JPH0637843B2 - タ−ビン制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は原子力発電所等におけるタービン制御装置に関
する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 第3図に原子力発電所のタービン制御系統図の一例を示
す。原子炉1から発生した蒸気は、主蒸気止め弁2と蒸気
加減弁(以下CVと略称する)3を通してタービン4に流入
し、仕事を終えた蒸気は復水器5に排気される。一方、
主蒸気止め弁2の手前からタービンバイパス弁(以下TBV
と略称する)6を通して復水器5に落とす蒸気ラインが設
けられる。そして、この制御系統図において、常時は主
蒸気止め弁2を全開にしてCV3とTBV6の弁開度を調節して
タービン入口蒸気圧力制御とタービン速度制御が行なわ
れるが、これらの制御のための実圧力と実速度を検出す
るために、主蒸気止め弁2の前には圧力検出器7が、ター
ビン軸には速度検出器8が取り付けられる。

第4図に従来のタービン制御装置を示す。タービンの速
度制御を行なうため、速度設定器9によって設定された
速度設定値V₁と、実速度V₂は加算器10に入力され、得ら
れる速度誤差V₃は係数器11に入力される。この係数器11
は速度誤差値に対してどのくらいの割合でCV開度を変化
させるかを決めるもので、一般に速度調定率と呼ばれて
いる。そして係数器11の出力V₄は速度制御指令値として
低値選択器12に入力される。

一方、圧力設定器13によって設定された圧力設定値V₅と
実圧力V₆は加算器14に入力され、得れらる圧力誤差V₇は
位相補償器15に入力される。この位相補償器15は圧力制
御を安定に行なうためと、圧力誤差に対してどのぐらい
の割合でCV開度を変化させるかを決めるためのものであ
る。そして、位相補償器15の出力V₈は圧力制御指令値と
して低値選択器12に入力される。

低値選択器12は、両者の入力値のうち低い方の信号を選
択してCV開度指令値V₉とし、この信号によりCV3の開度
調節が行なわれる。

また、圧力指令値V₈とCV開度指令値V₉は、加算器16に入
力されて両者の差V₁₀が係数器17に入力される。この係
数器17はTBV6に流し得る蒸気容量によって決定される。
すなわち、主蒸気止め弁2とCV3は原子炉から発生する定
格蒸気流量まで流すことができるが、TBV6は定格蒸気流
量の数10％(一般には25％)までしか流せないような設計
になっている。このため、この係数器17によってCV3とT
BV6の容量比の係数を乗じている。すなわちCV容量を100
％としてTBVが25％の場合にはこの係数器は と設定される。そして係数器17の出力V₁₁はTBV開度指令
値となってこの信号によりTBV6の開度調節が行なわれ
る。

以上のタービン制御装置において、発電機が系統に併入
されて系統と同期運転を行なっている場合には、圧力制
御指令値V₈よりも速度制御指令値V₄をわずか高くなるよ
うに速度設定器9を設定して圧力制御指令値V₈をCV開度
指令値V₉としてタービンが原子炉に追従する制御が行な
われる。すなわち、原子炉の再循環流量又は制御棒位置
を制御して原子炉の発生蒸気流量を変えると、タービン
入口蒸気圧力が変化するので、この圧力値を圧力制御機
能によって圧力を一定にするようにCV3を調節する。こ
れにより、タービンには、原子炉で発生した蒸気量をそ
のまま流入させることになり、タービン出力が制御され
る。したがって、このような圧力制御運転ではV₈とV₉が
等しい状態であるため、TBV開度指令値V₁₁は零でTBV6は
前閉となっている。

第5図に実速度に対する各部の動作特性を示す。実速度
がV_2-1のときには速度制御指令値はV_4-1で圧力制御指令
値V_8-1よりも大きいので圧力制御運転を行なっている。
そして、実速度がV_2-2まで上昇したときに、速度制御指
令値は、V_4-2で圧力制御指令値V_8-1と等しいので、CV開
度指定値V₉は一定のまま変化しない。しかしさらに実速
度が上昇すると速度制御指令値V₄の方が圧力制御指令値
V₈よりも低くなるためにこの時点から速度制御運転とな
ってCV開度指令値が実速度に比例して減少し始める。

同時にTBV開度指令値が開き始めるので、原子炉から発
生した蒸気流量と、CV3とTBV6に流れる蒸気流量の総和
とが等しく、タービン入口蒸気圧力には変化が生じな
い。従って、圧力制御指令値V₈は一定のままである。

そしてさらに実速度が上昇してV_2-3に達するとTBV開度
指令値が全開となる。さらに実速度が上昇するとCV3は
さらに閉め方向に変化するがTBV6はすでに全開となって
いるので、原子炉から発生した蒸気流量を放出する手段
がなくなる。このため、タービン入口蒸気圧力が急上昇
し、圧力制御指令値V₈も急上昇して蒸気圧力高により原
子炉がスクラムに至る。

この挙動は、送電線事故や揚水発電機トリップ等の負荷
脱落により系統周波数が上昇し、送電線再閉路するまで
の一時的な周波数上昇においても、この系統に接続され
ている原子力発電所の原子炉がスクラムとなり、大きな
電源脱落に発展する。特に、原子力発電所においては、
一旦電源が脱落すると、他の発電設備に比べて再び電源
を立ち上げるまで長時間を要する。

従って、近年の原子力発電量の締める割合が増大する中
で、上述のように一時的な負荷動揺によって電源が喪失
することは、極めて大きな問題となる。一方、これをさ
けるためにTBV6に流し得る蒸気容量を原子炉の定格蒸気
流量と等しくする方法が考えられるが、これらの設備を
設けるためには巨額な費用が必要となる。

［発明の目的］ 本発明は、TBVが全開を越えるような実速度の異常上昇
が生じたときにも、タービン発電機及び発電所内の設備
が許容し得る周波数までは、発電所を停止させないよう
にするとにより、発電所を安全かつ効率良く運転できる
タービン制御装置を提供することを目的とする。

［発明の概要］ このため本発明は、タービン実速度に対する速度制御指
令値を非線形とするための関数器を設け、実速度が上昇
してTBVが全開となるまでの速度までは実速度に比例し
た指令値として、これ以上の実速度上昇では指令値を一
定にしてTBVが全開となるCV開度を一定に保つことによ
りタービン入口蒸気圧力を一定に保つ。そして、さらに
タービン速度が上昇してタービン発電機及び発電所内の
設備が許容し得る値を越えたときには再び実速度に比例
してCVを閉め機器保護を優先させるように制御すること
を特徴としている。

［発明の実施例］ 以下、本発明の実施例を説明する。

第1図は本発明の一実施例に係るタービン制御装置の構
成図を示したものである。図中、前述した第4図と同一
符号は同一又は相当部分を示し、第4図の構成と異なる
点は、速度設定器9の速度設定値V₁と実速度V₂の速度誤
差V₃を算出する加算器10の後に関数器18を設けて、この
関数器18の出力を速度制御指令値V₄として低値選択器12
へ入力している点である。

この構成で、第2図に示すように、実速度V₂が上昇する
と、速度制御指令値V₄が減少し始め、実速度V_2-2で速度
制御指令値V_4-2と圧力制御指令値V_8-1が等しくなる。さ
らに実速度が上昇すると、速度制御指令値が圧力制御指
令値よりも低くなるので、CV開度指令値V₉が閉まり始
め、同時にTBV開度指令値V₁₁が開き始めるので、タービ
ン入口蒸気圧力は一定のままである。さらに実速度が上
昇してV_2-3に達すると、TBV開度指令値が全開となる。
さらに実速度が上昇したときには、速度制御指令値は一
定のままとし、CV開度指令値をV_4-3値以下に閉めないよ
うにする。このため、実速度が上昇してもタービン入口
蒸気圧力は一定のままである。

そして、さらに実速度が上昇してタービン発電機又は発
電所内設備の周波数許容限界値防止に達するV_2-5から
は、再び速度制御指令値V₄を閉め方向に変化させる。こ
の動作はCV開度一定で制御しているときに負荷しゃ断等
が発生して実速度がさらに上昇したときにタービンが過
速度とならないようにするための効果を持つ、CV3をこ
れ以上に閉めることによってタービン入口蒸気圧力が急
上昇して圧力高によって原子炉スラムとなるが、CV3は
実速度に比例して閉め実速度V_2-4でCVが全閉となる。

このようにして、本実施例では、実速度が異常上昇して
TBV6が全開となった後は、タービン発電機及び発電所内
設備が許容し得る上昇値までは、タービン入口蒸気圧力
を一定に保つことができるため、実速度異常上昇による
原子炉スクラムに達するまでの範囲が拡大され、発電所
運用幅が広がる。

一方、タービン発電機及び発電所内設備の許容限界を越
える付近からは、再びCV3を閉めるために、これら機器
への悪影響はない。

このように、本発明によるタービン制御装置は従来の制
御装置に関数器18を附加するだけで容易に実現すること
ができるので、原子炉の定格蒸気流量を流し得るような
TBV6や復水器の追加設備が不要となり、多額の設備投資
が不要となる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、実速度が異常に上昇して
もTBV全開値以降は暫くCVの開度を一定に維持し、ター
ビン入口蒸気圧力を一定に保つため、一時的な周波数上
昇からのタービン入口蒸気圧力高による無用な運転停止
を回避することができ、発電所を効率良く運用すること
ができるようになる。また、タービン発電機や発電所内
設備の許容限界を越える付近からは、再びCVを閉め始め
るため、発電所の安定性は確保される。

【図面の簡単な説明】

第1図は本発明の一実施例に係るタービン制御装置の構
成図、第2図は第1図のタービン速度特性図、第3図は一
般的なタービン制御系統図、第4図は従来のタービン制
御装置の構成図、第5図は従来のタービン速度特性図で
ある。 1……原子炉、2……主蒸気止め弁、3……蒸気加減弁(C
V)、4……タービン、5……復水器、6……タービンバイ
パス弁(TBV)、7……圧力検出器、8……速度検出器、9…
…速度設定器、10,14,16……加算器、11,17……係数
器、12……低値選択器、13……圧力設定器、15……位相
補償器、18……関数器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タービン速度とタービン入口蒸気圧力を蒸
   気加減弁とタービンバイパス弁によって制御するタービ
   ン制御装置において、タービン速度の設定値とタービン
   実速度とのタービン速度偏差を入力し、タービン速度が
   上昇してタービンバイパス弁が全開開度に達するまで
   は、前記タービン速度偏差の速度上昇分に比例して出力
   を減少し、前記全開開度を越える所定のタービン速度ま
   では出力を一定とし、さらにタービン速度が前記所定の
   タービン速度を越えて上昇したときにはタービン速度上
   昇分に比例して再び出力を減少する関数器を設け、速度
   制御運転時にはこの関数器の出力により前記蒸気加減弁
   開度を制御することを特徴とするタービン制御装置。