JPS5825841B2 - 蒸気タ−ビン制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複数の蒸気源を有する蒸気タービン制御装置に
関するものである。

複数の蒸気源を有する蒸気タービンとしては、ボイラに
給水するポンプを駆動するためのボイラ給水ポンプター
ビン（以下ＢＦＰタービンという。

）がある。

第１図は火力発電プラントの概略構成図を示すもので、
ＢＦＰタービン１３は主蒸気流と中圧タービンからの抽
気流との二つの蒸気源で駆動されるよう（こなっている
。

すなわち、低圧加減弁（ＬＰＣＶ）１１及び高圧加減弁
（ＨＰＣＶ）１２を介して供給される蒸気流はＢＦＰタ
ービン１３に送られ、給水ポンプ１４を駆動する。

このＢＦＰタービン１３の速度制御は、加減弁１１．１
２を駆動するためのモータがバナユニットＭＧＵ９に与
えるモータ駆動信号（こより行なわれる。

つまり、加減弁１１．１２の弁開度制御によりＢＦＰタ
ービン１３の速度制御が行われる。

ＭＧＵ９へは計算機等の制御装置からモータ駆動信号が
与えられる。

ＢＦＰタービン１３の駆動蒸気流は、上述のように主タ
ービン３の抽気ラインと主蒸気管のバイパスラインの２
系統より供給されるが、それら蒸気流はそれぞれＭＧＵ
９のモータ駆動信号により決定される加減弁開度に従い
、ＢＦＰタービンに流入する。

ＭＧＵ９のモータ駆動信号と、低圧加減弁１１および高
圧加減弁１２の開度との特性は第２図に示すように、Ｍ
ＧＵ９のモータ駆動信号に対して、低圧加減弁開度（Ｌ
ＰＣＶ開度）′ｊ６よび高圧加減弁開度（ＨＰＣＶ開度
）とそれぞれ比例しており、しかもＨＰＣＶはＬＰＣＶ
全開後全開後間き始める機構になっている。

点線は結合的なＣ■開度である。

ところで、タービン抽気ライン又は主蒸気ラインの蒸気
流の蒸気条件は、主タービンの負荷状態や蒸気状態によ
って変化するので、その制御は運転萩況により適切に行
わなければならない。

すなわち、ＢＦＰタービンの速度制御における低圧加減
弁１１、高圧加減弁１２の動作を主タービンの負荷状態
や運転状況により大きく分けると下記パターンに分類さ
れる。

Ａ・・・主タービン負荷が小さく、主タービンからの抽
気圧が全熱立たない状態。

この場合、ＢＦＰタービン１３の回転数を予定どおり昇
速させようとするには、抽気圧がないので、主蒸気流を
導入して昇速させる必要がある。

そのためには、第２図（こ示す特性からもわかるように
、低圧加減弁１１を全開にしてから高圧加減弁１２を開
制御する必要がある。

つまり低圧加減弁１１を全開にしてから、そのときの回
転数をフィードバックして高圧加減弁１２により制御し
なければならない。

このような状態での運転中に、主タービンの負荷が増え
主タービンの低圧抽気が生じると、低圧加減弁１１は全
開のままになっているから、その抽気圧がＢＦＰタービ
ン１３に加わる。

そうすると、ＢＦＰタービン１３の回転数の急上昇を招
くおそれがある。

また、最初に低圧加減弁１１が全開するまで閉ループ制
御出力でＭＧＵ９を駆動して低圧加減弁１１を開させる
ことになるので、制御に非常に時間がかかる。

これは加減弁１１の駆動が急激なものとならないように
、一回の駆動量にリミフタがかけられているので、個々
の制御出力が小さく、一度に加減弁１１を開できないか
らである。

Ｂ・・・抽気圧は立っているが未だ十分な蒸気量が得ら
れていない場合。

この場合、ＢＦＰタービン１３の回転数を確保するため
、ＭＧＵ９を駆動して、まず低力加減弁１１を開制御す
る。

ところが抽気圧は十分ではないので、ついには高圧加減
弁１２まで開いてしまう。

ここで、高圧加減弁１２が開した時点においては、高圧
側の蒸気量が一度にＢＦＰタービン１３に流れ込んでく
るので、回転数が急上昇するおそれがある。

以上のよう（こ、抽気が全熱たたない状態では抽気が出
始めたとき外乱が生じ、また抽気はあるが不十分の場合
には高圧加減弁１２が開したとき外乱が生じるおそれが
ある。

なお、第１図には示されていないが、低圧抽気管には逆
止弁が取付られており、抽気圧がある一定の圧力をこえ
たときにこの逆止弁が開くようになっているので、上述
のケースＡの場合には特に外乱となり易い。

また加減弁１１．１２の開度は、第２図に示すようにＭ
ＧＵ９のモータ駆動信号の関数で表わされるわけである
が、ＢＦＰタービン制御機構のガバナ動作が効き始める
と、すなわち、ＢＦＰタービン１３の回転数がＭＧＵ９
に帰還さたフィードバック制御が開始されると、ＭＧＵ
９はガバナによって制御されるので、ＭＧＵ９のモータ
駆動信号と加減弁開度との関係は第２図に示す特性のも
のとは異なってくる。

これは計算機から出されるモータ駆動信号とガバナから
出される制御信号とのうち低値の方を選択して、ＭＧＵ
９は駆動されるからである。

上述の外乱によるＢＦＰタービン１３の回転数が無視で
きないのは、特にＢＦＰタービン制御機構のガバナ動作
が効く以前の定格回転のｓｏ％以丁の回転数（２５００
ｒｐｍ以下）のときである。

したがって、計算機によりＢＦＰタービンの回転数を制
御する場合に、上述のケースＡ１ケースＢによる外乱が
生じたとき、計算機による直接制御（ＤＤＣ）等により
加減弁１１．１２を閉める方向にＭＧＵを駆動して修正
制御を行わせる必要がある。

しかしながら、ＢＦＰタービン１３の駆動機構はＢＦＰ
タービン１３の回転数がＭＧＵ９に帰還されているか否
かにより、ＭＧＵ９の駆動量と加減弁開度の関係が異な
るので、ＭＧＵ９の駆動量によって一律に高圧加減弁１
２の開き始めをとらえることができない。

低圧加減弁１１と高圧加減弁１２とでは蒸気のエンタル
ピーが異なるので、修正量もそれぞれの加減弁１１．１
２に対応したものとしなければならない。

したがって、ＭＧＵ９を駆動してタービン回転数を上昇
させているとき、いつ高圧加減弁１２が開いて高圧蒸気
が流入するか予めわからないということが問題である。

また、高圧加減弁１２で回転数制御中に低圧抽気が生き
るときも、それがいつ出るのか明確にならないため、予
めＭＧＵ９を絞っておくような処置はとれない。

本発明の目的はタービンの急激な回転数上昇を押える修
正機能により一旦昇速率を丁げておき、再び通常の回転
制御に復帰させることでこれら外乱を吸収するようにし
た蒸気タービン制御装置を提供することである。

この目的を達成するため、本発明では前述のケースＡ１
ケースＢの状態をプラント入力信号に基づいて判別し、
プラント状態に応じて適切な制御を行うようになす。

すなわち、ケースＡの場合については、主タービンが負
荷を増やしていくと、抽気圧力も徐々に増加し、その抽
気圧力がある一定値をこえると低圧抽気管に設けられた
逆止弁が開き、低圧加減弁から圧力が加えられてＢＦＰ
タービンの速度増加を招くことになるので、また逆止弁
は必ずしも一度に開になるとは限らず抽気圧（こよって
は開閉を繰り返すこともあるので、計算機では連続的に
ＢＦＰタービンの回転数の変化率を監視して、通常のＢ
ＦＰタービンの昇速率より規定以上に大きくなった場合
、その昇速率の大きさに比例した修正出力を出すよう（
こする。

次ｆこケースＢの場合は低圧加減弁を開いてＢＦＰター
ビンの速度を制御しているとき圧力条件によっては次第
に低圧加減弁開度が全開に近づき、ついには低圧加減弁
全開で高圧加減弁が開き始める。

そして、高圧蒸気のエンタルピは低圧に較べ数倍もある
ためＬＰＣＶｌ １の積りで聞出力を行なうとその分た
けＢＦＰタービンの昇速か大きくなる。

従ってこの場合は先づ、低圧加減弁全開か高圧加減弁全
開かを加減弁ピストンに取付けたリミットスイッチの動
作により検出し、高圧ＨＰと低圧ＬＰのエンタルピの比
率弁だけ計算機からの出力信号を小さくするような補正
を行う。

更にケースＡと同様ｌこ回転数の変化率を監視して、そ
の変化率が規定以上になったときは、昇速率に比例した
修正出力の機能も持たせておくものとする。

以下第３図に示すＢＦＰタービンの制御ブロック図を参
照して本発明の一実施例を説明する。

ＢＦＰタービンの回転数を制御するための速度制御手段
１５（こはＢＦＰタービン１３の目標回転数ｆ１と目標
昇速率ｆ２が設定される。

それに対しＢＦＰタービン１３の実回転数ｆ３を主帰還
量とし、ＭＧＵＩＪフトｆ、を副帰還量とする閉ループ
の制御系から構成される。

そして与えられた目標値ｆ、と帰還量ｆ３から制御出力
信号を計算により求める。

この速度制御手段１５はタービン駆動に用いられる高圧
および低圧蒸気の圧力ｆ５も読込まれ、制御演算の補正
に使用される。

次に、プラント状態判別手段１６では発電機負荷や主タ
ービンの抽気状態、更にＢＦＰタービンの起動条件をプ
ラント入力から判断し、どのような蒸気条件でタービン
速度制御を行おうとしているか調べる。

もし、低圧抽気が未だ出ていない場合、この状態でＢＦ
Ｐタービンを昇速するには高圧加減弁１２の制御になる
と判別する。

そして、この場合は接点を図示下側に切替え、低圧加減
弁の全開制御出力演算装置１７を駆動する。

この全開制御出力演算装置１７は低圧加減弁１１を全開
にもっていくために必要なＭＧＵ９の駆動量を算出し、
それを出力信号としてＭＧＵ駆動回路１Ｂに出力するも
のである。

このようにすることによって、低圧加減弁１１を全開と
するまでに要する時間が短縮できる。

つまり、抽気圧が未だ出ていないので、低圧加減弁１１
を全開まで一気に駆動したとしても外乱を生じることが
ない。

よって、抽気圧がない場合は従来のような閉ループ制御
をする必要がないからである。

そして、低圧加減弁１１が全開となると接点を図の上側
に切替えて、速度制御手段１５からの制御出力を昇速率
算出手段１９に与える。

この状態では高圧加減弁１２で制御されることになる。

また、この状態で外乱が生じるのは、抽気圧が生じて全
開ｌこなっている低圧加減弁１１を通してＢＦＰタービ
ンに加えられる場合である。

よってこの外乱に対する修正制御のための条件すなわち
、低圧加減弁１１が全開しており抽気がないこと、高圧
加減弁１２で昇速制御中であること等の条件を設定する
。

これは前述のケースＡであることを示す条件である。

ここで設定された条件は昇速率過大判定手段２０や加減
弁閉修正出力手段２１へ伝達される。

一方、抽気圧は生じているが未だ十分な蒸気量が得られ
ていない場合は、プラント状態判別手段１６では以下の
ようにしてその判定を行う。

すなわち、高圧加減弁１２は全開であり、ＢＦＰタービ
ン１３の回転数は規定値以上であり、その回転数制御が
低圧加減弁１１で行われているときである。

そして、主タービンの低圧抽気圧力がある値以下で小さ
く、ＭＧＵ９のリフト量が規定値以上になっていれば、
いずれ高圧加減弁１２まで開く必要があると判断して、
修正出力可能の条件が成立しているという信号を昇速率
過大判定手段２０に送っておく。

すなわち、この状態で生じる外乱は高圧加減弁１２が開
いて一度にエンタルピーの高い高圧蒸気がＢＦＰタービ
ン１３に流入する場合である。

したがって、上述のこのケースＢである状態の判別条件
を修正制御のための条件の一つとして予め昇速率過大判
定手段２０や加減弁閉修正手段２１に伝達しておくわけ
である。

ＢＦＰタービン１３が回転し始めると、低圧加減弁１１
あるいは高圧加減弁１２のいずれでその回転数が制御さ
れるにしろ、プラント状態判別手段１６は昇速率算出手
段１９を駆動する。

昇速率算出手段１９はＢＦＰタービン１３の回転数ｆ３
の昇速率を算出するもので、ここで算出された昇速率が
予め定められた目標値より犬であるときは、昇速率過大
判定手段２０は加減弁閉修正出力手段２１を選択する。

一方、昇速率がその目標値より小であるときは加減弁閉
修正出力手段２１は選択されない。

加減弁閉修正出力手段２１が選択されると、プラント状
態判別手段１６で設定されたケースＡであることの条件
、ケースＢであることの条件のいずれをみたすプラント
状態であるかを確認する。

この条件が成立して確認がされたら加減弁閉修正出力手
段２１は起動される。

この加減弁修正出力手段２１では速度制御手段１５で読
込でだ回転数ｆ３を速度変化率に変換し、予め加減弁閉
修正出力手段２１に記憶させた第４図に示すプログラム
関数の信号として加減弁閉制御出力信号を送り出す。

第４図のαＬは修正出力開始規定値、ＬＬは修正出力信
号最小値、ｔＨは修正出力信号最大値である。

昇速率過大判定手段２０あるいは加減弁閉修正出力手段
２１の出力信号は高圧加減弁１２の開き始め検出手段２
２に送られ、ここでは高圧加減弁開き始め動作位置をリ
ミットスイッチの入力により判定し、このリミットスイ
ッチが不動作の場合は、開き始め検出手段２２の接点を
上側に切替えて速度制御手段１５からの制御出力または
加減弁閉修正出力手段２１の制御出力信号をＭＧＵ９の
１駆動回路１８に送る。

開き始め検出手段２２は高圧加減弁１２の開き始めを検
出すると、接点を下側に切替えて高圧加減弁制御出力補
正手段２３で高圧用の出力信号に変換してＭＧＵ９の駆
動回路１８に送り出す。

以上述べたように、本発明（こよれば、プラント状態と
回転数変化率から制御出力を算出し、蒸気源の切替った
ことによりタービンの回転数が急激に変化することを防
ぎ当初の目標に従うように制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される火力発電プラントの概略構
成図、第２図はＭＧＵの駆動量と蒸気加減弁の開度の関
係を示す特性図、第３図は本発明の一実施例を示す蒸気
タービン制御装置の機能ブロック図、第４図は加減弁閉
修正出力手段の有する特性の特性図である。 １３・・・・・・ＢＦＰタービン、１５・・・・・・速
度制御手段、１６・・・・・・プラント状態判別手段、
１７・・・・・・全開制御出力演算手段、１８・・・・
・・ＭＧＵ駆動回路、１９・・・・・・昇速率算出手段
、２０・・・・・・昇速率過大判別手段、２１・・・・
・・加減弁閉修正出力手段、２２・・・・・・開き始め
検出手段、２３・・・・・・制御出力補正手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高圧蒸気と低圧抽気との二つの蒸気源を有する蒸気
   タービンの制御装置において、前記蒸気タービンの回転
   数が所定の目標値になるように蒸気加減弁駆動機構へ制
   御出力を出す速度制御手段と、前記蒸気源のうち低圧抽
   気の有無を調べそのプラント状態下で予想される外乱の
   発生条件を判別するプラント状態判別手段と、前記外乱
   の発生条件が成立しているプラント状態下で前記蒸気タ
   ービン回転数の昇速率がその目標値より犬であるとき前
   記外乱の影響が小さくなるように前記速度制御手段から
   の制御出力４こ修正を加えるための加減弁閉修正出力手
   段とを備えたことを特徴とする蒸気タービン制御装置。 ２ 高圧蒸気と低圧抽気との二つの蒸気源を有する蒸気
   タービンの制御装置において、前記蒸気タービンの回転
   数が所定の目標値になるように蒸気加減弁駆動機構へ制
   御出力を出す速度制御手段と、前記蒸気源のうち低圧抽
   気の有無を調べそのプラント状態下で予想される外乱の
   発生条件を判別するプラント状態判別手段と、前記外乱
   の発生条件が成立しているプラント状態下で前記蒸気タ
   ービン回転数の昇速率がその目標値より犬であるとき前
   記外乱の影響が小さくなるように前記速度制御手段から
   の制御出力に修正を加えるための加減弁閉修正出力手段
   と、前記プラント状態判別手段が前記蒸気源のうち低圧
   抽気が無と判断したときは前記蒸気加減弁のうち低圧蒸
   気加減弁を全開させる全開制御出力演算手段とを具備し
   たことを特徴とする蒸気タービン制御装置。