JPH05341094A

JPH05341094A - タービン制御装置

Info

Publication number: JPH05341094A
Application number: JP4144119A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Koiwai; 正俊小岩井; Tatsuo Takahashi; 立夫高橋; Keiji Sugano; 啓司菅野; Masayoshi Tahira; 昌祥田平
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-06-04
Filing date: 1992-06-04
Publication date: 1993-12-24

Abstract

(57)【要約】【目的】負荷遮断等により、タービン、発電機のロー
タに捩り振動が発生した場合でも、安定した制御を行う
ことのできるタービン制御装置を提供する。【構成】速度調定率切替回路３０は、速度調定率切替
条件３１によってリレー接点３２、３３を操作し、通常
運転時には通常速度調定率３４が、解列時には併入準備
速度調定率３５が選択され使用されるよう構成されてい
る。併入準備速度調定率３５の値は、通常速度調定率３
４の値より小さい値とされ、ｖ17＜ｖ16となるように設
定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蒸気発電プラントのタ
ービン制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所におけるタービン蒸気系統
の一例を図１１に示す。同図に示すように、原子炉１で
発生した蒸気は、主蒸気止め弁（ＭＳＶ）２および蒸気
加減弁（ＣＶ）３を経てタービン４に流入して発電機５
を回転させ、復水器６へ流入する。また蒸気の一部はＭ
ＳＶ２の手前からタービンバイパス弁（ＢＰＶ）７を経
て、タービン４をバイパスし、復水器６へ流入する。な
お、図１２に示すように、通常タービン４は、複数台、
たとえば、高圧タービン４０１、低圧タービン（Ａ）４
０２、低圧タービン（Ｂ）４０３、低圧タービン（Ｃ）
４０４によって発電機５を回転させるように構成されて
いる。

【０００３】タービン制御装置は、ＭＳＶ２を常時全開
とし、ＣＶ３とＢＰＶ７の弁開度を調節してタービン速
度およびタービン入口蒸気圧力の制御を行う。この場
合、タービン入口蒸気圧力は、図１１に示すＭＳＶ２の
手前に設けられた圧力検出器８で検出される。また、タ
ービン速度は、図１２に示すタービン第１軸受９に配設
された速度検出器１０で検出される。

【０００４】従来のタービン制御系の一例を図１３に示
す。

【０００５】速度設定器１１で設定された設定速度ｖ1
と、上記速度検出器１０で検出された実速度ｖ2 との速
度偏差ｖ3 （＝ｖ1 −ｖ2 ）が加算器１２で算出され、
これに速度調定率１３を乗じた信号が、速度制御指令値
ｖ4 として出力される。

【０００６】一方、圧力設定器１４で設定された設定圧
力ｖ5 と、圧力検出器８で検出された実圧力ｖ6 との圧
力偏差ｖ7 （＝ｖ6 −ｖ5 ）が加算器１５で算出されて
位相補償器１６に入力され、この位相補償器１６の出力
ｖ8 に圧力調定率１７を乗じた信号が、圧力制御指令値
ｖ9 として出力される。

【０００７】上記速度制御指令値ｖ4 と圧力制御指令値
ｖ9 は、低値選択器１８に入力され、低い方の指令値が
選択されてＣＶ開度指令値ｖ10として加算器１９に出力
され、弁位置変換器２０によって検出されたＣＶ３の開
度信号ｖ11との偏差がとられ、この偏差信号ｖ12（＝ｖ
10−ｖ11）が弁駆動器２１に入力されてＣＶ３の弁開度
が制御される。

【０００８】一方、上記圧力制御指令値ｖ9 とＣＶ開度
指令値ｖ10は、加算器２２に入力され、これらの差（ｖ
9 −ｖ10）が算出される。この信号は、ＢＰＶ開度指令
値ｖ13として加算器２３に入力され、ここで弁位置変換
器２４で検出されたＢＰＶ７の実開度信号ｖ14との偏差
ｖ15（＝ｖ13−ｖ14）が算出される。そして、この偏差
ｖ15を弁駆動器２５に入力することにより、よりＢＰＶ
７の弁開度を、開度指令値ｖ13に対応して制御する。

【０００９】このような制御系統を用いて、プラント通
常運転中は以下のような圧力制御運転が行われる。すな
わち、圧力制御運転では、速度制御指令値ｖ4 が圧力制
御指令値ｖ9 より少し高くなるように、設定速度ｖ1 を
高く設定し、圧力制御指令値ｖ9 が低値選択されて、Ｃ
Ｖ開度指令値ｖ10となるようにしている。

【００１０】したがって、圧力制御指令値ｖ9 ＝ＣＶ開
度指令値ｖ10となって、ＢＰＶ開度指令値ｖ13は零とな
り、ＢＰＶ７は全閉となって、ＣＶ３のみで圧力制御が
行われる。

【００１１】このような圧力制御運転中にタービンの実
速度ｖ2 が上昇すると、速度制御指令値ｖ4 が低下し、
圧力制御指令値ｖ9 より低くなると、ＣＶ開度指令値ｖ
10として速度制御指令値ｖ4 が選択され、ＣＶ３は閉方
向に制御される。この時は、（圧力制御指令値ｖ9 ＞Ｃ
Ｖ開度指令値ｖ10）となるので、ＢＰＶ開度指令値ｖ13
＞０となり、ＢＰＶ７は開方向に制御される。

【００１２】すなわち、ＣＶ３の閉によって、タービン
４に流入する蒸気量は減少し、余剰蒸気は、ＢＰＶ７に
流れ、原子炉１から見た蒸気流量は一定となり、タービ
ン４の入口蒸気圧力も一定となる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述した制御系統によ
り、プラント通常運転中におけるタービン速度およびタ
ービン入口蒸気の圧力は、安定に制御される。しかしな
がら、負荷遮断の様な急激な過度変化が生じた場合以下
に述べるような問題が生じる。

【００１４】すなわち、発電機を系統に併入し負荷運転
を行っている場合、図１２に示したように配列された各
タービン４０１〜４０４のロータには、負荷に比例した
捩り力が加わっており、この状態で負荷遮断等により急
激に負荷が開放された場合、ロータは自身の剛性による
復元力で振動を起こす。このため、図１４のグラフに示
すように、速度検出器１０は、速度検出信号として、実
際のタービン回転数にこの軸捩りによる振動信号が重畳
した信号を出力する。

【００１５】この軸捩り振動は、ロータ系へ外力が継続
していなければ時間とともに減衰する性質のものである
が、タ−ビン速度信号にリップル成分として重畳し、速
度制御系に加わった場合、速度制御系及びＣＶの応答性
と振動周波数によっては、両者が共振し、速度制御系
は、振動を継続あるいは発散させる方向にタ−ビンの回
転数を制御する可能性が有る。

【００１６】この場合何らかの振動を抑える手段をター
ビン制御系に設けないと、振動の継続により、系統周波
数とタービン回転数のミスマッチによる負荷遮断後の発
電機再併入操作への妨げ、あるいは、ＣＶ、ＢＰＶよる
安定なタービン入口蒸気圧力制御への妨げになる可能性
がある。

【００１７】また、このような問題に対する対策とし
て、負荷遮断時のように、タービン、発電機のロータに
捩り振動が発生する場合においては、ＣＶおよびＢＰＶ
を一定に制御する方法があるが、ＣＶおよびＢＰＶを保
持してしまうことは、プラント制御上好ましくない。

【００１８】本発明は、かかる従来の事情に対処してな
されたもので、負荷遮断等により、タービン、発電機の
ロータに捩り振動が発生した場合においても、安定した
制御を行うことのできるタービン制御装置を提供しよう
とするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１記載
の本発明のタービン制御装置は、速度検出器からのター
ビン実速度信号と速度設定値との偏差にタービン速度調
定率を乗じた信号に基づいて、蒸気加減弁の開度制御を
行うタービン制御装置において、前記タービン速度調定
率として、少なくとも、通常運転時に用いる第１のター
ビン速度調定率と、この第１のタービン速度調定率より
小さな値の第２のタービン速度調定率を有し、発電機の
解列信号および発電機の併入信号に基づいてこれら第１
および第２のタービン速度調定率を切替えるように構成
したことを特徴とする。

【００２０】また、請求項２記載の本発明のタービン制
御装置は、速度検出器からのタービン実速度信号と、速
度設定値との偏差に基づいて、蒸気加減弁の開度制御を
行うタービン制御装置において、前記タービン実速度信
号から、負荷遮断後に生じる軸戻り振動による振動成分
を除去するフィルタ機構と、前記負荷遮断発生の有無に
応じて、前記フィルタ機構を接続、切離しする機構とを
設けたことを特徴とする。

【００２１】また、請求項３記載の本発明のタービン制
御装置は、タービンロータ軸受に設けられた速度検出器
からのタービン実速度信号と、速度設定値との偏差に基
づいて、蒸気加減弁の開度制御を行うタービン制御装置
において、前記速度検出器を、負荷遮断後に生じる軸戻
り振動の振幅が、タービンロータ軸方向で最少となるタ
ービンロータ軸受に配設したことを特徴とする。

【００２２】

【作用】上記構成の本発明のタービン制御装置では、負
荷遮断等により、タービン、発電機のロータに捩り振動
が発生した場合においても、この捩り振動の制御系へ及
ぼす影響を軽減することができ、安定した制御を行うこ
とができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明のタービン制御装置の詳細を、
一実施例について図面を参照して説明する。

【００２４】図１は、本発明の一実施例のタービン制御
装置の構成を示すもので、図１３に示した従来のタービ
ン制御装置と対応する部分には同一符号が付してある。

【００２５】この実施例のタービン制御装置では、速度
調定率切替回路３０が設けられており、速度調定率切替
条件３１によってリレー接点３２、３３を操作し、通常
運転時には通常速度調定率３４が、解列時には併入準備
速度調定率３５が選択され使用されるよう構成されてい
る。この場合、併入準備速度調定率３５の値は、通常速
度調定率３４の値より小さい値とし、ｖ17＜ｖ16となる
ように設定される。

【００２６】上記速度調定率切替条件３１の一例を図２
に示す。なお、同図において、４０はノットロジック、
４１はアンドロジック、４２はノットロジック、４３は
オアロジックである。

【００２７】この例では、併入信号ｖ18のノットロジッ
ク４０出力である解列信号ｖ19が、オンディレイタイマ
４１で、定格速度付近になるまでの時間遅延され、定格
タービン速度＋０．５％ｖ20と、オンディレイタイマ４
４出力ｖ21のアンド条件により、併入準備速度調定率選
択信号ｖ22が出力され、併入準備速度調定率３５が選択
される。このように、解列後、速度調定率を下げると、
通常より応答がゆっくりとしたタービン速度制御が継続
されるが、制御上解列後に速い応答は必要なく、制御性
を損なわずに制御を実施できる。

【００２８】なお、解列後、併入準備速度調定率３５が
選択されるまでの間は、ノットロジック４２からオアロ
ジック４３への出力ｖ23によって、通常速度調定率信号
ｖ24が発生し、通常速度調定率３４が選択される。ま
た、通常速度調定率３４に復旧させる場合は、併入信号
ｖ18によって、通常速度調定率信号ｖ24が発生し、通常
速度調定率３４が選択される。

【００２９】このように構成されたタービン制御装置で
は、通常運転時には通常速度調定率３４が選択され、解
列時には、ｖ17＜ｖ16となるように設定された通常速度
調定率３４の値より小さい値の併入準備速度調定率３５
が選択される。したがって、解列時にタービン、発電機
のロータに捩り振動が発生し、実速度ｖ2 が細かく変動
しても、速度制御信号ｖ4 は小さく変化するだけで、Ｃ
Ｖ開度指令値ｖ10およびＢＰＶ開度指令値ｖ13の変化も
小さくなり、圧力変化を小さく押さえることができる。

【００３０】なお、上記実施例では、速度調定率を２回
路設けた場合について説明したが、図３に示す速度調定
率切替回路３０ａのように、速度調定率切替条件３１に
よって、速度調定率１３に、通常速度調定率設定値３６
と併入準備速度調定率設定値３７の一方を選択的に設定
するように構成することもできる。

【００３１】図４は、他の実施例のタービン制御装置の
要部構成を示すもので、この実施例では、速度検出器１
０と加算器１２との間に、フィルタ機構５０が設けられ
ている。このフィルタ機構５０は、フィルタ投入条件５
１によってリレー接点５２、５３を操作し、速度検出器
１０からの実速度ｖ2 が、フィルタ投入条件５１が成立
している場合はフィルタ５４を介して加算器１２に入力
し、非成立の場合は直接加算器１２に入力するよう構成
されている。

【００３２】フィルタ投入条件５１としては、図５に示
すように発電機解列、または、図６に示すように、発電
機解列とタービン速度定格±０．５％以内のアンド条件
等とすることができる。また、フィルタ５４の特性とし
ては、図７に示すように、軸捩り振動周波数近傍の周波
数のみを選択的に除去するもの、あるいは、図８に示す
ようにある軸捩り振動周波数より低い周波数の部分で、
それより高い周波数をカットしてしまうもの等を用いる
ことができる。

【００３３】このように構成されたタービン制御装置で
は、負荷遮断時には、フィルタ投入条件５１が成立する
ため、リレー接点５２が遮断され、リレー接点５３が接
続されて、速度検出器１０からの実速度ｖ2 はフィルタ
５４を通って加算器１２に入力されるようになる。した
がって、発電機のロータに捩り振動が発生し、実速度ｖ
2 が細かく変動しても、フィルタ５４によってこの振動
成分が除去され、緩やかな変化となるため、ＣＶ開度指
令値ｖ10およびＢＰＶ開度指令値ｖ13の変化も緩やかと
なり、各弁がそれらに充分応答し、正常な圧力制御を行
うことができる。また、ＣＶ３の動きが緩やかとなるこ
とから、タービン４に流入する蒸気量の変化も緩やかと
なり、軸振動に対する外力とはならなくなるため、軸振
動も減衰する。

【００３４】図９は、さらに他の実施例のタービン制御
装置の構成を示すものである。この実施例では、タービ
ン速度を検出するための速度検出器１０は, タービン第
６軸受６０に設けられており、このタービン第６軸受６
０で検出した信号を、速度変換器６１により実速度信号
ｖ2 に変換するよう構成されている。なお、このように
して検出された実速度信号ｖ2 を用いて、図１３に示し
たタービン制御装置と同様な制御が実施される。

【００３５】負荷運転中の各タービン４０１〜４０４に
は、前述したように負荷に応じた軸捩り変位が加わる
が、この軸捩り変位量をロータ軸方向で見ると、図１０
に示すように中間の軸受近傍（本実施例ではタービン第
６軸受６０近傍）に変位０となる節を持ち、そこからロ
ータ端部方向に近付くに従い変位量が増加していく。軸
捩りによる振動は、このような捩り変位が加わった状態
から、負荷遮断等により急激に負荷が開放されることに
より生じるが、その振動変位量は、負荷開放前の捩り変
位量に応じて大きくなる。

【００３６】したがって、速度検出器１０を、軸捩り変
位の節近傍であるタービン第６軸受６０に設けた場合、
最も回転数信号に対し、重畳する軸捩り振動成分を抑え
ることが可能となる。これにより、速度制御系と軸捩り
振動の共振を防ぎ、振動が継続発散することなく、安定
した制御を行うことができる。

【００３７】なお、この実施例では、高圧タービン１
台、低圧タービン３台より構成されるタービンの場合に
ついて説明したが、たとえば、高圧タービン１台、低圧
タービン２台等構成の異なるものについても、軸捩り変
位が最小となる軸受に速度検出器１０を設け、その速度
検出器１０からの信号により速度負荷制御を行うことで
同様の効果が得られる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のタービン
制御装置によれば、負荷遮断等により、タービン、発電
機のロータに捩り振動が発生した場合においても、安定
した制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のタービン制御装置の構成を
示す図。

【図２】図１のタービン制御装置の要部構成を示す図。

【図３】図１のタービン制御装置の変形例の構成を示す
図。

【図４】他の実施例のタービン制御装置の要部構成を示
す図。

【図５】図４のタービン制御装置のフィルタ投入条件の
例を示す図。

【図６】図４のタービン制御装置のフィルタ投入条件の
例を示す図。

【図７】図４のタービン制御装置のフィルタの特性の例
を示す図。

【図８】図４のタービン制御装置のフィルタの特性の例
を示す図。

【図９】他の実施例のタービン制御装置の構成を示す
図。

【図１０】タービンの軸捩り変位を説明するための図。

【図１１】原子力発電プラント主蒸気系統の構成を示す
図。

【図１２】タービンの構成を示す図。

【図１３】従来のタービン制御装置の構成を示す図。

【図１４】軸捩りによる振動信号が重畳した速度信号の
例を示す図。

【符号の説明】

３ＣＶ７ＢＰＶ３０速度調定率切替回路３１速度調定率切替条件３２リレー接点３３リレー接点３４通常速度調定率３５併入準備速度調定率

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田平昌祥東京都港区芝浦１丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】速度検出器からのタービン実速度信号と
速度設定値との偏差にタービン速度調定率を乗じた信号
に基づいて、蒸気加減弁の開度制御を行うタービン制御
装置において、前記タービン速度調定率として、少なくとも、通常運転
時に用いる第１のタービン速度調定率と、この第１のタ
ービン速度調定率より小さな値の第２のタービン速度調
定率を有し、発電機の解列信号および発電機の併入信号
に基づいてこれら第１および第２のタービン速度調定率
を切替えるように構成したことを特徴とするタービン制
御装置。
【請求項２】速度検出器からのタービン実速度信号
と、速度設定値との偏差に基づいて、蒸気加減弁の開度
制御を行うタービン制御装置において、前記タービン実速度信号から、負荷遮断後に生じる軸戻
り振動による振動成分を除去するフィルタ機構と、前記
負荷遮断発生の有無に応じて、前記フィルタ機構を接
続、切離しする機構とを設けたことを特徴とするタービ
ン制御装置。
【請求項３】タービンロータ軸受に設けられた速度検
出器からのタービン実速度信号と、速度設定値との偏差
に基づいて、蒸気加減弁の開度制御を行うタービン制御
装置において、前記速度検出器を、負荷遮断後に生じる軸戻り振動の振
幅が、タービンロータ軸方向で最少となるタービンロー
タ軸受に配設したことを特徴とするタービン制御装置。