JPS6155303A - 蒸気タ−ビンの制御装置 - 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、負荷急変時に生じる蒸気タービンの過速を防
ぎ得るようにした蒸気タービンの制御装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

たとえば発電用蒸気タービンでは、第５図に示すように
、ボイラーの過熱器１で発生した蒸気を、主蒸気止め弁
２、蒸気加減弁３を介して高圧タービン４へ送り、高圧
タービン４で仕事をした後、再熱器５へ送り、ここで加
熱された後再熱蒸気止め弁６、インタセプト弁７を介し
て中圧タービン８および低圧タービン９へ送り、付設し
た発電機１０を回ねし、電気エネルギに変換するように
している。

一方仕事を終了した蒸気は、復水ｆｉｌｌで凝縮され、
水に還元された後、復水ポンプ１２を介して過熱器１へ
戻されるようになっている。また上記復水器１１と過熱
器１の間には給水加熱器１３゜１４．１５が設けられて
いて、復水ポンプ１２から出た還元水゛を加熱すること
で発電プラント全体の熱効率を上げるようにしている。

しかして通常運転時には、発電１１０にかかる電気的負
荷が変化すると、発電機１０と同一線上に結合されてい
るタービン４．８．９の回転数変化が起こり、この回転
数変化を図示しない調速機で検出し、蒸気加減弁３およ
びインタセプト弁７の開度を調整することで蒸気量をｘ
ｉｂ、タービン出力を要求負荷相当に制御している。こ
の場合インタセクト弁７は蒸気加減弁３に先行して聞く
ように設定されかつ通常運転時は全開となっているから
蒸気加減弁３のみの開度調整でタービンは制御されるこ
とになる。

一方何らかの原因で発ｍ１１０にかかる負荷が瞬時に減
少ないし零になった場合には、タービン出力と発Ｔｉ１
ｆｆ負荷に大きなアンバランスが生じ、タービンの回転
数が定格回転数の範囲からはずれ、タービンは過速状態
で回転し、タービンの制御装置がタービンを安全な状態
に制御しようとして作用することになる。すなわちター
ビンの回転上昇を調速機が検出し、この検出信号により
蒸気加減弁およびインタセプト弁を急速に閉じ、タービ
ンへの蒸気流入を止めることで、タービンの回転上昇を
防ぐようにしている。タービンの出力と発電機の負荷と
の間に生じるアンバランス量が大きいほど、蒸気加減弁
およびインタセプト弁も急速に閉じる必要があり、大き
い負荷変化が生じた場合は蒸気加減弁およびインタセプ
ト弁の両方を全開にすることになり、タービンが安全な
回転数域にまで下降したら予め設定した調速機と弁の開
度特性にしたがって蒸気加減弁およびインタセプト弁が
開く方向に動かされることになる。すなわちタービンの
制御装置は、いかなる負荷変化が生じてもタービンを安
全に連続運転させるように、タービン回転数が１１０％
定格回転数を超えると非常装置が作動し、タービン、を
停止させるように設計されており、連続運転を行なうに
はいかなる負荷変化が生じても、タービンの過速を、定
格回転数の１ｏ％以下に抑える必要がある。

他方蒸気タービンは、高効率化、高容徂化の方向に進ん
でおり、蒸気条件は高温高圧化し、蒸気のエネルギ密度
はより大きくなる傾向にある。またタービンや発電機の
コンパクト化が図られ、タービン出力の増加に比較して
タービンや発電機の回転部の慣性モーメントの増加割合
は少ない。このことは回転上昇しやすく、負荷急変時の
タービンの過速をますます大きくする条件となっている
。

しかしてタービンの過速を小さくするためには、蒸気加
減弁およびインタセプト弁の閉じ時間を短くするか、タ
ービンや蒸気配管内に残留する蒸気量を少なくして、膨
張による仕事量を少なくしなければならないが、蒸気加
減弁およびインタセプト弁の閉鎖時間に関しては応答時
間の速い電気油圧式制動装置を採用しているから、これ
以上弁閉鎖時間を短縮することはできない。また残留蒸
気量を減らす手段としても、高圧、中圧、低圧の各ター
ビン内の蒸気通路部容積、中圧タービンと低圧タービン
を結ぶクロスオーバ蒸気管の容積がタービンの基本仕様
として決まっているため、その減量にも限界があり、蒸
気管の体積の減少もそれほど大きくできない。

すなわち従来形式のタービンでは、負荷急変時のタービ
ン過速防止に制限があり、タービンの大容量化および高
効率化に対処できない場合があるという難点がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、蒸気ター
ビンの大容量化、高効率化に対応してタービンの軽聞化
を図った場合にも、タービンの過速を十分低く抑え得る
ようにした蒸気タービンの制御装置を提供することを目
的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、蒸気加減弁と高圧タービン入口を連絡する蒸
気管から分岐して復水器に至る蒸気逃し管を設け、この
蒸気逃し管途中に、逃し蒸気を減圧減温するための減圧
弁および減温器を設け、タービン負荷急変時に蒸気加減
弁からタービン入口に至るまでの蒸気管中に残留する蒸
気を復水器へ逃してタービンの過速を防ぐようにしたし
のである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を図面につき説明する。

なお第１図において第５図と同一部材については同一符
号を付ず。

第１図において符号２０は、過熱器１と高圧タービン４
を結ぶ管路であって、この管路２０の蒸気加減弁３と高
圧タービン４の間から分れた分岐管路２１は復水器１１
に接続され、蒸気加減弁３から高圧タービン４人口に至
るまでの管路２０内の蒸気を復水器へ逃し、タービンの
過速量を減少せしめるようにしている。

上記分岐管路２１には、減圧弁２２および減温器２３が
設けられていて、減圧弁２２で減圧された蒸気を、減温
器２３で減温した後、復水器１１へ導くようにいしてい
る。上記分岐管路２１の分岐位置は、管路２０の高圧タ
ービン４の入口に近いほど過速減少効果が大きいことが
判った。

タービンの過速量と負荷変化量（タービン出力と発電間
負荷のアンバランス量）の関係を第２図に示す。

第２図において、タービン過速特性は、負荷変化量が大
きくなると、過速量が大きくなる関係にあり、定格負荷
相当の負荷変化ΔＬｏが発生した場合に、タービンの過
速量が、タービン停止のための非常装置が作動する回転
数（１１０％定格回転数）Ｎ６以上になったら過速を減
少することになる。実験的にはタービンの過速量が１１
０％定格回転数Ｎ、となる負荷変化量ΔＬ、に対して、
過速量の計算精度等を考慮してマージンを取ったタービ
ン過速ｆｆ１Ｎ　　に対応する負荷変化量ΔＬＡ以上で
作動させる。

第３図は蒸気加減弁開度とタービン回転数の関係を示す
ものであって、負荷変化前に定格回転数Ｎｏであったタ
ービン回転数が負荷変化により非常装置作動回転数Ｎ、
付近まで上昇した場合において、タービン回転数がゆる
やかに下降し、回転数Ｎ。に達したら、蒸気加減弁が開
きタービン制御を行なうようにしている。

すなわち減圧弁２２は、タービン回転数がＮ。

に達する前に閉じる必要があり、ＮＣに多少のマージン
を取った回転数Ｎ１で閉じるように設定されている。

なお第３図中のタービン回転数Ｎ２は、定格回転数Ｎ。

より高回転側に少しのマージンを取って設定した値であ
り、信号発生基準として用いられるものである。

一方上記減圧弁２２には、第４図に示すように、制御装
置が伺設されていて、減圧弁２２を自動制御するように
している。

すなわち制御装置の演算器２４は、発電機１０の負荷信
号り。とタービンの出力を代表する再熱蒸気卒の圧力Ｐ
の信号を受けて、発電機負荷とタービン出力のアンバラ
ンス量すなわち負荷変化量ΔＬの信号を発生し、この信
号を受けた信号発生器２５が減圧弁２２の開閉信号■１
を出す。上記信号発生器２５は、負荷変化ｍΔＬが、第
２図で示ず負荷変化量ΔしＡ　（ΔＬ≧ΔＬＡ）以上で
あると全開信号を、ΔしくΔＬＡであると全開信号を出
す。

一方別に設けた信号発生器２６は、タービン回転数信号
Ｎ、タービン回転数の時間的な増加量受けて減圧弁２２
の全開信号を出すかまたは信号を発しないかのいずれか
の働きをする。すなわちタービン回転数Ｎが第４図に示
した回転数Ｎ２とた値により大きく、かつ蒸気加減弁３
が全開の場合、またはタービン回転数Ｎが、第４図で示
した回転数Ｎ１以上で蒸気加減弁３が全開の場合に限り
、減圧弁２２の全開信号を出し、その他の場合たとえば
タービン回転数がＮ２以下、あるいは蒸気加減弁が全開
でない場合には信号を出さないように設定されている。

上記信号発生器２５の開度信号ｖ１、および信に送られ
る。上記信号切替器２７では、減圧弁間号発生器２６の
開度信号ｖ２は、信号切替器２７度信号ｖ２を減圧弁開
度信号ｖ１より優先させて通過し、信号発生器２６より
減圧弁全開信号■２が出た時のみ、この信号ｖ２を優先
させて最終的な減圧弁開度信号ｖ３を出す。−力信号発
生器２６から信号が出ない時は、信号発生器２５からの
減圧弁全開信号または全閉信号がそのまま信号切替器２
７を通り減圧弁開度信号ｖ３となる。

次に作用を説明する。

タービン停止時では、発電機負荷とタービン出力の差は
零であり、信号発生器２５は減圧弁２２の全閉信号を出
し、一方タービン回転数は零、蒸気加減弁３は全開であ
るから信号発生器２６からの信号は出ず、したがって信
号発生器２５からの減圧弁全開信号が信号切替ｉｌ！！
１２７を通過し、減圧弁２２は全開状態になる。

タービン昇速から定格運転状態に至る間では、発電機負
荷とタービン出力の差は零であり、信号発生器２５は減
圧弁全閉信号を出し、一方タービン回転数Ｎは、回転数
Ｎ２より低く、蒸気加減弁３も全開でないので、信号発
生器２６からは信号が出す、信号発生器２７は、信号発
生器２５からの信号をそのまま通過させ、減圧弁２２は
全開状態にある。

負荷しゃ断時では、しゃ断された負荷がΔＬＡ以上の場
合にはΔＬがΔＬ≧ΔＬＡとなるので、信号発生器２５
は減圧弁２２の全開信号ｖ１を出す。一方タービン回転
数Ｎは、定格運転のため、Ｎ　より小さく　（Ｎ＝ＮＯ
＜Ｎ２　）　、また蒸気加減弁も全開でないから信号発
生器２６からは信号が出す、信号発生器２５からの減圧
弁全開信号■１が信号切ＩＩ器２７をそのまま通って減
圧弁２２が全開となる。またしゃ断された負荷がΔＬＡ
より小さい場合には、信号発生器２５からは減圧弁全開
信号■１、信号発生器２６からは信号が出ないので、減
圧弁全開信号■１が信号切替器２７を通って減圧弁２２
は全開のままとなる。

負荷しゃ断後蒸気加減弁が全開した時には、タービン出
力の代表値として再熱蒸気室の圧力Ｐを採用しているた
め、蒸気加減弁３が全閉すると、直ちに圧力Ｐが減少し
、タービン出力と発電機負荷のアンバランスａΔＬがほ
ず零となり、信号発生器２５から減圧弁全開信号■が出
るが、タービン回転数ＮがＮ２とＮ１の間にあると、Ｎ
２　＜Ｎ立し、回転数がＮ１以上の場合は蒸気加減弁全
閉の条件が成立しているので、信号発生器２６からは減
圧弁全開信号ｖ２が出、信号切替器２７は、信号発生器
２６からの信号ｖ２を優先的に採用し、減圧弁２２は全
開状態を保持する。

タービン回転数下降時には、タービン出力と発電機負荷
とのアンバランス母ΔＬは零で、信号発生器２５からは
減圧弁全開信号■１が出る。一方タービン回転数ＮがＮ
１より大きい時には蒸気加減弁３の全開条件が成立して
いるので、信号発生器２６からは減圧弁全開信号■２が
出、この減圧弁全開信号ｖ２が度光的に選択されるので
、減圧弁２２は全開状態を保つ。

しかしタービン回転数Ｎが、回転数Ｎ１をわず件が成立
しなくなり、信号発生器２６からは信号が出ず、信号切
替器２７では信号発生器２５からの減圧弁全閉信号ｖ１
が選択され、減圧弁２２は全開となる。これはタービン
の回転数がＮ。にまで降下すると、蒸気加減弁３が問い
てタービンの制御を開始するが、これ以前に減圧弁２２
を全開とし、蒸気加減弁３が開いた時に蒸気が減圧弁２
２を通って復水器１１に逃げないようにするためである
。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、タービンの蒸気条件
が高圧高温化し、タービン／発電機の回転部の慣性モー
メントが相対的に小さくなっても、タービン過速母をタ
ービンが連続運転できる範囲内に設定し得、したがって
発電用蒸気タービンの大容世化、高効率化、自動化等に
適用できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による制御装置を組み込んだ発電用ター
ビンの系統図、第２図はタービンの負荷変化日と過速旦
の関係を示す図、第３図は蒸気加減弁の開度特性を示す
図、第４図は制御装置のブロック図、第５図は従来の発
電用タービンの系統図である。 １・・・過熱器、３・・・蒸気加減弁、４・・・高圧タ
ービン、１１・・・復水器、２０・・・管路、２１・・
・分岐管路、２・・・減圧弁、２３・・・減温器。 Ｍｌ　　図 ′＄２図 ＄３図 一タービン回彰４文　　　　　　。 ′＄４図 ｙ４５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、過熱器と高圧タービンを結ぶ管路に主蒸気止め弁お
   よび蒸気加減弁を設けるとともに、低圧タービンと過熱
   器を結ぶ管路に復水器および給水加熱器を設けた閉回路
   を有する蒸気タービンにおいて、上記過熱器と高圧ター
   ビンを結ぶ管路の蒸気加減弁と高圧タービンの間と復水
   器を結ぶ分岐管路を設け、上記分岐管路に減圧弁および
   減温器を設け、上記減圧弁をタービンの負荷急変時のタ
   ービン回転上昇を検出して作動する制御装置に応動して
   開くようにし蒸気逃し管路を形成するようにしたことを
   特徴とする蒸気タービンの制御装置。 ２、制御装置の制御信号として発電機負荷、タービン出
   力、タービン回転数、蒸気加減弁開度を要件としたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の蒸気タービン
   の制御装置。