JPH059602B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、蒸気タービン発電設備における負
荷遮断時のオーバースピードを防止するための過
速防止装置に係り、特に負荷の瞬時的な短絡事故
と適正な負荷遮断とを識別して誤動作を防止する
タービン過速防止装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、蒸気タービンの回転数制御系として、第
３図に示すような油圧式回転数制御系が知られて
いる。すなわち、第３図において、参照符号１０
はボイラを示し、このボイラ１０で発生した蒸気
は加減弁用主サーボ１２を介して蒸気タービン１
４へ供給され、発電機１６を駆動する。前期蒸気
タービン１４の回転数は、回転数検出器１８で検
出され、得られた検出値は回転数設定器２０で設
定された設定値と比較される。この結果得られた
回転数偏差は、補助従動ピストン２２、パイロツ
ト弁補助サーボ２４、加減弁用従動ピストン２６
で増幅され、前記加減弁用主サーボ１２をフイー
ドバツク制御操作するよう構成される。すなわ
ち、蒸気タービン１４は、回転数偏差に応じて蒸
気流量が加減されるよう制御される。

そこで、このような状態において、蒸気タービ
ン１４が負荷遮断を行つた場合、蒸気タービン１
４の回転数が上昇するが、この時の回転数は許容
値内に収まるように厳密な制御が要求される。し
かるに、前述した従来の回転数制御系において
は、回転数が回転数設定器２０の値になるよう加
減弁用主サーボ１２を閉方向に操作するが、これ
は回転数が現に上昇した後に感知されて指令を発
生するため、その動作は遅延する。このため、回
転数の上昇値が許容値に収まらないことが起り得
る。

このような観点から、従来の回転数制御系にお
いては、過速防止装置が併用されている。すなわ
ち、この過速防止装置は、過速防止用電磁弁２８
と電磁弁操作回路３０とを備え、前記発電機１６
の出力ラインにそれぞれ計器用変圧器３２および
変流器３４を介して電力検出器３６を接続し、こ
の電力検出器３６で検出される発電機１６の出力
（有効電力）信号を電磁弁操作回路３０に入力し
て負荷遮断時のように発電機１６の出力が急減し
た際に過速防止用電磁弁２８を例えば１秒間だけ
開操作するよう構成する。この場合、過速防止用
電磁弁２８は回転数制御系の補助従動ピストン２
２の出力側において分岐した油圧回路に設けた通
常は閉状態にしておく。

従つて、前述したように、過速防止用電磁弁２
８を操作すると、従動ピストン２２の出口側の油
圧が急に低下し、この結果加減弁用主サーボ１２
は急激に閉状態となる。このように、負荷遮断の
際に電力が急減すると、電磁弁操作回路３０によ
り過速防止用電磁弁２８が瞬時に設定された時間
だけ開状態となるため、回転数制御系１８，２
０，２２の指令を待たずに加減弁用主サーボ１２
が閉となり、回転数の上昇が抑制される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このように構成される従来のタ
ービン発電機における回転数制御系には次のよう
な問題点がある。例えば、前述したタービン発電
機１６を含む系統の略図を示せば、第４図の通り
であるが、この場合タービン発電機１６は昇圧変
圧器３８を介して母線４０に接続され、さらにこ
の母線４０には前記タービン発電機１６と並列に
別電源４４が接続され、これらを並列運転して負
荷４２に対して給電するように系統が構成され
る。一般的に電力系統は、２次系の動揺の特性を
有することから、例えば第４図中のＳ点で短絡事
故等が発生した場合、系統の周波数や電力に周期
的な変動すなわち電力の増減を生ずる。このよう
な変動の大きさは、短絡事故の大きさに関係し、
タービン発電機１６の定格出力の40〜50％に達す
ることもある。また、この場合の変動の周期は、
電力系統の構成機器の設定数により決定される
が、一般に0.3〜３Hz程度である。

ここで、このような情況下における前記過速防
止装置の動作につき検討すれば、短絡事故発生後
に系統の周波数や電力が変動すると、タービン変
動機１６の出力が増加と減少を繰り返すことにな
る。そこで、前記過速防止回路は発電機１６の出
力の急減を検出し、その減少量が所定値を越えた
際に、過速防止用電磁弁２８を開操作し加減弁用
主サーボ１２を閉じる。この出力の急減は、微分
演算器を使用したり、タービン車室圧力（機械入
力）と発電機の電気出力（有効電力）との差から
検出するのが一般的であるが、いずれにしても出
力電力の急減を検出するため、過速防止装置は前
述したような短絡事故およびその後の周期変動中
における電力の降下を検出して動作する可能性が
ある。

しかるに、前述した状態は負荷遮断ではないた
め、タービン発電機１６が過速度になることはな
く過速防止装置が動作する必要はない。この場
合、加減弁用主サーボ１２を閉じることは、電力
系統に不要な外乱を与えることになり、例えば供
給障害等を惹き起し、系統の全停にまで到る難点
がある。この対策として、発電機遮断器（図示せ
ず）を開絡すことによつて過速防止装置が動作す
るよう設定することも可能であるが、この場合発
電機遮断器よりも遠方にある遮断器等により負荷
が遮断された際に、過速防止装置が動作せず、タ
ービン発電機１６が過速度に到り、好ましくな
い。

そこで、本発明の目的は、負荷の瞬時的な短絡
事故と適正な負荷遮断とを判別して、短絡事故時
の誤動作を防止し、電力系統に対して不要な外乱
を与えることなく、負荷遮断時にはタービンの過
速度を確実に防止することができるタービン過速
防止装置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係るタービン過速防止装置は、タービ
ン発電機の出力する有効電力が急速に減少したこ
とを検出して所定時間タービンの加減弁を閉操作
してタービンの過速を防止するよう構成したター
ビン過速防止装置において、発電機の有効電力の
急速な減少を検出する検出装置と、発電機の残留
出力が無くなつたことを検出する検出装置とを設
け、発電機の有効電力が急減すると共に残留出力
が零になつた場合にタービン過速防止制御を実行
するよう回路構成することを特徴とする。

前記のタービン過速防止装置において、発電機
の有効電力の急減を検出する検出装置の出力信号
と発電機の残留出旅が零になつたことを検出する
検出装置の出力信号とをそれぞれ入力するAND
回路を設け、このAND回路における入力信号の
AND条件が成立した際にタービンの入口蒸気制
御弁を閉操作するためAND回路の出力信号をタ
ービンの弁開度制御装置に送出するよう回路構成
することができる。

前記のタービン過速防止装置において、発電機
の有効電力の急減を検出する検出装置は、発電機
の有効電力を検出する電力検出器と、この電力検
出器の検出信号を入力して微分演算を行う演算回
路とから構成することができる。

また、前記のタービン過速防止装置において、
発電機の残留出力が零になつたことを検出する検
出装置は、整流器と、動作電流設定器を備えた電
流検出器とからなり、発電機の出力電流値が所定
値より低下した際に残留出力が零であることを判
定するよう回路構成することができる。

なお、前記のタービン過速防止装置において、
発電機の残留出力が零になつたことを検出する検
出装置は、高速度形の不足電流継電器で構成する
こともできる。

〔作用〕

本発明に係るタービン過速防止装置によれば、
蒸気タービン発電設備における発電機出力の増減
を監視してタービンのオーバースピードを防止す
る過速防止装置において、発電機の有効電力の減
少量が所定値に達したことを検出し、さらに発電
機の出力電流が所定値より低下したことを検出
し、これらの検出結果のAND条件が成立した際
に過速防止制御を実行することにより、負荷の瞬
時的な短絡事故と適正な負荷遮断とを確実に判別
することができ、短絡事故時の出力変動による過
速防止装置の誤動作を有効に防止すると共に、負
荷遮断時におけるタービンの過速度を有効に防止
することができる。

〔実施例〕

次に、本発明に係るタービン過速防止装置の実
施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に
説明する。

第１図は本発明過速防止装置の一実施例を示す
要部回路構成図である。なお、第３図に示す従来
の過速防止装置と同一の構成部分には同一の参照
符号を付してその詳細な説明は省略する。すなわ
ち、第１図において、蒸気タービン１４によつて
駆動される発電機１６の出力側に計器用変圧器３
２および変流器３４を介して電力検出器３６を接
続配置し、この電力検出器３６の出力端を演算回
路４６に接続する点は第３図に示す従来の過速防
止装置と同一である。そこで、本実施例において
は、前記演算回路４６の出力端をAND回路４８
の一方の入力端に接続する。また、発電機１６の
出力ラインに変流器５０および整流器５２を介し
て電流値検出器５４を接続し、この電流値検出器
５４の出力端を前記AND回路４８の他方の入力
端に接続する。そして、このAND回路４８の出
力端を前記蒸気タービン１４の入口蒸気制御弁５
６を制御操作する弁開度制御装置（図示せず）に
接続する。なお、前記電流値検出器５４は、一般
的なコンパレータで構成することができ、この電
流値検出器５４に電流の比較値を設定するための
動作電流設定器５８が接続配置される。また、発
電機１６の出力ラインは、変圧器６０および遮断
器６２を介して母線６４と接続し、またこれと並
列に変圧器６６を介して所内負荷６８を接続して
電力系統を構成する。

このように構成された過速防止装置において、
負荷遮断等によつて発電機１６の出力電力が減少
した際に、電力検出器３６によつてこれを検出
し、演算回路４６はこの検出値を入力して微分演
算を行い、電力の減少量が40〜50％以上に達しか
つその変化速度が規定値以内である場合にAND
回路４８に対して所定の信号を出力する。一方、
電流値検出器５４は発電機１６の出力電流を検出
し、この出力電流が動作電流設定器５８の設定値
より低下した際にAND回路４８に達して所定の
信号を出力する。そこで、AND回路４８は、こ
れらの入力信号によるAND条件が成立した際に、
タービン１４の入口蒸気制御弁５６に対して閉操
作信号を出力する。

前述した本実施例過速防止装置の動作条件を略
示すれば、第２図に示す通りである。すなわち、
電力検出器３６および演算回路４６は、通常40〜
50％の電力降下が生じた際に動作するよう設定さ
れる。このため、例えば負荷の瞬時的な短絡事故
が発生し、その後の出力動揺による電力降下幅が
40〜50％に達した場合、電力検出器３６および演
算回路４６はこれを検出してAND回路４８に対
して信号を出力する〔第２図の入力信号Ａ参照〕。
ところが、過速防止制御を実行する必要があるの
は、出力が略零となつた状態であるのに対し、短
絡時の電力動揺においては、至近端の短絡でない
限り出力が零になることはないので、このような
場合に加速防止装置が動作する必要はない。そこ
で、本実施例においては、電流検出器５４により
発電機１６の出力電流を監視して残留出力の有無
を判別し、出力電流が動作電流設定器５８により
設定された所定値より低下した際に前記AND回
路４８に対して信号を出力する〔第２図の入力信
号Ｂ参照〕。従つてAND回路４８は、前述した２
つのAND条件が成立した場合のみに信号を出力
して過速防止制御を実行するので〔第２図の出力
信号Ｃ参照〕、誤動作を防止することができる。
また、至近端の短絡事故に際しても、有効電力は
減少する短絡電流が流れているため、電流値検出
器５４の検出値は動作電流設定器５８の設定値よ
り低下することはなく、AND回路４８のAND条
件は不成立となり、過速防止装置が誤動作するこ
とはない。

この場合、発電機１６の残留出力電流は、負荷
遮断時においても完全に零にはならず、所内負荷
６８を介して若干の電流が通流する。そのため、
動作電流設定器５８の設定値は所定負荷電流より
も若干大きく設定する必要があり、例えば次式に
示すように設定するのが好適である。

（電流変動時の電流の下限値）＞（動作電流設定器
５８の設定値）＞（所内負荷６８の電流） ここで、電力変動時の出力電流の下限値は予測す
るのが困難であるが、一般に動作電流設定器５８
の設定値は、所内負荷電流の５割増し程度、すな
わち発電機１６の定格電流の20〜30％とするのが
好適である。

このようにして、本実施例の過速防止装置によ
れば、短絡事故後の電力変動による電力降下幅が
40〜50％に達しても、発電機１６の出力電流が定
格電流の20％以下まで降下することはないので、
第２図に示す入力信号Ｂの条件が成立せず、従つ
てタービン１４の入口蒸気制御弁５６が誤動作さ
れることはない。一方、負荷遮断時においては、
発電機１６の出力電流が所内負荷電流値まで降下
するので、第２図に示す入力信号ＡおよびＢの条
件が共に成立し、入口蒸気制御弁５６が閉操作さ
れ過速防止制御が実行される。

なお、本実施例において、発電機１６の出力の
増減の検出手段として、電力検出器３６の出力信
号を演算回路４６に入力して微分演算するよう構
成したが、これに限定されることなく、例えばタ
ービン車室内の蒸気圧力と発電機１６の有効電力
とを比較して、その偏差から出力の増減を検出す
るよう回路構成することもできる。また、整流器
５２、電流値検出器５４および動作電流設定器５
８の代わりに高速度形の不足電流継電器を適用す
ることもできる。

〔発明の効果〕

前述した実施例から明らかなように、本発明に
よれば、蒸気タービン発電設備における発電機出
力の増減を監視してタービンのオーバースピード
を防止する過速防止装置において、発電機の有効
電力の有無を監視することによつて、負荷の瞬時
的な短絡事故と適正な負荷遮断とを確実に判別
し、短絡事故時の出力変動による過速防止装置の
誤動作を有効に防止することができる。従つて、
簡単な回路構成で、電力系統に不要な外乱を与え
ることなく、負荷遮断時におけるタービンの過速
度を確実に防止することができ、この種過速防止
装置の性能の向上を図ると共にこれを低コストに
実現することができる。

以上、本発明の好適な実施例につき説明したが
本発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の
設計変更をなし得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るタービン過速防止装置の
一実施例を示すブロツク回路図、第２図は第１図
に示す回路の動作条件を示す論理説明図、第３図
は従来のタービン過速防止装置のブロツク回路
図、第４図はタービン発電機と他の電力系統との
接続例を示す系統説明図である。 １０……ボイラ、１２……加減弁用サーボ、１
４……蒸気タービン、１６……発電機、１８……
回転数検出器、２０……回転数設定器、２２……
補助従動ピストン、２４……パイロツト弁補助サ
ーボ、２６……加減弁用従動ピストン、２８……
過速防止用電磁弁、３０……電磁弁操作回路、３
２……計器用変圧器、３４，５０……変流器、３
６……電力検出器、３８，６０，６８……昇圧変
圧器、４０，６４……母線、４２，６８……負
荷、４４……電源、４６……演算回路、４８……
AND回路、５２……整流器、５４……電流値検
出器、５６……入口蒸気制御弁、５８……動作電
流設定器、６２……遮断器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タービン発電機の出力する有効電力が急速に
   減少したことを検出して所定時間タービンの加減
   弁を閉操作してタービンの過速を防止するよう構
   成したタービン過速防止装置において、発電機の
   有効電力の急速な減少を検出する検出装置と、発
   電機の残留出力が無くなつたことを検出する検出
   装置とを設け、発電機の有効電力が急減すると共
   に残留出力が零になつた場合にタービン過速防止
   制御を実行するよう回路構成することを特徴とす
   るタービン過速防止装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のタービン過速防
   止装置において、発電機の有効電力の急減を検出
   する検出装置の出力信号と発電機の残留出力が零
   になつたことを検出する検出装置の出力信号とを
   それぞれ入力するAND回路を設け、このAND回
   路における入力信号のAND条件が成立した際に
   タービンの入口蒸気制御弁を閉操作するため
   AND回路の出力信号をタービンの弁開度制御装
   置に送出するよう回路構成してなるタービン過速
   防止装置。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載のタ
   ービン過速防止装置において、発電機の有効電力
   の急減を検出する検出装置は、発電機の有効電力
   を検出する電力検出器と、この電力検出器の検出
   信号を入力して微分演算を行う演算回路とから構
   成してなるタービン過速防止装置。 ４ 特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか
   に記載のタービン過速防止装置において、発電機
   の残留出力が零になつたことを検出する検出装置
   は、整流器と、動作電流設定器を備えた電流検出
   器とからなり、発電機の出力電流値が所定値より
   低下した際に残留出力が零であることを判定する
   よう回路構成してなるタービン過速防止装置。 ５ 特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか
   に記載のタービン過速防止装置において、発電機
   の残留出力が零になつたことを検出する検出装置
   は、高速度形の不足電流継電器で構成してなるタ
   ービン過速防止装置。