JPH081123B2 - 蒸気タ−ビン制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は蒸気タービン制御装置に係り、特に迅速、か
つ安定した起動特性を得るのに好適な蒸気タービン制御
装置に関する。

（従来の技術） 一般に、蒸気タービンにはタービン制御あるいは軸受
の潤滑のために制御油あるいは潤滑油を供給する高圧の
油圧源が備えられる。これらの制御油あるいは潤滑油を
一定の圧力で供給するには油ポンプの動力が安定してい
る必要があり、蒸気タービン自らがこれを駆動する方式
のものがある。この方式の例としては原子力発電プラン
トにおける緊急時のバックアップ用としての原子炉隔離
時冷却系（以下、RCICという）に用いられるRCICタービ
ン、さらには原子力、火力発電プラント等における非常
時の所内バックアップ電源供給用タービンなどがある。

以下、RCICタービンをこれらの代表例として採りあ
げ、系統構成を説明する。なお、RCICとは原子炉が復水
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するように機能する
炉心冷却のための保安設備である。

第３図において、図中符号１は格納容器であって、こ
の格納容器１内には原子炉２収納され、さらに原子炉２
の下部には圧力制御プール３が設けられている。一方、
符号４はRCIの原動機としてのRCIタービンを示してお
り、このRCICタービンは原子炉２の発生蒸気を主タービ
ン（図示せず）に導く主蒸気管５から分岐されたRCIC蒸
気管６により作動蒸気を得て動力を発生し、また、その
排気を排気管７を通して圧力制御プール３に戻すように
構成されている。さらにRCICタービン４の駆動軸８には
給水ポンプ９が直結され、復水貯蔵タンク（図示せず）
から送られる冷却水が給水管10を通して原子炉２に供給
されるようになっている。

また、符号11は油ポンプであって、給水ポンプ９が設
けられる駆動軸８の反対側に羽根車に一体的に設けられ
ている。なお、図中の符号12、13、14は隔離弁、蒸気止
め弁、蒸気加減弁、また符号15は安全弁をそれぞれ示し
ている。

上記構成において、原子炉２への給水が停止するなど
の緊急時に原子炉２が隔離され、その水位が低下する
と、隔離弁21が開き始め、既に開いた状態にて待機して
いる蒸気止め弁13および蒸気加減弁14を通して原子炉２
の発生蒸気がRCICタービン４に導かれ、起動が開始され
る。このRCICタービン４の回転により駆動軸８が回さ
れ、給水ポンプ９の運転開始により復水貯蔵タンク（図
示せず）からの冷却水が給水管10を通して原子炉２に供
給され、炉心を冷却するようになっている。このように
RCICでは起動信号を受けたならば直ちにRCICタービン４
が起動し、給水ポンプ９が速やかに立ち上がって所定量
の冷却水を原子炉２に送ることが何よりも大切である。

ところで、上記RCICタービン４の起動特性はタイムチ
ャート上において次のように表わされる。すなわち、第
４図において、時間経路が零の時点t0にて起動指令が発
せられたものとすると隔離弁12の開放と共に若干の遅れ
た時間t1にてRCICタービン４の起動が行なわれ、アイド
ル速度n1から勾配をもって延長される目標ランプ特性線
Ｌに従って徐々に上昇するように回転数が制御される。
一方、給水ポンプ９の流量は流量偏差信号100％値で示
される零から流量偏差信号値の減少を下り勾配で示され
る流量特性線Ｑに沿って徐々に増加し、時間t2において
RCICタービン４の実際の速度曲線Ｒと交わる。この交点
Ｐが安定速度点となり、以後この安定速度点Ｐに対応す
る速度でRCICタービン４が運転される。すなわち、目標
ランプ特性線Ｌからは切り離されて定格速度Ｓにて運転
される。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のようにRCICタービン４の起動特性は速度零の状
態から始まって急速に速度を高め、交点Ｐに達して速度
上昇が停止し、以後一定に保たれる。このために適正な
アイドル速度n1が定められ、ランプ関数も目標ランプ特
性線Ｌとして決められている。しかしながら、速度変化
が急激なこともあり、適切な制御が行われないと、LCIC
タービン４が過速度トリップを引き起こす危険性があ
る。すなわち、通常、目標ランプ特性線Ｌを出力するラ
ンプ信号発生器は隔離弁12に付属するリミットスイッチ
が動作した場合に出力される信号に基づいて与えられる
起動信号により働くが、この場合リミットスイッチには
機械的な設定誤差があって正確さに欠けており、一方、
LCICタービン４の起動時、隔離弁12からLCICタービン４
の入口までの間に滞留している蒸気ドレン、およびRCIC
蒸気管６の温度が周囲の温度まで低下しているなどの影
響を受け易い。このため、ランプ信号発生器の起動時点
と、RCICタービン４の速度上昇開始時期とが時間的にず
れてしまい、望ましい速度曲線が得られない。たとえ
ば、第４図に示されるように速度曲線Ｒは定格速度Ｓを
超えてしまうこともあり（s1点）RCICタービンが過速度
トリップを引き起こす。また、速度曲線Ｒ′のように時
間的なずれが大きく、不安定な傾向を示す。

したがって、本発明の目的は自立駆動式の蒸気タービ
ンにおける起動時の速度制御を安定に保つことのできる
蒸気タービン制御装置を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明による蒸気タービン制御装置は、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
気タービンを有し、蒸気タービンには少なくとも蒸気加
減弁の制御部に対して高圧の制御油を供給する油ポンプ
と、蒸気源に対して冷却水を供給する給水ポンプとが連
結されており、起動指令により給水ポンプの吐出流量が
所定値となるように蒸気タービンが所定のランプ関数に
従って速度制御されるようになっている蒸気タービン制
御装置において、蒸気タービンの速度を規定するランプ
関数を出力するにあたり、そのランプ信号発生器に蒸気
タービンの回転数に基づき与えられるタービン駆動スタ
ート信号を起動信号として加えることを特徴とするもの
である。

（作 用） 本発明においては蒸気タービンの速度を規定するラン
プ関数を出力する時期は蒸気タービンの回転数を検出す
る手段から与えられるタービン駆動スタート信号がラン
プ信号発生器に与えられた時とする。つまり、蒸気ター
ビンの起動時期とのマッチングが図られる。これによ
り、蒸気タービンの回転数上昇ピークが低く抑えられ、
蒸気タービンが過速度トリップを引き起こす危険性がな
くなる。また、起動の早い時期にタービン速度がランプ
信号に従うことから、短時間で通常の回転数制御へ移行
させることができ、原子炉への冷却水の供給が円滑に行
なわれる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図を参照して説明す
る。

第１図において、原子炉２とRCICタービン４との間は
RCIC蒸気管６を介して結ばれており、この経路内に隔離
弁12、蒸気止め弁13、蒸気加減弁14を設けるのは従来と
同様である。また、RCICタービン４の駆動軸８に給水ポ
ンプ９を直結すること、そして油ポンプ11を備えること
も従来と同様である。

本実施例は上記構成に以下の制御要素が付加される。
給水ポンプ９の吐出流量を一定に制御するためにその吐
出側に設けられた流量検出器16の出力である流量信号q1
と、流量設定器17から出力される設定流量q0とが偏差演
算器18で比較され、流量偏差信号q2として目標速度信号
演算器19に与えられる。目標速度信号演算器19では流量
偏差を零にするための目標速度信号v0がつくられ、速度
制御演算器20に加えられる。この速度制御演算器20には
駆動軸８に取付けられた速度検出歯車21と、これに対向
して設置された電磁ピックアップ22とからなる速度検出
器23の出力パルスを基にして速度演算器24によって求め
られた実際速度を表わす実際速度信号v1が負帰還信号と
して導かれ、ここで両入力信号の偏差、すなわち目標速
度と実際速度との偏差を零とするための速度制御信号v2
が形成され、電油変換器25を介して蒸気加減弁14の開閉
制御が行なわれる。

一方、RCICタービン４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26が設け
られる。このランプ信号発生器26には速度検出器23の出
力信号を入力している速度演算器24からのタービン駆動
スタート信号ｙが入力され、ランプ回路の起動信号とし
ている。この起動信号がランプ信号発生器26に入力され
ると、一定の割合いで増加するランプ信号r0が演算器27
に出力される。この演算器27には同様に起動信号により
作動状態となるアイドル信号演算器28からのアイドル信
号a0も入力される。アイドル信号a0はランプ信号r0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り、演算器27はこれと
ランプ信号r0とから所望のランプ関数に従う目標ランプ
信号r1をつくり、目標速度信号演算器19に出力する。目
標速度信号演算器19では目標ランプ信号r1と流量偏差信
号q2に対応する速度信号のうち、常に低値の信号が選択
され、目標速度信号v0としている。

なお、図中符号29は蒸気加減弁油筒を示しており、油
ポンプ11から送給される制御油の圧力が確立された場合
に限り電油変換器25を介して蒸気加減弁14の制御が可能
となるようになっている。

次に、第２図を参照して作用について説明する。第２
図はRCICタービン４の本実施例における起動特性を第４
図と同様な方法で示すもので、速度曲線Ｒは時間経過零
の時点t0から立ち上がりアイドル速度n1から急な勾配で
延びている目標ランプ特性線Ｌに速い時期に従うものと
して示される。すなわち、本実施例におけるRCICタービ
ン４の実際の速度を検出する速度検出器23の出力信号は
速度制御信号Ｓをつくり出すのみならず、ランプ信号発
生器26およびアイドル信号演算器28の起動信号としても
用いられ、これによりRCICタービン４の起動時期とラン
プ信号のマッチングが図られる。また、図から明らかな
ようにランプ率が従来のもの（第４図参照）と比べて大
きく取れることから、タービン速度初期ピークが下が
り、過速度トリップを生じる危険性が格段に小さくな
る。そして、いうまでもなく早い時期にタービン速度が
ランプ信号に従うことから、短時間で安定速度点Ｐに到
達し、それ以後は回転数制御に移行させられるためにRC
ICタービン４の起動に失敗する可能性も殆どないものと
いえる。

かくして、給水ポンプ９と立ち上がりが円滑になり、
原子炉２へ供給される冷却水を確保するうえでの障害を
なくすことができる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明は蒸気タービンの速度を規定
するランプ関数を出力するにあたり、そのランブ信号発
生器に蒸気タービンの回転数に基づき与えられるタービ
駆動スタート信号を起動信号として加えるようにしてい
るので、タービン起動時の速度制御を安定に保つことが
でき、原子力発電プラントにおける緊急時の冷却水の喪
失事故が未然に防止される等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による蒸気タービン制御装置の一実施例
を示すブロック図、第２図は本発明の制御装置による蒸
気タービンの起動特性線図、第３図は従来の原子力発電
プラントにおける原子炉隔離時冷却系を示す系統図、第
４図は従来技術における蒸気タービンの起動特性線図で
ある。 ４……RCICタービン ９……給水ポンプ 11……油ポンプ 14……蒸気加減弁 19……目標速度信号演算器 20……速度制御演算器 21……速度検出歯車 22……電磁ピックアップ 24……速度演算器 25……電油変換器 26……ランプ信号発生器 27……演算器 28……アイドル信号演算器 29……蒸気加減弁油筒

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を有し、該蒸気タ
   ービンには少なくとも前記蒸気加減弁の制御部に対して
   高圧の制御油を供給する油ポンプと、前記蒸気源に対し
   て冷却水を供給する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吐出流量が所定値となる
   ように前記蒸気タービンが所定のランプ関数に従って速
   度制御されるようになっている蒸気タービン制御装置に
   おいて、前記蒸気タービンの速度を規定するランプ関数
   を出力するにあたり、そのランプ信号発生器に蒸気ター
   ビンの回転数に基づき与えられるタービン駆動スタート
   信号を起動信号として加えることを特徴とする蒸気ター
   ビン制御装置。