JPS59208601A - タ−ビン制御装置 - 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、タービン制御装置特に再起動に時１■１乞要
し、高い信頼性が要求されろ発電、プラントのタービン
の制御装置に関τる。

〔発明の技術的背景〕

近年は発電所の立地条件等の１列係から単−発電機の容
量大型化が進むとともに消費地から遠く離れｔこ遠隔地
に立地せざる馨得ない傾向にある。−般に発電プラント
・↑一旦停止すると再起動に長時間乞要し、なかなかも
との状態に復帰することができない。また、一つの発電
プラントが停止すると、再起動に長時間乞要し、なかな
かもとの状態に復帰でることができない。また、一つの
発電プラントが停止すると、前述の立地条件等の問題か
ら他のプラントもその影響乞受けるおそれがある。

そのため、発電プラントの主機には故障はなく、例えば
制御装置の一部に故障が発生したような場合には、発電
プラント全体の停止という事態は回避したいという要望
が強まってきている。このような要望は、立地条件が悪
く、再起動に長時間乞要−′ｆろ原子力発電プラントに
おいて特に強い。

この要望に応えるため、従来から制御装置の一部、例え
ば蒸気タービン制御装置のセンサ部分を二重化して故障
対策とｆ′ることは丁でに行なわれている。その−例を
第１図に示す。同図に示す装置は眠気油圧式制御装置で
あって、タービンの制御量、例えばタービン回転速度ｉ
を検出でる２つのセンサｌａ、ｌｂによりタービン回転
速度な検出し、その検出出力信号ケ演算制御部２に入力
ｆろ。演算制御部２は、二重化されたセンサｌａ。

１ｂに対応して、その入力端に２＠の演算回路３ａ、３
ｂを備える。演算回路３ａ、３ｂは入力信号に適当な演
算処理を怖丁もので、その出力は優先回路４に入力され
る。優先回路４はセンサｌａ、ｌｂないし演算回路３ａ
、３ｂが故障しブことき、制御対象（この例ではタービ
ン）Ｖ−とっていずれが安全側かとの観点から、つまり
フェイルセーフの観点から、低値優先回路または高値優
先回路として構成されろ。優先回路４の出力信号は主制
御回路５に導入されろ。主制御回路５は優先回路４から
の出力信号と出力設定器１４からの出力設定信号と乞比
較し、その偏差Ｙ零と１−ろために偏差信号に加算、減
算、比例Ｐ、積分■、微分りなどの動作を加えて、答弁
の操作信号として答弁の制御部６ａ〜６ｎに送られろ。

答弁の制御部６ａアロｎでは、答弁の特性により弁θ）
位置安来信号に変換し、答弁ごとの加算器７ａ〜７　ｎ
　（７ａのみ図示すろ、）に信号乞送る。

加算器７ａには実弁開度信号が負帰還されており、制御
＝ｌＳ　６　ａ　ｒｒ）らの弁位置要求信号との偏差の
信号？出力する。この信号は増幅ｉ器８ａで増幅され、
サラにサーボ増幅器９ａでサーボ弁１０ｍに電流信号と
して送られる。サーボ弁１０ａではサーボ増幅器９３の
出力信号によりシリンダｌｌａの油の流量を制御して油
圧シリンダを駆動し、これにより油圧シリンダで駆動さ
れる蒸気弁等の弁位置？調整する。この弁位置は差動ト
ランス１２ａにより検出され、復調器１３ａで変換され
て、上記の帰還用弁開度信号となる。他の制御部６ｂ〜
６ｎについても同様の構成により同様の制御系が形成さ
れている。

〔背景技術の問題点〕

しかるに、従来の制御装置は、第１図に示す通り、セン
サとその信号受入部を除いては、二重化されておらず、
従ってその二重化されていない部分ｈ′−故障すると直
ちに運転継続不能となる。また、従来の装を片では、二
重化されている部分であっても、故障の方向（安全ｊｉ
ｌｌｊかどうか）や低値優先もしくは高値優先の考え方
により目動的に停止または危険状態になって保護装置が
作動し、やはりタービン等の制御対象が停止してしまう
ことが多い。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記の欠点令・除去し、主機には故障
がなく、制御装置のいかなる部分に故障が発生した場合
に、主機の運転？停止させないですますことが可能な信
頼性の高いタービン制御）・捧侍乞提供することにある
。

〔発明の概要〕

本発明の制御装置は、制御対象の制御計ゲ検出するセン
サと、このセンサの出力信号？入力して前記制御量ン所
定値に制御するための霜７気信号？出力する制御回路を
それぞれ三重に設け、この三重化されたセンサの出力側
に、３人力信号のうちの中間値のものを通す中間値選択
回路を介挿し、それぞれの制御回路の信号？コイルを三
重化した・サーボ弁や電磁弁に出力ｆろことを特徴とて
ろものである。

〔発明の実施例〕

第２図しま本発明を、蒸気タービンを制御する電気油圧
式制御装置に適用した場合の一実施例を示すものである
。

三重化されたセンサｌａ、１ｂ＋ＩＣにより検出された
制御凄、例えばタービンの回転速度を表わす信号が中間
値選択回路２０ａ、２０ｂ・２Ｏｃケ通して三重化され
た主制御回路１５ａ、１５ｂ。

１５ｃに送られ、ここで所定の演算処理が施された上で
答弁の位置信号として弁位置制御回路２１ａ１等に送ら
れろ。弁位置制御回路は各弁毎に３系統設けられ（例え
ば弁１０ａに対し回路２１ａ＋　、２１　Ｂ！　。

２１ａ３）、それぞれ三重化された制御回路１５ａ。

１５ｂ、１５ｃから弁位置信号が入力されろ、、すべて
の弁位置制御回路は互いに同様に構成されている。そこ
で、弁位置制御回路２１ａ１についてのみヌ１示加る。

図示の如く、第１図の場合と同様加算＜７７　ａ　ｌに
実弁開度信号が負帰還され、主制御回路１５ａからの弁
位置要求信号と比較されて、その偏差信号が出力されろ
。この偏差信号は増幅器８ａｌで増幅され、さらにサー
ボ増幅器９ａ＋Ｙ介して、サーボ弁１０ａに電流信号と
して遼られろ。

サーボ弁１０＆では制御回路２１ａ＋　１２１　＆２．
２１ａｓ内のサーボ増幅器９ａ＋等の出力信号の合計値
（平均値といっても良い）によりシリンダｌｌａの油ケ
制御して弁位置を調整する。この弁位置は差動トランス
１２ａ＋、１２ａ２，１２ａｓにより検出され、制御回
路２１ａ、、　２１ａｚ、　２１ａｓ内の復調器１３８
１等で変換されて、弁開度信号となり上記のように加算
器７ａ１．７　ａｌ、　７　ａｌに負帰還されろ。

主制御回路１５ａ、１５ｂ、１５ｃ内の中間値選択回路
２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、例えば低値優先回路と高値
優先回路７組合わせて構成されろ。

そこでまず低値優先回路、高値優先回路について説明す
る。低値優先といいまた高値優先いうも具体的な電気面
路中では電圧信号は正・負いずれ乞も使用するので、電
気回路上は高値優先回路になっていてもソフトウェアに
は低値優先になったりすることがある。ここでは「正論
理」に従い絶対値のより大きな正の信号が優先的に通る
回路馨高値優先回路として説明する。

第３図は典型的な高値優先回路７示すものであり、実線
で示て部分によって２信号入力型のものが構成され、３
信号入力型と−ｒろには、破線で示す部分を追加丁れば
よい。この回路は、入力抵抗４２乞介して演算増幅器４
０に入力信号を与えろとともに、その出力信号乞ダイオ
ード４３および帰還抵抗４１乞介して演算増幅器４００
Å力端に帰鏝させろ回路構成７１人力に対する単位とし
、これ７入力信号の数だけ設け、各演算増幅器４０の出
力側乞ダイオード４３を介して互いに結合し、その結合
点（カソード側）から出力￥覗出すようにしたものであ
る。このように構成すれば、ダイオード４３の作用によ
り最も旨い値の信号が出力端に現われる。尚、出力端に
はダイオード４３による出力信号のカットオフ乞防止で
るために抵抗４４ケ介して負電源４５が接続されている
。

第４１凶１は低値優先回路を示すものである。この回路
（工、ダイオード４３の方向およびカットオフ防止用に
正゛蹴源７Ｌ６が用いられているほかは、第３図の回路
と同様である。この回路ではダイオード４３の共通接続
的（アノード１ｉ＋１１　）から最も低い値の信号が吹
出される。

軍５図および第６図は第３図の高値優先回路と第４図の
低値優先回路乞組合せて形成した中間値選択回路の例乞
示すものである。

まず第５図の回路は３つの２人力型低値優先回路５１　
ａ、５１ｂ、　５１　ｃと、これに後置された１つの３
人力型高値優先回路関とから成っている。３つの低値優
先回路５１　ａ　、　５１　ｂ　、　５１　ｃにはそれ
ぞれセンサ］−ａ。

１ｂの出力、センサｌｂ、ｌｃの出力、センサ１ｃ＋１
．ａの出力が入力されろ。いまイ反にセンサｌａ、ｌｂ
、ｌｃの出力ａ、　ｂ　、　ｃの間にａ　）　ｂ　）　
ｃの関係があるものとすれば、低値優先回路５１　ａ　
、　５１　ｂ　、　５１　ｃの出力はそれぞれす、ｃ、
ｃとなる。従って高値１チ先回路関の出ガはｂとなる。

このように、ｇ　５　ＦＭ＋の回路は前段で高値χカッ
トし、後段で低値？カットでろことにより中間イ直を選
択して出力′ｆろ。

第６図の回路は、３つの２人力型高値優先回路５０ａ、
５０ｂ、５０ｃとこれに後置された１つの３人力型低値
優先回路５１とから成っている。

例えばａ　）　ｂ　）　ｃの関係にあ７；）３人力の場
合、高値優先回路５０　ａ＋　５０　ｂ　＋　５０　ｃ
の出力はａ、ｂ。

ａであり、低値優先回路５１の出力はｂとなる。

このように、第６図の回路では前段で低値乞カットし、
後段で高値をカットでることにより、中間値を選択する
。

尚、第５図、第６図の両回路とも、３人力のうちの２つ
が等しい値を持つときは、この等しい値χ持つ入力が中
間値として出力される〜。

このようにして構成された回路が、第２図の中１…値選
択回路２０ａ、２０ｂ、２０ｃとして用いられ、その出
力に対し、主制御回路１５　ａ　、　１．５ｂ。

１５ｃ内で制御演算がなされて、主制御回路１５ａ。

１５ｂ、１５ｃの出力が決定されろ。

以上のようにセンサおよび制御回路の少なくとも一部欠
三重化し、中間値選択回路を介挿することにより、三重
化されｔこセンサのうちの１つが故障しても、故障した
センサの出力信号は最低値または最高値となるので、中
間値選択回路によって除外され、制御回路は支障なく正
常動作を続けることができる。

以上、基本的なアナログ回路の部分についての三重化に
つき説明したが、アナログ信号とシーケンス信号即ち接
点信号との取合せについて三重化ｔする場合もあり得る
。接点信号回路の場合には、三重化された回路のそれぞ
れから接点信号を発し、それをシーケンス回路で良く知
られている２アウト・オブ３回路（２ｏｕｔ　ｏｆ　３
回路、３接点のうち２接点以上が作動すると、動作出力
を出す回路）に与え、その２アウト・オブ３回路で処理
した信号を各アナログ回路へ再び接点信号として帰すよ
うにすればよい。上述の２アウト・オプ３゛回路の典型
例を第７図に示す。

第７図において６０ａ、６０ｂ、６０ｃは例えば第２図
の制御回路１５　ａ　、　　１．５　ｂ　、　１５　ｃ
に含まれるリレーのトーク接点で表現されたリレー接点
であり、同一符号を付した接点は同一リレーの接点であ
る。この回路では３つのリレーのうちのそれぞれ異なる
２つのリレーの接点を直列接続したもの乞、Ｂ一つ・並
列にして、共通のリレー６１に接続している。この回路
構成によれば、接点６０＆。

６０ｂ、６０ｃのうちの２つ以上がオンとなれば出力リ
レー６１が励磁される。

次に、三重化された部分の故障な検出するための回路の
一例を第８図に示す。ここで三重化されたセンサＩａ、
ｌｂ、ｌｃの検出信号を入力する中間値選択回路２０は
、第２図の装置に設けられているもの乞そのまま兼用で
きる。即ち、中間値選択回路２０の出力信号乞基準値と
して、各センサｌａ、ｌｂ、Ｉｃの出力信号χ偏差検出
回路６２ａ、６２ｂ、６２ｃで個々に比較し、その比較
偏差の絶対値が所定値を超えたら故障があったものとし
て動作出力？出し、警報を出すとともに、当該センサケ
切錐ｆこととすればよい。この切離しは、Ｉｈ１Ｉ差検
出回路６２ａ、６２ｂ、６２ｃの動作出力によりドライ
バ６３ａ、６３ｂ、６３ｃおよび切、４）ｊ　ｔ、リレ
ー６４ａ、６４ｂ、６４ｃＹ介して行なうことができる
。

また、センサばかりでなく三重化された回路部分乞個々
に切離しができろようにしておくこともできる。こうで
れば、制御回路の故障においても何ら支障なく正常動作
７続けることができろ。

このように、三重化された玲ん分の切離しが可能な註う
病・し・３ゆべ故障発生に−通し、装置全体の運転を続
行しながら、その故障部分ケ修理ｆることが可能であり
、システムとしての信頼性が一韻高まる。

第１０図は本発明の他の実施例？示でものである。

第２図の実施例との主な違いは、第２図では主制御回路
１５ａ、１５ｂ、１５ｃの出カ？各サーボ弁のそれぞれ
対応する弁位置制御回路（２１＆＋。

２１ａｌ、　２１ａｓ等）に供給しているのに対し、＠
１０図（１つのサーボ弁に対でる弁位置制御回路のみ示
′″ｒ）では、各弁位置制御回路の入口に中間Ｉｌ！選
択回路馨設け、各中間値選択回路の入力に３つの主制御
回路１５ａ、１５ｂ、］、５ｃの出力を与え、その出力
を加算器（７ａ＋等）に供給（〜でいることである。比
較？容易Ｋｆるため、第２図Ｙｓｔｏ図と同じように簡
略化したもの？第９図とじて示す。

上記の中間値選択回路ケ追加することにより、故障時に
切離す回路部分馨少なくすることができる。

例えば主制御回路１５ａ、１５ｂ、１５ｃのうちの１つ
が故障したときは、その主制御回路のみ切離し、弁位置
制御回路２１１Ｌｔ　、　２１ａｚ　、　２１ａｓ等は
すべてその＋：ま動作回続けろことができる。

尚中間値選択回路は、答弁の位置制御回路の入力側とは
限らず、他の箇所に挿入することもできろ。即ち、−膜
化して言えば主制御回路１５ａ等と答弁の弁位置制御回
路２１ａ１等とから成る制御回路が、中間値選択回路２
０ａ等の出力に接続された第１の回路部分と、該第１の
回路部分の出力乞受けろ第２の回路部分に分けられると
き、該第２の回路部分の各々に対応して中間値選択回路
を設け、この中間値選択回路を介して３系統の第１の回
路部分の出カケ第２の回路部分の各々に供給するように
＋Ｊ成することもできる。

第１１図〜第１３図は本発明のさらに他の実施例乞示し
たものである。この実施例では三重化された制御回路の
一つカζ故障して切離されたとき、他の動作乞継続する
制御ループのゲイン４．３　／　２倍するようにしたも
のである。弁位置制御回路の故障の際該回路を切離すと
、全体のループゲインが２／３となり、またサーボ増幅
器ケ構成する電流アンプには弁動作速度乞ある範囲に押
えるために電流リミッタが入っている場合があり、動作
が鈍くなる。通常はこの動作が鈍くなることはさして問
題とならないが、これが問題となる場合がある。

本実施例はこのような場合のためのもσ）であり、ルー
プゲインの変更を例えば増幅器８ａ１等のゲイン変更に
より行なっている。叩ち、増幅器８ａＩ等を第１１図ま
たは第１２図σ）ように構成し、一系列故障時にスイッ
チ８５乞開くことにより７４７７３７２倍する。また電
流リミットのためその前段の電圧増幅器部分が第４図の
低値−先回路と同様に構成され（その一方の入力にリミ
ット値が入力されろ）ているときは、破線で示すような
回路？追加し、−系列故１権時にスイッチ９７ＢＹ開き
、スイッチ９７ＡＹ閉じることにより、リミット１直を
３／２倍することができる。スイッチ８５゜９２の駆動
は、例えば第８図のドライバ６３ａ。

６３ｂ、ｈ３ｃ（／−よって行なうことができる。この
ようにゲイン・？リミット値を３／２倍でろことにより
、非故障時と等しい制御能力が維持されろ。

以上、サーボ弁？制御てる場合について述べたが、本発
明はサーボ弁の代りに電磁弁？用いシーケンス制御回路
で該電磁弁を制御する場合にも適用し得ろ−即ち％電磁
弁のコイル？三重化し、２つ以上のコイルに電流が流れ
たときに動作し、１つにのみ電流が流れたとぎには不動
作となるように、コイルの雷、磁力とスプリングの力と
のバランスをとっておけば、別個に２アウト・オフ３回
路乞用いなくとも２アウト・オプ３の機能？持たせろこ
とができろ。そして、３つのコイルに流れる電流χチェ
ックして、３つのコイルのうちの一部（１つまたは２つ
）Ｋａ流が流れ、他には電流が流れていない場合には、
アラーム乞発生し、一部の系統に故障があったことヶ知
らせることとすればよい。

また、上記の種々の制御回路はアナログ回路で１４成す
る代りに、ディジタル回路で構成することとしてもよい
。

〔発明の効果〕

以上で述べたように、本発明ばセンサおよび制御回路の
少なくとも一部ケ三重化し、三重化によって生ずる３つ
の信号Ｙ中間値選択回路ケ辿して出力させることにより
、三重化した回路部分のいずれかに故障が生じても主機
？停止′ｆることなく正常運転乞継続することができろ
。従って、信頼性乞高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来σ）ター°ビン制例装置？示オブロック図
、第２図は本発明を電気油圧式制御装置によって具体化
した一例乞示すブロック図、第３図は高値優先回路の一
例乞示す接続図、第４図は低値優先回路の一例？示す接
続図、第５図および第６図は中間値選択回路の例？示す
ブロック図、第７図は２アウト・オブ３回路の一例？示
す接続図、第８図は第２図の装＠に適用し得ろ故障検出
同格の一例を示すブロック図、第９図は第２図の装置乞
簡略化して示す図、第１０図は本発明の他の実施例を示
すブロック図、第１１図および第１２図はゲインケ変更
する手段？備えた増幅器乞示す接続図、第１３図はリミ
ット値を変更する増ｌｌ鮎郊示−［接続図である。 １　ａ、ｌｂ、ｌｃ−センサ、１５ａ　、　１．５ｂ　
、　１５ｃ・・・主制御回路、２０　ａ　、　２０　ｂ
　、　２０　ｃ・・・中間値選択回路、２１　ａｌ、　
２１ａｔ　、　２１　ａ３〜２１　ｎｌ　ｊ　２Ｉｎ２
＋　２１ｎｓ−弁位置制御回路、１０ａ・・・サーボ弁
、ｌｌａ・・・シリンダ、１２＆＋　、　　１２ｂ＋　
　、　　１２　　ＣＩ−差１１Ｊ　　ト　　ラ　ン゛ス
。 出願人代理人　　　猪　　股　　　　　清第５図 ５１ｃ 鶴６図 栴７図 第８図 栴１１図　　　栴１２図 櫓１３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、制御量？検出するセンサを三重化し、このセンサの
   出力信号？入力とする中間値選択回路により中間値ン選
   択してこれに制御演算を行なって前記制御敏乞所定値に
   制御するための電気信号？出力でろ制御回路乞三重化し
   、さらに操作端を操作てろサーボ弁または電磁弁のコイ
   ルを三重化し、前記三重化された制御回路の出力に基い
   て前記三塩化されたコイルの電流を制御することを特徴
   とするタービン制御装置。 ２特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記制御
   回路が前記中間値選択回路の出力に接続された第１の回
   路部分と、該第１の回路部分の出力を受ける第２の回路
   部分とを備え、前記第１４’１回路部分の出力を、前記
   第２の回路部分の各々に対応して設けた中間値選択回路
   を介（して前記第２の回路部分に供給τろことを特徴と
   する装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記三
   重化した信号相互間の差に基いて故障部分を検出し、当
   該故障部分を切離すこと？特徴とＴる装置。 ４特許請求の範囲第３項記載の装置において、前記故障
   部分の切離しと同時に、故障していない対応部分のゲイ
   ンまたはリミツ）　Ｉｌｒ、　？　３　／　２倍するこ
   とを特徴とでろ装置。