JP6781613B2 - 制御システム、蒸気タービン、発電プラント及び制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、制御システム、蒸気タービン、発電プラント及び制御方法に関する。
蒸気タービンを用いて発電を行う汽力発電プラントやコンバインドサイクル発電プラントでは、負荷運転中に非常事態が生じた場合、負荷を切り離して運転を継続する負荷遮断と呼ばれる運用を行うことがある。負荷遮断時には蒸気タービンの回転数は増加するが、蒸気タービンは、回転数が所定の閾値（例えば定格回転数の１１０％）以上となると異常と判定し自動停止する機能を備えている。そこで、回転数の増加による自動停止を防ぐため、負荷遮断直後に蒸気加減弁を急速に閉止し、その後、回転数が所定の回転数の近傍で整定するように実回転数をフィードバックして、目標回転数との偏差に応じて加減弁開度を調整する制御を行うことがある。
なお、負荷遮断時の制御に関して、例えば特許文献１には、コンバインドプラントにおける負荷遮断時に、蒸気タービンの蒸気加減弁が閉じてから、ガスタービンの燃料止め弁を閉じる制御方法が記載されている。
ところで、負荷遮断時に蒸気加減弁を急速に閉止すると、蒸気圧力のバランスが崩れてロータに大きなスラスト力が発生する可能性がある。大きなスラスト力の発生は、ロータや軸受に損傷を与え、それらの部品の寿命を低減させる原因となる。負荷遮断時に回転数を所定の閾値未満に抑えつつ、スラスト力のピーク値を低減する制御方法が求められていた。
そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる制御システム、蒸気タービン、発電プラント及び制御方法を提供することを目的としている。
本発明の第１の態様によれば、制御システムは、蒸気タービンの運転中に負荷遮断信号を取得する負荷遮断信号取得部と、前記蒸気タービンの目標回転数と実回転数との偏差に基づいて、蒸気タービンへの蒸気の流入量を調節する蒸気加減弁の弁開度を算出する回転数弁開度算出部と、前記蒸気タービンのロータに加わるスラスト力に応じた前記蒸気加減弁の弁開度を算出するスラスト力弁開度算出部と、前記負荷遮断信号取得部が負荷遮断信号を取得すると、前記回転数弁開度算出部が算出した弁開度と前記スラスト力弁開度算出部が算出した弁開度とに基づいて前記蒸気加減弁の弁開度を制御する弁開度制御部と、を備え、前記スラスト力弁開度算出部は、前記ロータに加わるスラスト力に応じた弁開度の時間関数と、前記負荷遮断信号取得部が負荷遮断信号を取得してからの経過時間とに基づいて弁開度を算出する。
また、本発明の第２の態様によれば、制御システムは、蒸気タービンの運転中に負荷遮断信号を取得する負荷遮断信号取得部と、前記蒸気タービンの目標回転数と実回転数との偏差に基づいて、蒸気タービンへの蒸気の流入量を調節する蒸気加減弁の弁開度を算出する回転数弁開度算出部と、前記蒸気タービンのロータに加わるスラスト力に応じた前記蒸気加減弁の弁開度を算出するスラスト力弁開度算出部と、前記負荷遮断信号取得部が負荷遮断信号を取得すると、前記回転数弁開度算出部が算出した弁開度と前記スラスト力弁開度算出部が算出した弁開度とに基づいて、前記蒸気加減弁の弁開度を制御する弁開度制御部と、を備え、前記スラスト力弁開度算出部は、前記ロータに加わるスラスト力の目標値と前記ロータに加わるスラスト力の計測値との偏差に基づく弁開度を算出する。
また、本発明の第３の態様によれば、前記制御システムは、前記ロータの回転数が所定の制限値を超過したか否かを判定する回転数判定部、をさらに備え、スラスト力弁開度算出部は、前記回転数判定部が前記回転数が所定の制限値を超過したと判定すると、前記算出した弁開度に０を設定する。
また、本発明の第４の態様によれば、前記制御システムは、前記蒸気タービンの出力値に応じた前記弁開度の先行補正値を算出する先行補正値算出部、をさらに備え、前記スラスト力弁開度算出部は、前記算出した弁開度に前記先行補正値算出部が算出した先行補正値を加算する。
また、本発明の第５の態様によれば、前記弁開度制御部は、前記回転数弁開度算出部が算出した弁開度と前記スラスト力弁開度算出部が算出した弁開度との重み付け平均を算出し、算出した重み付け平均を前記蒸気加減弁の弁開度とする。
また、本発明の第６の態様によれば、前記弁開度制御部は、前記回転数弁開度算出部が算出した弁開度と前記スラスト力弁開度算出部が算出した弁開度のうち大きな値を選択し、選択した値によって前記蒸気加減弁の弁開度を制御する。
また、本発明の第７の態様によれば、蒸気タービンは、上記の制御システムを備える。
また、本発明の第８の態様によれば、発電プラントは、上記の制御システムを備える。
また、本発明の第９の態様によれば、蒸気タービンの運転中に負荷遮断信号を取得するステップと、前記蒸気タービンの目標回転数と実回転数との偏差に基づいて、蒸気タービンへの蒸気の流入量を調節する蒸気加減弁の回転数に基づく第１の弁開度を算出するステップと、前記蒸気タービンのロータに加わるスラスト力に応じた前記蒸気加減弁の第２の弁開度を算出するステップと、前記負荷遮断信号を取得すると、前記回転数に基づく弁開度と前記スラスト力に応じた弁開度とに基づく値によって、前記蒸気加減弁の弁開度を制御するステップと、を有し、前記第２の弁開度を算出するステップでは、前記ロータに加わるスラスト力に応じた弁開度の時間関数と、前記負荷遮断信号を取得してからの経過時間とに基づいて弁開度を算出する、制御方法である。
また、本発明の第１０の態様によれば、蒸気タービンの運転中に負荷遮断信号を取得するステップと、前記蒸気タービンの目標回転数と実回転数との偏差に基づいて、蒸気タービンへの蒸気の流入量を調節する蒸気加減弁の回転数に基づく第１の弁開度を算出するステップと、前記蒸気タービンのロータに加わるスラスト力に応じた前記蒸気加減弁の第２の弁開度を算出するステップと、前記負荷遮断信号を取得すると、前記回転数に基づく弁開度と前記スラスト力に応じた弁開度とに基づく値によって、前記蒸気加減弁の弁開度を制御するステップと、を有し、前記第２の弁開度を算出するステップでは、前記ロータに加わるスラスト力の目標値と前記ロータに加わるスラスト力の計測値との偏差に基づく弁開度を算出する、制御方法である。
また、本発明の第１０の態様によれば、蒸気タービンの運転中に負荷遮断信号を取得するステップと、前記蒸気タービンの目標回転数と実回転数との偏差に基づいて、蒸気タービンへの蒸気の流入量を調節する蒸気加減弁の回転数に基づく第１の弁開度を算出するステップと、前記蒸気タービンのロータに加わるスラスト力に応じた前記蒸気加減弁の第２の弁開度を算出するステップと、前記負荷遮断信号を取得すると、前記回転数に基づく弁開度と前記スラスト力に応じた弁開度とに基づく値によって、前記蒸気加減弁の弁開度を制御するステップと、を有し、前記第２の弁開度を算出するステップでは、前記ロータに加わるスラスト力の目標値と前記ロータに加わるスラスト力の計測値との偏差に基づく弁開度を算出する、制御方法である。
本発明によれば、負荷遮断時に蒸気タービンのロータや軸受け等に加わるスラスト力のピーク値を低減することができる。
＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態による蒸気タービンの負荷遮断時の制御方法について図１〜図５を参照して説明する。
図１は、本発明に係る第一実施形態におけるガスタービンコンバインドサイクルプラントの系統図である。
本実施形態のガスタービンコンバインドサイクルプラント（ＧＴＣＣ）は、図１に示すように、ガスタービン１０と、ガスタービン１０から排気される排ガスの熱で蒸気を発生する排熱回収ボイラー２０と、排熱回収ボイラー２０からの蒸気で駆動される蒸気タービン３０（高圧蒸気タービン３１、中圧蒸気タービン３２及び低圧蒸気タービン３３）と、各タービン１０，３１，３２，３３の駆動で発電する発電機３４と、低圧蒸気タービン３３から排気された蒸気を水に戻す復水器３５と、これら各機器を制御する制御装置１００と、を備えている。
以下、本発明の第一実施形態による蒸気タービンの負荷遮断時の制御方法について図１〜図５を参照して説明する。
図１は、本発明に係る第一実施形態におけるガスタービンコンバインドサイクルプラントの系統図である。
本実施形態のガスタービンコンバインドサイクルプラント（ＧＴＣＣ）は、図１に示すように、ガスタービン１０と、ガスタービン１０から排気される排ガスの熱で蒸気を発生する排熱回収ボイラー２０と、排熱回収ボイラー２０からの蒸気で駆動される蒸気タービン３０（高圧蒸気タービン３１、中圧蒸気タービン３２及び低圧蒸気タービン３３）と、各タービン１０，３１，３２，３３の駆動で発電する発電機３４と、低圧蒸気タービン３３から排気された蒸気を水に戻す復水器３５と、これら各機器を制御する制御装置１００と、を備えている。
ガスタービン１０は、外気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機１１と、燃料ガスに圧縮空気を混合して燃焼させ高温の燃焼ガスを生成する燃焼器１２と、燃焼ガスにより駆動されるタービン１３と、燃焼器１２に供給する燃料流量を調節する燃料流量調節弁１４と、を備えている。燃焼器１２には、燃料供給源からの燃料を燃焼器１２に供給する燃料ラインが接続されている。この燃料ラインには、燃料流量調節弁１４が設けられている。タービン１３の排気口は排熱回収ボイラー２０と接続されている。
排熱回収ボイラー２０は、高圧蒸気タービン３１に供給する高圧蒸気を発生する高圧蒸気発生部２１と、中圧蒸気タービン３２に供給する中圧蒸気を発生する中圧蒸気発生部２２と、低圧蒸気タービン３３に供給する低圧蒸気を発生する低圧蒸気発生部２４と、高圧蒸気タービン３１から排気された蒸気を加熱する再加熱部２３と、を備えている。
排熱回収ボイラー２０の高圧蒸気発生部２１と高圧蒸気タービン３１の蒸気入口とは、高圧蒸気を高圧蒸気タービン３１に導く高圧主蒸気ライン４１で接続され、高圧蒸気タービン３１の蒸気出口と中圧蒸気タービン３２の蒸気入口とは、高圧蒸気タービン３１から排気された蒸気を排熱回収ボイラー２０の再加熱部２３を経て中圧蒸気タービン３２の蒸気入口に導く中圧蒸気ライン４４で接続され、排熱回収ボイラー２０の低圧蒸気発生部２４と低圧蒸気タービン３３の蒸気入口とは、低圧蒸気を低圧蒸気タービン３３に導く低圧主蒸気ライン５１で接続されている。
中圧蒸気タービン３２の蒸気出口と低圧蒸気タービン３３の蒸気入口とは、中圧タービン排気ライン５４で接続されている。低圧蒸気タービン３３の蒸気出口には、復水器３５が接続されている。この復水器３５には、復水を排熱回収ボイラー２０に導く給水ライン５５が接続されている。
排熱回収ボイラー２０の中圧蒸気発生部２２と中圧蒸気ライン４４の再加熱部２３より上流側部分とは、中圧主蒸気ライン６１で接続されている。
排熱回収ボイラー２０の中圧蒸気発生部２２と中圧蒸気ライン４４の再加熱部２３より上流側部分とは、中圧主蒸気ライン６１で接続されている。
高圧主蒸気ライン４１には、高圧蒸気止め弁４２、高圧蒸気タービン３１への蒸気の流入量を調整する高圧主蒸気加減弁４３が設けられている。中圧蒸気ライン４４には、中圧蒸気止め弁４５、中圧蒸気タービン３２への蒸気の流入量を調整する中圧蒸気加減弁４６が設けられている。低圧主蒸気ライン５１には、低圧蒸気止め弁５２、低圧蒸気タービン３３への蒸気の流入量を調整する低圧主蒸気加減弁５３が設けられている。
制御装置１００は、各種の運転データや指示データ等を受け付け、ガスタービン１０の出力の制御、高圧蒸気止め弁４２の開閉の制御、高圧主蒸気加減弁４３の弁開度の制御、中圧蒸気止め弁４５の開閉の制御、中圧蒸気加減弁４６の弁開度の制御、低圧蒸気止め弁５２の開閉の制御、低圧主蒸気加減弁５３の弁開度の制御等による蒸気タービン３０の出力制御等によって発電機３４による発電を行う。また、何らかの異常等によって負荷遮断が発生した場合、制御装置１００は、負荷遮断時の各種制御を行う。
次に図１６を用いて、従来の負荷遮断時の蒸気タービン３０の蒸気加減弁（４３、４６、５３）に対する制御について説明する。なお、説明の便宜のため、以下の説明では中圧蒸気加減弁４６の弁開度制御について説明する。
図１６は、従来の負荷遮断時の制御方法を説明する図である。
図１６の上図は、中圧蒸気加減弁４６の弁開度の時間変化を示すグラフである。図１６上図の縦軸は弁開度、横軸は時間の経過を示している。従来の制御では、制御装置は、負荷遮断指示信号を受信すると中圧蒸気加減弁４６の弁開度を全閉とする制御を行う。図１６の上図は、時刻Ｔ１に負荷遮断指示信号を受信し、その直後に中圧蒸気加減弁４６の弁開度が０に制御された様子を示している。
図１６の中図は、スラスト力の時間変化を示すグラフである。図１６中図の縦軸は蒸気タービン３０のロータや軸受に加わるスラスト力の計測値、横軸は時間の経過を示している。このグラフは、負荷遮断時に中圧蒸気加減弁４６の弁開度が急激に０となった際に、ロータ等には大きなスラスト力（ピーク値の大きさ：Ｎ１）が加わることを示している。
図１６の下図は、蒸気タービン３０の回転数の時間変化を示すグラフである。図１６下図の縦軸は蒸気タービン３０の１分間あたりの回転数、横軸は時間の経過を示している。このグラフは、負荷遮断時に中圧蒸気加減弁４６の弁開度が急激に０となった際に、回転数がＲ１に上昇し、その後定格の回転数に戻っていく様子を示している。なお、破線で示したのが回転数の閾値ＲＸである。蒸気タービン３０の回転数が閾値ＲＸを超えると、蒸気タービン３０（およびＧＴＣＣプラント全体）は自動停止してしまう。従来の制御により、負荷遮断後の回転数は、この閾値ＲＸ未満に余裕をもって抑えられている。
図１６は、従来の負荷遮断時の制御方法を説明する図である。
図１６の上図は、中圧蒸気加減弁４６の弁開度の時間変化を示すグラフである。図１６上図の縦軸は弁開度、横軸は時間の経過を示している。従来の制御では、制御装置は、負荷遮断指示信号を受信すると中圧蒸気加減弁４６の弁開度を全閉とする制御を行う。図１６の上図は、時刻Ｔ１に負荷遮断指示信号を受信し、その直後に中圧蒸気加減弁４６の弁開度が０に制御された様子を示している。
図１６の中図は、スラスト力の時間変化を示すグラフである。図１６中図の縦軸は蒸気タービン３０のロータや軸受に加わるスラスト力の計測値、横軸は時間の経過を示している。このグラフは、負荷遮断時に中圧蒸気加減弁４６の弁開度が急激に０となった際に、ロータ等には大きなスラスト力（ピーク値の大きさ：Ｎ１）が加わることを示している。
図１６の下図は、蒸気タービン３０の回転数の時間変化を示すグラフである。図１６下図の縦軸は蒸気タービン３０の１分間あたりの回転数、横軸は時間の経過を示している。このグラフは、負荷遮断時に中圧蒸気加減弁４６の弁開度が急激に０となった際に、回転数がＲ１に上昇し、その後定格の回転数に戻っていく様子を示している。なお、破線で示したのが回転数の閾値ＲＸである。蒸気タービン３０の回転数が閾値ＲＸを超えると、蒸気タービン３０（およびＧＴＣＣプラント全体）は自動停止してしまう。従来の制御により、負荷遮断後の回転数は、この閾値ＲＸ未満に余裕をもって抑えられている。
従来の制御では、負荷遮断時に中圧蒸気加減弁４６の弁開度を急速閉止し、その後、蒸気タービン３０の回転数が定格近傍で整定するように、実回転数をフィードバックして目標回転数との偏差に応じて中圧蒸気加減弁４６の弁開度を調整する。このように従来の制御では、蒸気タービン３０の回転数のみを監視・制御対象とし、スラスト力の監視を行っていない。すると、上記の中図が示すように負荷遮断時に大きなスラスト力（Ｎ１）が発生することになり、ロータや軸受けの故障、寿命の低下、その結果としてメンテナンスコストの増大などを招く結果となっていた。そこで、本実施形態では、負荷遮断時に蒸気加減弁の弁開度を調整することにより、蒸気タービン３０の回転数の上昇を抑えつつ、さらにスラスト力も低減する制御方法を提供する。
図２は、本発明に係る第一実施形態における制御装置のブロック図である。
図示するように制御装置１００は、負荷遮断信号取得部１０１と、第１弁開度算出部１０２と、第２弁開度算出部１０３と、弁開度制御部１０４と、記憶部１０５を備えている。制御装置１００は、コンピュータによって構成される。
負荷遮断信号取得部１０１は、ＧＴＣＣの運転中に負荷を切り離す負荷遮断信号を取得する。
第１弁開度算出部１０２は、蒸気タービン３０の目標回転数（例えば定格の回転数）と実回転数とを取得し、それら２つの値の偏差に基づいて、中圧蒸気加減弁４６の弁開度（第１弁開度）を算出する。
図示するように制御装置１００は、負荷遮断信号取得部１０１と、第１弁開度算出部１０２と、第２弁開度算出部１０３と、弁開度制御部１０４と、記憶部１０５を備えている。制御装置１００は、コンピュータによって構成される。
負荷遮断信号取得部１０１は、ＧＴＣＣの運転中に負荷を切り離す負荷遮断信号を取得する。
第１弁開度算出部１０２は、蒸気タービン３０の目標回転数（例えば定格の回転数）と実回転数とを取得し、それら２つの値の偏差に基づいて、中圧蒸気加減弁４６の弁開度（第１弁開度）を算出する。
第２弁開度算出部１０３は、負荷遮断信号取得部１０１が負荷遮断信号を取得したときを開始時点として、その後の経過時間に応じた中圧蒸気加減弁４６の弁開度（第２弁開度）を算出する。
弁開度制御部１０４は、第１弁開度と第２弁開度とを取得してそれら２つの値のうち、より大きな弁開度を選択して、選択した弁開度に対応する弁開度指令値を中圧蒸気加減弁４６に出力する。
記憶部１０５は、負荷遮断後の経過時間と弁開度の対応テーブルなど種々の情報を記憶する。
なお、制御装置１００は、ＧＴＣＣの制御に関する他の様々な機能を備えているが、本実施形態に関係のない機能についての説明は省略する。
弁開度制御部１０４は、第１弁開度と第２弁開度とを取得してそれら２つの値のうち、より大きな弁開度を選択して、選択した弁開度に対応する弁開度指令値を中圧蒸気加減弁４６に出力する。
記憶部１０５は、負荷遮断後の経過時間と弁開度の対応テーブルなど種々の情報を記憶する。
なお、制御装置１００は、ＧＴＣＣの制御に関する他の様々な機能を備えているが、本実施形態に関係のない機能についての説明は省略する。
次に図３を用いて第１弁開度算出部１０２、第２弁開度算出部１０３、弁開度制御部１０４による負荷遮断時の中圧蒸気加減弁４６の弁開度制御の一例について説明する。
図３は、本発明に係る第一実施形態における蒸気加減弁の制御方法を説明する図である。
第１弁開度算出部１０２は、減算器１０２ａ、制御器１０２ｂを備えている。減算器１０２ａは、目標回転数から実回転数を減じて両者の偏差を算出する。なお、目標回転数は、例えば、予め記憶部１０５に記録されている。また、実回転数は、例えば、制御装置１００が蒸気タービン３０に設けられた回転数計測用センサから取得する。減算器１０２ａは、算出した偏差を制御器１０２ｂに出力する。制御器１０２ｂは、減算器１０２ａから取得した偏差の値が０となるような弁開度指令値（第１弁開度）をフィードバック制御等の手法を用いて算出する。制御器１０２ｂは、算出した第１弁開度を弁開度制御部１０４へ出力する。
なお、図１６で説明した従来の負荷遮断時における制御方法では、その第１弁開度算出部１０２が算出した弁開度で中圧蒸気加減弁４６の開度を制御している。
図３は、本発明に係る第一実施形態における蒸気加減弁の制御方法を説明する図である。
第１弁開度算出部１０２は、減算器１０２ａ、制御器１０２ｂを備えている。減算器１０２ａは、目標回転数から実回転数を減じて両者の偏差を算出する。なお、目標回転数は、例えば、予め記憶部１０５に記録されている。また、実回転数は、例えば、制御装置１００が蒸気タービン３０に設けられた回転数計測用センサから取得する。減算器１０２ａは、算出した偏差を制御器１０２ｂに出力する。制御器１０２ｂは、減算器１０２ａから取得した偏差の値が０となるような弁開度指令値（第１弁開度）をフィードバック制御等の手法を用いて算出する。制御器１０２ｂは、算出した第１弁開度を弁開度制御部１０４へ出力する。
なお、図１６で説明した従来の負荷遮断時における制御方法では、その第１弁開度算出部１０２が算出した弁開度で中圧蒸気加減弁４６の開度を制御している。
一方、第２弁開度算出部１０３は、タイマー１０３ａ、弁開度の時間関数１０３ｂを備えている。負荷遮断信号取得部１０１が負荷遮断信号を取得すると、第２弁開度算出部１０３は、タイマー１０３ａをスタートさせ、負荷遮断信号取得後の経過時間を測定する。時間関数１０３ｂは、タイマー１０３ａから経過時間の情報を所定の時間毎に取得し、経過時間に対応する弁開度（第２弁開度）を算出する。なお、弁開度の算出には関数を用いてもよいし、経過時間と弁開度とを対応づけたテーブルを用いてもよい。例えば、テーブルには、経過時間が０．５秒なら弁開度Ｘ１、経過時間が１秒なら弁開度Ｘ２、・・・など経過時間と弁開度の対応関係が予め定められており、時間関数１０３ｂは、経過時間に応じてテーブルに登録された値を線形補間し弁開度を算出してもよい。弁開度の時間関数１０３ｂは、算出した第２弁開度を弁開度制御部１０４へ出力する。なお、時間関数１０３ｂが用いる関数やテーブルには、蒸気タービン３０のロータに加わるスラスト力を考慮して、負荷遮断後に大きなスラスト力が加わらないような（例えば、急速閉止のように急激な蒸気圧力の変化が生じないような）弁開度が負荷遮断後の経過時間に対応付けて設定されている。
弁開度制御部１０４は、第１弁開度と第２弁開度のうち大きな値を選択して、中圧蒸気加減弁４６の開度が選択した値となるように制御する。
なお、弁開度制御部１０４は、第１弁開度と第２弁開度のうち、第２弁開度により大きな重みを与えた第１弁開度と第２弁開度の重み付け平均を算出し、算出した重み付け平均値で中圧蒸気加減弁４６の弁開度を制御するようにしてもよい。
なお、弁開度制御部１０４は、第１弁開度と第２弁開度のうち、第２弁開度により大きな重みを与えた第１弁開度と第２弁開度の重み付け平均を算出し、算出した重み付け平均値で中圧蒸気加減弁４６の弁開度を制御するようにしてもよい。
図４は、本発明に係る第一実施形態における蒸気加減弁の弁開度制御処理のフローチャートである。
まず、ＧＴＣＣの運転中に負荷遮断が生じたものとする。すると、負荷遮断信号取得部１０１が負荷遮断信号を取得する（ステップＳ１１）。負荷遮断信号取得部１０１は、第１弁開度算出部１０２および第２弁開度算出部１０３に負荷遮断の発生を通知する。すると第１弁開度算出部１０２は、蒸気タービンの回転数の目標値と実測値の偏差から第１弁開度を算出する（ステップＳ１２）。第１弁開度を算出方法については、図３で説明したとおりである。第１弁開度算出部１０２は、負荷遮断の直後から、例えば数秒〜十数秒の間、第１弁開度として「０」を算出する。第１弁開度算出部１０２は、算出した弁開度を弁開度制御部１０４へ出力する。
まず、ＧＴＣＣの運転中に負荷遮断が生じたものとする。すると、負荷遮断信号取得部１０１が負荷遮断信号を取得する（ステップＳ１１）。負荷遮断信号取得部１０１は、第１弁開度算出部１０２および第２弁開度算出部１０３に負荷遮断の発生を通知する。すると第１弁開度算出部１０２は、蒸気タービンの回転数の目標値と実測値の偏差から第１弁開度を算出する（ステップＳ１２）。第１弁開度を算出方法については、図３で説明したとおりである。第１弁開度算出部１０２は、負荷遮断の直後から、例えば数秒〜十数秒の間、第１弁開度として「０」を算出する。第１弁開度算出部１０２は、算出した弁開度を弁開度制御部１０４へ出力する。
一方、負荷遮断発生の通知を受けた第２弁開度算出部１０３は、負荷遮断信号を取得後の経過時間に応じた第２弁開度を算出する（ステップＳ１３）。第２弁開度を算出方法については、図３で説明したとおりである。第２弁開度算出部１０３は、例えば、負荷遮断の直後から例えば数秒〜十数秒の間、第２弁開度として中圧蒸気加減弁４６を微開させる開度を算出する。第２弁開度算出部１０３は、算出した開度を弁開度制御部１０４へ出力する。
次に弁開度制御部１０４は、第１弁開度と第２弁開度に基づいて弁開度を算出する（ステップＳ１４）。例えば、弁開度制御部１０４は、第１弁開度と第２弁開度とのうち大きな弁開度を選択する。あるいは、弁開度制御部１０４は、第１弁開度と第２弁開度との重み付き平均を算出する。次に弁開度制御部１０４は、選択した（算出した）弁開度に対応する弁開度指令値を中圧蒸気加減弁４６へ指示する（ステップＳ１５）。
制御装置１００は、負荷遮断後、数分（１〜３分程度）の間、ステップＳ１１〜ステップＳ１５の処理を継続的に行う。
制御装置１００は、負荷遮断後、数分（１〜３分程度）の間、ステップＳ１１〜ステップＳ１５の処理を継続的に行う。
図５は、本発明に係る第一実施形態における弁開度制御処理の結果を示す図である。
図５の上図、中図、下図が表す内容については図１６と同様である。つまり、図５の上図のグラフは、第一実施形態の弁開度制御を適用したときの中圧蒸気加減弁４６の弁開度の時間変化を示し、中図のグラフは第一実施形態適用後のスラスト力の時間変化を示し、下図のグラフは第一実施形態適用後の回転数の時間変化を示す。
図５の上図をみると、負荷遮断が発生した時刻Ｔ１からその後の時刻Ｔ２の間、中圧蒸気加減弁４６の弁開度は微開の状態で制御されていることが分かる。なお、時刻Ｔ１〜Ｔ２は数秒間である。
図５の上図、中図、下図が表す内容については図１６と同様である。つまり、図５の上図のグラフは、第一実施形態の弁開度制御を適用したときの中圧蒸気加減弁４６の弁開度の時間変化を示し、中図のグラフは第一実施形態適用後のスラスト力の時間変化を示し、下図のグラフは第一実施形態適用後の回転数の時間変化を示す。
図５の上図をみると、負荷遮断が発生した時刻Ｔ１からその後の時刻Ｔ２の間、中圧蒸気加減弁４６の弁開度は微開の状態で制御されていることが分かる。なお、時刻Ｔ１〜Ｔ２は数秒間である。
次に図５の中図をみると、負荷遮断後のスラスト力のピーク値の大きさは、従来の制御によるピーク値Ｎ１よりもかなり小さい値であるＮ２に低減していることが分かる。これは、負荷遮断直後に中圧蒸気加減弁４６の弁開度を「０」（第１弁開度）とせず、微開（第２弁開度）としたため、蒸気圧力のバランスの変化が従来の制御の場合ほど急激ではなくなったためであると考えられる。
次に図５の下図をみると、蒸気タービン３０の回転数は、従来の制御時のＲ１よりも大きな値であるＲ２に上昇している。これは、中圧蒸気加減弁４６を微開としたために蒸気供給量が増加したためと考えられる。図５の結果によれは、本実施形態適用後の回転数Ｒ２は、定格回転数から閾値ＲＸの間の半分程度にまで上昇している。本実施形態によれば、第１弁開度と第２弁開度とのうち大きい弁開度を選択することによる蒸気供給量の増加により、最大回転数が増加することが分かる。本実施形態を適用した場合、最大回転数が増加し閾値ＲＸ以上（過速トリップ）となる可能性が、従来の制御に比べ高くなる。
本実施形態によれば、第１弁開度と第２弁開度のうち大きな値を考慮した弁開度によって、負荷遮断時に蒸気加減弁の開度制御を行うため、中圧蒸気加減弁４６の弁開度を微開とすることができ、負荷遮断時に蒸気圧力バランスが変動することによって生じるスラスト力のピーク値を低減することができる。これにより、ロータやロータの軸受の損傷を低減し、寿命を延伸することができる。
＜第二実施形態＞
以下、本発明の第二実施形態による蒸気タービンの負荷遮断時の制御方法について図６〜図１０を参照して説明する。
以下、第二実施形態に係る制御装置１００Ａについて説明を行う。制御装置１００Ａは、第一実施形態と異なる方法で中圧蒸気加減弁４６の制御を行う。第一実施形態では、第２弁開度算出部１０３が時間関数によって第２弁開度を算出した。この第二実施形態では、第３弁開度算出部１０６が、中圧蒸気加減弁４６の弁開度（第３弁開度）をロータ等に加わるスラスト力に応じて決定する。
以下、本発明の第二実施形態による蒸気タービンの負荷遮断時の制御方法について図６〜図１０を参照して説明する。
以下、第二実施形態に係る制御装置１００Ａについて説明を行う。制御装置１００Ａは、第一実施形態と異なる方法で中圧蒸気加減弁４６の制御を行う。第一実施形態では、第２弁開度算出部１０３が時間関数によって第２弁開度を算出した。この第二実施形態では、第３弁開度算出部１０６が、中圧蒸気加減弁４６の弁開度（第３弁開度）をロータ等に加わるスラスト力に応じて決定する。
図６は、本発明に係る第二実施形態における制御装置の第１のブロック図である。
本発明の第二実施形態に係る構成のうち、第一実施形態に係る制御装置１００を構成する機能部と同じものには同じ符号を付し、それぞれの説明を省略する。図示するように制御装置１００Ａは、負荷遮断信号取得部１０１と、第１弁開度算出部１０２と、第３弁開度算出部１０６と、弁開度制御部１０４Ａと、記憶部１０５を備えている。また、第３弁開度算出部１０６は、先行補正値算出部１０７を備えている。
本発明の第二実施形態に係る構成のうち、第一実施形態に係る制御装置１００を構成する機能部と同じものには同じ符号を付し、それぞれの説明を省略する。図示するように制御装置１００Ａは、負荷遮断信号取得部１０１と、第１弁開度算出部１０２と、第３弁開度算出部１０６と、弁開度制御部１０４Ａと、記憶部１０５を備えている。また、第３弁開度算出部１０６は、先行補正値算出部１０７を備えている。
第３弁開度算出部１０６は、蒸気タービン３０のロータに加わるスラスト力の目標値とスラスト力の計測値とを取得し、それら２つの値の偏差に基づいて、中圧蒸気加減弁４６の弁開度（第３´弁開度）を算出する。また、第３弁開度算出部１０６は、算出した弁開度に先行補正値算出部１０７が算出した補正値を加算して中圧蒸気加減弁４６の弁開度（第３弁開度）を算出する。
先行補正値算出部１０７は、蒸気タービンの出力値を取得し、出力値見合いの先行補正値を算出する。
弁開度制御部１０４Ａは、第１弁開度と第３弁開度とを取得しそれら２つの弁開度に基づいて、中圧蒸気加減弁４６の弁開度を制御する。例えば、弁開度制御部１０４Ａは、第１弁開度と第３弁開度のうち、より大きな弁開度を選択して、選択した弁開度に対応する弁開度指令値を中圧蒸気加減弁４６に出力する。
先行補正値算出部１０７は、蒸気タービンの出力値を取得し、出力値見合いの先行補正値を算出する。
弁開度制御部１０４Ａは、第１弁開度と第３弁開度とを取得しそれら２つの弁開度に基づいて、中圧蒸気加減弁４６の弁開度を制御する。例えば、弁開度制御部１０４Ａは、第１弁開度と第３弁開度のうち、より大きな弁開度を選択して、選択した弁開度に対応する弁開度指令値を中圧蒸気加減弁４６に出力する。
次に図７を用いて第二実施形態における負荷遮断時の中圧蒸気加減弁４６の弁開度制御の一例について説明する。
図７は、本発明に係る第二実施形態における蒸気加減弁の制御方法を説明する図である。
第１弁開度算出部１０２は、減算器１０２ａ、制御器１０２ｂを備えている。減算器１０２ａは、目標回転数から実回転数を減じて両者の偏差を算出する。減算器１０２ａは、算出した偏差を制御器１０２ｂに出力する。制御器１０２ｂは、減算器１０２ａから取得した偏差の値が０となるような弁開度指令値（第１弁開度）をフィードバック制御等の手法を用いて算出する。制御器１０２ｂは、算出した第１弁開度を弁開度制御部１０４Ａへ出力する。
図７は、本発明に係る第二実施形態における蒸気加減弁の制御方法を説明する図である。
第１弁開度算出部１０２は、減算器１０２ａ、制御器１０２ｂを備えている。減算器１０２ａは、目標回転数から実回転数を減じて両者の偏差を算出する。減算器１０２ａは、算出した偏差を制御器１０２ｂに出力する。制御器１０２ｂは、減算器１０２ａから取得した偏差の値が０となるような弁開度指令値（第１弁開度）をフィードバック制御等の手法を用いて算出する。制御器１０２ｂは、算出した第１弁開度を弁開度制御部１０４Ａへ出力する。
一方、第３弁開度算出部１０６は、制御器１０６ａを備えている。負荷遮断信号取得部１０１が負荷遮断信号を取得すると、制御器１０６ａが目標スラスト力からスラスト力計測値を減じて両者の偏差を算出する。なお、目標スラスト力は、例えば、予め記憶部１０５に記録されている。また、スラスト力計測値は、例えば、制御装置１００が軸受などに設けられたスラスト力計測用センサから取得する。制御器１０６ａは、算出した偏差が０となるような弁開度指令値（第３´弁開度）をフィードバック制御等の手法を用いて算出する。また、制御器１０６ａは、補正値算出器１０７ａ（先行補正値算出部１０７）を備えている。補正値算出器１０７ａは、例えば負荷遮断直前の蒸気タービン３０の出力値（図中「ＳＴ出力」）を取得し、この出力値見合いの中圧蒸気加減弁４６の弁開度の補正値を算出する。例えば、記憶部１０５が、出力値と弁開度補正値の対応関係を定めたテーブル、関数等を記憶しており、補正値算出器１０７ａはこのテーブルに基づいて補正値を算出する。なお、負荷遮断直前の蒸気タービン３０の出力値は例えば記憶部１０５に記録されている。制御器１０６ａは、補正値算出器１０７ａが算出した補正値を第３´弁開度に加算して第３弁開度を算出する。制御器１０６ａは、算出した第３弁開度を弁開度制御部１０４Ａへ出力する。蒸気タービン３０の出力値に応じた補正値を第３´弁開度に加算することで、スラスト力に基づくフィードバック制御による応答遅れを先行的に補償できる。
弁開度制御部１０４Ａは、第１弁開度と第３弁開度のうち大きな値を選択して、中圧蒸気加減弁４６の開度が選択した値となるように制御する。
なお、弁開度制御部１０４Ａは、第１弁開度と第２弁開度のうち、第３弁開度により大きな重みを与えた第１弁開度と第３弁開度の重み付け平均を算出し、算出した値で中圧蒸気加減弁４６の開度を制御するようにしてもよい。
なお、弁開度制御部１０４Ａは、第１弁開度と第２弁開度のうち、第３弁開度により大きな重みを与えた第１弁開度と第３弁開度の重み付け平均を算出し、算出した値で中圧蒸気加減弁４６の開度を制御するようにしてもよい。
図８は、本発明に係る第二実施形態における蒸気加減弁の弁開度制御処理のフローチャートである。
まず、ＧＴＣＣの運転中に負荷遮断が生じたものとする。すると、負荷遮断信号取得部１０１が負荷遮断信号を取得する（ステップＳ２１）。負荷遮断信号取得部１０１は、第１弁開度算出部１０２および第３弁開度算出部１０６に負荷遮断の発生を通知する。すると第１弁開度算出部１０２は、蒸気タービンの回転数の目標値と実測値の偏差から第１弁開度を算出する（ステップＳ２２）。第１弁開度を算出方法については、第一実施形態と同様である。第１弁開度算出部１０２は、例えば、負荷遮断の直後から数十秒の間、第１弁開度として「０」を算出する。第１弁開度算出部１０２は、算出した弁開度を弁開度制御部１０４へ出力する。
まず、ＧＴＣＣの運転中に負荷遮断が生じたものとする。すると、負荷遮断信号取得部１０１が負荷遮断信号を取得する（ステップＳ２１）。負荷遮断信号取得部１０１は、第１弁開度算出部１０２および第３弁開度算出部１０６に負荷遮断の発生を通知する。すると第１弁開度算出部１０２は、蒸気タービンの回転数の目標値と実測値の偏差から第１弁開度を算出する（ステップＳ２２）。第１弁開度を算出方法については、第一実施形態と同様である。第１弁開度算出部１０２は、例えば、負荷遮断の直後から数十秒の間、第１弁開度として「０」を算出する。第１弁開度算出部１０２は、算出した弁開度を弁開度制御部１０４へ出力する。
一方、負荷遮断発生の通知を受けた第３弁開度算出部１０６は、スラスト力の目標値と実測値の偏差から第３´弁開度を算出する（ステップＳ２３）。第３´弁開度を算出方法については、図７で説明したとおりである。また、第３弁開度算出部１０６が備える先行補正値算出部１０７が、蒸気タービン３０の出力値に応じた弁開度の先行補正値を算出する。そして、第３弁開度算出部１０６は、第３´弁開度に先行補正値を加算した第３弁開度を算出する（ステップＳ２４）。第３弁開度算出部１０６は、例えば、負荷遮断の直後から数秒の間、第３弁開度として中圧蒸気加減弁４６を微開させる開度を算出する。第３弁開度算出部１０６は、算出した第３弁開度を弁開度制御部１０４Ａへ出力する。
次に弁開度制御部１０４Ａは、第１弁開度と第３弁開度に基づいて弁開度を算出する（ステップＳ２５）。例えば、弁開度制御部１０４Ａは、第１弁開度と第３弁開度とのうち大きな値を選択する。あるいは、弁開度制御部１０４Ａは、第１弁開度と第３弁開度との重み付き平均を算出する。次に弁開度制御部１０４Ａは、算出した弁開度に対応する弁開度指令値を中圧蒸気加減弁４６へ指示する（ステップＳ２６）。
制御装置１００は、負荷遮断後、数分（１〜３分程度）の間、ステップＳ２１〜ステップＳ２６の処理を継続的に行う。
制御装置１００は、負荷遮断後、数分（１〜３分程度）の間、ステップＳ２１〜ステップＳ２６の処理を継続的に行う。
図９は、本発明に係る第二実施形態における弁開度制御処理の結果を示す図である。
図９の上図のグラフは、第二実施形態の弁開度制御を適用したときの中圧蒸気加減弁４６の開度の時間変化を示し、中図のグラフは第二実施形態適用後のスラスト力の時間変化を示し、下図のグラフは第二実施形態適用後の回転数の時間変化を示す。
図９の上図をみると、負荷遮断が発生した時刻Ｔ１からその後の時刻Ｔ３の間、中圧蒸気加減弁４６の開度はスラスト力を指標として微開の状態で制御されていたことが分かる。なお、時刻Ｔ１〜Ｔ３は数秒間である。
図９の上図のグラフは、第二実施形態の弁開度制御を適用したときの中圧蒸気加減弁４６の開度の時間変化を示し、中図のグラフは第二実施形態適用後のスラスト力の時間変化を示し、下図のグラフは第二実施形態適用後の回転数の時間変化を示す。
図９の上図をみると、負荷遮断が発生した時刻Ｔ１からその後の時刻Ｔ３の間、中圧蒸気加減弁４６の開度はスラスト力を指標として微開の状態で制御されていたことが分かる。なお、時刻Ｔ１〜Ｔ３は数秒間である。
次に図９の中図をみると、負荷遮断後のスラスト力のピーク値の大きさは、従来の制御によるピーク値Ｎ１よりもかなり小さい値であるＮ３に低減していることが分かる。これは、負荷遮断直後に中圧蒸気加減弁４６の開度を「０」（第１弁開度）とせず、微開（第２弁開度）としたため、蒸気圧力のバランスの変化が従来制御の場合ほど急激ではなくなったためであると考えられる。また、第一実施形態と比較してスラスト力が「０」に整定するまでの時間が短い。これは、第二実施形態ではスラスト力を監視し、目標スラスト力とスラスト力計測値の偏差に基づくフィードバック制御によって算出した第３弁開度を考慮しているためであると考えられる。
次に図９の下図をみると、蒸気タービン３０の回転数は、従来制御時のＲ１よりも大きな値であるＲ３に上昇している。これは、中圧蒸気加減弁４６を微開としたために蒸気供給量が増加したためと考えられる。図９の結果によれは、本実施形態適用後の回転数Ｒ３は、定格回転数から閾値ＲＸの間の半分を超える回転数にまで上昇している。これは第１弁開度と第３弁開度とのうち大きい弁開度を選択するにあたり、スラスト力の大きさに応じて算出した第３弁開度が選択されたことによる蒸気供給量の増加が原因であると考えられる。第一実施形態と同様、過速トリップとなる可能性が、従来の制御に比べ高くなる。
本実施形態によれば、第１弁開度と第３弁開度のうち大きな値を考慮した弁開度によって制御を行うため、蒸気加減弁の開度を微開とすることができ、負荷遮断時の蒸気圧力バランスの変動による生じるスラスト力のピーク値を低減することができる。これにより、ロータやロータの軸受の損傷を低減し、寿命を延伸することができる。また、フィードバック制御により、スラスト力計測値を目標スラスト力（０ｋＮ）に近づけるので、負荷遮断中のスラスト力を（第一実施形態と比べて）確実に０に近づけることができるので、軸受等の寿命を更に延伸できる。
また、スラスト力の大きさに応じて自動的に弁開度を調整するため、都度、時間関数などの設計の必要がない。
また、スラスト力の大きさに応じて自動的に弁開度を調整するため、都度、時間関数などの設計の必要がない。
図１０は、本発明に係る第二実施形態における制御装置の第２のブロック図である。
図示するように制御装置１００Ａ´は、第３弁開度算出部１０６に代えて第３弁開度算出部１０６Ａを備えている。第３弁開度算出部１０６Ａは、先行補正値算出部１０７を備えていない。第二実施形態は、図１０に示すように先行補正値算出部１０７を除いた構成とすることも可能である。図１０に示す制御装置１００Ａ´による負荷遮断時の制御について簡単に説明する。
まず、負荷遮断信号取得部１０１が負荷遮断信号を取得する（ステップＳ２１）。次に第１弁開度算出部１０２が第１弁開度を算出する（ステップＳ２２）。一方、第３弁開度算出部１０６は、スラスト力の目標値と実測値の偏差から第３´弁開度を算出する（ステップＳ２３）。第３弁開度算出部１０６は、算出した第３´弁開度を弁開度制御部１０４へ出力する。次に弁開度制御部１０４は、第１弁開度と第３´弁開度に基づいて弁開度を算出し（ステップＳ２５）、その弁開度を中圧蒸気加減弁４６へ指示する（ステップＳ２６）。
図示するように制御装置１００Ａ´は、第３弁開度算出部１０６に代えて第３弁開度算出部１０６Ａを備えている。第３弁開度算出部１０６Ａは、先行補正値算出部１０７を備えていない。第二実施形態は、図１０に示すように先行補正値算出部１０７を除いた構成とすることも可能である。図１０に示す制御装置１００Ａ´による負荷遮断時の制御について簡単に説明する。
まず、負荷遮断信号取得部１０１が負荷遮断信号を取得する（ステップＳ２１）。次に第１弁開度算出部１０２が第１弁開度を算出する（ステップＳ２２）。一方、第３弁開度算出部１０６は、スラスト力の目標値と実測値の偏差から第３´弁開度を算出する（ステップＳ２３）。第３弁開度算出部１０６は、算出した第３´弁開度を弁開度制御部１０４へ出力する。次に弁開度制御部１０４は、第１弁開度と第３´弁開度に基づいて弁開度を算出し（ステップＳ２５）、その弁開度を中圧蒸気加減弁４６へ指示する（ステップＳ２６）。
制御装置１００Ａ´によっても、第３´弁開度に応答遅れが含まれるものの、上記の制御装置１００Ａと同様の効果を得ることができる。
＜第三実施形態＞
以下、本発明の第三実施形態による蒸気タービンの負荷遮断時の制御方法について図１１〜図１５を参照して説明する。
以下、第三実施形態に係る制御装置１００Ｂについて説明を行う。第二実施形態では、最大回転数が上昇して過速トリップに陥る可能性があった。そこで第三実施形態に係る制御装置１００Ｂでは、過速トリップを防ぐ構成を追加する。
以下、本発明の第三実施形態による蒸気タービンの負荷遮断時の制御方法について図１１〜図１５を参照して説明する。
以下、第三実施形態に係る制御装置１００Ｂについて説明を行う。第二実施形態では、最大回転数が上昇して過速トリップに陥る可能性があった。そこで第三実施形態に係る制御装置１００Ｂでは、過速トリップを防ぐ構成を追加する。
図１１は、本発明に係る第三実施形態における制御装置の第１のブロック図である。
本発明の第三実施形態に係る構成のうち、第二実施形態に係る制御装置１００を構成する機能部と同じものには同じ符号を付し、それぞれの説明を省略する。図示するように制御装置１００Ｂは、負荷遮断信号取得部１０１と、第１弁開度算出部１０２と、第３弁開度算出部１０６Ｂと、弁開度制御部１０４と、記憶部１０５を備えている。また、第３弁開度算出部１０６Ｂは、先行補正値算出部１０７と、回転数判定部１０８とを備えている。
本発明の第三実施形態に係る構成のうち、第二実施形態に係る制御装置１００を構成する機能部と同じものには同じ符号を付し、それぞれの説明を省略する。図示するように制御装置１００Ｂは、負荷遮断信号取得部１０１と、第１弁開度算出部１０２と、第３弁開度算出部１０６Ｂと、弁開度制御部１０４と、記憶部１０５を備えている。また、第３弁開度算出部１０６Ｂは、先行補正値算出部１０７と、回転数判定部１０８とを備えている。
第３弁開度算出部１０６Ｂは、スラスト力の目標値とスラスト力の計測値との偏差に基づいて弁開度（第３´弁開度）を算出する。また、第３弁開度算出部１０６は、算出した弁開度に先行補正値算出部１０７が算出した補正値を加算して中圧蒸気加減弁４６の弁開度（第３弁開度）を算出する。また、第３弁開度算出部１０６Ｂは、回転数判定部１０８が蒸気タービン３０の回転数が所定の制限値を超過したと判定すると、第３弁開度に「０」を設定する。
先行補正値算出部１０７は、第二実施形態と同様に蒸気タービンの出力値見合いの補正値を算出する。
回転数判定部１０８は、蒸気タービン３０のロータの実回転数を取得し、実回転数が所定の制限値を超過したか否かを判定する。
弁開度制御部１０４Ａは、例えば、第１弁開度と第３弁開度とのうち、より大きな弁開度を選択して、選択した弁開度に対応する弁開度指令値を中圧蒸気加減弁４６に出力する。
先行補正値算出部１０７は、第二実施形態と同様に蒸気タービンの出力値見合いの補正値を算出する。
回転数判定部１０８は、蒸気タービン３０のロータの実回転数を取得し、実回転数が所定の制限値を超過したか否かを判定する。
弁開度制御部１０４Ａは、例えば、第１弁開度と第３弁開度とのうち、より大きな弁開度を選択して、選択した弁開度に対応する弁開度指令値を中圧蒸気加減弁４６に出力する。
次に図１２を用いて第三実施形態における負荷遮断時の中圧蒸気加減弁４６の弁開度制御の一例について説明する。
図１２は、本発明に係る第三実施形態における蒸気加減弁の制御方法を説明する図である。
第１弁開度算出部１０２については第一、二実施形態と同様である。つまり減算器１０２ａが目標回転数と実回転数との偏差を算出し、制御器１０２ｂがフィードバック制御等の手法により、偏差が０となるような第１弁開度を算出する。制御器１０２ｂは、算出した第１弁開度を弁開度制御部１０４Ａへ出力する。
図１２は、本発明に係る第三実施形態における蒸気加減弁の制御方法を説明する図である。
第１弁開度算出部１０２については第一、二実施形態と同様である。つまり減算器１０２ａが目標回転数と実回転数との偏差を算出し、制御器１０２ｂがフィードバック制御等の手法により、偏差が０となるような第１弁開度を算出する。制御器１０２ｂは、算出した第１弁開度を弁開度制御部１０４Ａへ出力する。
一方、第３弁開度算出部１０６Ｂは、制御器１０６ｂを備えている。負荷遮断信号取得部１０１が負荷遮断信号を取得すると、制御器１０６ｂが目標スラスト力とスラスト力計測値との偏差を算出する。制御器１０６ｂは、フィードバック制御等の手法を用いて偏差が０となるような第３´弁開度を算出する。また、制御器１０６ｂは、補正値算出器１０７ａが算出した蒸気タービン３０の出力値見合いの弁開度の先行補正値を第３´弁開度に加算して第３弁開度を算出する。制御器１０６ｂは、算出した第３弁開度を弁開度制御部１０４Ａへ出力する。以上の処理は、第二実施形態と同様である。
第三実施形態の制御器１０６ｂは、目標スラスト力、スラスト力計測値、蒸気タービン３０の出力値に加え、センサが検出したロータの実回転数を取得し、回転数を監視する。制御器１０６ｂは、ロータの回転数が所定の制限値を超過すると、第３弁開度に０を設定して弁開度制御部１０４Ａへ出力する。ここで、所定の制限値とは、定格の回転数から閾値ＲＸの間に設定された過速トリップを確実に防ぐための値である。例えば、閾値ＲＸが定格回転数の１１０％に設定されていれば、この制限値は１０５％に設定する。そして、制御器１０６ｂは、実回転数が定格回転数の１０５％の値を超過すると、第３弁開度に「０」を設定する。
第三実施形態の制御器１０６ｂは、目標スラスト力、スラスト力計測値、蒸気タービン３０の出力値に加え、センサが検出したロータの実回転数を取得し、回転数を監視する。制御器１０６ｂは、ロータの回転数が所定の制限値を超過すると、第３弁開度に０を設定して弁開度制御部１０４Ａへ出力する。ここで、所定の制限値とは、定格の回転数から閾値ＲＸの間に設定された過速トリップを確実に防ぐための値である。例えば、閾値ＲＸが定格回転数の１１０％に設定されていれば、この制限値は１０５％に設定する。そして、制御器１０６ｂは、実回転数が定格回転数の１０５％の値を超過すると、第３弁開度に「０」を設定する。
弁開度制御部１０４Ａは、第１弁開度と第３弁開度のうち大きな値を選択して、中圧蒸気加減弁４６の開度が選択した値となるように制御する。ここで、従来の制御によれば、ロータの回転数に応じて設定される第１弁開度は負荷遮断後しばらくの間は「０」に設定される（図１６）。従って、この間に第３弁開度として「０」が出力された場合、弁開度制御部１０４Ａは、中圧蒸気加減弁４６を全閉とする制御を行う（第１弁開度と第３弁開度が共に「０」）。中圧蒸気加減弁４６が全閉されると蒸気供給量が０になり、回転数の上昇は抑制される。この制御により、過速トリップを防ぐことができる。
なお、本実施形態においても弁開度制御部１０４Ａは、第１弁開度と第２弁開度のうち、第３弁開度により大きな重みを与えた第１弁開度と第３弁開度の重み付け平均を算出し、算出した値で中圧蒸気加減弁４６の弁開度を制御するようにしてもよい。
なお、本実施形態においても弁開度制御部１０４Ａは、第１弁開度と第２弁開度のうち、第３弁開度により大きな重みを与えた第１弁開度と第３弁開度の重み付け平均を算出し、算出した値で中圧蒸気加減弁４６の弁開度を制御するようにしてもよい。
図１３は、本発明に係る第三実施形態における蒸気加減弁の弁開度制御処理のフローチャートである。
図９で説明した第二実施形態と同様の処理については簡単に説明する。
まず、負荷遮断信号取得部１０１が負荷遮断信号を取得する（ステップＳ２１）。負荷遮断信号取得部１０１は、第１弁開度算出部１０２および第３弁開度算出部１０６Ｂに負荷遮断の発生を通知する。すると第１弁開度算出部１０２は、蒸気タービンの回転数の目標値と実測値の偏差から第１弁開度を算出する（ステップＳ２２）。第１弁開度算出部１０２は、算出した開度を弁開度制御部１０４Ａへ出力する。
図９で説明した第二実施形態と同様の処理については簡単に説明する。
まず、負荷遮断信号取得部１０１が負荷遮断信号を取得する（ステップＳ２１）。負荷遮断信号取得部１０１は、第１弁開度算出部１０２および第３弁開度算出部１０６Ｂに負荷遮断の発生を通知する。すると第１弁開度算出部１０２は、蒸気タービンの回転数の目標値と実測値の偏差から第１弁開度を算出する（ステップＳ２２）。第１弁開度算出部１０２は、算出した開度を弁開度制御部１０４Ａへ出力する。
一方、負荷遮断発生の通知を受けた第３弁開度算出部１０６Ｂは、スラスト力の目標値と実測値の偏差から第３´弁開度を算出する（ステップＳ２３）。また、第３弁開度算出部１０６Ｂが備える先行補正値算出部１０７が、蒸気タービン３０の出力値に応じた弁開度の先行補正値を算出する。第３弁開度算出部１０６Ｂは、第３´弁開度に先行補正値を加算した第３弁開度を算出する（ステップＳ２４）。
次に第３弁開度算出部１０６Ｂが備える回転数判定部１０８が、蒸気タービン回転数の計測値（実回転数）を取得し、記憶部１０５に記録された制限値と比較を行って、実回転数が制限値を超過したかどうかを判定する（ステップＳ２４１）。回転数判定部１０８は、判定結果を第３弁開度算出部１０６Ｂへ出力する。実回転数が制限値を超過している場合（ステップＳ２４１；Ｙｅｓ）、第３弁開度算出部１０６Ｂは第３弁開度に０を設定する（ステップＳ２４２）。第３弁開度算出部１０６Ｂは、第３弁開度（「０」）を弁開度制御部１０４Ａへ出力する。実回転数が制限値以下の場合（ステップＳ２４１；Ｎｏ）、第３弁開度算出部１０６Ｂは、ステップＳ２４で算出した第３弁開度を弁開度制御部１０４Ａへ出力する。
次に弁開度制御部１０４Ａは、第１弁開度と第３弁開度に基づいて弁開度を算出する（ステップＳ２５）。弁開度制御部１０４Ａは、算出した弁開度に対応する弁開度指令値を中圧蒸気加減弁４６へ指示する（ステップＳ２６）。制御装置１００は、負荷遮断後、数分（１〜３分程度）の間、ステップＳ２１〜ステップＳ２６の処理を継続的に行う。
なお、変形例として、弁開度制御部１０４Ａは、第３弁開度として値「０」を取得した場合、第１弁開度の大きさに関わらず、無条件に全閉とする弁開度指令値を中圧蒸気加減弁４６へ指示するように構成してもよい。
図１４は、本発明に係る第三実施形態における弁開度制御処理の結果を示す図である。
図１４の上図のグラフは、第三実施形態の弁開度制御を適用したときの中圧蒸気加減弁４６の弁開度の時間変化を示し、中図のグラフは第三実施形態適用後のスラスト力の時間変化を示し、下図のグラフは第三実施形態適用後の回転数の時間変化を示す。
図１４の上図をみると、負荷遮断が発生した時刻Ｔ１からその後の時刻Ｔ４の間、中圧蒸気加減弁４６の弁開度はスラスト力を指標として微開の状態で制御されていることが分かる。また、時刻Ｔ４に弁開度が０となっているのは、この時刻に回転数判定部１０８によって回転数が制限値を超過したと判定され、第３弁開度算出部１０６Ｂが第３弁開度に０を設定したことによる。
図１４の上図のグラフは、第三実施形態の弁開度制御を適用したときの中圧蒸気加減弁４６の弁開度の時間変化を示し、中図のグラフは第三実施形態適用後のスラスト力の時間変化を示し、下図のグラフは第三実施形態適用後の回転数の時間変化を示す。
図１４の上図をみると、負荷遮断が発生した時刻Ｔ１からその後の時刻Ｔ４の間、中圧蒸気加減弁４６の弁開度はスラスト力を指標として微開の状態で制御されていることが分かる。また、時刻Ｔ４に弁開度が０となっているのは、この時刻に回転数判定部１０８によって回転数が制限値を超過したと判定され、第３弁開度算出部１０６Ｂが第３弁開度に０を設定したことによる。
次に図１４の中図をみると、負荷遮断後のスラスト力のピーク値の大きさは、第二実施形態と同様に従来の制御によるピーク値Ｎ１よりもかなり小さい値であるＮ４に低減しており、整定までの時間も短い。そしてその後、時刻Ｔ４にて大きさＮ４´のスラスト力が発生している。これは、時刻Ｔ４に中圧蒸気加減弁４６を全閉としたことによる。しかし、元々、微開の状態から全閉に変更したことによって生じるスラスト力Ｎ４´は、図１６で例示したＮ１などと比較すると十分に小さい値であって、軸受等に与える力は比較的小さく抑えることができる。
次に図１４の下図をみると、蒸気タービン３０の回転数は、従来の制御時のＲ１よりも大きな値であるＲ４に上昇しているが、第二実施形態のＲ３に比べれば低い値に抑えることができている。これは、回転数が制限値を超過したときに、それ以上回転数が上昇しないように中圧蒸気加減弁４６が全閉とされたためである。これにより、過速トリップとなることを防ぐことができる。
本実施形態によれば、第２実施形態の効果に加え、過速トリップとなるリスクを低減することができる。
図１５は、本発明に係る第三実施形態における制御装置の第３のブロック図である。
図示するように制御装置１００Ｂ´は、第３弁開度算出部１０６Ｂに代えて第３弁開度算出部１０６Ｂ´を備えている。第３弁開度算出部１０６Ｂ´は、先行補正値算出部１０７を備えていない。第三実施形態は、図１５に示すように先行補正値算出部１０７を除いた構成とすることも可能である。図１５に示す制御装置１００Ｂ´による負荷遮断時の制御について簡単に説明する。
まず、負荷遮断信号取得部１０１が負荷遮断信号を取得する（ステップＳ２１）。次に第１弁開度算出部１０２が第１弁開度を算出する（ステップＳ２２）。一方、第３弁開度算出部１０６は、スラスト力の目標値と実測値の偏差から第３´弁開度を算出する（ステップＳ２３）。
図示するように制御装置１００Ｂ´は、第３弁開度算出部１０６Ｂに代えて第３弁開度算出部１０６Ｂ´を備えている。第３弁開度算出部１０６Ｂ´は、先行補正値算出部１０７を備えていない。第三実施形態は、図１５に示すように先行補正値算出部１０７を除いた構成とすることも可能である。図１５に示す制御装置１００Ｂ´による負荷遮断時の制御について簡単に説明する。
まず、負荷遮断信号取得部１０１が負荷遮断信号を取得する（ステップＳ２１）。次に第１弁開度算出部１０２が第１弁開度を算出する（ステップＳ２２）。一方、第３弁開度算出部１０６は、スラスト力の目標値と実測値の偏差から第３´弁開度を算出する（ステップＳ２３）。
次に回転数判定部１０８が、実回転数が所定の制限値を超過したかどうかを判定する（ステップＳ２４１）。実回転数が制限値を超過している場合（ステップＳ２４１；Ｙｅｓ）、第３弁開度算出部１０６Ｂは第３弁開度に「０」を設定し（ステップＳ２４２）、その値を弁開度制御部１０４Ａへ出力する。実回転数が制限値以下の場合（ステップＳ２４１；Ｎｏ）、第３弁開度算出部１０６Ｂは、ステップＳ２４で算出した第３弁開度を弁開度制御部１０４Ａへ出力する。次に弁開度制御部１０４Ａは、第１弁開度と第３´弁開度に基づいて弁開度を算出し（ステップＳ２５）、その弁開度を中圧蒸気加減弁４６へ指示する（ステップＳ２６）。
制御装置１００Ｂ´によっても、第３´弁開度に応答遅れが含まれるものの、上記の制御装置１００Ｂと同様の効果を得ることができる。
上記した第一実施形態、第二実施形態、第三実施形態の説明では、制御装置１００等が負荷遮断時に中圧蒸気加減弁４６の弁開度を制御する場合を例に説明を行った。しかし、制御対象は中圧蒸気加減弁４６に限定されない。制御装置１００等は、同様の制御方法で高圧主蒸気加減弁４３、中圧蒸気加減弁４６、低圧主蒸気加減弁５３のうち１つ又は複数の弁開度を制御してもよい。
制御装置１００、１００Ａ、１００Ａ´、１００Ｂ、１００Ｂ´は、制御システムの一例である。負荷遮断信号取得部１０１、第１弁開度算出部１０２、第２弁開度算出部１０３、第３弁開度算出部１０６、１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｂ´、弁開度制御部１０４、先行補正値算出部１０７、回転数判定部１０８、の少なくとも一部は、制御装置１００等の備えるプロセッサがハードディスクなどの記憶部１０５からプログラムを読み出し実行することで備わる機能である。また、負荷遮断信号取得部１０１、第１弁開度算出部１０２、第２弁開度算出部１０３、第３弁開度算出部１０６、１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｂ´、弁開度制御部１０４、先行補正値算出部１０７、回転数判定部１０８、の全て又は一部は、マイコン、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
なお。第２弁開度算出部１０３、第３弁開度算出部１０６、１０６Ａ、１０６Ｂはスラスト力弁開度算出部の一例、第１弁開度算出部は回転数弁開度算出部の一例である。図１に示すガスタービンコンバインドサイクルプラントは発電プラントの一例である。また、ロータに加わるスラスト力には当該ロータの軸受に加わるスラスト力を含む。
なお。第２弁開度算出部１０３、第３弁開度算出部１０６、１０６Ａ、１０６Ｂはスラスト力弁開度算出部の一例、第１弁開度算出部は回転数弁開度算出部の一例である。図１に示すガスタービンコンバインドサイクルプラントは発電プラントの一例である。また、ロータに加わるスラスト力には当該ロータの軸受に加わるスラスト力を含む。
１０・・・ガスタービン
１１・・・圧縮機
１２・・・燃焼器
１３・・・タービン
１４・・・燃料流量調節弁
２０・・・排熱回収ボイラー
２１・・・高圧蒸気発生部
２２・・・中圧蒸気発生部
２３・・・再加熱部
２４・・・低圧蒸気発生部
３０・・・蒸気タービン
３１・・・高圧蒸気タービン
３２・・・中圧蒸気タービン
３３・・・低圧蒸気タービン
３４・・・発電機
３５・・・復水器
４１・・・高圧主蒸気ライン
４２・・・高圧蒸気止め弁
４３・・・高圧主蒸気加減弁
４４・・・中圧蒸気ライン
４５・・・中圧蒸気止め弁
４６・・・中圧蒸気加減弁
５１・・・低圧主蒸気ライン
５２・・・低圧蒸気止め弁
５３・・・低圧主蒸気加減弁
５４・・・中圧タービン排気ライン
５５・・・給水ライン
６１・・・中圧主蒸気ライン
１００、１００Ａ、１００Ｂ・・・制御装置
１０１・・・負荷遮断信号取得部
１０２・・・第１弁開度算出部
１０２ａ・・・減算器
１０２ｂ・・・制御器
１０３・・・第２弁開度算出部
１０３ａ・・・タイマー
１０３ｂ・・・時間関数
１０４、１０４Ａ・・・弁開度制御部
１０５・・・記憶部
１０６、１０６Ａ、１０６Ｂ・・・第３弁開度算出部
１０６ａ・・・制御器
１０７・・・先行補正値算出部
１０７ａ・・・補正値算出器
１０８・・・回転数判定部
１１・・・圧縮機
１２・・・燃焼器
１３・・・タービン
１４・・・燃料流量調節弁
２０・・・排熱回収ボイラー
２１・・・高圧蒸気発生部
２２・・・中圧蒸気発生部
２３・・・再加熱部
２４・・・低圧蒸気発生部
３０・・・蒸気タービン
３１・・・高圧蒸気タービン
３２・・・中圧蒸気タービン
３３・・・低圧蒸気タービン
３４・・・発電機
３５・・・復水器
４１・・・高圧主蒸気ライン
４２・・・高圧蒸気止め弁
４３・・・高圧主蒸気加減弁
４４・・・中圧蒸気ライン
４５・・・中圧蒸気止め弁
４６・・・中圧蒸気加減弁
５１・・・低圧主蒸気ライン
５２・・・低圧蒸気止め弁
５３・・・低圧主蒸気加減弁
５４・・・中圧タービン排気ライン
５５・・・給水ライン
６１・・・中圧主蒸気ライン
１００、１００Ａ、１００Ｂ・・・制御装置
１０１・・・負荷遮断信号取得部
１０２・・・第１弁開度算出部
１０２ａ・・・減算器
１０２ｂ・・・制御器
１０３・・・第２弁開度算出部
１０３ａ・・・タイマー
１０３ｂ・・・時間関数
１０４、１０４Ａ・・・弁開度制御部
１０５・・・記憶部
１０６、１０６Ａ、１０６Ｂ・・・第３弁開度算出部
１０６ａ・・・制御器
１０７・・・先行補正値算出部
１０７ａ・・・補正値算出器
１０８・・・回転数判定部
Claims (10)
- 蒸気タービンの運転中に負荷遮断信号を取得する負荷遮断信号取得部と、
前記蒸気タービンの目標回転数と実回転数との偏差に基づいて、蒸気タービンへの蒸気の流入量を調節する蒸気加減弁の弁開度を算出する回転数弁開度算出部と、
前記蒸気タービンのロータに加わるスラスト力に応じた前記蒸気加減弁の弁開度を算出するスラスト力弁開度算出部と、
前記負荷遮断信号取得部が負荷遮断信号を取得すると、前記回転数弁開度算出部が算出した弁開度と前記スラスト力弁開度算出部が算出した弁開度とに基づいて、前記蒸気加減弁の弁開度を制御する弁開度制御部と、
を備え、
前記スラスト力弁開度算出部は、前記ロータに加わるスラスト力に応じた弁開度の時間関数と、前記負荷遮断信号取得部が負荷遮断信号を取得してからの経過時間とに基づいて弁開度を算出する、
制御システム。 - 蒸気タービンの運転中に負荷遮断信号を取得する負荷遮断信号取得部と、
前記蒸気タービンの目標回転数と実回転数との偏差に基づいて、蒸気タービンへの蒸気の流入量を調節する蒸気加減弁の弁開度を算出する回転数弁開度算出部と、
前記蒸気タービンのロータに加わるスラスト力に応じた前記蒸気加減弁の弁開度を算出するスラスト力弁開度算出部と、
前記負荷遮断信号取得部が負荷遮断信号を取得すると、前記回転数弁開度算出部が算出した弁開度と前記スラスト力弁開度算出部が算出した弁開度とに基づいて、前記蒸気加減弁の弁開度を制御する弁開度制御部と、
を備え、
前記スラスト力弁開度算出部は、前記ロータに加わるスラスト力の目標値と前記ロータに加わるスラスト力の計測値との偏差に基づく弁開度を算出する、
制御システム。 - 前記ロータの回転数が所定の制限値を超過したか否かを判定する回転数判定部、
をさらに備え、
スラスト力弁開度算出部は、前記回転数判定部が前記回転数が所定の制限値を超過したと判定すると、前記算出した弁開度に０を設定する、
請求項２に記載の制御システム。 - 前記蒸気タービンの出力値に応じた前記弁開度の先行補正値を算出する先行補正値算出部、
をさらに備え、
前記スラスト力弁開度算出部は、前記算出した弁開度に前記先行補正値算出部が算出した先行補正値を加算する、
請求項２または請求項３に記載の制御システム。 - 前記弁開度制御部は、前記回転数弁開度算出部が算出した弁開度と前記スラスト力弁開度算出部が算出した弁開度との重み付け平均を算出し、算出した重み付け平均を前記蒸気加減弁の弁開度とする、
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の制御システム。 - 前記弁開度制御部は、前記回転数弁開度算出部が算出した弁開度と前記スラスト力弁開度算出部が算出した弁開度のうち大きな値を選択し、選択した値によって前記蒸気加減弁の弁開度を制御する、
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の制御システム。 - 請求項１から請求項６の何れか１項に記載の制御システム、を備えた蒸気タービン。
- 請求項１から請求項６の何れか１項に記載の制御システム、を備えた発電プラント。
- 蒸気タービンの運転中に負荷遮断信号を取得するステップと、
前記蒸気タービンの目標回転数と実回転数との偏差に基づいて、蒸気タービンへの蒸気の流入量を調節する蒸気加減弁の回転数に基づく第１の弁開度を算出するステップと、
前記蒸気タービンのロータに加わるスラスト力に応じた前記蒸気加減弁の第２の弁開度を算出するステップと、
前記負荷遮断信号を取得すると、前記回転数に基づく弁開度と前記スラスト力に応じた弁開度とに基づく値によって、前記蒸気加減弁の弁開度を制御するステップと、
を有し、
前記第２の弁開度を算出するステップでは、前記ロータに加わるスラスト力に応じた弁開度の時間関数と、前記負荷遮断信号を取得してからの経過時間とに基づいて弁開度を算出する、
制御方法。 - 蒸気タービンの運転中に負荷遮断信号を取得するステップと、
前記蒸気タービンの目標回転数と実回転数との偏差に基づいて、蒸気タービンへの蒸気の流入量を調節する蒸気加減弁の回転数に基づく第１の弁開度を算出するステップと、
前記蒸気タービンのロータに加わるスラスト力に応じた前記蒸気加減弁の第２の弁開度を算出するステップと、
前記負荷遮断信号を取得すると、前記回転数に基づく弁開度と前記スラスト力に応じた弁開度とに基づく値によって、前記蒸気加減弁の弁開度を制御するステップと、
を有し、
前記第２の弁開度を算出するステップでは、前記ロータに加わるスラスト力の目標値と前記ロータに加わるスラスト力の計測値との偏差に基づく弁開度を算出する、
制御方法。
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