JPH081124B2

JPH081124B2 - タ−ビン先行非常制御方法

Info

Publication number: JPH081124B2
Application number: JP4296787A
Authority: JP
Inventors: 池田　　啓
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-02-27
Filing date: 1987-02-27
Publication date: 1996-01-10
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: JPS63212705A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はタービンの制御方法に係り、特に大容量、軽
量な蒸気タービンに好適なタービン先行非常制御方法に
関するものである。

〔従来の技術〕

従来のタービン制御装置は特公昭44−16043号に示さ
れる様に、制御弁を閉鎖する速度制御装置と停止弁を閉
鎖する非常制御装置とより成る。第６図は上記公知文献
（特公昭44−16043号）の第2a図を収録したもので作動
説明図である。我国において過速度トリツプ設定値48は
定格速度の1.11倍（111％）以下と法令によつて規定さ
れており過速度トリツプ設定値としては通常110〜111％
（範囲は設定公差）が採用されている。また、近年、タ
ービン発電機の単機容量は増大するにもかかわらず、最
終段長翼等の技術進歩により、同一出力のタービンでも
車室数を減らす傾向にある。例えば、350MW〜500MWクラ
スでは従来は低圧タービンは複流×２車室が常識とされ
ていたが近年では、複流×１車室で採用されるに至つて
いる。この様な車室の減少により同一出力機のタービン
発電機ロータの慣性モーメントは小さくなり、結果とし
て、第６図（前記公知例の第2a図）に示された正常過速
度尖頭速度46は前記過速度トリツプ設定値ぎりぎりとな
つてきている。従つて第６図（第2a図）に示された様に
過速度トリツプ設定値48と正常過速度尖頭速度46との間
にトリツプ先行設定値49を設定する間隙が現実には無
い。また、たとえ、トリツプ先行設定値49を前記過速度
トリツプ設定値48の下限に設定したとしても近年の大容
量，軽量のタービンにおいては図中トリツプ先行尖頭速
度50が、目的とする所要の値120％を超えてしまい、目
的を達し得ないことがわかつてきた。これを防止するた
めに、前記公知例の第3a図に示される様にトリツプ先行
設定値59を途中出力より下げる（61）ことは考えられ
る。しかしながら、これによれば、高出力からの負荷遮
断においては、正常過速度尖頭素度46よりもトリツプ先
行設定値61の方が低くなつてしまい、制御弁の正常動作
により尖頭速度46が過速度トリツプ設定値48以下に抑え
られている。換言すれば、速度制御装置＋制御弁が正常
に動作しているにもかかわらず、非常制御装置によつて
制御されているいわゆる異常時用の停止弁を閉鎖してし
まうこととなり、制御弁と停止弁の使い方を混合してし
まうこととなる。停止弁はあくまでも制御弁のバツクア
ツプとして、「タービンを安全に停止すること」を目的
で設置されたものであり、停止弁の閉鎖＝異常時と判断
される。

更に、前記の公知例では、前記の様に、速度制御装置
が正常であるにも拘らずトリツプ先行装置が動作してし
まい、停止弁を閉鎖してしまつた場合には、速度が過速
度トリツプ設定値48以下に抑えられたことで停止弁を再
開することとしている。これは、停止弁を制御弁として
使用していることであり本来の弁の目的に合致していな
い。また、このために、公知例中、第２図，第３図中の
トリツプ先行装置のリレー37を追加して自動リセツトを
行わせている。本来は、手動リセツトを行うまでは完全
に閉鎖して蒸気流入を絶つべく停止弁に、この様な機能
を追加することにより、弁の本来持つ保護機能の信頼性
を低下させることとなる。

以上の様に、公知例においては、現実的にトリツプ先
行設定値を設定困難なこと及び、制御弁の正常動作時に
異常時用の停止弁を閉鎖してしまうこと、また、停止弁
の機構中に、開閉を行なう機構を追加したことによる保
護機構の信頼性が低下するという問題点があつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上説明した従来技術における非常制御技術において
は、タービンの回転速度が制限速度を越えると非常制御
装置を作動させて停止弁を閉塞作動せしめる。

ところが、停止弁は制御弁と直列に接続されているの
で、制御弁が閉止すれば停止弁を必ずしも閉塞せしめる
必要が無い。

制御弁が閉じれば、停止弁が開いていてもタービンへ
の作動流体供給は停止され、タービンの負荷状態の如何
に拘らず、必ず減速するからである。

而して、制御弁を閉じて（若しくは絞つて）タービン
を減速させた場合、タービン回転速度が制御速度以内に
低下した後、正常運転状態に戻つて稼働を続行できる。

ところが、早まつて停止弁を閉じてしまうと、タービ
ンを一旦停止させないと運転を再開できない。

次上の事情から諒解し得る如く、タービンの回転速度
が許容範囲を越えたのに制御弁が閉じないというような
異常事態が発生した場合は停止弁の閉塞作動が是非とも
必要であるが、制御弁が閉止されれば、早まつて停止弁
を閉塞作動せしめないことが望ましい。

本発明の目的は、停止弁の閉塞作動が必要な場合に限
つて閉塞作動せしめ、停止弁の作動を必要としない場合
には停止弁の閉塞作動を見合わせる先行非常制御方法を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するためには、速度制御装置及び制
御弁が正常動作時には、停止弁を閉鎖せず、異常動作時
のみ停止弁を閉鎖する様にすればよい。従来の非常制御
装置は、この異常動作を、動作の結果であるタービン速
度の上昇のみで検出していたが、これでは間にあわない
ため、制御弁の動作と速度とを組合わせることにより目
的を達成することとした。

〔作用〕

負荷遮断時にタービン速度が上昇すると、制御弁は予
め決められた速度で全閉する様に制御される。従つてこ
の速度で制御弁が閉鎖したか否かを検出し、閉鎖してい
ない場合に停止弁を急閉することにより、公知例につい
て説明した前記の問題点を解決出来る。また、制御弁の
制御回路上に弁急閉回路を持つものについては、弁急閉
信号が発生したにも拘わず弁が閉鎖しなかつた場合にも
停止弁を急閉することとすれば、問題点の解決に一層役
立つこととなる。

〔実施例〕

第４図は、本発明方法の１実施例における適用対象で
ある再熱蒸気タービンプラントの系統図である。

本例のプラントは、蒸気発生器11、主蒸気止め弁（以
下、MSVと略記す）12、蒸気加減弁（CV）13、高圧ター
ビン14、再熱器15、再熱蒸気止め弁（RSV）16、インタ
スプト弁（ICV）17、中圧タービン18、低圧タービン1
9、復水器20、非常制御装置21、速度制御装置22及び先
行非常制御装置23より成る。蒸気発生器11で発生した蒸
気はMSV12、CV13を通り高圧タービン14で仕事をした
後、再熱器15で再熱され、RSV16、ICV17を通つて中圧タ
ービン18、低圧タービン19を流通して仕事をした後、復
水器20に至つて復水する。４種の弁のうちMSV12、RSV16
はいわゆる停止弁であり、非常制御装置21若しくは、先
行非常制御装置23の働きにより異常時に弁を急閉してタ
ービンの損傷を防止する。また、CV13とICV17はいわゆ
る制御弁であり、速度制御装置22の働きにより高圧ター
ビン14、中圧タービン18に流入する蒸気量をそれぞれ調
整し、タービン出力、速度を制御している。

次に第５図で、前記速度制御装置22の動作を説明す
る。本第５図は、横軸にタービン速度，縮軸にCV13、IC
V17の弁開度をとつている。図中、実線はタービン出力
＝100％（定格出力）の状態を、破線は50％の状態を示
している。タービン出力100％の状態では、CV13は定格
速度（100％）では100％開度であり、負荷遮断等により
速度が上昇するとそれを抑える様に弁は閉まり、105％
で全閉となる。CV13が全閉となつたところでICV17を閉
め始め、107％で全閉とする。この様な制御動作にて弁
を閉鎖しタービン速度の上昇を防止する。また、50％出
力の場合には図中破線で示す様に定格速度（100％）で
はCV13は50％開度であり、速度上昇とともに弁を示鎖し
102.5％で全閉とする。また、ここでICV17を閉め始め、
104.5％で全閉とする。即ち、CV13、ICV17とも弁開度V
s、タービン速度の変化率は出力に拘らず一定であり、C
V13の定格速度における開度（言いかえればこれはター
ビン出力に等しい）によつて特性が図中左右にずれるの
みである。結局、100％出力では、CV制御速度上限＝105
％、ICV制御速度上限＝107％である。また50％出力では
CV制御速度上限＝102.5％、ICV制御速度上限＝104.5％
である。

次に、第１図を用いて非常制御装置21及び本発明の要
点である先行非常制御装置23について説明する。図の横
軸は負荷遮断直前のタービン出力をまた、縦軸タービン
速度を示している。まず、非常制御装置21は、非常調速
機，バツクアツプガバナ及びその他の信号（例えば、復
水器真空度低下、制御油圧低下等）により、MSV12、RSV
16は急閉し、タービンの損傷を防止する。ここでは、本
発明に直接関連のあるタービン過速防止機能のみを詳述
する。タービン過速防止機能として非常制御装置21内に
設けられているものとしては、通常、非常調速機及びバ
ツクアツプガバナがある。非常調速機は機械式の偏心リ
ング形が一般的であり、バツクアツプガバナは、そのタ
ービンの速度制御装置22の形式によつて機械式及び電気
式がある。ここで各々の設定値は、非常調速機は定格速
度の110〜111％、バツクアツプガバナは111〜111.5％
（もしくは111.5〜112％）が一般的である。各々が動作
した場合の到達速度を図中８及び９に示してある。近年
の大容量，軽量タービンにおいては、図中に示した様に
遮断前出力が大きい部分においては、到達素度がタービ
ンの強度より決定されるタービン過速度上限値７を上回
つてしまうという問題がある。そこで先行非常制御装置
23が必要となる。第１図中、１及び３は、前述した、CV
及びICVの制御速度上限を示している。本来ならばこの
速度で両弁は各々全閉となるはずであるが、制御回路若
しくは弁自体に異常が発生すると閉鎖しない弁が出てく
る。これを弁の実開度で検出し、前記制御速度上限1,3
を或る程度超えた速度で前記CV13もしくはICV17が閉鎖
していない場合、各々MSV12、もしくはRSV16に急閉指令
を出し、非常制御装置によると同様の方法で弁を急閉し
て速度上昇を抑えることとする。この時の到達速度を第
１図中に10で示している。前記タービン過速度上限値７
を十分下回つており、良好な結果が得られることがわか
る。次に、この制御ロジツクを第３図を用いて説明す
る。MSV全弁急閉の条件は、タービン速度がCV制御速度
上限＋α以上及び、CV全弁全閉以外としている。また、
RSV全弁急閉の条件は、タービン速度がICV制御速度上限
＋β以上及びICV全弁全閉以外としている。ここでター
ビン速度条件のα，βは、それぞれ、CV,ICVの制御動作
の遅れを考慮したものである。また、CV,ICVともに通常
複数具備されているので“全弁”という表現を用いてい
る。

本実施例によれば、制御弁の異常動作時にのみ停止弁
を急閉させることが出来るばかりでなく、制御弁の制御
範囲と関連させて先行非常制御装置を動作させるため
に、必要とされる最も低い速度で停止弁を急閉すること
が出来、使達速度を最も低く抑えられる。また、停止弁
の急閉は、非常制御装置と同様の方法で行なうため、停
止弁閉鎖装置の信頼性を損なうこともない。以上の様な
効果がある。

本発明の他の実施例を第２図を用いて説明する近年の
蒸気タービンの中には、発電機出力と負荷の不平衡，タ
ービンの加速度等を検出してCV13,ICV17等の制御弁を急
閉する制御回路を有するものがある。この様なタービン
においては、通常前記CV,ICVの制御速度上限以前に、C
V,ICVを急閉することとなる。従つて、この急閉信号発
生時に、CV,ICVVの弁異常有無を判定すれば、さらに到
達速度を低く抑えることが可能である。図中、CV急閉動
作とICV急閉動作がそれぞれ示している。タイマーはCV,
ICVの急閉に要する時間遅れを考慮したものである。

本実施例によれば、制御弁急閉により弁異常を判定す
るため、異常の早期発見が可能であり、到達速度を低く
抑えられるという効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、負荷遮断によるタービン過速時に、
制御弁に異常に生じたことを速かに検出し、停止弁を急
閉することによつてタービンの到達速度をタービン過速
度上限値以下に抑えられ、さらに、不要の時に停止弁を
閉鎖すること、及び、停止弁の閉鎖回路に不要の装置を
追加し信頼性を損なうことを防止出来るという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の負荷遮断前出力Vs、タービ
ン速度の説明図、第２図は本発明のその他の実施例の制
御ロジツク図、第３図は本発明の一実施例の制御ロジツ
ク図、第４図は本発明の一実施例を説明する為の系統
図、第５図は速度制御装置の機能説明図である。第６図
は公知技術の説明図である。１……加減弁制御速度上限、２……主蒸気止め弁急閉速
度、３……インタセプト弁制御速度上限、４……中間
（再熱）蒸気止め弁急閉速度、５……非常調速機作動速
度域、６……バツクアツプガバナ作動速度域、７……タ
ービン過速度上限値、８……非常調速機作動時到達速
度、９……バツクアツプガバナ作動時到達速度、10……
先行非常制御装置作動時到達速度、11……蒸気発生器、
12……主蒸気止め弁（MSV）、13……蒸気加減弁（C
V）、14……高圧タービン、15……再熱器、16……再熱
蒸気止め弁（RSV）、17……インタセプト弁（ICV）、18
……中圧タービン、19……低圧タービン、20……復水
器、21……非常制御装置、22……速度制御装置、23……
先行非常制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タービンに流入する作動流体を制御する制
御弁及び該制御弁を制御する速度制御装置、並びに停止
弁及び該停止弁を作動せしめる非常制御装置を備えたも
のにおいて、タービン回転速度が速度制御装置の制御速
度上限以上となつたとき、前記制御弁が閉鎖しない場合
に限つて停止弁を閉塞作動せしめることを特徴とするタ
ービン先行非常制御方法。
【請求項２】前記の制御弁が閉鎖しない場合の判断は、
タービン回転速度が制御速度以上となつた時点の後、速
度制御装置の応答所要時間を経過した後に制御弁が閉鎖
していないことを検知して停止弁を閉塞作動せしめるも
のであることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
のタービン先行非常制御方法。
【請求項３】前記の速度制御装置は制御弁を急閉せしめ
る補助制御機能を備えたものであり、この補助制御機能
部分の動作にも拘らず制御弁が閉塞しない場合に限つて
停止弁を示塞作動せしめることを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載のタービン先行非常制御装置。