JPS6313005B2

JPS6313005B2 -

Info

Publication number: JPS6313005B2
Application number: JP53146523A
Authority: JP
Inventors: Naganobu Honda; Yasuhiro Amahi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-11-29
Filing date: 1978-11-29
Publication date: 1988-03-23
Also published as: JPS5572606A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はタービン制御装置に係り、特に周波数
低下時の負荷の急増さらには周波数上昇時のボイ
ラ側への悪影響を防ぐことのできるタービン制御
装置に関する。

〔従来の技術〕

第１図はタービン制御システムの概要を示した
ものである。ボイラ１で発生した蒸気は主蒸気止
め弁２、加減弁３を通つて蒸気タービン１０に供
給される。タービン１０は通常高圧タービン１
１、中圧タービン１２、低圧タービン１３より構
成されている。蒸気は高圧タービン１１で仕事を
した後、再熱器１６で再び温度をあげられて再熱
蒸気止弁１７、インタセプト弁１８を通つてさら
に中圧タービン１２、低圧タービン１３で仕事を
し復水器１９で水となる。蒸気の仕事はタービン
１０により回転運動に変えられ発電機２０を駆動
し、発電機により発生した電力を電力系統に供給
する。タービン制御装置２２はタービン回転数、
負荷などを制御する。タービン１０の回転軸にと
りつけられている歯車１４の回転数を速度検出器
１５により検出する。また、タービンの負荷は電
力変換器２１により検出される。これらの検出信
号はタービン制御装置２２の入力装置２３に送ら
れ、演算装置２５で処理される。演算装置２５で
はタービンの回転数、負荷などを制御するために
主蒸気止め弁２、加減弁３，２６など複数弁の弁
位置を演算し、その位置になるよう各弁を駆動す
る。弁の駆動信号は出力装置２４から主蒸気止め
弁駆動ユニツト５、加減弁駆動ユニツト７，２８
など各弁の駆動ユニツトに送られ弁を駆動する。
弁の動きは主蒸気止め弁位置検出器４、加減弁位
置検出器６，２７など各弁の位置検出器により検
出されタービン制御装置２２の入力装置２３にフ
イードバツクされて、弁の位置を定位化する。

第２図はタービン制御装置２２の主要部の一部
を示したものである。タービン回転数は速度検出
器１５により検出される。検出された実速度信号
Ｎは速度設定器３１で設定される設定速度信号
N₀と比較器３２において図示の極性で比較され、
その偏差量ΔN（ΔN＝N₀−Ｎ）は調定率演算回
路３３に与えられる。調定率演算回路３３ではあ
らかじめ設定された速度調定率δに相当したゲイ
ンをかけて加算器３５に加える。加算器３５では
負荷設定器３４で設定された信号P₀を加え負荷
信号P_Gを作成する。速度調定率δは速度（発電
機が電力系統と接続され同期運転を行つていると
きは、系統の周波数に相当する。）が設定値（定
格値）から何％ずれると全負荷変化させるかとい
う値である。例えば、５％の調定率とは、５％の
速度偏差があれば、100％の負荷を変えることを
意味する。いま、100％負荷運転中に系統周波数
（速度）が５％上昇したと仮定すると、周波数を
安定に保つために０％迄負荷を絞る。

負荷信号P_Gは負荷制限器３６で設定された負
荷制限値P_Lと低値優先回路３７で比較され、低
い方の信号が最終負荷信号Ｐとなる。この負荷信
号Ｐは負荷分配回路３８，４２で各弁の負担量に
応じて配分されて、各弁の流量を決定し各弁の弁
位置を制御する。負荷分配回路３８の出力は比較
器３９で弁位置フイードバツク信号と比較され
る。比較器３９から得られる位置偏差信号は調節
制御回路４０により弁駆動信号に変えられて弁駆
動ユニツト７により加減弁３を調整する。加減弁
３の動きは位置検出器６により検出され、位置変
換回路４１を経てフイードバツクされ弁位置を安
定に制御する。通常、弁は複数個であり、他の加
減弁も同様に制御する。即ち、負荷分配回路４２
の出力は比較器４３で弁位置フイードバツク信号
と比較され、その偏差信号は調節制御回路４４に
より弁駆動信号に変換されて弁駆動ユニツト２８
により加減弁２６を調整する。この加減弁２６の
動きは位置検出器２７により位置変換回路４５を
経てフイードバツクされ、弁位置を安定に制御す
る。なお、低値優先回路３７で負荷信号P_Gが優
先されているときは調速運転と呼ばれ、負荷制限
信号P_Lが優先されているときは負荷制限運転と
呼ばれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、多くの発電所は通常調速運転を行い
系統周波数の安定化に寄与している。第３図は周
波数と負荷の関係を表わしたもので、横軸に負荷
Ｐ、縦軸にタービン回転数Ｎをとつている。負荷
信号P_Gは直線５１で、負荷制限信号P_Lは直線５
２で表わせる。ここで、直線５１の傾きが速度調
定率である。回転数が定格値N₀のときは負荷は
P₀であるが、周波数がN_Lまで低下すると直線５
１に沿つて負荷を増大させ負荷P_Lをとる。さら
に周波数が低下すると直線５１に沿つて負荷を増
大させようとするが負荷制限値P_Lによつて上限
を制限されP_Lより増大しない。

さて、定格周波数N₀で負荷P₀の調速運転を行
つているときに急激に周波数が低下すると、直線
５１に沿つて負荷を急増させるよう弁を急激に開
きタービンへの流入蒸気を急増させることにな
る。この急増量が大きいとボイラは追従すること
ができず蒸気圧力が低下するなどボイラ側に悪影
響を与え、最悪時ボイラ停止に至る。また、この
蒸気量急増変化はタービンロータに熱変化をもた
らしタービン寿命を消費するとともに、湿り蒸気
がタービンに流入する危険性もある。

以上の不具合をなくするため、従来は第３図に
示すように負荷制限器の設定値P_LをP₀よりΔPだ
け大きい値に自動追従させ、負荷の急増を防止し
ているが、自動追従装置は大規模なものであり経
済的にコスト高になるのを免れない。

また、急激に周波数が上昇すると直線５１に沿
つて負荷を急減させるよう弁を急激に閉じ、ター
ビンへの流入蒸気を急減させるが、この急減量が
大きいとボイラは追従することができず、蒸気圧
力が異常に高くなるなどボイラ側に悪影響を与え
最悪時ボイラ停止に至るという問題点を有する。

本発明の目的は周波数の急激な低下によつて負
荷が急増するのを簡単に防止してボイラに悪影響
を与えることのないタービン制御装置を提供する
ことにある。

本発明の他の目的は周波数の急激な低下あるい
は上昇によつて負荷が急増あるいは急減するのを
簡単に防止してボイラに亜影響を与えることのな
い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〕

本発明はタービンの実速度（検出速度）が規定
幅値（追値制限幅）よりも大きく減少した際に追
値制限幅の量は検出速度の変化速度に応じて減少
させ、追値制限幅よりも大きく減少した速度減少
量に対してはその減少率を一定値に抑制する減少
率制限手段を設ける。

また、本発明は上述の減少率制限手段を設ける
と共に、検出速度が設定速度より高い規定速度範
囲において検出速度と設定速度の偏差を一定値に
して調定率演算手段に与える速度偏差修正手段を
設ける。

〔作用〕

本発明においては周波数が規定幅値を越えて急
減した場合に検出速度の減少率を制限している。
このため、速度調定率演算による速度減少量に対
応した負荷上昇分に相当する弁開度増加分の開方
向操作を緩やか行うことができる。この結果、タ
ービンに流入する蒸気量の急増をボイラで追従で
きる最大蒸気増加率以内に抑制できる。

また、本発明においては実速度（検出速度）が
設定値を越えて上昇した規定速度範囲において上
昇分を負荷減少量に変換する速度調定率演算を実
施せず負荷を一定にする。具体的には規定速度範
囲において実速度が変化しても変化しなかつたよ
うに速度偏差を一定値にする。このため、負荷を
変化させないよう弁を一定の開度に保つことが出
来る。従つて、弁の閉方向操作を行わないため、
ボイラからの蒸気は弁により抑制されることなく
タービンに流入し、弁が閉方向に絞られタービン
への流入蒸気が抑制された結果あらわれる弁入口
の圧力上昇等の現象を抑えることが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示した実施例に基づき詳
細に説明する。

第４図は本発明の実施例の要部を示す構成図で
ある。

第４図において第２図と異なるところは減少率
制限回路６０と速度偏差修正回路７０を追加した
ことである。速度偏差修正回路７０は例えば関数
発生器によつて構成される。

第６図に減少率制限回路６０の具体例を示す。

減少率制限回路６０はアナログメモリ６１、加
算部６２，６５、追値幅設定器６３および高値優
先回路６４，６６より構成されている。アナログ
メモリ６１は実速度信号Ｎの変化に対し一定の変
化率で追従する速度変化規制信号n_Lを発生する変
化率規制回路を構成する。変化率規制回路６１の
詳細について後述する。

次に動作を説明する。

速度検出器１５により検出された実速度信号Ｎ
は減少率制限回路６０に加えられる。具体的には
アナログメモリ（変化率規制回路）６１と高値優
先回路６６に入力される。

変化率規制回路６１の一例を第７図に示す。

変化率規制回路６１は実速度信号（アナログ信
号）Ｎに追従してカウンタ８４の計数値を決定す
るもので、カウンタ８４を停止させたときの速度
変化規制信号n_Lをカウンタ８４に記憶させる。カ
ウンタ８４の計数値はＤ／Ａコンバータ８５によ
りアナログ信号に変換され速度変化規制信号n_Lと
して出力される。実速度信号Ｎに追従する変化率
はクロツク発振器８６，８７の発振周波数により
決定される。第７図の場合、増加率はクロツク発
振器８６の発振周波数で決定され、減少率はクロ
ツク発振器８７よりの発振周波数により決定され
る。実速度信号Ｎと速度変化率信号n_Lは比較器８
８によつて図示の極性で比較される。増減判定回
路８１は比較器８８の出力の極性によつてアンド
回路８２，８３のいずれかを選択し、カウンタ８
４の増減を制御する。増減判定回路８１は比較器
８８の出力が零、つまり実速度信号Ｎと速度変化
規制信号n_Lが一致するとアンド回路８２，８３の
いずれをも選択しない。この変化率規制回路６１
は実速度信号Ｎが第８図ａのように速度N₁とN₂
の間で変化したとすると、同図ｂに示すような速
度変化規制信号n_Lを出力する。

さて、変化率規制回路６１は以上のようにして
速度変化規制信号n_Lを出力するが、実速度信号Ｎ
が変化しない場合には実速度信号Ｎと速度変化規
制信号n_Lと一致している。説明の便宜上、実速度
信号Ｎの値をN₁とする。実速度信号Ｎが変化し
なければN₁＝n_L1であり、加算器６２の出力は零
となる。高値優先回路６４は追値幅設定器６３か
ら追値制限幅ΔFを負極性で与えられている。こ
の場合、高値優先回路６４は零信号を加算器６５
に加える。加算器６５の出力n₀は速度変化規制信
号n_L1（＝N₁）と等しくなり高値優先回路６６に
加えられる。高値優先回路６６は実速度信号N₁
を選択して出力する。このことから明らかなよう
に実速度信号Ｎが増加方向に変化した場合、減少
率規制回路６０は実速度信号Ｎを出力するだけで
第２図の場合と全く同じ動作となる。

次に、実速度信号Ｎがある速度N₁から速度Δn₁
だけ低下し速度N₂になつたとする。ただし、Δn₁
は｜Δn₁｜＜｜ΔF｜とする。高値優先回路６４
は加算器６２から速度偏差−Δn₁を入力される。
この場合、速度偏差Δn₁は追値制限幅ΔF内であ
り、高値優先回路６４は−Δn₁を加算器６５に加
える。加算器６５の出力n₀は次式のようになる。

n₀＝−Δn₁＋n_L1＝（N₂−n_L1）＋n_L1＝N₂……(1) 高値優先回路６６は変化した実速度信号N₂と
加算器６５の出力信号n₀（＝N₂）は等しいので信
号N₂を出力することになる。このように、実速
度信号Ｎの低下幅が追値制限幅ΔFの範囲内であ
れば変化率規制回路６０は実速度信号Ｎの変化を
何ら規制しない。つまり、実速度信号の変化が追
値制限幅ΔFの範囲であれば実速度の変化率に応
じて周波数を変化させて負荷を増加させることに
なる。

さて、次に実速度信号Ｎが例えば第９図に示す
ように速度N₁からΔn₂だけ低下し速度N₃に低下
したとする。変化率規制回路６１は実速度信号Ｎ
が変化する直前に速度変化規制信号n_L1を出力し
ている。また、この場合の減少幅−Δn₂は｜Δn₂
｜＞ΔF｜で追値制限幅ΔFより大きいものとす
る。この場合、高値優先回路６４は実速度信号Ｎ
がN₁からN₃に低下する過程において速度偏差Δn
が追値制限幅ΔFになるまでは速度偏差Δnを選択
している。速度偏差Δnが追値制限幅ΔFに一致す
るまで加算器６５は(1)式に示すように変化してい
る実速度信号Ｎを出力する。したがつて、加算器
６２から得られる速度偏差Δnが追値制限幅ΔFと
一致するまでは実速度信号Ｎの変化速度に追従し
て周波数を大きくして負荷を増加させることにな
る。タービン１０の実速度Ｎが第９図のようにス
テツプ状に低下した場合には瞬時に周波数を大き
くして負荷を増加させることになる。さて、ター
ビン１０の実速度Ｎが追値制限幅ΔFを越えて低
下すると加算器６２の出力する速度偏差−Δnは
追値幅−ΔFより小さくなる。つまり、｜Δn｜＞
｜ΔF｜となる。高値優先回路６４は追値制限幅
−ΔFを選択し加算器６５に加える。このとき加
算器６５の出力n₀は次式のようになる。

n₀＝n_L−ΔF ……(2) 変化率規制回路６１の出力する速度変化規制信
号n_Lは一定の変化率で変化（減少）する。したが
つて、加算器６５の出力信号n₀も一定変化率で減
少する。実速度信号Ｎが第９図のようにステツプ
状に変化したとすると加算器６５の出力信号n₀が
実速度信号N₃よりも大きくなる。高値優先回路
６６は加算器６５の出力信号n₀を選択して速度信
号N′として第２図の加算器３２に加える。高値
優先回路６６は信号n₀（＝n_L−ΔF）が実速度信号
N₃と一致するまで信号n₀を選択する。この結果、
タービン１０の実速度N₃までは変化率規制回路
６１によつて規制される一定変化率で周波数の低
下を制限しているので、その結果として負荷の増
加を制限することになる。調定率演算部３３で行
う速度調定率演算に速度減少量に対応した負荷増
加分の弁開度の開操作は一定変化率で行われる。
変化率規制回路６１で定める変化率をボイラ１で
追従可能な最大許容蒸気増加率を考慮して決定す
ることによつて負荷急増によるボイラに悪影響を
与えるのを防止できる。それも、単に実速度信号
Ｎの変化を一定変化率に規制することによつて簡
単に行える。

次に、設定速度N₀より周波数が増加した場合
の動作を説明する。

関数発生器などで構成される速度偏差修正回路
７０の特性は第５図に示すような特性になつてい
る。加算器３２から得られる速度偏差ΔNが正の
範囲では速度偏差ΔNに比例した速度偏差信号
ΔN′を出力する。したがつて、速度偏差修正回路
７０はタービン１０の実速度Ｎが設定速度N₀よ
り低下した場合の動作について何ら影響を与えな
い。さて、速度偏差修正回路７０は第５図に示す
ように実速度Ｎが設定速度N₀より高いある規定
速度範囲において出力信号ΔN′を一定にしてい
る。すなわち、実速度Ｎと設定速度N₀の速度偏
差が−ΔN₁〜−ΔN₂の範囲において出力信号
ΔN′を一定値ΔNs′にしている。なお、速度偏差
ΔN₁，ΔN₂は変化率規制回路６０の説明で用い
た速度偏差Δnと区別するために異なる記号を用
いている。速度偏差−ΔN₁〜−ΔN₂の範囲は第
３図の直線５３の領域になる。

今、タービン１０の実速度Ｎが設定速度N₀以
上に急増したとする。速度検出器１５で検出され
た実速度信号Ｎは変化率規制回路６０の高値優先
回路６６を介して加算器３２に図示の極性で加え
られる。加算器３２の出力する速度偏差ΔNは負
荷性方向に大きくなる。速度偏差修正回路７０は
速度偏差ΔNが−ΔN₁になると速度偏差信号
ΔN′を一定値ΔNs′にする。速度偏差修正回路７
０は速度偏差ΔNが−ΔN₁〜−ΔN₂の範囲（規定
速度範囲）で出力信号ΔN′を一定値ΔNs′に維持
する。このため、調定率演算回路３３の出力信号
ΔN′／δは変化せず、第３図の直線５１に沿つて
負荷を一定に保つようになる。負荷の急変量が大
きくても規定速度範囲において負荷を変化させな
いので、その間だけ弁開度を一定に保つことにな
る。規定速度範囲において弁の閉操作を行わない
のでボイラ１の発生する蒸気は弁によつて抑制さ
れることなくタービン１０に流入する。したがつ
て、蒸気圧力が異常に上昇するのを防止すること
ができる。このように、規定速度範囲において負
荷を一定に制御しているときに実負荷が増加し、
速度偏差ΔNが−ΔN₁より大きく、つまり｜ΔN
｜＜｜ΔN₁｜になると第３図の直線５１に沿つ
て制御する。

なお、第４図に示す実施例においては加算器３
２の速度偏差が｜ΔN₂｜以上になるとタービン
１０が過速度になるのを防止するためにボイラ１
への悪影響より優先させて第３図の直線５４に沿
つて負荷を減少させるようにしている。

以上のようにして制御するのであるが、タービ
ン１０の実速度（周波数）Ｎが急激に減少した場
合には追値制限幅ΔFだけは実速度Ｎの変化速度
に従つて調定率演算回路３３に与える速度偏差
ΔNを変化させている。したがつて、追値制限幅
ΔFの範囲では負荷変動に速やかに追従させるこ
とができる。また、実速度が追値制限幅ΔF以上
に減少すると一定の変化率で速度変化するように
しているので、負荷急増によるボイラ１に悪影響
を及ぼすのを防止することができる。

また、本発明においてはタービン１０の実速度
が設定速度を越えた規定速度範囲において調定率
演算回路３３に与える速度偏差ΔNを一定にして
負荷を一定にしている。このため、負荷急減によ
る蒸気圧力上昇などによつてボイラに悪影響を与
えるのを防止できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば周波数が
急減し負荷を急増させる際に追値制限幅内はター
ビン速度変化率によつて変化させ、追値制限幅以
上の減少分については一定変化率で変化させるよ
うにしている。このため、蒸気圧力低下などによ
つてボイラに悪影響を与えたり、また湿り蒸気が
タービンに流入するのを簡単に防止できる。

また、本発明は周波数が急増し負荷を急減させ
る際に規定速度範囲において調定率演算のための
速度偏差を一定にしている。規定速度範囲におい
ては負荷の急減を制限しているので蒸気圧力上昇
によるボイラへの悪影響を防止できる。

なお、上述の実施例はアナログ構成のものを示
したがコンピユータなどを用いてデイジタル制御
を行う場合にも本発明を採用できるのは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はタービン制御システムの一例を示す構
成図、第２図はタービン制御装置の要部を示すブ
ロツク図、第３図は速度―負荷特性を示す説明
図、第４図は本発明の一実施例を示すブロツク
図、第５図は速度偏差修正回路の特性を示す説明
図、第６図は減少率制限回路の一例を示すブロツ
ク図、第７図は変化率規制回路の一例を示すブロ
ツク図、第８図は変化率規制回路の動作説明図、
第９図は減少率制限回路の動作説明図である。３１……速度設定器、３２……比較器、３３…
…調定率演算回路、３４……負荷設定器、３５…
…加算器、３６……負荷制限器、３７……低値優
先回路、３８，４２……負荷分配回路、３９，４
３……比較器、４０，４４……調節制御回路、４
１，４５……位置変換部、６０……減少率制限回
路、７０……速度偏差修正回路。

Claims

【特許請求の範囲】１蒸気タービンの回転数を検出し、検出した実
速度と設定速度の速度偏差を調定率演算手段に入
力し、該調定率演算手段から得られる信号により
タービン出力を制御するタービン制御装置におい
て、前記実速度が追値制限幅よりも大きく減少し
た際に、追値制限幅内においては検出した実速度
信号を速度信号として出力し、追値制限幅よりも
大きく減少した速度減少量に対してはその減少率
を一定値に抑制した速度信号を出力する減少率制
限手段を設け、該減少率制限手段が出力する速度
信号と前記設定速度の速度偏差を前記調定率演算
手段に入力するようにしたことを特徴とするター
ビン制御装置。２蒸気タービンの回転数を検出し、検出した実
速度と設定速度の偏差を調定率演算手段に入力
し、該調定率演算手段から得られる信号によりタ
ービン出力を制御するタービン制御装置におい
て、検出速度が追値制限幅よりも大きく減少した
際に、追値制限幅内においては検出した実速度信
号を速度信号として出力し、追値制限幅よりも大
きく減少した速度減少量に対してはその減少率を
一定値に抑制した速度信号を出力する減少率制限
手段と、該減少率制限手段が出力する速度信号と
設定速度の速度偏差を入力し、前記蒸気タービン
の実速度が設定速度より低い場合には速度偏差を
前記調定率演算手段に与え、実速度が設定速度よ
り高い規定速度範囲においては、一定値を前記調
定率演算手段に与える速度偏差修正手段とを設け
たことを特徴とするタービン制御装置。