JPH0565805A

JPH0565805A - 蒸気タービンの制御方法及びその制御装置

Info

Publication number: JPH0565805A
Application number: JP5365892A
Authority: JP
Inventors: Teiichiro Akashi; 石貞一郎明
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-03-13
Filing date: 1992-03-12
Publication date: 1993-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】負荷遮断時におけるタービンのオーバースピ
ードを防ぐとともに、系統事故による蒸気加減弁の急閉
を防ぎ、電力系統の過渡安定度の向上を図る。【構成】タービン出力に対する発電機電流の急激な減
少によって負荷遮断を検出し、蒸気加減弁３及びインタ
ーセプト弁７を急閉する第１の保護回路と、タービン出
力に対する発電機負荷の急激な減少によって系統事故を
検出しインターセプト弁７を急閉し低圧タービンバイパ
ス弁５５を急開する第２の保護回路と、発電機の相差角
検出装置と、その相差角検出装置によって検出された相
差角が減速側に反転したときインターセプト弁を所定設
定開度又は相差角が増速側に反転するまで急開させると
ともに低圧タービンバイパス弁を急速に全閉させる脱調
防止装置を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、負荷遮断時或は系統事
故時におけるオーバースピードを回避するようにした蒸
気タービンの制御方法及び制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、蒸気タービンが大容量になると
負荷遮断時のオーバースピードを抑えることが難しくな
るため、応答の速い電気油圧式制御が用いられている。
そして、負荷遮断時に蒸気加減弁及びインターセプト弁
を急閉するため、タービン出力と発電機負荷とのアンバ
ランスを検知して回転上昇を予測し、弁を急閉するパワ
ーロードアンバランス回路が採用されている。

【０００３】図８は、上記パワーロードアンバランス回
路を備えた従来の原子力発電プラントにおける蒸気ター
ビン制御装置の概略系統図であって、沸騰水型原子炉の
如き蒸気発生器１で発生した蒸気は主蒸気止め弁２及び
蒸気加減弁３を介して高圧タービン４に流入され、そこ
で蒸気の保有エネルギが動力に変換される。上記高圧タ
ービン４で仕事を行なった蒸気はさらに湿分分離器５で
湿分が除去され、中間止め弁６及びインターセプト弁７
を介して再び低圧タービン８に送給され、そこで蒸気の
保有エネルギが動力に変換され、高・低圧タービン４，
８の発生動力によって発電機９が駆動され発電が行なわ
れる。そして、低圧タービン８を出た蒸気は復水器１０
で凝縮され、復水として給水加熱器１１、給水ポンプ１
２を介して再び蒸気発生器１に送られる。

【０００４】また、蒸気発生器１と主蒸気止め弁２間か
らは、タービンバイパス弁１３及び蒸気減圧減温装置１
４を有するバイパス導管１５が分岐導出されており、こ
のバイパス導管１５が復水器１０に接続され、蒸気ター
ビンの起動時や負荷遮断時などに蒸気を蒸気タービンを
バイパスして還流させるようにしてある。

【０００５】ところで、タービン軸には回転数検出装置
２０が設けられており、その回転数検出装置２０で検出
された速度信号は速度制御回路２１を介して負荷制御回
路２２に印加されている。上記負荷制御回路２２には負
荷設定器２３からの負荷設定信号も入力されており、そ
の負荷設定信号と前記速度制御回路２１からの制御信号
とが加算され、加算信号が低値優先回路２４及びインタ
ーセプト弁位置制御回路２５に入力されており、上記イ
ンターセプト弁位置制御回路２５からの出力信号によっ
て各インターセプト弁７の開度が制御されるようにして
ある。

【０００６】一方、蒸気発生器１の出口側には圧力検出
器２６が設けられており、その圧力検出器２６で検出さ
れた蒸気圧信号は圧力制御回路２７に送られ、そこで圧
力設定器２８の圧力設定値と比較演算され、その出力信
号が前記低値優先回路２４に入力される。しかして、そ
の低値優先回路２４から、前記負荷制御回路２２及び圧
力制御回路２７からの制御信号の低値信号が蒸気加減弁
位置制御回路２９に送られ、その蒸気加減弁位置制御回
路２９によって蒸気加減弁３の開度制御が行なわれる。

【０００７】また、前記圧力制御回路２７からの制御信
号は、タービンバイパス流量制御回路３０にも加えられ
ている。そのタービンバイパス流量制御回路３０には低
値優先回路２４からの出力信号も加えられており、圧力
制御回路２７からの制御信号と比較演算され、その偏差
信号がタービンバイパス弁位置制御回路３１に送られ、
タービンバイパス弁位置制御回路３１からの出力信号に
よってタービンバイパス弁１３の開度が制御される。

【０００８】しかして、例えば負荷設定器２３により負
荷減少の操作をすると、負荷制御回路２２から低値優先
回路２４に入力する制御信号が小さくなり、この信号が
圧力制御回路２７からの圧力制御信号と比較され、いず
れか低値、この場合には減少した負荷制御回路側の信号
が蒸気加減弁位置制御回路２９に送られ、蒸気加減弁３
が閉方向に動作され、蒸気タービン４，８に流入する蒸
気量が減少され、負荷設定の減少に見合って負荷が減少
させられる。

【０００９】一方、上記蒸気タービンへの流入蒸気の減
少によって、蒸気発生器１で発生した蒸気の余剰分は蒸
気発生器１の圧力上昇を伴なう。

【００１０】そこで、蒸気発生器１の出口側に設けられ
ている圧力検出器２６によって上記上昇した蒸気圧力が
検出され、その圧力信号が圧力設定信号と比較演算さ
れ、その出力信号が前記低値優先回路２４及びタービン
バイパス流量制御回路３０に送られる。このタービンバ
イパス流量制御回路３０では、圧力制御回路２７の出力
と低値優先回路２４からの加減弁開度信号とが比較さ
れ、圧力上昇に見合った弁開度信号と、現状の蒸気加減
弁開度との偏差信号がタービンバイパス弁位置制御回路
３１に送られ、タービンバイパス弁１３が開方向に制御
され、余剰蒸気が減温装置１４を介して復水器１０へ還
流される。そしてこれによって蒸気発生器の圧力上昇が
抑えられる。

【００１１】このように、一時的に蒸気発生器１の余剰
蒸気をタービンバイパス系統を経て復水器１０に還流す
ることによって圧力上昇を抑えることができるが、この
場合には、蒸気の保有エネルギを発電に利用しないで捨
てていることになる。

【００１２】そこで、負荷制御回路２２と圧力制御回路
２７からの出力信号を出力修正回路３２に入力し、そこ
で両出力信号の偏差信号を蒸気発生器１の出力制御回路
３３に送り、その出力制御回路３３によって蒸気発生量
が負荷減少に見合うように減少させられる。しかして上
記圧力制御の作用によってタービンバイパス弁１３が閉
止させられ、新たなバランス状態でプラントの運転が継
続される。

【００１３】図９は、蒸気加減弁位置制御回路２９等の
弁位置制御回路の説明図であって、低値優先回路２４或
はタービンバイパス流量制御回路３０からの弁開度指令
信号Ｐが加算器３４でバイアス信号Ｅと加算され、増幅
器３５及び電気油圧サーボ弁３６を経て油圧シリンダ３
７のピストンを動かし、蒸気加減弁等の弁開度を制御す
る。このピストンの位置は作動トランス３８により検出
され、復調回路３９及び非線形フィードバック回路４０
を経て前記加算器３４にフィードバックされる。

【００１４】ところで、この様な回路は常時運転中の比
較的緩かな弁の動きの場合には有効であるが、負荷遮断
時或は系統事故時においては０．２秒程度の速さで弁を
閉める必要があるため、一般にパワーロードアンバラン
ス回路の出力信号によって作動される急閉電磁弁４１が
設けられている。

【００１５】図１０は、上記油圧サーボ部の概略系統図
であって、油圧シリンダ３７はシングルアクティング式
のものであって、ピストン４２の下部にのみ油圧がかか
り、閉鎖力はばね４３によって与えられるように構成さ
れている。上記油圧シリンダ３７のピストン４２の下部
には、電気油圧サーボ弁４４により制御された作動油が
供給されるとともに、油圧シリンダ３７の底部にはディ
スクダンプ弁４５が設けられており、このディスクダン
プ弁４５は常時は急閉電磁弁４１を経て供給される油圧
によって閉鎖されている。しかして、上記急閉電磁弁４
１が励磁されると、ディスクダンプ弁４５の下部油圧が
落ち、ディスクダンプ弁４５が開らいて油圧シリンダ３
７内の油をドレンに逃すので、ピストン４２が急降下
し、ピストンに接続されている蒸気加減弁３或はインタ
ーセプト弁７が急閉する。なお、図中、符号４６は電気
油圧サーボ弁４４への給油を弁急閉時に断つためのシャ
ットオフ弁である。

【００１６】一方、図８に示すように、高圧タービン４
の出口部にはその出口圧力を検出する圧力検出器４７が
設けられており、この圧力検出器４７で検出されたター
ビン出力に比例する圧力信号がパワーロードアンバラン
ス回路４８に入力されている。このパワーロードアンバ
ランス回路４８には、発電機９に設けられた負荷検出器
４９からの負荷信号も入力されており、このパワーロー
ドアンバランス回路４８からの出力信号が、蒸気加減弁
急閉電磁弁４１ａ及びインターセプト弁急閉電磁弁４１
ｂ、並びに負荷設定器２３に出力される。

【００１７】図１１は、パワーロードアンバランス回路
４８の回路構成を示す図であり、タービン出力と発電機
負荷とが連続量で比較され、その差が一定値αより大き
くなり、且つその変化率が一定値βより大きくなったと
きに弁閉信号γが発生する。そして、変化率の出力信号
はＡＮＤ回路５０及びＯＲ回路５１によってセルフホー
ルドされる。

【００１８】しかして、上記パワーロードアンバランス
回路４８が作動すると、蒸気加減弁急閉電磁弁４１ａが
働いて蒸気加減弁３が急閉するとともに、インターセプ
ト弁急閉電磁弁４１ｂが働いてインターセプト弁７が急
閉する。また、負荷設定器２３に入力されることによっ
て負荷設定値が零となり、負荷設定器のモータがランバ
ックする。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の制
御方式においては、負荷遮断が発生するとパワーロード
アンバランス回路が作動して蒸気加減弁及びインターセ
プト弁が急閉するので、負荷遮断時のオーバースピード
を防止するのに極めて有効である。

【００２０】しかし、この方式では送電系統の地絡事故
のような場合にもこの回路が作動し、蒸気加減弁及びイ
ンターセプト弁を全閉してしまう等の問題がある。そこ
で、系統事故時に積極的にパワーロードアンバランス回
路によって蒸気弁を急閉してタービン出力を減らし、系
統の過渡安定度を向上することも考えられている。しか
し、この場合には、タービンより上流側つまり蒸気発生
部の特性が問題となる。すなわち、系統事故時に蒸気加
減弁が全閉し事故回線がクリアされると再び蒸気加減弁
が開くようになっている制御方式であるが、この時の蒸
気流量変化が蒸気発生器の圧力上昇を引き起こすことに
なり危険である。

【００２１】特に、蒸気発生器がＢＷＲの場合には、圧
力上昇が生じるとボイドの変化により炉心の中性子束密
度が異常に高くなる恐れがあるため、炉心の安全上蒸気
加減弁が急閉した場合には原子炉をスクラムするように
している。したがって、原子力発電所の場合、このよう
な回路では系統事故が発生するとユニット停止に至るこ
とになり好ましくない。

【００２２】また、数ユニットが集まっている発電所で
は、ユニット発電中に１ユニットの送電線の地絡事故に
よりラインの電圧が降下し、パワーロードアンバランス
回路が働き、全ユニットが停止してしまうこになり、電
力系統の運用上大きな問題となっている。

【００２３】ところで、地絡事故の瞬間には負荷は減少
するが、発電機電流は逆に増加する方向にある。したが
って、負荷のかわりに電流をとれば、パワーロードアン
バランス回路は地絡事故時においては作動せず、発電機
主遮断器が開の場合にのみ作動してタービンのオーバー
スピードを防止することができる。

【００２４】しかしながら、この方法においては系統事
故時の過渡安定度を向上する効果が全くなくなり、また
系統事故時に故障回線のクリアに失敗してそのまま停止
になった場合にタービンがオーバースピードする問題が
ある。

【００２５】すなわち、地絡事故時に発電機電流は増加
するが、送電する能力はないためタービン負荷トルクと
しては殆ど０となる。このため回線クリアの失敗により
この状態が持続すると、タービン回転数は１１０％を越
えて、タービンの非常調速機が作動し、オーバースピー
ドトリップとなる。すなわち、回転数の上昇により蒸気
加減弁及びインターセプト弁は図１２に示すように順次
閉るが、この応答は余り速くないので、オーバースピー
ドを防ぐことはできない。

【００２６】このように、パワーロードアンバランス回
路のパワーの部分を検出する手段は、負荷であっても電
流であっても必ずしも完全なものではない。

【００２７】一方、負荷を検出した回路によりインター
セプト弁を閉め、電流で検出した回路によって蒸気加減
弁を閉める方法も提案されている（米国特許第３，６０
１，６１７号）。これによれば、系統事故時には負荷の
減少によりインターセプト弁は閉るが、火力発電所の場
合、再熱器の容積が大きいため、これがクッションの役
目をして再熱器圧力が上昇するのみで、蒸気加減弁が閉
らず、全ユニットが停止してしまうこともない。また発
電機主遮断器が開いた場合には蒸気加減弁も閉まり、オ
ーバースピードを防ぐことができる。そして、系統事故
時の過渡安定度を向上させる効果も有しておりかなり有
効である。

【００２８】しかしながら、原子力発電所においては、
火力発電所における再熱器のような容積の大きなクッシ
ョンの役目を果すものがなく、容積が比較的に小さな湿
分分離器しかないため、上記米国特許の方式を直接適用
した場合湿分分離器の圧力上昇を来たし、湿分分離器の
安全弁が作動する異常事態に陥る可能性がある等の問題
がある。

【００２９】また、系統事故後の系統遮断器のクリア後
における発電機の内部相差角のスイング（乱調）に伴な
い、相差角が大きくなり脱調が発生することもある等の
問題もある。

【００３０】本発明はこのような点に鑑み、負荷遮断時
におけるタービンのオーバースピードを防ぐとともに、
系統事故による蒸気加減弁の急閉、原子炉スクラムを防
ぎ、系統事故によるユニット送電中のユニット全数の共
倒れを防ぎ、かつ電力系統の過渡安定度の向上を有効に
した、蒸気タービンの制御方法及び制御装置を得ること
を目的とする。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明は、系統事故をタ
ービン出力に対する発電機負荷の急激な減少によって検
出し、その発電機負荷の急減時にインターセプト弁を急
閉するとともに低圧タービンバイパス弁を急開し、その
後発電機の相差角が減速側に反転したとき、インターセ
プト弁を或設定開度又は相差角が増速側に反転するまで
急開させるとともに低圧タービンバイパス弁を全閉に至
るまで急閉することを特徴とするものである。

【００３２】また第２の発明は、タービン出力に対する
発電機電流の急激な減少によって負荷遮断を検出し、蒸
気加減弁およびインターセプト弁を急閉する第１の保護
回路と、タービン出力に対する発電機負荷の急激な減少
によって系統事故を検出しインターセプト弁を急閉し、
低圧タービンバイパス弁を急開する第２の保護回路と、
発電機の相差角検出装置と、その相差角検出装置によっ
て相差角が減速側に反転したときインターセプト弁を所
定設定開度又は相差角が増速側に反転するまで急開させ
るとともに低圧タービンバイパス弁を急速に全閉させる
脱調防止装置とを有することを特徴とする。

【００３３】さらに第３の発明は、第２の発明の蒸気タ
ービン制御装置において、高圧タービン第１段落出口圧
力とインターセプト弁ボール圧力をそれぞれ検出する圧
力検出器と、各検出器による検出圧力信号にそれぞれ出
力分担比率を乗じて０から１００％出力に対応した高圧
タービンと低圧側タービンの出力信号とし、その各出力
信号を合算してタービン出力信号とする演算処理装置を
有することを特徴とする。

【００３４】

【作用】系統事故が発生すると、タービン出力に対する
発電機負荷が急激に減少することを利用し、このタービ
ン出力に対する発電機負荷の急激な減少によって系統事
故を検出し、これによってインターセプト弁を急閉する
とともに低圧タービンバイパス弁を急開する。したがっ
て、低圧タービン側に流れる蒸気が低圧タービンバイパ
ス弁を経て復水器へ排出され、蒸気タービンのオーバー
スピードが抑えられるとともに、再熱器或は湿分分離器
の圧力上昇が防止される。一方、系統事故後系統遮断器
のクリア後において発電機の相差角が減速側に反転する
と、インターセプト弁を急開させるとともに低圧タービ
ンバイパス弁が急閉され、これによって相差角が最大９
０度を越えて脱調するようなことが防止される。

【００３５】

【実施例】図１は本発明における蒸気タービンの制御装
置の概略構成を示す図であり、図６と同一部分には同一
符号を付しその詳細な説明は省略する。

【００３６】図１において、符号５３は本発明における
パワーロードアンバランス回路であって、このパワーロ
ードアンバランス回路５３には、従来と同様に負荷検出
器４９からの負荷信号及び圧力検出器４７からの圧力信
号が入力されている。この場合上記圧力検出器４７は、
従来のように高圧タービン出口圧力ではなくインターセ
プト弁７等の開閉によって影響を受けないように高圧タ
ービン第一段階の圧力を検出するようにしてある。

【００３７】ところで、上記パワーロードアンバランス
回路５３には、回転数検出装置２０によって検出された
回転数信号も入力されており、一方このパワーロードア
ンバランス回路５３の出力は、負荷設定器２３、蒸気加
減弁急閉電磁弁４１ａ，及びインターセプト弁急閉電磁
弁４１ｂに送られるばかりでなく、インターセプト弁急
開電磁弁５４、湿分分離器５の出口蒸気を直接復水器１
０側に排出する低圧タービンバイパス弁５５の急開急閉
装置５６及びその低圧タービンバイパス弁５５の下流側
に設けられた減温器５７に冷却水を供給する冷却水調節
弁５８にも入力するようにしてある。なおその他の構成
は図６と同様である。

【００３８】図２は、本発明におけるインターセプト弁
作動用等の油圧回路部の構成を示す概略系統図であり、
電気油圧サーボ弁４４をバイパスするように急開電磁弁
５９及び急開リレー６０が設けられており、上記急開電
磁弁５９が作動すると、スプールが下側に移動し、作動
油が急開リレー６０に供給され、その急開リレー６０の
スプールが図において左動し、その急開リレー６０を経
て作動油が油圧シリンダ３７のピストン４２の下部に流
入し、そのピストン４２を介してインターセプト弁７等
が急開される。なお、図中符号６１ａは全開検出用リミ
ットスイッチ、６１ｂは全閉検出用リミットスイッチ、
６２は作動油が急速にしかも多量に油圧シリンダ３７内
に流入するときその油圧が低下することを防止するアキ
ュムレータである。

【００３９】ところで、図３は前記パワーロードアンバ
ランス回路５３の構成を示す図であり、そのパワーロー
ドアンバランス回路は第１の保護回路と第２の保護回路
とを有し、第１の保護回路ではタービンの出力と比例関
係にある圧力検出器４７からの出力信号からなるタービ
ン出力信号７０と、負荷検出器４９の電流トランス（Ｃ
Ｔ）の信号を使用した発電機電流信号７１とが減算器７
２ａで比較され、その偏差信号ｑ_Aが微分器７３ａ及び
比較器７４ａに入力されるようにしてある。上記微分器
７３ａでは上記偏差信号ｑ_Aの変化率が演算され、その
変化率が所定値β₁以上（一般的には１００％／１０ｍ
ｓｅｃ以上）になると比較器７５ａから出力信号が発せ
られ、ＯＲ回路７６ａを経てＡＮＤ回路７７ａに加えら
れる。一方、上記偏差信号ｑ_Aが所定値α₁以上（一般
的には４０％以上）になると比較器７４ａから出力信号
が発生されその信号がＡＮＤ回路７７ａに加えられる。
そして、このＡＮＤ回路７７ａの条件が成立すると、そ
のＡＮＤ回路７７ａから出力信号が発生されその出力信
号がＯＲ回路７８を経て蒸気加減弁急閉電磁弁４１ａに
加えられる。また上記ＡＮＤ回路７７ａからの出力信号
は前記ＯＲ回路７６ａにも加えられ、変化率条件はＯＲ
回路７６ａによってセルフホールドされる。

【００４０】しかして、負荷遮断時に発電機遮断器が開
くと、発電機電流はゼロとなり、タービン出力との偏差
ｑ_A及びその変化率も大きくなり、それぞれ所定値
α₁，β₁以上となり、ＡＮＤ回路７７ａの条件が成立
する。したがって、ＡＮＤ回路７７ａから出力信号が発
生され、その出力信号がＯＲ回路７８を経て蒸気加減弁
急閉電磁弁４１ａに加えられ、蒸気加減弁急閉電磁弁４
１ａが励磁され、蒸気加減弁３が急閉される。一方、上
記ＡＮＤ回路７７ａからの出力信号はＯＲ回路７９を経
てインターセプト弁急閉電磁弁４１ｂにも加えられ、そ
のインターセプト弁急閉電磁弁４１ｂの作動によってイ
ンターセプト弁７が急閉される。このようにして、負荷
遮断が発生すると、蒸気加減弁３及びインターセプト弁
７が急閉され、タービンのオーバースピードが防止され
る。

【００４１】一方、第２の保護回路では、前記タービン
出力信号７０と、負荷検出器４９の電圧トランス（Ｐ
Ｔ）信号と電流トランス（ＣＴ）信号から演算された負
荷信号８０とが減算器７２ｂで比較され、その偏差信号
ｑ_Bが微分器７３ｂに入力され、その偏差信号の変化率
が所定値β₂以上になると比較器７５ｂ及びＯＲ回路７
６ｂを経てＡＮＤ回路７７ｂに加えられるとともに、そ
の偏差信号ｑ_Bが所定値α₂以上になると比較器７４ｂ
を経てＡＮＤ回路７７ｂに加えられる。そして、上記Ａ
ＮＤ回路７７ｂのＡＮＤ条件が成立すると、そのＡＮＤ
回路７７ｂから出力信号が出力され、その出力信号がＡ
ＮＤ回路８１を経てＯＲ回路７９に加えられる。

【００４２】しかして、系統事故が発生すると、負荷が
ほぼゼロとなるので発電機負荷８０はゼロとなる。ター
ビン出力は系統事故の直後は直前の状態と同一であり、
これらの偏差ｑ_Bは大きくなり、変化率も大きいので、
それぞれ所定値α₂，β₂以上となり、ＡＮＤ回路７７
ｂの条件が成立する。したがって、ＡＮＤ回路７７ｂか
ら出力信号が発せられ、ＡＮＤ回路８１及びＯＲ回路７
９を経てインターセプト弁急閉電磁片４１ｂ及び低圧タ
ービンバイパス弁急開急閉装置５６に入力され、インタ
ーセプト弁７が急速に全閉され且低圧タービンバイパス
弁５５が急速に全開される。

【００４３】このようにして、系統事故発生時には発電
機電流７１は増えるので前記ｑ_Aは小さくなり、図３で
２点鎖線で示す部分Ｅは作動せず蒸気加減弁３は急閉し
ないが、インターセプト弁７が急閉するととともに低圧
タービンバイパス弁５５が急開し、高圧タービンから排
出された蒸気が復水器に排出されるので、タービンのオ
ーバースピードが防止される。

【００４４】ところで、系統事故時に系統遮断器がクリ
アミスした場合には、タービン出力と発電機負荷のアン
バランスが続き、蒸気タービンが慣性により加速され、
オーバースピードに至ることがある。そこで、前記ＡＮ
Ｄ回路７７ｂからの出力信号は限時作動リレー８２ａを
介してＯＲ回路７８に加えられている。

【００４５】したがって、クリアミスと判断される時刻
後、蒸気タービンのオーバースピードが１１０％を越え
ないようなタイミングに設定した一定時刻経過後もＡＮ
Ｄ回路７７ｂの出力が出続けている場合には、上記限時
作動リレー８２ａからの出力信号がＯＲ回路７８に加え
られ、その信号によって蒸気加減弁急閉電磁弁が励磁さ
れ、蒸気加減弁３が急閉される。

【００４６】前記ＡＮＤ回路７７ａからの出力信号は、
さらにＮＯＴ回路８３にも加えられており、そのＮＯＴ
回路８３の出力信号がＡＮＤ回路８４に入力されてい
る。そのＡＮＤ回路８４には前記ＡＮＤ回路７７ｂの出
力信号も入力されており、ＡＮＤ条件が成立すると、そ
の出力信号が限時作動リレー８５を作動させ、主蒸気止
め弁２及び中間止め弁６を急閉するようにしてある。し
かして、負荷遮断が行なわれておらずＡＮＤ回路７７ａ
からの出力信号が出ておらず、かつ系統事故によりＡＮ
Ｄ回路７７ｂから出力信号が発生されていると、ＡＮＤ
回路８４のＡＮＤ条件が成立し、その出力信号が限時作
動リレー８５に入力される。したがって、上記ＡＮＤ回
路７７ｂから限時作動リレー８５で設定された時間以上
継続して出力信号が発生されていると、すなわち系統事
故が所定時間継続している状態になると、限時作動リレ
ー８５が作動して主蒸気止め弁２及び中間止め弁６が急
閉され、タービントリップが発生され、蒸気タービン速
度が１２０％以下に抑えられる。なお、この場合蒸気タ
ービンの非常調速機が１１０〜１１１％で作動している
ため、上記ＡＮＤ回路８４及び限時作動リレー８５等は
二重保護用であって必ずしも設ける必要はない。

【００４７】一方、インターセプト弁全閉及び低圧ター
ビンバイパス弁全開はリミットスイッチ８６，８７によ
って検出され、両スイッチ８６，８７の検出信号がＡＮ
Ｄ回路８８を経て前記ＡＮＤ回路８１に加えられてい
る。したがって、インターセプト弁が全閉し、低圧ター
ビンバイパス弁が全開すると、インターセプト弁７の急
閉電磁弁４１ｂはリセットされディスクダンプ弁もリセ
ットされる。

【００４８】ところで、一般に系統事故は図４のように
考えることができる。すなわち、図４において９０は発
電機９を駆動する蒸気タービン、９１は無限大ブスであ
り、発電機９で発生した電力は２回線（インピーダンス
Ｌ₁，Ｌ₂）で無限大ブス９１に送電されている。この
状態で例えば１回線がＡ点で３相地絡を起したものと仮
定すると、この系統事故の検出によって系統遮断器Ｂが
開く。このようにして１回線が切り離され残りの１回線
で送電を続けるが、この時の負荷及び電流は図５の
（ａ）に示すようになる。すなわち、地絡事故の瞬間に
おいて負荷はほぼ零になり、故障回線のクリアと同時に
復帰して事故以前より大きくなる。その後は発電機９と
母線との相差角の関係でスイングしながら整定する（図
５の（ｂ））。これを乱調とも云うが、過渡安定度が悪
いと図５の（ｂ）で示すＣ又はＤのように相差角が最大
９０度を越えて脱調或は同期はずれを生ずることもあ
る。

【００４９】この相差角はタービン出力と負荷のアンバ
ランスによって加速トルクが働き、回転体の慣性によっ
て回転上昇又は下降する分だけ相差角が開く。一方、発
電機電流は事故直後においては事故前より増加し、故障
回線のクリア後に減少する。そしてこの後はスイングし
ながら整定する。

【００５０】そこで、系統事故発生と同時に、前述のよ
うに、タービンの加速トルクを減少させ蒸気タービンの
オーバースピードを抑えるとともに、図５の（ｂ）に示
す脱調Ｃを避けるためにインターセプト弁を急閉し、こ
の時高圧タービン出口から湿分分離器を経てインターセ
プト弁までの圧力が過大になることを回避するために、
低圧タービンバイパス弁を急開するが、それとともに、
図５の（ｂ）に示す脱調Ｄを防止する必要もある。

【００５１】この目的のために、インターセプト弁全閉
及び低圧タービンバイパス弁全開後のリセット状態がＮ
ＯＴ回路９２によって検出され、これがＡＮＤ回路９３
に加えられるとともに、前記ＡＮＤ回路８８からの出力
信号が瞬時動作限時復帰リレー９４を介してＡＮＤ回路
９３に加えられる。

【００５２】一方、負荷検出器４９の３相の各電流トラ
ンス信号毎に発電端の１乃至数サイクル当りの時間がト
リガー回路９５でトリガーされ、その間の回転数検出器
２０が検出する発電機軸心上の歯車歯数が計数回路９６
でカウントされる。このカウントされた数は記憶回路９
７で記憶されている前回の計数と比較され、その差が減
速側になった場合つまりその差が所定値α₃以下になる
と比較器９８から出力信号が出力し、この出力信号が前
記ＡＮＤ回路９３に入力される。

【００５３】したがって、上記計数の差がα₃以下すな
わち発電機の相差角が減速側にすべり込むと、比較器９
８からの出力信号がＡＮＤ回路９３に入力され、ＡＮＤ
回路９３の条件が成立し、そのＡＮＤ回路９３からの出
力信号が、ＡＮＤ回路１０５を経てインターセプト弁７
の急開電磁弁５４に出力されそのインターセプト弁急開
電磁弁５４が励磁されてインターセプト弁が急開される
とともに、ＯＲ回路９９及びＡＮＤ回路１００を経て低
圧タービンバイパス弁５５の急開急閉装置５６へ伝えら
れ、低圧タービンバイパス弁５５が急閉される。そして
上記低圧タービンバイパス弁５５が全閉するとリミット
スイッチ１０１が作動し、ＯＲ回路９９及びＡＮＤ回路
１００のセルフホールドが解除され、リセットされる。

【００５４】この時インターセプト弁７は比較器９８が
増速側に反転したら、ＡＮＤ回路９３が条件不成立とな
り出力はリセットし、インターセプト弁急開電磁弁５４
はリセットするため、インターセプト弁は途中開度であ
れば、その開度で止まり全開はしない（図５（ｃ）参
照）。

【００５５】また、予め系統事故発生前の状況（インピ
ーダンス等）によってインターセプト弁の開度設定が特
定できる場合には、可変設定器１０２による開度設定信
号と油圧シリンダの作動トランス３８の出力信号により
検出した位置信号の非線形フィードバック回路４０の出
力或は復調回路３９の出力との偏差を比較器１０３で比
較し、それが設定値以上になったことを検出してＮＯＴ
回路１０４を経てその信号をＡＮＤ回路１０５に加える
ことによって、インターセプト弁が所定設定開度になっ
たときＡＮＤ回路１０５の条件を不成立としてＡＮＤ回
路１０５からの出力を止め、インターセプト弁急開電磁
弁５４を無励磁にしてインターセプト弁を途中開度で止
めるようにしてもよい。

【００５６】ところで、系統事故後系統遮断器のクリア
時には、一般に発電機負荷は増加するが発電機電流が減
少する現象が起るという問題がある。この発電機電流が
減少する現象は系統側の特性であり、空中架線ケーブル
から超高圧地中埋設ケーブルの技術が進歩し、ケーブル
のキャパシタンスが増大したことや、系統遮断器と系統
ブス（母線）間に設けるリアクトルのインピーダンス等
との関連でこの発電機電流が減少する程度が変わる。

【００５７】一方、タービン出力は、タービン出力に比
例する特性を有する高圧タービンの出口圧力を検出する
のが従来の一般的な検出方法であるため、タービン出力
に対する発電機負荷の急激な減少によって系統事故を検
出しインターセプト弁を急閉し、低圧タービンバイパス
弁を急開する保護回路及び脱調防止装置の作動中でも、
タービン出力は高圧タービン及び中圧タービンを含む低
圧側タービンの出力の総和としてほぼ一定として検出さ
れる。

【００５８】しかして、前記第１実施例のように、ター
ビン出力と発電機電流の差の変化率が一定値以上でかつ
その差が一定値以上になったことによって負荷遮断を検
出し、蒸気加減弁及びインターセプト弁を急閉するもの
においては、系統遮断器のクリア時における上記発電機
電流の減少によって、その現象の程度によるが負荷遮断
とみなされて蒸気加減弁も急閉されてしまう恐れがあ
る。

【００５９】図６及び図７は、上述のように誤って負荷
遮断とみなされ蒸気加減弁が急閉されることを防止し得
るようにした本発明の他の実施例を示す図である。

【００６０】すなわち、図６に示すように、高圧タービ
ン４にはその第１段落の圧力を検出する圧力検出器４７
が設けられるとともに、各インターセプト弁７の下流側
にはインターセプト弁ボール圧力を検出する圧力検出器
１０７，１０８が設けられ、各圧力検出器４７，１０
７，１０８からの圧力信号がパワーロードアンバランス
回路５３に入力されている。

【００６１】パワーロードアンバランス回路５３には、
図７に示すように、各圧力検出器４７，１０７，１０８
で検出された圧力信号がそれぞれ乗算器１０９，１１
０，１１１に加えられ、そこで高圧タービン及び低圧側
各タービンのそれぞれの出力分担比率が乗ぜられ、その
後加算器１１２により合算され、その合算信号が蒸気タ
ービン出力信号７０とする演算処理装置が設けられてい
る。その他の点は図１或は図３に示す第１実施例と同一
である。

【００６２】そこで、系統事故が発生し第２の保護回路
が作動してインターセプト弁７が急閉されるとともに低
圧タービンバイパス弁５５が急開されている場合には、
低圧側のタービンには蒸気が流入しないため、蒸気ター
ビンの出力は高圧タービンだけから出力されることにな
る。すなわち、図７において乗算器１０９からの出力信
号のみがタービン出力信号７０となる。

【００６３】ところで、前記出力分担率は火力発電プラ
ントの高中低圧タービンの構成では高圧タービンで３０
％、中圧タービンで３０％、低圧タービンで４０％が一
般的であり、原子力発電プラントの高低圧タービンの構
成では高圧タービン４０％、低圧タービンで６０％が一
般的であるため、例えばプラントが全負荷運転中に系統
事故が発生し、インターセプト弁７が全閉した場合に
は、タービン出力信号は３０％或は４０％となる。した
がって、系統事故後系統遮断器のクリア時に発電機電流
が減少する現象が発生しても、第１の保護回路の作動条
件である［（タービン出力）−（発電機電流）］が一定
値以上（一般的には４０％以上）の条件が成立すること
は殆どなく、第１の保護回路が作動して蒸気加減弁の全
閉に至るようなことを大幅に減少させることができる。
また、インターセプト弁が全閉に至らない状態を想定し
た場合にも、第１の保護回路の作動条件をほぼ回避する
ことができる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、負荷遮断時には従来と同様に蒸気加減弁とインター
セプト弁を急閉して蒸気タービンのオーバースピードを
抑えるとともに、系統事故時にはインターセプト弁を急
閉し、蒸気タービン出力と負荷とのアンバランスを少な
くして増速側の脱調と蒸気タービンのオーバースピード
を抑え、さらに系統遮断器クリア後の発電機の相差角の
減少或は減速側の脱調を抑えるべくインターセプト弁を
途中開度まで急開するようにしたので、系統の安定度を
向上させることができる。またインターセプト弁の急閉
時に低圧タービンバイパス弁を急開して高圧タービン出
口から湿分分離器を経てインターセプト弁までの圧力上
昇を抑え、安全に系統事故時の運転を行なうことができ
る。このようにして、系統事故による蒸気加減弁の急閉
と原子炉スクラムを防ぎ、ユニット送電中のユニット全
数の共倒れを防ぎ、電力系統の過渡安定度を向上させる
ことができる。さらに各タービンの出力分担比率を乗じ
た出力信号を合算してタービン出力信号とする演算処理
装置を設けた場合には、系統事故後系統遮断器のクリア
時に起る発電機電流が減少する現象発生時においても、
蒸気加減弁が急閉してしまうようなことをかなりの部分
回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明制御装置の概略構成を示す系統図。

【図２】本発明の制御装置における油圧回路部の構成説
明図。

【図３】本発明におけるパワーロードアンバランス回路
の一実施例を示す図。

【図４】系統事故説明図。

【図５】本発明における作動説明図。

【図６】本発明の他の実施例の概略構成を示す図。

【図７】パワーロードアンバランス回路の他の実施例を
示す図。

【図８】従来の制御装置の概略構成を示す系統図。

【図９】従来装置における弁位置制御回路の説明図。

【図１０】従来装置における油圧サーボ回路図。

【図１１】従来装置におけるパワーロードアンバランス
回路を示す図。

【図１２】回転上昇時における加減弁とインターセプト
弁の動作説明図。

【符号の説明】

１蒸気発生器３蒸気加減弁４高圧タービン５湿分分離器７インターセプト弁８低圧タービン９発電機２０回転数検出装置２１速度制御回路２２負荷制御回路２３負荷設定器２４低値優先回路２５インターセプト弁位置制御回路２６圧力検出器２９蒸気加減弁位置制御回路４７，１０７，１０８圧力検出器４９負荷検出装置５３パワーロードアンバランス回路５４インターセプト弁急開電磁弁５５低圧タービンバイパス弁５６低圧タービンバイパス弁急開急閉装置１０９，１１０，１１１乗算器１１２加算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】系統事故をタービン出力に対する発電機負
荷の急激な減少によって検出し、その発電機負荷の急減
時にインターセプト弁を急閉するとともに低圧タービン
バイパス弁を急開し、その後発電機の相差角が減速側に
反転したとき、インターセプト弁を或設定開度又は相差
角が増速側に反転するまで急開させるとともに低圧ター
ビンバイパス弁を全閉に至るまで急閉することを特徴と
する、蒸気タービンの制御方法。
【請求項２】発電端の各相について１乃至数サイクル当
りの時間をトリガー回路でトリガーし、その間の発電機
回転数検出歯車の通過数を計数し、その直前の計数との
偏差によって相差角の変動を検知することを特徴とす
る、請求項１記載の蒸気タービンの制御方法。
【請求項３】タービン出力に対する発電機電流の急激な
減少によって負荷遮断を検出し、蒸気加減弁およびイン
ターセプト弁を急閉する第１の保護回路と、タービン出
力に対する発電機負荷の急激な減少によって系統事故を
検出しインターセプト弁を急閉し、低圧タービンバイパ
ス弁を急開する第２の保護回路と、発電機の相差角検出
装置と、その相差角検出装置によって検出された相差角
が減速側に反転したときインターセプト弁を所定設定開
度又は相差角が増速側に反転するまで急開させるととも
に低圧タービンバイパス弁を急速に全閉させる脱調防止
装置とを有することを特徴とする、蒸気タービンの制御
装置。
【請求項４】高圧タービン第１段落出口圧力とインター
セプト弁ボール圧力をそれぞれ検出する圧力検出器と、
各検出器による検出圧力信号にそれぞれ出力分担比率を
乗じて０から１００％出力に対応した高圧タービンと低
圧側タービンの出力信号とし、その各出力信号を合算し
てタービン出力信号とする演算処理装置を有することを
特徴とする、請求項３記載の蒸気タービンの制御装置。