JPH0743092B2 - 蒸気タ−ビン制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は迅速かつ安定した起動特性を得るための蒸気タ
ービン制御装置に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

蒸気タービンプラントの中には、蒸気発生源は持ってい
るが、タービン制御や潤滑のための油圧源や補助動力源
を他に持つことなく、タービンみずから油ポンプを駆動
することによりタービン自体の制御や潤滑のための油を
自給する方式がある。この種のタービンプラントとして
は、例えば駆動信号などわずかの期間だけ利用するに足
る直流電源しか持っていない地熱発電プラントや、非常
時における所内バックアップ電源供給用のタービン、原
子力発電プラントにおける緊急時のバックアップ用原子
炉補助系のひとつである原子炉隔離時冷却系（以下、RC
ICという）用いられるRCICタービンポンプシステムなど
がある。以下、本発明の対象となる蒸気タービンシステ
ムをRCICタービンシステムを代表例として説明を進める
ことにする。

RCICというのは、原子炉がタービン復水器から隔離され
たときに、復水貯蔵タンクから原子炉へ冷却水を補給し
て原子炉の水位を維持し、炉心の冷却を全うするための
原子炉補助設備であり、第６図に示すような系統構成を
持っている。

第６図においてRCICは圧力制御プール７を有する格納容
器１内に収納された原子炉２の補助設備として設けられ
ている。原子炉２内で発生された蒸気は主蒸気ライン４
から分岐し、電動弁９、蒸気止め弁10、および蒸気加減
弁11を有するRCIC蒸気ライン８を介してRCICタービン
（以下、単にタービンと略称する）12に導かれてこれを
駆動し、その排気は蒸気タービン排気ライン15を介し
て、原子炉２に付設されている圧力抑制プール７に戻さ
れる。主蒸気ライン４は格納容器１内で逃し安全弁６を
介して圧力抑制プール７へと分岐接続されている。原子
炉２への給水は給水ライン５を介して行われる。タービ
ン12の軸すなわちRCICタービン駆動軸（以下、タービン
軸という）14には、復水貯蔵タンク３から原子炉２へ冷
却水を供給するRCIC給水ポンプ（以下、給水ポンプとい
う）13と、図示していないタービン制御装置に潤滑油を
供給する油ポンプ16が直結されている。

このように構成されたRCICは、原子炉発電システムにお
いて原子炉給水が停止するなどの緊急時に原子炉２が隔
離され、炉水位が低下することによって電動弁９が開き
始め、すでに開いた状態で待機している蒸気止め弁10お
よび蒸気加減弁11を介して原子炉蒸気を通すことによっ
てタービン12が起動され、これにより給水ポンプ13を駆
動して復水貯蔵タンク３から原子炉２へ冷却水を供給し
て炉心を冷却するという機能を持っている。この機能か
らして給水ポンプ13は所定給水量を確保して原子炉２に
冷却水を供給しなければならないため、タービン12はRC
IC起動信号を受けたらできるだけ急速に起動し、かつ安
全運転に入らなければならない。

第７図はタービン12の制御装置を示すものである。RCIC
起動指令が発せられて電動弁９が開き始めると、すでに
全開状態で待機している蒸気止め弁10および蒸気加減弁
11を介してタービン12に蒸気が流入し、タービン12が起
動することはすでに述べた。タービン12の起動と同時に
それに直結された油ポンプ16が駆動され、それが所定回
転速度以上になるとこの油ポンプ16から給送される制御
油32の圧力が確立され、電油変換器31および油筒33を介
して蒸気加減弁11の制御が可能となる。また通常運転中
は、給水ポンプ13の吐出流量を一定に制御するために、
給水ポンプ13の吐出側に例えば差圧発信器式の流量検出
器19を設け、その出力である流量信号19aと、流量測定
器20から出力される設定流量20aとを偏差演算器21に導
き、ここから設定流量と実際流量の差を表す流量偏差信
号22を目標速度信号演算器25に送る。目標速度信号演算
器25は流量偏差を零にするための目標速度信号26を形成
し速度制御演算器29に送る。速度制御演算器29には、タ
ービン軸14に取付けられた速度検出歯車17とこれに対向
して配設された電磁ピックアップ18とからなる速度検出
器の出力パルスを基にして速度演算器27によって求めら
れた実際速度を表わす実際速度信号28も速度制御マイナ
ーループの帰還信号として導入され、ここで両入力信号
の偏差、すなわち目標速度と実際速度の偏差を零とする
ための速度制御信号30を形成して電油変換器31に送り、
蒸気加減弁11を開閉制御する。

タービン12の起動時にその昇速率すなわち加速度を一定
に保つようにランプ信号発生器23が設けられており、電
動弁９に設けたリミットスイッチにより電動弁９の開き
始めに連系して入力される起動信号34によって始動し、
時間と共に所定の傾斜で増加するランプ信号24を演算器
37に送る。演算器37には同様に起動信号34によって作動
状態となるアイドル信号演算器35からのアイドル信号36
も入力される。アイドル信号36はランプ信号24の、時間
零（起動開始直後）のときの速度値すなわちアイドル速
度値を与えるためのものであって、演算器37はそれとラ
ンプ信号24とから所望のランプ関数に従う目標ランプ信
号38を作って目標速度信号演算器25に送る。目標速度信
号演算器25は、この目標ランプ38と流量偏差信号22に対
応する速度信号のうち、常に低値の信号を選択して目標
速度信号26を形成する。

RCICとしては、その性質上常に急速起動する必要があ
り、所定時間内に所定の流量を確保することが定められ
ている。いま、第８図に示すように、時間零なる時点T0
でRCIC起動指令が発せられたものとすると電動弁９の開
放と共に若干の遅れをもって時点t1でタービン12の起動
が行われ、その速度は速度曲線47dに従って急速に上昇
する。しかし、アイドル信号36によって規定されるアイ
ドル速度n1からランプ信号24によって規定される加速度
に従って昇速するように発生された目標ランプ信号38の
作用により速度制御演算器29を介して蒸気加減弁11の制
御が行われ、目標ランプ信号38に対応する目標ランプ特
性線44dに従ってタービン速度は徐々に上昇して行く。
一方、給水ポンプ13の流量が零から次第に増加するにつ
れて流量偏差信号43dは設定流量信号20aに対応する100
％値から徐々に低下して行く。時刻t2で流量偏差信号43
dと速度曲線47dとが交わると、その交点Ｐが安定運転点
となり、以後、Ｐ点に対応する速度でタービン運転が継
続される。このＰ点以降はランプ特性から離れ、速度45
dで流量制御が行われる。

さて、以上の装置において給水ポンプの負荷は原子炉２
の圧力により異なり、たとえば原子炉圧力が上昇すると
給水ポンプ13の負荷が増大し、同一回転速度のもとでポ
ンプ流量は減少する。それに伴って流量偏差信号22が相
対的に大きくなり、第８図において、この場合の流量偏
差信号43uは相対的に低圧時の流量偏差信号43dよりも大
きなものとする。この場合のタービン速度曲線47uは蒸
気加減弁11が制御動作を始めることにより目標ランプ信
号44u（＝44d）に従って追従するが、流量偏差信号43u
との交点Ｑは時点t2よりも遅れた時点t3になって現れ、
それ以降やっとタービン速度45uでの流量制御に移行し
て連続運転に入る。

ここで問題となるのは、原子炉圧力によりタービン12の
安定運転速度が違ってしまうことにより、安定運転に入
るまでの時間が違ってしまう（t0〜t2,,t0〜t3）ことで
ある。この時間の違いは原子炉の安全性にも影響を及ぼ
すことがあり、望ましくないことである。

〔発明の目的〕

本発明は以上の事情を考慮してなされたもので、自立駆
動式タービンの急速起動から安定運転に至るまでの時間
を一定にし、プラント全体の安定化を達成し得る蒸気タ
ービン制御装置を提供することを目的とするものであ
る。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために本発明は、蒸気源から蒸気加
減弁を介して供給される蒸気によって駆動される蒸気タ
ービンに、少なくとも前記蒸気加減弁を制御する制御部
に用いられる制御油を供給するための油ポンプと、少な
くとも前記蒸気源に冷却水を供給するための給水ポンプ
とが連結されており、起動指令により、前記給水ポンプ
の流量が所定値となるように前記蒸気タービンを所定の
ランプ関数に従って速度制御する蒸気タービン制御装置
において、前記冷却水が供給される蒸気源の圧力を検出
する圧力検出器と、この圧力検出器によって検出された
圧力に従い、起動指令から前記給水ポンプの流量が所定
値に至るまでの時間が一定となるように前記ランプ関数
に補正を加える手段とを設けたことを特徴とするもので
ある。

〔発明の実施例〕

次に本発明をすでに述べたRCIC蒸気タービンポンプシス
テムに適用した場合の実施例について詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すものである。ここで第
７図のものと同一もしくは対応する構成部分には同一の
符号が付けられており、それらの個々の説明は省略す
る。第１図の装置と第７図の装置の違いは、前者には蒸
気源としての原子炉２の圧力を検出する炉圧検出器40が
設けられ、これによって得られた炉圧信号42により、ラ
ンプ信号発生器23によって発生されるランプ信号24のラ
ンプ率（傾斜）に補正が加えられることである。その都
度炉圧条件に応じた目標給水ポンプ速度すなわち目標タ
ービン速度45を選択し、いかなる炉圧においても予め制
定した起動時間t0〜t4となるようにランプ信号発生器23
内のランプ率を決定する。

たとえば炉圧が相対的に低い場合、第２図に破線で示す
ように相対的にランプ率の小さな目標ランプ信号44dを
出力し、炉圧が相対的に高い場合、同図に実線で示すよ
うに相対的にランプ率の大きな目標ランプ信号44uを出
力するように、炉圧信号により目標ランプ信号44に補正
を加える。こうすることにより、各ランプ信号に追従す
るタービン速度47d,47uと流量偏差信号43d,43uとの交点
P,Qで決まる起動時間を図示のごとく等しくすることが
できる。このようにして原子炉２の安全を確保すること
ができる。

第３図および第４図は本発明の変形実施例を示すもので
ある。この実施例においては炉圧検出器40から出力され
る炉圧信号42を、ランプ信号発生器23にではなく、アイ
ドル信号演算器35に入力し、いかなる炉圧条件の場合で
も目標タービン速度45に達するまでの時間t0〜t5を一定
にするようにアイドル速度n1を補正する。この方式によ
っても第１図および第２図の実施例の場合と同様の作用
効果を達成することができる。なお、この場合、ランプ
信号発生器23によって発生されるランプ信号のランプ率
は炉圧のいかんにかかわらず一定値とする。

第５図は第１の実施例の場合と同様に炉圧条件によりラ
ンプ信号に補正を加える実施例を示すものであるが、こ
の場合は炉圧条件によりランプ信号が非線形関数に従っ
て変化するところが相違している。図示の例では破線で
示す低い炉圧時の目標ランプ信号44dは直線であるが、
実線で示す高い炉圧時の目標ランプ信号44uは非線形を
呈している。この特性によってもすでに述べたと同様の
作用効果を達成することができる。この場合、タービン
速度47u,47dが目標ランプ信号に追従し始めるまでは低
炉圧時も高炉圧時も同一目標ランプ信号値となるように
設定することにより、高炉圧時のタービン速度47uをよ
り低い値に抑制することができ、オーバースピード防止
を兼ねてタービン運転の安全性を向上させる上で有意義
である。

以上の説明においては設定器20の設定値を一定とした
が、場合によっては検出圧力に応じて変わるように設定
してもよい。

以上本発明を原子炉設備におけるRCICタービンの制御の
場合について説明したが、すでに述べた通り本発明は、
いわゆる自立駆動型蒸気タービンに一般的に適用するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、タービン起動から安
定運転に至るまでの時間を短縮し、かつ一定にし、プラ
ント全体の安定化を達成すると共に、起動に伴う突発的
な加速度や振動の発生を防止するのに有効な手段を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図の装置によるタービン起動特性を示す特性線図、
第３図は本発明の他の実施例を示すブロック図、第４図
は第３図の装置によるタービン起動特性を示す特性線
図、第５図は第１図の装置の変形実施例によるタービン
起動特性を示す特性線図、第６図は原子炉発電システム
における公知の原子炉隔離時冷却系の系統図、第７図は
従来の原子炉隔離時冷却系におけるタービン制御装置の
ブロック図、第８図は第７図の装置による従来のタービ
ン起動特性を示す特性線図である。 ２……原子炉、３……復水貯蔵タンク、８……原子炉隔
離時冷却系蒸気ライン、９……電動弁、11……蒸気加減
弁、12……原子炉隔離時冷却系蒸気タービン、13……給
水ポンプ、16……油ポンプ、19……流量検出器、20……
流量設定器、21……偏差演算器、23……ランプ信号発生
器、25……目標速度信号演算器、27……速度演算器、29
……速度制御演算器、31……電油変換器、33……油筒、
35……アイドル信号発生器、37……演算器、40……炉圧
検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸気源から蒸気加減弁を介して供給される
   蒸気によって駆動される蒸気タービンに、少なくとも前
   記蒸気加減弁を制御する制御部に用いられる制御油を供
   給するための油ポンプと、少なくとも前記蒸気源に冷却
   水を供給するための給水ポンプとが連結されており、起
   動指令により、前記給水ポンプの流量が所定値となるよ
   うに前記蒸気タービンを所定のランプ関数に従って速度
   制御する蒸気タービン制御装置において、 前記冷却水が供給される蒸気源の圧力を検出する圧力検
   出器と、この圧力検出器によって検出された圧力に従
   い、起動指令から前記給水ポンプの流量が所定値に至る
   までの時間が一定となるように前記ランプ関数に補正を
   加える手段とを設けたことを特徴とする蒸気タービン制
   御装置。