JPS60259710A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、タービンのインターセプト弁制御機構に係り
、タービン速度制御、特に負荷遮断後のタービン速度制
御に好適なタービン制御装置に関するものである。

〔発明の背景〕

第１図は、従来形の蒸気タービン過速防＋Ｉ：　！）！
ｉ置を設けた発電プラン１−の−例を蒸気−制御系統図
である。

蒸気発生器１を出た蒸気は、主蒸気＋にめ弁２゜（１） 蒸気加減弁３を通り、高圧タービン４へ導かれろ１゜高
圧タービン４を出た蒸気は再熱器５て山び加熱され、再
熱蒸気止め弁６．インターセプｈ　ｊｒ７を経て、中圧
タービン８で仕事をし、低バタービン９へ導かれる。低
圧タービン９に出た蒸気（゛１．復水器１０へ導かれ復
水される。この様ろ・蒸−をタービン発電機において、
発電機１１のイ″＋鱈ｌが急激に減少すると、出力と負
荷にアンバランスを牛し、それまで電気エネルギに変換
されていた蒸気の持つ熱エネルギのうち、アンバランス
分（即ち、タービン出力と発電機負荷の差分）がタービ
ンに）１１Ｃ動エネルギとして与えられる。この結果、
タービン発電機の回転数は上昇し、その回転数による発
生応力のために、軸折損、翼飛散などの重大事故を発生
する恐れが有る。

上記のような過速による重大事故を防出するため、従来
一般に、通常運転時の回転数制御手段の他に、蒸気加減
弁３とインターセプト，１？、　７どの一方性くは両方
を急閉する機構が設けられている。

第１図に示した剥は蒸気加減弁３およびインタ（２） −セプト弁７がそれぞれ急閉機構を設けたものである。

上記の急閉機構は基本的に蒸気加減弁開度検出器１２２
発電機負荷検出器１３．過速防止弁急閉回路１４．およ
び蒸気加減弁駆動部１５からなる。蒸気加減弁開度検出
器１２の出力である蒸気加減弁開度信号Ａと発電機負荷
検出器１３の出力である発電機負荷信号Ｂとは、加速防
止弁急閉回路１４に入力され、この急閉回路１４で各々
の設定値と比較が行われ、共に設定値を満足すると、加
速防止弁急閉回路１４より弁急開信号Ｃ及びＤが発信さ
れ、蒸気加減弁駆動部１５及びインターセプト弁７の急
閉機構の電磁弁を励磁し、蒸気加減弁、インターセプト
弁は急閉される。

第２図に上記の弁急開機構におけるインターロックのブ
ロック図を示す。発電機負荷検出器により検出されたｇ
！電機負荷が設定値Ｘ％以下でかつ蒸気加減弁開度が設
定値７３以上の場合、蒸気加減弁及びインターセプト弁
の急閉電磁弁が励磁され、弁は急閉する。尚、タービン
出力を検出するのに蒸気加減弁開度に基づいて行なうの
は、定圧（３） 運転プラントの場合、第３図に示す如く、タービン出力
Ｅと蒸気加減弁開度Ｆとの間に一義的な関係が存在する
ことによる。尚、上記の加減弁開度は一般に、２次スピ
ードリレーをもしくは、加減弁サーボモータのストロー
クによって検出される。

また、」二連の如く、蒸気加減弁開度を一定値以上と定
めたのは、タービン出力が一定値以」二であるという条
件を設けたことを意味するものであって、その理由を第
４図を参照しつつ、次に略述する。一般に、負荷遮断等
によって蒸気タービンの回転速度が上昇する場合、遮断
時における負荷が大きいほど供給される熱エネルギも大
きいため。

蒸気タービンの回転速度」二昇率も高くなる。

第４図は横軸に時間Ｇをとり、縦軸に蒸気タービンの回
転速度Ｈをとって、負荷がそれぞれ２５％１６．５Ｑ％
Ｉ７，７５％１６，１００％１９の時に負荷を遮断した
場合の回転速度変化を示したものであり、遮断時の負荷
が大きいほど回転速度の一時的」−昇の大きいことが表
われている。

上記の理由により、負荷が比較的低い場合は、（４） 前記のような弁急開機構を使用しなくても、通常の速度
制御機構によって蒸気タービンの過速を防止し得る。

次に従来用いられている蒸気タービンの通常時の回転速
度制御機構と危急遮断機能を併せ持つよう蒸気流量制御
装置の一例の系統図を第５図に示す。本図は組合せ再熱
弁タイプのものである。

蒸気流量制御弁Ｉは、再熱蒸気止め弁６とインターセプ
ト弁７とを併設し、ケーシングとを共用している。再熱
蒸気は矢印Ｊのごとくインターセプト弁７に流入し、再
熱蒸気止め弁６を通って矢印Ｊ′のごとく流出して中圧
タービン８に供給される。

上記の再熱蒸気止め弁６は、タービントリップ時に再熱
蒸気を遮断するオン、オフ機能のみを有する安全弁であ
り、インターセプト弁７は、蒸気流量制御と負荷遮断時
の危急遮断との二つの役目を持つ。タービン停止時は、
再熱蒸気止め弁６およびインターセプト弁７が全開状態
にある。起動のために制御機構（図示せず）がリセット
される（５） とイマージエンシーラインより、制御油Ｋが電磁角閉弁
２０を通し、駆動シリンダ装置ｌ、下部のディスクダン
プ弁２１を押し上げる。一方、電磁角閉弁２０を通った
制御油にはオリフィス２２により、数秒遅れでシャット
オフ弁２３を押し下げる。

これにより制御油Ｍは、シャン１−オフ弁２３を通り、
サーボ弁２４に導かれる。サーボ弁２４は、Ｄ−ＥＨＧ
２５からの制御信号により、制御油Ｎをかいして、スプ
ールをインターセブ１〜弁開方向に動作させる。制御油
Ｍはサーボ弁２４を通り、ピストン２６を押し上げ、そ
のレバー機構Ｉ′をかいしてインターセプト弁７を開か
せる。上記系統は、通常時の回転速度制御系統であり、
危急時には、イマージエンシーラインからの制御油Ｋが
ドレンされ、インターセプト弁７は急閉する。

上記説明のインターセプト弁（Ｄ−ＥＨＧ）は、機械油
圧制御（ＭＨＧ）より推移９発展してきたものであり１
機械油圧式インターセプト弁の特性を電気油圧式に変換
したものである。本来、インターセプト弁に、加減弁同
様、蒸気制御弁の性質（６） を持たせてきた。加減弁は、出力周波数の振れ、蒸気条
件変動に起因するタービン速度の変化を常に追従し、制
御するために、その開閉機構は、連続的な制御のできる
ものでなければならない。クロスコンパウンド形蒸気タ
ービンにおけるダブルガバナ（２軸に各々１個のガバナ
を有し、高圧タービン軸設置ガバナは加減弁を、中圧タ
ービン軸設置ガバナは、インターセプト弁を制御する）
によるインターセプト弁と加減弁の制御が同様の調定率
をもって制御されている例は、インターセプＩ〜弁が流
量制御弁であることを証明している。しかしながら技術
の進歩により大容量のタンデム機が可能となり、ガバナ
が通常第７図のような調定率に設定されている場合、加
減弁は、周波数の振れ等による速度上昇に追従して流量
をしぼり、タービン速度が１０４％に達すると全閉する
。この時よりインターセプト弁は、タービン速度を制御
するわけであるが、加減弁によりしぼられ、タービンへ
の蒸気流入を塞化されているため、大きな速度」二昇は
なく、よって通常の速度制御にはイン（７） ターセプト弁が連続的に追従制御する必要はないことに
なる。

蒸気タービンにおいて、規定値以」二の急激な負荷遮断
又は負荷減少があった場合、非常制御装置に先立って、
過速度防止装置を動作させ、蒸気加減弁３及びインター
セプト弁７を制御してタービン過速度を防止する系統が
ある。

以下、上記のタービン過速度防止機構について説明する
。

タービンの速度信号は、タービン軸に取付けた歯車とこ
れに対向して設置した電磁ピックアップにより、回転数
に比例した周波数信号を発生し、これを速度信号に変換
したものである。

加減弁、インターセプト弁の制御ブロック線図を第６図
に示す。

速度制御ユニット０は定常状態におけるタービン実速度
２７と設定速度２８との速度偏差信号２９あるいは、タ
ービン起動時におけるタービン昇速率３１と、設定昇速
率偏差信号３４をめるユニットである。タービン昇速率
３１は、タービ（８） ン速度２７を微分３０することにより請求められる。昇
速率偏差信号２９は、積分３３された後、低値優先回路
３５で速度偏差信号２９と比較され、加減弁要求開度の
よ番〕小さい方の信号が選択され、負荷制御ユニットＰ
へ送られる。負荷制御ユニットＰとは、加減弁３とイン
ターセプト弁７への流量制御信号をめること、自動負荷
追従回路への負荷設定信号と、負荷偏差信号（速度／昇
速率偏差信号）をめることである。弁流量信号は、負荷
設定信号に速度信号を加算した後、バイアス４１を加算
したり、各種制限信号を加えてめられる。

負荷設定信号４３を速度調定率設定器の後で、速度／昇
速率偏差信号と加算するのは、速度調定率αＣＶ　＋　
αＩｃＶと無関係に負荷設定ができるようにするためで
ある。発電機が系統に併入されていない場合、負荷設定
信号は、速度調節信号となり、タービン速度を系統周波
数に同期させる為に使用される。

通常負荷運転時タービン速度が増加し、定格速（９） 度よりも大きくなると、速度制御ユニツ１−からの速度
偏差信号４２が負となり、速度調定率で定められた値だ
け加算弁への弁流量信号が減少する。

例えば、加減弁調定率が５％ならば、定格負荷運転時タ
ービン速度が定格より５％−上昇すると速度偏差信号が
１００％負荷設定信号を打消して、加減弁は定格負荷位
１ｄから、無負荷位置まで閉動作することになる。

インターセプト弁流計演算回路には、インターセプト弁
を常時全開に保つためにバイアス４１が加えられている
。このバイアス４１け、タービン速度が上昇し、加減弁
流量信号が零になった時、ちょうどインターセプト弁が
閉まり始めるように設定されている。

負荷制御ユニットＰを出た流層信号４４．’１５は、サ
ーボ増幅器４６．５０に入り、サーボ弁４７．５１を動
作する。サーボ弁４７．５１により調整される制御油は
インターセプト弁７．加減弁３を開閉する。また、加減
弁３．インターセプト弁７には、各々復調機４９．５３
が設置されて（１０） おり、フィードバック制御される。

以上、Ｅ　ＨＧ制御の蒸気加減弁、インターセプト弁の
制御方式を説明してきたが、以下１．インターセプト弁
についてのみ記する。

前述の制御ユニットをもう一度整理すると、ピックアッ
プにより得られた速度信号２７は、設定速度２８と比較
し、速度誤差２９を得る。また、速度信号２７を微分３
０することにより、加速度３１が得られ、設定加速度３
２と比較し、積分加速度誤差３４を得る。速度誤差２９
と積分加速度誤差を比較し、低値優先３５される。速度
／加速度誤差信号は、インターセプト弁調定率αｌｃｖ
を用い、速度信号を負荷信号に変換し、出力−負荷アン
バランスより得られる負荷信号４３及びバイアス４１を
加算し、サーボ増幅器５０へ送られる。サーボ増幅器５
０は電気信号４５を機械信号５４に変換し、サーボ弁５
１を動作させ、駆動シリンダへの油を制御する。

ここで出力と負荷のアンバランスが生じた時のインター
セプト弁の制御をもう少し詳しく述べる。

（１１） 負荷遮断が生じた時のタービン回転速度は、図４に示し
たが、実際には、速度制御、負荷制御により第８図のよ
うになる。図中、Ｑは負荷遮断後のタービン速度、Ｒは
インターセプト弁開度、′「は時間を示す。速度調定率
を第７図（ａ、ｂ）に示すようにとる。負荷遮断が生じ
た瞬間に加減弁３インターセプト弁７は全閉し、タービ
ンへの蒸気流入を塞＋ｈする。蒸気流入を塞１１−され
たタービンの速度は減少するｄこの時、自動ランバック
が作動し速度調定率は第７図ａ′、ｂ′で示される位置
に設定される。タービン速度が定価の１０２％ｅまで低
下するとインターセプト弁は開きはじめる。

この時、加減弁は全閉状態にある。高圧側４及び再熱器
残存蒸気５がインターセプト弁７を通りタービン内に流
入し、タービン速度は上昇し始め、インターセプト弁は
閉じ始める。ｇ点でインターセプト弁は再全閉し、ター
ビン速度が１０２％まで低下するまで全開状態を続ける
。その後同様の動作をくりかえすが、加減弁３が全開状
態にあるためタービンの速度は徐々に収束する。タービ
ン（１２） 速度が１０２〜１００％間でインターセプト弁は開閉動
作をくりかえし、Ｉ　Ｏ０，２〜３％に不能すると、加
減弁が開きはじめる。最終的には、インターセブ１〜弁
７全開、加減弁３無負荷位置で平衝を保つ。上記は第８
図、インターセプト弁開閉線図に示す通りであり、イン
ターセプト弁開閉に多少の遅れをともない、タービン速
度は応答している。負荷遮断後Ｃは、負荷制御ユニツｌ
−Ｐと無関係に速度制御ユニットでタービン速度は制御
される。よって速度信号２７を調定率αＩｃＶをもちい
て負荷信号とするような複雑な回路を用いなくとも、速
度信号をベースに、ある速度以下でインターセプト弁全
開、ある速度以上で全閉を繰り返すことにより、同上の
回転数制御を実現しうる。

逐次、速度信号に従って、調定率内で、弁開閉制御をさ
せる必要は全くない。高圧タービン、再熱器中に残存し
ている蒸気もある限度を持っているため、全閉全開とい
う単純な制御をくり返すだけで十分無負荷位置に収束す
ることができる。

以上、インターセプト弁の単純な全開、全開と（１３） いう機構で、タービン速度を制御するならば第６図に示
すインターセプト弁開定率、バイアス、サーボ増幅器等
の制御計算機内の演算回路を省略し、回路構成を単純化
すると共に、サーボ弁を使用せずに済むことになる。

サーボ弁は、高精度の複雑な構造でありこれを電磁急閉
弁のような単純な構造のものに置換えることができる。

電磁弁はサーボ弁と比較して、構造が単純であり、誤動
作、故障等の発生する確率はきわめて低くなる。

また、ピックアップによって得られた速度信号を常に調
定率を用いて負荷信号に変換する回路も省略でき、貼純
化により、その系統の（ｉ頼（’Ｉを高めることができ
る。

また近年、どの発電プラントにおいても、負荷遮断が生
じた場合、より速く、タービン速度を整定し、所内重犯
運転状態（ＰＣＢ）にもっていけるようにする要求が非
常に高まってきた。

今回のインターセプ１へ弁ＯＮ−〇ＦＦＮ−上よれば、
タービン速度の安定な調定はややおとるも（１４） のの、夕・−ビン間加速減速にともなう蒸気エネルギー
のロスが通常の場合に比較し、かなり大きいため、負荷
遮断後のタービン速度整定時間を短縮することが可能と
なる。尚、整定中のタービン速度の振れは、安全範囲内
（第１次昇速度以下）であるならば、何ら支障はない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、制限設定速度をもうけ、電磁弁による
インターセプト弁の０Ｎ−ＯＦＦ開閉によりタービン速
度制御機構、系統の単純化（高信頼性）を有するタービ
ン制御装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、タービン速度制御Ｐ、特に負荷遮断後のター
ビン速度の制御を現状のサーボ弁を用いた複雑な機構を
用いずとも、単純かつ高信頼性を有する機構とするため
、電磁弁による０Ｎ−ＯＦＦ制御でインターセプト弁流
景制御をするようにしたものである。

〔発明の実施例〕

（１５） 本発明は、出力−負荷アンバランスが生じた場合もしく
は急激な負荷減少を生した場合に、タービン速度の急激
な一ヒ昇による危険をかいひする「１的で、従来インタ
ーセプト弁制御をサーボ弁によって行っていたものを、
速度設定値Ｘ、、Ｘ２をもうけ、電磁弁によるＯＮ、Ｏ
ＦＦ制御で行うようにしたものである。

本発明を第９図及び第１０図に示す。

第９図は、本発明のブロック線図である。タービン速度
信号２７は、微分３０され、加速度信号３１となる。こ
の加速度信号３１と設定加速度３２を比較し、得られる
加速度誤差を積分回路３３にて、積分加速度誤差３４を
得る。また、速度信号２７と設定速度２８を比較し、速
度誤差２９が得られる。両者を低値優先３５し、その信
号４２と負荷設定信号４３を加算する。もし負荷設定信
号４３か５０の場合、信号４３に加減弁調定率αｃｖ　
（例４％）を用い速度信号に変換する一方速度信号２７
と、設定速度２８　（１００）より信号２９は−３とな
る、信号４２及び４３′（１６） より信号５７は−１となり、ヒストリシス５５より両偏
差が一１以下になるとインターセプト弁は全閉し、偏差
が−０，１以上の時、インターセプト弁は全閉する。こ
の機能は、負荷遮断時のインターセラ１〜弁制御だけで
なく１通常の速度制御においても、加減弁全閉域上１％
内でインターセプト弁をＯＮ、ＯＦＦ制御する。

上記インターセプト弁７の開閉機構は第１０図に示す。

第】０図の概要は、はぼ第５図と類似しているが、シー
ヤットオフ弁２３を通過した制御油Ｍは、電磁弁５６に
入る。速度信号が、設定速度ＸＩより小さい場合電磁弁
５６は、励磁され、制御油Ｍを駆動シリンダＬ中に送ら
れ、ピストン２６を押し上げる。ピストン２６は、レバ
リンク機構■′を介して、インターセプト弁７を引き上
げる。逆に速度信号が設定速度Ｘ２より大きい場合、電
磁弁の励磁はとかれ、バネによってピストン２６が押し
−Ｆげられ、駆動シリンダ内の制御油Ｍは、電磁弁５６
よりドレンされ、ピストン２６は降下し、（１７） レバリンクｒ′を介して、インターセプ１へ弁７は押し
下げられる。

以上述べた機構を用い、負荷遮断時のタービン速度と、
インターセプト弁開閉状態の関係を第８図Ｓに示す。同
図は、設定速度Ｘ、を定格速度の１０１％、ｘ２を１０
２％としたものである。負荷遮断が生じた直後Ｃ，ツタ
−ン速度は、１００数％に上昇ｄする。この時、出力−
負荷アンバランスにより、加減弁、インターセプト弁は
瞬時に全開状態となっている。このため、タービン速度
はある点より減少ｄしはじめ、タービンの貫性によって
回転する。タービン速度が１０１％ｊまで降下すると前
記第９図の回路より、電磁弁５Ｇが励磁され、インター
セプト弁７は全開となる。

ここで全開に多少の傾きがあるのは、電磁弁ポートの抵
抗によるものである。

ｊ点で、インターセプトバルブが全開されろと、高圧タ
ービン４．再熱器５中に残存していた蒸気は、中圧ター
ビン８内に流入し、タービンを加速する。実線に比べ、
本発明によるタービン速度（１８） （破ａ）の］二昇が大きいのは、弁開度の特性によるも
のである。１度に多量の蒸気を流されたタービン速度は
」―昇する。

タービン速度が、１０２％に達するに′と電磁弁５６は
励磁が解かれ、インターセプト弁７は急閉する。インタ
ーセプト弁が急閉した後タービン速度は徐々に低下しタ
ービン速度が再び１０１％ｅに達するとインターセプト
弁は全開する。この動作を何回かくりかえすことにより
、高圧タービン、再熱器中の蒸気は減少し、ついには、
常にタービン速度が１０２％以下となり、蒸気量の減少
と供に、タービン速度は１００％に整定する。

本発明の一実施例によれば、構造面、系統面。

性能面で以下の効果が得られる。

構造的には、高精度、高信頼性が保障されなければなら
ないサーボ弁に比べ、構造の単純な電磁弁でおき替えら
れる点にある。

サーボ弁は、速度信号とサーボ増幅器で増幅する。高圧
制御油を速度信号に合せトルクモータで制御しジエン１
へチューブよりスプール内にふん射（１９） し、弁の位置を制御する。この場合、１ｌｒｌＪ　弁Ｈ
＋　ＨＩＨ中の異物によるジェットチューブの根づまり
、トルクモータの誤動作、スプールの精度等多くの問題
点を有しており、これを構造の単純な電磁弁におきかえ
られことは、非常に信頼性を高めることになる。また、
価格的にもサーボ弁を用いる場合に比較し、１０分の１
程度でおさえられるという利点を有す。

回路及び系統面では、速度信号を調定率を用いて負荷信
号に変換し、さらに、出力−負荷アンバランスからの負
荷信号を加算するという回路を省くことにより、系統の
信頼性を向」二できる。

また、性能面においては、負荷遮断後、定格無負荷運転
までの時間が短縮される。これは、現在の火力プラント
における重要な条件であるＰＣＢ（所内単独負荷運転）
をより効果的に実現できるものである。

第８図において、インターセプト弁全開後のタービン速
度の増加（加速度）は、現在のものに比較し大きい。こ
のことは、タービンを加速する際（２０） に、蒸気のもつエネルギーを現状の締り調速に比較し多
く消費する。さらに、多量の蒸気を１度に流すことによ
る風損も大きい。よって同一蒸気量では消費するエネル
ギーが多く、収束時間は短くなる。ゆえに、タービン速
度の振幅を安全域で最大限にとるることが有利となる。

以上、」−記のごとく、構造、系統、性能面で、本発明
の大きな効果が得られうる。

本発明のインターセプト弁ＯＮ、ＯＦＦ設定条件を、第
１１図に示す如く、加減弁開度信号４４（負荷信号）を
直接ヒストリシス５８に入力することにより（１）同様
のインターセプト弁制御を可能とする。

〔発明の効果〕

本発明によれば、負荷遮断後のタービン速度の制御を単
純な機構で制御することができるので、高精度が要求さ
れ、複雑な構造であるサーボ弁を用いず、サーボ増幅器
、バイアス、調定率回路をかん酪化でき、それぞれの系
統の信頼性を高めることができる。また、本発明によれ
ば、負荷遮断（２１） 後のタービンを、より速く、定格無負荷状態に収束する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来形の蒸気タービン過速防止装置を設けた発
電プラントの一例の蒸気−制御系統図、第２図は弁急開
機構におけるインターロックのブロック図、第３図はタ
ービン出力と蒸気加減弁開度の関係線図、第４図は負荷
をパラメータとした時の時間とタービンの回転速度の関
係線図、第５図は従来の組合せ再熱弁の系統図、第６図
は加減弁、インターセプト弁の制御ブロック線図、第７
図は加減弁、インターセプト弁調定率を示す線図、第８
図は負荷遮断後のタービン回転速度とインターセプト弁
の開閉状態図、第９図は本発明の一実施例のインターセ
プト弁の制御ブロック図、第１０図は本発明の組合せ再
熱弁の系統図、第１１図は本発明の他の実施例のインタ
ーセプト弁の制御ブロック図である。 １・・・蒸気発生器、２・・・主蒸気止め弁、３・・・
加減弁、４・・・高圧タービン、５・・・再熱器、６・
・・再熱蒸気１Ｆ（２２） め弁、７・・・インターセプト弁、８・・・中圧タービ
ン、９・・低圧タービン、１０・・コンデンサー、１１
・・・発電機、／１４．４５・・・流量制限信号、４６
．５０・・・サーボ増幅器、４７．５１・・・サーボ弁
、４８・・蒸気弁、４９．５３・・復調器、５２・・イ
ンターセプト弁、５４・・・機械信号。 代理人　弁理士　高橋明夫 （２３） 第　１　目 茅３　目 茅４　目

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、高圧タービン及び低圧タービンを有するタービンの
   インターセプト弁によるタービン速度制御において、あ
   る制御設定速度域をもうけ、電磁弁によるインターセプ
   ト弁の０Ｎ−ＯＦＦ開閉により、ターン速度を制御する
   ことを特徴とするタービン制御装置。