JPH04237804A - 蒸気タービンの制御装置 - 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】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子力発電所の耐力向
上を目的とした全容量のタ―ビンバイパスシステムを有
する蒸気タ―ビンの制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、原子力発電所は数ユニットの発
電設備から構成されているが、少くとも１ユニットは全
容量機すなわち　１００％容量機であることが望ましい
。これは発電所から電力需要地域までの送電線事故を想
定し、送電線事故発生時には電力供給と需要とのアンバ
ランスから数ユニットを直ちに停止させて外部からの電
力を必要としない所内単独運転に速かに移行させ、送電
線事故復旧時には再び電力を供給することが要求される
からである。　１００％タ―ビンバイパス容量機はこの
要求を満たすように計画されたもので、送電線事故時に
は原子炉出力を　１００％から例えば３０％程度の低出
力まで変化させる一方、原子炉の過渡的な余剰蒸気は、
タ―ビンバイパスシステムを運用させることによってタ
―ビン排気室に連がる復水器に逃がし、ユニットとして
継続運転できるようにしている。このようなタ―ビンバ
イパスシステムを有するユニットの一般的な系統を図１
に示す。また、従来の蒸気タ―ビンの制御系統の一例を
図５に示している。

【０００３】図１において、１は原子炉、２は蒸気タ―
ビン側の設備である主蒸気止め弁、３は蒸気加減弁（Ｃ
Ｖ）、４は高圧タ―ビン、５は湿分分離器（ＭＳ）、６
は中間蒸気止め弁、７はインタセプト弁（ＩＶ）、８は
低圧タ―ビン、９は発電機、１０は復水器、１１はタ―
ビンバイパス弁（ＴＢＶ）である。

【０００４】通常運転中は、原子炉１からの発生蒸気は
、主蒸気止め弁２、ＣＶ３を経て高圧タ―ビン４に流入
し、仕事をした後にＭＳ５で湿分が除去され、再び中間
蒸気止め弁６およびＩＶ７を経て低圧タ―ビン８に流れ
込み、低圧タ―ビンで仕事をした蒸気は復水器１０に回
収され、復水は再び原子炉１に戻される。

【０００５】また、図５において、２０は主蒸気圧力信
号、２１は主蒸気圧力設定器、２２は圧力ゲイン器、２
３は速度信号、２４は速度設定器、２５はＣＶの速度ゲ
イン器、２６は負荷設定器、２７はＩＶ７の速度ゲイン
器、２８はＩＶ７の開バイアス信号、２９はＩＶ用負荷
設定器、３０は低値優先回路、３１はＴＢＶ流量要求信
号、３２はＣＶ流量要求信号、３３はＩＶ流量要求信号
を示している。

【０００６】上記の制御系統において、通常運転中は主
蒸気圧力２０と主蒸気圧力設定器２１による設定値との
差を圧力ゲイン器２２で補正したり圧力制御系信号３４
が、速度信号２３と速度設定器２４の設定値との差をＣ
Ｖの速度ゲイン器２５で補正し、さらに負荷設定器２６
からの信号を加算した速度，負荷制御系信号３５に対し
て低値となるように、負荷設定器２６の出力が調整され
る。このためＣＶ流量要求信号３２は圧力制御系信号３
４と同値となる。またＴＢＶ流量要求信号３１は圧力制
御系信号３４と、ＣＶ流量要求信号３２との差であり、
上記の理由からゼロとなる。一方、ＩＶ流量要求信号３
３は速度信号２３と速度設定器２４の設定値との差をＩ
Ｖの速度ゲイン器２７で補正し、さらにＩＶ用負荷設定
器２９の設定信号とＩＶ開バイアス信号２８を加算した
信号であり、通常運転中は　１００％流量要求信号とな
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような蒸気タ―ビ
ンの制御系統を有する１００％タ―ビンバイパス容量機
において、送電線事故発生などによって所内単独運転を
余儀なくされた場合の主要パラメ―タの挙動の一例を図
６に示す。

【０００８】図６において、時点Ｔ１　に送電線事故が
発生して負荷遮断が行われると、負荷遮断時の残負荷に
よってタ―ビン系の挙動は異なるが、一般的には図７の
インタロック線図に示すように、パワロ―ドアンバラン
ス回路が作動する。

【０００９】図７に示すパワロ―ドアンバランス回路は
、タ―ビン出力を代表する高圧タ―ビン排気圧力３６と
発電機負荷３７との差を監視しており、その差が所定値
α以上になったとき成立する信号と、発電機負荷が急減
したとき成立する信号との論理積によってパワロ―ドア
ンバランス信号３９を発生する。信号３９が発生すると
、ＣＶ３およびＩＶ７へ急閉信号が与えられ、タ―ビン
回転数４０の上昇が抑制されると共に、ＴＢＶ１１へは
急開信号が与えられ、炉圧の急激な上昇が抑制される。

【００１０】負荷遮断後の所内負荷が比較的小さい場合
は、図６の実線で示すような挙動が行われ、タ―ビン回
転数４０はピ―ク回転数到達後比較的緩慢に回転数を降
下させ、時点Ｔ２　にＩＶ７による回転数制御が開始さ
れる。さらにＩＶ７の開動作によって高圧タ―ビン排気
圧力３６が徐々に低下するので、発電機負荷３７との差
は所定値α以下となり、時点Ｔ３　にパワロ―ドアンバ
ランス信号３９がリセットされる。その後、高圧タ―ビ
ン排気ライン圧力３６の低下に伴ってＩＶ７はさらに開
き、時点Ｔ４　にはタ―ビン回転数４０は定格回転数を
割り込もうとし、このためＣＶ３が微開し、回転数が維
持されて安定した挙動となる。

【００１１】これに対して、負荷遮断時の所内負荷が大
きいとき、すなわち発電所内に多数のユニットが存在し
、それぞれが単独負荷を担っている場合には、図６の破
線のような挙動となる。すなわち、時点Ｔ１　に負荷遮
断が発生すると、タ―ビンは加速エネルギを持たず、且
つ担っている負荷が大きいので、タ―ビン回転数４０は
比較的低いピ―ク回転数に到達した後急激にその回転数
を降下させる。ＩＶ７はこれを検知してタ―ビン回転数
４０を引き上げようとするが、ＩＶ７の開速度はその弁
の駆動源である油圧システムの容量的な制限のために十
分な回転数回復は行われず、また高圧タ―ビン排気圧力
３６の低下も、ＩＶ７の開タイミングおよび開速度が早
まるために大きくなり、時点Ｔ５　にパワロ―ドアンバ
ランス信号３９をリセットさせることによって始めてＣ
Ｖ３６が開動作可能となり、従ってタ―ビン回転数の異
常な低下に対しては効力がない。

【００１２】タ―ビン回転数の異常低下が発生すると、
発電所内の全ての電動機が異常に低い周波数で運転され
たり、発電機保護トリップ回路を作動させたりすること
になり、トリップ回路が作動すると、タ―ビントリップ
を招き、　１００％容量機の本来の機能である系統運転
ができなくなる。

【００１３】上述のように、従来技術による制御系統お
よびインタロックを使用したユニットにおいては、（１
）負荷遮断時の所内負荷が大きいときはタ―ビン回転数
降下も大きくなり、定格回転数を割るばかりでなく、さ
らに回転数が降下してタ―ビントリップを招く恐れがあ
る、（２）タ―ビン回転数の落ち込み防止は、ＩＶある
いはＣＶの開動作を早めることで可能ではあるが、ＩＶ
には機械的な要因による限界がある、（３）ＣＶの開動
作については、パワロ―ドアンバランス信号のリセット
タイミングを早めることにより、例えばタ―ビン回転数
が定格回転数を割った時点に調整することは可能である
が、ＩＶがほぼ全開に到らない時点でＣＶを開くことは
、高圧タ―ビン排気ライン圧力を異常上昇させる要因を
残す、という問題がある。

【００１４】本発明は、上記従来技術における問題を考
慮してなされたもので、　１００％タ―ビンバイパスシ
ステムを有する原子力用蒸気タ―ビンにおいて、いかな
る所内負荷を残した発電機負荷遮断時においても、負荷
遮断時のタ―ビン回転数を異常低下させず、安定した回
転数制御が行えるようにした蒸気タ―ビンの制御装置を
提供することを目的としている。 ［発明の構成］

【００１５】

【課題を解決するための手段と作用】本発明は、速度・
負荷制御系、圧力制御系、および上記２つの出力信号を
入力し、その低値の方を蒸気加減弁の流量指令信号とし
て出力する低値優先回路を備えた、全容量タ―ビンバイ
パスシステムを有する原子力発電用の蒸気タ―ビンの制
御装置において、上記低値優先回路の第３の入力として
、高圧タ―ビン排気圧力を所定の設定値と比較し、その
偏差を圧力ゲインで補正して得られた高圧排気圧力制御
系信号を付加し、これによって、大きな所内負荷を残し
た負荷遮断時にも、高圧タ―ビン排気圧力を異常昇圧す
ることなく、蒸気加減弁を開動作させ、タ―ビン回転数
の異常低下を防止すると共に、タ―ビン回転数を短時間
に負荷に見合った回転数に整定できるようにしたもので
ある。

【００１６】

【実施例】本発明の一実施例を図２に示す。図２は図５
に示す従来の蒸気タ―ビン制御系統図に対して、高圧タ
―ビン排気圧力設定器４６、その設定値と高圧タ―ビン
排気圧力３６との差を取出す加算器４１、加算器４１か
らの差信号を補正する圧力ゲイン器４２、およびその出
力信号として低値優先回路３０へ入力される高圧排気系
圧力制御信号４３が追加されたもので、一点鎖線で囲ん
だ部分がこの追加部分に該当しており、他は従来の図５
と同じである。

【００１７】図２において、排気圧力設定器４６の設定
値は、定格運転中の高圧タ―ビン排気圧力が１４ｋｇ／
ｃｍ２　で、ラインの最高使用圧力が１９ｋｇ／ｃｍ２
　程度としたとき、例えば１６ｋｇ／ｃｍ２　程度に設
定される。さらに圧力ゲイン器４８の定数は、タ―ビン
排気圧力が　１．５ｋｇ／ｃｍ２　だけ変化したとき、
すなわちタ―ビン排気圧力が１４．５ｋｇ／ｃｍ２　に
おいて圧力ゲイン器４８の出力が　１００％となるよう
に選定される。

【００１８】このため通常運転中は、圧力ゲイン器４８
の出力信号は約　１３０％となり、低値優先回路３０で
除外されるので何等影響を与えないが、負荷遮断後のタ
―ビン回転数制御過程のように、インタセプト弁７が全
開していない状態で蒸気加減弁３を開いたときは、高圧
タ―ビン排気圧力が急激に上昇し、圧力設定器４６の出
力レベルに近づくので、蒸気加減弁３の開度制限となり
うる。

【００１９】図４は本発明の蒸気タ―ビン制御系統を用
いた場合の負荷遮断時の挙動を、従来技術の場合（破線
で示す）と比較して示したものである。図４において、
時点Ｔ１　に負荷遮断が発生すると、それとほぼ同時に
パワロ―ドアンバランス信号３９が成立し、ＣＶ３およ
びＩＶ７が急閉し、タ―ビン回転数４０の上昇が抑制さ
れる。

【００２０】しかしながら時点Ｔ２　にはパワロ―ドア
ンバランス信号３９がリセット状態となるので、ＣＶ３
およびＩＶ７はタ―ビン回転数がある定められた回転数
以下になったとき即開可能な状態となる。従って、タ―
ビン回転数が定格回転数を割り込む時点Ｔ３　にはＩＶ
７だけでなくＣＶ３も微開し始める。

【００２１】図４の最下段はＣＶ流量要求信号３２の信
号元である低値優先回路３０への高圧排気圧力系制御信
号４３、通常の圧力制御信号３４および速度負荷制御系
信号４４の信号レベルを示したものである。負荷遮断発
生と同時にタ―ビン回転数４０が上昇するので速度負荷
制御信号４４の信号レベルが急減しＣＶ３を全閉させる
が、タ―ビン回転数４０のピ―ク回転数到達後の降下と
共に信号レベルを回復し、時点Ｔ３　でＣＶ３が開き始
めるレベルとなる。その後タ―ビン回転数４０はさらに
降下してＣＶ開度が増大し、圧力制御系信号３４のレベ
ルに到達しようとするが、この時点ではインタセプト弁
７の開度は微開であるため、ＣＶ３の開動作に伴って高
圧タ―ビン４に流入した蒸気が高圧タ―ビン排気圧力３
６を上昇させる。このため高圧排気圧力制御系信号４３
は排気圧力３６の上昇と共に信号レベルを下げ、時点Ｔ
４　付近でＣＶ３の開度を絞り込む。

【００２２】タ―ビン回転数４０は従来技術による制御
系統の場合と比較して、定格回転数を割り込む時点Ｔ３
　までの挙動は同一であるが、定格回転数を割り込んだ
後はＣＶ３が開動作し、高圧タ―ビン４による仕事が行
われるので、回転数４０の降下率が緩慢となり、また最
低回転数の引き上げも行われる。時点Ｔ４　以後は、イ
ンタセプト弁７の開度がさらに増加し続けるので、高圧
タ―ビン排気圧力は徐々に降下し、これに伴って高圧タ
―ビン排気圧力信号レベルも増加し、ＣＶ３を開動作さ
せる。時点Ｔ５　においては、高圧タ―ビン排気圧力制
御系信号４３のレベルが、圧力制御系信号３４の信号レ
ベルとほぼ等しくなり、時間と共に高圧タ―ビン排気圧
力３６の減少に伴って増加し、従ってＣＶ流量指令レベ
ルも増加してタ―ビン回転数４０の落ち込みを防止する
。これによって、負荷遮断後のインタセプト弁開動作時
に、蒸気加減弁３が開くことによる高圧タ―ビン排気圧
力の異常上昇が開度制限によって防止される。

【００２３】従って　１００％タ―ビンバイパスシステ
ムを有する原子力用蒸気タ―ビにおいて、大きな所内負
荷（特に数１０％以上）を残した発電機負荷遮断時にも
、タ―ビンの異常な運転を続行することなく、大幅なタ
―ビン回転数の低下を防止することが可能となる。

【００２４】図２に示す高圧タ―ビン排気圧力制御では
、通常運転中もその信号レベルを低値優先回路に入力さ
せているが、図３に示すように、パワロ―ドアンバラン
ス信号入力後、数秒ないし数１０秒間は、高圧タ―ビン
排気圧力がある一定値となるように蒸気加減弁を開くよ
うにすることも可能である。これは、負荷遮断直後の高
圧タ―ビン排気圧力が通常運転と同じ程度に高く、プラ
ント全体として安全な運転ができないようなとき、例え
ば８０％負荷相当の圧力となるように蒸気加減弁を開度
調整して安定な運転を行わせるようにするものである。 この場合、本発明の目的は負荷遮断直後のタ―ビン回転
数の落ち込み防止と、早い段階でのタ―ビン回転数の整
定にあるので、タ―ビン回転数がある一定値に近づいた
とき、あるいは近づくと予想される時点に、時間遅れ要
素４５を用いて、強制的に制御信号４３を解除する。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来の蒸気タ―ビンの蒸気加減弁制御回路部に高圧タ―ビ
ン排気圧力制御系を追加することにより、大きな所内負
荷を残した負荷遮断の場合にも、高圧タ―ビン排気圧力
を異常昇圧することなく、蒸気加減弁を開動作させるの
で、タ―ビン回転数の異常低下を防止することができる
と共に、タ―ビン回転数を短時間で負荷に見合った回転
数に整定することが可能となり、従って　１００％タ―
ビンバイパス容量機の機能を十分に発揮させると共に発
電所全体の耐力向上に大きく寄与することが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】タ―ビンバイパスシステムを有する蒸気タ―ビ
ン発電ユニットの一般的な系統図。

【図２】本発明による蒸気タ―ビン制御装置の一実施例
を示す制御系統図。

【図３】本発明の他の実施例を示す制御系統図。

【図４】本発明の制御系統による負荷遮断時の動作タイ
ムチャ―ト。

【図５】従来の蒸気タ―ビン制御装置の一例を示す制御
系統図。

【図６】従来の制御系統による負荷遮断時の動作タイム
チャ―ト。

【図７】パワロ―ドアンバランス回路の一般的な構成図
。

【符号の説明】

１…原子炉　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　２…主蒸気止め弁３…蒸気加減弁（ＣＶ）　　
　　　　　　　　　　４…高圧タ―ビン５…湿分分離器
（ＭＳ）　　　　　　　　　　　　　　６…中間蒸気止
め弁 ７…インタセプト弁（ＩＶ）　　　　　　　　　　８…
低圧タ―ビン ９…発電機、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　１０…複水器１１…タ―ビンバイパス弁（Ｔ
ＢＶ）　　　　２０…主蒸気圧力２１…主蒸気圧力設定
器　　　　　　　　　　　　　　　　２２，４８…圧力
ゲイン器 ２３…速度信号　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　２４…速度設定器２５…ＣＶ速度ゲイン器
　　　　　　　　　　　　　　　　２６…負荷設定器２
７…ＩＶ速度ゲイン器　　　　　　　　　　　　　　　
　２８…ＩＶ開バイアス信号 ２９…ＩＶ用負荷設定器　　　　　　　　　　　　　　
　　３０…低圧優先回路 ３１…ＴＢＶ流量要求信号　　　　　　　　　　　　　
　３２…ＣＶ流量要求信号 ３３…ＩＶ流量要求信号　　　　　　　　　　　　　　
　　３４…圧力制御系信号 ３５…速度負荷制御系信号　　　　　　　　　　　　　
　３６…高圧タ―ビン排気圧力 ３７…発電機負荷　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　３８…論理積３９…パワロ―ドアンバランス
信号　　　　　　４０…タ―ビン回転数 ４１，４２…保持タイマ　　　　　　　　　　　　　　
　　　　４３…高圧排気圧力制御系信号 ４４…速度負荷制御系信号　　　　　　　　　　　　　
　４５…タイマ（時間遅れ要素）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　速度・負荷制御系、圧力制御系、およ
   び上記２つの出力信号を入力し、その低値の方を蒸気加
   減弁の流量指令信号として出力する低値優先回路を備え
   た、全容量タ―ビンバイパスシステムを有する原子力発
   電用の蒸気タ―ビンの制御装置において、上記低値優先
   回路の第３の入力として、高圧タ―ビンの排気圧力を所
   定の設定値と比較し、その偏差を圧力ゲインで補正して
   得られた高圧排気圧力制御系信号を付加したことを特徴
   とする蒸気タ―ビンの制御装置。