を示したが、本構成は火力プラントや加圧式型原子力プラントにおいても適用可能である。

１０…バルブ制御装置、１１…通常制御回路、１２…高速バルブ制御回路、１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）…蒸気加減弁、１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ）…バイパス弁、１５…インターセプト弁、１６…原子炉圧力容器、１７…湿分分離加熱器、１８…高圧タービン、１９…低圧タービン、２０…発電機、２１…復水器、２２…復水ポンプ、２３…給水ポンプ、２４…圧力検出器、２５…タービン回転速度検出器、２６…圧力設定器、２７…偏差演算器、２８…乗算器、２９…回転速度設定器、３０…偏差演算器、３１…乗算器、３２…負荷設定器、３３…加算器、３４…最大蒸気流量設定器、３５…低値選択器、３６…流量−開度変換器、３７…開速度制限器、３８…サーボ弁、３９…偏差演算器、４０…流量−開度変換器、４１…サーボ弁、４２…開度補正部、４３…開速度保持部、４４…事故検出部、４５…第一選択部、４６…第二選択部、４７…オフディレイタイマ、４８…蒸気加減弁用電磁弁、４９…オフディレイタイマ、５０…バイパス弁用電磁弁、５１…演算回路、５２…バイパス弁選択回路、５３…蒸気流量演算回路、５４…開度−流量変換器、５５…加算器、５６…偏差演算器、５７…変化率変換器、５８…比較器、５９…オンディレイタイマ、６０…論理否定演算器、６１…保持回路、６２…オンディレイタイマ、１００…全蒸気流量、１０１…蒸気加減弁流量指令、１０２…バイパス弁流量指令、１０３…事故検出信号、１０４…急閉信号、１０５…選択蒸気加減弁開度変更指令、１０６…蒸気加減弁選択個数、１０７…急開信号、１０８…選択バイパス弁開度変更指令、１０９…急閉蒸気加減弁開度信号、１１０…リセット時蒸気流量信号、１１１…急閉蒸気加減弁流量信号、１１２…バイパス弁流量指令、１１３…通常蒸気加減弁開度信号、１１４…閉動作信号、１１５…開度保持信号。

Claims (6)

1. 電力系統事故の発生を検出する事故検出部と、
   蒸気タービンに流入する蒸気量を調節する複数の蒸気加減弁のうち、検出された事故の規模に応じて、急閉させる前記蒸気加減弁を選択する第一選択部と、
   前記蒸気量の余剰分を迂回させるバイパス弁のうち、急閉された前記蒸気加減弁の数に基づいて急開させる前記バイパス弁を選択する第二選択部と、
   選択されていない前記蒸気加減弁と選択されていない前記バイパス弁とにより、通常の圧力または速度制御を継続する通常制御回路と、を備えることを特徴とする蒸気タービンのバルブ制御装置。
2. 前記第二選択部は、急閉された前記蒸気加減弁に対応する容量に応じて急開させる前記バイパス弁を選択することを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンのバルブ制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の蒸気タービンのバルブ制御装置において、
   前記電力系統事故から復旧して、全ての前記蒸気加減弁と前記バイパス弁とを通常の制御に戻す際に、前記蒸気加減弁が閉状態から開状態に移行するのに同期して、前記バイパス弁を開状態から閉状態に移行することを特徴とする蒸気タービンのバルブ制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の蒸気タービンのバルブ制御装置において、
   前記電力系統事故から復旧して、全ての前記蒸気加減弁と前記バイパス弁とを通常の制御に戻す際に、閉状態から開状態に移行する前記蒸気加減弁の弁開度に応じて、開状態から閉状態に移行する前記バイパス弁の弁開度を補正する開度補正部を備えたことを特徴とする蒸気タービンのバルブ制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の蒸気タービンのバルブ制御装置において、
   前記電力系統事故から復旧して、全ての前記蒸気加減弁と前記バイパス弁とを通常の制御に戻す際に、選択されていない前記蒸気加減弁の弁開度に応じて、閉状態から開状態に移行している前記蒸気加減弁の弁開度を保持させる開速度保持部を備えたことを特徴とする蒸気タービンのバルブ制御装置。
6. 電力系統事故の発生を検出するステップと、
   蒸気タービンに流入する蒸気量を調節する蒸気加減弁のうち、検出された事故の規模に基づいて急閉する前記蒸気加減弁を選択するステップと、
   前記蒸気量の余剰分を迂回させるバイパス弁のうち、急閉された前記蒸気加減弁の数に基づいて急開させる前記バイパス弁を選択するステップと、
   選択されていない前記蒸気加減弁と選択されていない前記バイパス弁とにより、通常の圧力または速度制御を継続するステップと、を含むことを特徴とする蒸気タービンのバルブ制御方法。

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