JPS59113215A - 蒸気タ−ビンの弁制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は地熱蒸気発鴫プラントなど（二おけるタービン
起動時の準ｊ御特性の安定化を図った蒸気タービンの弁
制御方法（−関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

地熱発電プラント（＝おいて、井戸より発生する蒸気の
性状が含有される熱水址やガス量など褌々異なシ、それ
ぞれの特性（二応じて蒸気中に含まれる異物を分離する
セパレータや熱水を減圧して蒸気を発生するフラッシャ
−などが組み合わされて用いられている。特（二熱水が
多く含まれる場合（−は、フラッシャを２段設定して第
１段目で分離、フラッシュすることのできなかった熱水
をフラッシュせしめ、できるだけ多量の蒸気を得る工夫
がなされている。

このような地熱蒸気の条件は、せいぜい１０に９／Ｃｄ
ｔａｂｓ前後の圧力およびその飽和温度であるが、特に
熱水型の場合（−は、減圧させること（二よって２〜３
に９／ｃｒｌ　ａｂ　ｓの圧力となることもある。また
地熱発電プラントの発電容量は、発生蒸気量および建設
、運営コスト面からみて数万ＫＷ〜１０万謀が多く選ば
れている。しかしながら、上述のように比較的低い蒸気
条件では、当然ながら蒸気の有するエンタルピーが低い
ため、所定の発電出力を得るために多量の蒸気量が必要
になってくる。かつ圧力が低いので、蒸気の比体積も犬
きくなｐ、主蒸気配管、蒸気弁などが大口径のものにな
ってくる。

このため、蒸気弁のうち、流量制御する蒸気加減弁（二
ついては、できるだけスペースをとらない、かつ構造が
簡単なバタフライ形弁が数多く採用されている。このバ
タフライ形弁は、その弁開角贋（二対する流量が通常の
ボール形（二対して者しく劣っていて、制御性としては
好ましくないものもあるが、一般（二地熱発電プラント
は、一定負荷のベースロード運転が行なわれるため、十
分使用に供するとされている。しかしながら、実際の運
転（二おいては、タービン昇速時めるいは系統併入時な
ど、低量域での制御（二対しても、このバタフライ形の
蒸気加減弁が用いられているが、バタフライ形弁の特性
上、また大口径弁であることから、微少回置すなわち低
流量域での制御性は悪く、−・ンチングを引き層して運
転制御性を著しく損なわしめているのが常である。

いま第１図（二示す地熱プラント系統（ユより従来の制
御方法を説明する。井戸１よｐ発生した地熱蒸気は、セ
パレータ２に導かれて蒸気中（−含まれる湿分が分離さ
れ、主蒸気止め弁３および蒸気加減弁５を経て蒸気ター
ビン６（二流入する。この蒸気タービンにて地熱蒸気の
有する熱エネルギーを機械回転エネルギー（二変換して
蒸気タービンに直結された発電機７を回転駆動して発電
を行なう。

一方蒸気タービン６でほとんどの有効エネルギーを放出
した蒸気は、復水器８へ回収されて冷却水（二よシ凝縮
されて水になって地中（二もどされる。

このようなプラントシステムにおいて、タービンの回転
数あるいはタービン負荷の制御は、タービンの回転数（
あるいは負荷）の設定値１０とタービンの回転数検出器
９で検出された実回転数との偏差値（一応じて蒸気加減
弁５の開度を設定すること（ユよυ行なわれる。一般（
二は前述したように蒸気加減弁の弁口径が太きくなシ、
その全閉時のリーク量もタービンの加速エネルギーとし
て無視できない程（二なシ、加速防止にリーク量の制御
が必要であること、また主蒸気止め弁も蒸気加減弁と同
様（二人ロ径のもの（二なり、この開弁力を軽減する（
二は、バイパス弁を併設する必要があることから、主蒸
気止め弁３にバイパス弁４を併設あるいは内蔵させ、上
ｄ己偏差信号（二よシ流ｍ制御を行なわしめる方式が多
く用いられている。

これらの弁の操作には、土として２通りある。

第１の方法としては、火力タービン機で従来採用されて
いる第１段ノズル熱応力酸相のための全周噴射運転方式
である。これは複数個の蒸気加減弁を予め全開させてお
き、しかるのちに、ｆ、蒸気止め弁バイパス弁を徐々に
開けて制御を行なわしめる方式である。地熱タービン（
二おいては、主蒸気温度が２００℃以下であり、火力タ
ービン機で問題となるような第１段ノズルの熱応力は厳
しくないので、このような制御方式は不必要であるが、
火力タービン機で％（二機械油圧制御方式で確立された
方式としてその１ま用いられている。第２図に主蒸気止
め弁と蒸気加減弁の開度の経過を時間変化に対して示し
ている。前述のよう（−蒸気加減弁の開度１３は全開し
ておシ、生蒸気止め弁バイパス弁の開度１４はタービン
昇速のため（＝開らいていき所定の切替開度θ、（＝到
達したら、第１図に示す全周噴９部分噴射切替装置］２
によりバイパス弁開度１４は一定（二保持されたまま蒸
気加減弁が閉まり始める。

この時点で主蒸気止め弁には、全開の指令（８号が入っ
ているが２次側の圧力が低く、弁（二作用する蒸気のア
ンバランスが油筒の開弁駆動力により太きいため、全開
させることはできない。しかし蒸気加減弁が閉まってく
ることによシ、主蒸気止め弁の２次側の圧力は、徐々に
上昇して蒸気のアンバランス力は減少していく。そして
油筒力が蒸気アンバランス力に勝ると、主蒸気止め弁は
自ら全開していき、蒸気加減弁（二よる制御（二移行し
てこの切替操作は時点θｂで終了する。しかしながらこ
のような方式では、切替操作が必要でちゃ、その操作の
わずらしさととも（−切替操作の時間だけ、タービンの
負荷の上昇が遅れる欠点を有している。

また第２の方法としては、地熱プラントでは全周噴射運
転が必ずしも必要でないことから、蒸気加減弁は全閉さ
せておき、蒸気加減弁のリーク量のみを制御する目的で
主蒸気止め弁のバイパス弁（二よるタービン起動を行な
う運転方式である。第３図はこの運転方式（二おける６
弁の開度と時間経過の関係を示している。蒸気加減弁は
全閉したままであυ、主蒸気止め弁バイパス弁が開いて
タービンの起動昇速を行なう。バイパス弁がある程度開
くと、加減弁（′″−おいてチョーク状態（二なシ、そ
れ以上バイパス弁を開けてもバイパス弁による流量制御
は、不可能（二なる。そこで予めこのチョーク状態にな
るバイパス弁開度を計算（二より求めておき、その開度
（二到達した時点で蒸気加減弁を開けていく。このよう
Ｃ二すること（二よ）、第１の方法でみられた蒸気加減
弁の全開からの切替操作が不要になり、起動時間の短縮
が図れる。

しかし、この場合蒸気加減弁は全閉時点からタービンの
制御を行なうこと（二なり、特（＝低開度での流量制御
特性が著しく惑いバタフライ形弁・を用いる（＝は、タ
ービンの制御性（二多犬な悪影響をもたらすこと（二な
る。すなわち、全閉時のリーク流量が流れている状態か
ら、バタフライ弁が開くことによって流量は線形的（二
増えず、また弁開角度が数置の間は流量係数の把握が困
難であや、このために流量制御特性を線形化する補正カ
ム（又は関数発生器）の設計は推定のもと（二行なわれ
、線形化がうまくいかないことが多々ある。このよう（
二弁開き始めにおいて、非線形的な流量特性であると、
タービンの回転数制御において、オーバーシュートや、
応答遅れが発生し、−・ンチングを引き起して制御の不
安定な状態（二型る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、地熱タービンの起動時（二おいて、大
口径のバタフライ形蒸気加減弁による制御性の安定化を
図ること（二アリ、主蒸気止め弁バイパス弁から蒸気加
減弁への切替を、蒸気加減弁の安定な制御域で行なわし
める蒸気タービンの弁制御方法を提供する（＝ある。

〔発明の概秩〕

本発明の蒸気タービンの弁制御方法は、バイパス弁を有
する主蒸気止め弁と蒸気加減弁とを有する系統（二おい
て、蒸気タービンの起動時（＝蒸気加減弁を制御可能な
最少開度（＝保持した状態で主蒸気止め弁バイパス弁の
開度な開らいていき、蒸気加減弁の前後側の蒸気圧力差
が所定値（−達したことを検出したのち、主蒸気止め弁
を全開にし、以後蒸気加減弁で蒸気流量を制御すること
を特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明を第４図（＝示す弁制御システムを示す系統
図を参照して説明する。第４図（＝おいて、第１図と同
一符号は同一部分を示すものでおるからその説明を省略
する。本発明の制御方法を実施するための制御システム
（二おいて、主蒸気止め弁３、主蒸気止め弁バイパス弁
４と蒸気加減弁５の問および蒸気加減弁５の後（＝それ
ぞれ圧力検出器１５．１６を設け、それら（二より検出
された圧力は、差圧変換器１７Ｃ二て差圧信号（＝変換
され、また主蒸気止め弁バイパス弁ストローク値４１と
とも（＝演算装置１８（二人力される。この演算装置１
８では、基準のストローク移動量△Ｌ（二対して変化す
る差圧量△Ｐを演算し、その値が急増して所定値以上（
二なった時（ユ、内蔵するコンパレータによ多信号を発
する。

この出力信号は、２系統の制御ループへ送られる。一つ
はタービンの実回転数８と設定回転数１０の偏差値に調
定率２６を剰じた制御信号ｎが主蒸気止め弁バイパス弁
４へ伝達されるループ（＝伝えられるものである。この
ループ中に設けられた設点加の開閉を指令するものであ
り、コンパレータ１８の作動信号をうけて設定孔は開（
二なるものとする。

また残シの一つは、上記制御信号２７が蒸気加減弁５０
伝達される系統の途中（二設けられた設定冴の開閉を指
令するものである。この場合は、主蒸気止め弁バイパス
弁４とは逆（＝演算装置１８の作動信号を受けて設点夙
は閉じ、蒸気加減弁５（二対してタービンへの制＃信号
が伝えられる。また演算装置１８からの出カイ＝号（二
自己保持回路２２が付加されテオシ、タービンリセット
信号３２ｉ二よってのみ信号が消去される。

６弁への制御信号は弁位置制御機構２１．３１へ伝達さ
れ、弁の作動信号が出力されて所定の開度（二弁を駆動
せしめる。また蒸気加減弁への制御信号は、高値優先回
路２８（二よりバイアス２９との比較演算を行なうこと
（−よυ所定の開度以下（＝ならないよう（二制限され
、タービントリップなどの事故時のみ接点３０が開いて
バイアスを付与しないよう（ユなっている。

次（一本発明１ユよる弁制御方法について説明する。

タービン起動前のリセット操作（二よって演算装置１８
の出力信号は苓であシ、接点加は閉、接点冴は開となる
。これによってタービンの制御は、主蒸気止め弁バイパ
ス弁４（二よって行なわれる。一方蒸気加減弁５は接点
冴の開（二より−」両信号が入力されないが、接点３０
がリセット（二より閉となｐ、バイアス２９が加えられ
てバタフライ弁の制御可能な最少開度に保持される。

タービン起動過程における主蒸気止め弁開度、蒸気加減
弁開度、両弁間の蒸気圧力、蒸気加減弁の差圧は、第５
図ａ＋ｌ）＋（！のようになる。主蒸気止め弁バイパス
弁４の開口面積特性１３が蒸気加減弁５の開口面積特性
１４よシ小さい時（Ｉの領域）は、蒸気加減弁５の前圧
３５と後圧３６はほぼ一定の比率で流量増加（二対して
増していく。しかし、両弁の開口面積が等しくなった後
（］の領域）は、主蒸気止め弁バイパス弁４の開度を上
げても蒸気加減弁５で絞られているため、その流量はそ
れほど増加しない。この場合、蒸気加減弁５の前圧あは
、主蒸気止め弁バイパス弁４の前圧具に近づく。

このため蒸気加減弁５０前後の差圧は、■の領域（二対
して大幅に増加する。

この差圧の増加が著しくなったことを、演算装置１８で
検出し、これによって接点加が開、接点鴎が閉となシ、
タービンの制御は蒸気加減弁５に移行する。接点加が開
くこと（二よｐ、主蒸気止め弁バイパス弁４の制御は終
了し、主蒸気止め弁３が全開する。蒸気加減弁５は制御
可能な開度から開き始めるので、外乱による回転数ある
いは負荷の変動に対して十分な応答を発揮することが可
能であり、タービンプラントの制御性を十分（−安定化
することが可能になる。このような制御方式は単に地熱
タービンに対してではなく、低り７ト域で制御特性の悪
い蒸気弁を使用する場合（二対して例えば火力タービン
バイパスシステムを有するプラント（二おいて、再熱流
量を低リフト域で制御するインターセプト弁を操作する
方式（二対してももちろん有効である。

〔発明の効果〕

以上のよう（二本発明（二よれば、主蒸気止め弁、その
バイパス弁および蒸気加減弁を有する系統において、蒸
気タービンの起動時（二点気加減弁を―」御可能な最少
開凝に保持した状態で、主蒸気止め弁バイパス弁の開度
な上げていき、蒸気加減弁の前後の差圧が所定値に達し
たことを検知してこののちは、主蒸気止め弁を全開にし
、氷層蒸気加減弁で蒸気流量制御する方法を採用したこ
と（：よシ、蒸気加減弁は制御可能な開度から開き始め
ることＣ二な９外乱による回転数あるいは負荷の変動に
対して十分な応答を発揮することが可能であり、タービ
ンプラントの制御性を十分に安定化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は地熱プラント系統図、第２図および第３図は主
蒸気止め弁バイパス弁および蒸気加減弁の弁開度特性を
示す特性図、第４図は本発明（二よる蒸気タービンの弁
制御方法を実施する弁制御システム系統図、第５図ａ＋
ｂおよびＣは主蒸気止め弁バイパス弁蒸気加減弁の開度
特性、蒸気加減弁前後の差圧および主蒸気止め弁バイパ
ス弁と蒸気加減弁との間の蒸気圧力を示す特性図である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　主蒸気止め弁、そのバイアス弁および蒸気加
   減弁を有する系統（二２いて、蒸気タービンの起動時（
   二蒸気加減弁を制御可能な最少開度（−保持した状態で
   主蒸気止め弁バイパス弁の開度な開らいていき、蒸気加
   減弁の前後側の蒸気圧力差が所定値口達したことを検出
   したのち、主蒸気止め弁を全開にし、以後蒸気加減弁で
   蒸気流量を制御することを特徴とする蒸気タービンの弁
   制御方法。