JPH0122521B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、火力発電設備において電力系統側の
事故等により発電機より送電が出来なくなり、発
電機を外部系統と切り離し、発電所の負荷のみを
発電機により発電運転にする、いわゆる所内単独
運転となつた時に、タービン駆動給水ポンプの運
転制御に関するものである。

最近の火力発電設備は、電力系統の事故時に発
電設備を停止することなく、所内負荷のみで運転
し、電力系統の復帰と共に、発電設備を電力系統
と接続することにより、急速に負荷をとることに
より、電力系統の安定を図つている。

第１図に、従来の火力発電設備の概念系統図を
示す。

第１図において、ボイラー１１により発生した
蒸気は、タービン１２に導かれ、発電機１３を回
し電気を発生させる。

タービン１２で仕事をした蒸気は復水器１４に
より冷却され、水となつて復水ポンプ１５により
送水され、低圧給水加熱器１６により加熱され、
脱気器１７に一旦貯水される。

脱気器１７に貯水された水は、タービン駆動給
水ポンプ１８により、高圧水として送水され、高
圧給水加熱器１９によりさらに加熱されてボイラ
ー１１に送り込まれる。

ここで、タービン駆動給水ポンプ１８は給水ポ
ンプ駆動用タービン２０により駆動されるが、給
水ポンプ駆動用タービン２０の蒸気源は通常運転
中はタービン１２からの抽気蒸気を使用し、低負
荷時はボイラー１１出口蒸気を使用する。

ボイラー１１に送水される給水流量は、タービ
ン駆動給水ポンプ１８の回転数により制御され
る。従つて、給水ポンプ駆動用タービン２０の回
転数を制御することにより、流量を変化させるこ
とができる。

第２図は、従来の給水制御装置で給水ポンプ駆
動用タービン２０に電気−油圧式ガバナを使用し
た例のブロツク図である。

第２図において、設定器２２により設定された
給水流量設定値とタービン駆動給水ポンプ１８の
吸込流量と比較され、その偏差が調節器２３で比
例＋積分補償され回転数指令値とされる。

この回転数指令値と給水ポンプ駆動タービン２
０の回転数を、回転数検出器２４により検出され
た信号と比較され、その偏差を給水ポンプ駆動用
タービン制御器２５によりゲイン補償され、電油
変換器２６で油圧信号に変換され、低圧蒸気加減
弁２７と高圧蒸気加減弁２８を操作することによ
り、給水ポンプ駆動用タービン２０の回転数を制
御している。

ここで、低圧蒸気加減弁２７と高圧蒸気加減弁
２８の関係は、第３図のような特性になつてい
る。

つまり、３００は弁の全開のときを示し、３０
１は低圧気加減弁２７の、３０２は高圧蒸気加減
弁２８のそれぞれ制御信号に対する開度特性を表
わす。信号を０から増加させた場合、まず、低圧
蒸気加減弁２７が開き始め、全開となつた所で、
高圧蒸気加減弁２８が開き始めるように構成され
ている。

従つて、通常運転中はタービン抽気からの蒸気
により、低圧加減弁２７により制御し、タービン
１２の負荷が下がりタービン抽気が不足すると、
高圧加減弁２８が開いて制御される。

この通常状態で所内負荷単独運転が発生する
と、タービン１２の負荷が急激に所内負荷のみと
なるため、タービン１２の加減弁は急閉となる。

すると、ボイラー１１出口の蒸気圧力は急上昇
し、それに伴ないタービン駆動給水ポンプ１８の
吐出圧力も上昇する。と同時に、タービン抽気蒸
気はほとんどなくなるので、給水ポンプ駆動用タ
ービン２０の低圧蒸気源がなくなる。

所定負荷単独運転が発生して、主蒸気圧力が上
昇した瞬間は、タービン駆動給水ポンプ１８の回
転数は所内負荷単独運転発生前とほぼ同じである
ので、第４図に示すシステムロスつまり給水流量
と圧力の関係を表わす曲線からもわかるように、
給水流量も急減する。

この急減した給水流量が、ボイラー１１で必要
とする最低流量以下となることも考えられ、さら
には、タービン抽気の低圧蒸気源もなくなるの
で、タービン駆動給水ポンプ１８の回転数が低下
し、さらに悪い方向となる。

従つて、所内負荷単独運転が発生した時、ボイ
ラー１１の最低給水流量を確保するためには、タ
ービン駆動給水ポンプ１８の回転数を上げてやら
なければならない。

しかし、従来の第２図に示す制御装置では、調
節器２３の比例＋積分回路は、通常運転中におけ
る負荷変化に対して補償できる値となつているた
め、そのままでは、所内負荷単独運転発生のよう
な大きな急激な変化に対しては、補償することは
できない。

従つて、従来の制御装置では所内負荷単独運転
時、タービン駆動給水ポンプ１８の回転数を必要
回転数までの上昇、または低圧加減弁２７から高
圧加減弁２８への切替えも、必要時間内に行なう
ことができず、結果的には、ボイラー１１の最低
給水流量を割り込み、発電設備を停止させること
となる。

これを、第４図に表わす給水流量Ｑ−圧力Ｈ関
係曲線を参照しながら説明する。

第４図において、Ｎ＋２〜NO〜Ｎ−４はター
ビン駆動給水ポンプ１８の回転数を示し、ａはボ
イラー１１の出口蒸気圧力、ｂはその蒸気圧力に
相当するタービン駆動給水ポンプ１８の吐出圧力
である。従つてｂとａの差はタービン駆動給水ポ
ンプ１８出口からボイラー１１出口までの圧力損
失を表わす。

いま、第４図において、所内負荷単独運転発生
前の運転状態がｃ点であつたとすると、このとき
の給水流量はｄであり、タービン駆動給水ポンプ
１８の吐出圧力はｅ点となつている。

この状態で所内負荷単独運転が発生して、ボイ
ラー１１出口圧力が急上昇し、これと共にタービ
ン駆動給水ポンプ１８の吐出圧力がｆ点になつた
とする。

このとき、タービン駆動給水ポンプ１８の回転
数が、NOのままであれば、第４図からもわかる
ように、給水流量はＯとなる。そのさいボイラー
１１の最低給水流量がｇであつたとすると、完全
に、その値以下となつてしまう。

従つて、この時最低でもｈ点に相当する回転数
まで直ちに上昇させなければならない。そして、
最終的に圧力の降下とともに、ｊ点に相当するＮ
−３回転にしなければならない。

このときの給水ポンプ駆動用タービン２０の蒸
気源を見ると、まず、タービン１２の抽気蒸気は
急減するため、給水ポンプ駆動用タービン２０の
駆動蒸気がなくなり、回転数は低下する。

従つて、ｈ点を確保するためには、蒸気源をボ
イラー１１出口蒸気に切替えるべく、給水ポンプ
駆動用タービン２０の加減弁を、低圧加減弁２７
から高圧加減弁２８に直ちに切替える必要があ
る。

しかし、従来の制御装置では、このような急な
動きに対応できないような調節器２３となつてい
るため、一時的に回転数が低下してしまい、ボイ
ラー１１の最低給水流量ｇを確保することは不可
能であつた。

そこで本発明では、所定負荷単独運転発生時に
ボイラー１１出口圧力を検出し、その圧力に見合
つた給水ポンプ駆動用タービン２０の回転数に直
ちに指令値を設定すると共に、この指令値に給水
ポンプ駆動用タービン２０の高圧加減弁２８のボ
イラー出口蒸気に見合つた開度に相当する補正を
行なうことにより、低圧加減弁２７から高圧加減
弁２８への切替えを早め、ボイラー１１への給水
流量を確保する給水ポンプ制御方法を提供するこ
とを目的とする。

第５図は、本発明の一実施例のブロツクダイア
グラムである。

第５図を見てわかるように、従来の制御系はそ
のまゝである。

従来の調節器２３の出力側に切替器３３を設
け、通常運転中は調節器２３側とし、所内負荷単
独運転発生時には関数変換器３２側の信号が給水
ポンプ駆動用タービン２０の制御器２５に入力さ
れるように構成されている。

いま、通常の運転時、前述のように、切替器３
３が調節器２３側にあつた場合、設定器２２によ
りある流量の設定が与えられ、この設定値とター
ビン駆動給水ポンプ１８の吸込流量発信器３０の
信号とが比較され、その偏差が調節器２３に与え
られ、比例＋積分補償され、回転数指令信号とな
り、切替器３３を通つて給水ポンプ駆動用タービ
ン２０の回転検出器２４の信号と比較される。

この偏差が給水ポンプ駆動用タービン２０の制
御器２５を通り、電油変換器２６により油圧信号
となり加減弁２７，２８に伝達される。

この時、タービン１２の発電出力が定検負荷運
転中であるとすると、タービン１２の抽気蒸気は
十分に有るので、給水ポンプ駆動用タービン２０
の加減弁は低圧加減弁２７が開となり、高圧加減
弁２８は全閉状態で運転されている。

この運転状態から所内負荷単独運転が発生する
と、切替器３３は直ちに圧力発信器３１および関
数変換器３２からなる補助ボイラ給水制御手段側
に切替わる。

この関数変換器３２は、ボイラー１１の出口蒸
気圧力（主蒸気圧力）を圧力発信器３１により検
出し、その圧力信号を入力として、このときの給
水ポンプ駆動用タービン２０すなわちタービン駆
動給水ポンプ１８の回転数が決まるような関数と
なつている。

さらに、この関数はタービン駆動給水ポンプ１
８の出口圧力によつて決まる回転数を、第４図の
給水流量Ｑ−圧力Ｈ曲線から求め、この回転数値
に所内負荷単独運転時の給水ポンプ駆動用タービ
ン２０の蒸気源となる高圧蒸気、つまりボイラー
１１の出口蒸気の圧力、温度によるエネルギーに
よつて、そのときの給水ポンプ駆動用タービン２
０の回転数を得るに必要な、高圧加減弁２８の開
度となるように、予め計算した値によつて補正し
た関数としている。

この関数変換器３２の出力信号は切替器３３を
通り回転数の指令値となり、現在の回転数と比較
され、その偏差が給水ポンプ駆動用タービン２０
の制御器２５によりゲイン補償され、電油変換器
２６により油圧信号に変換され、加減弁２７，２
８に伝達される。

そのとき、加減弁は低圧蒸気源すなわちタービ
ン抽気蒸気はなくなつているので、ボイラー出口
蒸気側の高圧加減弁２８が開となり、関数変換器
３２により与えられた開度まで直ちに開く。

このさい、給水ポンプ駆動用タービン２０の回
転数はさきに関数変換器３２のところで説明した
ように、タービン駆動給水ポンプ１８の吐出圧力
と流量により決まる回転数となる。

このため、ボイラー１１への送水は所内負荷単
独運転発生によるボイラー１１の出口蒸気圧力が
上昇しても、ボイラー１１が必要とする流量分が
確保され、ボイラー１１及びタービン１２を停止
させずに、所内負荷単独運転発生時の過渡的な不
安定状態でも継続して運転が可能となり、さらに
は電力系統の安定化にも結びつくこととなる。

このようにボイラー１１の出口側から主蒸気圧
力を検出するようにしたので、応答遅れのない状
態変化検知が可能となる。その結果検知遅れに伴
うボイラーの水位変動、水位低下によるオーバヒ
ート、オーバーヒートによるボイラーチユーブの
破裂などを未然に防ぐことができる。なお、関数
変換器３２に入れられている関数は、さきに述べ
たように、所内負荷単独運転発生時の過渡的な状
態を考慮した関数であるため、ボイラー１１やタ
ービン１２が安定した状態となつたときには、与
えられた関数により求まる給水ポンプ駆動用ター
ビン２０の回転数が、その安定時の回転数値と多
少差が現われる。

従つて、この安定状態となつた以降の回転数指
令値は、通常制御の調節器２３側に切替器３３を
切替える操作を行なうことも、本発明により提案
するところである。

この切替時間は、実験や模擬試験によると、所
内負荷単独運転発生から約１〜３分位が適当であ
ることが明らかになつた。

以上述べたように、本発明によれば、電力系統
事故時等で発生する発電所所内単独運転時の急速
な負荷降下において、ボイラー給水ポンプ駆動タ
ービンの蒸気源の切替えや回転数制御の指令値
を、所内単独運転時専用の関数変換器を設け、こ
の関数変換器にボイラー出口圧力により、そのと
きに必要となるポンプ回転数および給水ポンプ駆
動タービンの高圧加減弁の開度が求まる関数を入
れておくことにより、所内単独運転発生時にその
関数変換器の出力を指令値として回転数制御を行
なわせ、過渡的な不安定状態においても、ボイラ
ーが必要とする給水量を送水できる。

かくして本発明によれば、発電設備を停止させ
ることもなく、電力系統の事故復帰とともに負荷
を増加させることができ、電力系統の安定化にも
役立てることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の火力発電設備の概念系統図、第
２図は従来の給水ポンプ駆動タービンの給水制御
装置のブロツク図、第３図は給水ポンプタービン
の低圧加減弁と高圧加減弁の関係図、第４図は給
水流量と圧力の関係説明図、第５図は本発明の一
実施例のブロツクダイアグラムである。 １１……ボイラ、１２……タービン、１３……
発電機、１４……復水器、１５……復水ポンプ、
１６……低圧給水加熱器、１７……脱気器、１８
……給水ポンプ、１９……高圧給水加熱器、２０
……給水ポンプ駆動タービン、２２……設定器、、
２３……調節器、２５……制御器、２６……電油
変換器、２７……低圧蒸気加減弁、２８……高圧
蒸気加減弁、２９……オリフイスあるいはフロノ
ーズ、３０……吸込流量発信器、３１……圧力発
信器、３２……関数変換器、３３……切替器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 火力発電設備における所内負荷単独運転発生
   時に、通常のボイラ給水制御手段から関数変換器
   を含む補助ボイラ給水制御手段に切替え、ボイラ
   からの主蒸気圧力を検出し、この主蒸気圧力に基
   づいて給水ポンプ駆動用タービンの回転数を制御
   することによつてボイラへの給水を行ない、所定
   時間後に通常のボイラ給水制御手段に復帰させる
   ことを特徴とする所内負荷単独運転時の給水ポン
   プ制御方法。