JPH0751882B2 - タービン制御装置の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は蒸気タービン制御装置に係り、特に、調速方式
手段の切換時の負荷変動を最小にすることに好適な蒸気
タービン制御装置の制御方法に関する。

〔発明の背景〕

蒸気タービンの調速には、代表的には次の二方式が従来
から広く採用されている。即ち、複数個の蒸気加減弁
（流量制御弁）を同時に開いていく絞り調速方式と複数
個の蒸気加減弁を順次、開くノルズ締切調速方式であ
る。周知のように、各々の調速方式は各々の弁開特性か
ら与えられる必然的な長所及び短所をもつている。即
ち、調速方式は、各弁を負荷に応じて一斉に等開度で開
いていくので、全体に蒸気が均等に与えられ、従つて、
タービンに温度差が生じず、熱応力が発生しない。しか
し、徐々に弁を開くので、絞られている間に流量のロス
が生じるのは避けられず、部分負荷効率が低くなってい
る。一方、ノルズ締切調速方式は個々の弁を順に開いて
いくので、一つの述弁についてはすぐ全開され、絞りに
よるロスはなく効率が良い。しかし、まだ開かれていな
い弁に係る箇所との温度差が激しく、熱応力の問題が発
生する。

実際の機器にそのいずれかを適用するか、つまり、例え
ば、発電用大型蒸気タービン等でこのような調速方式の
いずれを採用するかの選択の根拠となるものは、主とし
てそのタービンに要求される運転特性である。一般に、
ピークロード（中間火力。例えば、深夜は運転を止め、
早朝に起動して日中にピークとするような起動停止の激
しいもの。）用として運用されるタービンでは頻繁な急
速起動に耐えられるように、熱応力的に有利な絞り調速
方式が採用される。又、ベースロード（基幹火力。殆ん
ど変化なく運転し、例えば一年に一度位停止・起動する
ようなもの。）用としては、起動に関する問題は少な
く、むしろ、広い負荷範囲にわたって高い熱効率のノズ
ル締切調速方式の方が適している。

従来の調速方式の大部分は、これらの要求に応じたもの
となつている。

二つの調速方式を切換える例には、例えば、特公昭46−
71231号公報されるように、或る負荷以下（例えば定格
出力の50％）では絞り調速をとり、それ以上の負荷では
ノズル締切調速が得られるように設計されたものがあ
る。しかし、このタービンでも、調速方式の切換負荷は
固定されているため、例えば、30％負荷ではノズル締切
調速が不可能であり、同様に、70％負荷では絞り調速は
不可能であるという問題がある。

しかし、ノズル締切調速方式を採用しているタービンで
は、熱応力が大きいという問題の他に、部分負荷で、一
部のノズルのみに蒸気を流すことによりそのノズルのエ
ロージョンが他に比較して著しく大きいという問題が発
生していた。このノズルエロージョンは、主に、ボイラ
等の蒸気発生器側よりのスケール等の飛来物によるもの
であり、これらの飛来物は停止後の再起動時に著しく多
く見られ、その後はほとんどない。従って、停止後の再
起動時のみを絞り調速としてスケール等の飛来物がなく
なった時点で、その時の運転負荷によらずノズル締切調
速方式に切換え、熱効率を向上させることが要求されて
きた。これを機械式制御装置を採用したタービンで可能
にした発明は にある。この発明では、絞り調速とノル
ズ締切調速の両方式の切換えを形状の異なる二種類の機
械カムを設けて、一方のカムを使用する時は、他方のカ
ムが支点となる構成とすることにより、可能としてい
た。第６図に蒸気加減弁を四弁設けたタービンおける典
形的なノズル締切調速と絞り調速方式の蒸気加減弁の開
度特性を示す。図ば横軸に蒸気加減弁の開度要求信号
を、縦軸に各弁の開度を百分率で示している。今、開度
要求信号ｘ％の点で前述の調速方式の切換えを実施する
と仮定する。当初絞り調速で運転していたと仮定する
と、各蒸気加減弁の開度は図の破線の様になつており、
ｘ％の点での開度はＡ点のようになつている。ここで切
換え行なうと最終的に各々の弁は図中実線で示される開
度となり、切換えは終了する。即ち、第一弁はＡ点より
Ｄ点（全開位置）へ、第二弁はＡ点よりＢ点へ、第三，
第四弁はＡ点よりＣ点（全開）の開度へ移動する。この
切換装置では、一方のカムを使用する時に他方のカムを
支点として用いるという構造上切換時の蒸気加減弁開度
は、例えば、第二弁等ではＡ点よりＢ点へスムーズに切
換えるのではなく開度としては切換え途中でＡ点より小
さい開度、或いは、Ｂ点より大きい開度となる可能性が
あった。また、全弁の切換えを同時に行なうため、各弁
の開度のばらつきが加算されることになり、これによっ
て全ての蒸気加減弁を通過する合計の蒸気量が大きく変
動し、その結果、発電機出力が大きく変動するという問
題があつた。

また、もう一つの公知例として、（特公昭57−59888号
公報）電子油圧式ガバナを用いて、予め絞り調速とノズ
ル締切調速用の一つの流量−弁開度特性を用意してお
き、バイアスと定値選択回路を用いて調速方式を切替
え、他の弁で、負荷相当信号を用いて、負荷補償を行な
う方法があるが、この方法では低値選択回路を用いるた
めに、第７図のように調速方式により流量−弁開度特性
がクロスする場合には低値選択回路により一点鎖線に示
すようにいずれの特性ともならず適用不能てあり、ま
た、切換のためのバイアスを各弁とも同一に変化させる
と、三弁以上の蒸気加減弁を要するタービンでは、複数
弁が同時に切換動作を行なわず第８図のように、シーケ
ンス的に動作を開始し、目的の開度へ移動するため、切
換途中で、トータルの流量バランスがくずれやすく、負
荷補正による負荷一定制御が難しいという問題がある。

つまり、切換時の負荷変動を最少にし、負荷変動補正に
よる弁開度の修正動作を最少にするためには、切換時
に、全弁がトータル蒸気流量の変動を最少にするように
効率的な動作をする必要がある。

〔発明の目的〕

本発明は、上記点に鑑みなされたものであって、その目
的とするところは、調速方式の切換えを最小の負荷変動
で行う事ができると共に、調速方式の切換え時における
系統安定度を向上させることのできる蒸気タービン制御
装置の制御方法を提供するにある。

〔発明の槻要〕

ノズル締切調速と絞り調速の切換えを最小の負荷変動で
行なうためには、各蒸気加減弁の開度を、切換え後の蒸
気流量−蒸気加減弁特性に合致する方向を与えながら調
整し、負荷一定のもとに調速方式を切換えることが望ま
しい。

ここに、反発明は、要求蒸気流量信号を絞り調速方式手
段に入力し形成された蒸気タービンの出力を調整する複
数の蒸気換加減弁を同時に開せしめる第１の開度信号
と、前記要求蒸気流量信号をノズル締切調速方式手段に
入力し形成された前記蒸気加減弁を順次開せしめる第２
の開度信号とを、前記絞り調速方式手段及びノズル締切
調速方式手段の出力側に接続された低値選択回路に入力
すると共に、前記絞り調速方式手段の入力側に接続され
た第１のバイアスから出力された信号が、前記要求蒸気
流量信号に加算されているときは、前記第２の開度信号
を前記低値選択回路によって選択出力し、前記ノズル締
切調速方式手段の入力側に接続された第２のバイアスか
ら出力された信号が、前記要求蒸気流量信号に加算され
ているときは、前記第１の開度を前記低値選択回路によ
って選択出力し、前記蒸気加減弁の開度を制御するター
ビン制御装置の制御方法において、前記絞り調速方式手
段から前記ノズル締切調速方式手段に切換える場合、要
求蒸気流量と蒸気加減弁の開度との関係における絞り調
速及びノズル締切調速がクロスするという関係特性から
設定される前記クロス点よりも若干大きく設定されたバ
イアス特性に沿って、前記第２のバイアスの出力を徐々
に減少させると同時に、前記第１のバイアスの出力を徐
々に増加させ、調速方式切換時のトータル蒸気流量をほ
ぼ一定に保ちながら調速方式手段を切換えるようにした
ものである。

〔発明の実施例〕

第１図に本発明の一実施例を示す。本実施例は蒸気加減
弁を四弁持つタービンのものである。

本装置は、通常運転時、蒸気加減弁の開度を制御する通
常制御機能１、通常制御機能よりの蒸気加減弁開度要求
信号を絞り調速時の各々な蒸気加減弁開度信号に変換す
る絞り調速変換機能2a〜2d（１〜４弁に各一個付）、通
常制御機能よりの蒸気加減弁開度要求信号をノズル締切
調速時の各々の蒸気加減弁開度信号に変換するノズル締
切調速変換機能3a〜3d（一ないし四弁に各一個付）、絞
り調速特性をノズル締切調速特性に切換えるバイアス4a
〜4d（一〜四弁に各一個付）、ノズル締切調速特性を絞
り調速特性に切換えるバイアス5a〜5d（一〜四弁に各一
個付）、各々の蒸気加減弁開度信号により弁の開度を調
整する蒸気加減弁開度調整機能6a〜6d、絞り調速特性信
号（2a〜2d）、ノズル締切調速特性信号（3a〜3d）を選
択する低値選択回路7a〜7d及び、ノズル締切調速時閉す
る接点8a〜8d、絞り調速時閉する接点9a〜9d、一次遅れ
要素10で構成される。

次に、本発明の機能は下記となる。

通常制御時、即ち、ノズル締切調速あるいは絞り調速の
どちらかで運転されている時には蒸気加減弁は下記で制
御されている。

今、例として絞り調速で制御されている時を考えると、
通常制御機能１は、設定負荷及び被制御値（タービン速
度、抽気圧力、排気圧力、タービン入口蒸気圧力等のう
ちの一つ以上のもの）との関数もしくは制限負荷に見合
つた蒸気加減弁開度要求信号を出力する。この信号等
は、絞り調速変換機能2a〜2dへと入力され、蒸気加減弁
開度信号に変換される。この時、ノズル締切調速特性に
よる蒸気加減弁開度信号（3a〜3d）は、バイアス5a〜5d
により、絞り調速変換機能2a〜2dによる同開度信号より
若干大きくなつているため低値選択回路7a〜7dにより絞
り調速変換機能2a〜2dによる信号が選択され、弁開度調
整機能6a〜6dに入力され、蒸気加減弁は、絞り調整特性
により制御される。

ここで、バイアス4a〜4d,5a〜5d及び接点8a〜8d,9a〜9d
は、絞り調整選択時はノズル締切調速変換機能3a〜3dに
よる蒸気加減弁開度信号を、絞り調速変換機能2a〜2dに
よる同開度信号より若干大きくし、ノズル締切調速選択
時は、逆の関係を果している。このバイアスの一例を第
２図ないし第４図に示す。第２図は、流量−開度特性の
一例であり、第３図は、ノズル締切調速時、絞り調速変
換機能に与えるバイアスを示し、第４図は、絞り調速
時、ノズル締切変換機能に与えるバイアスを示す。第３
図及び第４図の点線は、調速方式による偏差を打ち消す
バイアスであり、実際には、開度信号を若干大きくする
ため、第３図，第４図中のα分だけ上乗せした実際の特
性をアドバイスとする。

次に、調速方式の切換えを行なう時の各機能の動きを説
明する。例として、ノズル締切調速方式から、絞り調速
方式に切換える時を説明すると、切換前は、接点8a〜8d
は閉じており、バイアス4a〜4dが絞り調速変換機能2a〜
2dに入力されており、絞り調速変換機能よりの蒸気加減
弁開度信号は、ノズル締切調速変換機能3a〜3dよりの同
信号より若干大きくなっている。ここで、調速方式の切
換えを行うと、バイアス4a〜4dは徐々に０（ゼロ）とな
り、絞り調速変換機能2a〜2dの出力である蒸気加減弁開
度信号は、徐々に本来の絞り調速方式時の開度信号に近
づいていく。また、バイアス5a〜5dは接点9a〜9dを通
り、徐々にノズル締切調速変換機能3a〜3dに加えられ、
同出力開度信号には、徐々に絞り調速方式による開度信
号に近づく。この結果、低値選択回路7a〜7dより選択さ
れ出力される信号は、徐々に、要求蒸気流量に対する絞
り調速方式時の開度信号に近づく。この状態が調速方式
の切換え時の動作である。

このよう、本発明では、タービン制御装置の回路構成を
増すことなく、複数の蒸気加減弁の開度を、蒸気流量−
蒸気加減弁開度の特性に乗って同じ特性で制御できるの
で、常にトータル蒸気量をほぼ一定に保ちながら調速方
式の切換えができる。また、切換に伴う負荷の変動を補
償する際の複数弁の分担を各調速方式の特性に合わせて
いるため、負荷補償を行ないながら、全弁を各調速方式
の特性に切換える事ができる。

切換え完了は、バイアス4a〜4dが０（ゼロ）となり、バ
イアス5a〜5dが完全にノズル締切調速変換機能3a〜3dに
加えられ、絞り調速変換機能2a〜2dよりの出力が本来の
絞り調速時の蒸気加減弁開度信号となり、ノズル締切調
速変換機能3a〜3dによる同信号が前述の同信号より若干
大きくなることにより、低値選択回路7a〜7dが絞り調速
変換機能2a〜2dよりの信号を選択する事により完了す
る。

調速方式切換時の負荷変動を更に少なくした実施例を第
５図に示す。高圧車室第一段後圧力、中間蒸気圧力、あ
るいは、発電機出力等の負荷相当信号13を精密負荷補償
回路11に入力し、切換え前の負荷と切換中を含む、切換
後の負荷を一定り保つよう、負荷補正信号を演算して出
力する。

一方、蒸気加減弁の特性切換は、一弁ずつ選択して行な
い、この切換中、以外の弁に、この精密負荷補償回路の
出力を加える選択回路12を介して、各弁回路に加える。
この結果、切換時の負荷変動を切換中の弁を除く他の弁
で補正することができるため、更に、きめ細い負荷変動
補償を実現することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、任意の蒸気流量−蒸気加減弁開度特性
を持つ二つの調速方式の切換えを、最小の負荷変動で行
なう事ができ、タービン運転中の調速方式切換え時の系
銃の安定度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の切換方式の一実施例の説明図、第２図
ないし第４図は本発明の切換用バイアスを示す図、第５
図は本発明の変形例を示す図、 第６図は蒸気加減弁開度要求信号と蒸気加減弁開度の関
係を示す図、第７図は蒸気流量と蒸気加減弁開度の関係
を示す図、第８図は絞り調速とノズル締切調速とすると
きの態様を示す図である。 １……通常制御機能、2a〜2d……絞り調速変換機能、3a
〜3d……ノズル締切調速変速機能、4a〜4d……絞り調速
方式用バイアス、5a〜5d……ノズル締切調速用バイア
ス、6a〜6d……蒸気加減弁開度調整機能、7a〜7d……低
値選択回路、8a〜8d……バイアス切換用接点、9a〜9d…
…バイアス切換用接点、10……一次遅れ要素。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】要求蒸気流量信号を絞り調速方式手段に入
   力し形成された蒸気タービンの出力を調整する複数の蒸
   気加減弁を同時に開せしめる第１の開度信号と、前記要
   求蒸気流量信号をノズル締切調速方式手段に入力し形成
   された前記蒸気加減弁を順次開せしめる第２の開度信号
   とを、前記絞り調速方式手段及びノズル締切調速方式手
   段の出力側に接続された低値選択回路に入力すると共
   に、 前記絞り調速方式手段の入力側に接続せれた第１のバイ
   アスから出力された信号が、前記要求蒸気流量信号に加
   算されているときには、前記第２の開度信号を前記低値
   選択回路によって選択出力し、前記ノズル締切調速方式
   手段の入力側に接続された第２のバイアスから出力され
   た信号が、前記要求蒸気流量信号に加算されているとき
   は、前記第１の開度を前記低値選択回路によって選択出
   力し、前記蒸気加減弁の開度を制御するタービン制御装
   置の制御方法において、 前記絞り調速方式手段から前記ノルズ締切調速方式手段
   に切換える場合、 要求蒸気流量と蒸気加減弁の開度との関係における絞り
   調速及びノルズ締切調速がクロスするという関係特性か
   ら設定される前記クロス点よりも若干大きく設定された
   バイアス特性に沿って、前記第２のバイアスの出力を徐
   々に減少させると同時に、前記第１のバイアスの出力を
   徐々に増加させ、 調速方式切換時のトータル蒸気流量をほぼ一定に保ちな
   がら調速方式手段を切換えることを特徴とするタービン
   制御装置の制御方法。