JPS61167102A - タービン制御装置の制御方法 - 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〕 本発明は蒸気タービンの調速方式切換装置に係り、特に
、切換時の負荷変動を最小にすることを要求される蒸気
タービンに使用するに好適な調速方式切換装置に関する
。

〔発明の背景〕

蒸気タービンの調速には、代表的には次の二方式が従来
から広く採用されている。即ち、複数個の蒸気加減弁（
流量制御弁）を同時に開いていく絞り調速方式と複数個
の蒸気加減弁を順次、開くノズル締切調速方式である。

周知のように、各々の調速方式は各々の弁開特性から与
えられる必然的な長所及び短所をもっている。即ち、絞
り調速方式は、各弁を負荷に応じて一斉に等開度で開い
ていくので、全体に蒸気が均等に与えられ、従って、タ
ービンに温度差が生じず、熱応力が発生しない。しかし
、徐々に弁を開くので、絞られている間に流量のロスが
生じるのは避けられず、部分負荷効率が低くなっている
。一方、ノズル締切調速方式は個々の弁を順に開いてい
くので、一つの達弁についてはすぐ全開され、絞りによ
るロスはなく効率が良い。しかし、まだ開がれてぃない
弁に係る箇所との温度差が激しく、熱応力の問題が発生
する。

実際の機器にそのいずれを適用するが、つまり、例えば
、発電用大型蒸気タービン等でこのような調速方式のい
ずれを採用するかの選択の根拠となるものは、主として
そのタービンに要求される運転特性である。一般に、ピ
ークロード（中間火力。

例えば、深夜は運転を止め、早朝に起動して日中にピー
クとするような起動停止の激しいもの、）用として運用
されるタービンでは頻繁な急速起動に耐えられるように
、熱応力的に有利な絞り調速方式が採用される。又、ベ
ースロード（基幹火力。

殆んど変化なく運転し、例えば−年に一度位停止・起動
するようなもの。）用としては、起動に関する問題は少
なく、むしろ、広い負荷範囲にわたって高い熱効率のノ
ズル締切調速方式の方が適している。

従来の調速方式の大部分は、これらの要求に応じたもの
となっている。

二つの調速方式を切換える例には、例えば、特公昭４６
−７１２３１号公報に示されるように、成る負荷以下（
例えば定格出力の５０％）では絞り調速をとり、それ以
上の負荷ではノズル締切調速が得られるように設計され
たものがある。しかし、とのタービンでも、調速方式の
切換負荷は固定されているため、例えば、３０％負荷で
はノズル締切調速が不可能であり、同様に、７０％負荷
では絞り調速は不可能であるという問題がある。

しかし、ノズル締切調速方式を採用しているタービンで
は、熱応力が大きいという問題の他に、部分負荷で、一
部のノズルのみに蒸気を流すことによりそのノズルの二
ローションが他に比較して著しく大きいという問題が発
生していた。このノズルエロージョンは、主に、ボイラ
等の蒸気発生器側よりのスケール等の飛来物によるもの
であり、これらの飛来物は停止後の再起動時に著しく多
く　　　　　見られ、その後はほとんどない。従って、
停止後の再起動時のみを絞り調速としスケール等の飛来
物がなくなった時点で、その時の運転負荷によらずノズ
ル締切り調速方式に切換え、熱効率を向上させることが
要求されてきた。これを機械式制御装置を採用したター
ビンで可能にした発明は　にある。この発明では、絞り
調速とノズル締切調速の両方式の切換えを形状の異なる
二種類の機械カムを設けて、一方のカムを使用する時は
、他方のカムが支点となる構成とすることにより、可能
としていた。第６図に蒸気加減弁を四弁設けたタービン
おける典形的なノズル締切調速と絞り調速方式の蒸気加
減弁の開度特性を示す。図は横軸に蒸気加減弁の開度要
求信号を、縦軸に各弁の開度を百分率で示している。今
、開度要求信号Ｘ％の点で前述の調速方式の切換えを実
施すると仮定する。

当初絞り調速で運転していたと仮定すると、各蒸気加減
弁の開度は図の破線の様になっており、Ｘ％の点での開
度はＡ点のようになっている。ここで切換えを行なうと
最終的に各々の弁は図中実線で示される開度となり、切
換えは終了する。即ち、第−弁はＡ点よりＤ点（全開位
置）へ、第二弁はＡ点よりＢ点へ、第三、第四弁はＡ点
より０点（全閉）の開度へ移動する。この切換装置では
、一方のカムを使用する時に他方のカムを支点として用
いるという構造上切換時の蒸気加減弁開度は、例えば、
第二弁等ではＡ点よりＢ点へスムーズに切換えるのでは
なく開度としては切換え途中でＡ点より小さい開度、或
いは、Ｂ点より大きい開度となる可能性があった。また
、全弁の切換えを同時に行なうため、各弁の開度のばら
つきが加算されることとなり、これによって全ての蒸気
加減弁を通過する合計の蒸気量が大きく変動し、その結
果、発電機出力が大きく変動するという問題があった。

また、もう一つの公知例として、（特公昭５７−５９８
８８号公報）電子油圧式ガバナを用いて、予め絞り調速
とノズル締切調速用の−っの流量−弁開度特性を用意し
ておき、バイアスと低値選択回路を用いて調速方式を切
替え、他の弁で、負荷相当信号を用いて、負荷補償を行
なう方法があるが、この方法では低値選択回路を用いる
ために、第７図のように調速方式により流量−弁開度特
性がクロスする場合には低値選択回路により一点鎖線に
示すようにいずれの特性ともならず適用不能であり、ま
た、切換のためのバイアスを各弁とも同一に変化させる
と、三井以上の蒸気加減弁を要するタービンでは、複数
弁が同時に切換動作を行なわず第８図のように、シーケ
ンス的に動作を開始し、目的の開度へ移動するため、切
換途中で、トータルの流量バランスがくずれやすく、負
荷補正による負荷一定制御が難しいという問題がある。

つまり、切換時の負荷変動を最少にし、負荷変動補正に
よる弁開度の修正動作を最少にするためには、切換時に
、全弁がトータル蒸気流量の変動を最少にするように効
率的な動作をする必要がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ノズル締切調速と絞り調速の切換え時
に、切換え後の運転に支障を与えぬような加減弁開度補
正により、負荷を一定に保ち、能弁を切換えるような調
速切換装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、ノズル締切調速と絞り調速の切換え時に大き
な負荷変動が発生することを防止するため、各蒸気加減
弁の開度を、切換え後の流量−弁開度特性に合致する方
向を与えながら調整し、負荷一定のもとに調速方式を切
換えるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

第１図に本発明の一実施例を示す。本実施例は蒸気加減
弁を四弁持つタービンのものである。

本装置は、通常運転時、蒸気加減弁の開度を制御する通
常制御機能１、通常制御機能よりの蒸気加減弁開度要求
信号を絞り調速時の各々の蒸気加減弁開度信号に変換す
る絞り調速変換機能２８〜２ｄ（１〜４弁に各−個付）
、通常制御機能よりの蒸気加減弁開度要求信号をノズル
締切調速時の各々の蒸気加減弁開度信号に変換するノズ
ル締切調速変換機能３ａ〜３ｄ（−ないし四弁に各−個
付）、絞り調速特性をノズル締切調速特性に切換えるバ
イアス４８〜４ｄ（−〜四弁に各−個付）、ノズル締切
調速特性を絞り調速特性に切換えるバイアス５８〜５ｄ
（−〜四弁に各−個付）、各々の蒸気加減弁開度信号に
より弁の開度を調整する蒸気加減弁開度調整機能６８〜
６ｄ絞り調速特性信号（２ａ〜２ｄ）、ノズル締切調速
特性信号（３ａ〜３ｄ）を選択する低値選択回路７８〜
７ｄ及び、ノズル締切調速時閉する接点８８〜８ｄ、絞
り調速時閉する接点９ａ〜９ｄ、−次遅れ要素１０で構
成される。

次に、本発明の機能は下記となる。

通常制御時、即ち、ノズル締切調速あるいは絞り調速の
どちらかで運転されている時には蒸気加減弁は下記で制
御されている。

今、例として絞り調速で制御されている時を考えると、
通常制御機能１は、設定負荷及び被制御値（タービン速
度、油気圧力、排気圧力、タービン入口蒸気圧力等のう
ちの一つ以上のもの）との関数もしくは制限負荷に見合
った蒸気加減弁開度要求信号を出力する。この信号等は
、絞り調速変換機能２８〜２ｄへと入力され、蒸気加減
弁開度信号に変換される。この時、ノズル締切調速特性
による蒸気加減弁開度信号（３ａ〜３ｄ）は、バイアス
５８〜５ｄにより、絞り調速変換機能２ａ〜２ｄによる
同開度信号より若干大きくなっているため低値選択回路
７ａ〜７ｄにより絞り調速変換機能２８〜２ｄによる信
号が選択され、弁開度調整機能６８〜６ｄに入力され、
蒸気加減弁は、絞り調速特性により制御される。

ここで、バイアス４ａ〜４ｄ、５ａ〜５ｄ及び接点８ａ
〜８ｄ、９ａ〜９ｄは、絞り調速選択時はノズル締切調
速変換機能２８〜２ｄによる蒸気加減弁開度信号を、絞
り調速変換機能３８〜３ｄによる同開度信号より若干大
きくし、絞り調速選択時は、逆の関係を果している。こ
のバイアスの一例を第２図ないし第４図に示す。第２図
は、流量−関度特性の一例であり、第３図は、ノズル締
切調速時、絞り調速変換機能に与えるバイアスを示し、
第４図は、絞り調速時、ノズル締切変換機能に与えるバ
イアスを示す。第３図及び第４図の（ｌＯ） 点線は、調速方式による偏差を打ち消すバイアスであり
、実際には、開度信号を若干大きくするため、第３図、
第４図中のα分だけ上乗せした実線の特性をバイアスと
する。

次に、調速方式の切換えを行なう時の各機能の動きを説
明する。例として、ノズル締切調速方式から、絞り調速
方式に切換える時を説明すると、切換前は、接点９８〜
９ｄは閉じており、バイアス５ａ〜５ｄが絞り調速変換
機能３８〜３ｄに人、力されており、絞り調速変換機能
よりの蒸気加減弁開度信号は、ノズル締切調速変換機能
２８〜２ｄよりの同信号より若干大きくなっている。こ
こで調速方式の切換えを行なうと、バイアス５８〜５ｄ
は徐々にＯとなり、絞り調速機能３８〜３ｄの出力であ
る蒸気加減弁開度信号は、徐々に本来の絞り調速方式時
の開度信号に近づいていく。

また、バイアス４８〜４ｄは接点８ａ〜８ｄを通り、徐
々にノズル締切調速変換機能２８〜２ｄに加えられ、同
出力開度信号は、徐々に絞り調速方式による開度信号に
近づく。この結果、低値選択回路７８〜７ｄより選択さ
れ出方される信号は、徐々に、要求蒸気流量に対する絞
り調速方式時の開度信号に近づく。この状態が調速方式
の切換え時の動作である。

ここで、複数の蒸気加減弁を、蒸気流量−関度の特性に
乗って同じに特性移行させるため、トータルの流量を一
定に保ちながらの切換えが可能なため、切換時の負荷の
変動を押える事が期待できる。また、切換に伴う負荷の
変動を補償する際の検数弁の分担を各調速方式の特性に
合わせているため、負荷補償を行ないながら、全弁を各
調速方式の特性に切換える事ができる。

切換え完了は、バイアス５８〜５ｄが。となり、バイア
ス４８〜４ｄが完全にノズル締切調速変換機能２８〜２
ｄに加えられ、絞り調速機能３８〜３ｄよりの出力が本
来の絞り調速時の雰気加減弁開度信号となり、ノズル締
切調速変換機能２ａ〜２ｄによる同信号が前述の同信号
より若干大きくなることにより、低値選択回路７８〜７
ｄが絞り調速機能３８〜３ｄよりの信号を選択する事に
より完了する。

調速方式切換時の負荷変動を更に少なくした実施例を第
５図に示す。高圧車室第一段後圧カ、中間蒸気圧力、あ
るいは１発電機出方等の負荷相当信号１３を精密負荷補
償回路１１に入力し、切換え前の負荷と切換中を含む、
切換後の負荷を一定に保つよう、負荷補正信号を演算し
て出方する。

一方、蒸気加減弁の特性切換は、−弁ずつ選択して行な
い、この切換中、以外の弁に、この精密負荷補償回路の
出力を加える選択回路１２を介して、各弁回路に加える
。この結果、切換時の負荷変動を切換中の弁を除く他の
弁で補正することができるため、更に、きめ細い負荷変
動補償を実現することができる。

〔発明の効果〕

の負荷変動で行なう事ができ、タービン運転中の調速方
式切換え時の系統の安定度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の切換方式の一実施例の説明図、第２図
ないし第４図は本発明の切換用バイアスを示す図、第５
図は本発明の変形例を示す図、第６図は蒸気加減弁開度
要求信号と蒸気加減弁開度の関係を示す図、第７図は蒸
気流量と蒸気加減弁開度の関係を示す図、第８図は絞り
調速とノズル締切調速とするときの態様を示す図である
。 １・・・通常制御機能、２８〜２ｄ・・・絞り調速変換
機能、３８〜３ｄ・・・ノズル締切調速変換機能、４８
〜４ｄ・・・絞り調速方式用バイアス、５８〜５ｄ・・
・ノズル締切調速用バイアス、６８〜６ｄ・・・蒸気加
減弁開度調整機能、７ａ〜７ｄ・・・低値選択回路、８
８〜８ｄ・・・バイアス切換用接点、９８〜９ｄ・・・
バイアス切換用接点、１０・・・−次遅れ要素。 代理人　弁理士基、−橋明−夫０″ 小＋＋ｉ　；１．乙Ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気タービンの出力を調整する複数の蒸気加減弁、
   この蒸気加減弁の開度を制御する開度調整機能、前記蒸
   気加減弁による調速方式を切換える蒸気加減弁調速方式
   切換機能をもつ蒸気タービン制御装置において、 任意の負荷帯で、負荷を一定に保ちつつ調整方式を切換
   えることを可能とした切換装置を設けたことを特徴とす
   る調速方式切換装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、 切換時のトータル蒸気流量を常に一定に保つ切換バイア
   スを具備したことを特徴とする調速方式切換装置。 ３、特許請求の範囲第２項において、 更に負荷相当信号を用いて切換中及び切換後の負荷変動
   補償回路を設けたことを特徴とする調速方式切換装置。