JPS5941003B2 - 給水ポンプ駆動用タ−ビンの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は給水ポンプ駆動用タービンの制御装置の改良に
関する。

一般に、火力発電設備におけるボイラ給水ポンプ或は原
子力発電設備における原子炉給水ポンプは蒸気タービン
によって運転されるものが多く、この給水ポンプタービ
ンは回転数を制御することによって吐出流量を制御して
いる。

したがって、給水制御はタービンの回転数設定信号を与
えこの設定信号によってタービン回転数を制御すること
によって所望の給水量を得るようにしてあり、給水ポン
プの回転数に対する吐出流量は全量域の変化を行なう。

このため、給水制御における回転数制御は、蒸気発生器
（前記ボイラ或は原子炉）側へ給水を吐出する回転領域
と、給水を吐出するまで（系統圧力に到達するまで）の
回転数増加領域との２通りに大別され、これらの制御モ
ードを制御に適したものにしている。

すなわち、タービン起動時には、ポンプはボン７泪体の
過熱を防止するためのわずかの吐出流量をポンプ貯水槽
へ再循環するだけでそれ以上の吐出流量は必要とせず、
系統へ給水するための吐出圧力を増加するために回転数
増加を行なう。

この時はポンプはほとんど仕事がなく、制動力はきわめ
て小さく、また軸動力の変化割合も小さいのでタービン
は自己平衡性があまりよくない。

したがって、このようなタービンの特性における回転数
制御には、残留偏差は生ずるが安定性に問題がないよう
な比例制御を行なえばよい。

一方、ポンプが蒸気発生器側へ給水を開始してからは、
ポンプの軸動力も増加しかつ変化割合も大きいのでター
ビンはかなりの自己平衡性をもっている。

しかして、このようなタービンの特性における回転数制
御には積分制御あるいはドループの小さい制御を行って
も安定になる。

このように給水ポンプタービンの回転数制御においては
、起動から給水開始におよぶ回転数制御と、給水開始以
降の回転数制御との間に特性の違いがあり、制御モード
を切換えることによって、それぞれに適した制御モード
にして給水ポンプタ−ビンの回転数制御を行なっている
のが一般の給水ポンプ駆動用タービンの制御装置である
。

そして、このＩＩＪ御モードの切換えは、一定のシステ
ムヘッド（系統圧力）に対応する給水ポンプ駆動用ター
ビンの回転数が前もって設定されており、その回転数に
到達したら制御モードの切換えを行なって継続した運転
を行なうようにしである。

ところが、最近では省エネルギ上の観点から効率を高め
る変圧運転がクローズアップされてきた。

この変圧運転とは、主タービンの入口に設けた複数個の
蒸気加減弁のうち一定個数を全開させておき、蒸気加減
弁の絞り損失エネルギなしに主タービンを運転しようと
するものである。

しかしてこの場合、蒸気タービンに流入するエネルギの
増減は蒸気圧力を増減すること、つまり蒸気発生器側の
変圧運転によって行なう。

したがって、上述の如き変圧運転を行なうプラントの給
水ポンプ駆動タービンの制（財）においては、上述のよ
うにシステムヘッドが変化するため、従来技術のように
一定回転数での制御モード切換方式を採用することはき
わめて困難となる。

すなわち、一定回転数で上記制御モードの切換を行なう
場合、制御モードを切換えるための設定回転数が高すぎ
ると、上記制御モードの切換時定ではすでに給水が開始
されており、プラントの制御がうまくできないこととな
り、また上記設定回転数が低すぎると、制御モードの切
換時点ではまだ給水が吐出されておらず、給水ポンプタ
ービンの自己平衡性がないことにより、給水ポンプター
ビンの回転数が安定しない等の不都合がある。

本発明はこのような点に鑑み、給水ポンプタービンの制
御モードを系統圧力設定に応じて切換える装置を具備せ
しめ、系統圧力が変動しても自動的に給水流量が補正で
きるようにした給水ポンプ駆動タービンの制御装置を提
供することを目的とする。

以下、添附図面を参照して本発明の実施例について説明
する。

第１図において、符号１は給水ポンプ２に連結されその
給水ポンプ２を駆動する蒸気タービンであり、その蒸気
タービン１の軸端には歯車３が設けられている。

上記歯車３には２個の電磁ピックアップ４ａ ｙ ４ｂ
が設けられており、その両電磁ピックアップはそれぞれ
周波数を電圧に変換する変換器５ａ、５ｂを介して高値
優先回路６に接続されている。

上記高値優先回路６は２個の加算器７，８に接続されて
おり、その加算器７にはタービン起動の回転数設定信号
を作り出すための回転数設定器９が自動起動装置１０を
介して接続されている。

一方、前記加算器８には、給水時の回転数設定値を作り
出すためのボイラ或は原子炉の制御装置１１からの信号
を回転数設定信号に変える変換器１２、およびシステム
ヘッド設定器１３からの信号を給水開始回転数に変換す
る給水開始回転数設定器１４が接続されている。

前記加算器７の出力端は比例増幅器１５を介して、また
加算器８の出力端は積分増幅器１６を介してそれぞれ低
値優先回路１７に接続され、その低値優先回路１７は電
力増幅器１８および電気信号を油圧信号に変える変換器
１９を介して油圧サーボ装置２０に接続されている。

そして、上記油圧サーボ装置２０には、前記タービン１
に供給される主タービン（火力発電プラントあるいは原
子力発電プラントの発電用蒸気タービン）の抽気によっ
て給水ポンプタービンを駆動する場合の低圧蒸気加減弁
２１と、ボイラまたは原子炉の主蒸気（上記主タービン
を駆動する蒸気）によって給水ポンプタービンを駆動す
る場合の高圧蒸気加減弁２２が連結され、予め決められ
た順序すなわち低圧蒸気加減弁２１の全開後に高圧蒸気
加減弁２２が開き始めるように設定されている。

次に、その作用について説明する。

前記蒸気タービン１０回転は歯車３０回転に相当し、こ
の歯車３０回転は２個の電磁ピックアップ４ａ、４ｂに
より同波数として検出され、２系列の周波数−電圧変換
器５ａ 、５ｂによって電圧信号に変換される。

上記２系列の高圧信号は高値優先回路６に入り、２系列
のうち高値の電圧信号が出力として発信する。

すなわち、２系列のうち一方が故障しても、他方の信号
によってタービンの暴走を防ぎ、装置の信頼性および安
全性の向上を得ることができる。

高値優先回路６の出力は実際の回転数信号として２つの
加算器γ、８に伝達される。

そこで、前記タービンの駆動から給水開始までの回転数
領域においては、上記加算器７には、回転数設定器９お
よび所望の昇速率を設定した自動起動装置１０を介して
回転数設定信号が印加され、この設定信号と実回転数信
号との偏差信号が比例増幅器１８で増幅され変換器１９
に伝達される。

しかして、上記変換器１９により発信された油圧は、油
圧サーボ装置２０を動作させ、低圧蒸気加減弁２１ある
いは高圧蒸気加減弁２２を比例的に開閉して蒸気タービ
ン１への蒸気流入量を調節して所望の回転数に制御する
。

一方、加算器８に伝達された実回転数信号は変換器１２
からの信号および給水開始回転数設定器１４からの出力
信号と比較され、その偏差信号が積分増幅器で増幅され
、前記低値優先回路１７に印加せしめられる。

上記低値優先回路は、蒸気加減弁の開度な小さくする方
の信号を通過させるものであって、比例増幅された信号
と積分増幅された信号のうち蒸気加減弁開度をより小さ
くする方の信号を優先伝達する。

ところで、上記加算器８には、前述のように、給水開始
回転数設定器１４からシステムヘッドに対応したタービ
ン回転数信号が加えられているので、変換器１２からの
信号が零でも起動から給水開始までの回転数に対して加
算器８がプラス方向（設定値の方が実値よりも高い）に
なっており、積分増幅器１６は蒸気加減弁全開方向に飽
和している。

したがって、低値優先回路１７では比例増幅器１５の信
号が優先通過して、前記設定器９および自動起動装置１
０によって決められた起動条件で運転される。

蒸気タービン１が起動領域を脱し、給水開始可能回転数
に達すると、加算器８の出力信号は零となる。

そこでさらに回転数設定器９の設定を上げると、低値優
先回路においては比例増幅器１５の出力より積分増幅器
１６の出力の方が小さくなり、積分増幅器１６の出力が
優先して増幅器１８等を介して油圧サーボ装置２０に伝
達され、蒸気加減弁を制御するようになる。

したがって蒸気加減弁の制御は前記回転数設定器９から
の信号には左右されなくなる。

このようにして蒸気加減弁は、ボイラあるいは原子炉の
給水制御装置１１からの給水制御指令が積分増幅器１６
により積分された信号によって制御されるようになり、
何ら外乱に左右されることな（制御される。

ところで、変圧運転を行なうプラントにおいては給水開
始となるタービン回転数がプラントのシステムヘッドに
よって大幅に異なるため、本発明においては前述のよう
に、給水開始回転数設定信号がシステムヘッドに応じて
変化するように、システムヘッド設定器１３からシステ
ムヘッド設定信号を取り出し、この信号をシステムヘッ
ド設定に対応した回転数設定信号を演算する給水開始回
転数設定器１４を介して加算器８に設定信号を印加する
ように構成されている。

しかして、システムヘッド設定が変化した場合には、給
水開始回転数設定信号も対応して変化し、これによって
タービン回転数が変化し、タービンに連結されたポンプ
の吐出量も自動的に対応して変化する。

すなわち、給水ポンプとシステムヘッドの特性を示す第
２図からもわかるように、通常のシステムヘッドＨ５に
おいて回転数がＮ５に到達したときに給水が開始される
ように、給水開始回転数が設定固定されていれば、もし
変圧運転プラントにおいてシステムヘッドがＨ２とされ
た場合には、起動制御によって実回転数がＮ５ まで
自動的に増加されてしまうので、給水はＱ５ まで吐
出されてしまう。

またシステムヘッドがＨＮとなっている場合には、実回
転数がＮＮまで増加しないと給水は吐出されないことと
なる。

しかして、前者のように給水が大幅に吐出された場合に
は、ボイラ或は原子炉の制御装置が給水ポンプタービン
の回転数をシステムヘッドＨ２に対応した回転数Ｎ２ま
で下げるように、給水量が実際に増加してから変換器１
２に指令信号を与えるので大きな外乱となり、また後者
の場合にはまだ給水が可能でない状能のときに給水ポン
プタービンの制御モードが切換わり、自己平衡性のない
状態で運転される結果となり、いずれの場合にもプラン
トの運転に大いに支障をきたすことになる。

しかるに、本発明においては、システムヘッド設定信号
に対応して給水開始回転数設定値が給水開始回転数設定
器１４により追従変化させられるので、常に給水開始と
同時に制御モードの切換が行なわれ、給水ポンプの起動
給水運転が安定化したものとなる。

さらに第２図における八点くシステムヘッドＨ２、回転
数Ｎ３、流量Ｑ３）で運転していた場合において、シス
テムヘッドがＨ３まで増加しても、給水開始回転数設定
信号がシステムヘラドの増加に対応して増加するので、
給水ポンプタービンの回転数は自動的にＢ点（回転数Ｎ
４ ）まで増加する。

すなわち、システムヘッドの増減に対応したタービン回
転数の補正が行なわれ、システムヘッドが変化する前と
同じ給水流量Ｑ３が得られる。

なお、給水開始回転数設定器１４および変換器１２は電
子計算機で置換えても同様の技術的効果が得られること
は勿論である。

また、例えば貫流ボイラを有するプラントにおいては、
給水量と燃焼率の変化が発電機出力と主蒸気圧力に同方
向の（正の）影響を与え、主蒸気温度には逆方向の影響
を与えるので、本発明の制御装置を採用すれば、主蒸気
圧力（システムヘッドと同義）の設定に給水量がフィー
ドフォワード制御として追従し、発電機出力と主蒸気圧
力がより速く追従する。

また主蒸気温度もより速く逆方向に変化するので燃焼率
の制御もより速く作用すること建なり、プラント全体の
応答が速くなる等の利点もある。

この場合はプラントとの協調を考え、第３図に示すよう
に、給水開始回転数設定器１４の前或は後方に一次遅れ
装置等の追従速さ調節器２３を配設し、主蒸気温度の逆
変化による給水量の逆操作がかからないようにすること
が好ましい。

また、制御モードの切換点は前述のようにシステムヘッ
ド設定器の設定値によって変化するが、システムヘッド
とポンプ吐出ヘッドの関係は固有の管路抵抗が存在する
ため、この管路抵抗を補償するために、第３図に示すよ
うに、加算器８にバイアス設定器２４を付加して、ポン
プ吐出ヘッドを修正することにより制御モードの切換り
条件を正確に設定することもできる。

本発明は上記のように構成したので、給水ポンプ駆動用
蒸気タービンの制御において、変圧運転に際しても給水
開始の回転数を適確に設定することができ、給水開始ま
での起動時には確実に比例制御を用いて起動運転を行な
い、また給水時の制御には確実に積分制御によって給水
制御を行なうことができ、各運転時に最も適した制御モ
ードで運転できてその起動運転および給水制御の安定化
を計ることができる。

しかも本発明においては、システムヘッド設定値（例え
ばタービン入口蒸気圧力設定値）によって給水開始回転
数を変更するようにしたので、プラント全体の応答性を
速めることもできる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の給水ポンプ駆動タービンの制御装置を
示す系統図、第２図は給水ポンプおよびシステムヘッド
の特性線図、第３図は本発明の他の実施例を示す系統図
である。 １・・・・・・タービン、２・・・・・・ポンプ、５ａ
、 ５ｂ・・・・・・周波数−電圧変換器、γ、８・
・・・・・加算器、９・・・・・・回転数設定器、１０
・−・・・・自動起動装置、１１・・・・・・給水時の
回転数設定値を作り出すためのボイラ等の制御装置、１
２・・・・・・変換器、１３・・・・・・システムヘッ
ド設定器、１４・・・・・・給水開始回転設定器、１５
・・・・・・比例増幅器、１６・・・・・・積分増幅器
、１７・・・・・・低値優先回路、２０・・・・・・油
圧サーボ装置、２３・・・・・・追従速さ調節器、２４
・・・・・・バイアス設定器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 給水ポンプ駆動用タービンの実際の回転数を検出す
   る回転数検出装置と、上記実際の回転数と起動から給水
   開始までの設定回転数との偏差により比例信号を出す第
   １の制御装置と、給水時の設定回転数信号およびシステ
   ムヘッド設定値に追従して給水開始回転数信号を発信す
   る設定器の出力と前記実際の回転数信号との偏差を演算
   し、その偏差信号を積分する第２の制御装置と、上記両
   制御装置からのそれぞれの制御信号のうち低値のものに
   より前記タービンへ流入する作動媒体量調節のための加
   減弁を制御する装置とからなる、変圧運転を行なうプラ
   ントの給水ポンプ駆動用タービンの制御装置。