JPS6156401B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は抽気復水タービンの制御装置に係り、
特に最大負荷（最大発電機出力）運転と最大抽気
運転時におけるヒートバランス（熱勘定）が異な
る場合のタービン回転速度および抽気圧力を制御
する装置に関する。

蒸気タービンの制御装置を製作する場合、最大
負荷運転と最大抽気運転の２点が満足される点で
タービンへの流入蒸気量が最大となるように設計
するのが一般的である。しかし、最近のように、
省エネルギーの時代において前記した２つの点を
満足させるだけの蒸気発生装置と発電設備を設け
ることは不経済である。そこで、非常に多くの発
電量を必要とする場合にはタービンからの抽気量
を犠牲にして所望の発電量を確保し、逆に非常に
多くの抽気量を必要とする場合は発電量を犠牲に
して抽気量を確保するようにすれば、蒸気発生装
置を必要最小限の設備とすることができる。

しかしながら、上述のように省エネルギー化し
た蒸気タービンに対し従来のままの抽気復水ター
ビンの制御装置を用いた場合には最大発電機出力
と最大抽気とのヒートバランスが異なる不具合が
生じ、発電機の故障、電力系統の故障等によつて
負荷遮断が生じて蒸気タービンが過速され、その
速度は非常調速機の動作点である109％回転数以
上まで上昇してしまう恐れがある。

すなわち、最大出力は速度制御装置内に設けら
れた負荷制限器により制限され、最大抽気は抽気
圧力制御装置内に設けられた抽気制限器によつて
制限されるようになつており、負荷制限器からの
出力と抽気制限器からの出力は、いずれも蒸気タ
ービンへの流入蒸気量を制御する蒸気加減弁と、
蒸気タービンからの抽気量を制御するための抽気
加減弁の操作信号となる。この負荷制限器からの
蒸気加減弁への最大信号と抽気制限器からの蒸気
加減弁への最大信号を加え合わせると、蒸気加減
弁の操作信号は蒸気加減弁を全開以上に開くよう
な制御信号となる。通常の運転状態においては、
蒸気加減弁に全開以上の信号が入つても蒸気加減
弁に機械的な制限があり、さしたる問題とはなら
ない。ところが、このような状態で発電機故障等
により発電機の負荷がしや断された場合、蒸気タ
ービンの回転数が急上昇してもすぐに蒸気加減弁
は閉動作に入らず、所定の回転数に上昇して始め
て閉まり始める。この閉じ始めるまでの遅れが蒸
気タービンの回転を過速に到らしめる原因とな
り、その速度は非常調速機の動作点にまで上昇す
ることとなる。

ここで、従来の抽気復水タービンの制御装置に
ついて説明する。第１図に従来の制御装置を示
す。まず、蒸気の流れについて、ボイラ１より発
生した蒸気は主蒸気止め弁２を介して蒸気加減弁
３へ入る。蒸気加減弁３で流量制御された蒸気は
高圧タービン４に入り、流入蒸気流量に見合つた
だけの仕事をして高圧タービン４の出口に到る。
高圧タービン４の出口流量の一部は抽気されて工
場プロセスへ送気される。残りの蒸気は抽気加減
弁５の流入蒸気となる。したがつて、プロセスへ
の抽気流量は抽気加減弁５による低圧タービン６
への流量制御によつて制御されることになる。次
に抽気加減弁５で流量制御した蒸気は低圧タービ
ン６に入り、流入蒸気流量に見合つた仕事をして
低圧タービン６の排気となる。そしてこの排気流
量は復水器７に入り復水される。

次に抽気復水タービンの制御装置について述べ
る。８は発電機である。高圧タービン４および低
圧タービン６の回転数は、ロータ９に取付けられ
た速度検出用歯車１０とこれに対向して設けられ
た速度検出用電磁ピツクアツプ１１によつてター
ビン回転数に比例した周波数信号として検出され
る。この周波数信号はケーブル１２を介して周波
数／電圧変換器１３（以下これをＦ／Ｖ変換器と
いう。）に入力される。Ｆ／Ｖ変換器１３では周
波数信号入力をその周波数に比例したアナログ信
号に変換され実速度信号として与えられる。この
実速度信号は比較器１４において速度設定器１５
からの速度設定信号と比較され、その結果生じた
偏差信号は速度制御回路１６に入力され、速度調
定率に見合つた速度制御信号が作り出される。こ
うしてできた速度制御信号は低値優先回路１７に
て負荷制限器１８からの制限信号と比較され、い
ずれか低い値の信号が低値優先回路１７の出力と
なる。通常の運転においては、負荷制限器１８の
制御信号を最大にセクトすることにより低値優先
回路１７の出力は速度制御信号となる。この速度
制御信号の一方は加算器１９に入力され、他方は
定数２３を介して加算器２４に入力される。加算
器１９において一方の速度制御信号は抽気圧力制
御系からの信号と加え合わされ、蒸気加減弁を操
作する信号となる。この信号はパワーアンプ２０
で増幅されて電油変換器２１に入力され、入力電
気信号に比例した機機的制御信号（つまり油圧）
に変換出力される。機械的制御信号は蒸気加減弁
油筒２２によつて操作力を増幅し、蒸気加減３の
弁開度を制御する。弁開度の変化は高圧タービン
４に流入する蒸気量を変化させる。また、低値優
先回路１７の出力の他方は、蒸気加減弁３と抽気
加減弁５の容量を補正するための補正定数２３を
介して加算器２４に入力される。加算器２４では
抽気圧力制御系からの信号と速度制御系からの信
号とを加え合わせて抽気加減弁５の開度信号が作
り出される。この抽気加減弁開度信号はパワーア
ンプ２５に入力されて電力増幅され、電油変換器
２６を動かすだけの大きさをもつた制御信号とな
る。この電気信号は電油変換器２６において機械
的な制御信号に変換される。この制御信号は抽気
加減弁油筒２７によつて抽気加減弁５を動かす操
作力に増幅されて抽気加減弁５の弁開度を制御す
る。その弁開度の変化低圧タービン６への蒸気流
入量を変化させる。

さて、高圧タービン４の出口から抽出された蒸
気圧力は圧力検出器２８にて抽気圧力に比例した
アナログ信号に変換され、実抽気圧力信号とな
る。この実抽気圧力は比較２９で抽気圧力設定器
３０からの設定信号と比較され、その結果生じた
偏差信号は抽気圧力制御回路３１において抽気圧
力調定率に合つた抽気圧力制御信号が作り出さ
れ、低値優先回路３２に入力される。この低値優
先回路３２では抽気制限器３３からの制限信号と
抽気圧力制御信号との比較が行われ、いずれか低
い値の信号が低値優先回路３２から出力される。
通常、抽気制限器３３のセツト量は最大抽気量で
あり、したがつて低値優先回路３２は抽気圧力制
御信号を優先する。この低値優先回路３２の出力
すなわち抽気圧力信号は２つに分岐され、その一
方は高圧タービン４と低圧タービン６の出力比を
補正するための補正定数３４を介して加算器１９
において速度制御信号と加え合わされる。また抽
気圧力信号の他方は加算器２４に入力されて定数
２３を介して入力される速度制御信号と加え合わ
され、抽気加減弁制御信号として出力される。

以上のような構成による従来制御装置によれば
速度制御と抽気圧制御とが互に干渉することなく
制御することが可能であることは周知の通りであ
る。ところが、上記従来の装置では蒸気加減弁３
に入力される制御信号の最大値は負荷制限器１８
からの最大制限値と抽気制限器２３からの最大制
限値を加え合わせた値となる。したがつて、この
ような構成のままで前述のように発電機出力と抽
気量の最大値が同一運転上にないような状態とな
つた場合、負荷制限器１８からの最大制限値と抽
気制限器３３からの最大制限値とを加え合わせた
値は蒸気加減弁３に入るべき制御信号の最大値を
越えることになる。

このことを第２図を用いてさらに詳しく説明す
る。第２図は負荷制限器１８および抽気制限器３
３の開度と蒸気加減弁３の開度制限値との関係を
示す説明図である。図中、Ａは負荷制限器１８の
加減弁開度制限値100％における加減弁３の開度
制限値を示し、Ｂは抽気制限器３３の加減弁開度
制限値100％における加減弁３の開度制限値を示
す。これら開度制限値ＡとＢを加え合わせた値が
蒸気加減弁開度100％の値となり、この状態で発
電機出力最大と抽気量最大の双方の条件をもとに
蒸気タービンを運転することができる。ところ
が、発電機出力の最大値をαだけ大きくした場
合、負荷制限器100％における蒸気加減弁３の開
度制限値はＡ＋αとなり、また、抽気量の最大値
をβだけ大きくした場合には抽気制限器100％に
おける蒸気加減弁の開度制限値がＢ＋βとなる。
すると、負荷制限器100％と抽気制限器100％にお
ける蒸気加減弁の開度制限値はＡ＋Ｂ＋α＋βと
なつて蒸気加減弁開度100％よりα＋β分だけ大
きくなる。

したがつて、もし、蒸気加減弁開度信号がα＋
β分だけ大きいままに運転され、その状態で負荷
しや断が生じた場合にはα＋βの増加分に見合つ
たタービン回転数の上昇があつて始めて蒸気加減
弁を閉じ始めることとなり、蒸気加減弁の開度を
無負荷開度まで閉じ込めるためには相当高い回転
数まで上昇する。この回転数上昇値が非常調速機
を作動させる回転数にまで達する恐れがある。い
ずれにしてもどのような運転条件においても蒸気
加減弁の開度制限値が100％を越すことは、負荷
しや断時に回転数上昇値を高めることとなり、良
好な運転ができなくなる。

そこで、本発明は負荷遮断時における回転数上
昇値を抑制すると共に、発電機出力の最大値と抽
気量の最大値を増加しうる抽気復水タービンの制
御装置を提供することを目的とする。

以下本発明を図示する実施例に基づいて説明す
る。第３図は本発明による抽気復水タービンの制
御装置の一構成例を示すブロツク図である。な
お、第３図において第１図と同一の部分は同一符
号とし、説明は省略する。

まず、第３図を参照して、定数３４と加算器１
９との間には制限器３５が設けられており、低値
優先回路３２と加算器２４との間に非線形回路３
６が設けられている。低値優先回路３２の出力
（抽気圧力制御信号）は２つに分岐されるが、そ
の一方は定数３４を介して制限器３５に入る。こ
の制限器３５は負荷制限器１８からの蒸気加減弁
開度制限値と抽気制限器３３からの蒸気加減弁開
度制限値の加え合わせた値が蒸気加減弁の最大開
度以上とならないように、抽気制限器３３の制限
信号に関係なく抽気圧制御信号を制限する。この
制限器３５によつて、発電機出力の最大値が増加
しても蒸気加減弁の開度信号が100％開度以上に
増加することを防止できる。また、低値優先回路
３２の出力の他方は非線形回路３６に入力され
る。制限器３５によつて蒸気加減弁３の抽気圧力
制御信号が制限された場合、抽気圧力制御は抽気
加減５のみで行なわれることになり、従来の圧力
調定率では抽気流量の変動に対する圧力変動が大
きくなつてしまう。この現象を防止するために制
限器３５にて制限される時点と同じ時点で抽気加
減弁５の抽気圧力制御信号のゲインを変えるよう
補正する非線形回路３６が設けられている。以上
の制限器３５および非線形回路３６を設けること
によつて、発電機出力の最大値と抽気量最大値の
異なる運転条件下にある抽気復水タービンの制御
が可能となり、負荷しや断時の過速度の問題も解
消される。

第５図は非線形回路３６の特性を示した図で、
Ｘは非線形回路３６の出力で抽気流量がβだけ増
加した場合の抽気圧力制御信号、Ｙも同様に出力
であるが、制限器３５によつて制限された蒸気加
減弁の開度相当分である。この蒸気加減弁の開度
相当分は、制限器３５によつて制限された状態よ
りも増加することになる。

第５図に本発明により制御された負荷制限器１
８の開度および抽気制限器３３の開度と、蒸気加
減弁３の開度制限値との関係を示す。図からも解
るように、負荷制限器１８の開度に対する蒸気加
減弁３の開度制限値は出力増加時のＡ＋αとな
り、抽気制限器３３の開度に対する蒸気加減弁３
の開度制限値は蒸気加減弁開度100％値からＡ＋
αの開度を差し引いた開度すなわちB′となる。従
つて、これ以上に抽気圧力制御信号が増加したと
しても蒸気が加減弁への開度信号の増加は生せ
ず、抽気圧力制御信号の増加は全て抽気加減弁へ
の開度信号となり、抽気圧力は抽気加減弁のみで
制御されることになる。

かくして、第４図、第５図に示したような特性
を有する制限器３５、非線形回路３６を設けるこ
とによつて、発電機出力が最大となる運転状態で
抽気量が最大まで増加しても蒸気加減弁３の開度
信号が最大値を超えることなく常に制御される。
このような運転状態において、不測の発電機故
障、電力系統の故障等に起因する負荷遮断が生じ
ても、負荷遮断にするタービンの回転数増加に伴
なつて速度制御信号は減速するように作用し、蒸
気加減弁の開度も速度制御信号に遅れることなく
速やかに減少する。このため、タービンの回転数
上昇は従来の制御装置のように非常調速機の動作
点にまで上昇することがなく、タービンはトリツ
プせず、無負荷の状態で運転を継続しうる。

一方、発電機出力最大の状態で抽気量が増加し
て抽気量が最大となつた場合には抽気加減弁の開
度が減少し、低圧タービンへの流量が減少するた
めに低圧タービンの出力が減少し、発電機の最大
出力を保つことはできない。発電機出力最大で運
転できるのは、抽気量が第５図に示すＣ点のとこ
ろまでであり、これ以上抽気量が増加しても蒸気
加減弁３の流量は増加せず一定となり、高圧ター
ビン４の出力は一定である。これに対して抽気量
の増加は抽気加減弁の開度を減少させるために低
圧タービン１の流量が減少し、低圧タービンの出
力は減少する。この減少分が発電機出力の減少分
となる。

以上の通り本発明によれば、抽気復水タービン
において、発電機故障、電力系統故障等に起因す
る負荷遮断時の回転数の異常上昇を防止すること
ができ、かつ発電機出力ならびに抽気量の最大値
を増加することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は抽気復水タービンにおける従来の制御
装置を示すブロツク図、第２図従来制御装置にお
ける負荷制限器および抽気制限器による開度と蒸
気加減弁の開度との関係を示す特性図、第３図は
本発明による制御装置の構成を示すブロツク図、
第４図は非線形回路の特性を示す特性図、第５図
は本発明による制御装置における負荷制限器およ
び抽気制限器による開度と蒸気加減弁の開度との
関係を示す特性図である。 ３……蒸気加減弁、４……高圧タービン、５…
…抽気加減弁、６……低圧タービン、１１……速
度検出用電磁ピツクアツプ、１４……比較器、１
５……速度設定器、１６……速度制御回路、１８
……負荷制限器、１９……加算器、２２……蒸気
加減弁油筒、２３……補正定数、２４……加算
器、２７……抽気加減弁筒、２８……圧力検出
器、２９……比較器、３０……抽気圧力設定器、
３１……抽気圧力制御回路、３３……抽気制限
器、３４……補正定数、３５……制限器、３６…
…非線形回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タービンの実回転速度と設定速度との制御偏
   差に基づく速度制御信号と、実抽気流量または圧
   力と設定抽気流量または圧力との制御偏差に基づ
   く抽気制御信号との加算により蒸気加減弁開度信
   号を出力してタービン回転速度を制御する速度制
   御系、前記抽気制御信号と速度制御信号との加算
   により抽気加減弁開度信号を出力して抽気量を制
   御する抽気制御系、を備えた抽気復水タービンの
   制御装置において、 前記速度制御系の蒸気加減弁開度信号が蒸気加
   減弁に設定された最大開度以下の値となるように
   前記速度制御信号に加算される抽気制御信号の値
   を制限する制限器と、この制限器により制限され
   たとき同時に前記抽気制御系において速度制御信
   号と加算される抽気制御信号のゲインを蒸気加減
   弁に設定された最大開度以下を保持するよう補正
   すべく変更する非線形回路を具備した抽気復水タ
   ービンの制御装置。