JPH0128201B2

JPH0128201B2 -

Info

Publication number: JPH0128201B2
Application number: JP54064663A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kurakata
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1979-05-25
Filing date: 1979-05-25
Publication date: 1989-06-01
Also published as: JPS55156203A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は蒸気タービン制御装置に係り、特に定
圧運転と変圧運転を組み合せて制御される蒸気タ
ービンに適用するに好適な蒸気タービン制御装置
に関する。

一般に蒸気タービン制御装置には速度制御機能
があり、回転速度、発電機駆動の場合は発電周波
数の変化に対する出力の変化が定まつている。こ
れを一般に速度調定率Ｒ（％）と呼び、Ｒ＝Ｎ−N_p／N_p／L_p−Ｌ／L_p×100（％）………(1) なる式で表される。但し、Ｎは回転数（RPM）
ないしは発電周波数（Hz）、Noは定格回転数
（RPM）ないしは定格周波数（Hz）、Ｌは出力
（kW）、Loは定格出力（kW）である。

さて、蒸気タービンの場合、出力、即ち発電機
負荷を制御する場合、一般に蒸気加減弁が用いら
れ、ボイラからタービンに至る蒸気管に設けられ
た蒸気加減弁の開度で蒸気量の制御を行なうこと
によつて蒸気タービンの出力を制御している。さ
らに、蒸気タービン制御装置には、出力、即ち発
電機負荷に応じて速度を整定すべく作動する同期
装置が設けられており、この同期装置によつて蒸
気タービンの速度調定が行なわれる。

さて、第１図は同期装置位置をパラメータにと
つて蒸気タービンの速度調定率を説明する特性図
で、同図中ｎは蒸気タービンのある速度に対する
割合（％）で示される回転速度、VCは弁開度指
令値、FOは弁開度指令値の全開指令、NLは弁開
度指令の無負荷位置、NLPは同期装置の無負荷
位置、MLPは同期装置の最大負荷位置である。
一方、第２図は弁開度指令値をパラメータにとつ
て蒸気タービンの速度調定率を説明するための特
性図で、SSは同期装置位置である。第１図、第
２図は基本的には同じものであり、調定率５％と
して図示してある。なお、これら第１図および第
２図は蒸気タービン制御装置の動作を説明するも
ので、回転速度に対して弁開度指令値を示してあ
り、この弁開度指令値が蒸気タービンの負荷に対
応するものとなつている。

今、蒸気タービンが定格回転数で最大負荷に
て、即ち同期装置が最大負荷位置MLPにある時、
系統周波数が上がつた場合、第１図、第２図の矢
印Ｘに示す如く弁開度指令値VC（一般には加減弁
開度）が減少し、周波数、即ち回転速度ｎが105
％に達すると弁は無負荷位置NLの開度まで絞り
込まれ、発電機負荷は零になる。

同じ電力系統に接続されている全発電機の駆動
用タービンの制御装置が同じ調定率を持つた場
合、これを仮に調定率５％とすると、全タービン
が100％周波数の100％負荷（最大負荷を100％と
する）で運転中、系統負荷が減少し、周波数が
101％になると、各発電機出力は20％減少して80
％になり、各発電機の負荷減少率は同じとなる。

以上述べた如く、電力系統に於いては一般にそ
の系統に接続されている発電機駆動用のタービン
制御装置の速度調定率を一定とし、周波数変化に
対する出力変化を一定にして各タービンの出力減
少ないしは出力増加の割合を一定にしている。

さて、近年省エネルギー施策の一方法として、
蒸気タービン運転の部分負荷効率の向上を目指し
て変圧運転方式が採られるようになつて来てい
る。これは、部分負荷時には主蒸気圧力を下げて
加減弁開度を全開付近にしたまま運転を行なおう
とするものである。このとき、蒸気タービン出力
は主蒸気流量に比例するが、この主蒸気流量は主
蒸気圧力にほぼ比例する。

ところが、前にも述べた様に周波数変化に対す
る負荷変化割合は一般に蒸気加減弁の開度で定ま
るため、主蒸気圧力が変化すると負荷変化割合が
変わつてくる。例えば、定圧運転で主蒸気圧力一
定のまま調定率５％の50％負荷でタービン運転中
に周波数が増大した場合、先にも述べた様に周波
数102.5％で負荷が零となるが、変圧運転で主蒸
気圧力を下げ50％負荷でタービン運転中に周波数
が増大した場合、即ち説明の簡単のために加減弁
全開にて主蒸気圧力の変化のみで負荷を下げこの
状態で周波数が増大した場合、周波数105％で負
荷が零となり、結局調定率が変化したことにな
る。

この状態を示したのが、第３図の説明図で、同
図中VAは蒸気加減弁開度、Ｌは負荷、Ａは定圧
運転時の50％負荷運転点、Ｂは変圧運転時の50％
負荷運転点である。同図からも明らかな如く、変
圧運転の場合、同じ50％の負荷を変化させるため
の蒸気加減弁のストロークが大きくなる。このよ
うにストロークが大きくなることはタービンの周
波数変化に対する出力応答が鈍くなることを意味
する。このようなことは、制御装置自体は第１図
および第２図に示した関係で動作するにもかかわ
らず、主蒸気圧力が低下しているため、タービン
の負荷と弁開度の関係が定圧時とは異なつてくる
ために生ずる。

第４図は従来の蒸気タービン制御装置の速度制
御部のブロツク図で、同図中１は同期装置位置に
対応する速度設定信号、２はタービン回転速度に
対応する周波数、３は前記速度設定信号１と周波
数２を比較してその偏差に対応する偏差信号４を
出力する演算器、５は調定率に見合つたゲインで
前記偏差信号４を増幅する係数器、６は前記係数
器５の出力である弁開度信号である。

即ち、かかる構成によれば調定率５％のタービ
ンが回転速度100％で負荷100％で運転中は速度設
定信号１は105％になつており、偏差信号４は 105−100＝５（％） ………(2) で、係数器５で20倍されて、弁開度信号６は100
％となる。

従つて、回転速度が105％になると偏差信号４
は“０”となり、弁開度信号６も“０”となる。

また、負荷50％で運転中の定圧タービンに於い
ては、速度設定信号１は102.5％になつており、
偏差信号４は 102.5−100＝2.5（％） ………(3) で、係数器５で20倍されて、弁開度信号６は50％
となる。

従つて、回転速度が102.5％になると偏差信号
４は“０”となり、弁開度信号６も“０”とな
る。

ところが、変圧運転のタービンが50％負荷で運
転中は、変速設定信号１は105％、偏差信号４は
５％、弁開度信号６も100％であるため、定圧運
転の100％負荷時と同様に回転速度が105％になら
ないと弁開度信号が“０”とならない。このこと
は、実際の蒸気タービン出力が主蒸気圧力の低下
によつて半減しているにもかかわらず、第４図に
示す蒸気タービン制御装置はあたかも主蒸気圧力
が定格圧力と同じであるかのように蒸気タービン
を制御することを意味する。つまり、出力は半減
しているのに回転速度が105％となるまで弁開度
信号は“０”にならず、この結果周波数変化に対
する負荷変化という意味での実際の調定率が変化
していることになるのである。

以上述べた如く、変圧運転を行う蒸気タービン
に於いては主蒸気圧力によつて調定率が異なつて
来るので、何らかの対応策が必要とされていた。

従つて、本発明の目的は上記従来技術の欠点を
なくし、変圧運転時の主蒸気圧力等の信号に基づ
き速度調定率が一定となる様に制御系のゲイン変
更を行ない、変圧運転時にも定圧運転時と同様の
速度調定率を確保し得る蒸気タービン制御装置を
提供するにある。

以下、図面に従つて本発明を更に詳細に説明す
る。

第５図は本発明の一実施例に係る蒸気タービン
制御装置の演算手段の構成を例示するものであ
る。

この演算手段は、速度設定信号１Ａ、負荷設定
信号１Ｂ、タービン回転速度に対応する周波数信
号２、および主蒸気圧力信号９に基づいて速度調
定率が所定値となる蒸気加減弁の開度を演算し、
この演算された開度を弁開度信号６として出力す
る。そしてこの演算手段は演算器３、係数器５
Ａ，５Ｂ、ゲイン設定器８、および逆数器１０か
らなつている。ゲイン設定器８は主蒸気圧力信号
９に応じてゲインを演算設定する設定信号７を出
力する。逆数器１０は設定信号７の逆数をとる。
係数器５Ｂは、逆数器１０の出力に応じてゲイン
設定され、負荷設定信号１Ｂに設定されたゲイン
（係数）を掛ける。演算器３は速度設定信号１Ａ、
周波数信号２、および係数器５Ｂの出力に基づい
て偏差を演算し、偏差信号４を出力する。係数器
５Ａは演算器３の出力である偏差信号４に設定信
号７に応じた係数を掛ける。

即ち、第５図の構成に於いて、係数器５Ａ，５
Ｂはゲイン変更機能付の係数器であり、それぞれ
ゲイン設定器８からのゲイン設定信号７並びに逆
数器１０の出力信号に応じてそのゲインを設定さ
れるものである。また、本構成に於いては、機能
を明確にするために、速度設定信号１Ａと負荷設
定信号１Ｂに分け、両方合せて同期装置位置に対
応させるものとする。

さて、かかる構成に於いて、変圧運転時の蒸気
加減弁の動きを定圧運転時のそれと同じ様にする
ためには、負荷50％時を例にとれば、同期装置位
置は102.5％とし、偏差信号４に対するゲインを
40倍とすればよい。そして、蒸気圧力信号９より
ゲイン設定器８で実際の主蒸気圧力に対する定格
蒸気圧力の比からゲイン設定信号７を作り出し、
偏差信号４に対する係数器５Ａのゲインを変更す
ることでこれを実現している。一方、前記ゲイン
設定信号７は逆数器１０を経て逆数となり変圧運
転５Ｂのゲインを変更している。

なお、100％負荷時には、速度設定信号１Ａは
100％、負荷設定信号１Ｂは５％となり、係数器
５Ａはゲイン20倍、係数器５Ｂはゲイン１倍とな
つており、従つてこの場合の回路機能は第４図の
構成と全く同様である。

これに対して、50％負荷時には、主蒸気の圧力
信号９が50％負荷相当であるので、ゲイン設定器
８からはゲインを２倍にする様なゲイン設定信号
７が出力されている。従つて、係数器５Ａのゲイ
ンは40倍となる。一方、前記ゲイン設定信号７は
逆数器１０で逆数変換され、ゲインを２分の１と
すべき信号として係数器５Ｂに入力される。

この場合、変圧運転であるので負荷設定信号１
Ｂは加減弁全開に対応する信号５％を出力してい
るが、係数器５Ｂのゲインが２分の１となるので
演算器３には2.5％として入力される。このため、
回転速度、即ち周波数２が100％の時には偏差信
号４は2.5％となり、係数器５Ａのゲインが４０
であるから弁開度信号６は100％となり、また回
転速度が102.5％になると偏差信号４は“０”と
なり弁開度信号６も“０”となる。このように係
数器５Ａ，５Ｂでは各入力信号に、設定信号７或
いは逆数器１０の出力信号に基づくゲインをそれ
ぞれ乗ずるようになつている。従つて、変圧運転
時にも定圧運転時と全く同様の速度調定率を得る
ことが出来るものである。

なお、上記実施例に於いては圧力信号９として
は主蒸気圧力そのものの検出信号を用いる場合を
例示したが、本発明の実施はこれに限定されるも
のではなくボイラの圧力設定信号そのものを用い
ても同様の効果を得ることが出来るものである。
また、出力指令に対する主蒸気圧力、即ち変圧運
転のパターンが決定されていれば、中央制御盤か
らの出力指令値と置き換えてもよい。

また、第５図の実施例に置いては係数器５Ａと
５Ｂの作用方向が逆であるので逆数器１０を用い
たが、係数器５Ａ，５Ｂが同じ設定信号７に対し
て逆に作動すればこれは不要となる。

更に、第５図の実施例に於いては、同期装置位
置に対してこれに蒸気圧力に応じて変更を加える
如き構成を例示したが、負荷変更がゆつくりの場
合、ボイラの圧力制御装置からの信号でこれを修
正することも可能である。

さて、第６図は本発明の別の実際例に係る蒸気
タービン制御装置の演算手段を示すブロツク図
で、特に電気油圧式制御系を適用した場合を例示
するものである。この演算手段は、速度設定信号
１Ａ、負荷設定信号１Ｂ、タービン回転速度に対
応する周波数信号２、および主蒸気圧力信号９に
基づいて速度調定率が所定値となる蒸気加減弁の
開度を演算し、この演算された開度を弁開度信号
６として出力する。そしてこの演算手段はゲイン
設定器８、演算増幅器１１Ａ，１１Ｂ、抵抗１
２、ポテンシヨメータ１４Ａ，１４Ｂ、モータ１
５、位置検出器１６、および位置調節器１７を有
している。

ポテンシヨメータ１４Ａおよび１４Ｂはそれぞ
れ第５図に示す係数器５Ａおよび５Ｂに対応し、
演算増幅器１１Ａは第５図に示す演算器３に対応
するものである。演算増幅器１１Ｂはポテンシヨ
メータ１４Ａの位置に応じた信号出力を行なう。
抵抗１２は演算増幅器１１Ａ，１１Ｂを機能させ
るためのものである。ゲイン設定器８は主蒸気圧
力信号９に基づいてゲイン設定信号７を出力す
る。モータ１５はポテンシヨメータ１４Ａ，１４
Ｂを駆動する。位置検出器１６はモータ１５の位
置を検出する。位置調節器１７は、ゲイン設定信
号７と位置検出器１６の出力に基づいて、モータ
１５をゲイン設定信号７に応じた位置に制御す
る。

かかる構成に於いて、ポテンシヨメータ１４
Ａ，１４Ｂはモータ１５の回転に対して、互いに
ゲインを持つ様に制御されるもので、ゲイン設定
器８の出力信号であるゲイン設定信号７に応じた
位置に負帰還制御されるモータ１５の位置に応じ
て、それぞれ演算増幅器１１Ａからの偏差信号４
に対する演算増幅器１１Ｂのゲイン並びに負荷設
定信号１Ｂに対する演算増幅器１１Ａのゲインを
変更し、蒸気圧力信号９に対する速度調定率が一
定となる様な制御を行なうものである。

第７図は本発明の更に別の実施例に係る蒸気タ
ービン制御装置の演算手段を示すブロツク図で、
第６図の構成と異なる点は、ポテンシヨメータ１
４Ｂを省略し、代りに負荷設定信号１Ｂをゲイン
変更を行なう必要のない部分に入力してやること
であり、その作用については第６図の構成と全く
同様である。

第８図、第９図、第１０図は第６図、第７図の
実施例に於けるゲイン変更部の変形例を示す回路
ブロツク図で、第８図、第９図はポテンシヨメー
タ１４Ａを演算増幅器１１Ａの帰還量制御に用い
てゲイン変更を行なう場合を、第１０図は演算増
幅器１１Ａの２つの入力、即ち周波数２と速度設
定信号１Ａの双方をポテンシヨメータ１４Ａで同
量ずつ変化させ、演算増幅器１１Ａの総ゲインを
変化させる場合を例示するものである。

なお、これらの構成は周知の回路ブロツクであ
るのでその動作については詳述しないが、演算増
幅器１１Ｂに対して、またポテンシヨメータ１４
Ｂに対して同様の構成が適用可能であることはい
うまでもない。

第１１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、特に機械油圧
式制御系を適用した場合を例示するものである。
この実施例の蒸気タービン制御装置は、モータ１
５、同期装置２０、およびレバー比変更機構２８
を有している演算手段と、調速機２２と、速度リ
レー２４と、補助パイロツト弁２６とを備えてい
る。

同期装置２０は速度設定信号１Ａ、負荷設定信
号１Ｂに対応する動作を行なう。調速機２２は周
波数信号２に対応し、速度リレー２４は、弁開度
信号６に対応する。補助パイロツト弁２６は、調
速機２２並びに速度リレー２４に油圧を供給す
る。符号Ｄは各油圧機器のドレンを示す。レバー
比変更機構２８は、図示していないゲイン設定器
（例えば第５図に示すゲイン設定器８）から出力
されるゲイン設定信号７に応じた位置に制御され
るモータ１５で駆動され、同期装置２０、調速機
２２、速度リレー２４を連結するリンク機構のレ
バー比を変更する。

かかる構成によれば、前記レバー比変更機構２
８が第５図に於ける係数器５Ａ，５Ｂとしての作
用を持ち、この機構に於ける蒸気タービンの速度
調定率を一定に保持するものである。

なお、第１１図の構成に於いて、機構上のレバ
ー比変更等の演算については、同期装置２０と連
動するリンク機構や油圧機構等、数多の変形例が
考えられ実施可能なことは云うまでもない。

以上述べた如く、本発明によれば変圧運転する
蒸気タービンに於いても、その速度調定率を一定
に保持し得るため、この速度調定率を主蒸気圧力
に応じて調製する必要がなく、したがつて変圧運
転時にも制御性を損ねることなく効率の高い運転
を可能とした新規の蒸気タービン制御装置を得る
ことが出来るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は蒸気タービンの速度調定率を
説明する特性図、第３図は蒸気タービンの定圧運
転と変圧運転の相違を説明する特性図、第４図は
従来の蒸気タービン制御装置の速度制御部のブロ
ツク図、第５図は本発明の一実施例に係る蒸気タ
ービン制御装置の演算手段を示すブロツク図、第
６図、第７図は本発明の別の並びに更に別の実施
例に係る蒸気タービン制御装置の演算手段を示す
ブロツク図、第８図、第９図、第１０図は第６
図、第７図の実施例に於けるゲイン変更部の変形
例を示す回路ブロツク図、第１１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
ツク図である。１Ａ……速度設定信号、１Ｂ……負荷設定信
号、２……周波数（回転数）信号、３……演算
器、５Ａ，５Ｂ……係数器、６……弁開度信号、
８……ゲイン設定器、９……圧力信号、１０……
逆数器。

Claims

【特許請求の範囲】１弁開度信号に基づいて蒸気加減弁の開度を制
御する蒸気タービン制御装置において、速度設定信号、負荷設定信号、タービン回転速
度に対応する周波数信号、および主蒸気圧力信号
に基づいて速度調定率が所定値となる蒸気加減弁
の開度を演算し、この演算された開度を弁開度信
号として出力する演算手段を備えていることを特
徴とする蒸気タービン制御装置。