JPH07116922B2 - タービン制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はタービン制御装置に係り、特にインターセプト
弁の誤動作防止に配慮したタービン制御装置に関する。

〔従来の技術〕

蒸気タービンにより、発電機、ポンプ等を駆動する場合
のタービンの速度を制御する手段として機械油圧式ガバ
ナ（MHG）や電気油圧式ガバナ（EHG）が知られている。
また、負荷遮断等の場合にタービン速度が過大になるの
を防ぐために、蒸気管にインターセプト弁を設けるとと
もにこれを制御する手段を備えることが行われている。
MHGと併設されるインターセプト弁においては、この弁
に指示される閉速度（タービン回転速度上昇率に対応す
る）がある定められた値（ダッシュポット動作点）より
大きい場合に弁を急閉させるダッシュポット機構を備え
ている。

第４図に、インターセプト弁を備えた蒸気タービン発電
機の系統図の概要の１例を示す。ボイラ１で生成された
蒸気は、主蒸気止め弁２、加減弁３を通って蒸気タービ
ン10に供給される。タービン10は、通常、高圧タービン
11、中圧タービン12、および低圧タービン13からなって
いて、蒸気は高圧タービン11で仕事をした後、再熱器16
で再熱・昇温され、再熱蒸気止め弁17、急閉機構である
ダッシュポットを備えたインタセプト弁18を通ってさら
に中圧タービン12、低圧タービン13で仕事をし、復水器
19で水になる。蒸気の仕事はタービン10で回転運動に変
えられて発電機20を回し、発電機20で発生された電力
は、送電線を通じて電力供給系統に供給される。

第６図に機械油圧式ガバナによりタービンを制御すると
きのインタセプト弁の動作特性を示す。通常運転時の制
御においては、タービン速度の設定値に対する検出され
たタービン速度の偏差の大きさに基づいてスピードリレ
ーが作動するが、前記設定値に比べ検出されたタービン
速度が上昇すると、スピードリレーストロークは減少
し、検出されたタービン速度が低下するとスピードリレ
ーストロークは増加する。スピードリレーストロークが
増加するに従い、まずインタセプト弁18が全開となり、
その後、加減弁３が開かれる。

タービンの回転速度変化率が小さい場合は、各弁の開度
は、第６図の実線ＢおよびＣに沿って変化するが、負荷
遮断時等のように、タービンの速度上昇率がダッシュポ
ット動作点の値より大きくなると、インターセプト弁
は、ダッシュポット特性により、加減弁が全閉する前に
破線Ａに沿って急速に閉じられ、タービンの過速度発生
が防止される。このダッシュポット動作点となるタービ
ンの速度上昇率（速度変化率）は、MHGの場合、回転数
変化に対する油圧系および機構部の感度および応答性を
考慮して設定されている。

次に機械油圧式ガバナを電気油圧式ガバナに変更し、速
度検出部および演算部を電子化した電子式タービン制御
装置の動作を、第４図により説明する。タービン制御装
置22は、タービン10の回転数、負荷などを制御する。タ
ービン10の回転数は、タービン10の回転軸に装着された
歯車14を介して速度検出器15により検出され、タービン
10の負荷は、発電機20の出力側に結合された電力変換器
21により検出される。検出された回転数および負荷の信
号は、制御装置22の入力部23に送られ、演算部25で処理
される。演算部25では、タービン10の回転数、負荷など
を制御するため、ダッシュポットを備えたインターセプ
ト弁18、加減弁３など、複数の弁の開度を演算し、その
開度になるように各弁を駆動する弁駆動信号を出力す
る。前記弁駆動信号は出力部24により、インターセプト
弁駆動ユニット９、加減弁駆動ユニット７など各弁の駆
動ユニットに送られ、弁を駆動する。弁の動きは、イン
ターセプト弁開度検出器８、加減弁開度検出器６など各
弁の開度検出器により検出され、制御装置22の入力部23
にフィードバックされて、弁の開度が判定される。

第５図は、制御装置22の構成の１部を示したものであ
る。速度検出器15により検出されたタービン回転数は、
実速度信号Ｎとして比較部32へ入力され、速度設定器31
で設定されて比較部32へ入力される設定速度信号N₀と比
較される。比較部32は、その偏差量ΔＮ（ΔＮ＝N₀−
Ｎ）を演算し、調定率演算部33に出力する。

ΔＮは調定率演算部33で、あらかじめ設定された速度調
定率に相当したゲインをかけられて、加算部35に伝えら
れる。加算部35では負荷設定器34で設定された信号P₀を
加え、負荷信号P_Gをつくる。速度調定率は速度（発電機
が電力系統と接続され同期運転を行っているときは、系
統の周波数に相当する。）が設定値（定格値）から何％
ずれると全負荷変化させるかという値である。例えば、
５％の調定率とは、５％の速度偏差があれば、100％の
負荷を変えることを意味する。即ち、100％負荷運転中
に系統周波数（速度）が５％上昇したと仮定すると、周
波数を安定に保つために０％迄負荷を絞る。

負荷信号P_Gは、負荷制御器36で設定された負荷制限値P_L
と低値優先回路37で比較され、低い方の信号が最終負荷
信号Ｐとなる。負荷信号Ｐは、負荷分配部38,42等で各
弁の分担量に応じて配分されて、弁開度信号となって各
弁の開度（流量）を決定し、各弁の弁開度を制御する。
第５図ではこれ以降の部分はインターセプト弁弁18に対
するもののみ示し、他は省略しているが、同じ構成であ
る。負荷分配部38の出力（弁開度信号）は比較部39でイ
ンターセプト弁開度検出器８から出力される弁開度フィ
ードバック信号Ｕと比較され、その偏差信号は、調節制
御部40により弁駆動信号Svに変えられて弁駆動ユニット
９によりインターセプト弁18の開度を調整する。インタ
ーセプト弁18の開度は、開度検出器８により検出され、
位置変換部41を経て弁開度フィードバック信号Ｕとして
フィードバックされ上述の比較部39に与えられる。なお
低値優先回路37で負荷信号P_Gが優先されているときは調
速運転と呼ばれ、負荷制限値P_Lが優先されているときは
負荷制限運転と呼ばれている。

電子式タービン制御装置における前記最終負荷信号Ｐ
が、第６図に示したMHGにおけるスピードリレーストロ
ークに相当し、上記各種演算ののち、弁駆動信号Svとし
てインターセプト弁18に与えられるが、この弁駆動信号
は、タービン回転数に対応しており、その弁閉方向の変
化率がダッシュポット動作点より大きい値であると、ダ
ッシュポットを備えたインターセプト弁は、そのダッシ
ュポット特性により、加減弁３が全閉するまえに第６図
の破線Ａに沿って急速に閉じる。弁駆動信号Svは、前述
のようにタービン回転数を示す実速度信号Ｎに基づいて
算出されており、弁駆動信号Svの弁閉方向の変化率はタ
ービン回転数の上昇率に対応しているから、タービン回
転数がダッシュポット動作点より大きい値で増加すると
き、インターセプト弁が急閉してタービンの過速度を防
止する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ダッシュポットつきインターセプト弁を備えたタービン
の速度制御手段が、機械油圧式ガバナから電気油圧式ガ
バナに変更された場合、速度検出部および演算部が電子
化され、タービンの速度変化に対し、MHGの場合のスピ
ードリレーに相当する制御信号の応答が早くなるととも
に感度が鋭敏になり、MHGにおいてダッシュポット動作
点に相当する速度上昇率が検出されるタービン実速度上
昇率よりも低い実速度上昇率でダッシュポット動作点に
相当する変化率の弁駆動信号Svが、出力され、インター
セプト弁の不必要な急閉動作が行われる恐れがある。

本発明の課題は、ダッシュポット機構を備えたインター
セプト弁が、あらかじめ定められたタービン回転上昇率
未満では急閉することのない、電子式タービン制御装置
を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、弁駆動信号により開度を制御され、か
つ、弁駆動信号で指示される弁開度の閉方向の変化率が
所定の値よりも大きいときに急閉させるダッシュポット
機構を有してなるインターセプト弁と、該インターセプ
ト弁の開度を指示する弁開度信号を出力する手段と該開
度信号と検出されたインタセプト弁の開度を示す信号の
偏差を偏差信号として演算出力する比較器と該偏差信号
を弁駆動信号に変換出力する調節制御部を含んで構成さ
れたインターセプト弁開度制御手段とを有してなる蒸気
タービンのタービン制御装置において、前記インターセ
プト弁開度制御手段を、前記弁開度信号を出力する手段
の出力側に接続され入力される弁開度信号の変化率を予
め設定された変化率に比較し、入力された弁開度信号の
変化率が前記設定された変化率より小さいときは入力さ
れた弁開度信号をそのまま前記比較器に出力し、入力さ
れた弁開度信号の変化率が前記設定された変化率より大
きいときは入力された弁開度信号をその変化率が前記設
定された変化率になるように変換して前記調節制御部に
出力するインターセプト弁開度信号変化率制限手段と、
該インターセプト弁開度信号変化率制限手段に接続して
設けられタービン加速度が予め設定された値を超えたと
き、該インターセプト弁開度信号変化率制限手段に入力
された弁開度信号をそのまま前記比較器に出力させる信
号をインターセプト弁開度信号変化率制限手段に出力す
るインターセプト弁開度信号変化率制限解除手段とを含
んで構成することにより達成される。

〔作用〕

インターセプト弁開度信号変化率制限手段により、通常
運転中のタービン回転速度の変化に伴うインターセプト
弁開度信号の変化率が、インターセプト弁の急閉をおこ
すことのない一定値以下となるように制限され、タービ
ン回転速度の変化が負荷遮断時のごとく、あらかじめ定
められた変化率を超える大きさの場合は、インターセプ
ト弁開度信号変化率制限解除手段が発動されて制限が解
除され、急変する弁開度信号に基づいて急変する弁駆動
信号がインターセプト弁に与えられて急閉機構が作動
し、インターセプト弁が急閉される。

〔実施例〕

本発明の１実施例を第１図、第2A図、第2B図および第3A
〜3F図により説明する。本実施例は、最終負荷信号をイ
ンターセプト弁に分配する負荷分配部の出力側に直列に
インターセプト弁誤動作防止回路50を接続したものであ
る。第１図は、インターセプト弁誤動作防止回路50の詳
細を示す。

この回路は、インターセプト弁開度信号変化率制限手段
として変化率制限回路504を設け、通常の弁開度信号は
制限せず、通常の運転中、つまり、負荷遮断時に生ずる
ような急激な回転数上昇が伴わない状態でインターセプ
ト弁機構のダッシュポットが動作するような大きな信号
が入力された場合には、その信号を制限する。

また、負荷遮断等が発生し、弁開度信号が急変した場合
には、その急変した信号をそのまま出力し、インターセ
プト弁のダッシュポット機構を動作させ、インターセプ
ト弁を急閉させる。

本回路は、負荷分配部の出力に直列に接続されたインタ
ーセプト弁開度信号変化率制限手段である変化率制限回
路504、ならびに、インターセプト弁開度信号変化率制
限解除手段を構成する、変化率制限回路504に接続され
たワンショット回路503、ワンショット回路503に接続さ
れたOR回路502、OR回路502に接続されタービン加速度を
検出・出力する加速度検出回路501と、前記変化率制限
回路504の入力側と出力側に接続された減算器505、減算
器505に接続された絶対値回路506、および絶対値回路50
6に接続された比較器507を備え、比較器507の出力は前
記OR回路502に入力されている。

本実施例は、上記インターセプト弁誤動作防止回路50以
外は第５図に示した従来例と同じであるので、他の部分
についての説明は省略する。

変化率制限回路504は、入力された弁開度信号が、第2A
図破線１に示すように変化が小さい場合には入力信号を
そのまま出力し（第2B図1A）、入力された弁開度信号が
２点鎖線３のようにダッシュポットが動作するような変
化をする場合には、ダッシュポットが動作しない変化率
（第2B図１点鎖線2A）に制限して出力する。

通常運転時は、上記の動作でインターセプト弁の急閉を
防止できるが、常に変化率制限を設けておくと、負荷遮
断等でインターセプト弁を急閉させる必要があるとき、
急閉できない。

次に負荷遮断時の動作につき第3A〜3F図を参照して説明
する。負荷遮断が発生すると、タービン速度Ｎは急増
し、設定速度信号Noとの偏差量ΔＮに速度調定率に相当
したゲインをかけて得られる制御信号は急減する。この
制御信号を演算して出力される弁開度信号も弁閉方向に
急変する。同時に加速度検出回路501が、設定値以上の
加速度５を検出して、検出信号６をOR回路502を介して
ワンショット回路503に出力する。検出信号６を受けた
ワンショット回路503は、一定時間、制限解除信号７を
変化率制限回路504に出力し、変化率制限回路504は制限
解除信号を受けている間、弁閉方向に急変する弁開度信
号8Aをそのまま出力する。この結果、急減した弁駆動信
号、すなわち、変化率がダッシュポット動作点の値より
大きい閉方向の弁駆動信号を受けたインターセプト弁の
ダッシュポットが動作し、インターセプト弁が急閉して
タービンの過速度が防止される。

さらに、変化率制限回路504へ入力される弁開度信号
と、変化率制限回路504の出力信号とが減算器505に入力
され、出力信号と入力される弁開度信号の差が演算され
て絶対値回路506を通して比較器507に入力される。比較
器507であらかじめ設定された値と比較されて、入力さ
れた差の値が大きいと、OR回路502をワンショット回路5
03に検出信号が出力される。ワンショット回路503に検
出信号が出力されたあとの動作は、前述の加速度検出器
から検出信号が出力された場合と同様である。

上述の実施例においては、加速度検出によるインターセ
プト弁開度信号変化率制限解除手段と、弁開度信号と変
化率制限回路出力の偏差に基づいてインターセプト弁開
度信号の変化率に対する制限を解除する例を示したが、
必ずしも双方を併せ設ける必要はない。

上記実施例によれば、通常のタービン運転状態での回転
速度の変化に伴って演算し、出力されるインターセプト
弁開度信号は、変化率制限回路でインターセプト弁のダ
ッシュポットの動作点の値以下に制限されるから、通常
運転中にインターセプト弁が急閉するという誤動作を生
ずることがない。また、タービン回転数が、ある定めら
れた変化率の値（負荷遮断時の回転上昇率に相当する
値、ただし、タービン回転部分の慣性の大きさによって
も異なる。）をこえた変化率で上昇するときは、負荷遮
断が発生したと判断し、変化率制限回路の制限動作を解
除して、入力される変化率の大きいインターセプト弁開
度信号をそのまま出力し、インターセプト弁のダッシュ
ポットを動作させて、インターセプト弁を急閉させるか
ら、タービン過速度を生ずることがなく、運転の安全性
が保持される。上述のように、本実施例によれば、ダッ
シュポット機構を備えたインターセプト弁と、EHGとを
組み合わせて安全に使用可能とする効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ダッシュポット急閉機構を有するイン
ターセプト弁を備えた蒸気タービンのタービン制御装置
において、インターセプト弁の開度を制御する手段に、
インターセプト弁開度信号変化率制限手段と、インター
セプト弁開度信号変化率制限解除手段とを備えたので、
インターセプト弁が通常運転中に急閉するのを防止する
とともに、負荷遮断時には急閉させることが可能とな
り、急閉機構つきインターセプト弁にEHGを組合せた制
御装置の安全性を高める効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す系統図であり、第2A図、
第2B図および第3A〜3F図は本発明の実施例の動作を示す
概念図であり、第４図はインターセプト弁とその急閉機
構とを備えた蒸気タービンの系統図であり、第５図は従
来技術によるタービンの制御装置の系統図であり、第６
図はインターセプト弁の動作を示すグラフである。 504……インターセプト弁開度信号変化率制限手段（変
化率制限回路）、501,502,503……インターセプト弁開
度信号変化率制限解除手段（変化率制限解除回路）

フロントページの続き (72)発明者 兼田 英明 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特公 昭52−25932（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁駆動信号により開度を制御され、かつ、
   弁駆動信号で指示される弁開度の閉方向の変化率が所定
   の値よりも大きいときに急閉させるダッシュポット機構
   を有してなるインターセプト弁と、該インターセプト弁
   の開度を指示する弁開度信号を出力する手段と該開度信
   号と検出されたインタセプト弁の開度を示す信号の偏差
   を偏差信号として演算出力する比較器と該偏差信号を弁
   駆動信号に変換出力する調節制御部を含んで構成された
   インターセプト弁開度制御手段とを有してなる蒸気ター
   ビンのタービン制御装置において、 前記インターセプト弁開度制御手段が、前記弁開度信号
   を出力する手段の出力側に接続され入力される弁開度信
   号の変化率を予め設定された変化率に比較し、入力され
   た弁開度信号の変化率が前記設定された変化率より小さ
   いときは入力された弁開度信号をそのまま前記比較器に
   出力し、入力された弁開度信号の変化率が前記設定され
   た変化率より大きいときは入力された弁開度信号をその
   変化率が前記設定された変化率になるように変換して前
   記調節制御部に出力するインターセプト弁開度信号変化
   率制限手段と、該インターセプト弁開度信号変化率制限
   手段に接続して設けられタービン加速度が予め設定され
   た値を超えたとき、該インターセプト弁開度信号変化率
   制限手段に入力された弁開度信号をそのまま前記比較器
   に出力させる信号をインターセプト弁開度信号変化率制
   限手段に出力するインターセプト弁開度信号変化率制限
   解除手段とを含んでなることを特徴とするタービン制御
   装置。