JPH0339201B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は水位制御装置に係り、特に、火力発電
プラントや原子力発電プラント等において使用さ
れる給水加熱器の水位制御装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

第１図は給水加熱器を含む周知の発電プラント
の系統図を示すもので、特に復水給水系統、給水
加熱器のドレイン系統の各機器構成を示すもので
ある。同図において、復水器９を出た給水は復水
ポンプ１０で昇圧され、空気抽出器１１およびグ
ランド蒸気復水器１２を通り、給水加熱器１，
２，３，４，５で加熱され、高圧復水ポンプ１３
で昇圧される。さらに給水加熱器６で加熱された
後に炉内のボイラ７に送られて蒸気となる。ボイ
ラ７で発生した蒸気はタービン８で仕事をして復
水器９に入り、復水された後に同様系統で循環す
る。なお、給水加熱器１〜６はタービン抽気と一
段上流側の給水加熱器のドレンにより加熱され、
また自体で生じたドレンは一段下流側の給水加熱
器に送水される。

第２図は第１図に示した系統に適用される従来
の水位制御装置の系統図で、特に給水加熱器ドレ
ン系統における給水加熱器制御回路の一部を示す
ものである。同図において、給水加熱器２，３は
タービン抽気１４，１５と一段上流側給水加熱器
ドレン２６，２７によつて給水１６を加熱し、し
かる後に給水加熱器２で発生したドレン２５は熱
回収のために一段下流側の給水加熱器１へ送られ
る。給水加熱器２，３のドレン水位は水位検出器
１７，１８により検出された水位指示調節計１
９，２０に与えられるが、水位指示調節計１９，
２０は検出水位を設定値と比較して電空変換器２
１，２２に制御信号を出力し、調節弁２３，２４
の流量を変える。その結果、給水加熱器２，３の
ドレン水位は一定に保たれることとなる。なお、
調節弁２３，２４の上流側には分岐路が設けられ
復水器９に至るバイバスラインが形成されている
が、これは水位異常時に給水加熱器２，３のドレ
ンを直接復水器９に逃がす作用をする。

第３図は第２図の系統に適用される制御ブロツ
ク図である。同図において、給水加熱器２，３の
ドレン水位と設定値との偏差は調節計１９，２０
により制御信号となり、電空変換器２１，２２お
よび調節弁２３，２４の特性によつて決定される
調節弁動特性２８，２９を通じて調節弁２３，２
４の開度に変換される。その結果、調節弁２３，
２４の流量ゲイン３０，３１によりドレン流量２
５，２６が決定される。これに、上流側の給水加
熱器３，４からのドレン２６，２７の流入および
タービン抽気１４，１５が加わり、給水加熱器
２，３のドレンタンク３２，３３により、それぞ
れの水位が決定されることとなる。なお、他の給
水加熱器１，４，５，６に関しても同様な水位制
御が行なわれる。

〔背景技術の問題点〕

ところが、かかる系統において、タービン８の
負荷変動等により給水加熱器１〜６のドレン水位
を一定に保つべく調節弁…２３，２４…がその流
量を変え、下流側に流れるドレン量が変動し、下
流側給水加熱器のドレン水位が影響を受けるとい
う問題がある。そして、この影響は順次下流側に
波及してゆく。特に、下流側の給水加熱器では抽
気流量と比較して上流側から入つてくるドレン量
が多いため、この影響が大きく表われてくる。こ
のため、給水加熱器ドレン系としては応答性、安
定性に問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、応
答性、安定性に勝れる水位制御装置を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明では、ドレ
ン系統においてその制御対象給水加熱器の上流側
に隣り合わせる上流側給水加熱器のドレン流出量
調節弁の開度を検出し、この検出値を微分した微
分信号を発生する第１の演算器と、上記制御対象
給水加熱器におけるドレン水位を検出し、この検
出値に上記微分信号を加えて制御対象給水加熱器
のドレン流出量調節弁の開度制御信号とする第２
の演算器とを備え、上流側調節弁が開動作すれ
ば、下流側調節弁も開動作させる信号をその制御
信号に加え、上流側調節弁が閉動作すれば、下流
側調節弁も閉動作させる信号をその制御信号に加
えて、上流側調節弁の動きを制御対象となるその
下流側調節弁に伝達し、両者が連動するようにす
るとともに、その動作伝達のために制御信号に加
える信号として上流側調節弁の開度検出値を微分
したものを用いるようにしたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施例を
説明する。

第４図はこの実施例に係る水位制御装置の系統
図であり、前記第２図と同一符号は同一要素を示
している。第２図の構成と異なる点は、調節弁２
３，２４の開度を検出し、演算器３４，３５を通
じて、下流側給水加熱器の制御信号に加算するご
とく構成したことである。

かかる構成において、上流側給水加熱器３の調
節弁２４のリフト（即ち、開度）をポテンシヨメ
ータ等を通じて検出し、ドレン２６の流入による
下流側給水加熱器２の水位変動を打ち消すべく演
算器３５で演算する。この演算値は下流側給水加
熱器２の水位指示調節計１９において、制御信号
に加算され、電空変換器２１および調節弁２３を
介してさらに下流側の給水加熱器１に至るドレン
２５の流量を制御する。その結果、上流側の給水
加熱器３のドレン変動による下流側給水加熱器２
のドレン水位の影響を防止することができる。一
方、給水加熱器２についても、調節弁２３の開度
を演算器３４を通じて、さらに下流側の給水加熱
器１に送出することにより、同様の制御が行なわ
れる。

第５図は第４図の系統に適用される制御ブロツ
ク図である。同図において、演算器３５の伝達関
数をG₃（Ｓ）とする。また、上流側給水加熱器３
の調節弁２４の調節弁動特性２９は一次遅れとし
て表現できるので、これを１／１＋T₃S、また流
量ゲイン３１をK₃とする。同様に、下流側給水
加熱器２の調節弁２３の調節弁動特性２８につい
ても１／１＋T₂S、流量ゲイン３０をK₂とする。
この場合、演算器３５を含む系がない場合におけ
る下流側給水加熱器２へのドレン２６の流量と、
演算器３５による流量とが打ち消し合えばよい。
ここで、上流側給水加熱器３の調節弁２４からの
ドレン流量F1は、その開度をO1、その弁２３前
後の差圧をΔPとしたとき、 F1＝K₃・O1・√ で表される。

この式に示されるように、差圧が一定ならば、
流量F1は開度O1に比例する。よつて、その下流
側給水加熱器２の水位はドレン流量F1により積
分的に変動する。

このため、下流側給水加熱器２においては、そ
のドレン流量F1に相当するだけのドレン量をそ
の下流へ流すことで加熱器３からの影響による加
熱器２の水位の変動は押さえられる。

そこで、√を無視し、O1をもとに、上記調
節弁２４からのドレン流量F1及び調節弁２３か
らのドレン流量F2を導くと、 F1＝K₃・O1 F2＝K₂・（１／(1+T₂S)）・G₃(S)・O1 なお、G₃（Ｓ）は演算器３５の伝達関数であ
る。

よつて、ドレン２６の流量と、演算器３５によ
る流量とが打ち消し合うためには、この演算器３
５の伝達関数G₃（Ｓ）は、F1＝F2とすればよい。

すると、 K₃＝G₃（Ｓ）・K₂・１／１＋T₂S ………(1) なる関係を満足すればよく、その結果 G₃（Ｓ）＝（１＋T₂S）・K₃／K₂ ………(2) が得られる。同様にして、演算器３４の伝達関数
G₂（Ｓ）は、 G₂（Ｓ）＝（１＋T₁S）・K₂／K₁ ………(3) となる。但し、ここでT₁およびK₁はさらに下流
側の給水加熱器１に関する時定数並びに流量ゲイ
ンである。

以上述べたごとく、演算器３４，３５の伝達関
数G₂（Ｓ）、G₃（Ｓ）を定めることにより、上流側
給水加熱器３のドレン２６の水量が下流側給水加
熱器２の水位に影響を与えるのを防止することが
できる。すなわち、上記したように、調節弁２
３，２４の動特性は一次遅れで表され、制御信号
を受けても遅れがあるため、開度は徐々にしか動
かない。

そこで、演算器３４，３５の伝達関数を上記し
たような微分伝達関数に定める。

すると、説明の便宜上、調節弁２３を制御対象
として着目すれば、演算器３５の伝達関数G₃
（Ｓ）により、その上流側調節弁２４の動きに応
じた信号が制御対象となる下流側調節弁２３の制
御信号に加えられ、上流側調節弁２４の動きがそ
の下流側調節弁２３に伝達され、両弁２３，２４
は連動する。

これにより、ボイラ７の負荷変動等により上流
側調節弁２４が、これに対応する上流側給水加熱
器３における水位変動を防止すべく動いたとする
と、その動きが下流側調節弁２３に伝わり、その
上流側からの水位に対する影響を防止すべく、こ
の下流側調節弁２３も、上流側からのドレン流出
量の変動分を打ち消すべく連動することとなるの
で、水位変動をもたらすような要因が発生して
も、上流側での変動が下流側へ波及することを防
止することができる。

また、上流側調節弁２４から下流側調節弁２３
への動作伝達のために下流側調節弁２３の制御信
号に加える信号として、上流側調節弁２４の開度
検出値を微分した信号を用いたことより、上流側
調節弁２４の動作遅れが補正されたかたちで制御
信号とされることになるため、優れた応答性が得
られる。そして、同様な制御を全ての給水加熱器
１〜６に適用することにより、全系の水位を安定
に保つことが可能となる。

第６図は本発明の他の実施例に係る水位制御装
置の系統図で、前記第４図の構成と異なる点は、
演算器３４，３５の入力を調節弁２４，…の弁開
度からとる代りに、水位指示調節計２０，…から
の制御信号からとるように構成したことである。

第７図は第６図の系統に適用される制御ブロツ
ク図である。第７図のブロツクにおいて、演算器
３４，３５の伝達関数をそれぞれG′₂（Ｓ）、G′₃
（Ｓ）とする。ここで、演算器３５を含む系がな
い場合における下流側給水加熱器２へのドレン２
６の流量と、演算器３５による流量分とが打ち消
し合うようにすると、 K₃／１＋T₃S＝G′₃（Ｓ）・K₂／１＋T₂S ………(4) となる。その結果、演算器３５の伝達関数G′₃
（Ｓ）は、 G′₃（Ｓ）＝K₃（１＋T₂S）／K₂（１＋T₃S）………
(5) となり、同様に、演算器３４の伝達関数G′₂（Ｓ）
は、 G′₂（Ｓ）＝K₂（１＋T₁S）／K₁（１＋T₂S）………
(6) となる。

第６図、第７図の構成においては、上流側給水
加熱器３における水位変動が下流側給水加熱器２
の水位に与える影響を低減すると同時に、水位指
示調節計２０の制御信号を演算器３４の入力とす
ることにより、ポテンシヨメータ等のごとく調節
弁２４の開度を検出する手段を用いることなく同
様の効果を得ることができる。

また、給水加熱器２，３の水位調節弁動特性２
８，２９について、同一プラントであればその時
定数T₂とT₃はほぼ同じであると考えられる。そ
のため、前記(5)、(6)式は、 G′₃（Ｓ）＝K₃／K₂ ………(7) G′₂（Ｓ）＝K₂／K₁ ………(8) ように簡略化することができる。そして、同様の
制御を全ての給水加熱器１〜６に適用することに
より、全系の水位を安定に保つことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、上流側調
節弁の動きに応じた信号を制御対象となる下流側
調節弁の制御信号に制御信号に加えることによ
り、上流側調節弁の動きをその下流側調節弁に伝
達するようにしたから、ボイラの負荷変動等によ
り上流側調節弁が、これに対応する上流側給水加
熱器における水位変動を防止すべく動いたとする
と、その動きが下流側調節弁に伝わり、その上流
側からの水位に対する影響を防止すべく、この下
流側調節弁も、上流側からのドレン流出量の変動
分を打ち消すべく連動することとなるので、給水
加熱器の水位変動をもたらすような上記ボイラの
負荷変動等が発生しても、上流側での変動が下流
側へ波及することを防止することができる。

また、上流側調節弁から下流側調節弁への動作
伝達のために下流側調節弁の制御信号に加える信
号として、上流側調節弁の開度検出値を微分した
信号を用いたから、上流側調節弁の動作遅れが補
正されかたちで制御信号にされることとなるた
め、優れた応答性が得られる。

さらに、上流側からの下流側への影響を排除す
るための制御信号生成系が他の制御信号系と独立
しているため、上流側から下流側への影響を排除
するための制御信号系統としての構成が簡素で信
頼性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は給水加熱器を含む周知の発電プラント
の系統図、第２図は従来の水位制御装置の系統
図、第３図は第２図の系統の制御ブロツク図、第
４図は本発明の実施例に係る水位制御装置の系統
図、第５図は第４図の系統に適用される制御ブロ
ツク図、第６図は本発明の他の実施例に係る水位
制御装置の系統図、第７図は第６図の系統に適用
される制御ブロツク図である。 １〜６……給水加熱器、８……タービン、９…
…復水器、１７，１８……水位検出器、１９，２
０……水位指示調節計、２１，２２……電空変換
器、２３，２４……調節弁、３４，３５……演算
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ボイラの給水系に複数個直列に配置される給
   水加熱器の各ドレン流出側に配置されたドレン流
   出量調節弁の開度を制御することにより該各給水
   加熱器に対してそのドレン水位の制御を行う水位
   制御装置であつて、 ドレン系統においてその制御対象給水加熱器の
   上流側に隣り合わせる上流側給水加熱器のドレン
   流出量調節弁の開度を検出し、この検出値を微分
   した微分信号を発生する第１の演算器と、 前記制御対象給水加熱器におけるドレン水位を
   検出し、この検出値に前記微分信号を加えて前記
   制御対象給水加熱器のドレン流出量調節弁の開度
   制御信号とする第２の演算器と、 を備えている水位制御装置。