JPS6044482B2 - タ−ビン制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタービン制御装置に係り、特に各種燃料を切
替えて用いるボイラに協調してタービンを制御するに好
適なタービン制御装置に関する。

最近の火力発電所における燃焼方式は、設備の大容量
化、高効率化、および環境保護、公害防止の観点から天
然ガスを燃料とする各種ガス化燃料を使用する傾向にあ
る。第１図はそのような発電所におけるボイラ燃料制御
システムの概要を示したもので、ホイラＢは適正な量の
蒸気を発生する ように制御される。すなわち、ボイラ
制御装置ＡＣは主蒸気圧力Ｐおよび発電機Ｇの出力ＰＥ
を入力とし、ボイラ負荷要求信号を出力する。このボ
イラ負荷要求信号により給水ポンプＰｗが制御されて給
水量制御が行われ、また切替器Ｔｌ、Ｔ。、Ｌによつて
各燃料Ａ、Ｂ、Ｃに対応したボイラ負荷要求信号に変換
されたのち、燃料調節器ＲＢおよび空気調節器ＲＬを介
して調節弁Ｂｖ、Ｌｖを駆動し、燃料制御および空気量
制御が行われる。 このようにして発生した蒸気はター
ビンＴに与え られる。なお、同図においてＭＢは燃料
量検出器、ＭＬは空気量検出器、２は主蒸気止弁、３は
加減弁、Ｍ、Ｔｒは主変圧器、Ｃ、Ｂはしや新田、ＤＢ
はタービンに与えられる燃料種別に応じた最低負荷要求
信号である。 第２図はタービンシステムの概要を示す
図で、ボイラＢで発生した蒸気は、主蒸気止め弁２、加
減弁３を通つて蒸気タービン（第１図のタービンＴに対
応）に供給される。

タービンは、通常、高ｌ圧タービン１１、中圧タービン
１２、低圧タービン１３より構成されている。蒸気は、
高圧タービン１１で仕事をした後、再熱器１６で再び温
度をあげられて再熱蒸気止弁１７、インタセプト弁１８
を通つてさらに中圧タービン１２、低圧タービ；ン１３
で仕事をし、復水器１９で水となる。蒸気の仕事はター
ビンにより回転運動に変えられ発電機Ｇを回し、発電機
Ｇにより発生した電力は電力系統に供給される。タービ
ン制御装置２２は、タービンの回転数、負荷などを制御
する。タービンの回転軸にとりつけられている歯車１４
の回転数は速度検出器１５により、またタービンの負荷
は電力変換器２１により検出され、これらの検出された
信号は制御装置２２の入力部２３に送られ、演算部２５
で処理される。演算部２５では、タービンの回転数数、
負荷などを制御するため、主蒸気止め弁２、加減弁３，
２６などの複数弁の弁位置演算し、その位置になるよう
各弁を駆動する。弁の駆動信号は出力部２４により、主
蒸気止め弁駆動ユニット５、加減弁駆動ユニット７，２
８などの各弁の駆動ユニットに送られ弁を駆動する。弁
の動きは主蒸気止め弁位置検出器牡加減弁位置検出器６
，２７など各弁の位置検出器により検出され、制御装置
２２の入力部２３にフィードバックされて、弁の位置を
定位化する。第３図は、従来のタービン制御装置２２の
構成の一部を示す図である。

第３図において、タービン回転数は速度検出器１５によ
り検出される。速度検出器１５により検出された信号は
、タービン回転数に応じた時間長のパルス信号であり、
特開昭５２−１４４５０４号に示されるように速度信号
変換部４２において速度信号に変換される。変換された
速度信号Ｎは、速度設定器３１で設定される設定速度信
号Ｎ。と比較部３２で比較され、その偏差量ΔＮ（＝Ｎ
Ｏ−Ｎ）は調定率演算部３３に伝えられる。調定率演算
部３３では、あらかじめ設定一された速度調定率δに相
当したゲインをかけて、加算部３５に伝える。加算部３
５では負荷設定値３４で設定された信号Ｐ。を加え、負
荷信号Ｐｃをつくる。速度調定率δは速度（発電機が電
力系統と接続され同期運転を行つているときは、系統の
！周波数に相当する）が設定値（定格値）から何％ずれ
ると全負荷変化させるかという値である。例えば、５％
の調定率とは、５％の速度偏差があれば、１００％の負
荷を変えることを意味する。いま、１００％負荷運転中
に系統周波数（速度）が５％上昇したと仮定すると周波
数を安定に保つために０％迄負荷を絞る。負荷信号Ｐａ
は、負荷制限器３６で設定された負荷制限値ＰＬと低値
優先回路３１で比較され、低い方の信号が最終負荷信号
Ｐとなる。

負荷信号Ｐは負荷分配部３８，４２で各弁の分担量に応
じて配分されて、各弁の流量を決定し、各弁の弁位置を
制御する。負荷分配部３８の出力は比較部３９で弁位置
フィードバック信号と比較され、その偏差信号は、調節
制御部４０，４４により弁駆動信号に変えられて弁駆動
ユニット７，２８により加減弁３，２６を調整する。加
減弁３の動きは、位置検出器６，２７により検出され、
位置交換部フ４１，４５をへて、フィードバックされ弁
位置を安定に制御する。通常、弁は複数個あり、他の加
減弁も同様に制御される。

低値優先回路３７で負荷信号ＰＧが優先されているとき
には、調節運転と呼ばれ、負荷；制限信号ＰＬが優先さ
れているときは、負荷制限運転と呼ばれている。以上の
ようなタービン制御装置を備えた発電所では、通常、調
速運転が行われ、系統周波数の安定化に寄与している。

第４図はこのタービン制御ノにおける周波数と負荷の関
係を表わすもので、横軸に負荷Ｐ．．縦軸にタービン回
転数Ｎをとつている。負荷信号ＰＯは直線５２で表わさ
れ、速度調定率δは直線５１の傾きで表わされる。今、
電力系統の回転数Ｎが定格値Ｎ。のときは負荷はＰ。で
安定している。しかし、電力系統の負荷量が発電量を上
回り、その結果周波数が低下すると、直線５１に沿つて
負荷を増大させる。しかして、発電量が負荷量を上回る
と、周波数は増加に転じ、最終的にＮ。，ＰＯで安定す
る。この負荷を増大させる過程において、負荷Ｐはいく
らでも大きくできるものではなく、プラントの安定運転
上、その最大値をＰＬに制限する。このＰしを定めてい
るのが、第３図の負荷制限器３６であり、この特性が第
４図の直線５２で表わされている。一方、この場合と逆
に、発電量が負荷量を上回つたときは周波数が増加し、
直線５１に沿つて負荷を減少させる。

この場合にも最終的には最終的にはＮ。，ＰＯで安定し
、この過程は前記周波数低下の楊合と全く逆の応答とな
る。このときには負荷を減少させることによりＮ。に一
致させるように働くわけであるが、負荷Ｐをいくらでも
無制限に減少できるわけではない。第３図で述べたボイ
ラへの燃料に応じて最低負荷が定まつている。従つて複
数燃料を使用するボイラプラントでは、これに応じて複
数の最低負荷が存在する。このため、電力系統安定化の
ためにタービン負荷を減少させるときは、常にこの燃料
の種類に応じた最低負荷を考慮して行う必要がある。

第５図はこの最低負荷の様子を示す図で、燃料Ａ，Ｂ，
Ｃに応じてそれぞれ最低負荷がＰ。Ａ，ＰＯＢ，ＰＯ。
というように定まつている。従つて、何等かの原因によ
り急激に系統周波数が上昇し、負荷信号Ｐが減少して加
減弁３，２６（第３図）が閉じる方向に動作し、発電機
Ｇの出力が減少させられても、ボイラＢの燃料制御信号
は下限値で制限されて負荷減少に追随できず、ボイラＢ
の蒸気圧力が上昇してボイラに悪影響を与え、最悪時に
はユニットトリップに至る。このような事態は、負荷設
定器３４による設定値Ｐ。がボイラ側の最低負荷要求値
より小さい時に特に生じる。このような欠点は、従来、
運転員の監視と操作により避ける必要があつた。本発明
の目的は、上記したような従来技術の欠−点に鑑み、系
統周波数の上昇の際の負荷減少によるボイラの異常な昇
圧を防止し、またタービン速度の異常な上昇をも防止で
きるように、ボイラと、タービンの動作の協調をとつた
自動運転が可能なようなタービン制御装置を提供するに
ある。

上記の目的を達成するために、本発明においては、ター
ビン制御装置において各種燃料に対応する最低負荷要求
値信号と負荷設定値を比較し、もし負荷設定値の方が最
低負荷要求値信号よりも小さい場合には最低負荷要求値
信号をもつて負荷設定値とするとともに、系統周波数が
定格値より大きいあらかじめ定められた範囲にある間は
速度調定率を無限大に切替えることによつて加減弁３，
２６の開度を固定し系統周波数変化に伴う負荷信号の変
化を無くし、ボイラ側の圧力上昇を防ぐ。しかるに、こ
のことはタービンの速度上昇を抑制する上では効果がな
く、もし上記の範囲をこえてさらに系統周波数が上昇し
たときには再び通常の速度調定率にもどしてタービン速
度の暴走を抑えるように制御する。以下、本発明の詳細
な説明例により説明する。

第６図は、本発明の一実施例を示す図である。第６図に
おいて、負荷設定値Ｐ。とボイラ制御装置ＡＢＣ（第１
図）よりの最低負荷要求値ＤＢとは高値選択回路１４０
に入力され、その出力が実際の設定負荷値として加算部
３５に加えられる。従つて、タービン出力は最低負荷要
求値ＰＢより小さくなることはない。また負荷設定値Ｐ
。と最低負荷要求値ＤＢとは比較器１４１で比較され、
もし負荷設定値已が最低負荷要求Ｖ）Ｂよりも小さい場
合には以下に述べるようにして調定率δが制御される。
すなわち、この場合、速度検出器１５で検出された実際
の速度をＮａとすると、速度信号変換部４６に於て
Ｎ２〉Ｎ１〉ＮＯ（定格速度） なるＮ２，Ｎｌで定まる範囲を設定し、Ｎａ＜Ｎ１のと
きはＮ＝Ｎａ．．Ｎ２〉Ｎａ＞Ｎ１のときはＮ＝Ｎ１、
Ｎ〉Ｎ２のときはＮ＝Ｎａ−ΔＮ１となるように検出速
度Ｎａを見かけの速度Ｎに変換する。

ただしΔＮ１＝Ｎ２−Ｎ１である。このような変換はデ
ィジタル演算装置によつてもよいし、専用の関数発生器
によつても実現でき、その動作のフローチャートは第７
図のようになる。このように変換した速度を第３図の比
較部３２の入力Ｎとして与えて速度偏差ΔＮを算出する
ように構成すると、タービン速度ＮａがＮ１とＮ２の間
にあるときは偏差ΔＮは一定で、タービン速度変化によ
る負荷信号Ｐｃの変化は生ぜず、タービン出力は変化し
ない。すなわちタービンの負荷と速度の関係は等価的に
第８図に示すような特性となり、Ｎ１とＮ２の間では見
かけ速度調定率は無限大になつて、この間ではタービン
速度の増加にも拘らず負荷は一定とし、このことによつ
てボイラの圧力上昇を押えている。しかし、タービン速
度がさらに上昇してＮ２をこえると、第８図に示すよう
に調定率をもとに戻してタービン速度を押え、タービン
の暴走を防止するように制御する。以上の説明から明ら
かなように、本発明によれば、ボイラ燃料に応じた最低
負荷要求値よりも負荷設定値が低く設定されてボイラ側
の負荷追従性が悪い場合にも、タービンとボイラ動作の
協調をとることにより、タービン、ボイラともに悪影響
ノを受けないようなタービンの自動制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は複数燃料を使用するボイラの燃料制御システム
の概要を示す図、第２図はターピンシステムの概要を示
す図、第３図は従来のタービン制御装置の構成を示す図
、第４図は従来のタービン制御特性を示す図、第５図は
各種燃料に応じた最低負荷の状況を説明する図、第６図
は本発明の一実施例を示す図、第７図は本発明で用いる
速度変換演算のフローチャート、第８図は本発明によつ
たときのタービンの特性例を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 各々が最低負荷要求値を有するような複数種類の燃
   料を切替えて用いるボイラから蒸気により駆動される蒸
   気タービンの出力を、該タービンの検出速度と設定速度
   との偏差に調定率に応じたゲインを与えた信号と負荷設
   定値とにより制御するようにしたタービン制御装置にお
   いて、上記負荷設定値および上記最低負荷要求値のうち
   の高い方の値を選択して設定負荷値とするための高値選
   択回路と、上記負荷設定値が上記最低負荷要求値よりも
   小さい場合に、上記タービンの定格速度よりも大きいあ
   らかじめ定められた範囲に上記タービンの検出速度があ
   る間は上記ゲインを零とするとともに上記以外の速度範
   囲のとき適宜のゲインとするような調定率制御手段とを
   備えることを特徴とするタービン制御装置。