JPH06159008A - 蒸気タービン強制冷却装置の監視・保護および性能管理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蒸気タービン強制冷却装置および強制冷却時
のタービン主機の効果的な監視・保護と、使用条件変化
に伴う装置性能の変動を早期予測、または最適制御させ
ることが可能な精度の高い性能管理を行い得る装置を提
供することにある。 【構成】 蒸気タービン強制冷却装置およびタービン主
機に設置する多数の検出器１９〜３１により連続的に検
出された信号を計算機３２に取り込み、換算・演算・判
定処理を行い、ＣＲＴ３３へ状態値として出力・表示
し、さらにタービン主機および装置異常または冷却特性
偏差大となったときは、警報装置３８および制御装置４
３へ出力し、異常表示と保護制御または最適空気流量制
御を行うように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蒸気タービン強制冷却
装置の監視・保護および性能管理装置に係り、特に蒸気
タービン強制冷却装置および強制冷却時のタービン主機
の監視・保護を効果的に行うことと、季節等の使用条件
変化により変動する装置性能（タービン冷却特性）につ
いて、精度の高い予測または最適制御を行うために好適
なタービン強制冷却装置の監視・保護および性能管理装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】蒸気タービン強制冷却装置としては、特
公平３−４７２３号公報に記載の技術があるが、前掲公
報に記載の技術は蒸気タービン強制冷却装置の監視・保
護・性能管理装置に関する技術ではない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、蒸気タービン強
制冷却装置と強制冷却時のタービン主機の監視・保護
は、現場計器による定期的な監視と、異常発生時の装置
保護操作は現場での手動対応が主であり、信頼性および
保守性の面での配慮が不十分であった。特に蒸気タービ
ン強制冷却装置は、蒸気タービン発電設備の高圧部と接
続されており、各空気抽出止弁にて隔離し、止弁以降の
配管・弁、空気冷却器および真空ポンプは、設備コスト
の面より低圧設計としているため、万一の止弁誤操作ま
たはリーク発生時には、低圧系統に設置される大容量の
安全弁、または大気放出弁にて処理するようになってい
たが、その後リーク個所の元弁を閉じる隔離操作が手動
操作であり、対応が遅れた場合には装置の耐圧を超える
恐れがあった。

【０００４】次に、本装置使用時におけるタービン定期
点検、緊急停止点検等のタービン解放・点検スケジュー
ル上、最も重要となるタービン解放時期、すなわちター
ビン冷却特性に関する予測・精度に対しては何も配慮さ
れておらず、実績冷却時間を基準に管理されていた。

【０００５】実際には、季節により変化する冷却空気温
度（外気温度）、空気冷却器冷却水温度により冷却特性
が変動するため、実績値による管理では精度上無理があ
った。

【０００６】さらに、前記蒸気タービン強制冷却装置は
高圧タービンと中・低圧タービンを別々に強制的に冷却
するシステムとなっており、タービン停止条件によって
は高圧タービンおよび中圧タービンメタル温度が相違し
てくるため、各々の解放可能時期にアンバランスが生じ
てくる。しかも、冷却特性が早い場合、タービン寿命消
費、ラビング、ターニングトリップ等の問題が生じてく
るが、その場合の調整方法についても何も配慮されてい
なかった。

【０００７】本発明の目的は、タービン主機の監視・保
護と、蒸気タービン強制冷却装置の監視・保護および性
能に係る多数の状態値を計算機に取り込み、演算・換算
・判定処理を行った後、ＣＲＴへ出力して表示し、効果
的な装置監視と精度の高いタービン冷却特性および解放
時期の予測計算・表示を行い得る蒸気タービン強制冷却
装置の監視・保護および性能管理装置を提供することに
ある。

【０００８】また、本発明の目的は異常発生時には計算
機内部で判定処理した出力信号または検出器により直接
検出して出力された信号により警報表示および一連の装
置保護操作および最適空気流量制御を自動的に、かつ効
果的に行い得る蒸気タービン強制冷却装置の監視・保護
および性能管理装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

（１）監視 蒸気タービン強制冷却装置各系統の状態値とタービン主
機の各監視項目を連続的に検出し伝送可能な検出器と、
演算・換算・判定処理機能を有する計算機と、さらに諸
データを表示するＣＲＴとを設けることにより、装置お
よびタービン主機の効果的な監視を行うようにしてい
る。

【００１０】（２）保護 装置およびタービン主機の保護に係る各状態値の異常を
判定し伝送可能な検出器および計算機、さらに警報装置
および自動弁と組み合わせた制御装置を設けることによ
り、異常発生時の警報表示および一連の保護操作を自動
的に行うようにしている。

【００１１】（３）使用条件変化によるタービン解放時
期（冷却特性）の予測・表示 タービン冷却特性の変動要因となる各状態値を検出し伝
送可能な検出器と、演算・換算処理機能を有する計算機
と、諸データを表示するＣＲＴとを設けることにより、
使用条件変化に伴う冷却特性の変化を補正することがで
き、精度の高い予測・表示ができるようにしている。

【００１２】なお、冷却特性の変動要因となる状態値を
常時一定に保つことが可能な個所については、状態値を
常時一定にコントロールする制御装置を設けることによ
り、冷却特性の変動を抑えることが可能となり、精度の
高い冷却特性の予測ができる。

【００１３】（４）最適空気流量確保 高圧タービンと中圧タービンメタル温度およびタービン
主機の各監視項目を連続的に検出し伝送可能な検出器
と、演算・換算・判定機能を有する計算機と、自動弁と
組み合わせた制御装置とを設けることにより達成され
る。

【００１４】

【作用】

（１）監視 タービン強制冷却装置およびタービン主機の監視に係る
各状態値を連続的に検出し伝送可能な検出器により伝送
された信号を計算機に取り込み、演算・換算・判定処理
を行い、計算機出力信号をＣＲＴに表示することによ
り、集中した効果的な連続監視が可能となる。

【００１５】（２）保護 各状態値の移動値を計算機内部で判定処理し、または検
出器により直接検出し、その出力信号により警報表示お
よび一連の保護操作を自動的に行うことにより効果的な
装置保護が可能となる。

【００１６】（３）使用条件変化によるタービン解放時
期（冷却特性）の予測・表示 タービン冷却特性は、タービン内部の伝熱面積、メタル
比熱等の定数と、冷却空気量、冷却空気温度の変数とに
より算出・予測することが可能であり、冷却空気温度変
化による冷却特性の変動量は計算機内部で演算処理し、
変数となる冷却空気温度を検出し伝送可能な検出器によ
り計算機へ入力し、演算処理しＣＲＴへ出力することに
より、予測計算・表示が可能となる。

【００１７】一方、もう一つの変数である冷却空気量の
変動は、真空ポンプ入口空気温度により概ね決まってく
る。さらに真空ポンプ入口空気温度は、空気冷却器冷却
水流量と温度により変化する。

【００１８】したがって、真空ポンプ入口空気温度を常
時一定に保つよう空気冷却器の冷却水流量の流量調整弁
と温度コントローラを設けることにより、冷却水温度変
化による真空ポンプ入口空気温度変化および冷却空気量
の変動を抑えることができ、計算機内部の演算処理には
冷却空気量を定数として入力可能となる。

【００１９】さらに、タービン解放時期については、タ
ービン冷却開始時と解放時メタル温度を定数としメタル
温度変化幅を固定すれば、前記タービンメタル温度変化
率との関数により解放時期（冷却時間）の予測が可能と
なる。なお、蒸気タービン強制冷却装置の起動・停止条
件の判定に前記メタル温度条件を使用することにより、
計算精度の問題はなくなる。

【００２０】（４）最適空気流量確保 高圧タービンおよび中圧タービンメタル温度検出器から
の出力信号とタービン主機の各監視項目を計算機に入力
し、計算機内部で定期的に各々の実績メタル温度変化率
を算出し、各々の解放時期を比較判定し、規定値以上の
偏差が生じた場合にメタル温度変化率の大きい側の空気
流量調整弁の開度制御を自動的に行うようにすれば、高
圧タービンと中圧タービンの冷却特性のアンバランスを
防止することができる。

【００２１】さらに、一方ではタービン主機の各制限値
との判定処理を連続的または定期的に行い、その判定出
力により、空気流量調整弁を絞り込むよう開度制御を自
動的に行うようにすれば、タービン主機の各制限値を超
えることなく、最適な冷却特性を常時確保することがで
きる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。

【００２３】図１は本発明の実施例１の基本的系統図、
図２は実施例１の基本起動・停止を示すブロック図、図
３は従来の蒸気タービン強制冷却装置の基本的な系統図
である。

【００２４】理解を助けるため、先に図３により従来の
蒸気タービン強制冷却装置の構成と作用について説明す
る。

【００２５】冷却空気吸込口１より復水器２に冷却空気
を取り込み、一方は低圧タービン３を冷却した後に、中
圧タービン排気管４を経て中圧タービン５を冷却し、中
圧タービン蒸気止弁６より空気を抽出する系統構成とな
っている。もう一方では、高圧タービン排気管７を経て
高圧タービン８を冷却し、高圧タービン蒸気止弁９より
空気を抽出する系統構成となっている。さらに、各々抽
出された高温空気は、空気冷却器１０により規定温度ま
で冷却した後に、真空ポンプ１１により排気されるよう
になっている。

【００２６】次に、高圧タービン空気抽出止弁１２およ
び中圧タービン空気抽出止弁１３は、タービン発電プラ
ントが運転中に高圧・高温部となる主蒸気管１４および
再熱蒸気管１５と装置を隔離する目的で設置されてい
る。なお、前記空気抽出止弁を万一誤操作、またはリー
クした場合の装置耐圧上の保護のため、プラント運転中
は大気放出弁１６を常時開とし、蒸気リークの検知と装
置の圧力上昇を防止するようになっている。なお、リー
ク時の系統隔離のため、高圧タービン空気抽出元弁１７
と中圧タービン空気抽出元弁１８が設置されている。

【００２７】ついで、図１および図２により本発明の実
施例１を説明する。

【００２８】図１において蒸気タービン強制冷却装置に
設置する検出器は、高圧タービンメタル温度検出器１
９、中圧タービンメタル温度検出器２０、冷却空気温度
検出器２１、高圧タービン出口空気温度検出器２２、中
圧タービン出口空気温度検出器２３、真空ポンプ入口空
気温度検出器２４、空気冷却器冷却水入口温度検出器２
５、冷却水出口温度検出器２６、真空ポンプ入口圧力検
出器２７の温度・圧力関係の検出器と高圧タービン空気
抽出止弁リミットスイッチ２８、中圧タービン空気抽出
止弁リミットスイッチ２９、大気放出弁リミットスイッ
チ３０、空気冷却器冷却水入口弁リミットスイッチ３１
の各弁の開閉状態の検出器により構成されている。

【００２９】また、各検出器より連続的に検出伝送され
た出力信号を集中して計算機３２の換算部に取り込み、
状態値への換算処理を行い、ＣＲＴ３３に出力し表示す
るようになっている。表示内容は、本装置の概略系統図
の中に各状態値を表示した監視しやすい方式としてい
る。

【００３０】さらに、高圧タービンと中圧タービンメタ
ル温度および冷却空気温度の出力信号は、計算機３２の
演算部に取り込むものとし、本装置の起動信号によりタ
ービンメタル温度変化率計算、解放時間（冷却時間）計
算の予測計算を実施し、これもＣＲＴ３３に出力し表示
する。

【００３１】これらにより、本装置の起動指令と同時に
タービン解放時期を予知することができる。また、空気
冷却器冷却水入口には冷却水流量調整弁３４を設置し、
真空ポンプ入口空気温度コントローラ３５の制御信号に
より、真空ポンプ入口空気温度を常時一定に保つよう冷
却水流量を制御することができ、前記タービンメタル温
度変化率計算の精度向上を図るようにしている。空気冷
却器冷却水入口弁３６に設置されている小径のバイパス
管３７は、装置停止時、すなわち冷却水入口弁閉止時に
空気冷却器水室内の水が死水とならないよう常時微量通
水するものである。

【００３２】さらに、計算機出力信号の中で装置保護に
係る高・中圧タービン出口空気温度と高・中圧タービン
空気抽出止弁１２，１３、空気冷却器冷却水入口弁３６
および大気放出弁１６の開閉状態は、計算機３２の判定
部で規定温度との比較判定および装置停止の条件を判定
し、規定温度以上と本装置停止のアンド条件により、個
々の空気抽出止弁がリークと判断し、警報装置３８への
出力と高・中タービン個々の空気抽出元弁３９，４０へ
急閉信号を出力し、空気抽出元弁３９，４０を閉止させ
ることにより、リーク検知と装置耐圧上の保護を行う。

【００３３】真空ポンプ入口には、温度スイッチ４１を
設置し、装置運転中に空気冷却器の冷却水が喪失、また
は遮断した場合の真空ポンプ入口空気温度上昇を検知
し、出力信号により直接真空ポンプ空気入口弁４２の急
閉と真空ポンプの停止を連動して行い、真空ポンプ耐温
上の保護を行う。

【００３４】ついで、本装置の基本的な起動・停止につ
いて図２により説明する。

【００３５】本装置は、発電プラントの高圧・高温系統
と隣接するため、装置起動・停止時における高圧タービ
ン空気抽出止弁１２、中圧タービン空気抽出止弁１３、
大気放出弁１６および空気冷却器冷却水入口弁３６の切
替操作が装置の保護上重要であり、本装置の起動・停止
ブロックの中に各弁の開閉条件を起動許可条件、停止後
動作として考慮することで、各弁の誤操作を防止するこ
とができる。

【００３６】なお、各弁の開閉状態は、弁リミットスイ
ッチにより計算機３２を経てＣＲＴ３３に表示されるの
で、装置起動・停止時における弁開閉状態の集中した確
認もできる。

【００３７】さらに、起動許可条件に空気抽出配管の耐
用温度Ｘと高・中タービンメタル温度Ｙとの比較判定条
件、すなわちＸ＞Ｙを判定させ、本装置運転中は配管耐
用温度以上に抽出空気温度が上昇しないようにする。

【００３８】図４は本発明の実施例２の基本的系統図を
示し、実施例１の系統に最適空気流量制御を適用した例
である。

【００３９】図１に明記した高圧タービンメタル温度検
出器１９および中圧タービンメタル温度検出器２０にて
検出伝送される、過渡的な実績メタル温度変化を計算機
３２の演算部で定期的に回収し、各々のメタル温度変化
率計算およびタービン解放時間の計算をした後、計算機
３２の判定部で高圧タービン８と中圧タービン５の各々
のタービン解放時期Ｘ，Ｙの比較を行い、偏差が規定値
Ｚ以上となった際に各々の冷却特性がアンバランスと判
定し、解放時期が早い方の空気抽出止弁１２または１３
を絞り込むよう弁開度信号を出力し、高圧タービン８側
と中圧タービン５側のタービン解放時期が同一となるよ
う各々の冷却空気量を調整する。

【００４０】さらに、タービン主機の各監視項目を計算
機３２に取り込み、タービン主機制限値より冷却特性異
常を判定し、空気抽出元弁３９または４０を絞り込むよ
う弁開度信号を出力し、冷却特性を緩和することによ
り、タービン主機を保護することができる。

【００４１】したがって、高圧タービン空気抽出止弁１
２と中圧タービン空気抽出止弁１３は、系統を隔離する
機能と、冷却空気量を調整する機能とを持ち合わせてい
ることになる。

【００４２】図５は、実施例３の系統図を示し、実施例
１の計算機およびＣＲＴを、タービン発電プラントに設
置されるユニット計算機およびＣＲＴの中に組み込んだ
場合の例である。

【００４３】本装置は、タービン停止時に使用するた
め、使用頻度としては多くなく、本装置専用の計算機３
２およびＣＲＴ３３を設置することが経済性の面で不利
と考えられるが、タービン発電設備に設置されるユニッ
ト計算機およびＣＲＴの中に実施例１で述べた機能を組
み込み、共用化すれば経済性の問題は解決される。

【００４４】

【発明の効果】

（請求項１）蒸気タービン強制冷却装置の監視について
装置および系統に設置する多数の検出器から伝送された
出力信号を計算機に入力し換算処理を行い、装置および
系統の状態値としてＣＲＴへ出力し表示することによ
り、集中した効果的な装置監視が可能となる。

【００４５】また、計算機にて装置の起動・停止条件の
判定も行い、起動・停止時、弁切替の誤操作および起動
時装置耐温上の保護を行うことにより、装置およびター
ビン発電プラントとしての信頼性および保守性の向上と
省力化を図ることができる。

【００４６】（請求項２）蒸気タービン強制冷却装置の
各状態値の判定処理を計算機にて行い、警報出力および
一連の装置保護操作を自動的に行うことにより、装置の
信頼性の向上を図ることができる。

【００４７】（請求項３）蒸気タービン強制冷却装置性
能（冷却効果）に係る各状態値を計算機へ入力し演算処
理を行い、使用条件変化に伴う冷却特性およびタービン
解放の補正時期を算出し、ＣＲＴへ出力し表示すること
により、精度の高いタービン解放可能時期の早期予測が
でき、タービン発電プラント点検作業の効率向上を図る
ことができる。

【００４８】（請求項４）高圧タービンと中圧タービン
の実績メタル温度変化率およびタービン主機の監視項目
を計算機内部で定期的または連続的に回収し、各々のタ
ービン解放可能時期の演算処理および偏差判定処理とタ
ービン主機異常の判定処理を行い、規定値以上の偏差が
生じた場合に、各々の空気流量調整弁の開度制御を行
い、最適空気流量を確保することにより、高圧タービン
と中圧タービンの解放時期のアンバランス防止と急冷に
よるタービン主機の保護を行うことができ、冷却効率の
向上と信頼性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の基本系統図であり、系統お
よび装置監視・保護・性能管理装置の基本構成を示す図
である。

【図２】図１に示す実施例１の装置起動・停止ブロック
図であり、装置の基本動作を示す図である。

【図３】従来の蒸気タービン強制冷却装置の系統図であ
り、系統の基本構成を示す図である。

【図４】本発明の実施例２の系統図であり、実施例１の
系統に最適空気流量制御を適用した場合の基本構成を示
す図である。

【図５】本発明の実施例３の系統図であり、実施例１の
計算機およびＣＲＴをタービン発電プラントに設置され
ているユニット計算機、ＣＲＴと共用化した場合の基本
構成を示す図である。

【符号の説明】

１９〜２６…各部の温度検出器、２７…真空ポンプ入口
圧力検出器、２８〜３１…各部のリミットスイッチ、３
２…計算機、３３…ＣＲＴ、３４…冷却水流量調整弁、
３５…温度コントローラ、３６…空気冷却器冷却水入口
弁、３７…バイパス管、３８…警報装置、４１…温度ス
イッチ、４３…制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松 秀明 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸気タービンの停止後、タービンを強制
   的に冷却し、停止時間の短縮により早期タービン解放・
   点検を行う蒸気タービン強制冷却装置において、タービ
   ン主機の各制限値と装置の運用および性能に係る各状態
   値を検出する機器と、これらの機器により検出されかつ
   伝送された各信号を取り込み、演算・換算・判定処理を
   行う計算機と、計算機内部で処理されかつ出力された内
   容を装置の状態値として表示するＣＲＴとを備え、蒸気
   タービン強制冷却装置の効果的な運用監視と、装置の起
   動・停止条件の判定を行うように構成したことを特徴す
   る蒸気タービン強制冷却装置の監視・保護および性能管
   理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、蒸気ター
   ビン強制冷却装置およびタービン主機の各状態値が異常
   となった際には、計算機内部での判定出力信号、または
   検出器により直接検出して出力された信号により、警報
   出力および一連の装置保護操作および冷却特性制御操作
   を自動的に行う制御装置を設けたことを特徴とする蒸気
   タービン強制冷却装置の監視・保護および性能管理装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の装置において、蒸気ター
   ビン強制冷却装置性能に係る各状態値を基に、計算機内
   部でタービンメタル温度降下率計算およびタービン解放
   可能時期を算出し、タービンメタル降温特性とタービン
   解放時期の早期予測・表示を行うように構成したことを
   特徴とする蒸気タービン強制冷却装置の監視・保護およ
   び性能管理装置。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項３記載の装置にお
   いて、タービンメタル温度降下特性およびタービン主機
   の各制限値より、冷却空気流量の流量調整弁をフィード
   バック制御することにより最適冷却特性を確保するよう
   に構成したことを特徴とする蒸気タービン強制冷却装置
   の監視・保護および性能管理装置。