JPH0781521B2 - 蒸気タービン制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蒸気タービンの制御装置
に係り、特にインターセプト弁の弁開度制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、原子力プラントの耐力向上を目的
とした改善策の１つとして、例えば特公昭６１−２０５
３０６号公報に記載されているように、蒸気タービン速
度制御機構に非線形調定率を採用した蒸気タービン制御
装置が提案され実用化されている。

【０００３】この蒸気タービン制御装置は、速度調定率
を非線形化し、一時的な周波数上昇に対して蒸気加減弁
をタービンバイパス弁容量以下に絞り込まないような特
性とするもので、比較的低コストで系統周波数上昇時の
原子炉スクラム耐力を高めることができる。図６は、一
般的な原子力プラントの系統図であって、原子炉１で発
生した蒸気はタービン入口側の蒸気加減弁（ＣＶ）２を
経て高圧タービン３に供給され、そこで仕事を行なった
後湿分分離器或は湿分分離加熱器４ａ，４ｂ、インター
セプト弁（ＩＶ）５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄを経て低圧タ
ービン６に供給される。その低圧タービン６に供給され
た蒸気はそこで仕事を行ない、その後復水器７で復水さ
れ給水ポンプ８によって再び原子炉１に還流される。一
方、高圧タービン３及び低圧タービン６には発電機９が
直結されており、上記両タービンによって発電機９が駆
動され発電される。

【０００４】また、蒸気加減弁２の上流側と復水器７間
には、原子炉１で発生した蒸気を蒸気タービン３，６を
バイパスして復水器７に流し込むタービンバイパス管路
１０が設けられており、そのタービンバイパス管路１０
にはタービンバイパス弁（ＴＢＶ）１１が設けられてい
る。

【０００５】このタービンバイパス弁１１は、通常運転
中の原子炉発生蒸気とタービン流入蒸気量とが等しいと
きには全閉しているが、例えば系統周波数の上昇時或は
負荷しゃ断等によりタービン回転数が上昇し、蒸気ター
ビンの過回転を防止するため蒸気加減弁２が絞り込ま
れ、発生蒸気量とタービン流入蒸気量との間に差が生じ
た時には、タービンバイパス弁１１が開かれ、余剰蒸気
が直接復水器７に排出される。

【０００６】図７は、従来の蒸気タービン制御装置のブ
ロック図であって、回転数設定器１２からの設定信号と
系統周波数ｆとが比較器１３で比較され、その偏差信号
すなわち速度誤差信号が蒸気加減弁調定率制御回路１
４、非線形調定率関数発生器１５を経て加算器１６に入
力され、そこで負荷設定器１７からの負荷設定信号と加
算される。そして、その加算信号が低値優先回路１８に
入力される。

【０００７】低値優先回路１８には、圧力制御装置から
の圧力制御信号１９も入力されており、上記加算信号と
の低値信号が蒸気加減弁制御信号として出力する。この
低値優先回路１８では通常運転中には前記圧力制御信号
１９が優先されるようにしてあり、一方系統周波数が上
昇したり負荷しゃ断等によりタービン回転数が上昇した
場合には、速度誤差信号が大きくなり、蒸気加減弁調定
率制御回路１４等を経、負荷設定信号が加算された信号
レベルが前記圧力制御信号１９より小さくなって、蒸気
加減弁はこの信号により支配されることとなる。また、
このとき圧力制御信号１９の信号レベルは一定のため、
低値優先回路１８からの蒸気加減弁制御信号との差が、
タービンバイパス弁の制御信号となり、タービンバイパ
ス弁１１が開かれる。

【０００８】一方、前記加算器１６からの出力信号は、
インターセプト弁調定率制御回路２０にも入力、その制
御回路２０を経て１００％の値をもつインターセプト弁
開バイアス２１が加算器２２で加えられ、弁開度制御可
能なインターセプト弁５ａ，５ｂの弁開度要求信号２３
ａ，２３ｂとなる。そしてその弁開度要求信号２３ａ，
２３ｂがれぞれ弁位置制御回路２４に加えられ、その弁
位置制御回路２４からの制御信号によってインターセプ
ト弁作動用油筒２５が作動され、インターセプト弁５
ａ，５ｂの開度が制御される。

【０００９】上記インターセプト弁５ａ，５ｂの開度は
それぞれ開度検出器２６によって検出され（図にはイン
ターセプト弁５ａの開度検出器のみを示す）、その実弁
開度信号が前記弁開度要求信号２３ａ，２３ｂにフィー
ドバックされる。

【００１０】また、開度検出器２６の実弁開度信号は弁
開度比較器２７ａにも入力され、例えば弁開度５０％以
上の場合に弁開度比較器２７ａが作動され、ＯＮ−ＯＦ
Ｆ弁であるインターセプト弁５ｃが全開される。インタ
ーセプト弁５ｄも同様にインターセプト弁５ｂの開度に
対応して全開される。

【００１１】図８は、図７に示す非線形調定率使用接点
２８がＯＮ状態のときの蒸気加減弁、インターセプト弁
及びタービンバイパス弁の周波数に対する弁開度特性図
であって、圧力制御信号１９が一定の状態で系統周波数
ｆすなわちタービン回転数が上昇した時の関係を表わし
ている。

【００１２】図８において、系統周波数ｆが基底周波数
ｆ₁ より上昇しｆ₂ になった場合、前記圧力制御信号１
９と、速度誤差信号及び負荷設定信号の和とが等しくな
り、蒸気加減弁２は閉、タービンバイパス弁１１は開の
待ち状態となる。系統周波数ｆがさらに上昇してｆ₃ に
なると、例えば２５％タービンバイパス容量プラントで
はタービンバイパス弁１１が全開する。

【００１３】ここで、速度誤差信号による蒸気加減弁２
への開度要求信号が線形であるプラントにおいては、図
８に破線で示すように、系統周波数がｆ₃ 以上に上昇す
ると蒸気加減弁２をさらに絞り込む。したがって、この
場合には原子炉発生蒸気とタービン側での消費蒸気量
（蒸気加減弁通過蒸気量＋タービンバイパス弁通過蒸気
量）との間に差が生じ、炉圧上昇に伴なう原子炉スクラ
ムに至りプラント停止となる。

【００１４】これに対し、非線形調定率適用プラントで
は系統周波数がｆ₃からさらに上昇しｆ₄ になるまで蒸
気加減弁２の絞り込みがなく、プラントとしては運転可
能となり、原子炉のスクラムに対する耐力が改善され
る。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の蒸気タービ
ン制御装置では、非線形調定率を適用しているので、原
子炉のスクラムに対する耐力の改善は可能であるが、こ
の種のプラントにおいては系統周波数が上昇した状態で
負荷しゃ断が発生した場合、そのタービン瞬時最大回転
数が問題となる。法的にこの値は１１１％未満となるよ
うに規制されているが、図９に示すように、線形調定率
適用時が１０７％程度と比較的低い値に制御できるプラ
ントでも、非線形調定率を適用して系統周波数上昇を３
％程度まで許容した場合には、負荷しゃ断時の瞬時最大
回転数は約１１０％程度まで上昇し、非常に厳しい値と
なり、どこまで上昇させるか（プラント耐力をもたせる
か）が１つの課題となる。

【００１６】なお、図９において負荷しゃ断時の瞬時最
大回転数がノコギリ歯状となっているが、これは蒸気加
減弁およびインターセプト弁の負荷帯による最大回転数
を抑えるための弁制御方法の差によるものである。

【００１７】一方、系統周波数ｆの上昇が過渡的であ
り、蒸気加減弁開度と蒸気タービン内部保有エネルギー
との差が著しい場合には、図９で示す負荷帯と各弁との
弁制御インターロックがずれる可能性もある。すなわ
ち、タービン出力を検出している高圧タービン排気の状
態が或る任意の出力相当であっても、低圧タービン側で
は蒸気流れの遅れにより任意の出力＋αとなっているこ
とがあり、タービン全体としては高い出力状態より負荷
しゃ断が行なわれることになる。

【００１８】そこで、低負荷帯の瞬時最大回転数を抑制
するために或負荷帯以上のみ非線形調定率が使用できる
ように、蒸気加減弁調定率制御回路１４からの出力系統
部に非線形調定率関数発生器１５を接点２８を介して接
続し、接点２８の開閉によって蒸気非線形調定率関数発
生器１５を使用したり使用しなかったりすることが可能
となるようにしてあるが、耐力向上の観点からみると、
出来る限り広範囲にわたって非線形調定率を適用する必
要がある等の問題がある。

【００１９】また、全容量タービンバイパスプラントに
おいは、蒸気加減弁を絞り込んでもタービンバイパス弁
において余剰蒸気を流し得るので、非線形調定率を適用
する必要性はないが、系統周波数上昇時の負荷しゃ断時
におけるタービン瞬時最大回転数が厳しいのは非線形調
定率適用プラントと全く同一である。

【００２０】本発明はこのような点に鑑み、プラント耐
力向上のために非線形調定率或は全容量タービンバイパ
スシステムを採用した場合であっても、負荷しゃ断時に
おける蒸気タービンの瞬時の最大回転数を非常調速機の
作動範囲に抑えることができる蒸気タービン制御装置を
得ることを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、系統周波数が
所定周波数以下の場合のみに一部のインターセプト弁の
全開信号を出力するインターセプト弁弁開度判別器と、
このインターセプト弁弁開度判別器からの出力信号と通
常のインターセプト弁開信号とにより成立し、当該イン
ターセプト弁に全開信号を出力する論理積回路とを有す
ることを特徴とする。

【００２２】

【作用】系統周波数が所定周波数以上になると、ＯＮ−
ＯＦＦ弁である一部のインターセプト弁への全開信号が
０となり、論理積回路が不成立となり、負荷しゃ断時の
最大回転数に最も影響を与えるインターセプト弁が負荷
しゃ断前に先行的に閉鎖される。したがって、負荷しゃ
断時にインターセプト弁を通過する蒸気エネルギが小さ
くなり、瞬時最大回転数が低く抑えられる。

【００２３】

【実施例】以下、図１及び図２を参照して本発明の第１
実施例について説明する。なお図中図７と同一部分には
同一符号を付しその詳細な説明は省略する。

【００２４】図１において、回転数設定器１２からの設
定信号と系統周波数ｆとの誤差が速度誤差信号となり、
蒸気加減弁調定率制御回路１４を経て非線形調定率関数
発生器１５に入力される。この非線形調定率関数発生器
１５からの出力信号には上記蒸気加減弁調定率制御回路
１４からの信号が加算され、この加算値にさらに負荷設
定器１７の出力値が加えられ、これが低値優先回路１８
に入力され、上記加減弁の制御信号となる。

【００２５】一方、上記低値優先回路１８に入力される
信号と同一信号はインターセプト弁調定率制御回路２０
にも入力され、この制御回路２０からの出力信号に１０
０％の値をもつインターセプト弁開バイアス２１が加え
らられ、開度制御可能なインターセプト弁５ａ及び５ｂ
への弁開度要求信号２３ａ，２３ｂとなる。そして、上
記弁開度要求信号２３ａ，２３ｂによってそれぞれイン
ターセプト弁５ａ，５ｂの開度が制御される。

【００２６】上記インターセプト弁５ａ，５ｂの弁開度
はそれぞれ開度検出器２６によって検出され、その実弁
開度信号が前記弁開度要求信号２３ａ，２３ｂにフィー
ドバックされる。

【００２７】インターセプト弁５ａ，５ｂの各実弁開度
信号は、それぞれ弁開度比較器２７ａ，２７ｂ（図には
２７ａのみを示す）にも入力され、例えばインターセプ
ト弁５ａの弁開度が５０％以上においては弁開度比較器
２７ａが作動し、ＯＮ−ＯＦＦ弁であるインターセプト
弁５ｄへの全開信号が出力し、この信号が論理積回路３
０ａ，３０ｂに入力される。

【００２８】また、系統周波数ｆはインターセプト弁５
ｄ及び５ｃの弁開度判別器１３ａ，１３ｂにも入力され
ている。この弁開度判別器３１ａ，３１ｂでは系統周波
数ｆが所定周波数以下のときのみ弁開信号が出力し、こ
の出力信号が前記論理積回路３０ａ，３０ｂに入力さ
れ、弁開度判別器３１ａ，３１ｂ及び前記弁開度比較器
２７ａ，２７ｂからの弁開信号が入力するとこの論理積
回路３０ａ，３０ｂが成立し、インターセプト弁５ｄ，
５ｃがそれぞれ全開される。

【００２９】すなわち、負荷しゃ断時の瞬時最大回転数
が厳しいと予想されるプラントでは、図２に示すよう
に、従来系統周波数ｆ₅ まで上昇するまで全閉させなか
ったものを、インターセプト弁５ｄについては系統周波
数ｆ₆ の時点において、又インターセプト弁５ｃについ
は系統周波数ｆ₇の時点において全閉させる信号が論理
積回路３０ａ，３０ｂに出力される。なお、上記ｆ₅ ，
ｆ₆ の周波数を同値に選定しても何ら問題はない。

【００３０】一方、系統周波数の上昇が継続し図２に示
すｆ₄ に到達した後、再び下降しｆ₇ ，ｆ₆ になると、
図１の論理積回路３０ａ，３０ｂが成立し、ＯＮ−ＯＦ
Ｆ弁であるインターセプト弁５ｄ，５ｃが再び全開とな
る。

【００３１】ところで、ＯＮ−ＯＦＦ弁であるインター
セプト弁５ｄ，５ｃを周波数上昇過程で全閉させた時の
蒸気タービン系に与える外乱程度と負荷しゃ断時の回転
数上昇率を低減させる効果とは概略下記のように試算さ
れる。

【００３２】まず、インターセプト弁５ｄ及び５ｃを蒸
気タービン運転中に全閉させたた場合には、インターセ
プト弁前圧の上昇を引き起すことになるが、一般的に湿
分分離器からインターセプト弁出口までの配管圧力損失
が２〜３％程度であり、２弁全閉になることにより蒸気
流速が２倍すなわち圧力損失が４倍となっても、弁前圧
力上昇量は約１０％程度であり、問題となる値ではな
い。

【００３３】また、インターセプト弁５ｄ及び５ｃを先
行的に全閉させた場合、負荷しゃ断時の瞬時最大回転数
が低下する程度は高負荷領域では約１％、低負荷領域で
は約３％と非常に多きなものとなる。

【００３４】図３は、制御弁であるインターセプト弁５
ａ，５ｂを周波数の上昇に伴ない先行的に閉鎖させるよ
うにした制御ブロック図であり、インターセプト弁開度
要求信号には、系統周波数ｆを入力とするインターセプ
ト弁開度バイアス器３２ａ，３２ｂからのバイアス信号
がそれぞれ加算器３３ａ，３３ｂ（図においては３３ａ
のみを示す）を介して加算されるようにしてある。

【００３５】上記インターセプト弁開度バイアス器３２
ａ，３２ｂは、例えば系統周波数がｆ₃ に到達したとき
インターセプト弁５ａ，５ｂを図４に示すように全開位
置より閉め始め、系統周波数がｆ₈ に到達したとき全閉
させるようなバイアス信号を出力する関数発生器であっ
て、このインターセプト弁開度バイアス器３２ａ，３２
ｂからの出力信号が加算器３３ａ，３３ｂを介してそれ
ぞれインターセプト弁開度要求信号に加算され、その加
算信号によってインターセプト弁５ａ，５ｂがそれぞれ
制御される。

【００３６】また、ＯＮ−ＯＦＦ弁であるインターセプ
ト弁５ｄ及び５ｃは、系統周波数が図４で示すｆ₅ とな
るまで全閉動作が発生しないように、加算器３３ａ，３
３ｂの入力側信号を基準としたインターセプト弁開度比
較器２７ａによりＯＮ−ＯＦＦされるようにしてある。

【００３７】しかして、系統周波数が上昇して図４のｆ
₃ に達すると、インターセプト弁５ａ，５ｂが閉じ始
め、ｆ₈ で全閉され、その後ｆ₅ になるとＯＮ−ＯＦＦ
弁であるインターセプト弁５ｄ，５ｃが全閉される。

【００３８】図５は、図３におけるインターセプト弁開
度バイアス器３２ａ，３２ｂの関数内容を蒸気加減弁と
同様に非線形調定率化したものであり、系統周波数ｆが
上昇しｆ₃ に到達した時点よりインターセプト弁５ａ，
５ｂを閉じ始め、系統周波数がｆ₉ に到達した時に開度
要求信号を約５０％とし、さらに系統周波数がｆ₁₀に到
達するまで一定開度に維持するようにしてある。

【００３９】インターセプト弁の弁開度と流量間の特性
は、開度５０％でほぼ定格流量を流し得るような特徴を
もつ特性であるため、弁開度５０％まで絞り込んだとし
ても弁の流れ上外乱となるものではなく、負荷しゃ断時
の弁の急速閉特性上は弁閉鎖時間が約１／２となるた
め、瞬時タービン最大回転数に与える影響は大きい。

【００４０】一方、ＯＮ−ＯＦＦ弁であるインターセプ
ト弁５ｄ，５ｃへの弁開度制御信号については図３と全
く同一であり、弁開度比較器２７ａ，２７ｂへの入力信
号が５０％に到達した時点で全閉信号を発する。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
インターセプト弁弁開度判別器或はインターセプト弁弁
開度バイアス器を設けたので、プラント耐力向上のた
め、蒸気加減弁に非線形調定率を採用した場合でも、系
統周波数の上昇に伴ない非線形調定率とは切り離した状
態で先行的に一部のインターセプト弁を閉鎖させ、負荷
しゃ断時における蒸気タービンの瞬時の最大回転数を非
常調速機の作動範囲内に抑えることができる。またこの
ため非線形調定率の適用負荷帯を広範囲に選択すること
も可能となる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蒸気タービン制御装置の制御ブロック
図。

【図２】図１の制御ブロック図に従う非線形調定率を有
するものにおける系統周波数蒸気加減弁・インターセプ
ト弁弁開度要求信号特性図。

【図３】本発明の他の実施例の制御ブロック図。

【図４】図３の制御ブロック図に示すものにおける系統
周波数−蒸気加減弁・インターセプト弁弁開度要求信号
特性図。

【図５】本発明のさらに他の実施例における系統周波数
−蒸気加減弁・インターセプト弁弁開度要求信号特性
図。

【図６】一般的な原子力発電プラントの系統図。

【図７】従来の蒸気タービン制御装置の制御ブロック
図。

【図８】非線形調定率適用時の系統周波数−蒸気加減弁
・インターセプト弁弁開度要求信号特性図。

【図９】原子力プラントの負荷しゃ断時の蒸気タービン
瞬時最大回転数特性線図。

【符号の説明】

２ 蒸気加減弁 ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ インターセプト弁 １１ タービンバイパス弁 １２ 回転数設定器 １５ 非線形調定率関数発生器 １７ 負荷設定器 １８ 低値優先回路 ２４ 弁位置制御回路 ２７ａ 弁開度比較器 ３０ａ，３０ｂ 論理積回路 ３１ａ，３１ｂ 弁開度判別器 ３２ａ，３２ｂ インターセプト弁開度バイアス器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】系統周波数が所定周波数以下の場合のみに
   一部のインターセプト弁の全開信号を出力するインター
   セプト弁弁開度判別器と、このインターセプト弁弁開度
   判別器からの出力信号と通常のインターセプト弁開信号
   とにより成立し、当該インターセプト弁に全開信号を出
   力する論理積回路とを有することを特徴とする、蒸気タ
   ービン制御装置。
2. 【請求項２】系統周波数に対応してインターセプト弁開
   度要求信号を強制的に減ずるインターセプト弁弁開度バ
   イアス器を設けたことを特徴とする、蒸気タービン制御
   装置。