JPH09189204A - 蒸気タービン制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸気加減弁３あるいは主蒸気止め弁２の弁テ
スト時のタービン通過蒸気流量の変動を抑制し発電機７
の出力変動を抑制することができる蒸気タービン制御装
置を提供することにある。 【解決手段】 流量補正回路３ａ３における複数個の補
正開度指令設定手段１０ｂ〜１０ｅは、弁テストを行う
蒸気加減弁３又は主蒸気加減弁２に応じて補正開度指令
を出力し、弁テスト時に該当の蒸気加減弁３又は主蒸気
加減弁２に対応する補正開度指令を選択手段１１ａ〜１
１ｅで選択して、弁テスト対象外の蒸気加減弁３の開度
要求信号に加算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電プラントの通
常運転時に主蒸気止め弁又は蒸気加減弁の弁テストを行
うようにした蒸気タービン制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電プラント又は原子力発電プラン
トでは、ボイラあるいは原子炉等の蒸気発生装置で発生
した熱エネルギーを蒸気を介して蒸気タービンに導き、
これに連結された発電機を回転させ電気エネルギーを出
力している。

【０００３】図６は、蒸気タービンを有する発電プラン
トの一例として、１台の高圧タービン４と１台の低圧タ
ービン５を備えた原子力発電プラントにおける蒸気系統
の要部を示している。図６において、原子炉１で発生し
た蒸気は主蒸気止め弁２及び蒸気加減弁３を介して高圧
タービン４に入り、ここで仕事をした後、図示を省略し
た湿分分離器及び組合せ中間弁を経て、さらに低圧ター
ビン５に入る。そして、蒸気の持つ熱エネルギーを回転
エネルギーに変換した後、復水器６に導入され復水とな
る。高圧タービン４及び低圧タービン５の回転エネルギ
ーは発電機７に伝達され電気エネルギーに変換され電力
系統に送電される。

【０００４】このように構成された蒸気タービンの系統
において、主蒸気止め弁２あるいは蒸気加減弁３等の主
要蒸気弁は定期的に弁の開閉テスト、すなわちサーベラ
ンステストを行い弁の開閉機能の確認を行っている。

【０００５】図７は主要蒸気弁の代表的な弁である蒸気
加減弁３の弁開閉テストを行ったときの蒸気加減弁３の
開度及び発電機７の出力Ｐの特性図である。いま、蒸気
加減弁３は４弁あるものとし、時刻Ｔ0 において４弁中
の蒸気加減弁３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのうちの１弁であ
る蒸気加減弁３ｄが弁テストを開始したとする。

【０００６】一般に、原子力タービンの通常運転中にお
いては、各々の蒸気加減弁３の開度は同一開度で運転さ
れている。そして、この通常運転中に、例えば蒸気加減
弁３ｄに弁テスト信号が入力されたとすると、その蒸気
加減弁３ｄのみが閉動作を開始する。このため、蒸気加
減弁３を介して高圧タービン４及び低圧タービン５に流
れ込む蒸気エネルギーは低下し、発電機７の出力Ｐも低
下する。弁テスト完了後の時刻Ｔ1 においては、再び蒸
気加減弁３ｄは元の弁開度に復帰するため発電機７の出
力Ｐも弁テスト前の値となる。

【０００７】蒸気加減弁３の弁テストによる発電機７の
出力変動は、可能ならばその変動幅を小さくすることが
電力系統からみた場合には望ましい。そこで、弁テスト
時の蒸気加減弁３ｄの閉動作による絞り込み蒸気量を、
弁テスト対象外の蒸気加減弁３ａ、３ｂ、３ｃを開する
ことによって補正し、発電機７の出力変動改善したもの
もある。

【０００８】図８は、弁テスト時の蒸気加減弁３による
流量補正機能を有した蒸気タービン制御装置にて、弁開
閉テストを行ったときの蒸気加減弁３及び発電機７の出
力Ｐの特性図である。図７に示した特性図と同様に時刻
Ｔ0 に蒸気加減弁３ｄの弁テストを開始したとすると、
蒸気加減弁３ｄの絞り込みともない蒸気加減弁３ｄの減
少した開度相当分を補うように他の蒸気加減弁３ａ、３
ｂ、３ｃがその流量要求信号すなわち弁開度を増加させ
る。これにともない発電機７の出力Ｐは低下することは
ないが、図８から分かるように、逆に出力を増加させる
ことになり、発電機出力変動を発生させる結果となって
いる。

【０００９】図９は、従来のタービン制御装置のおける
弁テスト機能を有した弁開度要求信号回路の構成図であ
る。この弁開度要求信号回路は弁テスト時の流量補正機
能を有している。弁開度要求信号回路は蒸気加減弁３の
４弁ごとに設けられ、弁開度要求信号回路の各構成要素
は、共に同一な要素より構成されている。

【００１０】蒸気加減弁３の弁開度要求信号３ａ１〜３
ｄ１は、図示を省略する上位制御機能からそれぞれ供給
される。弁テストの対象となるときに自己の蒸気加減弁
３に閉あるいは開信号を出力する弁テスト回路３ａ２〜
３ｄ２がそれぞれの蒸気加減弁３に対して設けられてい
る。また、他の蒸気加減弁の弁テスト時に流量補正がで
きるように自己の蒸気加減弁を開方向に動作させる機能
を有する弁テスト時流量補正回路３ａ３〜３ｄ３が設け
られている。そして、これらからの信号を加算器３ａ４
〜３ｄ４及び加算器３ａ５〜３ｄ５を介してそれぞれ加
算し、下流側の弁位置制御回路３ａ６〜３ｄ６に開度要
求信号３ａ７〜３ｄ７としてを出力する。

【００１１】このように、弁テスト時においては弁テス
ト回路３ａ２〜３ｄ２よりの閉方向及び開方向信号が弁
開度要求信号３ａ１〜３ｄ１の信号に加算されるため、
弁テスト対象の蒸気加減弁３が開閉することになり、ま
た一方、弁テスト時に流量補正機能を作用させ、弁テス
ト対象外の蒸気加減弁３の開動作により発電機７の出力
変化を抑制する。すなわち、以下の説明に基づく補正開
度指令が弁テスト対象外の蒸気加減弁の流量補正回路３
ａ３〜３ｄ３より出力され、弁テスト対象外の蒸気加減
弁の開度要求信号を増加させる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、弁テスト時
の蒸気加減弁３による流量補正機能を有した蒸気タービ
ン制御装置にて、弁テスト対象の蒸気加減弁３の絞り込
みともないその弁テスト対象の蒸気加減弁の減少した開
度相当分を補うように他の蒸気加減弁がその流量要求信
号を増加させたときに、図８に示したように、発電機７
の出力を余分に増加させることになり、発電機出力変動
を発生させる結果となっている。このような現象が生じ
るのは以下の理由による。

【００１３】図１０は、弁開度流量要求信号Ｒｃｖと主
蒸気流量Ｇとの関係を表した特性図である。定格運転状
態における弁開度流量要求信号をＲｃｖ0、主蒸気流量
をＧ0とし、各々の蒸気加減弁３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ
を通過する蒸気流量をＧａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄとする。
例えば、蒸気加減弁３ａの弁テスト時には弁テスト対象
外である蒸気加減弁３ｂ、３ｃ、３ｄの流量補正回路３
ｂ３、３ｃ３、３ｄ３からの補正開度指令の値は、弁テ
スト開始と同時に絞り込まれる蒸気加減弁３ａの流量を
補正するように徐々に増加する。いま、その補正開度指
令の値をΔＲとする。

【００１４】そうすると、弁開度要求信号３ｂ１〜３ｄ
１は、各々Ｒｃｖ0＋ΔＲに増加する。したがって、弁
通過蒸気もテスト弁である蒸気加減弁３ａの減少した蒸
気流量が補正されるように、各々Ｇｂ＋（１／３）Ｇ
ａ、Ｇｃ＋（１／３）Ｇａ、Ｇｄ＋（１／３）Ｇａとな
り、トータル的にＧ0＝Ｇａ＋Ｇｂ＋Ｇｃ＋Ｇｄとなる
はずであるが、実際には、弁テスト対象外の蒸気加減弁
３ｂ、３ｃ、３ｄの３弁が開した状態での弁開度要求信
号Ｒｃｖと実際の主蒸気流量Ｇとの関係は、そのような
特性とならない。これは、蒸気タービン４、５と蒸気加
減弁３との構成、及び蒸気加減弁３そのものの流量特性
により、図１０の直線Ｌにて示す特性となるからであ
る。この結果、蒸気流量がＧ0＋ΔＧ0、すなわち発電機
７の出力Ｐが増加する結果となる。

【００１５】一方、主蒸気止め弁２の弁テスト時には、
蒸気加減弁３の弁テスト時のような大きな出力変動は発
生しないものの、主蒸気止め弁２が閉することにより、
蒸気加減弁３の前圧が低下し、その分、主蒸気流量変
化、すなわち発電機７の出力変動が生じる結果となる。

【００１６】本発明の目的は、蒸気加減弁あるいは主蒸
気止め弁の弁テスト時のタービン通過蒸気流量の変動を
抑制し発電機の出力変動を抑制することができる蒸気タ
ービン制御装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、蒸気
発生装置から主蒸気止め弁及び複数個の蒸気加減弁を介
して蒸気タービンに蒸気を供給し発電機を駆動するよう
にした発電プラントの複数個の蒸気加減弁に対応して設
けられ自己の蒸気加減弁の弁開度要求信号に弁テスト用
の開閉操作信号を加算出力するための弁テスト回路と、
複数個の蒸気加減弁に対応した設けられ弁テスト対象と
なる他の蒸気加減弁又は主蒸気止め弁の弁テストによる
蒸気流量変動を補償するための補正開度指令を自己の蒸
気加減弁の弁開度要求信号に加算出力するための流量補
正回路とを備え、発電プラントの通常運転時に主蒸気止
め弁又は複数個の蒸気加減弁の弁テストを可能ならしめ
るようにした蒸気タービン制御装置であり、流量補正回
路は、弁テスト対象となる他の蒸気加減弁又は主蒸気止
め弁ごとに設けられ他の蒸気加減弁又は主蒸気止め弁の
弁テストによる蒸気流量変動を補償するための補正開度
指令を出力するための複数個の補正開度指令設定手段
と、弁テスト対象となる他の蒸気加減弁又は主蒸気止め
弁ごとに該当の補正開度指令手段を選択し切換えるため
の選択手段とから構成されるようにしたものである。

【００１８】請求項１の発明では、複数個の補正開度指
令設定手段は、弁テストを行う蒸気加減弁又は主蒸気加
減弁に応じて補正開度指令を出力し、弁テスト時に該当
の蒸気加減弁又は主蒸気加減弁に対応する補正開度指令
を選択手段で選択して、弁テスト対象外の蒸気加減弁の
開度要求信号に加算する。

【００１９】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、補正開度指令設定手段から出力される補正開度指令
は、蒸気加減弁の弁テスト時における弁テスト対象外の
蒸気加減弁の弁通過蒸気流量特性を考慮して、発電機の
出力変動が生じない弁開度となるような補正開度指令と
したものである。

【００２０】請求項２の発明では、各々の補正開度指令
設定手段には、蒸気加減弁の弁テスト時に、弁テスト対
象外の蒸気加減弁の弁通過蒸気流量特性を考慮して、発
電機出力変動が生じない弁開度となるような補正値が予
め設定される。

【００２１】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、補正開度指令設定手段から出力される補正開度指令
は、主蒸気止め弁の弁テスト時における発電機の出力変
動を抑制ならしめるような蒸気加減弁の弁開度となるよ
うな補正開度指令としたものである。

【００２２】請求項３の発明は、各々の補正開度指令設
定手段には、主蒸気止め弁の弁テスト時に、発電機の出
力変動を抑制ならしめるような蒸気加減弁の弁開度とな
るような補正値が予め設定される。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明の実施の形態を示すブロック構成図
である。蒸気加減弁３ａの流量補正回路３ａ３には、複
数個の補正開度指令設定手段１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、
１０ｅが設けられ、また、それらに対応して複数個の選
択手段１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅが設けられてい
る。すなわち、自己の蒸気加減弁３ａ以外の蒸気加減弁
３ｂ〜３ｄのいずれかが弁テストの対象となったとき
に、それぞれ補正開度指令信号を出力する複数個の補正
開度指令設定手段１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅを設
け、例えば蒸気加減弁３ｂが弁テストとなる場合には、
補正開度指令設定手段１０ｂからの補正開度指令を選択
手段１１ｂで選択して、加算器３ａ５で弁開度指令信号
に加算する。

【００２４】ここで、補正開度指令設定手段１０ｅは、
主蒸気止め弁２の弁テスト時に補正開度指令を出力する
ものである。また、図１では、蒸気加減弁３ａ３につい
てのみ示しているが、流量補正回路３ｂ３〜３ｄ３につ
いても同様の構成になっている。

【００２５】このように、流量補正回路３ａ３は、蒸気
加減弁３ｂ、３ｃ、３ｄ、さらには主蒸気止め弁２の弁
テスト時に、自己の蒸気加減弁３ａの弁通過蒸気量が一
定となるように、すなわち、各々の蒸気加減弁３ｂ、３
ｃ、３ｄ、主蒸気止め弁２の弁テストに対応して、発電
機７の出力変動が抑制できるような複数個の値を有して
いる。そして、選択手段１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１
ｅは実際の弁テスト対象弁により選択されることにな
る。

【００２６】例えば、火力プラントの蒸気タービン制御
装置における蒸気加減弁の制御回路に、本発明の実施の
形態を適用した場合を以下に示す。火力プラントの蒸気
加減弁３は、弁口径及び弁開弁順序が必ずしも４弁同一
とは限らない。図２に示すような開弁順序と弁通過蒸気
流量特性を有していることがあり、この場合、本発明に
よる蒸気タービン制御装置は次のように動作する。

【００２７】図３に示すように、予め弁テスト対象外の
蒸気加減弁３の組み合わせによる弁通過蒸気流量特性を
求めておく。すなわち、蒸気加減弁３ａが弁テストの対
象である場合の蒸気加減弁３ｂ、３ｃ、３ｄによる弁通
過蒸気流量特性Ｓ１、蒸気加減弁３ｂが弁テストの対象
である場合の蒸気加減弁３ａ、３ｃ、３ｄによる弁通過
蒸気流量特性Ｓ２、蒸気加減弁３ｃが弁テストの対象で
ある場合の蒸気加減弁３ａ、３ｂ、３ｄによる弁通過蒸
気流量特性Ｓ３、蒸気加減弁３ｄが弁テストの対象であ
る場合の蒸気加減弁３ａ、３ｂ、３ｃによる弁通過蒸気
流量特性Ｓ４を予め求めておく。そして、これらをそれ
ぞれの補正開度指令設定手段１０に記憶させておく。な
お、Ｓ０は弁テストを行っていないときの定格運転時の
弁通過蒸気流量特性である。

【００２８】いま、図２に示す蒸気加減弁３ｃの弁テス
トが実施されたとする。そうすると、蒸気加減弁３ａ、
３ｂ、３ｄによる弁通過蒸気流量特性Ｓ３と、弁テスト
を行う状態での蒸気流量Ｇ0とより、弁テスト前の蒸気
流量Ｇ0を確保するための弁開度要求信号ＲT3が求めら
れ、弁テスト前の開度要求信号ＲO との差分（ＲT3−Ｒ
O）が流量補正回路３ａ３、３ｂ３、３ｄ３における補
正開度指令値設定手段１０ｃからの補正開度指令値とな
る。そして、選択手段１１ｃをそれぞれ介して弁テスト
の対象外の蒸気加減弁３ａ、３ｂ、３ｄの弁開度要求信
号に加算される。

【００２９】図４は、本発明の実施の形態によるタービ
ン制御装置で蒸気タービンの弁テスト時の変動を示した
特性図である。時刻ＴO に蒸気加減弁３ｂが弁テストを
開始したとする。蒸気加減弁３ｂの弁テスト開始と同時
に選択手段１１ｂがＯＮ状態となり、補正弁開度指令設
定手段１０ｂよりの補正信号が弁開度要求信号３ａ1に
加算できる状態となる。

【００３０】蒸気加減弁３ｂの閉動作に伴い、弁テスト
対象外の蒸気加減弁３ａ、３ｃ、３ｄへの開方向補正信
号も増加するため、主蒸気流量すなわち発電機７の出力
Ｐの変動は抑制される。蒸気加減弁３ｂが全閉状態で
は、補正弁開度指令設定手段１０ｂからの補正弁開度指
令の値は図３に示す（ＲT3−ＲO）となる。その後、蒸
気加減弁３ｂの全閉よりの開動作状態においては、補正
開度指令設定手段１０ｂからの補正開度指令の値が蒸気
加減弁３ｂの開動作にあわせ、徐々に減少する。そし
て、弁テスト完了時には“０”となると同時に選択手段
１１ｂがＯＦＦの状態になる。この間、蒸気タービンに
流量する蒸気量は常に一定となるように弁テスト対象外
の蒸気加減弁によって流量制御される。すなわち、発電
機出力は一定に維持される。

【００３１】以上の説明は、蒸気加減弁３の弁テスト時
の挙動に関わるものであるが、主蒸気止め弁２の弁テス
ト時の挙動も、同様に蒸気加減弁３により常に主蒸気流
量が一定となるように制御されるため、発電機７の出力
変動が抑制される。

【００３２】次に、原子力プラントのように蒸気加減開
度特性が４弁ともに全く同一な発電プラントにおいて
は、補正開度指令設定手段１０ａ〜１０ｄの補正開度指
令の値として、同一の値を設定することができる。すな
わち、図５に示すように、例えば蒸気加減弁３ａが弁テ
ストの対象である場合に、弁テストの対象外の蒸気加減
弁３ｂ、３ｃ、３ｄの３弁による弁通過蒸気流量が弁テ
スト前と同一となる弁開度要求信号が得られるように、
その増加量すなわち補正値ΔＲが決められる。これによ
り、蒸気加減弁３の弁テストにおいても、発電機の出力
変動が生じることはない。

【００３３】同様に、蒸気加減弁３の前方に位置する主
蒸気止め弁２の弁テスト時には、流量補正回路１０ｅ及
び選択手段１１ｅが作用する。主蒸気止め弁２の弁テス
トにより主蒸気止め弁２より蒸気加減弁３までの圧力損
失が幾分増加するために、蒸気加減弁３の入口圧力の低
下を招くが、この圧力低下を補うように、蒸気加減弁３
の開度を増加させる必要があり、そのために、補正開度
指令設定手段１０ｅ及び選択手段１１ｅが設けられてい
る。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、弁
テストを行う蒸気加減弁又は主蒸気加減弁に応じて補正
開度指令を出力し、弁テスト時に該当の蒸気加減弁又は
主蒸気加減弁に対応する補正開度指令を選択手段で選択
して、弁テスト対象外の蒸気加減弁の開度要求信号に加
算する。したがって、主蒸気止め弁あるいは蒸気加減弁
の弁テスト時に発生する発電機の出力変動及び発電プラ
ントへの外乱を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示すブロック構成図。

【図２】本発明の適用対象である蒸気加減弁の開弁順序
と弁通過蒸気流量特性の説明図。

【図３】本発明の弁テスト時における弁テスト対象外の
蒸気加減弁の組み合わせによる弁通過蒸気流量特性の説
明図。

【図４】本発明の実施の形態における発電機の出力及び
各々の蒸気加減弁開度の特性図。

【図５】本発明の蒸気タービン制御装置を原子力発電プ
ラントの適用した場合の弁開度流量要求信号と主蒸気流
量との関係を表した特性図。

【図６】発電プラントの概略構成図。

【図７】従来の蒸気タービン制御装置で蒸気加減弁の弁
開閉テストを行ったときの蒸気加減弁開度及び発電機出
力の特性図。

【図８】従来の流量補正機能付き蒸気タービン制御装置
で蒸気加減弁の弁開閉テストを行ったときの蒸気加減弁
開度及び発電機出力の特性図。

【図９】従来のタービン制御装置おける弁テスト機能を
有した弁開度要求信号回路の構成図。

【図１０】従来のタービン制御装置での弁開度流量要求
信号と主蒸気流量との関係を表した特性図。

【符号の説明】

１ 原子炉 ２ 主蒸気止め弁 ３ 蒸気加減弁 ３ａ２〜３ｄ２ 弁テスト回路 ３ａ３〜３ｄ３ 流量補正回路 ３ａ６〜３ｄ６ 弁位置制御回路 ４ 高圧タービン ５ 低圧タービン ６ 復水器 ７ 発電機 １０ 補正開度指令設定手段 １１ 選択手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸気発生装置から主蒸気止め弁及び複数
   個の蒸気加減弁を介して蒸気タービンに蒸気を供給し発
   電機を駆動するようにした発電プラントの前記複数個の
   蒸気加減弁に対応して設けられ自己の蒸気加減弁の弁開
   度要求信号に弁テスト用の開閉操作信号を加算出力する
   ための弁テスト回路と、前記複数個の蒸気加減弁に対応
   した設けられ弁テスト対象となる他の蒸気加減弁又は前
   記主蒸気止め弁の弁テストによる蒸気流量変動を補償す
   るための補正開度指令を自己の蒸気加減弁の弁開度要求
   信号に加算出力するための流量補正回路とを備え、前記
   発電プラントの通常運転時に前記主蒸気止め弁又は前記
   複数個の蒸気加減弁の弁テストを可能ならしめるように
   した蒸気タービン制御装置において、前記流量補正回路
   は、弁テスト対象となる他の蒸気加減弁又は主蒸気止め
   弁ごとに設けられ前記他の蒸気加減弁又は前記主蒸気止
   め弁の弁テストによる蒸気流量変動を補償するための補
   正開度指令を出力するための複数個の補正開度指令設定
   手段と、前記弁テスト対象となる他の蒸気加減弁又は主
   蒸気止め弁ごとに該当の前記補正開度指令手段を選択し
   切換えるための選択手段とから構成されることを特徴と
   する蒸気タービン制御装置。
2. 【請求項２】 前記補正開度指令設定手段から出力され
   る補正開度指令は、前記蒸気加減弁の弁テスト時におけ
   る弁テスト対象外の蒸気加減弁の弁通過蒸気流量特性を
   考慮して、前記発電機の出力変動が生じない弁開度とな
   るような補正開度指令としたことを特徴とする請求項１
   に記載の蒸気タービン制御装置。
3. 【請求項３】 前記補正開度指令設定手段から出力され
   る補正開度指令は、前記主蒸気止め弁の弁テスト時にお
   ける前記発電機の出力変動を抑制ならしめるような蒸気
   加減弁の弁開度となるような補正開度指令としたことを
   特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン制御装置。