JPH0639889B2 - 蒸気タ−ビン速度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は蒸気タービン速度制御装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に、沸騰水型原子力プラントのような蒸気タービン
プラントにおいては、蒸気タービンに直結されている発
電機が遮断器を介して電気的に電力系統と直結されてい
る。したがって、電力系統に周波数変動が発生すると、
発電機の回転速度はこれに引込まれて変動する。

すなわち、電力系統内に送電線事故等の故障が発生した
ような場合には、電力系統に連結されている発電機群の
トータル発電量とユーザの電力使用量とのバランスが崩
れ、周波数変動が発生し、電気的に電力系統に直結され
ている発電機の回転速度の変動を招く。したがって、こ
の回転速度の変動に応じて蒸気タービン速度制御装置が
作動して蒸気加減弁の開度が制御され、蒸気タービンへ
の蒸気流入量が制御される。その結果、原子炉で発生す
る蒸気が円滑に消費されなくなり、原子炉の圧力が変動
する。

ところが、この原子炉の圧力変動は、沸騰水型原子炉に
とっては炉出力の変動をもたらすことになり好ましくな
い。特に、圧力が上昇すれば炉出力が上昇して、制限値
を越えると原子炉の運転が自動停止し、発電所の運転が
停止されることになる。

そこで、従来は主蒸気導管の途中から主蒸気の一部をタ
ービンをバイパスさせて復水器に導くためのバイパス導
管を、主蒸気導管から分岐させることが行なわれてい
る。

すなわち、第６図は原子力タービンプラントの概略系統
図であって、原子炉１１で発生した蒸気は主蒸気導管１
２を通り、蒸気加減弁１３でその流量を制御されながら
蒸気タービン１４に導かれ、蒸気タービン１４の回転に
供される。そして、この蒸気タービン１４に直結された
発電機１５が駆動され、そこで発電された電力は遮断器
１６を介して電力系統へ送り出される。一方、蒸気ター
ビン１４で仕事を行なった蒸気は復水器１７に送られ、
そこで復水せしめられる。

また、主蒸気導管１２にはバイパス弁１８を有するバイ
パス導管１９が蒸気加減弁１３の上流側から分岐導出さ
れており、必要に応じて主蒸気の一部を蒸気タービン１
４をバイパスして復水器１７に導くように形成されてい
る。

一方、電力系統への遮断器１６の出口部には、電力系統
周波数を測定する周波数検出器２０が設けられ、この周
波数検出器２０で検出された周波数信号２０ａが比較器
２１に入力され、そこで予め設定された周波数設定値と
比較される。そして周波数信号２０ａが周波数設定値を
越えた場合に比較器２１は出力信号２１ａを加算器２２
に発する。この加算器２２は出力信号２１ａと負荷設定
器２３の出力信号２３ａとの偏差信号２２ａを出力して
再循環ポンプ２４を減速させ、原子炉１１の出力を減
じ、発生蒸気量を減ずるように形成されている。この負
荷設定器２３の設定値は、系統周波数の微小な変化によ
るプラントへの外乱を除去する目的を有するものであ
り、通常、要求される負荷設定値より１０％高い値が設
定されており、この上乗せ分を負荷設定バイアスと呼
ぶ。さらに、蒸気加減弁１３は、タービン実速度と設定
速度との偏差が一定範囲に納まるように蒸気タービン速
度制御装置によってその開度が制御され、蒸気タービン
１４の蒸気流入量が調整される。また、蒸気加減弁１３
の閉方向の制御に対応して、バイパス弁１８が開方向に
制御され、余剰蒸気が復水器１７に導かれる。

ところが、一般にバイパス弁１８で流せる蒸気容量は、
蒸気加減弁１３の容量１００％に対し２５％程度であ
る。そのため、電力系統の周波数が大きく上昇するよう
な場合において、回転速度の上昇を防止するために蒸気
加減弁１３の開度を大幅に絞るとき、蒸気加減弁１３の
絞り込み量が２５％以内であれば、２５％容量をもつバ
イパス弁１８によって余剰蒸気を吸収することができ
て、原子炉圧力の上昇を防止することができる。しか
し、蒸気加減弁１３が２５％以上絞り込まれるような周
波数上昇が発生すれば、蒸気加減弁１３がバイパス弁１
８の容量以上に絞り込まれ、原子炉圧力の上昇を引き起
し、原子炉出力の上昇により原子炉１１が自動停止して
しまう等の問題がある。

周波数の上昇量と蒸気加減弁１３の絞り込み量は、蒸気
タービン速度制御装置における速度調定率により決ま
り、現状では速度調定量は５％としてある。すなわち、
タービン実速度が５％上昇すると、蒸気加減弁１３が１
００％絞り込まれることになっており、タービン実速度
の５％上昇は、５０Ｈｚに換算すると５２．５Ｈｚにな
る。第７図は速度調定率５％での周波数と蒸気加減弁開
度との関係を示す図であり、ここでバイパス弁１８によ
る吸収可能な周波数の上昇限界を求めると、前述の負荷
設定バイアス１０％を考慮し、５０．８７５Ｈｚとな
る。

一方、一般的に電力系統の故障では、最大１．５Ｈｚの
周波数上昇を考えておく必要がある。したがって、現状
のバイパス弁１８の容量では不足することになるが、こ
のバイパス弁１８の容量を増すことは大幅な設備増とな
り、プラント建設コストの上昇を伴い現実的でない。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、
現状のバイパス弁を用いながら、原子炉出力制御装置の
加減弁開度要求信号に対し一定の開度制限を設けること
により、電力系統の周波数が５１．５Ｈｚ程度まで上昇
しても、原子炉を停止することなく連続運転ができるよ
うにした蒸気タービン速度制御装置を提供することを目
的とする。

〔発明の概要〕

本発明の蒸気タービン制御装置は、入力されたタービン
速度偏差信号の変化を負荷設定値に関連して補正しター
ビン調速器出力信号として出力するタービン調速器と、
負荷設定信号を出力する負荷設定器と、タービン調速器
出力信号と負荷設定信号との偏差を求めて速度要求信号
を出力する加算器と、速度要求信号の内容がバイパス弁
の容量で吸収できる量の蒸気加減弁開度要求信号に相当
する値とその値より一定量だけ大きな蒸気加減弁開度要
求信号に相当する値の範囲内である場合に、蒸気加減弁
の開度を原子炉の連続運転可能な範囲内でほぼ一定に保
持する内容の運転信号を出力する出力制限器とをもって
形成したことを特徴とするものであり、前記範囲にわた
ってはバイパス弁全開の状態で蒸気加減弁の絞り込みを
行なわないようにして、プラント停止がみだりに発生し
ないようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図から第５図について説明
する。

第１図から第４図は本発明の一実施例を示し、第１図は
全体のブロック図である。

第１図中、符号２５は速度設定器であり、速度設定信号
２５ａを加算器２６へ出力するように形成されている。
この加算器２６は速度設定信号２５ａと蒸気タービンの
実速度信号ａとを比較し、その偏差信号であるタービン
速度偏差信号２６ａをタービン調速器２７に出力するよ
うに形成されている。このタービン調速器２７は、ター
ビン速度偏差信号２６ａの５％の変化が負荷設定値の１
００％の変化に対応するような速度調定率をもって補正
して、タービン調速器出力信号２７ａとして加算器２８
へ出力されるように形成されている。この加算器２８は
タービン調速器出力信号２７ａと、負荷設定器２９の負
荷設定信号２９ａとを加算して速度要求信号２８ａとし
て、出力制限器３０へ出力するように形成されている。
この出力制限器３０には制限条件の設定用信号としてタ
ービン速度偏差信号２６ａが入力されており、このター
ビン速度偏差信号２６ａの変化、つまり系統周波数の変
化に従って、速度要求信号２８ａに制限が加えられた補
正速度要求信号３０ａが運転信号として出力制限器３０
から出力されるように形成されている。この補正速度要
求信号３０ａは低値優先回路３１に入力される。この低
値優先回路３１には、原子炉１１の圧力を一定に制御す
るための圧力制御器３２から出力される圧力要求信号３
２ａも入力されている。この低値優先回路３１は前記２
つの信号３０ａ，３２ａのうち低値信号を蒸気加減弁１
３に対する加減弁開度要求信号３１ａとして出力するよ
うに形成されている。この信号３１ａによって蒸気加減
弁１３の開度が制御される。また、圧力制御器３２から
出力された圧力要求信号３２ａは加算器３３にも加えら
れている。この加算器３３は圧力要求信号３２ａと加減
弁要求信号３１ａとを比較して、その偏差信号をバイパ
ス弁開度要求信号３３ａとして出力するように形成され
ている。このバイパス弁開度要求信号３３ａによってバ
イパス弁１８の開度が制御される。

そして、出力制限器３０には、第２図に示すような、特
性が与えられており、その動作は、次のようになる。

すなわち、先ず、周波数偏差が−２．５Ｈｚ〜±０Ｈｚ
の間、すなわち、出力制限器３０の制限条件となる、タ
ービン速度偏差信号２６ａが＋５％〜０％となる間は、
出力制限器３０の補正速度要求信号３０ａの値は１００
％に一定保持される。これにより蒸気加減弁１３および
バイパス弁１８は定格運転状態のまま変化しない。

次に、周波数偏差が±０Ｈｚ〜＋０．８７５Ｈｚの間
（第３図参照）、すなわち、出力制限器３０の制限条件
となるタービン速度偏差信号２６ａが０％〜−１．７５
％となる間は、出力制限器３０の補正速度要求信号３０
ａの値が１００％から７５％まで線形的に変化する。従
って系統周波数の上昇偏差が＋０．８７５Ｈｚに至るま
では、その上昇偏差に合わせて、タービン調速器２７の
速度調定率（５％の偏差を負荷設定値の１００％に補正
する）に従って、蒸気加減弁１３は絞り込まれ、同時に
バイパス弁１８は蒸気加減弁１３が絞り込まれた分だけ
開放される。この周波数偏差＋０．８７５Ｈｚは、バイ
パス弁１８の開度に換算すると２５％になる。この値は
次のようにして求められる。すなわち、周波数偏差０．
８７５Ｈｚは、定常設定周波数５０Ｈｚの１．７５％に
なり、これは前記速度調定率により負荷設定値に換算す
ると、負荷設定値の３５％に当る事になるが、通常負荷
設定値には、前述のように±１０％の負荷設定バイアス
が加えられているので、この値を引くと負荷設定値２５
％に相当する事になる。これにより周波数偏差＋０．８
７５Ｈｚは蒸気加減弁開度要求として７５％になり、バ
イパス弁１８への開度要求しては、定格運転時の蒸気加
減弁開度要求値１００％と前記蒸気加減弁開度要求７５
％の差である２５％開度の要求が出る事になる。

更に、周波数偏差±０．８７５Ｈｚ〜＋１．５Ｈｚの
間、すなわち出力制限器３０の制限条件となるタービン
速度偏差信号２６ａが−１．７５％〜−３％となる間
は、出力制限器３０の補正速度要求信号３０ａの値は、
７５％に一定保持される。従って、この間は蒸気加減弁
１３およびバイパス弁１８共に前述の周波数偏差±０．
８７５Ｈｚの状態に保持される事になる。

最後に周波数偏差±１．５Ｈｚ〜＋２．５Ｈｚの間、す
なわち、出力制限器３０の制限条件となるタービン速度
偏差信号２６ａが、−３％〜−５％となる間は、出力制
限器３０の補正速度要求信号３０ａの値が、７５％から
０％まで線形的に変化する。従って、蒸気加減弁１３は
周波数偏差の上昇に伴い、７５％開度から更に絞り込ま
れるが、バイパス弁１８の放出容量は２５％が上限であ
るので、余剰蒸気の放出が出来ず、原子炉圧力が上昇
し、これにより中性子束がスクラム設定値に至った時点
でプラントは停止することになる。

第４図は、本発明装置における系統周波数上昇時におけ
る蒸気加減弁等の過度応答説明図であって、同図（ａ）
は電力系統の周波数、（ｂ）は蒸気加減弁およびバイパ
ス弁の開度、（ｃ）の原子炉出力のそれぞれの時間変化
を示す。

第４図（ａ）に示すように、周波数がその設定周波数５
０Ｈｚから２秒で５１．５Ｈｚまで上昇し、３秒間で５
１．５Ｈｚを維持して、その後５秒時点でさらに上昇し
たとすると、周波数上昇にともないタービン実速度が上
昇し速度要求信号２８ａが小さくなり、圧力要求信号３
２ａはほぼ一定で１００％を保っているため、低値優先
回路３１を経て速度要求信号２８ａが加減弁開度要求信
号３１ａとなり、第４図（ｂ）に示すように、蒸気加減
弁は徐々に閉ってくる。そして、周波数が５０．８７５
Ｈｚに達した時点で蒸気加減弁１３は２５％絞り込んだ
状態となる。反対にバイパス弁１８は蒸気加減弁１３の
絞り込み量に対応して開き、バイパス弁１８の容量が蒸
気加減弁１３の容量の２５％であることから、蒸気加減
弁１３が２５％絞り込んだ時点で全開となる。

そこで、さらに周波数が上昇すると、従来の装置におい
ては、第４図（ｂ）の点線で示すように蒸気加減弁１３
はさらに絞り込まれ、これに対しバイパス弁１８はすで
に全開となっているため、第４図（ｃ）の点線で示すよ
うに原子炉出力が増え、やがてスクラム設定値を越え、
原子炉１１は自動停止に至る。

しかしながら、本発明においては第２図に示すような特
性を有する出力制限器３０が制御回路に設けられている
ので、５０．８７５〜５１．５Ｈｚの間では蒸気加減弁
１３の開度は７５％開度の状態で保持され、電力系統の
周波数が５０Ｈｚへ回復することを待つことになる。す
なわちこの期間内において、通常再循環ポンプ２４の減
速効果を発揮されて、原子炉１１の出力上昇が抑えら
れ、周波数上昇は数秒で納まるため、原子炉１１は自動
停止に至ることが防止される。

また、万一、第４図（ａ）に示すように５秒時点以上で
の周波数がさらに上昇した場合には、蒸気加減弁１３が
閉方向に作動され、第４図（ｃ）に示すように原子炉出
力が上昇して原子炉１１は自動停止することになる。し
かしながら、これは大幅な系統周波数の上昇を抑制する
ために設置されている系統安定化装置が正常に作動しな
い場合であり、原子炉１１が停止することは止むを得な
い。

第５図は、本発明の他の実施例を示すブロック図であ
る。

本実施例においては、タービン調速器出力信号２７ａと
負荷設定器２９の負荷設定信号２９ａとを加減器２８で
加算し速度要求信号２８ａを求めるまでの構成は前記と
同一であり、それ以降は次のように構成されている。す
なわち、出力制限器３０と低値優先回路３１との配置を
前後に入れ換えて、出力制限器３０への入力信号を低値
優先回路３１の加減弁開度要求信号３１ａとして形成さ
れている。従って、速度要求信号２８ａは低値優先回路
３１に入力される。この低値優先回路３１には、原子炉
１１の圧力を一定に制御するための圧力制御器３２から
出力される圧力要求信号３２ａも入力されており、ここ
で前記２つの信号２８ａ，３２ａのうちの低値信号が蒸
気加減弁１３に対する加減弁開度要求信号３１ａとして
出力され、この加減弁開度要求信号３１ａは、出力制限
器３０に入力される。この出力制限器３０には、制限条
件の設定用信号として、タービン速度偏差信号２６ａが
入力されている。このタービン速度偏差信号２６ａの変
化つまり、系統周波数の変化に従って、加減弁開度要求
信号３１ａに制限が加えられ、補正加減弁開度要求信号
３０ｂからなる運転信号が出力制限器３０より出力さ
れ、この信号３０ｂによって蒸気加減弁１３の開度が制
御される。

一方、圧力制御器３２から出力された圧力要求信号３２
ａは加算器３３にも加えられており、そこで加減弁要求
信号３１ａと比較され、その偏差信号がバイパス弁開度
要求信号３３ａとして出力され、そのバイパス弁開度要
求信号３３ａによってバイパス弁１８の開度が制御され
る。

この出力制限器３０の特性は、前記実施例の場合と全く
同じであり、その動作も同様のものである。

前記実施例と本実施例の相違点は、出力制限器３０の設
定位置が異なる点である。前記実施例の場合には、蒸気
加減弁１３とバイパス弁１８の双方に対する開度要求信
号に対し、出力制限器３０により開度制限を行なってい
るが、本実施例の場合には、前記開度制限を蒸気加減弁
１３のみに対し行なう事となる。しかしながら、本実施
例においては、バイパス弁開度は最大開度の状態である
ので、特に開度制限を設けなくとも前記実施例の場合と
同様にして蒸気タービン１４の運転を制御することがで
きる。

なお、第５図の実施例において、バイパス弁１８をも出
力制限器３０によって開閉制御するために、加算器３３
への一方の入力信号を低値優先回路３１の加減弁開度要
求信号３１ａに代えて、出力制限器３０の補正加減弁開
度要求信号３０ｂとしてもよい。

また、前記各実施例における出力制限器３０は、系統周
波数の変動時にのみ動作するものであるから、通常運転
は従来と同様に適正に行なわれる。

〔考案の効果〕

このように本発明の蒸気タービン速度制御装置は構成さ
れ作用するので、電力系統の周波数上昇時に、２５％容
量のバイパス弁を有する蒸気タービンプラントにおいて
も、そのバイパス弁の容量で吸収可能な範囲を越えた周
波数上昇に対して直ちにプラント停止に至るようなこと
が防止され、通常の電力系統に事故発生時に生ずる周波
数上昇程度では、プラントの停止は発生せず、バイパス
弁全開の状態で周波数の回復を待ちながら、プラントの
連続運転を行なうことができ、プラントの稼働率を向上
させることができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図は本発明の蒸気タービン速度制御装置
の一実施例を示し、第１図は全体を示すブロック図、第
２図は出力制限器の特性を示す図、第３図は本実施例の
周波数変化と加減弁開度の関係を示す図、第４図
（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ周波数上昇時におけ
る周波数、加減弁およびバイパス弁の開度、並びに原子
炉の出力の時間的変化を示す図、第５図は、本発明の他
の実施例を示すブロック図、第６図は原子力タービンプ
ラントの系統図、第７図は従来の蒸気タービン速度制御
装置における周波数変化と蒸気加減弁開度の関係を示す
図である。 １３……蒸気加減弁、１４……蒸気タービン、１８……
バイパス弁、２６ａ……タービン速度偏差信号、２７…
…タービン調速器、２７ａ……タービン調速器出力信
号、２８……加算器、２８ａ……速度要求信号、２９ａ
……負荷設定信号、３０……出力制限器、３０ａ……補
正速度要求信号（運転信号）、３０ｂ……補正加減弁開
度要求信号（運転信号）、３１……低値優先回路、３１
ａ……加減弁開度要求信号。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力されたタービン速度偏差信号の変化を
   負荷設定値に関連して補正しタービン調速器出力信号と
   して出力するタービン調速器と、負荷設定信号を出力す
   る負荷設定器と、前記タービン調速器出力信号と負荷設
   定信号との偏差を求めて速度要求信号を出力する加算器
   と、前記速度要求信号の内容がバイパス弁の容量で吸収
   できる量の蒸気加減弁開度要求信号に相当する値とその
   値より一定量だけ大きな蒸気加減弁開度要求信号に相当
   する値の範囲内である場合に、蒸気加減弁の開度を原子
   炉の連続運転可能な範囲内でほぼ一定に保持する内容の
   運転信号を出力する出力制限器とを有する蒸気タービン
   速度制御装置。
2. 【請求項２】速度要求信号は出力制限器へ直接入力され
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の蒸気タ
   ービン速度制御装置。
3. 【請求項３】速度要求信号は、低値優先回路に入力され
   て加減弁開度要求信号に変換されてから出力制限器へ入
   力されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   蒸気タービン速度制御装置。
4. 【請求項４】出力制限器は、周波数設定値が５０Ｈｚの
   場合に、その周波数上昇が０．８７５〜１．５Ｈｚの範
   囲内にある時に、蒸気加減弁の開度を一定に保持する運
   転信号を出力することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の蒸気タービン速度制御装置。
5. 【請求項５】出力制限器はタービン速度偏差信号を制限
   条件として用いることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の蒸気タービン速度制御装置。