JPH01114797A - 蒸気タービン速度制御装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は蒸気タービン速度制御装置に関する。

（従来の技術） 一般に、沸騰水型原子カプラントのような蒸気タービン
プラントにおいては、蒸気タービンに直結されている発
電機が遮断器を介して電気的に電力系統と直結されてい
る。したがって、電力系統に周波数変動が発生すると、
発電機の回転速度はこれに引込まれて変動する。

すなわち、電力系統内に送電線事故等の故障が発生した
ような場合には、電力系統に連結されている発電機群の
トータル発電量とユーザの電力使用量とのバランスが崩
れ、周波数変動が発生し、電気的に電力系統に直結され
ている発電機の回転速度の変動を招く。したがって、こ
の回転速度の変動に応じて蒸気タービン速度制御装置が
作動して蒸気加減弁の開度が制御され、蒸気タービンへ
の蒸気流入量が制御される。その結果、原子炉で発生す
る蒸気が円滑に消費されなくなり、原子炉の圧力が変動
する。

ところが、この原子炉の圧力変動は、沸騰水型原子炉に
とっては炉出力の変動をもたらすことになり好ましくな
い、特に、圧力が上昇すれば炉出力が上昇して、制限値
を越えると原子炉の運転が自動停止し、発電所の運転が
停止されることになる。

そこで、従来は主蒸気導管の途中から主蒸気の一部をタ
ービンをバイパスさせて復水器に導くためのバイパス導
管を、主蒸気導管から分岐させることが行なわれている
。

すなわち、第５図に示すように原子炉１１で発生した蒸
気は主蒸気管１２を通り、蒸気加減弁１３でその流量を
制御されながら蒸気タービン１４に導かれ、蒸気タービ
ン１４の回転に供される。この蒸気タービン１４に直結
された発電機１５が駆動され、発電された電力は遮断器
１６を介して電力系統へ送り出される。一方、蒸気ター
ビン１４で仕事を行なった蒸気は復水器１７に送られ、
そこで復水せしめられる。

また、主蒸気管１２にはバイパス弁１８を有するバイパ
ス導管１９が蒸気加減弁１３の上流側から分岐導出され
ており、必要に応じて主蒸気の一部を蒸気タービン１４
をバイパスして復水器１７に導くように形成されている
。

一方、電力系統への遮断器１６の出口部には、電力系統
周波数を測定する周波数検出器２０が設けられ、この周
波数検出器２０で検出された周波数信号２０ａが比較器
２１に入力され、　そこで予め設定された周波数設定値
と比較される。そして周波数信号２０ａが周波数設定値
を越えた場合に比較器２１は出力信号２１ａを加算器２
２に発する。この加算器２２は出力信号２１ａと負荷設
定器２３の出力信号２３ａとの偏差信号２２ａを出力し
て再循環ポンプ２４を減速させ、原子炉１１の出力を減
じ、発生蒸気量を減するように形成されている。この負
荷設定器２３の設定値は、系統周波数の微小な変化によ
るプラントへの外乱を除去する目的を有するものであり
、通常、要求される負荷より１０％高い値が設定されて
おり、この上乗せ分を負荷設定バイアスと呼ぶ、さらに
、蒸気加減弁１３は、タービン実速度と設定速度との偏
差が一定範囲に納まるように蒸気タービン速度制御装置
（図示せず）によってその開度が制御され、蒸気タービ
ン１４の蒸気流入量が調整される。

また、蒸気加減弁１３の閉方向の制御に対応して、バイ
パス弁１８が開方向に制御され、余剰蒸気が復水器１７
に導かれる。

ところが、一般にバイパス弁１８で流せる蒸気容量は、
蒸気加減弁１３の容ｔｌｏＯ％に対し２５％程度である
。そのため、電力系統の周波数が大きく上昇するような
場合において、回転速度の上昇を防止するために蒸気加
減弁１３の開度を大幅に絞るとき、蒸気加減弁１３の絞
り込み量が２５％以内であれば、２５％容量をもつバイ
パス弁１８によって余剰蒸気を吸収することができて、
原子炉圧力の上昇を防止することができる。しかし、蒸
気加減弁１３が２５％以上絞り込まれるような周波数上
昇が発生すれば、蒸気加減弁１３がバイパス弁１８の容
量以上に絞り込まれ、原子炉圧力の上昇を引き起し、原
子炉出力の上昇により原子炉１１が自動停止してしまう
等の問題がある。

周波数の上昇量と蒸気加減弁１３の絞り込み量は、蒸気
タービン速度制御装置における速度調定率により決まり
、現状では速度調定量は５％としである。すなわち、タ
ービン実速度が５％上昇すると、蒸気加減弁１３が１０
０％絞り込まれることになっており、タービン実速度の
５％上昇は、５〇七に換算すると５２．５Ｈｚになる。

第６図は速度調定率５％での周波数と蒸気加減弁開度と
の関係を示す図であり、ここでバイパス弁１８による吸
収可能な周波数の上昇限界を求めると、前述の負荷設定
バイアス１０％を考慮し、５０．８７５七となる。

一方、定格出力運転時の加減弁開度は１００％で一定と
は限らず、海水温度や復水器真空度の変化により数％程
度変動するため負荷設定バイアスの１０％を保持するこ
とは璽しくなる。

このため、たとえば、バイアス分が１０％未満になった
場合には、本来運転継続が可能であるはずの５０．８７
５Ｈｚの周波数上昇が生じると、加減弁が２５％以上絞
り込まれるためにバイパス容量とのミスマツチにより炉
圧が上昇し、炉圧高あるいは中性子束高スクラムに至る
可能性がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、
現状のバイパス弁を用いながら、原子炉出力制御装置の
加減弁開度要求信号に対し一定の補正信号を発生する回
路を設けることにより、海水温度上昇あるいは復水器真
空度低下時に電力系統の周波数が５０，８７５Ｈｚ程度
まで上昇しても、原子炉が停止することなく連続運転が
できるようにした蒸気タービン速度制御装置を提供する
ことを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明の蒸気タービン制御装置は、入力されたタービン
速度偏差信号の変化を負荷設定値に関連して補正しター
ビン調速器出力信号として出力するタービン調速器と、
負荷設定信号を出力する負荷設定器と、タービン調速器
出力信号と負荷設定信号との偏差を求めて速度要求信号
を出力する加算器と、前記速度要求信号と加減弁を制御
している圧力制御器出力との間に常に一定で適切なバイ
アス値を保持できる様にするための速度要求信号補正器
を設けたことを特徴としており、設計で考慮している定
められた周波数までの周波数上昇に対してみだりにスク
ラムが発生しないようにしたものである。

（実施例） 第１図は本発明にかかるブロック図である。

速度設定器２５は速度設定信号２５ａを加算器２６へ出
力するように形成されている。この加算器２６は速度設
定信号２５ａと蒸気タービンの実速度信号ａとを比較し
、その偏差信号であるタービン速度偏差信号２６ａをタ
ービン調速器２７に出力するように形成されている。こ
のタービン調速器２７は、タービン速度偏差信号２６ａ
の５％の変化が負荷設定値の１００％の変化に対応する
ような速度調定率をもって補正して、タービン調速器出
力信号２７ａとして加算器２８へ出力されるように形成
されている。

この加算器２８はタービン調速器出力信号２７ａと、負
荷設定器２９の負荷設定信号２９ａとを加算して速度要
求信号２８ａとして、加算器３４へ出力するように形成
されている。この加算器３４には速度要求信号補正器３
０からの補正出力信号３０ｂが入力され演算されて補正
速度要求信号３０ａが低値優先回路３１に入力される。

この低値優先回路３１には、原子炉１１の圧力を一定に
制御するための圧力制御器３２から出力される圧力要求
信号３２ａも入力されている。

この低値優先回路３１は前記２つの信号３０ａ、　３２
ａのうち低値信号を蒸気加減弁１３に対する加減弁開度
要求信号３１ａとして出力するように形成されている。

この信号３１ａによって蒸気加減弁Ｉ３の開度が制御さ
れる。また、圧力制御器３２から出力された圧力要求信
号３２ａは加算器３３にも加えられている。

この加算器３３は圧力要求信号３２ａと加減弁開度要求
信号３１ａとを比較して、その偏差信号をバイパス弁開
度要求信号３３ａとして出力するように形成されている
。このバイパス弁開度要求信号３３ａによってバイパス
弁１８の開度が制御される。

速度要求信号補正器３０は、速度要求信号２８ａと圧力
調整器出力３２ａを入力とし、　その偏差からさらに負
荷設定バイアス３０ｄ分を引いた信号３０ｃをホールド
回路３０Ａ（例えば時定数を１０００秒以上と大きくし
た一次遅れ回路）に入力して、通常が城弁を制御してい
る圧力制御器出力３２ａと補正速度要求信号３０ａのバ
イアス分を常に負荷設定バイアス値３０ｄ（通常１０％
）になる様に修正する前記補正出力信号３０ｂを出力す
るようになっている。

第２図、第３図、第４図は、本発明の装置における系統
周波数上昇時における蒸気加減弁等の過度応答説明図で
ある。

第２図は電力系統の周波数、第３図は蒸気加減弁および
バイパス弁の開度、第４図は原子炉出力のそれぞれの時
間変化を示す。

第２図に示すように、周波数がその設定周波数５０七か
ら約１秒で５０　、８７５１肚まで上昇し、その後それ
を維持したとすると、周波数上昇にともないり−ビン実
速度が上昇し速度要求信号２８ａが小さくなり、圧力要
求信号３２ａはほぼ一定で１００％を保っているため、
低値優先回路３１を経て速度要求信号２８ａが加減弁開
度要求信号３１ａとなり、第３図に示すように、蒸気加
減弁は徐々に閑ってくる。（開度は流量に対する％であ
る。）そして、周波数が５０．８７５Ｈｚに達した時点
で蒸気加減弁１３は２５％絞り込んだ状態となる。反対
にバイパス弁１８は蒸気加減弁１３の絞り込み量に対応
して開き、バイパス弁１８の容量が蒸気加減弁１３の容
量の２５％であることから、蒸気加減弁１３が２５％絞
り込んだ時点で全開となる。この状態で運転を継続する
こととなる。

上記説明では負荷設定バイアスが設計通り１０％あるも
のとしたが、このバイアスが海水温度や復水器真空度変
化に伴なう加減弁開度の変化（圧力調整器出力の変化）
のために１０％未満、例えば５％程度となった場合には
第２図の破線の様な挙動となる。

即ち、この場合には、加減弁の絞り込み開始が第３図に
示すように少し早くなり又、５０．８７５Ｈｚの時の絞
り込み量も５％増え約３０％となる。このため、バイパ
ス容量とのミスマツチが生じ、第４図に破線で示す様に
炉圧上昇に伴なう原子炉出力上昇により原子炉はスクラ
ムする。

しかしながら、本発明においてはこの負荷設定バイアス
が常に１０％となる様補正されるため、スクラムに至る
ことはない。

〔発明の効果〕

このように本発明の蒸気タービン速度制御装置は構成さ
れ作用するので、電力系統の周波数上昇時に、部分容量
のバイパス弁を有する蒸気タービンプラントにおいては
、そのバイパス弁の容量で吸収可能な範囲内の周波数上
昇に対して海水温度・復水器真空度等が変動しても直ち
にプラント停止に至るようなことが防止される。この結
果通常の電力系統に事故発生時に生ずる周波数上昇程度
では、プラントの停止は発生せず、バイパス弁全開の状
態で周波数の回復を待ちながら、プラントの連続運転を
行なうことができ、プラントの稼動率を向上させること
ができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図は本発明にかかる蒸気タービン速度制
御装置の一実施例を示し、第１図は全体を示すブロック
図、第２図は周波数上昇時における周波数の特性図、第
３図は加減弁およびバイパス弁の開度の特性図、第４図
は原子炉の出力の時間的変化を示す特性図、第５図は従
来の原子力タービンプラントの系統図、第６図は従来の
蒸気タービン速度制御装置における周波数変化と蒸気加
減弁開度の関係を示す図である。 １３・・・蒸気加減弁、１４・・・蒸気タービン、　１
８・・・バイパス弁、　　２６ａ・・・タービン速度偏
差信号、２７・・・タービン調速器、　　２７ａ・・・
タービン調速器出力信号、　　２８・・・加算器、　　
２８ａ・・・速度要求信号。 ２９ａ・・・負荷設定信号、　　３０ａ・・・補正速度
要求信号（運転信号）、　　３０ｂ・・・補正出力信号
（運転信号）、３ＯＡ・・・ホールド回路、　　　３１
・・・低値優先回路、３１ａ・・・加減弁開度要求信号
。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　第子丸　　　健 べ 時閉　（秒） 第２図 チ１　間　　（ネ暢つ 第３図 時間（＃） 第５図 周号数（Ｈｚ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、入力されたタービン速度偏差信号の変化を負荷
   設定値に関連して補正してタービン調速器出力信号とし
   て出力するタービン調速器と、負荷設定信号を出力する
   負荷設定器と、前記タービン調速器出力信号と負荷設定
   信号との偏差を求めて速度要求信号を出力する加算器と
   、前記速度要求信号の内容が圧力制御器出力と常に適切
   なバイアス値を保持するための速度要求信号補正器とを
   有する蒸気タービン速度制御装置。
2. （２）、速度要求信号補正器は、定常時の速度要求信号
   と圧力制御器出力との間に常に一定のバイアス値が保持
   できることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の蒸
   気タービン速度制御装置。
3. （３）、速度要求信号補正器は、その出力信号が速度要
   求信号や圧力制御器出力の短期的な変動には追従せず、
   復水器真空度変化等によるゆっくりとした長期的な変動
   に対してのみ追従する様にホールド回路を設けたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の蒸気タービン速
   度制御装置。