JPH0759883B2 - 低圧タービンバイパス弁制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はタービンバイパスシステムを有する再熱蒸気タ
ービンの低圧タービンバイパス弁制御装置に係り、特に
FCB（FAST CUT BACK）時および負荷遮断時に低圧タービ
ンバイパス弁を再熱蒸気管への流入、流出蒸気量を相殺
するように駆動して、再熱器の加圧防止を図るようにし
た先行制御形のタービンバイパス弁制御装置に関する。

（従来の技術） ボイラにより発生する蒸気を原動力とする火力タービン
発電機においては、その効率を高めかつ排気の湿り度を
一定に保ってタービンの内部損失を抑え、低圧部の羽根
浸食を抑えるために、再熱再生サイクルを構成するのが
一般的な系統構成である。

また、タービンバイパスシステムは、タービンが負荷遮
断した場合やトリップ（危急停止）した場合のボイラ保
護の目的と、タービンの停止後タービンの残余熱が高い
状態からタービンを再起動する場合に、予めボイラを起
動してタービンバイパスシステムを通って蒸気を流し、
タービン流入蒸気温度を上げ、タービンとの温度差を少
なくすることにより、タービンの熱応力を低減させター
ビン熱疲労寿命を改善する目的で設置される。

第２図はタービンバイパスシステムを有する発電プラン
トの系統構成図である。なお、タービン内の膨張の途中
から蒸気の一部分を抽出しボイラの給水加熱を行なわせ
る再生サイクルに関する図示は省略する。

第２図において、ボイラ１の過熱器２で発生した蒸気
は、主蒸気管３を介して主蒸気止め弁４および蒸気加減
弁５を通って高圧タービン６に流入し、ここで膨張して
仕事をした後、逆止弁７を有する低温再熱管８を通って
ボイラ１の再熱器９で再熱される。

再熱器９を出た蒸気は、高温再熱管10を介して再熱蒸気
止め弁11およびインターセプト弁12を通って中圧タービ
ン13、さらには図示しない経路を通って低圧タービン1
4,14′に流入し、ここで膨張して仕事をした後、復水器
15に導かれ、復水に戻される。復水は、復水系統（図示
せず）、ボイラ給水ポンプ16、給水系統（図示せず）を
経て再びボイラ１に還流される。

主蒸気管３の主蒸気止め弁４の上流側からは、高圧ター
ビン６を迂回して高圧タービンバイパス弁17を有する高
圧タービンバイパスライン18が逆止弁７下流側の低温再
熱管８を介して再熱器９に連通される。また、高温再熱
管10の再熱蒸気止め弁11前から中圧タービン13および低
圧タービン14,14′を迂回して低圧タービンバイパス弁1
9を有する低圧タービンバイパスライン20が復水器15に
直接連通される。

発電機21は、高圧タービン６、中圧タービン13および低
圧タービン14,14′によって駆動され、発生する電力は
遮断器22を介して外部ネットワークに供給される。な
お、符号23は主蒸気安全弁、24は再熱蒸気安全弁を示
し、それぞれ主蒸気管３、再熱管8,10およびこれに接続
される各機器に過大圧力が掛らないように保護してい
る。

また、主蒸気管３には主蒸気圧力発信器25、主蒸気温度
検出器26が接続され、高温再熱管10には再熱蒸気圧力発
信器27、再熱蒸気温度検出器28が接続され、高圧タービ
ンバイパスライン18には流量計29、高圧タービンバイパ
ス弁下流側圧力発信器30、高圧タービンバイパス弁下流
側温度検出器31が接続され、高圧タービン６には高圧タ
ービン第１段落圧力発信器32が接続され、中圧タービン
13には中圧タービン再熱蒸気流入室（リヒートボウル）
圧力発信器33が接続される。

第４図は従来のタービンバイパス弁制御装置の一例を示
す系統構成図である。第４図において、高圧タービンバ
イパス弁17は、主蒸気圧力発信器25により検出された主
蒸気圧力信号と主蒸気圧力設定器35の圧力設定信号との
偏差を加算器36で演算した後、圧力演算装置37で最適な
制御になるよう調整した比例Ｐ、積分Ｉ、微分Ｄの演算
を行なって高圧タービンバイパス弁17の弁駆動装置38を
介して駆動される。タービン通常運転時は、高圧タービ
ンバイパス弁17を使用しないように弁閉バイアス39をイ
ンターロック装置40のリレーを励磁して接点41を接続
し、バイアスを加算器36に負荷して、高圧タービンバイ
パス弁17を全閉に保持する。負荷遮断時等に高圧タービ
ンバイパス弁17を使用する場合には、インターロック装
置40のリレーを無励磁にして接点41を切り離し、弁閉バ
イアス39が加算器36に負荷しないようにする。

一方、低圧タービンバイパス弁19は、高圧タービン第１
段落圧力発信器32により検出された高圧タービン第１段
落圧力信号がタービン負荷に比例することおよび再熱蒸
気圧力も高低圧タービンバイパス弁17,19を通って蒸気
が流れないタービン通常運転中はタービン負荷に比例す
るという特性を利用して、高圧タービン第１段落圧力発
信器32により検出された高圧タービン第１段落圧力信号
から再熱蒸気圧力の設定値を作るために圧力設定関数器
43によって再熱蒸気圧力ないしは僅かに高い圧力を演算
すると共に上下限を定めて再熱蒸気圧力設定信号とし、
この信号と再熱蒸気圧力発信器27により検出された再熱
蒸気圧力信号との偏差を加算器36で演算した後、圧力演
算装置37で最適な制御になるように調整した比例Ｐ、積
分Ｉ、微分Ｄの演算を行なった後、低圧タービンバイパ
ス弁19の駆動装置38によって駆動される。弁閉バイアス
39、接点41は構成および作用共に高圧タービンバイパス
弁17の制御の場合と同様であるため、重複説明を省略す
る。

（発明が解決しようとする課題） 従来のタービンバイパス弁制御装置におけるFCB（FAST
CUT BACK）時および負荷遮断時の負荷急減に対する制御
を第５図に示す。送電系統におけるトラブル等により発
電機負荷が急減した場合、タービン制御装置（図示せ
ず）はタービン過速防止のために蒸気加減弁５およびイ
ンターセプト弁12を絞る。これと同時に、ボイラ制御装
置においても、発生蒸気量を減らすために燃料やボイラ
給水量を絞り込む（FCB）。

しかし、ボイラ１は加熱器２および再熱器９の残余熱容
量が大きく、また残存する大量の蒸気によってFCB前の
出力を過渡的に出し続ける傾向にあるため、主蒸気圧力
が過渡的に上昇し、高圧タービンバイパス弁17は圧力制
御を開始する。

高圧タービンバイパス弁17からの蒸気は再熱器９に流入
し、これにより再熱蒸気圧力も過渡的に上昇し、その結
果低圧タービンバイパス弁19も開いて圧力制御を開始す
る。

この場合、低圧タービンバイパス弁19は、高圧タービン
第１段落圧力発信器32の圧力信号から演算したタービン
負荷に見合った設定圧力より再熱蒸気圧力が高い圧力に
なってから開き始めるため、FCB時や負荷遮断時に高圧
タービンバイパス弁17が開いた後も低圧タービンバイパ
ス弁19の開き方が遅くなり、その結果再熱蒸気圧力が過
渡的に高くなり過ぎ、再熱蒸気安全弁24が作動してしま
うことがあった。

このため、タービンバイパス弁急開装置を付属したもの
も提案されているが、これはFCB時や負荷遮断時に設定
圧力より実圧力が一定値以上高くなった場合にタービン
バイパス弁19の弁駆動装置38の例えば電磁弁に直接働き
掛けて、タービンバイパス弁19を単に全開して安全弁の
役割を持たせ、実圧力が設定圧力より低下した反転信号
により電磁弁を復帰して通常の圧力制御に戻すものであ
る。しかし、このような急開装置では全開、全閉を繰り
返す場合や部分負荷運転中の急開でボイラトリップに至
るそれもあるので、通常圧力制御のままで先行予知制御
を取り入れた低圧タービンバイパス弁制御装置が要望さ
れている。

本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、再熱蒸
気圧力が上昇または下降する以前に再熱蒸気管への流
入、流出蒸気の偏差を相殺するように直接低圧タービン
バイパス弁を駆動する先行予知圧力制御を行なうことに
より、FCB時や負荷遮断時のようなタービン負荷急減時
に過渡的に再熱蒸気圧力が異常上昇したり、安全弁が作
動したりすることのない安全な低圧タービンバイパス弁
制御装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、ボイラ制御装置からのボイラ負荷信号を圧力
設定関数器を介して再熱蒸気圧力設定値とし、この再熱
蒸気圧力設定値と再熱蒸気実圧力との偏差を圧力演算装
置で演算し、この圧力演算装置からの低圧タービンバイ
パス弁開度制御信号を第１加算器に入力する一方、高圧
タービン第１段落圧力検出器からの高圧タービン流量信
号と、高圧タービンバイパスライン流量計もしくは高圧
タービンバイパス弁開度発信器、主蒸気圧力発信器、主
蒸気温度検出器、高圧タービンバイパス弁下流側圧力発
信器および高圧タービンバイパス弁下流側温度検出器か
らの信号を入力して演算を行なう流量演算装置からの高
圧タービンバイパス弁流量信号と、中圧タービン再熱蒸
気流入室圧力発信器からの中／低圧タービン流量信号と
を第２加算器に入力して再熱管への流入、流出蒸気の偏
差を求め、この偏差信号を流量／開度変換器に入力して
入力時の高温再熱蒸気温度と前記圧力設定関数器からの
再熱蒸気圧力設定値をパラメータとして低圧タービンバ
イパス弁開度制御信号に変換し、この低圧タービンバイ
パス弁開度制御信号をゲイン調節器を介して前記第１加
算器に入力して前記圧力演算装置からの低圧タービンバ
イパス弁開度制御信号と加算し、この第１加算器からの
低圧タービンバイパス弁開度制御信号をタービン負荷急
減時に高圧タービンバイパス弁が開くと同時に接続する
リレー接点を介して低圧タービンバイパス弁駆動装置に
入力し、この低圧タービンバイパス弁駆動装置により再
熱管への流入、流出蒸気の偏差を相殺するように低圧タ
ービンバイパス弁を駆動したものである。

（作用） 本発明によれば、FCB時および負荷遮断時等のタービン
負荷急減時に高圧タービンバイパス弁が開くと同時に、
低圧タービンバイパス弁が再熱蒸気管への流入蒸気と流
出蒸気の変化に即応して自動的に再熱蒸気圧力をボイラ
負荷に応じて制御することができる。したがって、再熱
蒸気圧力が上昇（あるいは下降）する以前に出入流量の
変化を先行して取り入れた先行制御を行なうことができ
る。

また、一般的にFCB時および負荷遮断時においては、ボ
イラの持つ保有熱容量および蓄圧効果が大きいことによ
り、タービン負荷の急減に対応してボイラ負荷を急減さ
せることができずに、ボイラが過渡的に余剰蒸気を発生
させる。この過渡時においてボイラ再熱器の蒸気圧力
を、タービン負荷に見合った状態とすることは適当では
ない。このため、ボイラ負荷に見合った適正な圧力設定
を与え、これにより適正な低圧タービンバイパス弁制御
を行なうことができる。

（実施例） 本発明に係る低圧タービンバイパス弁制御装置の一実施
例について添付図面を参照して説明する。

第１図において、第２図および第４図と同一部分につい
ては同一の符号を付して重複説明を省略する。

第１図において、ボイラ制御装置45のボイラ負荷信号を
圧力設定関数器46により再熱蒸気圧力設定値とし、加算
器36で再熱蒸気圧力発信器27の実圧力信号と比較し、そ
の偏差を圧力演算装置37で演算し、その出力で第１加算
器としての加算器47、リレー接点48および加算器49を介
して、低圧タービンバイパス弁19の弁駆動装置38を駆動
する。

一方、高圧タービン第１段落圧力発信器32の高圧タービ
ン負荷相当信号を負荷／流量変換器50を介して高圧ター
ビン流量信号に変換して加算器51に加算する。また、高
圧タービンバイパスライン18に設けた流量計29からの高
圧タービンバイパス弁流量信号を加算器51に加算する。
高圧タービンバイパスライン18に流量計29がない場合に
は、高圧タービンバイパス弁17の弁駆動装置38に設置し
た差動トランス等の高圧タービンバイパス弁開度発信器
52の弁開度信号と、主蒸気圧力発信器25の主蒸気圧力信
号と、高圧タービンバイパス弁下流側圧力発信器30の圧
力信号と、主蒸気管３に設置した主蒸気温度検出器26か
らの主蒸気温度検出信号と、高圧タービンバイパス弁下
流側温度検出器31の温度検出信号とから高圧タービンバ
イパス弁17の流量を演算する流量演算装置53からの高圧
タービンバイパス弁流量信号を加算器51に加算する。

また、中圧タービン再熱蒸気流入室圧力発信器33の出力
する中／低圧タービン負荷相当信号を負荷／流量変換器
54で中／低圧タービン流量信号に変換して加算器51で減
算する。

加算器51で演算する再熱管8,10への流入と流出蒸気流量
の偏差信号は、流量／開度変換器55に送られ、ここで再
熱蒸気温度検出器28の再熱蒸気温度と、前記圧力設定関
数器46の再熱蒸気圧力設定値をパラメータとして低圧タ
ービンバイパス弁19の開度を演算し、低圧タービンバイ
パス弁開度制御信号をゲイン調節器56を介して前記加算
器47に加算する。

なお、高圧タービンバイパス弁17が開いた条件で低圧タ
ービンバイパス弁19の上記制御系を自動（AUTO）にする
ように、高圧タービンバイパス弁17の弁駆動装置38に設
置した高圧タービンバイパス弁17の開き始めを検出する
リミットスイッチ等の位置検出器57からの信号をリレー
回路58に入力し、高圧タービンバイパス弁17が開き始め
ると、リレー接点59により弁閉バイアス60を切り離し、
リレー接点61により圧力演算装置37のリセットワインド
アップ防止装置を切り離し、リレー接点48により加算器
47と49を接続して、圧力演算装置37および流量／開度変
換器55からの低圧タービンバイパス弁開度制御信号を低
圧タービンバイパス弁19の弁駆動装置38側へ連絡する。

次に上記実施例の作用について説明する。

再熱管8,10の圧力を制御するに際し、再熱管8,10への流
入蒸気量を、高圧タービン６を通って流入する分につい
ては高圧タービン第１段落圧力発信器32によって検知
し、高圧タービンバイパス弁17を通って流入する分につ
いては流量計29もしくは高圧タービンバイパス弁開度発
信器52、主蒸気圧力発信器25、高圧タービンバイパス弁
下流側圧力発信器30、主蒸気温度検出器26、高圧タービ
ンバイパス弁下流側温度検出器31の各出力を流量演算装
置53で演算して検知し、再熱管8,10からの流出蒸気量は
中／低圧タービン13,14,14′を通って流出する分を中圧
タービン再熱蒸気流入室圧力発信器33により検知し、検
知した信号をそれぞれ流量相当信号に揃えて流出、流入
蒸気量のバランス状態を加算器51により演算して偏差を
求める。

そして、FCB時や負荷遮断時等のタービン負荷急減時に
おいて過渡的にその偏差が生じた場合に、流量／開度変
換器55により、そのときのボイラ負荷に応じた再熱蒸気
圧力設定値を圧力設定関数器46により検知すると共に、
そのときの再熱蒸気温度を再熱蒸気温度検出器28により
検知しつつ低圧タービンバイパス弁19の開度を演算し、
圧力演算装置37をバイパスして、直接低圧タービンバイ
パス弁19をその弁駆動装置38を介して駆動し、再熱管8,
10流入、流出蒸気量の偏差を相殺するように低圧タービ
ンバイパス弁19を開閉し、この低圧タービンバイパス弁
19を流れる再熱管8,10からの流出蒸気量を加減する。

したがって、第３図に示すように、FCB時および負荷遮
断時等のタービン負荷急減時に、高圧タービンバイパス
弁17が開くと同時に低圧タービンバイパス弁19が再熱管
8,10への流入蒸気と流出蒸気の変化に即応して自動的に
再熱蒸気圧力をボイラ負荷に応じて制御することがで
き、再熱蒸気圧力が上昇（あるいは下降）する以前に出
入流量の変化を先行して取り入れた先行制御を行なうこ
とができる。

このように上記実施例によれば、再熱管8,10に対する流
入、流出蒸気量のアンバランス（偏差）により直接、そ
の偏差を相殺するように低圧タービンバイパス弁19を制
御するから、従来のように流入、流出蒸気のアンバラン
スにより再熱管8,10の圧力が上昇または下降してから圧
力演算装置37が作動して、低圧タービンバイパス弁19を
制御する場合に比較して、遥かに早い低圧タービンバイ
パス弁19の制御が可能になる。

特に、高温再熱管10、再熱器９、低温再熱管８の容量が
大きく、流入、流出蒸気量にアンバランスがあった場
合、圧力が上昇し過ぎ、または下降し過ぎて、低圧ター
ビンバイパス弁19を制御しても、その容積に蓄積された
蒸気量の偏差（アンバランス）分の総量が大きく、これ
を直ちに除去するのに時間が掛るような場合に有効であ
る。

本実施例は、再熱管8,10、再熱管９への蒸気の流入、流
出量の偏差を常に監視し、その偏差により直接低圧ター
ビンバイパス弁19を駆動して、直ちに偏差を相殺するこ
とができ、圧力が上昇または下降する以前に制御を行な
う先行予知制御を行なうことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、再熱蒸気圧力が上昇または下降する以
前に再熱管への流入、流出蒸気の偏差を相殺するよう
に、直接低圧タービンバイパス弁を駆動する先行予知圧
力制御を行なうことができ、FCBや負荷遮断時のような
タービン負荷急減時に過渡的に再熱蒸気圧力が異常上昇
したり、安全弁が作動したりすることのない安全な低圧
タービンバイパス弁制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る低圧タービンバイパス弁制御装置
の一実施例を示す系統構成図、第２図はタービンバイパ
スシステムを有する発電システムを示す系統構成図、第
３図は上記実施例の作用を説明する図、第４図は従来の
タービンバイパス弁制御装置の一例を示す系統構成図、
第５図は従来のタービンバイパス弁制御装置の作用を説
明する図である。 17……高圧タービンバイパス弁、19……低圧タービンバ
イパス弁、25……主蒸気発信器、26……主蒸気温度検出
器、27……再熱蒸気圧力発信器、28……再熱蒸気温度検
出器、29……流量計、30……高圧タービンバイパス弁下
流側圧力発信器、31……高圧タービンバイパス弁下流側
温度検出器、32……高圧タービン第１段落圧力発信器、
37……圧力演算装置、38……弁駆動装置、45……ボイラ
制御装置、46……圧力設定関数器、47……加算器、48…
…リレー接点、50……負荷／流量変換器、51……加算
器、52……高圧タービンバイパス弁開度発信器、53……
流量演算装置、54……負荷／流量変換器、55……流量／
開度変換器、56……ゲイン調節器、57……位置検出器、
58……リレー回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボイラ制御装置からのポイラ負荷信号を圧
   力設定関数器を介して再熱蒸気圧力設定値とし、この再
   熱蒸気圧力設定値と再熱蒸気実圧力との偏差を圧力演算
   装置で演算し、この圧力演算装置からの低圧タービンバ
   イパス弁開度制御信号を第１加算器に入力する一方、高
   圧タービン第１段落圧力検出器からの高圧タービン流量
   信号と、高圧タービンバイパスライン流量計もしくは高
   圧タービンバイパス弁開度発信器、主蒸気圧力発信器、
   主蒸気温度検出器、高圧タービンバイパス弁下流側圧力
   発信器および高圧タービンバイパス弁下流側温度検出器
   からの信号を入力して演算を行なう流量演算装置からの
   高圧タービンバイパス弁流量信号と、中圧タービン再熱
   蒸気流入室圧力発信器からの中／低圧タービン流量信号
   とを第２加算器に入力して再熱管への流入、流出蒸気の
   偏差を求め、この偏差信号を流量／開度変換器に入力し
   て入力時の高温再熱蒸気温度と前記圧力設定関数器から
   の再熱蒸気圧力設定値をパラメータとして低圧タービン
   バイパス弁開度制御信号に変換し、この低圧タービンバ
   イパス弁開度制御信号をゲイン調節器を介して前記第１
   加算器に入力して前記圧力演算装置からの低圧タービン
   バイパス弁開度制御信号と加算し、この第１加算器から
   の低圧タービンバイパス弁開度制御信号をタービン負荷
   急減時に高圧タービンバイパス弁が開くと同時に接続す
   るリレー接点を介して低圧タービンバイパス弁駆動装置
   に入力し、この低圧タービンバイパス弁駆動装置により
   再熱管への流入、流出蒸気の偏差を相殺するように低圧
   タービンバイパス弁を駆動したことを特徴とする低圧タ
   ービンバイパス弁制御装置。