JPH045201B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、タービン制御装置特に再起動に時間
を要し、高い信頼性が要求される発電プラントの
タービンの制御装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

近年は発電所の立地条件等の関係から単一発電
機の容量大型化が進むとともに消費地から遠く離
れた遠隔地に立地せざるを得ない傾向にある。一
般に発電プラントは一旦停止すると再起動に長時
間を要し、なかなかもとの状態に復帰することが
できない。また、一つの発電プラントが停止する
と、再起動に長時間を要し、なかなかもとの状態
に復帰することができない。また、一つの発電プ
ラントが停止すると、前述の立地条件等の問題か
ら他のプラントもその影響を受けるおそれがあ
る。そのため、発電プラントの主機には故障はな
く、例えば制御装置の一部に故障が発生したよう
な場合には、発電プラント全体の停止という事態
は回避したいという要望が強まつてきている。こ
のような要望は、立地条件が悪く、再起動に長時
間を要する原子力発電プラントにおいて特に強
い。

この要望に応えるため、従来から制御装置の一
部、例えば蒸気タービン制御装置のセンサ部分を
二重化して故障対策とすることはすでに行なわれ
ている。その一例を第１図に示す。同図に示す装
置は電気油圧式制御装置であつて、タービンの制
御量、例えばタービン回転速度を検出する２つの
センサ１ａ，１ｂによりタービン回転速度を検出
し、その検出出力信号を演算制御部２に入力す
る。演算制御部２は、二重化されたセンサ１ａ，
１ｂに対応して、その入力端に２組の演算回路３
ａ，３ｂを備える。演算回路３ａ，３ｂは入力信
号に適当な演算処理を施すもので、その出力は優
先回路４に入力される。優先回路４はセンサ１
ａ，１ｂないし演算回路３ａ，３ｂが故障したと
き、制御対象（この例ではタービン）にとつてい
ずれが安全側かとの観点から、つまりフエイルセ
ーフの観点から、低値優先回路または高値優先回
路として構成される。優先回路４の出力信号は主
制御回路５に導入される。主制御回路５は優先回
路４からの出力信号と出力設定器１４からの出力
設定信号とを比較し、その偏差を零とするために
偏差信号に加算、減算、比例Ｐ、積分Ｉ、微分Ｄ
などの動作を加えて、各弁の操作信号として各弁
の制御部６ａ〜６ｎに送られる。各弁の制御部６
ａ〜６ｎでは、各弁の特性により弁の位置要求信
号に変換し、各弁ごとの加算器７ａ〜７ｎ（７ａ
のみ図示する。）に信号を送る。

加算器７ａには実弁開度信号が負帰還されてお
り、制御部６ａからの弁位置要求信号との偏差の
信号を出力する。この信号は増幅器８ａで増幅さ
れ、さらにサーボ増幅器９ａでサーボ弁１０ａに
電流信号として送られる。サーボ弁１０ａではサ
ーボ増幅器９ａの出力信号によりシリンダ１１ａ
の油の流量を制御して油圧シリンダを駆動し、こ
れにより油圧シリンダで駆動される蒸気弁等の弁
位置を調整する。この弁位置は差動トランス１２
ａにより検出され、復調器１３ａで変換されて、
上記の帰還用弁開度信号となる。他の制御部６ｂ
〜６ｎについても同様の構成により同様の制御系
が形成されている。

〔背景技術の問題点〕

しかるに、従来の制御装置は、第１図に示す通
り、センサとその信号受入部を除いては、二重化
されておらず、従つてその二重化されていない部
分が故障すると直ちに運転継続不能となる。ま
た、従来の装置では、二重化されている部分であ
つても、故障の方向（安全側かどうか）や低値優
先もしくは高値優先の考え方により自動的に停止
または危険状態になつて保護装置が作動し、やは
りタービン等の制御対象が停止してしまうことが
多い。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記の欠点を除去し、主機に
は故障がなく、三重化した制御回路の１つが故障
した場合に、主機の運転を停止させないですます
ことが可能な信頼性の高いタービン制御装置を提
供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の制御装置は、制御対象の制御量を検出
するセンサと、このセンサの出力信号を入力して
前記制御量を所定値に制御するための電気信号を
出力する制御回路をそれぞれ三重に設け、この三
重化されたセンサの出力側に、３入力信号のうち
の中間値のものを通す中間値選択回路を介挿し、
それぞれの制御回路の信号をコイルを三重化した
サーボ弁や電磁弁に出力することを特徴とするも
のである。

〔発明の実施例〕

第２図は本発明を、蒸気タービンを制御する電
気油圧式制御装置に適用した場合の一実施例を示
すものである。

三重化されたセンサ１ａ，１ｂ，１ｃにより検
出された制御量、例えばタービンの回転速度を表
わす信号が中間値選択回路２０ａ，２０ｂ，２０
ｃを通して三重化された主制御回路１５ａ，１５
ｂ，１５ｃに送られ、ここで所定の演算処理が施
された上で各弁の位置信号として弁位置制御回路
２１a₁等に送られる。弁位置制御回路は各弁毎に
３系統設けられ（例えば弁１０ａに対し回路２１
a₁，２１a₂，２１a₃）、それぞれ三重化された制
御回路１５ａ，１５ｂ，１５ｃから弁位置信号が
入力される。すべての弁位置制御回路は互いに同
様に構成されている。そこで、弁位置制御回路２
１a₁についてのみ図示する。図示の如く、第１図
の場合と同様加算器７a₁に実弁開度信号が負帰還
され、主制御回路１５ａからの弁位置要求信号と
比較されて、その偏差信号が出力される。この偏
差信号は増幅器８a₁で増幅され、さらにサーボ増
幅器９a₁を介して、サーボ弁１０ａに電流信号と
して送られる。サーボ弁１０ａでは制御回路２１
a₁，２１a₂，２１a₃内のサーボ増幅器９a₁等の出
力信号の合計値（平均値といつても良い）により
シリンダ１１ａの油を制御して弁位置を調整す
る。この弁位置は差動トランス１２a₁，１２a₂，
１２a₃により検出され、制御回路２１a₁，２１
a₂，２１a₃内の復調器１３a₁等で変換されて、弁
開度信号となり上記のように加算器７a₁，７a₂，
７a₃に負帰還される。

主制御回路１５ａ，１５ｂ，１５ｃ内の中間値
選択回路２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、例えば低値
優先回路と高値優先回路を組合わせて構成され
る。そこでまず低値優先回路、高値優先回路につ
いて説明する。低値優先といいまた高値優先いう
も具体的な電気回路中では電圧信号は正・負いず
れをも使用するので、電気回路上は高値優先回路
になつていてもソフトウエアには低値優先になつ
たりすることがある。ここでは「正論理」に従い
絶対値のより大きな正の信号が優先的に通る回路
を高値優先回路として説明する。

第３図は典型的な高値優先回路を示すものであ
り、実線で示す部分によつて２信号入力型のもの
が構成され、３信号入力型とするには、破線で示
す部分を追加すればよい。この回路は、入力抵抗
４２を介して演算増幅器４０に入力信号を与える
とともに、その出力信号をダイオード４３および
帰還抵抗４１を介して演算増幅器４０の入力端に
帰還させる回路構成を１入力に対する単位とし、
これを入力信号の数だけ設け、各演算増幅器４０
の出力側をダイオード４３を介して互いに結合
し、その結合点（カソード側）から出力を取出す
ようにしたものである。このように構成すれば、
ダイオード４３の作用により最も高い値の信号が
出力端に現われる。尚、出力端にはダイオード４
３による出力信号のカツトオフを防止するために
抵抗４４を介して負電源４５が接続されている。

第４図は低値優先回路を示すものである。この
回路は、ダイオード４３の方向およびカツトオフ
防止用に正電源４６が用いられているほかは、第
３図の回路と同様である。この回路ではダイオー
ド４３の共通接続的（アノード側）から最も低い
値の信号が取出される。

第５図および第６図は第３図の高値優先回路と
第４図の低値優先回路を組合せて形成した中間値
選択回路の例を示すものである。

まず第５図の回路は３つの２入力型低値優先回
路５１ａ，５１ｂ，５１ｃと、これに後置された
１つの３入力型高値優先回路５０とから成つてい
る。３つの低値優先回路５１ａ，５１ｂ，５１ｃ
にはそれぞれセンサ１ａ，１ｂの出力、センサ１
ｂ，１ｃの出力、センサ１ｃ，１ａの出力が入力
される。いま仮にセンサ１ａ，１ｂ，１ｃの出力
ａ，ｂ，ｃの間にａ＞ｂ＞ｃの関係があるものと
すれば、低値優先回路５１ａ，５１ｂ，５１ｃの
出力はそれぞれｂ，ｃ，ｃとなる。従つて高値優
先回路５０の出力はｂとなる。このように第５図
の回路は前段で高値をカツトし、後段で低値をカ
ツトすることにより中間値を選択して出力する。

第６図の回路は、３つの２入力型高値優先回路
５０ａ，５０ｂ，５０ｃとこれに後置された１つ
の３入力型低値優先回路５１とから成つている。
例えばａ＞ｂ＞ｃの関係にある３入力の場合、高
値優先回路５０ａ，５０ｂ，５０ｃの出力はａ，
ｂ，ａであり、低値優先回路５１の出力はｂとな
る。このように、第６図の回路では前段で低値を
カツトし、後段で高値をカツトすることにより、
中間値を選択する。

尚、第５図、第６図の両回路とも、３入力のう
ちの２つが等しい値を持つときは、この等しい値
を持つ入力が中間値として出力される。

このようにして構成された回路が、第２図の中
間値選択回路２０ａ，２０ｂ，２０ｃとして用い
られ、その出力に対し、主制御回路１５ａ，１５
ｂ，１５ｃ内で制御演算がなされて、主制御回路
１５ａ，１５ｂ，１５ｃの出力が決定される。

以上のようにセンサおよび制御回路の少なくと
も一部を三重化し、中間値選択回路を介挿するこ
とにより、三重化されたセンサのうちの１つが故
障しても、故障したセンサの出力信号は最低値ま
たは最高値となるので、中間値選択回路によつて
除外され、制御回路は支障なく正常動作を続ける
ことができる。

以上、基本的なアナログ回路の部分についての
三重化につき説明したが、アナログ信号とシーケ
ンス信号即ち接点信号との取合せについて三重化
をする場合もあり得る。接点信号回路の場合に
は、三重化された回路のそれぞれから接点信号を
発し、それをシーケンス回路で良く知られている
２アウト・オブ３回路（2out of3回路、３接点の
うち２接点以上が作動すると、動作出力を出す回
路）に与え、その２アウト・オブ３回路で処理し
た信号を各アナログ回路へ再び接点信号として帰
すようにすればよい。上述の２アウト・オブ３回
路の典型例を第７図に示す。

第７図において６０ａ，６０ｂ，６０ｃは例え
ば第２図の制御回路１５ａ，１５ｂ，１５ｃに含
まれるリレーのメーク接点で表現されたリレー接
点であり、同一符号を付した接点は同一リレーの
接点である。この回路では３つのリレーのうちの
それぞれ異なる２つのリレーの接点を直列接続し
たものを３つ並列にして、共通のリレー６１に接
続している。この回路構成によれば、接点６０
ａ，６０ｂ，６０ｃのうちの２つ以上がオンとな
れば出力リレー６１が励磁される。

次に、三重化された部分の故障を検出するため
の回路の一例を第８図に示す。ここで三重化され
たセンサ１ａ，１ｂ，１ｃの検出信号を入力する
中間値選択回路２０は、第２図の装置に設けられ
ているものをそのまま兼用できる。即ち、中間値
選択回路２０の出力信号を基準値として、各セン
サ１ａ，１ｂ，１ｃの出力信号を偏差検出回路６
２ａ，６２ｂ，６２ｃで個々に比較し、その比較
偏差の絶対値が所定値を超えたら故障があつたも
のとして動作出力を出し、警報を出すとともに、
当該センサを切離すこととすればよい。この切離
しは、偏差検出回路６２ａ，６２ｂ，６２ｃの動
作出力によりドライバ６３ａ，６３ｂ，６３ｃお
よび切離しリレー６４ａ，６４ｂ，６４ｃを介し
て行なうことができる。

また、センサばかりでなく三重化された回路部
分を個々に切離しができるようにしておくことも
できる。こうすれば、制御回路の故障においても
何ら支障なく正常動作を続けることができる。

このように、三重化された部分の切離しが可能
なようにしておけば、故障発生に際し、装置全体
の運転を続行しながら、その故障部分を修理する
ことが可能であり、システムとしての信頼性が一
層高まる。

第１０図は本発明の他の実施例を示すものであ
る。第２図の実施例との主な違いは、第２図では
主制御回路１５ａ，１５ｂ，１５ｃの出力を各サ
ーボ弁のそれぞれ対応する弁位置制御回路（２１
a₁，２１a₂，２１a₃等）に供給しているのに対
し、第１０図（１つのサーボ弁に対する弁位置制
御回路のみ示す）では、各弁位置制御回路の入口
に中間値選択回路を設け、各中間値選択回路の入
力に３つの主制御回路１５ａ，１５ｂ，１５ｃの
出力を与え、その出力を加算器（７a₁等）に供給
していることである。比較を容易にするため、第
２図を第１０図と同じように簡略化したものを第
９図として示す。

上記の中間値選択回路を追加することにより、
故障時に切離す回路部分を少なくすることができ
る。例えば主制御回路１５ａ，１５ｂ，１５ｃの
うちの１つが故障したときは、その主制御回路の
み切離し、弁位置制御回路２１a₁，２１a₂，２１
a₃等はすべてそのまま動作を続けることができ
る。

尚中間値選択回路は、各弁の位置制御回路の入
力側とは限らず、他の箇所に挿入することもでき
る。即ち、一般化して言えば主制御回路１５ａ等
と各弁の弁位置制御回路２１a₁等とから成る制御
回路が、中間値選択回路２０ａ等の出力に接続さ
れた第１の回路部分と、該第１の回路部分の出力
を受ける第２の回路部分に分けられるとき、該第
２の回路部分の各々に対応して中間値選択回路を
設け、この中間値選択回路を介して３系統の第１
の回路部分の出力を第２の回路部分の各々に供給
するように構成することもできる。

第１１図〜第１３図は本発明のさらに他の実施
例を示したものである。この実施例では三重化さ
れた制御回路の一つが故障して切離されたとき、
他の動作を継続する制御ループのゲインを3/2倍
するようにしたものである。弁位置制御回路の故
障の際該回路を切離すと、全体のループゲインが
２／３となり、またサーボ増幅器を構成する電流ア
ンプには弁動作速度をある範囲に押えるために電
流リミツタが入つている場合があり、動作が鈍く
なる。通常はこの動作が鈍くなることはさして問
題とならないが、これが問題となる場合がある。
本実施例はこのような場合のためのものであり、
ループゲインの変更を例えば増幅器８a₁等のゲイ
ン変更により行なつている。即ち、増幅器８a₁等
を第１１図または第１２図のように構成し、一系
列故障時にスイツチ８５を開くことによりゲイン
を3/2倍する。また電流リミツトのためその前段
の電圧増幅器部分が第４図の低値優先回路と同様
に構成され（その一方の入力にリミツト値が入力
される）ているときは、破線で示すような回路を
追加し、一系列故障時にスイツチ９７Ｂを開き、
スイツチ９７Ａを閉じることにより、リミツト値
を3/2倍することができる。スイツチ８５，９２
の駆動は、例えば第８図のドライバ６３ａ，６３
ｂ，６３ｃによつて行なうことができる。このよ
うにゲインやリミツト値を3/2倍することにより、
非故障時と等しい制御能力が維持される。

以上、サーボ弁を制御する場合について述べた
が、本発明はサーボ弁の代りに電磁弁を用いシー
ケンス制御回路で該電磁弁を制御する場合にも適
用し得る。即ち、電磁弁のコイルを三重化し、２
つ以上のコイルに電流が流れたときに動作し、１
つにのみ電流が流れたときには不動作となるよう
に、コイルの電磁力とスプリングの力とのバラン
スをとつておけば、別個に２アウト・オブ３回路
を用いなくとも２アウト・オブ３の機能を持たせ
ることができる。そして、３つのコイルに流れる
電流をチエツクして、３つのコイルのうちの一部
（１つまたは２つ）に電流が流れ、他には電流が
流れていない場合には、アラームを発生し、一部
の系統に故障があつたことを知らせることとすれ
ばよい。

また、上記の種々の制御回路はアナログ回路で
構成する代りに、デイジタル回路で構成すること
としてもよい。

〔発明の効果〕

以上で述べたように、本発明はセンサおよび制
御回路の少なくとも一部を三重化し、三重化によ
つて生ずる３つの信号を中間値選択回路を通して
出力させることにより、三重化した回路部分のい
ずれかに故障が生じても主機を停止することなく
正常運転を継続することができる。従つて、信頼
性を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のタービン制御装置を示すブロツ
ク図、第２図は本発明を電気油圧式制御装置によ
つて具体化した一例を示すブロツク図、第３図は
高値優先回路の一例を示す接続図、第４図は低値
優先回路の一例を示す接続図、第５図および第６
図は中間値選択回路の例を示すブロツク図、第７
図は２アウト・オブ３回路の一例を示す接続図、
第８図は第２図の装置に適用し得る故障検出回路
の一例を示すブロツク図、第９図は第２図の装置
を簡略化して示す図、第１０図は本発明の他の実
施例を示すブロツク図、第１１図および第１２図
はゲインを変更する手段を備えた増幅器を示す接
続図、第１３図はリミツト値を変更する増幅器を
示す接続図である。 １ａ，１ｂ，１ｃ……センサ、１５ａ，１５
ｂ，１５ｃ……主制御回路、２０ａ，２０ｂ，２
０ｃ……中間値選択回路、２１a₁，２１a₂，２１
a₃〜２１n₁，２１n₂，２１n₃……弁位置制御回
路、１０ａ……サーボ弁、１１ａ……シリンダ、
１２a₁，１２a₂，１２a₃……差動トランス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 制御量を検出する三重化されたセンサと、
   各々の入力段に前記三重化されたセンサの出力信
   号を受ける中間値選択回路を有し、この中間値選
   択回路によつて選択された中間値に制御演算を行
   つて各々が電気信号を出力する三重化された第１
   の制御回路部と、 各々が前記三重化された第１の制御回路部に対
   応して三重化され、前記電気信号に基づいて前記
   制御量を所定値に制御するための電流信号を各々
   出力する第２の制御回路部と、 操作端を操作するサーボ弁または電磁弁の、前
   記第２の制御回路に対応して三重化されたコイル
   と、 を備え、前記三重化されたコイルの各々は対応す
   る前記第２の制御回路からの電流信号を受けるこ
   とを特徴とするタービン制御装置。 ２ 前記三重化された第２の制御回路の各々の入
   力段に、前記三重化された第１の制御回路の出力
   の中から中間値を選択する第２の中間値選択回路
   を設けたことを特徴とする特許請請求の範囲第１
   項記載のタービン制御装置。 ３ 前記中間値選択回路の三重化された前段部か
   ら送出される各々の入力信号と、前記中間値選択
   回路によつて選択された中間値との偏差を各々求
   め、この偏差の絶対値が所定値を超えた場合に、
   前記所定値を超えた偏差に対応する入力信号を送
   出する前段部のみを故障と判断し、この故障と判
   断された前段部を切離すことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項乃至第２項のいずれかに記載のタ
   ービン制御装置。 ４ 前記故障と判断された前段部の切離しと同時
   に、故障していない前段部のゲイン又はリミツト
   値を3/2倍することを特徴とする特許請求の範囲
   第３項記載のタービン制御装置。