JPH01203605A - 蒸気タービン制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の利用分野〕 本発明は蒸気タービンの制御装置に係り、特に、起動時
のロータ寿命消費量管理値やロータ熱応力管理値を変更
可能とし、運転管理の柔軟性を実現するのに好適な蒸気
タービン制御装置に関する。

〔発明の背景〕

従来の装置は、特開昭５６−１１８５０４号公報に記載
の様に、蒸気タービンロータに発生する熱応力を計算し
、この熱応力にもとづいて負荷変化率を選択して蒸気タ
ービンを制御し、発生する熱応力を規定値内に追い込む
ようになっていた。しかし、通常、即ち、最大の、負荷
変化率を選択する応力の最大値は固定されており、運転
が容易に変更出来るようにはなっていなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は蒸気タービンの積算寿命管理値や寿命到
達時を入力することにより、起動−回当りの寿命消費量
と熱応力管理値を変更可能にし、この変更によって修正
が必要となる設定値の修正内容についてのガイダンスを
行うことができる蒸気タービン制御装置を提供すること
にある。

〔発明の概要〕

第２図は蒸気タービン熱応力を示す図である。

蒸気タービンは通気により回転を開始し、蒸気量が増加
するに従って回転速度Ｓが増加する。速度が定格に達し
た後、発電機を電力系統に併入し、負荷りをとる。その
後、目標負荷まで増負荷を行なう。蒸気タービンロータ
の表面は流入した蒸気の温度に対して若干の時間遅れを
もって、はぼ、同一の温度となるが、ロータの中心部は
温度上昇が大幅に遅れるため、表面と中心部との温度差
が発生し、特に表面に熱応力が発生する。第１図の例で
は、流入する蒸気温度に対してロータ全体の温度が低い
場合の応力発生状態を示した。通気と同時にロータ表面
には温度差による応力ａｓ（この場合は圧縮応力）が発
生し、負荷Ｌｆｆｉ整定した後ａｓは次第に緩和する。

ロータ中心部の応力ａＢは主として遠心力によるもので
あり、速度の二乗に比例して増加する。応力ａｓとａＢ
には、それぞれ、規定応力ａＭｓとａＭＢが設定されて
おり、運転中はこの規定応力を越えないように制御する
蒸気タービン制御装置が設置されている。ロータ中心部
の規定応力ａＭＢは、中心部の損傷程度の点検が表面に
比べて難しいため、十分な余裕をとって決定されており
、ロータの寿命消費量は表面について管理されている。

第３図に蒸気タービン制御装置の機能構成例を示す。蒸
気状態検出部１は蒸気タービンに流入する蒸気の圧力や
温度をプラント（図示せず。）から検出し、メタル温度
検出部２は蒸気タービンの高圧第一段内壁メタル温度や
再熱蒸気室内壁メタル温度を検出する。また、速度検出
部３は蒸気タービン（図示せず、）の速度を検出する。

検出値は応力演算部４に送信され、応力が計算される。

計算された応力はメモリ部５に記憶された表面規定応力
とメモリ部６に記憶された中心部規定応力とに比較され
る。この比較は応力判断部７で行なわれる６昇速中に発
生した応力が規定応力を越えた場合には、昇速率演算部
８で昇速率をゼロ、又は１通常よりも低い昇速率が演算
され、加減弁制御袋［９を介して蒸気加減弁１０を閉方
向に制御する。負荷運転中に発生応力が規定応力を越え
た場合には、負荷変化率演算部１１で負荷変化率をゼロ
、又は、通常よりも低い負荷変化率（減負荷を含む。）
が演算され、負荷設定器１２で設定される瞬時目標負荷
指令信号１３にもとづいて加減弁制御装置！９が蒸気加
減弁１０を閉方向に制御する。寿命消費量演算部１４は
運転中に計算された表面熱応力の最大値にもとづいて、
後述する方法により、−回の起動当りの寿命消費量を計
算する。

この計算値は寿命消費量積算部１５で積算される。

この積算値が１００％に達した時に、蒸気タービンロー
タ表面に損傷が生じる。尚、メモリ部５に記憶される表
面熱応力の規定応力は、−役回熱蒸気タービンでは、高
圧タービンロータ表面規定応力と再熱タービンロータ表
面規定応力の二種類となる。また、この規定応力は、蒸
気タービンの初期温度状態、すなわち、スタートモード
によって異なる値が記憶されている。例えば、−役回熱
タービンでホットモードとコールドモードの二つの運転
を考えた場合には、メモリ部５には四種類の表面規定応
力が記憶されている。

第４図は一回起動当りの応力と寿命消費量の関係を示す
。第３図の熱応力演算部４で運転中に演算された熱応力
（熱応力と遠心応力の合成応力が用いられる場合もある
。）は、寿命消費量演算部１４で最大値（絶対値）が求
められ、第４図の関係から読みとられる。例えば、起動
過程において、ａｓｌ（圧縮応力）が絶対値で最大のロ
ータ表面熱応力であった場合、絶対値ａｊｌから寿命消
費量ａｌが得られる。尚、応力と寿命消費量の関係が応
力１サイクル、すなわち、±ａの応力が発生した場合に
ついて定義されている場合は、読みとった寿命消費量の
半分を一回の起動当りの寿命消費量とする。以上の様な
蒸気タービン制御装置では、運転中に発生する応力があ
らかじめ記憶されている規定応力を越えないように蒸気
タービンの速度や負荷を制御し、起動完了後にロータ表
面に発生した熱応力にもとづいて寿命消費量の計算及び
積算を行なう。

しかし、電力需給情勢の変化や他の発電プラントの事故
停止等により発電プラントを今後、急速起動停止運用し
たりという要請が出た場合には、前述の規定応力を変え
る必要があるが、従来の制御装置では運転員が容易、か
つ、寿命管理上不合理のない変更を行うことが出来なか
った。この欠点を解消するため、本発明では、今後到達
しても良い目標積算寿命消費量（最大値は１００％）と
その到達予定時期を運転員が入力し、現在迄の寿命消費
量と目標積算寿命消費量との差である消費可能寿命と現
在年月日と到達予定時期から求めた予定期間と、現在迄
の起動頻度実績値の各データを用い、起動頻度実績と予
定期間を乗じて予定起動回数を演算し、消費可能寿命を
予定起動回数で除して一回当りの起動において、消費可
能な最大可能寿命消費量を求め、応力−寿命消費量の関
係（第４図参照）から最大発生可能応力を演算し、演算
結果を規定応力と入れ替えられる考案を行なった。これ
により、運転員は蒸気タービンロータの寿命が１００％
を越えない範囲で、容易に蒸気タービンを加速すること
が出来る。また、この様な入力操作を行なうことにより
必要となるプラントの各種設定値の変更について、その
内容をガイダンスする機能を設けた。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。蒸気
状態検出部１、メタル温度検出部２．速度検出部３、応
力演算部４、メモリ部５，６．応力判断部７、昇速率演
算部８、加減弁制御装置９、蒸気加減弁１０、負荷変化
率演算部１１．負荷設定器１２、瞬時目標負荷指令信号
１３寿命消費量演算部１４及び寿命消費量積算部１５と
いう構成。

及び、各構成部の機能は同一である。運転員（図示せず
。）はキーボード１６から今後到達しても良い目標積算
寿命消費量（ロータ表面部）を目標積算寿命入力部１７
へ、この目標寿命に到達しても良い期日を予定期日入力
部１８に入力する。消費可能寿命演算部１９は寿命消費
量積算部１５に記憶されている既に消費された寿命と目
標寿命消費量の差である消費可能寿命を演算する。一方
、入力された予定期日とメモリ部２０に記憶されている
現在日とメモリ部２１に記憶されている実績起動頻度（
例えば、５回７月）とを用いて、予定起動回数演算部２
２が今後の予定起動回数を演算する。最大可能寿命消費
量演算部２３は消費可能寿命を予定起動回数で除すこと
により今後の一回当りの起動において、消費可能な最大
可能寿命消費量を演算する１以上の処理を数式で表わす
と、Ｎｘ＝　（Ｄｘ　　Ｄｏ）Ｘｄ。

Ａｘ”　（ａｘ　　ａｏ）／Ｎｘ 但し、 Ｎｘ；予定起動回数 Ｄｘ；予定期日 ＤＱ；現在日 ｄｏ；実績起動頻度 Ａｘ；今後の一回当り起動待寿命消費量ａｘ；目標積算
寿命消費量 ａｏ；寿命消費量（既消費分） 次に、最大可能寿命消費量Ａ８は許容応力演算部２４で
、今後の一回当りの起動で許容されるロータ表面熱応力
（合成応力でもよい。）最大可能発生応力が演算される
。この演算法は第４図と同じようにして、最大可能寿命
消費量Ａ、から応力ａｘを求めることになる。再び、第
１図により実施例の説明を行うが、前述の様にして求め
られた最大可能発生応力はメモリ部５に記憶された表面
規定応力と入れ替わる。

また、構成要素１７〜２３を設けず、キーボード１６か
ら許容応力演算部２４へ最大可能寿命消費量を入力出来
るようにした。

さらに、最大可能発生応力はガイダンス部２５で規定応
力と比較され、変更があった場合には。

蒸気タービンプラントを新たな規定応力、すなわち、最
大可能発生応力で運転するのに必要な各種設定値の変更
ガイダンスが選定され、表示部２６（例えば、ＣＲＴや
タイプライタ）に表示される。

この様な設定値の例は、熱応力警報や起動スケジュール
計算条件データ、空燃比、水燃比、及び、その他があげ
られる。さらに、運転員は、起動毎のキーボード１６か
ら手動設定部２７を介して寿命消費量や規定応力を直接
設定することもできる。

以上の構成によれば、運転員が、目標積算寿命消費量と
その到達予定期日を入力することにより、起動時の規定
応力を容易に変更することが可能となるため、運転の柔
軟性を向上させる効果がある。

尚、本実施例では、今後の起動回数を演算する際に、起
動モードを区別しなかったが、ホットモードやコールド
モード等複数のモードを演算することもできる。また、
運転員が今後の起動回数を直接入力することや各種の運
転員入力がプラント機器の保護の面から不適切なもので
あった場合、この入力を拒否するインターロック部を構
成要素に持たせることもできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、運転員が蒸気タービン運転制限要因の
一つである熱応力規定値を容易に変更することができ、
運転の柔軟性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は蒸気
タービン熱応力図、第３図は蒸気タービン制御装置のブ
ロック図、第４図は応力−寿命消費量関係図である。 １・・・蒸気状態検出部、２・・・メタル温度検出部、
３・・・速度検出部、４・・・応力演算部、５・・・メ
モリ部。 も２０ 第３０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気発生装置と蒸気タービンと前記蒸気タービンに
   接続された発電機とからなる発電設備に適用され、蒸気
   状態および／または蒸気タービンの内部メタル温度によ
   り前記蒸気タービンのロータに発生する応力を計算し、
   この計算応力から前記ロータの寿命消費量を計算し、前
   記寿命消費量を積算する機能をもち、前記計算応力とあ
   らかじめ記憶されている規定応力とを比較して前記規定
   応力を越えないように前記蒸気タービンを運転する制御
   装置において、 目標積算寿命消費量と、前記目標積算寿命消費量の到達
   予定時期とを運転員が入力する入力部と、これらの入力
   値から一回当りの起動において消費可能な最大可能寿命
   消費量と最大可能発生応力と予想起動停止回数を求める
   演算部と、前記演算部で演算した結果を記憶するメモリ
   部と、前記最大可能発生応力の値と前記規定応力の値を
   入れ替えて前記最大可能発生応力にもとづいて前記蒸気
   タービンを制御する手段とからなることを特徴とする蒸
   気タービン制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記メモリ部に記憶されている演算結果を運転員が修正
   するための修正値入力部を設けたことを特徴とする蒸気
   タービン制御装置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項において、前記
   最大可能発生応力と前記規定応力とを比較する比較部と
   、前記最大可能発生応力と前記規定応力が異なるときに
   、前記規定応力に関連してあらかじめ定められている設
   定値を変更するためのガイダンスを記憶するメモリ部と
   前記メモリ部に記憶した内容を出力する出力部とを設け
   たことを特徴とする蒸気タービン制御装置。