JPS60216005A - タ−ビン高速バルブ制御装置 - 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、糸軌故隆時における発電機の脱調現象を防止
すべく、タービン側に具備されるタービン高速パルプ制
御装置に蘭する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、火力発ｔＳ、原子力発電所のタービン発電機の単
機容量は、益々大容量化する方向にあるが容量の増大に
比し、タービン発電機の慣性の増大が小さく相対的に慣
性定数が小さくなり、一方で発電機のりアクタンスは大
きくなり、系統安定度上好ましくない方向にある。他方
電力系統そのものも発電所と、電力消費地とが遠隔化し
、系統安定度を悪くする方向にある。系統故障が発生す
ると、故障がクリアされる迄の一定時間だけ発電機の電
気的出力（発電気出力）は急減するが発電機への機械的
入力（タービントルク）は変わらないため、タービント
ルクと発電機出力との間にアンバランスが生じ、その結
果発電機の内部相差角が開いてきて、ついに紘脱調に至
る。

タービン高速パルプ制御とは、上記の様な系統故翫時な
どに、発電機電気的出力（ｒｅ　）と機械的入力（ター
ビントルクＴｍ）に大幅な不平衡を生じた場合、発電機
の加速を抑制するため、火力タービンのインターセプト
弁等を急速に閉じ、発１１機ヘの機械的入力を制限させ
る過渡安定度向上対策である。第１図は火力タービンの
蒸気通路と制御弁の配置を示したものである。制御弁と
して、代表的なものは蒸気源ボイラ１と高圧タービン３
との間の加減弁（ｃｖ）　２と再熱器４と中圧タービン
６との間のインターセプト弁（Ｉｃｅ）　５であるが、
高速パルプ制御の最も簡単な方法として、インターセプ
ト弁のみの高速制御を行なうのが一般的である。全ター
ビントルクのうち、約７０％を中圧。

低圧タービンが分担しているので、このインターセプト
弁の制御動床は太きい。

このような方法は、各所で研究され、実根テストも行な
われ、実用化のきざしかみえはじめている技術である。

前述のインターセプト弁急閉によるタービン高速パルプ
制御方式は相差角第１波の動揺に対しては、幼果的であ
るが、詑２波目以陣の定態安定度に関しては、事故回線
しゃ断后の安定ｉＦｓ電容量に限界がある場合は効果が
ないことが知られている。

〔発明の目的〕

本発明の目的とするところは、事故回線しゃ断后の安定
送電容量迄タービントルクを抑制し、系統事故時の過渡
安定度の向上とともに定態安定度の向上も目指し、特に
、安定送電容量目標負狗に合う様に、タービントルクを
制御するタービン高速パルプ制御装置を提供することに
ある。この発明の装置は、インターセプト弁と共に、タ
ービン加減弁をも制御し、部分負荷相当迄タービントル
クを抑制するため、従来のタービン高速パルプ制御方式
（ＦＶ・・・ファーストパルピング）Ｋ対して、ＳＦＶ
　（サスティント・ファースト・パルピング）糺 と呼ば尭ている。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、８ＰＶにおいては、（１ン
インターセプト弁、タービン加減弁の両方を、系統事故
発生によシ急速閉鎖させタービントルクを抑制し、系統
動揺の第１波をクリアーＬ、（２）インターセプト弁は
、全閉店すぐに全洲させる。一方、タービン加減弁は全
閉を一定時間保持した後事故後の安定送電容量以下のタ
ービントルクとなる様に、開度制御を行なうことを特徴
とする。

〔発明の実施例〕

ここで本発明の基本となるサスティント・ファースト・
パルピン夛（以下８ＦＶと略す）の系統安定度への寄与
の原理は、電力相差角曲線を用いた等面積法で次の様に
説明される。第２図は、８ＦＶの安定化原理について（
ａｌ無対策時、（ｂｌ従来型高速パルプ制御（ＦＶ・・
・ファーストパルピングと略す。）、（ｃ１本発明の８
ＦＶの３つの方法の効果を比較したものである。第２図
よりわかる様に、事故回線しゃ断後Ｃ１の最大送電々力
が初期タービントルクより低い場合を想定した。なおＣ
Ｉは２回線送電時（初期）を表わす。

まず第２図（ａ）無対策の場合には、＊速エネルギーＳ
、の領域がなく、相差角動揺第１波で、加速脱調するこ
とは明らかである。菖２図（ｂｌ　Ｆ　Ｖの場合に杜、
初期相差角ａ、から相差角第１波の増加とともに、ター
ビントルクＴが減少するので、加速エネルギー８．と、
減速エネルギー８．は相差角ｊＢＩ＆飯大値δｍａｘの
時点で平衡する。すなわち、相差角動揺の第１波は、最
大値δｍａｘ　ＩＩＣ到運後、減少するので過渡安定度
向上持される。しかし、その後一度低減したタービント
ルクＴがタービントルク初期値Ｔｍｉに回復すると事故
回線し中断後Ｃ３の最大送電々力以上となるため貴び相
差角δは加速される。加速された後は減速エネルギー領
域はないため、安定平衡点が得られず税調する。

これに対し、第２図（ｃ）　８ＦＶの場合、相差角動揺
の第１波の過渡安定度向上対策迄は、ＩＩＸｚ図ル）の
ＦＶの場合と同様であるが、タービントルクの最終値Ｔ
ｍｆが事故回線しゃ断後Ｃ！の最大送電々力り以下に抑
制制御されるため加速、＃速エネルギーの平衡点が存在
し、最終的に最終相差角ａｔにて安定する。なお第２図
（ｂ＋　、　（ｃ）において、左側の電力相差角曲線が
８ＦＶ　の初期の過渡安定度向上を説明する図で、右側
がタービントルクを初期のタービントルクから最終ター
ビントルクへ下げ定態安定度の向上を説明する図である
。

以上述べた安定化原理の説明からも判る様に、ＳＦＶの
実施で安定化効果を得るためには、下記の制御が必要と
なる。

（１）相差角動揺の第１＊増加時に急速にタービントル
ク金絞り込み、加速脱調を防止すること。

（２）　一度絞り込んだタービントルクの回復は、事故
後の送電容量以下の値に整定させ、エネルギー平衡を得
ること。

系統安定度の向上、系統へ与える影響を考えると、要求
されるタービントルクの変動パターンは、第３図の様に
なる。この様なタービントルクＴの変動パターンを得る
ためにＦＶと同様インターセプト弁を急閉制御するとと
もに、タービントルクを抑制制御するために、本発明で
は加減弁の制御を加えている。第３図中、Ｌｉ　は初期
負荷を示し、重、１は相差角ｆｓｌ波安定度要求より、
またｔｓｔは定態安定維持の要求よシ決まる範囲で、斜
線内が系統側からのトルク変化要求範囲を示す。

さらに本発明のメービン高速パルプ制御装置は特に、事
故回線しゃ断後の安定送１ｍ容量が、初期負荷より低い
場合に事故発生直後の過渡安定度を、加減弁、インター
セプト弁両方を急閉することにより向上させるとともに
、加減弁のみを全閉後、成る一定時間全閉に保持し、十
分トルクを抑制した後、安定送電容量相当相当のタービ
ン出力を得る様に加減弁を制御することにより、定態領
域での安定度の向上をも目孔したものである。

従って、従来の高速パルプ制御方式部も、過渡安定度の
みを目的に加減弁又は、インターセプト弁あるいは、そ
の両方を全閉、全開させる従来方式に比較し、加減弁を
系統側の要求する目標負荷となる様に、途中開度で制御
することにより、定態安定度をも向上させているところ
が大きく異なる点でおる。

本発明の一実施例をタービンに適用した場合の制御装置
とタービン本体をブロック図で示した第４図を参照して
説明する。

図中、伽線で囲まれた部分がＦ８Ｖを行なわせるために
、従来の制御装置に新らしく追加する部分で、それらは
下記（１）〜（３）である。

（１）　系統事故を検出して、７ＩＯ減弁、インターセ
フ”）５Ｆ’駆動部へ全開指令を発し、インターセプト
弁は全閉後節全開、加減弁は、タイマーによシ成る時間
後（約３秒後）Ｋ全開指令を解く指令を発するＦ８Ｖ指
令部、 （２）上記ＦＳＶ指令部からの指令で、加減弁、インタ
ーセプト弁それぞれの油筒の油をドレンさせる油圧機構
とのインターフェース、および（３）加減弁の全閉を解
いた後に、タービン出力が、事故回線しゃ断後の安定送
電容量相当の目標負荷となる様に、負荷制御出力を発す
る部分。

先ず、破線外のブロック内において、通常のタービン速
度負荷制御の概要を説明する。

タービン制御装置は、ボイラ総括制御装置から与えられ
る負荷指令に従って蒸気加減弁の位置決めをし、タービ
ン蒸気流量を羅保し、タービントルクを得る目的と、速
度設定と実速匿の差の調定重分だけタービントルクを変
化させるために加減弁、インターセプト弁の位置決めを
するガバナー機能との２つの目的を有している。

タービントルクを制御するのは、タービン加減弁とイン
ターセプト弁である。以下、タービン加減弁から高圧タ
ービントルクを得る部分と、インターセプト弁から中圧
タービントルク、低圧タービントルクを得る部分のそれ
ぞれ忙ついて説明する０ 先ず、速度設定値と実速度値の偏差を入力する加減弁コ
ントローラ（ｃｖｐ１定率制御部）１３の出力と、負荷
指令との加算信号が加減弁位置指令となり、加減弁位置
制御部１６　、１７へ入力する。加減弁位置制御部１６
　、１７では、加減弁位置との偏差がとられ、この偏差
は加減弁アンプ１６に入力し、この出力により加減弁駆
動部１７が駆動され、加減弁の開閉が行なわれる。加減
弁の位置忙、主蒸気圧力を掛算器１８で掛算したものが
、高圧タービン蒸気流量となり、高圧タービン遅れ部１
９を介し、高圧ターヒントルク分担比加を担けて、高圧
タービントルク信号が得られる。

次にインターセプト弁の制御について説明す名。

速度設定と、実速度の４ｈ差を入力するＩＣＶコントロ
ーラ（ＩＣＶ調定皐制御部）１４の出力と、負荷指令を
入力とするゲイン補正部１５の出力との加真信号に、全
開バイアスを加えたものがＩＣＶ位置指令となり、ＩＣ
Ｖ位置制御部２１　、２２へ入力する。ＩＣ’Ｖ位置制
御部ではＩＣＶ位置との偏差がとられ、この偏差はイン
ターセプト弁アンプ２１に入力し、この出力によりイン
ター七ブト弁駆動部２２が駆動され、インターセプト弁
の開閉が行なわれる。インターセプト弁位置の非線型は
インターセプト弁關度／流量補正部器により流量ペース
に変換され、杓熱器出口圧力を掛算器２５で掛算し、中
圧タービン流入蒸気流量を得る。再熱器出口圧力は高圧
タービン流量と、中圧タービン流入量との偏ｋを積分器
２４で積分して得られる。中圧タービン流入量は、中圧
タービン遅れ部２６と、中圧タービントルク分担比部２
７を介して、中圧タービントルク信号となる。一方、中
圧タービン排気流量は、低圧タービン遅れ部あと、低圧
タービントルク分担比部２９を介して低圧タービントル
ク信号となる。

以上、得られた高圧、中圧、低圧の谷タービントルク信
号を加え合わせたものがタービントルク信号となる。

以上説明したブロック図において、図中の破線部を説明
する。系統事故検出部３０で系統事故を検出し、この信
号氷１で、先ずインターセプト弁の駆動部２２の油筒の
制御油をドレンさせ、インターセプト弁を急閉させる。

検出部３０からの系統事故信号は事故クリア後リセット
されるので、インターセプト弁は全閉した後すぐに全開
する。一方、加減弁へは第５図に示すように事故発生１
ｏからｔｙ。

秒間後走継続する信号木２を加減弁駆動部１７へ与える
ため、加減弁は事故発生からｔｙ秒間だけ全閉を継続し
た後通常の制御に復帰させられる。同時に、ｔｙ秒後に
はＦＳＶ用負衝制御部１２の制御を活かす切替器３２の
接点をオンする指令木３を出力する。

Ｆ’ＳＶ用負荷制御部１２の目的は、タービントルクに
よυ得られる発電機出力が事故回線しゃ断後の安定送電
容量相当の目標負有となる様に負荷制御出力を発する部
分で、実負荷信号と目標負荷信号の偏差に応じてｉ’ｓ
ｖ用負狗制御ｓ１２より負荷制御出力が出力され、この
出力線負荷指令と低値優先器３１で比較され、低値が優
先され、加振弁コントロー２１３からの加減弁の位置指
令およびゲイン補正部１５を介してＩＣ’Ｖコントロー
フＦ１４からのインターセプト弁の位置指令にそれぞれ
加算される。この時負荷指令は初期負荷指令となってお
り、低値優先器３１では、ＦＳＶ用負有負荷制御部１２
力が優先される。又、本発明の目標負荷信号と実負荷信
号との偏差をとり、目標負荷信号に合う様に、加減弁を
制御する方法は主蒸気圧力が上昇する、高速パルプ制御
時に特に有効である。即ち、先にブロック図の説明のと
ころでも述べた如く、タービントルクのもととなるター
ビン蒸気流量は、パルプ開度と蒸気圧力の掛算で与えら
れるからで、Ｆ８Ｖ時の過渡状態、加減弁急閉によシ、
主蒸気圧力は上昇し、その後徐々に低下するが、この様
な場合にも実負荷との偏差によシ加減弁開度を制御する
ことによりｔ力系統の要求する目椋負衝にタービン出力
が整定する様にタービントルクが加減弁により制御され
る。

本発明を実施した場合のインターセプト弁胸庭。

加減弁開度、タービントルクの時間変化を事故発生を、
時刻ｔ。とじて第５図に示す。

系統事故検出部。後、ただちに加減弁、インターセプト
弁へ全閉指令が出力され、全閉出力後リレー、機械部の
ムダ時間ｔｍ後に加減弁、インターセプト弁は急閉指令
を受ける。その後、インターセプト弁は実線おに示すよ
うに、すぐに全開に向って動作する。一方、加減弁はｔ
ｙ秒間（通常３秒程度）紅過後、点線３４で示すように
全閉指令は解かれ、通常の開度制御に復帰する。しかし
、同時にＦｓＶ用負荷制御部１２が切替器３２により活
かされるため、加減弁は全開迄は戻らず、実線あに示す
ように目標負荷（第５図ではＸｑｂ）相当のタービント
ルクとなる様に加減弁が制御される。

最終的なタービントルクの仕上シは、第５図に示す通シ
で、系統側で要求されるタービントルク変化（第３図変
化）となり、第２図に示した原理により過渡安定度とと
もに、定態安定度が確保されることとなる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば系統事故発生後、イン
ターセプト弁を全閉、加減弁を全閉して、タービントル
クを抑制し、相差角動揺第１鼓を抑え、過渡安定度を向
上させ、次にインターセプト弁を全開し、加減弁を全閉
一定時間保持後事故回線しゃ断後の安定迭寛容量負荀迄
加減弁を制御することにより、定態安定度を向上させ、
またこの最終タービントルクを制御する方法として、実
負荷を目標負荷に合う様に制御しているため、加減弁急
閉によって主蒸気圧力が変動している場合でも、主蒸気
圧力を加味して加減弁を制御するため良好な負荷制御が
行なわれ、最終タービントルクが正電に加減弁により制
御される信頼性の高いターヒン高速パルプ制御装−；を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の火力タービン発電設倫の一例を示す構成
図、第２図ａ、ｂ、ｃは８ＦＶの安定化原理について（
ａ）無対策時、（ｂ）従来ルのパルプ制御時、（ＣＪ本
発明の高速パルプ制御時の説明をするためのグラフ、第
３図はタービントルクの変動パターンを示すグラフ、第
４図は本発明の高速パルプ制御装置の一実施例を示すブ
ロック図、第５図ａ、ｂは第４図に示した一実施例の動
作を説明するためのもので（ａ）タービントルクの変化
、（ｂ）インターセプト弁、加減弁の開度の変化を示す
クラブである。 １・・・ボイラ　２・・・加減弁（ＣＶ）３・・・高圧
タービン　４・・・再熱器５・インターセプト弁　６・
・・中圧タービン７・・・クロスオーバ管　８・・・低
圧タービン９・・・復水器　１０・・・発電機 １１・・・主変圧器　１２・・・Ｆ８’Ｖ用負荷制御部
１３・・・加減弁コントローラ　１４・・・ＩＣ’Ｖコ
ントローラ１５・・・ゲイン補正部　１６・・・加減弁
アンプ１７・・・加減弁駆動部　１８・・・掛算器１９
　高圧タービン遅れ部 ２０・・・高圧タービントルク分担比部２１・・・イン
ターセプト弁アンプ ２２・・・インターセプト弁駆動部 ２３・・・インターセプト弁−庭／流量補正部２４・・
・再熱器　５・・・掛算器 ２６・・中圧タービン遅れ部 ２７・・中圧タービントルク分担比部 あ・・・低圧タービン遅れ部 ２９９．・低圧タービントルク分担比部３０　・系統事
故検出部　３１・・・低価優先器３２・切替器 代理人　弁理士則　近　憲　佑　（はが１名）第１図 第３図 （。 ｋ−二びし一４ｅｊ７　”間

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 タービン発電機の蒸気流量を制御する加減弁。 インターセプト弁を高速制御して系統の安定度を維持す
   る装置において、系統事故検出部よシの信号を受け加減
   弁、インターセプト弁を急閉する弁駆動装置側インター
   フェースと、系統事故発生後、一定時間、加減弁を全閉
   に保持しておくためのタイマーを内蔵するリレ一部と、
   上記タイマーのタイムアツプ後にタービン出力を、事故
   回線しゃ断後の安定送電容量相当の目標負荷となる様に
   、加減弁開度制御出力を発する負荷制御部を具備したタ
   ービン高速パルプ制御装置。