JP2011196308A

JP2011196308A - 蒸気タービン制御装置

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Publication number: JP2011196308A
Application number: JP2010066207A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Hario; 淳男針生; Satoru Takasaki; 哲高崎
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba System Technology Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba System Technology Corp
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2030-03-23
Also published as: JP5390443B2

Abstract

【課題】発電プラントのメンテナンスに伴う各機器の交換や経年劣化等による制御特性の変化を容易に調整することができるようにすること。
【解決手段】圧力制御装置９Ａ、圧力制御調整装置１１、蒸気弁制御装置１２を備えたタービン制御装置８において、タービン制御装置８は、一次遅れ要素を備えた周波数特性調整装置２０を新たに設け、この一次遅れ要素の時定数を調整することにより、蒸気圧力信号の周波数特性変化を打ち消すようにした。
【選択図】図１

Description

本発明はタービン制御装置に係り、特に発電プラントのメンテナンスに伴う各機器の交換や経年劣化等による制御特性の変化を容易に調整することができる蒸気タービン制御装置に関するものである。

図６は原子力発電所等の発電プラントに設けられた従来のタービン制御装置の制御系統図であり、一点鎖線枠で囲んだ部分がタービン制御装置８である。
図６において、１は原子力発電所における蒸気発生器であり、ここで発生した蒸気は主蒸気系配管２に設けられた主蒸気止め弁３および蒸気加減弁４を経て蒸気タービン５に導入される。周知のように、主蒸気止め弁３はタービン停止時には全閉し、タービン運転中は全開する。一方、蒸気加減弁４は後述するタービン制御装置８から出力される開度指令信号Ｖ１２に基づいて弁開度が調整され、蒸気タービン５へ流入する蒸気量を調節する。

蒸気タービン５は蒸気流入量に応じたタービン出力を発生し、タービン回転軸に直結された発電機６を駆動して発電を行う。蒸気タービン５に流入して仕事を終えた蒸気は復水器で復水されたあと、図示していない低圧給水過熱器および高圧給水過熱器を経て再び蒸気発生器１に戻るようになっている。

前記主蒸気止め弁３の入口側、すなわち、蒸気タービン５の入口側には、同じ型式の３台の蒸気圧力検出器７Ａ、７Ｂおよび７Ｃを設置しており、これら蒸気圧力検出器７Ａ、７Ｂおよび７Ｃで検出した蒸気圧力信号Ａ１、Ｂ１およびＣ１を一点鎖線枠で示したタービン制御装置８に導入している。このタービン制御装置８は、蒸気圧力信号Ａ１、Ｂ１およびＣ１を同じ構成の３台の圧力制御装置９Ａ、９Ｂおよび９Ｃにそれぞれ個々に入力している。

この圧力制御装置９Ａ、９Ｂおよび９Ｃは、蒸気圧力検出器７Ａ、７Ｂおよび７Ｃで検出した蒸気圧力信号Ａ１、Ｂ１およびＣ１が所定の圧力となるように制御を行うものであり、その内部構成については図示していないが、圧力制御装置９Ａを代表して概要を説明すると、蒸気圧力検出器７Ａによって検出された蒸気圧力信号Ａ１と、図示しない圧力設定器によって設定された圧力設定値とから圧力偏差信号を演算し、その圧力偏差信号を圧力制御信号Ｖ９Ａとして出力するように構成されている。圧力制御装置９Ｂ、９Ｃについても同様にして圧力制御信号Ｖ９Ｂ、Ｖ９Ｃを出力する。

そして、これらの圧力制御装置９Ａ、９Ｂおよび９Ｃからそれぞれ出力された圧力制御信号Ｖ９Ａ、Ｖ９ＢおよびＶ９Ｃは、次段の中間値選択器１０に入力されて、入力された３信号の内の中間値の信号をＶ１０として出力する。

以上のように同じ型式の蒸気圧力検出器７Ａ〜７Ｃや同じ構成の圧力制御装置９Ａ〜９Ｃをそれぞれ３台ずつ設置し、さらに中間値選択器１０を設けている理由は、単一不良時にも残りの検出器で正常に検出して制御の信頼性を確保するためである（例えば、特許文献１参照）。

中間値選択器１０から出力された中間値信号Ｖ１０は、圧力制御調整装置１１に入力される。この圧力制御調整装置１１は、主蒸気止め弁３の入口側の圧力が一定となるために必要な演算処理を行なうもので、中間値選択器１０から出力された圧力制御装置９Ａ〜９Ｃの何れかの圧力制御信号を、例えば、特定周波数ゲイン減衰フィルタ（ノッチフィルタ）に入力して圧力制御信号に含まれる特定周波数を減衰させたうえで、進み遅れ補償演算を行い、さらに、所定のゲインを乗算して蒸気弁開度指令Ｖ１１として蒸気弁制御装置１２に出力するように構成されている。
蒸気弁制御装置１２は、蒸気加減弁４の開度を調整するための開度指令信号Ｖ１２を信号回路１３によって蒸気加減弁４に伝達（出力）する。

このように、従来のタービン制御装置８では、検出した蒸気圧力信号Ａ１、Ｂ１およびＣ１に含まれる周波数特性の調整を圧力制御調整装置１１により行なっている。ここで設定されている値は、発電プラント建設時に実機試験により決定された最適値である。発電プラントの定期検査毎に、建設時と同様の実機試験により最適値を調整する必要はなく、必要最低限の試験により調整している。

特開２００９−１８０１８８号公報

上述した蒸気圧力検出器７Ａ、７Ｂおよび７Ｃの周波数特性は、検出器の交換や経年劣化によって変化する。また、タービン制御装置８自体を交換した場合、交換の前と後では、アナログ入力特性が変化することがある。

タービン制御装置８に設定された周波数特性は、発電プラント全体の挙動により決定されるため、従来では個別の蒸気圧力検出器の周波数特性の変化を反映できるような設定を行なうことができなかった。

そこで本発明は、発電プラントのメンテナンスに伴う各機器の交換や経年劣化等による制御特性の変化を容易に調整することができるようにした蒸気タービン制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、蒸気発生器で発生した蒸気を主蒸気系配管に設けられている主蒸気止め弁および蒸気加減弁を介して蒸気タービンに供給し発電機を駆動する発電プラントに設けられ、前記主蒸気系配管に設置された蒸気圧力検出器と、この蒸気圧力検出器により検出された蒸気圧力信号と圧力設定値との圧力偏差信号を圧力制御信号として出力する圧力制御装置と、この圧力制御信号中の特定周波数を減衰させたうえで進み遅れ補償演算を行い、さらに、ゲインを乗算して蒸気弁開度指令として出力する圧力制御調整装置と、この圧力制御調整装置から出力された蒸気弁開度指令に基づいて前記蒸気加減弁の開度を調整するための開度指令信号を出力する蒸気弁制御装置と、を備えたタービン制御装置において、前記タービン制御装置に一次遅れ要素を備えた周波数特性調整装置を設け、この一次遅れ要素の時定数を調整することにより、蒸気圧力信号の周波数特性変化を打ち消すようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、発電プラントのメンテナンスに伴う各機器の交換や経年劣化等による制御特性の変化を容易に調整することができる。

本発明の実施形態１に係るタービン制御装置の系統図。実施形態１の周波数特性調整装置の一例を示す図。本発明の実施形態２に係るタービン制御装置の系統図。本発明の実施形態３に係るタービン制御装置の系統図。本発明の実施形態４に係るタービン制御装置の系統図。従来のタービン制御系統図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図を通じて同一装置、同一部品には同一符号を付けて重複する説明は適宜省略する。

［実施形態１］
以下、図１および図２を参照して本実施形態１に係るタービン制御装置について説明する。
本実施形態１は、図６に示した従来システムに対して二点鎖線枠で囲まれた周波数特性調整装置２０を付加したことを特徴とするものであり、これ以外の装置は従来構成と同一である。

図１において、周波数特性調整装置２０は蒸気圧力検出器７Ａ、７Ｂおよび７Ｃに対応してＡ系の周波数特性調整装置２０Ａ、Ｂ系周波数特性調整装置２０ＢおよびＣ系周波数特性調整装置２０Ｃを備えており、それぞれ蒸気圧力信号Ａ１、Ｂ１およびＣ１を入力するように構成されている。

これら周波数特性調整装置２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃは、蒸気圧力検出器の交換または経年劣化、あるいはタービン制御装置自体の交換などにより変化した周波数特性を打ち消すための一巡周波数伝達関数（Ｇ）を有しており、入力された蒸気圧力信号Ａ１、Ｂ１およびＣ１に、この一巡周波数伝達関数（Ｇ）を乗算した信号を蒸気圧力信号Ａ２、Ｂ２およびＣ２として出力する。

したがって、周波数特性調整装置２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃから出力された蒸気圧力信号Ａ２、Ｂ２およびＣ２は、蒸気圧力検出器の交換または経年劣化、あるいはタービン制御装置自体の交換などにより変化した周波数特性に影響されない信号になっている。

これら周波数特性調整装置２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃからそれぞれ出力された蒸気圧力信号Ａ２、Ｂ２およびＣ２は、次段の圧力制御装置９Ａ、９Ｂおよび９Ｃにそれぞれ入力される。

圧力制御装置９Ａ、９Ｂおよび９Ｃからそれぞれ出力された圧力制御信号Ｖ９Ａ、Ｖ９ＢおよびＶ９Ｃは、中間値選択器１０に入力されて、３信号の内の中間値の信号をＶ１０として出力し、圧力制御調整装置１１に入力する。

図２は、周波数特性調整装置２０の一例を示す構成図であり、Ａ系周波数特性調整装置２０Ａを代表して図示している。

この周波数特性調整装置２０Ａの一巡周波数伝達関数Ｇは、Ｋ／（１＋Ｔｓ）で表される一次遅れ要素によって構成されており、時定数Ｔを調整することによって一巡周波数特性を調整することができるようになっている。なお、Ｋはゲイン定数、ｓはラプラス演算子である。

以上述べたように、本実施形態１によれば、蒸気圧力検出器７Ａ、７Ｂおよび７Ｃによってそれぞれ検出された蒸気圧力信号Ａ１、Ｂ１およびＣ１の検出に関する特性だけを調査・比較し、その変化を打ち消す特性をタービン制御装置８に新たに設けた周波数特性調整装置２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃに設定することにより、蒸気圧力検出器の交換または経年劣化、あるいはタービン制御装置自体の交換などがあったとしても、発電プラント建設時と同等の制御性を確保することが可能となる。

［実施形態２］
次に、図３を参照して実施形態２に係るタービン制御装置について説明する。
本実施形態２は、図６に示した従来システムの蒸気弁制御装置１２と蒸気加減弁４とを接続する信号回路１３に、二点鎖線枠で囲んだテスト信号出力手段３０を付加したことを特徴とするものであり、これ以外の装置は図６に示した従来構成と同一である。

本実施形態２で付加したテスト信号出力手段３０は、蒸気タービン5に導入される蒸気流量の通常運転時の変動に比べて高周波の信号をテスト信号（既知の信号）として発生するテスト信号発生器３１と、このテスト信号および蒸気弁制御装置１２から出力される開度指令信号Ｖ１２の２つの信号を入力し、切換指令に基づいて一方を選択し出力する信号切換器３２とから構成されている。

本実施形態２において、蒸気圧力信号Ａ１、Ｂ１およびＣ１の特性変化を調査する場合は、信号切換器３２を操作して既知である高周波のテスト信号Ｖ３１を開度指令信号Ｖ１２に替えて蒸気加減弁４に出力させる。この結果、蒸気加減弁４は信号切換器３２からテスト信号Ｖ３１が与えられている間、弁開度の開閉を高速に繰り返すので、結果として蒸気タービン５に供給される蒸気圧力を振動させることができる。

このように、本実施形態２によれば、蒸気弁制御装置１２と蒸気加減弁４とを接続する信号回路１３にテスト信号出力手段３０を付加したことにより、蒸気加減弁４の弁開度を高速に繰り返し開閉させて主蒸気系の蒸気圧力を振動させ、主蒸気系の周波数特性を調査することができる。これにより、既設の発電プラントの主蒸気系の周波数特性変化の調査を容易に行なうことができる。

［実施形態３］
以下、図４を参照して実施形態３に係るタービン制御装置について説明する。
本実施形態３は、図３の実施形態２と同様の目的を達成するための実施形態であり、図３の実施形態２との相違点は、圧力制御装置９Ａ、９Ｂおよび９Ｃの前段に図１で付加した周波数特性調整装置２０を備えている点である。

すなわち、本実施形態３は、図１に示した実施形態１のシステムにおいて、蒸気弁制御装置１２と蒸気加減弁４とを接続する信号回路１３に、二点鎖線枠で囲んだテスト信号出力手段３０を付加したことを特徴とするものであり、これ以外の装置は図１に示した構成と同一である。

本実施形態３の場合も前述した実施形態２と同様に、蒸気圧力信号Ａ１、Ｂ１およびＣ１の特性変化を調査する場合は、信号切換器３２を操作して既知の高周波のテスト信号Ｖ３１を開度指令信号Ｖ１２に替えて蒸気加減弁４に出力させる。この結果、蒸気加減弁４は信号切換器３２からテスト信号Ｖ３１が与えられている間、弁開度の開閉を高速に繰り返すので、結果として蒸気タービン５に供給される蒸気圧力を振動させることができる。

このように、本実施形態３によれば、蒸気弁制御装置１２と蒸気加減弁４とを接続する信号回路１３にテスト信号出力手段３０を付加したことにより、蒸気加減弁４の弁開度を高速に繰り返し開閉させて主蒸気系の蒸気圧力を振動させ、主蒸気系の周波数特性を調査することができる。これにより、既設の発電プラントの主蒸気系の周波数特性変化の調査を容易に行なうことができる。

［実施形態４］
以下、図５を参照して実施形態４に係るタービン制御装置について説明する。
本実施形態４は、図１の実施形態１で付加した周波数特性調整装置２０の設定値を、図４の実施形態３で追加した既知のテスト信号Ｖ３１により調査した結果に基づいて自動的に設定するようにしたものであり、これ以外の装置は図４の構成と同一である。なお、蒸気圧力信号Ａ１、Ｂ１およびＣ１は３系統あるが、３系統とも同様なので図５ではＡ系の蒸気圧力信号を代表して図示している。

本実施形態４は、信号切換器３２を切換操作してテスト信号発生器３１から出力されたテスト信号Ｖ３１を蒸気加減弁４への開度指令信号として選択している状態において、圧力信号Ａ２とテスト信号Ｖ３１とを設定値算出手段４０に入力する。

蒸気圧力検出器７Ａで検出された蒸気圧力信号Ａ１は、蒸気加減弁４へテスト信号Ｖ３１が与えられることによって変動しているため、周波数特性調整装置２０Ａから出力される圧力信号Ａ２は、蒸気圧力信号Ａ１に対応して振動している。

設定値算出手段４０は、圧力信号Ａ２とテスト信号Ｖ３１の両信号を比較し、周波数特性調整装置２０Ａにとって最適な設定値Ａ５を算出し、これを周波数特性調整装置２０Ａに入力することによって周波数特性調整装置２０の設定を自動で変更する。

以上述べたように、本実施形態４によれば、発電プラントの特性変化を自動で検出し、自動で設定することにより、試験時間の短縮、特性変化の削減、制御品質の向上を図ることができる。

なお、上述した実施形態１〜４では、蒸気圧力検出器から圧力制御装置までを３重化した例を説明したが、多重化は本発明の主旨ではないので、蒸気圧力検出器から圧力制御装置までを単一系にしてもよい。

１…蒸気発生器、２…主蒸気系配管、３…主蒸気止め弁、４…蒸気加減弁、５…タービン、６…発電機、７Ａ，７Ｂ，７Ｃ…蒸気圧力検出器、８…タービン制御装置、９Ａ，９Ｂ，９Ｃ…圧力制御装置、１０…中間値選択器、１１…圧力制御調整装置、１２…蒸気弁制御装置、１３…信号回路、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…周波数特性調整装置、３０…テスト信号出力手段、３１…テスト信号発生器、３２…信号切換器、４０…設定値算出手段。

Claims

蒸気発生器で発生した蒸気を主蒸気系配管に設けられている主蒸気止め弁および蒸気加減弁を介して蒸気タービンに供給し発電機を駆動する発電プラントに設けられ、
前記主蒸気系配管に設置された蒸気圧力検出器と、
この蒸気圧力検出器により検出された蒸気圧力信号と圧力設定値との圧力偏差信号を圧力制御信号として出力する圧力制御装置と、
この圧力制御信号中の特定周波数を減衰させたうえで進み遅れ補償演算を行い、さらに、ゲインを乗算して蒸気弁開度指令として出力する圧力制御調整装置と、
この圧力制御調整装置から出力された蒸気弁開度指令に基づいて前記蒸気加減弁の開度を調整するための開度指令信号を出力する蒸気弁制御装置と、
を備えたタービン制御装置において、
前記タービン制御装置に一次遅れ要素を備えた周波数特性調整装置を設け、この一次遅れ要素の時定数を調整することにより、蒸気圧力信号の周波数特性変化を打ち消す信号を出力するように構成されていることを特徴とするタービン制御装置。
前記周波数特性調整装置は、前記蒸気圧力検出器および前記圧力制御装置間に設けたことと特徴とする請求項１記載のタービン制御装置。
前記蒸気弁制御装置からの開度指令信号を前記蒸気加減弁に伝達するための信号回路に、当該開度指令信号をテスト信号に切換えて蒸気圧力信号の周波数特性を調査するためのテスト信号出力手段を設けたことを特徴とする請求項１または２記載のタービン制御装置。
前記周波数特性調整装置から出力された圧力信号および前記テスト信号出力手段から出力されたテスト信号を比較して当該周波数特性調整装置の最適な設定値を算出する設定値算出手段を設け、この設定値算出手段から出力される設定値により前記周波数特性調整装置の設定を自動で変更するようにしたことを特徴とする請求項３記載のタービン制御装置。