JPH0429921B2

JPH0429921B2 -

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Publication number: JPH0429921B2
Application number: JP59134819A
Authority: JP
Priority date: 1984-06-29
Filing date: 1984-06-29
Publication date: 1992-05-20
Also published as: JPS6114403A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、蒸気タービン式火力発電システムに
おける高圧蒸気タービンに並列設置された高圧蒸
気タービンバイパス弁の制御方法に関する。

〔発明の背景〕

一般に、蒸気タービン式火力発電システムにお
いては、送電系統の主遮断器開等によつてタービ
ン負荷（発電負荷）が急激に減少した場合に生じ
るタービンの過回転を防止する目的で主塞止弁を
急閉する。しかし、この場合、ボイラから発生し
た蒸気エネルギーがタービンに導かれなくなり、
かつ、ボイラ発生エネルギーが急減しないので、
ボイラ保有エネルギーが過多となり、そのまま放
置したのではボイラ圧力高などによるボイラトリ
ツプが発生することとなる。この事態を回避する
ため、従来から高圧蒸気タービンに並列に設置さ
れた高圧蒸気タービンバイパス弁を急開すること
により余剰エネルギーを逃す方式がとられてい
る。

しかしながら、この方式では、バイパス弁の急
開を一律に全開状態まで行い、その後、PI（比例
積分）制御系により、一定開度を一定時間保持し
たのち、主蒸気圧力と主蒸気圧力設定値の偏差に
基づくPI制御に移行する。この場合、バイパス
弁の急開およびその後の制御によるボイラエネル
ギーのバイパス量がボイラ余剰エネルギーと正確
に対応しないためボイラ状態すなわちドラムレベ
ル、主蒸気圧の変動が過多となり、ボイラトリツ
プとなることが多かつた。

ここで、上記従来の高圧蒸気タービンバイパス
弁の制御方法の例について詳細に説明する。第５
図に一般的な蒸気タービン式火力発電システムの
系統図を示す。第５図において、ボイラの過熱器
１により発生された主蒸気は主塞止弁９、主制御
弁１０を経て高圧蒸気タービン３に導かれ、回転
エネルギーに変換された後、再熱器２で再度加熱
され、次いで再熱塞止弁１２、インタセプト弁１
１を経て中低圧蒸気タービン４に導かれ、回転エ
ネルギーに変換された後、復水器５に放出され
る。ベンチレータ弁１６は通常全開状態にある。
主遮断器開等により、発電機６の出力が急減した
場合、主塞止弁９を急閉し、高圧蒸気タービン３
への蒸気を断ちタービン過回転を防ぐ。この際、
ボイラ出力は急速には減少しないので高圧蒸気タ
ービンバイパス弁７を急開して、高圧蒸気タービ
ン３に供給されていたエネルギーをバイパスして
逃す。

次に、第６図に、従来の高圧蒸気タービンバイ
パス弁の制御系統図を示す。主蒸気圧力１９は、
比較演算器２０によりボイラマスタ制御装置より
の圧力設定信号１８と比較され、両信号の偏差が
求められる。求められた偏差に基づきPI演算器
２１によりバイパス弁開度指令値が計算される。
第１切替器２４は、このPI演算器２１による指
令値と手動による増減指令２３によるアナログメ
モリ内指令値２２とを切替える。第２切替器２５
は第１切替器２４の出力値と定数発生器３１によ
る出力値の切替を行う。定数発生器３１出力値
は、バイパス弁急開後のPI定値制御を行うため
の目標値を設定するものである。このようにして
求められたバイパス弁開度指令値２６に基づきバ
ルブ位置検出器２７出力と指令値２６を位置比較
器２８で比較し、偏差が０となるようサーボ機構
２９により高圧蒸気タービンバイパス弁７を駆動
する。なお、１７は係数器、３０はタイバツク信
号発生装置を示している。

以上の制御系による時間的応答特性を第７図に
示す。第７図において、タービン負荷３６が急減
して０となると（第７図ａ）、高圧蒸気タービン
バイパス弁７を急開すべくバイパス弁開度指令信
号２６が発生される（第７図ｂ）。このバイパス
弁開度指令信号２６により、第８図に示すタービ
ンバイパス弁駆動機構にて、バイパス弁４９を全
開し、開方向駆動用油圧室４８と閉方向駆動用油
圧室５３を連結し、バネ５７により全開とする。
なお、４７は油圧バイパス部、５０は開方向駆動
用油圧管、５２は油圧ピストン、５４は閉方向駆
動用油圧管を示している。

さて、バイパス弁開度指令信号２６の発生中、
バイパス弁開度３９は、バイパス弁開指令時間
T₁の時間をかけて全開に向け急速開する（第７
図ｃ）。T₁時間経過後は定数発生器３１の発生す
る信号を第２切替器２５にて選択し、バイパス弁
開度指令値２６として出力する。この定数発生器
３１の出力はT₂時間の間保持され、それ以降は
主蒸気圧力１９と圧力設定信号１８の偏差にもと
づくPI制御に移行する。この間のプラント挙動
は第７図に示されており、バイパス弁開度３９
は、T₁時間経過後、バイパス弁開度定値制御値
Ａに向けて近づいて行き（第７図ｃ）、時間T₂の
間PI定値制御が行われる。主要制御変数である
主蒸気圧力１９はタービン負荷３６急減後、ボイ
ラ保有エネルギーが過剰となるため上昇し、バイ
パス弁開指令時間T₁の間も上昇を続けるが、や
がて過剰エネルギーが放出され、低下していく
（第７ｄ）。一方、ボイラドラム水位４１は第７図
ｅに示すようにバイパス弁の開度３９がボイラ過
剰エネルギーの放出に必要な量より多く開かれ続
けると、ホイラからの放出エネルギーが過多、す
なわち、ドラムよりの放出蒸気が過多となり、ボ
イラドラム水位４１がボイラドラム水位低トリツ
プレベル４２以下となつて、ボイラトリツプ信号
４３が発せられる（第７図ｆ）。以上の現象は、
タービン負荷急減時ボイラ出力の低下が間に合わ
ぬため、高圧蒸気タービンバイパス弁７を一時的
に開き、過剰エネルギーを放出させ、ボイラトリ
ツプを回避するという本来の目的を実現していな
いことになる。

また、特開昭54−101084号公報には、タービン
トリツプ時に、あらかじめタイマに設定された時
間だけタービンバイパス弁を全開し、その後電気
−油圧サーボ弁により該バイパス弁の開度制御を
行う技術が開示されている。しかし、この場合
も、タイマに設定されたバイパス弁の開放維持時
間を、過剰エネルギの放出に適正な時間に制御す
ることは考慮されていない。

以上の従来制御方式の欠点を改善するために、
「特願昭43−29882タービンバイパス減圧装置の制
御方法」による方法があるが、この方法は、ター
ビントリツプ以前の蒸気流量を記憶しておき、そ
の値に対応したバイパス弁開度を指令する方式で
あり、機械的制御方式を示している。かかる制御
方式は、タービントリツプ後のボイラトリツプを
回避するために効果があるが、主蒸気流量のみの
関数としてバイパス弁開度を設定するため、近年
の変圧運転方式あるいは、ドラム式ボイラの場
合、タービントリツプ直前のドラム水圧が基準値
よりずれている場合には、タービントリツプ後に
ボイラトリツプを回避する能力に限界があつた。

また、タービンのランバツク発生と同時にその
時の諸条件によりタービンバイパス蒸気量と主蒸
気力を計算により求め、これらの算出値によりタ
ービンバイパス弁開度を算出し、この算出された
タービンバイパス弁開度値によりランバツク発生
時のタービンバイパス弁急速開指令を行うことに
よりプラントの安定を図るようにしたものがある
（特開昭57−173509号公報）。この制御方式も先に
示した制御方式と同様、タービントリツプ以前の
蒸気流量を記憶しておき、その値に対応したバイ
パス弁開度を指令するという点で基本的な面にお
いて似たものであり、その制御を行う構成が電気
的なものとなつている点が異なる。

さらに、タービンバイパス弁の開度を検出し、
この検出信号と主蒸気止め弁または蒸気加減弁の
急閉信号とを比較し、タービンバイパス弁開度が
主蒸気止め弁または蒸気加減弁の急閉時のタービ
ン発電機出力に見合つた開度である場合に、原子
炉スクラム信号すなわちトリツプ信号をバイパス
させることにより不要なスクラムの発生を回避し
たものがある（特開昭56−150397号公報）。この
例はタービンバイパス弁の開度に基づいて制御す
るものである。

このように、いずれの従来の例も、タービン負
荷減少時に発生するボイラ保有エネルギー過多ま
た過少に起因するトリツプを防止する場合に、本
来エネルギーで把握すべき現象を検出するのに有
効な手段がなく、蒸気流量や弁開度をもつて近似
的に制御するものであつた。

〔発明の目的〕

本発明は高圧蒸気タービンバイパス系にて、タ
ービン負荷急減時に、ボイラ保有エネルギーの過
多または過少に起因するドラムの水位レベル高、
ドラムの水位レベル低、主蒸気圧力高または低等
の要因に起因するボイラトリツプを防止し、発電
システムの稼働率と運転性能の向上を目的とする〔発明の概要〕上記目的を達成するために、本発明によるター
ビンバイパス弁の制御方法は、高圧蒸気タービン
と、中低圧タービンと、タービン負荷の急減時に
高圧蒸気タービンへの蒸気流量をバイパスして急
減させるために急開されかつ蒸気タービンに並列
に設置された高圧蒸気タービンバイパス弁とを備
えた発電システムにおけるタービンバイパス弁の
制御方法において、高圧蒸気タービンバイパス弁
の開度と開度の保持時間とをタービン負荷減少量
の関数として決定し、開度を時間とともに変化さ
せるように構成されている。

このように、高圧蒸気タービンバイパス弁の開
度量をタービン負荷減少量の関数として決定し、
時間的に変化させることにより、タービン負荷の
急減に伴なつて発生するボイラの保有するエネル
ギーの過多または過少に起因するドラムの水位レ
ベルの異常変動を抑制し、それによつてボイラト
リツプを防止しうるものである。

タービン負荷減少量に対応するエネルギー量で
あるボイラの余剰エネルキーとしてタービントリ
ツプ直前の主蒸気量、主蒸気圧力、ボイラドラム
水位により総合的にとらえ、これらの諸量の関数
として高圧蒸気タービンバイパス弁の開度を制御
しようとするものである。

〔発明の実施例〕

次に、本発明によるタービンバイパス弁の制御
方法の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図に本発明による制御方法を実行するため
の制御系統のブロツク図を示す。第１図におい
て、第６図と重複する部分には同一の符号を附し
てその詳細な説明を省略する。なお、制御対象と
なる高圧蒸気タービンバイパス弁を含む発電シス
テム自体の構成は第５図のものと同様として以下
説明する。

本発明に係る第１図の制御系統と第６図のもの
との比較において異るところは、バイパス弁制御
パラメータ演算装置（以下、パラメータ演算装置
と略記する。）３２を設け、このパラメータ演算
装置３２により、第２切替器２５および定数発生
器３１を制御するようにした点にある。

すなわち、本発明によるタービンバイパス制御
方法は、タービン負荷急減によるボイラ過剰エネ
ルギーに見合つたエネルギー分を高圧蒸気タービ
ンバイパス弁７より放出する手段を提供するもの
で、バイパス弁制御用のパラメータ演算装置３２
によりボイラ過剰エネルギーに対応してバイパス
弁開指令時間T₁（第４図ｂ）を調整し、高圧蒸気
タービンバイパス弁７をどの開度まで急開すべき
か判断し、さらに、急開後、弁開度目標値をどの
値に設定し、どれだけの保持時間、その弁開度目
標値に保持するかを、タービン負荷減少量の関数
として決定し、開度を時間とともに変化させるよ
うに、それぞれ定数発生器３１に弁開度定値制御
設定値Ａを、第２切替器２５に定値制御保持時間
T₂をそれぞれ指令するものである。

いま、タービン負荷３６が急減した場合、（第
４図ａ）、パラメータ演算装置３２は以下に示す
手順でデータを処理する（第２図参照）。

Ａタービン負荷急減の開始時間ＴをＴ＝０と
し、制御パラメータ演算のための入力信号３５
として、タービン出力P_T（ｔ）、ボイラ出力B_S
（ｔ）、タービンバイパス弁通過出力P_BY（ｔ）、
ボイラ圧力P_rB（ｔ）、ボイラ出口蒸気流量F_B
（ｔ）、ボイラ出口蒸気温度T_B（ｔ）、ボイラド
ラムレベル(t)を取り込む。

Ｂボイラ余剰エネルギーP〓_Xの計算タービン出力P_T（ｔ）、ボイラ出力P_B（ｔ）
は、いずれも時間ｔとともに減少するがタービ
ン出力P_T（ｔ）の減少の方が急峻であるので余
剰エネルギーP〓_x（ｔ）は、次の式で与えられ、
正の値をとる。

P〓_X（ｔ）＝P_B（ｔ）−P_T（ｔ）＞０
……(1) タービンバイパス弁の制御は、ボイラ圧力
P_rB（ｔ）、ボイラドラムレベルＬ（ｔ）に対し、
下記の制約の下にバイパス出力P_By（ｔ）を余剰
エネルギーP〓_X（ｔ）に近づけることである。

P_rB（ｔ）＜P_rBUL ……(2) L_LL＜Ｌ（ｔ）＜L_UL ……(3) 但し、２２でP_rBULはボイラ圧力上限値、L_LL
はボイラドラムレベル下限値、L_ULはボイラド
ラムレベル上限値である。

Ｃバイパス弁開指令時間T₁ 次に、バイパス弁開指令時間T₁すなわち、
バイパス弁をどこまで開くべきかを次式により
決定する。

T₁＝ｆ（P〓_X（０）、Ｌ（０）、P_rB、F_B（０）、Ｌ（
０）……(4) 関数ｆの定め方は、上記各パラメータの値に対
し、ボイラ圧力P_rB（ｔ）、が上限リミツトを、
Ｌ(t)がリミツト値を越えぬようバイパス弁開指
令時間T₁を求める多項式、又は近似関数を求
める。

このようにして決定されたバイパス弁開指令
時間T₁の間、バイパス弁開度指令値２６が出
力される。（第４図ｂ）。このバイパス弁開度指
令値２６は位置比較器２８に入力され、バルブ
位置検出器２７の検出値と比較され、この偏差
が０となるようにサーボ機構２９により高圧蒸
気タービンバイパス弁７が駆動される。この高
圧蒸気タービンバイパス弁７は第４図ｃに示す
ように急開される、一方、主蒸気圧力１９はタ
ービン負荷３６の急減によつてボイラ保有エネ
ルギーが過剰となるために上昇し、所定の時定
数で上昇を続けるが、やがて高圧蒸気タービン
バイパス弁７の急開によつて余剰エネルギーが
バイパスされるので順次低下してゆく（第４図
ｄ）。

かくして、バイパス弁開指令時間T₁の経過
とともに高圧蒸気タービンバイパス弁７の急開
が完了するが、その後も高圧蒸気タービンバイ
パス弁７を開放したまま放置したのでは、逆に
ボイラエネルギーの放出過多となり、ドラム水
位レベル４１が低下してしまう。そこで、次に
示す手順により弁開度定値制御設定値Ａおよび
定値制御保持時間T₂を決定し、高圧蒸気ター
ビンバイパス弁７を徐々に絞り込む制御が必要
となる。

Ｄボイラ圧力P_rB、ボイラ出口蒸気流量F_B、ド
ラムレベルＬ、ボイラ出口蒸気温度T_B、バイ
パス弁開度３９をパラメータ演算装置３２に取
込む。

Ｅタービン負荷急減時以降のボイラ余剰エネル
ギー積分値 SP〓_X（＝∫^T ₀P〓_X（ｔ）dt）を読み出す。

Ｆ定値制御設定値Ａの計算Ａ＝ｇ（∫^T1 ₀P〓_X（ｔ）dt、Ｌ（T₁）、Pr_B（T₁）、F_B（T₁）、P_ps（T₁））……(5) Ｇ定値制御保持時間T₂の計算 T₂＝ｇ（∫^T1 ₀P〓_X（ｔ）dt、Ｌ（T₁）、Pr_B（T₁）、F_B（T₁）、P_ps（T₁））……(6) 関数ｇ、ｈの定め方はバイパス弁開指令時間
T₁におけるボイラ過剰エネルギーP〓_X（ｔ）の
積算値と、バイパス弁開指令時間T₁における、
ドラムレベルＬ（T₁）、ボイラ圧力P〓_X（T₁）、ボ
イラ主蒸気流量F_B（T₁）、バイパス弁開度より、
弁開度定値制御設定値Ａ（ｔ）、定値制御保持時
間T₂をボイラドラムレベルＬ（ｔ）、ボイラ出
力P_rB（ｔ）がリミツト値内に納まり、バイパス
出力P_By（ｔ）と余剰エネルギーP〓_X（ｔ）が等し
くなるように、すなわち、 ∫^T ₀P〓_X（ｔ）dt＝∫^T ₀P_By（ｔ）dt ……(7) となるような近似関数を設定する。

このように制御を行うことにより、第４図ｅに
示すように、ボイラドラム水位４１は若干の変動
はあるもののほとんど影響はなく、したがつて第
４図ｆに示すようにボイラトリツプ信号が発生し
ない。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明の制御方法によれば、
高圧蒸気タービンバイパス弁の開度を、タービン
負荷急減時に、ボイラ余剰エネルギー量に対応し
て制御しうるため、バイパス弁を通つて放出され
るボイラエネルギーが過大又は過少であることに
起因する主蒸気圧力、ドラム水位の変動と、該変
動に起因するボイラトリツプを防止し、発電シス
テムの稼働率と運転性能を向上しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるタービンバイパス弁の制
御系統を示すブロツク図、第２図は本発明の制御
方法におけるタービン負荷急変時におけるデータ
処理手順を示すフローチヤート、第３図は同制御
方法におけるバイパス弁急開完了時におけるデー
タ処理手順を示すフローチヤート、第４図は本発
明に係る制御系統の各部信号波形を示すタイムチ
ヤート、第５図は一般的な蒸気タービン式火力発
電システムの概要を示す系統図、第６図は従来の
タービンバイパス弁の制御系統を示すブロツク
図、第７図は従来の制御系統の各部信号波形を示
すタイムチヤート、第８図は高圧蒸気タービンバ
イパス弁の駆動機１……過熱器、２……再熱器、３……高圧蒸気
タービン、４……中低圧蒸気タービン、５……復
水器、６……発電機、７……高圧蒸気タービンバ
イパス弁、１８……圧力設定信号、１９……主蒸
気圧力、２０……比較演算器、２１……PI演算
器、２２……アナログメモリ、２３……手動増減
指令値、２４……第１切替器、２５……第２切替
器、２６……バイパス弁開度指令値、２７……位
置検出器、２８……位置比較器、２９……サーボ
機構、３０……タイバツク信号発生装置、３１…
…定数発生器、３２……パラメータ演算装置、３
５……バイパス制御パラメータ演算装置入力信
号、３６……タービン負荷、３９……バイパス弁
開度、４１……ボイラドラム水位、４２……ボイ
ラドラム水位低トリツプレベル、４３……ボイラ
トリツプ信号、T₁……バイパス弁開指令時間、
T₂……バイパス弁開度定値制御保持時間、Ａ…
…バイパス弁開度定値制御値。

Claims

【特許請求の範囲】

１高圧蒸気タービンと、中低圧タービンと、タ
ービン負荷の急減時に前記高圧蒸気タービンへの
蒸気流量をバイパスして急減させるために急開さ
れかつ前記蒸気タービンに並列に設置された高圧
蒸気タービンバイパス弁とを備えた発電システム
におけるタービンバイパス弁の制御方法におい
て、前記高圧蒸気タービンバイパス弁の開度と該
開度の保持時間とをタービン負荷減少量の関数と
して決定し、前記開度を時間とともに変化させる
ことを特徴とするタービンバイパス弁の制御方
法。