JPS6337241B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は蒸気タービン制御方法及び装置に係
り、特に変圧運転を行う蒸気タービンを、蒸気加
減弁ノズル締切り制御するに好適な蒸気タービン
制御方法及び装置に関する。

一般に、蒸気タービンを部分負荷運転する場
合、運転効率を向上させるために、タービン入口
の加減弁を絞らずに、ボイラ蒸気圧力を下げてタ
ービン流入蒸気量の制御を行う運転方式、即ち変
圧運転を行うことが多い。

かかる変圧運転の方式としては、蒸気加減弁を
完全に全開して行う方式と、蒸気加減弁を半開で
行う方式の２つがあるが、前者の方式は効率が良
い反面、制御性が悪く、系統周波数に対してほと
んど応答できないという問題がある。これに対し
て、後者の方式は応答性が良いという利点を有
し、更に蒸気加減弁をノズル締切り制御方式にす
ることにより、絞り損失をなくして効率を向上さ
せ得るという特徴を有する。

このため、変圧運転を行う場合、蒸気加減弁ノ
ズル締切り制御を行ない、途中開度で変圧運転を
行うのが最も良い方法とされている。この場合、
蒸気加減弁がある開度まで下がつた位置で保持さ
れているので、この近辺では蒸気加減弁は系統周
波数に対してガバナ応答する。つまり、タービン
の調定率に応じて周波数（回転数）に対する加減
弁開度の増減が行なわれる。しかしながら、この
時の調定率は、従来から固有の値として設定され
るもので、例えば調定率５％となつていれば、回
転数変化５％に対して蒸気加減弁が全ストローク
動くという様な割合で変化する。

ところで、変圧運転で部分負荷時に主蒸気圧力
が低い時には蒸気加減弁開度変化に対する主蒸気
流量変化、つまりタービン出力変化が少なくなつ
ており、系統周波数、即ちタービン回転数変化に
対するタービン発電機出力変化としては割合が小
さい、つまり調定率が大きいことになる。従つ
て、定格蒸気圧力の時に調定率が５％であれば主
蒸気圧力が50％の時は調定率が10％ということに
なり、系統運用上好ましくない問題である。

第１図はかかる従来の蒸気タービン制御装置の
系統構成図を示すもので、同図中１は蒸気を発生
するボイラ、２は前記ボイラ１からの蒸気を制御
する蒸気加減弁、３は前記蒸気加減弁２を通過し
て来た蒸気によつて駆動されるタービン、４は前
記タービン３によつて駆動される発電機、５は前
記タービン３のタービン軸に取り付けられた回転
数検出用のピツクアツプ、６は前記ピツクアツプ
５の出力に基き、前記タービン３の回転数に応じ
た信号出力を行う回転数検出器、７は前記タービ
ン３の回転数を設定する設定器、７ａは前記回転
数検出器６並びに前記設定器７の各出力の差を演
算する演算器、８は前記演算器７ａの出力を増幅
する増幅器、１０は負荷を設定する負荷設定器、
９は前記増幅器８並びに前記負荷設定器１０の各
出力に基いて蒸気加減弁２の開度を指令する負荷
制御回路、１１は前記負荷制御回路９の出力に基
いて蒸気加減弁２の開度を制御する蒸気加減弁制
御回路である。

第１図の構成に於いて、前記蒸気加減弁制御回
路１１は第２図のブロツク図に示す如き構成を有
するものである。なお、蒸気加減弁２は通常数個
設けられるが、負荷設定回路９の出力信号は各弁
毎の開度制御閉ループに分けられるものである。
ここでは、蒸気加減弁２の弁数が４個ある場合を
例示、第１弁から第４弁までそれぞれ２ａ〜２ｄ
と記号ａ〜ｄで特定するものとする。

さて、第２図の構成に於いて、１３ｂ，１３
ｃ，１３ｄは各弁の開き始めにずれを持たせるた
めのバイアス回路、１２ａ，１２ｂ…は前記負荷
制御回路９からの信号ないしはこれにバイアスを
加えた信号を非線形関数に変換する関数発生器、
１８ａ…は蒸気加減弁２ａ…の開度を検出するた
めの差動トランス、１９ａ…は前記差トランス１
８ａ…の出力を弁開度に応じた電気信号に変換す
る復調器、１４ａ…は前記開数発生器１２ａ…及
び前記復調器１９ａ…を突き合せて、開度偏差信
号を出力する演算器、１５ａ…は前記演算器１４
ａ…の出力を増幅する増幅器、１６ａ…は前記増
幅器１５ａの出力によつて駆動される電気油圧サ
ーボ弁、１７ａ…は前記電気油圧サーボ弁１６ａ
…によつて制御される油圧によつて駆動され、蒸
気加減弁２ａ…を駆動するシリンダである。

第１図、第２図の構成に於いて、ボイラ１で発
生した蒸気は蒸気加減弁２を介してタービン３に
送られ、前記タービン３を駆動して発電機４を駆
動するが、この時のタービン回転数はピツクアツ
プ５並びに回転数検出器６によつて常時監視され
る。

なお、前記回転数検出器６の出力は回転数の設
定器７の出力と演算器７ａで突き合わされて、回
転数偏差として出力され、増幅器８を介して負荷
制御回路９に入力される。前記負荷制御回路９に
於いては、負荷設定器１０の出力と前記回転数偏
差に基き弁開度指令を演算し、これを加減弁制御
回路１１に出力する。

前記加減弁制御回路１１に於いては、例えば蒸
気加減弁２ａに対しては、前記弁開度指令を関数
発生器１２ａに入力して得られた非線形信号と差
動トランス１８ａ、復調器１９ａを通じて得られ
た弁開度信号を演算器１４ａで差分演算し、その
結果得られた弁開度偏差信号の増幅器１５ａによ
る増幅信号で電気油圧サーボ弁１６ａを駆動して
油圧信号による弁制御信号を得てシリンダ１７ａ
を駆動し、これによつて蒸気加減弁２ａを制御す
る。なお、蒸気加減弁２ｂ，２ｃ，２ｄについて
も、弁開度指令にバイアス回路１３ｂ，１３ｃ，
１３ｄからバイアスを加える点を除けば、上記と
全く同様な弁開度制御閉ループを通じて各弁の開
度が制御されるものである。

第３図は負荷制御回路９からの弁開度指令信号
に対する各弁の開度を示す特性図で、同図中縦軸
のＳは蒸気流量、同じくＶは弁リフト量、横軸の
Ｘは弁開度指令信号、Va〜Vdはそれぞれ蒸気加
減弁２ａ〜２ｄの弁リフト量、SCは各蒸気加減
弁２ａ〜２ｄの蒸気流量を合計した総蒸気流量で
ある。

なお、第３図から明らかな如く、総蒸気流量
SCは弁開度指令信号Ｘに対してリニアとなる如
く設定されるものである。

さて、タービン３の運転時に、定格の主蒸気圧
力で100％出力の時は第３図Ａ点で運転が行なわ
れるが、この状態から部分負荷に移行すると、ま
ず状態がＡ点からＢ点に移行する。即ち、主蒸気
圧力は一定のままで、蒸気加減弁２ａ〜２ｄの開
度を弁２ｄ側から順次下げて出力を下げる。更
に、タービン３の出力を下げるときは、蒸気加減
弁２ａ〜２ｄの開度はそのままで、主蒸気圧力を
下げて、状態をＢ点からＣ点に移行させる。

以上述べた如き制御方式が効果的な蒸気加減弁
ノズル締切り併用の変圧運転方式であるが、ここ
で例えばＣ点で運転中に、系統周波数が変動すれ
ばタービン３の回転数制御系が働いて蒸気加減弁
２ａ〜２ｄを動かして蒸気流量を制御し、タービ
ン出力を変化させる。このような場合、周波数変
動に対する蒸気粒量SCの比はＣ点を中心に、C₁，
C₂の如く変化するために、定格時の傾き、即ち
Ａ点、Ｂ点間の傾きよりも小さく、調定率が大き
くなる。

以上述べた如く、主蒸気圧力によつて調定率が
変化すると系統運用上好ましくなく、例えば手動
で調定率を調整する等の方法も考えられるが運転
上繁雑となり、何らかの解決方法が必要とされて
来た。

従つて、本発明の目的は上記従来技術の欠点を
なくし、蒸気タービンの変圧運転時にも蒸気加減
弁の制御系に於ける調定率が一定になる様に制御
系のゲインを制御して系統運用上の問題を解消し
た蒸気タービン制御方法及び装置を提供するにあ
る。

更に詳細には、本発明は蒸気加減弁ノズル絞り
切り併用の変圧運転を行うに当つて、蒸気タービ
ンの変圧運転によつて主蒸気圧力が定格よりも低
下している時にも調定率を一定にするように、回
転数変化に対する蒸気加減弁開度変化割合、即ち
ゲインを主蒸気圧力に応じて自動的に変化させる
如き構成を採り、特に蒸気加減弁のゲインの変化
を蒸気加減弁開度制御回路のフイードバツクゲイ
ンを変化することによつて実現した新規の蒸気タ
ービン制御方法及び装置を提供するものである。

以下、図面に従つて本発明を更に詳細に説明す
る。

第４図は本発明の一実施例に係る蒸気タービン
制御装置のブロツク図で、特に蒸気加減弁２ａに
対する制御系を例示するものである。同図中２０
ａは復調器１９ａと演算器１４ａの間に介挿され
る乗算器、２２は主蒸気圧力２３を検出する主蒸
気圧力検出器、２１ａは前記主蒸気圧力検出器２
２の出力に基いて非線形関数を発生する関数発生
器で、第２図の構成と異なる点は復調器１９ａの
出力に対して、乗算器２０ａで前記関数発生器２
１ａの出力を掛け算していることである。

なお、前記関数発生器２１ａの入出力特性は第
５図に示す通りであつて、同図中Ｐは入力である
主蒸気圧力、Ｇは乗算器２０ａに対する出力であ
るゲイン、P_Mは変圧最低圧力をそれぞれ示すも
のである。

かかる構成に於いて、タービン３の入口の主蒸
気圧力２３は主蒸気圧力検出器２２によつて検出
監視されるが、今主蒸気圧力２３が100％の時に
は、関数発生器２１ａの出力は“１”であり、従
つて乗算器２０ａのゲインは“１”となり、復調
器１９ａの出力はそのまま演算器１４ａに入力さ
れる。この時の蒸気加減弁２ａの制御は第２図構
成の場合と全く同様に行なわれることとなる。

これに対して、タービン３の入口の主蒸気圧力
２３が下がつて来ると、関数発生器２１ａの出力
は傾き“１”で低下し、変圧運転最低圧力P_Mで
最低値となる。この場合、変圧運転最低圧力P_M
が40％であれば、前記関数発生器２１ａの出力は
“0.4”となる。

前記関数発生器２１ａの出力は、乗算器２０ａ
に於いて、復調器１９ａの出力ゲインとして掛け
合され、弁開度のフイードバツク信号を主蒸気圧
力２３の低下の割合に応じて低下させる。このた
め、負荷制御回路９からの弁開度指令値に対する
弁開度のゲインは前記低下の割合に応じて増加す
ることとなる。例えば、主蒸気圧力２３が定格の
40％に低下すると、乗算器２０ａのゲインは0.4
となり、従つて弁開度のフイードバツク信号も
0.4倍となる。その結果、弁開度のゲインは2.5倍
となる。

かかる動作については、第６図の特性図に示す
通りで、変圧運転時に於いて、関数発生器２１ａ
並びに乗算器２０ａの作用がないものとすると、
蒸気加減弁２ａの制御はＢ点を中心に行なわれ、
必然的に調定率が大きくなるのに対して、第４図
の構成によれば、蒸気加減弁２ａの制御はＣ点を
中心に行なわれるため、主蒸気圧力２３の定格時
と同じ調定率で制御が行なわれることとなる。

例えば、変圧圧力が定格時に対して40％にある
場合、タービン回転数、即ち系統周波数の変化に
対する蒸気加減弁開度の変化は2.5倍となるため、
タービン回転数に対する蒸気流量つまりタービン
出力の変化割合は 0.4×2.5＝１ …(1) となり、定格蒸気圧力のときと全く同じ調定率を
得ることができるものである。

なお、主蒸気圧力検出器２２は蒸気加減弁２ａ
の制御系が常時の主蒸気圧力２３の微少変化に応
答しない様に十分な遅れ要素を含むものとする。

また、蒸気加減弁２ａ以外の蒸気加減弁２ｂ，
２ｃ，２ｄのいずれに対しても全く同様な制御が
行なわれ、蒸気加減弁２の全系で調定率一定の制
御が行なわれることは云うまでもない。

ところで、第７図は本発明の他の実施例に係る
蒸気タービン制御装置の部分ブロツク図で、同図
中２４ａは復調器１９ａの出力から乗算器２０ａ
の出力を減算する演算器で、この構成が第４図構
成と異なる点は関数発生器２１ａが第８図に示す
如き特性を有することである。

かかる構成に於いて、演算器２４ａの出力は、
第４図の乗算器２０ａと全く同じであり、従つて
得られる効果も同じである。

以上述べた如く、本発明によれば蒸気タービン
を定格圧力で運転するときも、変圧運転をすると
きも、蒸気加減弁の制御に当つては全く同じ調定
率を得られるため、特別な調定率合せの操作を必
要とせずタービン運用上の効果の大きな蒸気ター
ビン制御方法及び装置を得ることが出来るもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の蒸気タービン制御装置の系統構
成図、第２図は第１図の蒸気加減弁制御回路のブ
ロツク図、第３図は弁開度指令信号に対する各弁
の開度を示す特性図、第４図は本発明の一実施例
に係る蒸気タービン制御装置のブロツク図、第５
図は第４図の関数発生器の入出力特性図、第６図
は第４図の構成の動作を説明する特性図、第７図
は本発明の他の実施例に係る蒸気タービン制御装
置のブロツク図、第８図は第７図の関数発生器の
入出力特性図である。 １……ボイラ、２……蒸気加減弁、３……ター
ビン、６……回転数検出器、９……負荷制御回
路、１１……蒸気加減弁制御回路、２０ａ……乗
算器、２１ａ……関数発生器、２２……主蒸気圧
力検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 設定されたタービンの回転数、負荷等の運転
   条件及びタービンの実回転数に基づいて所定蒸気
   圧の下での所定の調定率に応じた蒸気加減弁開度
   を決定し、この決定された蒸気加減弁開度に基づ
   く指令信号と実際の蒸気加減弁開度を示す実開度
   信号の偏差を最小にするような制御を行う蒸気タ
   ービン制御方法において、 前記実開度信号にタービンに供給される蒸気の
   圧力に応じた係数を乗じることにより、タービン
   に供給される蒸気の圧力に応動して、変圧運転時
   にも前記調定率と同じ調定率に保持されるように
   タービンの回転数変化に対する蒸気加減弁開度を
   変化させることを特徴とする蒸気タービン制御方
   法。 ２ 設定されたタービンの回転数、負荷等の運転
   条件及びタービンの実回転数に基づいて蒸気加減
   弁開度を決定するとともに、蒸気加減弁実開度を
   検出して、これらの偏差を最小にするように蒸気
   加減弁を開閉制御する蒸気タービン制御装置にお
   いて、 タービンに供給される蒸気の圧力に応じた係数
   を出力する関数発生器と、前記係数を前記実開度
   を示す信号に乗じる乗算器とを設けたことを特徴
   とする蒸気タービン制御装置。