JPH0415362B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、蒸気タービンの原動機とする発電プ
ラントにおける蒸気タービンの過速を防止する方
法に関するものである。

〔従来技術〕

第１図は従来形の蒸タービン過速防止装置を設
けた発電プラントの一例の蒸気−制御系統図であ
る。

蒸気発生器１を出た蒸気は、主蒸気止め弁２、
蒸気加減弁３を通り、高圧タービン４へ導びかれ
る。高圧タービン４を出た蒸気は再熱器５で再び
加熱され、再熱蒸気止め弁６、インターセプト弁
７を経て、中圧タービン８で仕事をし、低圧ター
ビン９へ導かれる。低圧タービンを出た蒸気は復
水器１０へ導かれ復水する。この様な蒸気タービ
ン発電機において、発電機１１の負荷が急激に減
少すると、出力と負荷にアンバランスを生じ、そ
れまで電気エネルギに変換されていた蒸気の持つ
熱エネルギのうちアンバランス分（即ち出力−負
荷の分）がタービンに運動エネルギとして与えら
れる。この結果タービン発電機の回転数は上昇
し、その回転数による発生応力のために軸折損，
翼飛散などの重大事故を発生する虞れが有る。

上記のような過速による重大事故を防止するた
め、従来一般に、通常運転時の回転数制御手段の
他に、蒸気加減弁３とインターセプト弁７との一
方若しくは両方を急閉する機構が設けられてい
る。第１図に示した例は蒸気加減弁３およびイン
ターセプト弁７にそれぞれ急閉機構を設けたもの
である。

上記の急閉機構は基本的に蒸気加減弁開度検出
器１２、発電機負荷検出器１３、過速防止弁急閉
回路１４、および蒸気加減弁駆動部１５からな
る。

蒸気加減弁開度検出器１２の出力である蒸気加
減弁開度信号Ａと、発電機負荷検出器１３の出力
である発電機負荷信号Ｂとは加速防止弁急閉回路
１４に入力され、この急閉回路１４で各々の設定
値と比較が行われ、共に設定値を満足すると、加
速防止弁急閉回路１４より弁急閉信号Ｃ及びＤが
発信され、蒸気加減弁駆動部１５及びインターセ
プト弁７の急閉機構の電磁弁を励磁し、該蒸気加
減弁，インターセプト弁は急閉される。

第２図に、上記の弁急閉機構におけるインター
ロツクのブロツク図を示す。発電機負荷検出器に
より検出された発電機負荷が設定値ｘ％以下でか
つ、蒸気加減弁開度が設定値ｙ％以上の場合、蒸
気加減弁及びインターセプト弁の急閉電磁弁が励
磁され、弁は急閉する。尚タービン出力を検出す
るのに蒸気加減弁開度に基づいて行なうのは、定
圧運転プラントの場合第３図に示す如く、タービ
ン出力と蒸気加減弁開度との間に一義的な関係が
存在することによる。なお、上記の加減弁開度は
一般に、２次スピードリレー若しくは加減弁サー
ボモータのストロークによつて検出される。

また、上述のごとく蒸気加減弁開度を一定値以
上と定めたのは、タービン出力が一定値以上であ
るという条件を設けたことを意味するものであつ
て、その理由を第４図を参照しつつ次に略述す
る。一般に、負荷遮断等によつて蒸気タービンの
回転速度が上昇する場合、遮断時における負荷が
大きいほど供給される熱エネルギーも大きいた
め、蒸気タービンの回転速度上昇率も高くなるか
らである。第４図は横軸に時間をとり、縦軸に蒸
気タービンの回転速度をとつて、負荷がそれぞれ
25％，50％，75％，100％の時に負荷を遮断した
場合の回転速度変化を示したものであり、遮断時
の負荷が大きいほど回転速度の一時的上昇の大き
いことが表われている。

上述の理由により、負荷が比較的低い場合は前
記のような弁急閉機構を使用しなくても、通常の
速度制御機構によつて蒸気タービンの過速を防止
し得る。

次に、従来用いられている蒸気タービンの通常
時の回転速度制御機構の一例を示す第５図につい
て、その機能を説明する。

この制御機構を大別すると、仮想線で区画した
(イ)部は第１図のインターセプト弁７に相当する部
分であり、同じく(ロ)部は上記インターセプト弁部
分の制御機構部、(ハ)部は回転速度と負荷との調整
機構部である。

回転速度と負荷との調整機構部(ハ)の補助パイツ
ト弁１６に入つた制御油１７は主調速機１８の入
出ポート１９を経てスピードリレー２０の下部室
へ流出し、レバー機構２１を上下させる。このス
ピードリレー２０への制御油の流入出は、主調速
機１８、負荷制限器２２、速度−負荷調節装置２
３の内、低値優先によつて制御される。レバー２
１の動きはレバー２４を介しインターセプト弁制
御機構部ロへ、またレバー２５を介して蒸気加減
弁制御機構へ伝達される。以下は、一例としてイ
ンターセプト弁制御機構の機能について説明す
る。レバー２４の動きはダツシユポツトブレイク
ダウンリンク２６に伝えられ、ダツシユポツトブ
レイクダウンリンク２６内のシリンダ内のピスト
ン２７に伝達される。この際通常運転時は速度変
動は微細、かつ緩慢な為、レバー２４は極めてゆ
つくり上下動し、シリンダ内の油は上下の小口径
連結管２８内をゆつくり移動するだけで、ダツシ
ユポツトブレイクダウンリンク２６は上限の位置
に静止している。従つてレバー２４の動作はダシ
ユポツトブレイクダウンリンク２６以降には伝達
されない。（これにより、インターセプト弁３８
は全開状態を保ち続ける。）尚タービン起動時
（インターセプト弁弁開時）は、ダツシユポツト
ブレイクダウンリンク２６が下限の位置から上限
へ移動するのに伴ない、制御油３０はパイロツト
弁２９を介してインターセプト弁油圧トランスミ
ツタ３１へ流入する。

ここで、予め、タービン回転速度に対する弁開
度の割合、即ち調定率が設定されていて、インタ
ーセプト弁油圧トランスミツタ３１を通過した制
御油は、インターセプト弁油圧レシーバ３２内の
パイロツト弁を駆動する。その動きはレバー３３
によりパイロツト弁３４のシリンダを押し上げ、
制御油３５がパイロツト弁３４を介してインター
セプト弁シリンダ３６上部に流入し、レバー３７
を押し下げ、インターセプト弁３８は全開する。
この様な一連のインターセプト弁通常制御機構に
於ては、負荷遮断時等の瞬間的なタービン速度上
昇に対する弁急閉機能は、ダツシユポツトブレイ
クダウンリンク２６が持つているに過ぎない。即
ち、タービン速度上昇により、主調速機１８内の
ピストンが下がりスピードリレー２０内の制御油
が急激にドレインされることによつて生じる弁急
閉動作は、レバー２１，２４，２５の急激な弁全
閉方向への動きとなつてダツシユポツトブレイク
ダウンリンク２６内のシリンダ２７へ伝達され
る。するとシリンダ下部の制御は、小口径連結管
２８を通し円滑に上部室へ流入することが出来
ず、ピストン下部の制御油はあたかも剛体の様な
性質を示すことになる。この為、レバー２４の急
激な開方向への動作は、ピストン２７を押し下げ
るのみではなく、直接ダツシユポツトブレイクダ
ウンリンク２６全体を急激に下へ押下げ、その動
きは直接パイロツト弁２９以降の制御機構部へ伝
達され、インターセプト弁３８は急閉する。この
様なな弁急閉動作機構は通常速度制御機構にも設
置はされているが、ダツシユポツトブレイクダウ
ンリンクからインターセプト弁シリンダまでは、
尚いくつもの機器がバーを介し接続されているた
め、特に高負荷運転時の負荷遮断等蒸気タービン
の残留熱エネルギーが大きい場合は、速度上昇を
低く押えることができない場合がある。

この様な場合は第６図に示す様な機構を具備す
ることにより、より直接的にインターセプト弁を
急閉することが可能である。次に、第６図に示し
た従来の弁急閉機構の一例について、その機能を
説明する。

本図に示される弁急閉機構は、第５図のパイロ
ツト弁３４以降に具備されるものであり、インタ
ーセプト弁油圧レシーバ３２以前の制御機構は全
く第５図の機構と同じである。従つてインターセ
プト弁油圧レシーバ３２以前の機構は図より省略
する。パイロツト弁３４上部には過速防止リレー
３９が具備されている。通常運転時において制御
油４１はパイロツト弁４０を介して中間リレー４
２の下部に流入し、ピストン４３を押し上げてい
る。この為制御油４１は中間リレー４２を介し、
加速防止リレー３９の下部へ流入し、ピストン４
４はバネ４５に抗して押し上げられた状態にあ
る。また制御油４１はパイロツト弁３４を介して
インターセプト弁シリンダ３６上部に流入し、イ
ンターセプト弁３８は全開状態にある。この様な
通常運転時発電機負荷が設定値以下である事を示
す電気信号４６が発電機負荷検出器４７に入力さ
れ、またタービン出力を示す蒸気加減弁開度信号
４８が設定値以上である事が過速防止弁急閉回路
４９に入力された場合、過速防止弁急閉電磁弁５
０は直ちに励磁され、パイロツト弁内のピストン
５１は右側へ移動し、中間リレー４２の下部に供
給されていた制御油はドレインされる。この為ピ
ストン４３は下がり、過速防止リレー３９下部の
油はドレインされ、パイロツト弁３４のピストン
４４はバネ４５により急速に下がり、シリンダ３
６上部の制御油がドレンされる。この結果ロツド
３７はバネ５２により急激に上昇し、インターセ
プト弁３８は急閉する。この様な過速防止機構を
具備することにより、高負荷運転時の負荷遮断等
の時点において、より直接的にインターセプト弁
を急閉することが可能となる。

以上の如く従来の弁急閉機構においては、ター
ビン出力を検出する方法として第３図に示したよ
うな蒸気タービン出力−蒸気加減弁開度の一義性
を利用し、蒸気タービン出力を蒸気加減弁開度に
より検出していた。

しかし、上に述べた従来の方法では、主蒸気圧
力が一定負荷領域で変化する変圧運転プラントに
おいて、蒸気タービン出力−蒸気加減弁開度の関
係が一義的に決まらない。この運転領域において
蒸気加減弁はほぼ全開に近い状態を維持し、主蒸
気圧力が変化することにより負荷の値が変動す
る。

上述の理由により、変圧運転プラントにおいて
は、従来行われていたような蒸気加減弁開度によ
つて蒸気タービン出力を検出することができず、
従つて蒸気タービンの過速を防止することができ
ない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、主蒸気圧力のすべてのしきい
領域において、負荷の遮断に伴うタービンの過速
を有効にかつ確実に防止可能とする蒸気タービン
の過速防止を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明の基本的原理は、主蒸気圧力のしきい領
域とくに変圧運転中のタービン出力は上述の如く
蒸気加減弁開度によつては求め得ないが、主蒸気
圧力によつて一義的に決まることを利用したもの
である。

第７図に、変圧運転プラントにおける主蒸気圧
力のしきい領域のタービン出力と、主蒸気圧力お
よび加減弁開度との関係を示す。破線で示したご
とく、蒸気加減弁開度は変圧運転域においてほぼ
一定であり、この区域においてタービン出力は実
線で示した主蒸気圧力にほぼ比例する。この点に
着目して本発明は主蒸気圧力を検出することによ
りタービン出力を算定し、これに基づいてタービ
ン回転の過速を防止するように制御を行なう。ま
た、この第７図から理解し得るように、定圧運転
域においては主蒸気圧力によつてタービン出力を
算定することができないから、この区域において
は蒸気加減弁開度によつてタービン出力を算定す
る方法を併用することが適当である。本図におい
てａ％は変圧開始前の主蒸気圧力、ｂ％は変圧終
了後の主蒸気圧力である。

本発明の過速防止法は、上述の原理に基づいて
前記の目的を達成するため、発電機負荷の急減時
に、(a)点圧運転域では蒸気加減弁の開度を検出し
てタービン出力を算定し、(b)変圧運転域では主蒸
気圧力を検出してタービン出力を算定し、上記の
ようにして算定したタービン出力が予め設定した
値以上であり、かつ、発電機負荷が予め設定した
値以下である場合、前記の蒸気制御弁を急閉する
ことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

第８図は本発明の過速防止方法を実施するため
に構成した蒸気タービン発電プラントの蒸気−制
御系統図であり、従来方法を実施するように構成
された蒸気タービン発電プラントにおける第１図
に対応する図である。

第１図と比較して異なる点は次のごとくであ
る。

(i) 主蒸気発生器１に主蒸気圧力検器５３を付設
し、その出力信号Ｅを過速防止急閉回路１４′
に入力せしめるように構成する。

(ii) 上記の過速防止急閉回路１４′は、従来装置
における過速防止急閉回路１４と類似の構成部
材であるが、蒸気加減弁開度検出器１２の出力
信号Ａおよび発電機負荷検出器１３の出力信号
Ｂのみでなく、上記の主蒸気圧力検出器５３の
信号出力Ｅをも入力し、これら３種類の信号出
力Ａ，Ｂ，Ｅに基づいて演算を行ない、インタ
ーセプト弁７および蒸気加減弁駆動部１５を制
御するように構成してある。

このように構成した発電プラントにおける本発
明のの過速防止方法の一実施例を第９図について
次に説明する。この第９図は過速防止急閉回路１
４′内における作用を表わしたフローチヤートで
ある。

負荷遮断時にタービン回転速度が上昇すること
は既に述べたごとくであるが、この回転速度の上
昇によつてタービン軸又はタービン翼が危険状態
となるように負荷遮断量の最低値をNc％とする。
この場合、タービンにとつて危険区域は、 (a) タービン出力Nc％以上であり、かつ (b) 発電機負荷（100−Nc）％以下になつた場合 である。

いま、タービン出力＝Nc％の点が変圧域内に
ある場合、タービン出力Nc％の時の主蒸気圧力
をｚ％とする（即ち、ａ＜ｚ＜ｂとする）と、第
１０図から容易に理解されるように主蒸気圧力が
ｚ％以上の場合は常にタービン出力がNc％以上
である。

そこで、タービン出力Nc％以上であり、かつ
発電機負荷（100−Nc）％以下という範囲は、
100−Nc＝ｘとおくと、主蒸気圧力ｚ％以上かつ
発電機負荷ｘ％以下と書きかえられる。一方ｚ＝
ｂ即ち定圧運転域にタービン出力＝Nc％の点が
ある場合は、主蒸気圧力は一定の為、タービン出
力を主蒸気圧力で決定することは不可能であり、
蒸気加減弁開度でタービン出力を検出する。ター
ビン出力Nc％相当の蒸気加減弁開度をｙ％とす
ると、第１１図よりり蒸気加減弁開度ｙ％以上な
らば、タービン出力はNc％以上である。

以上をまとめて第９図のフローチヤートにおい
て、左列はａ＜ｚ＜ｂ、即ち、タービン危険出力
（Nc％）が変圧運転域に存在する場合を示し、右
列は上記の危険出力（Nc％）が定圧運転域にあ
る場合を示す。

第１０図は危険出力（Nc％）が変圧運転域に
ある場合のタービン出力−蒸気加減弁開度，主蒸
気圧力を表わす図表、第１１図は危険出力（Nc
％）が定圧運転域にある場合のタービン出力−蒸
気加減弁開度，主蒸気圧力を表わす図表である。

第９図のフローチヤートに示すごとく、定圧運
転域では蒸気加減弁の開度を検出してタービン出
力を算定し、変圧運転域では主蒸気圧力を検出し
てタービン出力を算定し、上記のようにして算定
したタービン出力が予め設定した値以上であり、
かつ、発電機負荷が予め設定した値以下である場
合、前記の蒸気制御弁を急閉するように制御する
と、変圧運転域においても正確にタービン出力を
算定し、これによつてタービン回転の過速を有効
に防止することができる。

上記のごとく第９図のフローチヤートに基づく
制御を行なうと、タービンが比較的小容量である
場合、又は他の弁急閉機構（例えば加速リレー
等）が併設されている場合には充分の過速防止効
果が得れるが、タービンが大容量のものである場
合は危険出力Ncが小さいので、前述の第９図の
フローチヤートで対応することが困難である。

このような場合には、実際の負荷遮断量ΔN％
（ただしΔN＝タービン出力−発電機負荷）が規
定値以上となつた時に蒸気加減弁とインターセプ
ト弁とを急閉する。

上記のように制御して過速を防止する合のフロ
ーチヤートを第１２図に示す。このフローチヤー
トによる過速防止方法の内容を第１３図を参照し
つつ次に説明する。

主蒸気圧力P₁が変圧域内である場合、即ち、
ａ＜P₁＜ｂの時は、主蒸気圧力によりタービン
出力は一義的に決まる。そのタービン出力をN₁、
発電機負荷をNcとすると、 ΔN＝N₁−N_G となり、 ΔN≧Nc で蒸気加減弁及びインターセプト弁急閉信号を出
力する。

定圧運転時、即ち主蒸気圧力＝ａ、或いは主蒸
気圧力＝ｂの場合には、主蒸気圧力が一定である
ため主蒸気圧力によつてタービン出力を算定する
ことができない。しかし、この場合においてター
ビン出力は蒸気加減弁開度によつて一義的に決ま
るから、蒸気加減弁開度を検出してタービン出力
を算定する。そしてΔN≧Ncのとき蒸気加減弁
及びインターセプト弁の急閉信号を出力する。

上述の各実施例では、いずれも、蒸気加減弁と
インターセプト弁との両方急閉させるように信号
を出力し、両弁を同時に急閉しているが、本発明
の方法を使用する場合、タービン容量，タービン
特性、並びに他の急閉機構の併設状態等を勘案し
ていずれか一方の弁のみを急閉して過速を防止す
ることを妨げない。

第９図および第１０図については以上に説明し
たように、ΔN＝タービン出力−発電機負荷が予
め設定した値以上になつたときに蒸気制御弁を急
閉する方法を用いれば、詳しくは、定圧運転域で
は蒸気加減弁の開度からタービン出力を算定し、
変圧運転域では主蒸気圧力からタービン出力を算
定し、上記のようにして算定したタービン出力
と、発電機負荷検出器１３によつて検出した発電
機負荷との偏差が予め設定した値以上になつたと
きに蒸気制御弁を急閉する方法を用いれば、ター
ビンが大形で危険出力Ncが小さい場合に適正な
過速防止を行なうことができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の過速防止方法
は、蒸気発生器と、蒸気タービンと、蒸気制御弁
と、発電機とよりなり、変圧運転を行なう蒸気タ
ービン発電プラントにおいて、発電機負荷の急減
時に、(a)定圧運転域では蒸気加減弁の開度を検出
してタービン出力を算定し、(b)変圧運転域では主
蒸気圧力を検出してタービン出力を算定し、上記
のようにして算定したタービン出力が予め設定し
た値以上であり、かつ、発電機負荷が予め設定し
た値以下である場合、前記の蒸気制御弁を急閉す
ることにより、蒸気タービンが主蒸気圧力のすべ
てのしきい領域において、負荷の遮断に伴うター
ビンの過速を有効かつ確実に防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の過速防止手段を備えた蒸気ター
ビンプラントの蒸気−制御系統図、第２図は上記
の過速防止手段の作動を説明するブロツク図、第
３図は定圧運転におけるタービン出力と蒸気加減
弁開度との関係を示す図表、第４図は負過の遮断
に伴うタービン回転速度の変化を示す図表、第５
図は蒸気タービンの通常速度制御機構の系統図、
第６図は蒸気タービンの弁急閉機構の系統図、第
７図は変圧運転プラントにおける蒸気加減弁開度
及び主蒸気圧力とタービン出力との関係を示す図
表、第８図は本発明の過速防止方法を実施するた
めに構成した蒸気タービンプラントの一例におけ
る蒸気−制御系統図、第９図は第８図の蒸気ター
ビンプラントにおける本発明方法の一実施例を示
すフローチヤート、第１０図及び第１１図はそれ
ぞれ異なる特性を有する蒸気タービンの各一例に
おける蒸気加減弁開度及び主蒸気圧力とタービン
出力との関係を示す図表、第１２図は第９図と異
なる実施例におけるフローチヤート、第１３図は
第１０図および第１１図に例示した蒸気タービン
と異なる特性を有する蒸気タービンにおける蒸気
加減弁開度及び主蒸気圧力とタービン出力との関
係を示す図表である。 １……蒸気発生器、２……主蒸気止め弁、３…
…蒸気加減弁、４……高圧タービン、５……再熱
器、７……インターセプト弁、８……中圧タービ
ン、９……低圧タービン、１０…………復水器、
１１……発電機、１２……蒸気加減弁開度検出
器、１３……発電機負過検出器、１４，１４′…
…過速防止急閉回路、１５……蒸気減弁駆動部、
５３……主蒸気圧力検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蒸気発生器と、蒸気タービンと、蒸気制御弁
   と、発電機とよりなり、変圧運転を行なう蒸気タ
   ービン発電プラントにおいて、発電機負荷の急減
   時に、(a)定圧運転域では蒸気加減弁の開度を検出
   してタービン出力を算定し、(b)変圧運転域では主
   蒸気圧力を検出してタービン出力を算定し、上記
   のようにして算定したタービン出力が予め設定し
   た値以上であり、かつ、発電機負荷が予め設定し
   た値以下である場合、前記の蒸気制御弁を急閉す
   ることを特徴とする蒸気タービンの過速防止方
   法。 ２ 前記(a)，(b)のようにして算定したタービン出
   力と発電機負荷との偏差が予め設定した値よりも
   大きくなつた場合に、前記の蒸気制御弁を急閉す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の、蒸気タービンの過速防止方法。