JPS5851123B2 - タ−ビン発電機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は夕・−ビン発電機の制御装置に係り、特に周
波数変動の大きい系統との並列運転を行なう場合に、周
波数変動の影響を受けることなく同期投入を容易に行な
い、系統からの受電電力量又は系統への逆送電力量を一
定に制御し、かつ系統との解列時負荷しゃ断によるター
ビン過速度を防止することを目的とする加減弁制御装置
に関するものである。

タービン発電機を系統に同期投入する場合は、同期投入
装置により調速装置に信号を送り、発電機周波数、電圧
及び位相を合わせた後投入される。

調速装置には通常後述するドループがつげられており、
周波数変動が少ない系統に投入された場合には、投入と
同時にタービン発電機に若干の負荷を負わせることによ
って、モータリングの発生を防止している。

また、タービン発電機が定格運転となり、系統からの受
電又は系統への逆送を開始した時点においても、受電又
は逆送電力量を検知し、調速装置に加減弁開閉信号を送
り、カバナモータを動作させることによって受電又は逆
送電力量は十分制御できる。

比較的大きな所内負荷変動がある場合でも、その負荷変
動に見合った不感帯を設けることによって、受電又は逆
送電力量を比較的小さな変動範囲内に制御し、タービン
を安定して運転することができる。

さらに、以上の運転においては常に調速装置がタービン
を制御しているので、発電機が系統から解列して負荷が
急激に変化すると、タービン発電機の回転速度に変化が
起こるが、調速装置の作動によって蒸気加減弁の開度を
調節してタービンの蒸気流入量を制御するので、一定限
度以内の回転速度に押さえることができる。

しかしながら、系統の規模の小さな地域においては、そ
の系統に接続された負荷の中に変動の大きなものがあれ
ば系統周波数あるいは電圧変動が大きくなり、このよう
な系統とのタービン発電機の並列運転に際しては必ずし
も上述のような周波数変動の小さい場合と同様な運転状
態は得られず、種々の弊害がひき起される。

従来のタービン発電機の制御系について説明し、上記の
弊害について明らかにすると次のとおりである。

第１図は当該制御系のフロック図で、発電機２はタービ
ン１によって駆動され、その出力はロードセンサ３によ
って検出され、該検出値に基づいてドループポテンショ
メータ４の出力が調整される。

ここで、ドループポテンショメータ４の出力はロードセ
ンサ３の出力、すなわち発電機２の出力に比例して増加
する。

タービン１の回転速度は電磁ピンクアップ５と速度検知
器６とによって検知され、該回転速度とドループポテン
ショメータ４の出力は、負荷設定器１によってその設定
値が指示決定される速度設定器８の出力と比較される。

その偏差はＰＩＤ制御を行なう速度制御器９に与えられ
、その出力制御信号はアクチュエータ１０に与えられ、
該アクチュエータ１０によって油圧サーボモータ１１が
駆動し、このサーボモータ１１によってタービン１に流
入する主蒸気量を調整する蒸気加減弁１２の開度が制御
される。

以上の調速装置によってタービン１が所望の回転速度で
運転されることになる。

なお、上述のようにタービンの回転速度を発電機の出力
の増加に伴なって直線的に減少する特性に制御すること
を、速度ドループによる制御という。

ところが、このような速度ドループによって制御された
機関が、周波数に影響を与えない程大きな同期装置（無
限大のバス）に結合されたとすると、機関の速度は速度
設定によって規制されず、最大同期トルクを越えない限
り、バスの周波数によって決まる。

従って、例えば第２図に示すように、ドループを４％（
タービン出力Ｏ％と１００％とにおける回転数の減少率
）、バスの周波数を５０Ｈｚとして、速度設定器８が５
０Ｈｚに設定されておれば（Ａ）、タービンの分担出力
は無負荷であり、５１Ｈｚに設定されておれば（Ｂ）５
０％負荷であり、あるいは５２Ｈｚに設定されておれば
１００％負荷を分担することになる。

すなわち、図においてバスの周波数と速度ドループの斜
線との交点で負荷分担は決定されることになり、設定周
波数の上昇に伴なって負荷分担率も増加する。

逆に速度設定を一定にすればターボ発電機の出力は一定
になる。

このことは、第３図に示されるように所内負荷が変動す
れば、逆送又は受電電力量が変動することを意味する。

ところが、系統周波数が変動する場合は、タービン出力
は系統周波数との関係で負荷分担が決まることから、第
４図に示されるようにタービン出力は、系統周波数の変
動周期と同じ周期で変動することになる。

例えば周波数変動が２％、変動周期が１０ ｓｅｃにも
及ぶ地域において一般に設定される３〜５％のドループ
のついた調速装置によって系統との並列運転を行なえば
、タービン出力、すなわち発電機の出力変動は定格の５
０％にも及ぶことになる。

このような場合、同期投入後発電機がモータリングを起
したりすることによりタービン発電機の安定した運転が
困難となり、また系統周波数が極度に低下した場合には
発電機は過負荷状態になり、タービン発電機の安定運転
上好ましくない状態が生ずる。

系統の周波数変動を受けないでタービンを安定して運転
する一般的な方法として、加減弁開度を一定に保つ負荷
制限運転があるが、周波数変動が大きい場合には周波数
の影響を受げないようにカバナーの設定回転数を高くし
ておかなければならないため、解列時にタービンが過速
度トリップする懸念がある。

また、この懸念をな（すため負荷制限器の設定を下げる
と、周波数の影響を受げないが、タービン発電機の出力
が定格をかなり下廻るという不都合が生じる。

ここに、系統周波数変動の影響を受けずに、すなわち調
速装置を用いずに安定した運転を行ない、かつ受電及び
逆送電力量を精度よく一定に制御し、解列時等の異常時
においては瞬時的に調速装置を効かせて発電機の回転速
度制御の機能を復帰させることのできる制御装置が要請
されることになる。

この発明はかかる要請にこたえるタービン発電機の制御
装置を提供するものである。

本発明に係る制御装置は、ドループ設定器を備え、ター
ビンの回転速度を制御する手段であって、他の電力系統
との同期運転指令に基づいて設定速度を上限値近傍に設
定すると共に、ドループ設定器には所定のドループ値を
設定し、さらに他の電力系統との非同期運転指令に基づ
いて設定速度を基準周波数に対応した回転速度に設定す
ると共に、ドループ設定器のドループ値を零に設定する
速度制御手段と：出力を一定値以下に制御する手段であ
って、他の電力系統との非同期運転指令に基づいて設定
値を上限値近傍に設定するロードリミット制御手段と；
逆送電力及び受電電力を一定に制御する逆送電力及び送
電電力制御手段と：上記各制御手段のうち低位レベルの
信号を選択し、当該制御手段による制御を優先させる低
位信号選択手段と；発電機の負荷しゃ断信号に基づいて
前記速度制御手段の速度設定を瞬時的に所定の値にまで
下げる瞬時リセット手段と： を有することを特徴とする。

第５図はこの発明の一実施例に係るタービン発電機の制
御装置の全体構成を示すブロック図であり、次の５つの
サブシステムから構成されている。

（１）アクチュエータ１０ 後述する電気式カバナからの電圧信号に比例した制御量
を機械変位に変換する作動器で、機械的リンク機構、油
圧サーボモータ１１を介して蒸気加減弁１２を作動し、
蒸気タービン１に流入する蒸気量を調節する。

電気式カバナからアクチュエータ１０への入力信号は、
後述する速度制御系、ロードリミット制御系、逆送電力
（受電々力）制御系のうち最も電圧レベルの低い信号が
、２つの低信号選択器１７，１８により自動的に選択さ
れて与えられる。

（２）速度制御系 この制御系は設定した回転速度と、渦電流式電磁ピック
アップ５により検知した回転速度との偏差を零にするよ
うにして速度を一定に制御する系である。

構成は速度設定機構としてのＰＩＤ制御器９／−、基準
電圧を与える速度設定器８、並びにフィードバック機構
としての電磁ピックアップ５、ピックアップ５からのパ
ルス信号を電圧信号に変換するスピードセンサ６、ター
ボ発電機の出力を検知するロードセンサ３、出力に見合
ったドループをつげるデジタル設定器（ドループ設定器
）４、及び基準電圧とフィードバック信号電圧を演算し
ＰＩＤ制御を行なう速度制御器９′からなる。

補助機構として、外部からの信号により設定値を予めセ
ットしておいた値に自動的に瞬時に変える瞬時リセット
機構を、速度設定機構の速度設定器８に２点ＩＲ（Ａ）
、（Ｂ）、ドループ設定機構のデジタル設定器４に１点
ＩＲ（Ｃ）持っている。

特にドループ設定では、ドループを零にすればアイクロ
ナス（恒速）運転が可能になる。

、（３） ロードリミット制御系 この制御系は蒸気加減弁１２の開度を一定に制御する系
で、タービン入口及び出口の蒸気条件を一定にすること
により、ターボ発電機の出力を設定値以下に押さえる一
種の負荷制限器の機能を有する。

設定機構１５及び増幅器１６からなる。

（４）逆送電力（受電々力）制御系 この制御系は系統への逆送（受電）電力量を、系統の周
波数及び所内負荷が変動しても一定になるように、ター
ボ発電機の出力を制御する系である。

構成は、逆送（受電）電力量の設定機構でありＰＩＤ制
御器２２へ基準電圧を与える逆送（受電）電力設定器１
９、並びにフィードバック機構としての逆送（受電）電
力量を検知スルロードセンサ２０、シグナルコンバータ
２１及び基準電圧とフィードバック信号を演算しＰＩＤ
制御を行なう逆送（受電）電力制御器２２からなってい
る。

この逆送電力制御系は、系統から受電している場合には
ロードセンサ２０からの出力電圧の位相がシグナルコン
バータ２１によって反転し、ＰＩＤ制御器２２からの出
力信号は最大となって低信号選択器１７でカットされる
ので、ターボ発電機の制御には関与しなくなる。

（５）タービン前蒸気圧一定制御系 タービン負荷に対してタービン流入蒸気量が少なくなる
と、タービン前蒸気圧が下がり、キャリーオーバーによ
るドレンアタックの懸念がある。

この制御系はその防止を図ることにあり、タービン前蒸
気圧が予め設定した値に下がると、圧力変換器１４及び
電圧スイッチ１３からの信号でロードリミットの設定値
を下げ、タービン前蒸気圧が回復するまで、ターボ発電
機の出力を下げる機構を備えた制御系である。

以上の各制御系からなるこの実施例の制御装置が並列投
入時、系統電力遮断時、並列運転復帰時、及び負荷遮断
時にそれぞれいかに動作するかを明らかにすると次のと
おりである。

（１）並列投入時の動作 系統への並列投入（ターボ発電機遮断器１３の閉成）は
、速度制御系を使用して行なう。

この時、ロードリミットはターボ発電機の定格出力の１
０％程度に、逆送電力量設定を最大逆送電力量の１０％
程度に、さらにデジタル設定器４にて所定のドループに
設定しておく。

この投入前の状態では無負荷であるから、速度制御系の
速度制御器９′からの出力信号電圧が、ロードリミット
の増幅器１６及び逆送電力量制御器２２からの信号電圧
より低いので、アクチュエータ１０への信号は低信号選
択器１７，１８によって、速度制御系からの信号が優先
する。

さて、同期投入装置（図示せず）からの増減信号を受け
て速度設定器８を増減して回転速度を調節した後同期投
入すると、発電機の遮断器１３の「閉」の信号で、速度
設定器８の速度設定を瞬時リセツ）ＩＲ（Ａ）によって
、自動的に瞬時に上限にする。

この時速度制御系は設定上限値に相当する回転速度をと
ろうと最大信号を発するが、ロードリミットからの出力
信号の方が低いので、低信号選択器１８によって自動的
にターボ発電機の制御はロードリミット制御系に移行す
る。

この時点では系統の周波数が変動してもその影響を受け
ない出カ一定運転であり、所内負荷の変動分は受電量が
変動することで対応している。

ターボ発電機の出力を増減するには、ロードリミット設
定を増減すればよい。

逆送電運転に移行するには、ロードリミット設定をター
ボ発電機の最大出力相当に設定し、逆送電力設定をロー
ドリミットの設定値より低い値に設定すれば、逆送電制
御系が優先してターボ発電機の制御を始める。

受電運転をするときもまた同様である。

（２）系統電力遮断時の動作 系統電力が遮断されると、所内負荷はターボ発電機の出
力のみ依存することになる。

この場合、ロードリミットは上限に設定してあり、また
逆送量は遮断と同時に零になるので、以上２つの系から
の出力信号は最大となり、速度制御系が自動的に制御を
始める。

ただし、ドループ運転では所内負荷の大きさにより所内
周波数が変わるので、系統電力遮断器「開」の信号でデ
ジタル設定器４の瞬時リセソ）ＩＲ（Ｃ）によってドル
ープ運転からアイソクロナス（恒速）運転に、また速度
設定器８の瞬時リセットＩＲ（Ｂ）によって速度設定を
５０Ｈｚに瞬時に切り換える。

これにより所定負荷が変動しても周波数一定の運転が可
能になる。

（３）並列運転復帰時の動作 前項の場合には、タービンはアイソクロナス運転を行な
っているが、系統との並列運転に復帰するためにはドル
ープ運転を行なう必要がある。

このため同期投入装置からの信号を速度設定器８に入れ
ると同時に、デジタル設定器４にて自動的にアイソクロ
ナスから所定のドループまで、ドループをたてるように
する。

復帰時の各制御系の設定値は、ロードリミットをその時
の所内負荷より１００にＷ程度大きくしておく他は前記
（１）項と同じであり、同様な制御がなされる。

（４）負荷遮断時の動作 負荷遮断時には、速度制御系は速度設定値を越えて回転
数が上昇した時にはじめて最小信号を出し回転数上昇を
押えようとする。

一方、ロードリミットあるいは逆送電力制御系にてター
ボ発電機を制御している時には、速度設定は上限値相当
になっているため過速度トリップのおそれがある。

これを防ぐために、ターボ発電機遮断器１３の「開」の
信号で速度設定器８の瞬時リセツ）ＩＲ（Ｂ ）にて速
度設定を５０Ｈｚに自動的に瞬時に切り換える。

このため遮断とほぼ同時に速度制御系は回転上昇を押え
るように働くため、瞬時速度変動率を非常調速装置の設
定値以下に押えることができる。

以上の各動作の説明から明らかなように、従来の速度制
御では系統周波数が大きく変動し、かつ所内負荷が変動
する場合には逆送電力（受電々力）量を一定に制御する
ことは不可能であったが、この発明は、系統の周波数の
影響を受けずに所内負荷の変動に応じてターボ発電機の
出力を増減し、逆送（受電）電力量を精度良く一定に制
御することが可能であり、実用上極めて有用なものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のタービン発電機の制御系のブロック図、
第２図はタービン出力とタービン回転数との関係の説明
図、第３図はタービン出力が一定の場合の逆送量と所内
負荷との関係を示す説明図、第４図は周波数変動とター
ビン出力との関係の説明図、第５図はこの発明の一実施
例の制御装置のフロック図である。 １：蒸気タービン、２：発電機、３：ロードセンサ、４
：デジタル設定器、６：スピードセンサ、８：速度設定
器、９′：速度制御器、１０：アクチュエータ、１２：
蒸気加減弁、１５：ロードリミット設定機構、１７，１
８：低信号選択器、１９：逆送電力設定器、２２：逆送
電力制御器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ドループ設定器を備え、タービンの回転速度を制御
   する手段であって、他の電力系統との同期運転指令に基
   づいて設定速度を上限値近傍に設定すると共に、ドルー
   プ設定器には所定のドループ値を設定し、さらに他の電
   力系統との非同期運転指令に基づいて設定速度を基準周
   波数に対応した回転速度に設定すると共に、ドループ設
   定器のドループ値を零に設定する速度制御手段と：出力
   を一定値以下に制御する手段であって、他の電力系統と
   の非同期運転指令に基づいて設定値を上限値近傍に設定
   するロードリミット制御手段と；逆送電力及び受電電力
   を一定に制御する逆送電力及び送電電力制御手段と； 上記各制御手段のうち低位レベルの信号を選択し、当該
   制御手段による制御を優先させる低位信号選択手段と； 発電機の負荷しゃ断信号に基づいて前記速度制御手段の
   速度設定を瞬時的に所定の値にまで下げる瞬時リセット
   手段と： を有することを特徴とするタービン発電機の制御装置。