JPS63117298A

JPS63117298A - タ−ビン制御装置

Info

Publication number: JPS63117298A
Application number: JP61261959A
Authority: JP
Inventors: 山本　正毅; 志田　統一
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-11-05
Filing date: 1986-11-05
Publication date: 1988-05-21

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蒸気加減弁や中間蒸
気加減弁を制御するタービン制御装置に係り、特に系統
周波数上昇時に蒸気加減弁の閉鎖量を制御し、不必要な
原子炉スクラムの発生を防止するのに最適なタービン制
御装置に関する。

〔従来の技術〕

第４図は沸騰水型原子力発電所設備の概要を示している
。第５図に基づいて設備を説明すれば、原子炉炉心５１
を内蔵する原子炉圧力容器５２は主蒸気加減弁６４の介
装された主蒸気配管５３によって高圧タービン５４に連
結される。高圧タービン５４と低圧タービン５５とは、
中間加減弁６５が介装されたクロスアラウンド管５９に
より接続されている。低圧タービン５５に連設された復
水器５６は給水配管５７により原子炉圧力容器５２に接
続されている。又、主蒸気配管５３には加減弁６３の上
流側に、タービンバイパス弁６４の介装されたタービン
バイパス配管５８が分岐して設けられており、復水器５
６に接続されている。

また、高圧タービン５４及び低圧タービン５５は、発電
機６０に連結されている。ｙＸ子炉圧力容器５２内の冷
却材は炉心５１を通過する際に加熱されて蒸気となる。

この蒸気は主蒸気配管５３を通してタービン５４及び５
５へ供給され、タービン５４及び５５を回転させる。こ
のタービンの回転により発電機６０は駆動される。一方
、タービンを駆動した後の蒸気は復水器５６へ流入して
冷却液化され、給水配管５７を通して原子炉圧力容器５
２へ戻される。

一方、タービン制御系６５につき説明を行なえば、ター
ビン制御系６５は、主蒸気配管５３に設けられた圧力検
出器６１により測定された圧力信号１に応じて原子炉圧
力制御を行う圧力調整機能と、速度検出器６２により測
定されたタービン速度信号６に応じてタービン出力制御
を行う速度／負荷調整機能を有しており、この両者の信
号によって加減弁（ＣＶ）６３とタービンバイパス弁（
ＴＢＶ）６４と中間加減弁（■ｖ）６５の協調制御を行
う。

通常運転中、加減弁６３は圧力検出器６１による検出圧
力を一定に保つようにその開度が制御される。例えば、
この検出圧力１が圧力設定値よりも上がる（下がる）と
、加減弁６３を開きく閉じ）。

タービン出力を増して（減らして）蒸気圧力を一定に保
とうとする。蒸気圧力がさらに上がって加減弁６３を絞
っても圧力上昇が抑えきれない場合には、バイパス弁６
４を開いて蒸気圧力の上昇を抑えるようにしている。こ
れが圧力調整機能である。

一方、急激な負荷変動などによりタービンの回転数が設
定値を越えた時、圧力調整機能に優先して加減弁６３の
関度を減らし、タービンの過速を防止する。これが速度
／負荷調整機能である。尚。

中間加減弁６５も、同様の速度／負荷調整機構により制
御されるが、加減弁６３が中間加減弁６５に先行して閉
される。

第２図は、従来技術におけるタービン制御系の動作を説
明するブロック図である０図において、主蒸気配管（又
は原子炉）に設置した圧力検出器で測定された圧力信号
１と予め設定した圧力設定値２との偏差信号は、フィル
タ回路３を通して圧力調定器４に入力される。圧力調定
器４は、前記の偏差信号に基づき全主蒸気流量信号５を
作成する。

一方、速度検出器で測定されたタービン速度信号６とタ
ービン速度設定値７との偏差信号８を加減弁速度調定器
９に入力し、加減弁速度制御信号１０を作成する。更に
加減弁速度制御信号１０に負荷設定器の出力信号である
負荷設定値１１を付加し、速度／負荷制御信号１２を作
成する。

又、タービン速度偏差信号８を中間加減弁速度調定器１
４に入力し、中間蒸気加減弁速度信号１３を作成する。

負荷設定値１１をＣＶ調定率ＺＩＶ調定率調定器１６に
入力し作成した中間加減弁閉鎖点始点バイアス１７と開
バイアス１５とを制御信号１３に付加し中間加減弁流量
信号１８を作成する。

前記の全主蒸気流量信号５と速度／負荷制御信号１．２
は低値優先回路１９に入力され、両者のうち低い方の信
号が加減弁流量要求信号２０として加減弁開度制御を行
う。

一方、タービンバイパス弁は全主蒸気流量信号５から加
減弁流量要求信号２０及び通常運転時のバイパス井チャ
タリング防止用バイアス信号２１を減算したバイパス弁
流量要求信号２２で開度制御される。

一般に沸騰水型原子力発電プラントでは、炉心内のボイ
ド（蒸気泡）量に基づいて原子炉出力調整を行っており
、原子炉圧力調整を行っており、原子炉圧力の変動によ
りボイド量が変化した場合には、中性子束はそれに敏感
に反応する。従って、通常運転中においては、圧力信号
に基づく全主蒸気流量信号５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で加減弁が動作す
ることのないように負荷設定値１１を全主蒸気流量信号
５の１０％程度以上に設定しである。そこで、加減弁速
度要求信号１０が一１０％以内（一般的に速度調定率は
１００％制御信号１５％速度変化であり、１０％の速度
要求信号は５０Ｈｚの場合０　、２５　Ｔ（ｚ　　に相
当する）のタービン速度上昇に対しては加減弁は応答せ
ず、圧力制御を優先的に行うことになる。

一方、速度／負荷制御信号１２が１０％以上減少するよ
うなタービン速度上昇（０，２５Ｈｚ　以上の周波数上
昇）に対しては、速度／負荷制御信号１２が全主蒸気流
量信号５以下となり、低値優先回路１９で速度／負荷制
御信号１２が選択され、加減弁（第４図の６３）の絞り
動作が行なわれる。

この時、加減弁の絞り動作により余剰となった蒸気は、
金主蒸気流量信号５がら加減弁流量要求信号２０及びバ
イアス値２１を減算した結果のバイパス弁流量要求信号
２２によりタービンバイパス弁（第４図の６４）が開い
て処理される。このようにして、タービン速度の上昇（
０，２５Ｈｚ　　以上）に対し加減弁を絞り負荷を減少
させ、タービン速度の上昇を防止する。またその際、加
減弁６３とタービンバイパス弁６４とは協調動作し、原
子炉圧力はほとんど変化させることなく、プラント運転
を安定に継続できる。

次に第５図により、送電系統にて大きな外乱が発生して
３％負荷上昇、すなわち１　、５　Ｈｚ　　の周波数上
昇が生じた後、再度タービン回転数が定格整定状態とな
る場合の原子力発電プラントの応答を説明する。送電系
統において落雷等の事故が発生し、その影響により負荷
が部分的に欠落した場合は、系統周波数が上昇する。そ
の後、保護動作により故障が除去されると、系統周波数
は定常値に整定する。この時、タービン速度も系統周波
数に追従する。第５図はバイパス弁容量２５％の原子カ
プラントの応答を示している。図に示すように、１　、
５　Ｈｚ　　の周波数上昇に対し、速度制御信号が一６
０％となり、これにより速度／負荷制御信号は５０％と
なる。（負荷設定は１１０％とした）その結果、加減弁
開度は１００％がら５ｏ％に絞られる。同時にタービン
バイパス弁に対しても５０％開く要求信号が出るが、全
開しても２５％分の余剰蒸気しか処理できないため、主
蒸気流量ミスマツチにより原子炉圧力が上昇しボイド量
が減少する。この為中性子束は急上昇し、スクラム設定
値１２０％を上回った時点で中性子束高スクラムが発生
する。

以上示しめたように、２５％タービンバイパス容址０沸
騰水型原子力発電プラントでは、０．８２５Ｈｚ（加減
弁を２５％絞る系統周波数上昇に対応する）以上の周波
数上昇に対しスクラムに至ることがわかる。このように
バイパス弁容量が定格蒸気流量の１００％に満たないプ
ラントにおいては、負荷設定の値に応じ（発生蒸気量）＝（バイパス弁容量）＋（加減弁流量）となる臨界周波数Ｆｃ（Ｈｚ）が存在し、この周波数以
上では中性子束高による原子炉スクラムが発生してプラ
ント運転の継続ができなくなるという問題がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では２５％バイパス機等の部分バイパスプ
ラントにおいて、送電系統での事故発生時に生ずる系統
周波数（タービン速度）の上昇により不必要なスクラム
が発生するという問題点があった。

本発明の目的は上記系統周波数上昇に対しプラント耐久
力を向上させ、不必要なスクラム発生を防止するタービ
ン制御装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、従来装置が系統周波数上昇時の加減弁全
開時を系統周波数上昇幅に比例させている為発生し、特
に２５％タービンバイパスプラントで０　、８２５　Ｈ
ｚ　以上の周波数上昇によりスクラムに至る点に着目し
、加減弁閉鎖特性に非線型特性を持たせ、加減弁の閉鎖
量を制限補償することにより（１、５Ｈｚ　程度の）Ｊ
Ｍ子炉をスクラムする必要のない系統周波数の上昇に対
し、スクラムの発生が防止される。

〔作用〕

上述のように構成したタービン制御装置においては関数
発生器は加減弁閉鎖特性に非線型性を持たせる様な偏差
補償信号を作成する。この補償倍量をタービン速度信号
に重畳させることにより、加減弁閉鎖特性は周波数依存
となり、運転継続が可能な程度の周波数上昇に対しては
バイパス弁容量以上には加減弁を絞らない為、不必要な
スクラムが回避される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図により説明する。

第１図は、タービン制御系のうち加減弁、タービンバイ
パス弁及び中間加減弁流量要求信号演算回路を示すもの
である０図においてタービン速度偏差信号８は、関数発
生器２３により偏差補償信号２４に変換される。一方、
主蒸気流量４０％以下の時タービン加速度防止信号２５
が発せられ、スイッチ２６は切となり、タービン速度補
償信号２７はＯとなる。タービン加速度防止信号２５が
存在しない時には、スイッチ２６は入となり速度偏差補
償信号２７は偏差補償信号２４に等しくなる。このよう
にして得られる速度補償信号２７はタービン速度偏差信
号８に加算され、補償された速度偏差信号２８となる。

第６図に周波数上昇幅と偏差信号の関係を示す０図中で
偏差補償信号２４を一点鎖線で、主蒸気流量４０％以下
の場合の補償された速度偏差信号２８を破線で、主蒸気
流量４０％以上の場合の補償された速度偏差信号２８を
実線で示した。

主蒸気流量４０％以下の時速度補償信号を０とし、速度
偏差信号を従来技術と同様の直線調定率としているのは
次の理由による。すなわち４０％出力以下からの全負荷
遮断が発生した時、非線型の調定率（第５図の実線部に
相当）を用いると加減弁の絞り込み途中で開度保持状！
（７５％開度にて）を続ける為、加減弁全開時には中間
加減弁急閉動作条件の中間蒸気圧力１５％出力相当以上
とならない可能性がある。この時中間加減弁は急閉せず
タービン速度上昇によりタービン過速度トリップが発生
する。この様な事象の発生を防止する為、４０％出力以
下の場合は従来と同様の直線調定率を採用することとす
る。この時、加減弁全閉後中間加減弁は急閉しタービン
過速度は回避されることになる。

（第１図参照）補償された速度偏差信号２８は加減弁速
度調定器９により加減弁速度信号１０に変換される。第
７図に周波数上昇幅と加減弁速度制御信号との関係を示
す０図中の実線及び波線の意味は第６図と同様である。

周波数上昇幅が０　、８７５　！（Ｚ　　以下では従来
技術と同様の線型特性であるが、０．８７５Ｈｚ　　を
越えて１　、５　Ｈｚまでは、加減弁速度信号は一定（
＝−３５％）となる。１　、５　Ｈｚ　以上の領域では
再び線型特性となる。この加減弁速度信号１０は負荷設
定値１１と加算され速度／負荷制御信号となる。負荷設
定が１１０％の場合の周波数上昇幅と速度／負荷制御信
号の関係を第８図に示す。周波数上昇幅が０．８７５Ｈ
７を越えて１　、５　Ｈｚ　　までは、速度／負荷制御
信号は一定値７５％となる。この時の蒸気流量減少分２
５％はタービンバイパス弁全開により復水器に導かれる
。したがって、原子炉圧力の上昇は抑えられ、中性子束
の上昇も小さく。

スクラムは発生しない。

第３図は上記と異なる実施例を示す。本実施例は、関数
発生器２３により得られる速度偏差補償信号２７とター
ビン速度偏差信号８を切替スイッチ３１により切替え、
補償された速度偏差信号２８として出力するものである
。尚、切替スイッタ３１は、タービン過速度防止信号２
５により自動切替される。本実施例においても前能の実
施例と同様に第８図に示す制御特性が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、系統周波数上昇時に加減弁を絞る場合
に、系統周波数に応じて加減弁を絞るために、運転継続
が可能な程度の周波数上昇に対してはバイパス弁容量以
上には加減弁を絞らないで済むから、原子炉圧力の上昇
は抑えられ、中性子束スクラムの発生が防止される。そ
れとともに、４０％以力以下では従来の直線の調定率を
用いる為タービン可速度トリップ発生も防止される。

【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実施例を説明
するブロック図、第２図は従来のタービン制御装置のブ
ロック図、第３図は本発明の一実施例のブロック図、第
４図は沸騰水型原子力発電プラントの概略的な系統図、
第５図は従来装置での周波数１．５Ｈｚ　上昇時の過渡
応答を示す図表、第６図は周波数上昇幅と偏差信号の関
係を示す図表、第７図は周波数に依存する加減弁速度制
御信号の一例を示す図表、第８図は周波数と速度／負荷
制御信号の一例を示す図表である。１・・・圧力信号、２・・・圧力設定値、３・・・フィ
ルタ回路、４・・・圧力調定器、５・・・全主蒸気流量
信号、６・・・タービン速度信号、７・・・タービン速
度設定値、８・・・偏差信号、９・・・加減弁速度調定
器、１ｏ・・・加減弁速度制御信号、１１・・・負荷設
定値、１２・・・速度／負荷制御信号、１３・・・中間
加減弁速度制御信号、１４・・・中間蒸気加減弁速度調
定器、１５・・・中間蒸気加減弁開バイアス、１６・・
・Ｃｖ屑定率／ＩＶ調定率調定器、１７・・・中間加減
弁閉鎖開始点バイアス、１８・・・中間加減弁流量信号
、１９・・・低値優先回路、２０・・・加減弁流量要求
信号、２１・・・チャタリング防止バイアス信号、２２
・・・バイパス弁流量要求信号、２３・・・関数発生器
、２４・・・偏差補償信号、２５・・・タービン加速度
防止信号、２６・・・スイッチ、２７・・・速度偏差補
償信号、２８・・・補償された速度偏差信号、３１・・
・切替スイッチ、５１・・・原子炉炉心、５２・・・原
子炉圧力容器、５３・・・主蒸気配管、５４・・・高圧
タービン、５５・・・低圧タービン、５６・・・復水器
、５７・・・給水配管、５８・・・タービンバイパス配
管、５９・・・クロスアラウンド管、６０・・・発電機
、６１・・・圧力検出器、６２・・・速度検出器、６３
・・・加減弁、６４・・・タービンバイパス弁、６５・
・・中間加減弁、６６・・・タービン制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】１、（イ）沸騰水型原子力発電所の原子炉及び主蒸気配
管の少なくとも何れか一方に設置された圧力検出器の測
定値と、予め定められた圧力設定値との偏差とによる全
主蒸気流量信号と、（ロ）タービン速度検出器の測定値
と、予め定められた速度設定値との偏差信号とによる加
減弁速度制御信号に、負荷設定器の設定値を加算した速
度／負荷制御信号とを算出し、（ハ）前記全蒸気流量信
号と速度／負荷制御信号とを比較して低い方の価を加減
弁流量要求信号として加減弁開度を制御するとともに、
全主蒸気流量信号から加減弁流量要求信号を減算した値
をバイパス弁流量要求信号としてバイパス弁開度を制御
し、前記タービン速度の偏差信号に基づいて算出した中
間蒸気加減弁速度制御信号にバイアス値を加算した値を
中間加減弁流量信号として中間蒸気加減弁開度を制御す
るタービン制御装置において、前記のタービン速度偏差
信号から加減弁速度制御信号を算出する関数発生器を設
けたことを特徴とするタービン制御装置。２、前記の関数発生器は、該関数発生器が算出した信号
と、前記のタービン速度偏差信号とを切り替えるスイッ
チ手段を備えたものであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項に記載のタービン制御装置。３、前記の切替スイッチ手段は、タービンの運転領域に
応じて自動的に切り替えられるものであることを特徴と
する特許請求の範囲第２項に記載のタービン制御装置。