JPS62195404A - タ−ビン制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、沸騰水型原子力発電所のタービン制御装置に
係り、特に系統外乱が発生しタービン負荷減少、タービ
ン速度変化が生じた場合、原子炉スクラムを発生させず
に適切な発電を継続させ得るタービン制御装置に関する
。

〔従来の技術〕

タービン制御系は、検出された圧力信号に応じて原子炉
圧力を制御する圧力調整機能と、検出されたタービン速
度信号及び負荷設定値に応じてタービン出力を制御する
速度／負荷調整機能の２つを有しており、この両者の信
号により加減弁とタービンバイパス弁の協調制御を行っ
ている。また、電力系統に事故があった場合、これを検
出するパワーロードアンバランスリレーが動作し、加減
弁は急閉され、原子炉圧力はタービンバイパス弁で制御
される。（特開昭５６−１４５３９７号）〔発明が解決
しようとする問題点〕 第２図は沸騰水型原子カプラントにおけるタービン制御
系の構成を示す図である。図において、原子炉１で発生
した蒸気は、加減弁２を通り、高圧タービン３．インタ
ーセプト弁４．低圧タービン５を経由して復水器６へ導
びかれる。これらのタービンが回転すると、発電機７に
おいて発電が行われる。通常タービンバイパス弁８は全
開、インターセプト弁４は全開となっており、加減弁２
により蒸気流量が制御される。これらの弁２，４゜８は
、タービン速度検出器９により測定されたタービン速度
信号１０と原子炉または主蒸気配管に設置された圧力検
出器１１により測定された圧力信号１２とを入力とする
タービン制御系１３からの出力信号１４〜１６の協調動
作要求に従うようになっている。このシステムには更に
、電力系統負荷すなわち発電機電流１７と原子炉出力す
なわちタービン中間蒸気圧力検出器１８により検出され
た中間蒸気圧力信号１９との偏差を常時監視しているパ
ワーロードアンバランスリレー２０が別途設置されてお
り、原子炉出力に比べて、電力系統負荷の低下が４０％
以上かつ４０％／１０ミリ秒以内となった場合、異常状
態信号２１をタービン制御系１３に出力するとともに、
加減弁２の制御油圧ライン２２に設置された急速作動電
磁弁２３を励磁し、制御油圧をダンプさせて加減弁２を
急閉する構成となっている。

第３図は上記のタービン制御系の動作を説明する図であ
る。図において、圧力信号１２はあらかじめ設定された
圧力設定値２４を減算され、圧力調節器２５に入力され
る。これにより全土蒸気流量信号２６が作成される。一
方、タービン速度検出器により測定されたタービン速度
信号１ｏとタービン速度設定値２７との偏差信号を速度
調定器２８に入力しタービン速度制御信号２９を作成す
る。更に、速度制御信号２９に負荷設定器の出力信号で
ある負荷設定値３０を付加することにより、速度／負荷
制御信号３１を作成する。全土蒸気流量信号２６と上記
演算された速度／負荷制御信号３１は低値優先回路３２
に入力され、両者の低値側の信号が加減弁流量要求信号
１５として加減弁開度制御を行うことになる。なお、沸
騰水型原子力発電所では加減弁を４弁有しており、加減
弁流量要求信号１５は各弁に入力される。

一方、バイパス弁は全主蒸気流量信号２６から加減弁流
量要求信号１５を減算したバイパス弁流量要求信号１４
で開度制御を行う。

ここで、沸騰水型原子力発電所は出カ一定運転を基本と
しており、通常運転においては圧力信号１２による全土
蒸気流量信号２６で加減弁が優先的に制御され、タービ
ン速度の比較的小さな変動に応じて加減弁が動作するこ
とのないよう負荷設定値３０を全主蒸気流量信号２６の
１０％程度上に設定しである。

なお、タービン速度が異常に上昇した場合、高圧タービ
ンから低圧タービンへ流れ込む主蒸気流量をも遮断すべ
く設けられたインタセプト弁４が閉じるよう、タービン
速度検出器により測定されたタービン速度１０とタービ
ン速度設定値２７との偏差信号３３をインターセプト弁
速度調定器３４に入力し、更にインターセプト弁調定ゲ
イン３５を付した負荷設定値３０及びインターセプト弁
開バイアス３６を加算したインターセプト弁流量要求信
号１６でインタセプト弁４の開度制御を行う。

第４図は従来設計のパワーロードアンバランスリレーに
よる加減弁急閉の動作を説明する図である。図において
発電機出力に比較し、発電機の負荷の減少幅かつ減少率
が大きい場合にこれを検出するパワーロードアンバラン
スリレー２０の動作信号２１は加減弁を急閉させるため
の急速作動電磁弁２３Ａ〜２３Ｄに与えられる。この場
合各電磁弁への信号ラインには瞬時動作時限復帰のタイ
マ３７Ａ〜３７Ｄが設けられ、それぞれのタイマは１秒
、２秒、３秒、４秒に設定されている。またパワーロー
ドアンバランスリレー作動信号２１は第１図にも示した
ごとくタービン制御系へ異常状態信号としても送られる
。

以上のようなタービン制御系において、送電系統の事故
が生じた場合のインターロック動作を次に説明する。

第３図及び第４図において送電系統で落雷等の事故が発
生し負荷が欠落すると、これに伴い系統周波数が上昇す
る。この系統周波数の上昇すなわちタービン速度の上昇
を抑制すべく設置されたパワーロードアンバランスリレ
ー２０が動作し、急速作動電磁弁２３が４弁開時に励磁
され、加減弁の油圧を急速に減下させ加減弁４弁を急閉
する。

また同時にパワーロードアンバランスリレー信号２１に
より、負荷設定値３０は零となり、タービン速度１０が
上昇していることとあいまって速度／負荷制御信号３１
は負の値（制御１零）となる。

本信号は全土蒸気流量信号２６よりも小さく、低値優先
回路３２を通り、加減弁流量信号１５も零となる。これ
に伴い全主蒸気流量信号２６はそのままバイパス弁流量
要求信号１４となり、バイパス弁が開き原子炉圧力の制
御はバイパス弁により行わ−れることになる。

一方、パワーロードアンバランスリレーが動作するよう
な系統外乱があった場合はタービン速度１０の上昇も大
きく、タービン速度設定値２７との偏差が２％を越える
とインターセプト弁速度調定器３４の出力とインターセ
プト弁開バイアス３７　（１００％）の加算信号である
インターセプト弁流量要求信号１６は負値となり、イン
ターセプト弁は全開となる。

上記の一連の動作によって、加減弁２及びインターセプ
ト弁が全閉となるため、発電機から送電系統への出力は
なくなり、系統周波数の異常な上昇は抑制される。

その後、送電系統側での故障除去によりタービン回転数
が再び降下する過程において、速度偏差信号３３が２％
以下になるとインターセプト弁速度調定器３４の出力は
一１００％より大きくなるため、インターセプト弁開バ
イアス３６　（１００％）との加算信号であるインタセ
プト弁開信号１６は正の値となり、一度全閉したインタ
ーセプト弁は再開する。

上記により、高圧タービン以降に設置されたインターセ
プト弁が開き、かつ高圧タービン入口に設置された加減
弁はなお閉じた状態となることから、インターセプト弁
上流側の圧力が低下し、この圧力（発電低出力と見做す
）と発電気負荷との偏差が４０％以下となると、パワー
ロードアンバランスリレーは自動的にリセットされる。

パワーロードアンバランスリレー２０がリセットされる
と、加減弁急速作動電磁弁２３はそれぞれ１秒後。

２秒後、３秒後、４秒後にリセットされ、再び制御系か
らの開要求に従って動くことができるようにしである。

なお、このようにリセットのための時間遅れ回路２４を
設け、かつそのタイマが４弁とも異なるのは、制御油圧
回復時の油圧変動を小さくするためであり、タイマーな
しに４弁を同時にリセットさせることはハードウェア上
困難である。

また、パワーロードアンバランスリレー信号２１がリセ
ットすると、負荷設定値３０は、パワーロードアンバラ
ンスリレーリセット後の値（例えば２０％）に再設定さ
れ、タービン速度５が１００．８％以下に低下してくる
と、速度／負荷制御信号３１すなわち加減弁流量要求信
号１５は正の値となり、急速作動電磁弁がリセットされ
た加減弁は再び開くようになっている。一方、バイパス
弁は全蒸気流信号２６から、この加減弁流量要求信号１
５を減じたバイパス弁流量要求信号１４にて開度制御さ
れる。

それ以降は、加減弁によるタービン速度制御とバイパス
弁による圧力制御が協調した形で運転が継続される。

以上のようなインターロックとシステム動作において、
一度上昇したタービン速度が再び低下する場合の速度低
下幅が大きかった場合のプラント挙動について次に説明
する。

送電系の事故において発電機の負荷が減少した場合、他
の発電プラントも上記と同様に発電量を抑制すべく動作
するため、場合によっては必要負荷以上に発電量が減少
してしまうことがあり得る。

上記状態となった場合、一端上界した系統周波数は、そ
の後急激に低下し、周波数低下しすぎによるタービント
リップ・が生じ得る。タービン速度が一端上昇し、その
後１０２％まで低下してくると、前述のごとくインター
セプト弁４が開き、パワーロードアンバランスリレー２
０が自動リセットされるが、加減弁はパワーロードアン
バランスリレ−リセット後置も早い弁で１秒、最も遅い
弁で４秒経過しないと再開できないため、この間タービ
ン速度がｔｏｏ、ａ％以下に低下すると、加減弁流量要
求信号１５が正の値となり、発電後に蒸気を送れという
制御系の要求にもかかわらず、加減弁は開かないことに
なる。このため、系統周波数の低下を抑制できず、その
低下をむしろ助長してしまうことになる。

本発明の目的は、電力系統外乱によるタービン負荷減少
が生じ加減弁が急閉した後、タービン速度が低下した場
合の加減弁再開動作を電力系統からの要求に従い円滑に
行わせ、電力系統の外乱を抑制するとともに、この外乱
によるプラント停止の発生確率を下げることができるタ
ービン制御装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、パワーロードア
ンバランスリレーからの異常状態信号により起動し急速
作動電磁弁の励磁直後に時限動作を終るタイマと、この
タイマの出力を受けて電磁弁への異常状態信号を遮断す
るワイプアウト回路とを、パワーロードアンバランスリ
レーと電磁弁との間に設け、パワーロードアンバランス
リレーのリセットに先立ち、加減弁の油圧を回復してお
くタービン制御装置を提案するものである。

〔作用〕

電力系統において送電線事故等が生じタービン負荷が減
少した場合、これを検出するパワーロードアンバランス
・リレーが動作し、制御油圧を下げて、加減弁を急閉し
発電機からの送電をほとんど停止させ系統周波数の上昇
すなわちタービン速度の上昇を抑制する。この時、他の
発電ユニット（ｍ予力、火力発電所等）も同様な動作を
行うため、その後の系統周波数すなわちタービン速度が
必要以上に低下することがあり得るにの場合、タービン
制御系は再び系統周波数の回復すなわちタービン速度の
回復を行うべく、パワーロードアンバランスリレーがリ
セットし、制御油圧回復。

加減弁再開を行う。

本発明は、前記電力系統からの要求に対し、従来の設計
ではタービン速度低下を抑制開始する必要のあるパワー
ロードアンバランスリレーリセットが行われたにも拘ら
ず、制御油圧回復がパワーロードアンバランスリレーリ
セット後に行われ、かつ油圧回復に時間を要すことから
、系統が必要とする電力を発電機からタイムリーに供給
できなかったことに着目し、パワーロードアンバランス
リレー動作後、所定の時間内に制御油圧を回復させてお
くことにより、その後のパワーロードアンバランスリレ
ーリセット時には、系統からの要求に従って迅速に加減
弁を再開させるようにし、系統が必要とする電力をタイ
ムリーに発電機がら供給できるようにしたものである。

〔実施例〕

次に、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図は本発明よりなる系統周波数変動を小さく抑制す
るためのタービン制御装置（第４図に相当する部分のみ
図示）を示したものである。

第４図の従来例と異なるのは、パワーロードアンバラン
スリレー２０と急速作動電磁弁２３との間にタイマ３８
とワイプアウト回路３９とを設けたことである。

本実施例は、パワーロードアンバランスリレー２０が動
作した場合、このパワーロードアンバランスリレー２０
がリセットすることを待たずに。

時限動作、瞬時復帰のタイマ３８とワイプアウト回路３
９とにより急速作動電磁弁２３をリセットしてしまうと
ころに特徴がある。この場合、従来装置と同様、各電磁
弁への信号ラインには瞬時動作１時限復帰タイマ３７Ａ
〜３７Ｄを設けてあり、かつそのタイマ差は１秒として
いるため、制御油圧回復におけるハードウェア上の問題
はない。

上記実施例のインターロックによれば、電力系統の外乱
による加減弁急閉後、系統周波数すなわちタービン速度
が上昇している間に急速作動電磁弁をリセットし、いつ
でも要求があれば加減弁を再開できるため、その後に生
じる可能性のある系統周波数すなわちタービン速度の低
下をタイムリーに抑制できることになる。

次に、本発明と従来例とを比較するために、具体的なプ
ラント挙動について説明する。

第５図（従来例）及び第６図（本発明）は、パワーロー
ドアンバランスリレー動作に至るような系統事故が生じ
た場合のタービン速度、インターセプト弁、蒸気加減弁
の変化を示したちである。

送電線事故が生じタービン負荷が減少すると、パワーロ
ードアンバランスリレーの動作により加減弁急閉が、タ
ービン速度の上昇によりインターセプト弁急閉が生じる
。このためタービン速度が一時的に上昇するが、加減弁
及びインターセプト弁が閉じ、発電を停止することから
、タービン速度は再び低下する。タービン速度が１０２
％まで低下すると、タービン制御系の動作によりインタ
セプト弁はある一定の速度で開き始める。インターセプ
ト弁は高圧タービンと低圧タービンの中間にあるが、イ
ンターセプト弁が開き始めると、上流側にあるパワーロ
ードアンバランスリレーの検出圧力は急激に低下し、出
力（タービン中間蒸気圧力）−負荷（発電機電流）のア
ンバランス（４０％偏差）が減少し、パワーロードアン
バランスリレーがリセットされる。

第５図は上記状況下での１、従来設計におけるプラント
挙動である。パワーロードアンバランスリレーリセット
後、タービン速度は初期値以下になっているにも拘わら
ず、加減弁の制御油圧回復に時間を要し、加減弁が開き
始めるのが遅れるため。

タービン速度の低下が大きい。このため、場合によって
はこれに起因して原子炉はスクラムに至り得る。

一方、第６図は前記状況に本発明のタービン制御装置を
用いた場合のプラント挙動である。加減弁の制御油圧は
パワーロードアンバランスリレー作動後半期に回復され
ており、パワーローアンバランスリレーリセットすなわ
ち系統への送電が必要となった時点で加減弁はタイムリ
ーに開き始めている。このため、タービン速度の低下幅
も小さく、このプラントのみならず、他の発電プラント
も安定な運転が可能となる。

なお、第３図において、従来のタービン制御装置によれ
ば、パワーロードアンバランリレーリセット後タービン
速度１０が大きく低下した場合、加減弁が再開できない
うちにまたは十分制御信号に従った開度まで開かないう
ちに、加減弁流量要求信号１５が大きくなるため、制御
上は加減弁が十分量いているものと見做され、金主蒸気
流量信号２６から加減弁流量要求信号１５を減算したバ
イパス流量要求信号１４が必要以上に小さくなり、原子
炉圧力高スクラムに至る可能性がある。

これに対し１本発明によるタービン制御装置にし よれば、パワーロードアンパランスリ乏リセット後の金
主蒸気流量信号２６と実際の加減弁流量のミスマツチが
ほとんどなくなるため、上記のような圧力高スクラムに
至ることもなく安定にプラント運転を継続できる。効果
もある。

第５図の時点Ｂ及び第６図の時点Ａは加減弁を急閉させ
た電磁弁のリセット開始時点を表わす。

Ａ時点が前にあることから、加減弁の油圧が回復するの
が早くなっていることがわかる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電力系統外乱が生じ、加減弁急閉に至
るような周波数変動が生じても、急閉した加減弁をいつ
でも開かせられるように早期に制御油圧回復を行うため
、その後周波数が低下した場合にも加減弁が要求に従っ
てタイムリーに開き過渡時の系統周波数変動を小さく抑
制できる。

このため、そのプラントのみならず、他の発電所のター
ビン変動幅も小さくでき、多くのプラントトリップの発
生確率を下げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるタービン制御装置のインターロッ
クを示す図、第２図は従来のタービン制御装置の系統図
、第３図はタービン制御系の動作を説明する図、第４図
は従来のタービン制御装置のインターロックを示す図、
第５図は従来装置によるプラント応答を示す図、第６図
は本発明装置によるプラント応答を示す図である。 １・・・原子炉、２・・・加減弁、３・・・高圧タービ
ン、４・・・インターセプト弁、５・・・低圧タービン
、６・・・復水器、７・・・発電機、８・・・タービン
バイパス弁、９・・・タービン速度検出器、１０・・・
タービン速度信号、１１・・・圧力検出器、１２・・・
圧力信号、１３・・・タービン制御系、１４・・・バイ
パス弁流量要求信号、１５・・・加減弁流量要求信号５
１６・・・インターセプト弁流量要求信号、１７・・・
発電機電流、１８・・・タービン中間蒸気圧力検出器、
１９・・・中間蒸気圧力信号、２ｏ・・・パワーロード
アンバランスリレー、２１・・・異常状態信号、２２・
・・制御油圧ライン。 ２３・・・急速作動電磁弁、２４・・・圧力設定値、２
５・・・圧力調節器、２６・・・全土蒸気流量信号、２
７・・・タービン速度設定値、２８・・・速度調定器、
２９・・・速度制御信号、３０・・・負荷設定値、３１
・・・速度／負荷制御信号、３２・・・低値優先回路、
３３・・・偏差信号、３４・・・インターセプト弁速度
調定器、３５・・・インターセプト弁調定ゲイン、３６
・・・インターセプト弁開バイアス、３７・・・急速作
動電磁弁タイマ、３８・・・急速作動電磁弁リセットタ
イマ、３９・・・ワイプアウト回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、タービン出力と発電機負荷との間にアンバランスが
   生じたときにこれをパワーロードアンバランスリレーで
   検知し、異常状態信号をタービン制御系に出力するとと
   もに、加減弁の制御油圧ラインに設置した電磁弁を励磁
   し、制御油圧をダンプさせて加減弁を急閉するタービン
   制御装置において、前記異常状態信号により起動し前記
   電磁弁の励磁直後に時限動作を終るタイマとこのタイマ
   の出力を受けて前記電磁弁への異常状態信号を遮断する
   ワイプアウト回路とをパワーロードアンバランスリレー
   と電磁弁との間に設け、パワーロードアンバランスリレ
   ーのリセツトに先立ち加減弁の制御油圧を回復しておく
   ことを特徴とするタービン制御装置。