JPS6079106A - タ−ビン起動制御方法 - 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、タービン起動制御方法に係り、特にタービン
入口作動流体の状態量が起動と共に変化し、発生する熱
応力が変化するようなタービンの起動制御方法に関する
。

〔発明の背景〕

発電プラントを例としてタービンの起動を大まかに分け
ると、第１図に示されるように昇速、初負荷ステージ（
区間Ｉ）、負荷上昇ステージ（区間■）に分けられる。

同図において、曲線１はタービンの速度の変化を、曲線
２はタービン負荷の変化を、曲線３はタービン入口蒸気
圧力の変化を、曲線４はタービン入口蒸気温度の変化を
それぞれ表わしている。

タービンの起動制御方法としては、昇速、初負荷運転ス
テージ（Ｉ）に、タービン通気時点の第１没後蒸気温度
と第１段後ケーシング内壁メタル温度との差で定義され
るミスマツチ温度を関数として、各昇速段階での所要時
間を与える「タービン推奨起動時間線図」を採用し、又
負荷上昇ステージ（１）ではメタル温度変化量と寿命消
費率から許容メタル温度変化率をめる「タービンメタル
温度変化率制限曲線」を採用して起動する制御方法が広
く知られている。

しかし、この起動制御方法は、昇速初負荷運転ステージ
（１）に採用する「タービン推奨起動時間線図」が、一
般的にボイラ特性上起動過程で、蒸気条件が予定値よシ
ずれるということを考慮してマージンを設定しているた
め、通気から目標負荷に至る起動時間が必要以上に長時
間になシがちであシ、起動時間の最短化が望まれる中間
負荷火力発電プラント等では何らかの改善が要求されて
　、いた。

すなわち従来は、起動時間の短縮というのは初負荷保持
完了から目標負荷に達するまでの時間、すなわち第１図
でいう負荷上昇ステージ（Ｎ）の所要時間の短縮が主な
ねらいであった。それは起動時間の短縮がそれほど厳し
いものではなく、前記ステージ（Ｉ）で対応できていた
。

しかし最近では、前記ステージ（１）だけでは応じきれ
なくなシ前記ステージ（１）を含めた起動５時間の短縮
が要求されるようになってきた。またボイラ点火からタ
ービン起動までの所要時間の短縮も要求されている。そ
れは起動時間短縮の目的が給電要求に対する連応性の向
上にあることも事実である。

また、従来前述のようなニーズもあって、目標負荷への
到達を急速に行なわせるために、昇速率又は負荷上昇率
を逐次最適化して起動させる方式が知られている。つま
シ、タービン速度及び負荷の変化を考慮しながらタービ
ン入口蒸気の状態量を予測し、これに基づいて熱応力を
計算して、予測演算周期ごとに予測応力値が許容応力値
を満足する範囲において、最大の昇速率又は、負荷上昇
率を選択決定しながら起動させるようにしたものである
。

しかしこの方式によると早過ぎた場合などがあり、給電
指令の時刻待ちということがおこ）かねない。このよう
な場合は燃料が無駄に消費されてしまうということが発
生し、好ましいことではない。

また、この方式によると予測演算周期ごとに起動パター
ンが変更されてしまうことになるので、目標速度到達時
刻、負荷併入時刻、目標負荷到達時刻等が定まらないと
いう不都合がある。このことは、一般的に発電プラント
においては中、央給電指令所よシ負荷併入時刻、ちるい
は目標負荷到達時刻が指定され、連用されるのが常識で
あるが、この起動方式が適用できないか、あるいは早め
に目標点までもって行き、時間待ちによって合せるよう
にしなければならず、最短化して起動して本機械を必要
以上に厳しく起動する結果となシ、又燃料が無駄に消費
されるという欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、タービンを必要以上に厳しく起動する
ことなく最短にて起動しく燃料消費も無駄なく起動して
負荷併入）目標負荷到達等の目標時刻を満足させること
のできるタービン起動制御方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、タービンの通気時のメタル温度から一義的に
タービン入口作動流体通気温度目標値と、タービン通気
から目標１負荷までの一連の起動の起動パターンを決定
し、該起動パターンに従ってタービンを起動し入口作動
流体の状態量が計画値よシずれる等にてタービイに発生
する。熱応力が計画寿命消量に相当する値を逸脱した場
合、該熱応力の発生形態（圧縮応力又は引張応力）ｌｌ
Ｃ応じてタービン速度又は、負荷を保持する等の起動パ
ターン修正制御を、行なうととに特徴がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例に、基づいて説明する。

第２図〜第３図に本発明が適用された一実施例を示す（
発電プラントでタービンロータの表面熱応力を計画寿命
消費に相当する値以内に納まるよう管理している例）。

第２図フロー、チャートは、タービン通気時の第１段後
ケーシング内壁メタル温度から一義的にタービン入口蒸
気温気温度目標値とタービン通気から目標負荷までの一
連の起動の起動パターンを決め、これに基づいてタービ
ンを起動して行く手順であり、第３図フローチャートは
、タービン起動により発生したロータ表面熱応力が、計
画寿命消費に相当する値以内か否か、又発生応力形態が
、圧縮応力か引張応力かを判断して前記タービンの起動
パターンを修正制御していく手順である。

第２図フローチャートに示されたように、ステップ１０
１ではタービン起動直前の第１段後ケーシング内壁メタ
ル温度が検出され、ステップ１０２及び１０３では、ス
テップ１０１で得られたタービンメタル温度から、それ
ぞれタービン入口蒸気通気温度目標値及び、タービン通
気から目標負荷までの一連の起動の起動パターンが決定
される。

ここで、ステップ１０２のタービン入口蒸気通気温度目
標値の決定は、第４図の通シである。通常この曲線の計
画は、独立に行なわず、後述の起動パターンの計画と関
連づけて行なわれる。すなわち、タービン起動過程に発
生する熱応力の度合は、起動過程のタービン入口蒸気条
件の変化とタービン昇速率、負荷上昇率との関係のみな
らず、タービン通気時点のタービン第１段後ケーシング
内壁メタル温度と第１没後蒸気温度との温度差が関係し
て決まることから、通気時点の第１没後蒸気温度を導く
こととなるタービン入口蒸気通気温度の目標（直の計画
は、起動パターンの計画と切シ離して考えることはでき
ないととを意味している（通気時点の第１没後蒸気温度
は、厳密にはタービン入口蒸気通気圧力と温度から与え
られるが、圧力は通常併入後しばらくは一定圧力と考え
てよく、温度のみ考えれば十分である。）。

さらに、ステップ１０３の起動パターンの決定は、第１
表に示す通如である。ここで　ＴＩ、〜Ｔ１はタービン
第１段後ケーシング内壁メタル温度の区分であり、同一
起動パターンにて起動することが可能なメタル温度の範
囲である。通常この区分は７〜９つに区分される。

又〜　Ｓｔ　＋　Ｓｖ　＋　Ｓｇは昇速率％ｊｌＯ［Ｉ
Ｏ・ｔ　５ｏｏｏ・ｔ　８６００は各速度での速度保持
時間、Ｌ工は初負荷、Ｒ＋　ｌ　Ｒ１Ｉ　ＲＢは負荷上
昇率そしてｔＬＩ。

”ａｌｌ　＋　’３Ｇは各負荷での負荷保持時間であり
、これらの値は通常プラントの計画起動曲線に基づいて
設定される。

このようにして、ステップ１０２，１０３が完了すると
、タービン通気時刻（中央総室指令所よ多負荷併入時刻
あるいは、目標負荷到達時刻が指定されることから、タ
ービン通気から目標負荷までの一連の起動の起動パター
ンが決定されるとタービン通気時刻が自ずから決定され
る。）及びタービン入口蒸気通気温度目標値が決定され
ることから、ステップ１０４にてボイラ起動スケジュー
ルが立てられる。

起動スケジュールに基づき、ステップ１０５にてボイラ
が起動されるが、タービン入口蒸気温度が通気温度目標
値に到達するとステップ１０６にてタービンが起動され
る。このタービンの起動は、もちろんステップ１０３に
て決定された起動パターンに従ったものである（第５図
参照）。

このようにして、タービンは計画起動曲線通シ起動され
ることから、計画起動曲線の精度をシュミレーション等
にて向上させればさせるほど従来にない効果的な起動が
計れるが、発電プラントは（１０） 他に類を見ない複雑なプロセスであることから、ある種
のトラブルによシ計画値よりずれる場合があることは免
かれない。

第３図フローチャートは、このような場合を考慮して設
置された発生熱応力の度合及び形態による起動パターン
修正制御の手順を示すものである。

まず、ステップ２０１では、タービン第１段後ケーシン
グ内壁メタル温度をロータ表面温度と見なしてタービン
ロータの温度分布が計算される。

次に、ステップ２０２で、応力評価点（実施例ではロー
タ表面としたが、発電プラントでは通常高圧又は中圧ロ
ータのそれぞれのロータ表面又はロータ中心孔が応力評
価点となる）の熱応力が計算される。

次に、ステップ２０３において、現運転状態が負荷運転
中か否かを判断し、それぞれステップ２０４あるいはス
テップ２０５に移行される。

ステップ２０４，２０５では予め定められている許容応
力値（基本的には計画寿命消費に相当する値に多少の余
裕を取υ設定する。）とステップ（１１） ２０２でめた応力値とを比較し、許容応力値を越えた場
合には、それぞれステップ２０６あるいはステップ２０
７に移行される。ステップ２０２でめた応力値が許容応
力値以内であれば、タービンは起動パターン通シ運転を
継続する。

ステップ２０６，２０７では、許容応力値を越えた熱応
力の形態が、引張か圧縮応力かを判定しく第１段後ケー
シング内壁メタル温度の変化率又はロータ表面温度の変
化率を計算し、変化率が負の場合はロータ表面に発生す
る熱応力は引張応力、正の場合は圧縮応力と判定する。

）引張応力ならばタービンは起動パターン通シ運転を継
続するが（ロータ表面に引張応力が作用しているのは、
表面が冷されているからであシ、この場合は速度又は負
荷を保持するよシも熱伝達を増すように速度上昇又は負
荷上昇を続ける方が発生熱応力を軽減できる。）圧縮応
力のときは、ステップ２０８、あるいは２０９に移行し
、速度又は負荷制御装置に保持指令を出力して保持し、
起動パターンを時間軸方向に並行移動する形で起動パタ
ーンの修正（１２） 制御を行なっている。

起動パターンの修正制御の例を第６図に示す。

どこで６１はタービンの負荷変化曲線を、６２はロータ
の表面熱応力値の変化をそれぞれ表わしている。いま時
刻ｔ、で圧縮応力の制限値συに達すると負荷保持運転
（区間Ａ）ｅし、応力値がσυまで下ってくると再び負
荷上昇運転をおとなり（第６図Ｂ）。第６図の実線（６
１）は第５図の負荷パターン５１に相当するものであっ
て、応力値がその制限値を越えない限シ実線（６１）に
したがって運転される。この場合σＵ＝σｂでもよいが
一般にはヒステリシスを設けた方がよい。

１σＵ１〉１σＬ１とするのが一般的で、σｔはタービ
ンロータの寿命に影響を与えない程度にまで減少したと
きの値とするのがよい。

また第６図において保持運転区間Ａはあらかじめ定めら
れた時間であってもよい。ただしこの場合はある時間保
持運転をおこなうと応力も制限値以下になるであろうと
いう予測のもとにパターン修正をおこなうことになる。

（１３） なお第６図は負荷パターンの例について示したが、速度
パターンについても同様である。

〔発明の効果〕

本発明によれば許容応力以下でタービンの起動運転をお
こなうことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、タービンの起動曲線及び作動流体の状態変化
を示す線図、第２図〜第３図は本発明の一実施例のフロ
ーチャート、第４図はタービン入口作動流体通気温度目
標値曲線、第５図はタービン起動パターン、第６図は応
力値によるパターン修正の例をそれぞれ示す。 １・・・速度曲線、２・・・負荷曲線。 代理人　弁理士　高橋明夫 （１４） １０ｏ　２ｏｏ　３００　４θｏ　ｓｏ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　タービンの起動制御方法において、ロータ表面の
   熱応力を監視し、前記熱応力が圧縮応力でかつあらかじ
   め定められた保持運転開始値に達したときその時の運転
   状態を保持し、前記圧縮応力値が保持運転解除値に達し
   たとき再び起動パターンに沿って起動運転をおこなうこ
   とを特徴とするタービン起動制御方法。 ２、前記特許請求の範囲第１項記載において、前記保持
   運転解除応力値の絶対値は前記保持運転開始値の絶対値
   よシも小さい値に設定することを特徴とするタービン起
   動制御方法。 ３、前記特許請求の範囲第１項記載において、前記起動
   パターンはタービン第１段後ケーシング内壁温度に基づ
   いて定められた起動パターンであることを特徴とするタ
   ービン起動制御方法。