JPH0243881B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、地熱蒸気を利用する蒸気タービンプ
ラントにおける、地熱蒸気タービンの制御装置に
関する。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕

一般に地熱を利用した発電プラントにおいて
は、蒸気タービンに流入する蒸気圧は、蒸気井戸
の状態、噴出蒸気量等によつて異なる。そのため
蒸気タービンへの流入蒸気圧が定格値よりも高く
なることがたびたびある。定格圧力で定格負荷運
転されている蒸気タービンは、蒸気圧の上昇によ
つて蒸気タービンへの流入蒸気量を増し、蒸気タ
ービンの負荷は過負荷状態となる。この過負荷運
転をさけるために従来は、蒸気加減弁の出口圧力
（ボール圧力）を、ある値以上に上昇しないよう
に、蒸気加減弁を絞り込む制御を行なつている。
また、地熱発電プラントの場合、従来部分負荷効
率を余り重視していない面もあり、スロツトル制
御方式を採用することが一般的であり、しかもこ
の場合、蒸気加減弁後流のノズル入口で蒸気が合
流するため、いずれかの蒸気加減弁を絞り込め
ば、蒸気加減弁全体としての流入が減少し、蒸気
加減弁出口圧力を規定値以内に押さえることがで
きる。またこのスロツトル制御の場合には、蒸気
加減弁出口圧力と蒸気タービンの出力とはほぼ比
例状態にあるため、蒸気タービンの出力が定格以
上の状態でしか、蒸気加減弁出口圧力が規定値以
上になることはない。したがつて、蒸気加減弁出
口圧力の制御は比較的容易に行なうことができ
る。

すなわち、第１図は従来の制御方式による蒸気
加減弁出口圧力制御を組み込まれた地熱蒸気ター
ビン制御装置の系統図であつて、井戸１から噴出
する蒸気は、ドレンセパータ２によつて蒸気と熱
水とに分離され、ドレンセパレータ２を出た蒸気
は、アイソレーシヨン弁３および主蒸気止め弁４
ａ，４ｂを経て、蒸気加減弁５ａ，５ｂに入り、
その蒸気加減弁５ａ，５ｂで蒸気タービン６への
流入蒸気量が調整され、蒸気タービン６に流入す
る。蒸気タービン６に流入した蒸気は、そこで仕
事を行ない、発電機７を駆動するとともに、蒸気
タービン６からの排気は復水器８に流入し、そこ
で復水され地中に還元される。

ところで、上記蒸気タービン６のロータ軸に
は、歯車９が直結されており、その歯車９と対向
して非接触形電磁ピツクアツプ１０が配設され、
その非接触形電磁ピツクアツプ１０によつて、タ
ービン回転数に比例した周波数信号が検出される
ようにしてある。上記電磁ピツクアツプ１０によ
つて検出された周波数信号は、周波数／電圧変換
器１１によつて、タービン回転数に比例したアナ
ログ量に変換され、加算器１２に印加される。

上記加算器１２においては、周波数／電圧変換
器１１からの回転数信号が、速度設定器１３から
の設定信号と比較演算され、その誤差信号は、調
定率回路１４によつて、調定率に合つた速度制御
信号を作り出し、低値優先回路１５に印加され
る。低値優先回路１５では、上記速度制御信号
と、負荷制限器１６からの制限信号と、後記する
蒸気加減弁出口圧力制御回路からの圧力制御信号
とが比較演算され、いずれかの低い制御信号が、
低値優先回路１５の出力信号となる。この出力信
号の一方は、パワーアンプ１７ａにて電力増幅さ
れたうえで、電気／油圧変換器１８ａの入力とな
る。上記電気／油圧変換器１８ａでは、入力電流
に比例した機械的な変位量に変換され、その変位
量によつて蒸気加減弁油筒１９ａの制御パイロツ
ト等が作動せしめられ、油筒１９ａの開度位置が
制御され、この油筒１９ａによつて蒸気加減弁５
ａの開度が制御され、蒸気タービンへの流入蒸気
量が制御される。低値優先回路１５の出力の他方
は、前記一方と同様に、パワーアンプ１７ｂ、電
油変換器１８ｂおよび蒸気加減弁油筒１９ｂを経
て、蒸気加減弁５ｂの開度を制御する。第１図は
蒸気加減弁を２弁有する例で、この場合は双方の
蒸気加減弁５ａ，５ｂが同一動作をすることを示
している。

蒸気加減弁５ａ，５ｂの出口圧力は、流入蒸気
がタービンケーシング内で混合されるため、いず
れの出口圧力でも同一となる。この圧力が圧力検
出器２０にて検出され、その検出圧力信号は、加
算器２１に印加され、その加算器２１において、
圧力設定器２２からの設定信号と比較演算され
て、圧力誤差信号が得られ、その圧力誤差信号
は、圧力制御回路２３によつて、圧力調定率に添
つた圧力制御信号が作り出される。この圧力制御
信号は、除外回路２４を経て低値優先回路１５の
入力となる。圧力設定値は、一般に規定値より高
く設定され、制限圧力一ぱいに設定されるのが普
通である。従つて、蒸気加減弁入口圧力が規定値
で、定格負荷運転時においては、圧力制御回路２
３からの出力信号は、蒸気加減弁を全開させる開
度制御信号となつており、蒸気加減弁の入口圧力
が規定値より高くなり、蒸気加減弁の出口圧力が
規定値より高くなると、加算器２１の出力誤差信
号は小さくなり、圧力制御回路２３の出力も小さ
くなる。これがために圧力制御信号は、速度制御
回路からの速度制御信号より小さくなり、低値優
先回路１５の出力は、圧力制御信号が優先するこ
とにより、蒸気タービンは速度制御から圧力制御
へ自動的に移行する。

第２図は、スロツトル制御方式における蒸気加
減弁５ａ，５ｂと、ノズル６ａとの関係を示し、
ノズルは全周に設けられており、各々の蒸気加減
弁５ａ，５ｂからの流入蒸気は、ノズル６ａの前
で混合してノズルへ流入する。そのため前述のよ
うに蒸気加減弁５ａ，５ｂの出口圧力は同一圧力
となる。

しかしながら、最近の地熱発電プラントにおい
ては、部分負荷運転が重要視される場合が多くな
り、部分負荷における効率を向上させるために、
ノズル制御方式の採用が多くなつている。ところ
で、このノズル制御方式の場合には、部分負荷に
おける効率を向上させるために、蒸気加減弁をシ
ーケンシヤルに開くようにしてあり、また、分割
されたノズルと蒸気加減弁とは対をなしており、
各蒸気加減弁の出口圧力は蒸気タービンの負荷に
よつて異なることになる。つまり部分負荷におい
ても、蒸気加減弁が全開状態にあるものは、蒸気
圧の上昇によつて蒸気加減弁の出口圧力は規定値
以上に上昇することになる。しかも地熱タービン
の主蒸気圧は比較的低いため、容量の大きい蒸気
タービンでは翼が長く、蒸気加減弁出口圧力が規
定値以上まで上昇すると、翼の強度上の問題が生
ずる。

したがつて、ノズル制御方式を用いたタービン
制御装置に、従来のスロツトル制御方式における
制御装置をそのまゝ使用することは不可能であ
る。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点に鑑み、ノズル制御方式
を用いたタービン制御装置において、蒸気井戸側
の発生蒸気圧が上昇した場合、全開状態にある蒸
気加減弁の出口圧力が規定値以上になることを防
止し、蒸気タービンの過負荷を確実に防止し得る
ようにした蒸気タービンの制御装置を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、複数個の蒸気加減弁を順次開くよう
にし、しかも先に開いた蒸気加減弁が全開または
全開附近まで開いた状態で、次の蒸気加減弁が開
くようにしたノズル制御方式を有する地熱蒸気タ
ービンプラントの蒸気タービンの制御装置におい
て、最初に全開に達する蒸気加減弁の出口圧力信
号を検出し、その圧力信号を圧力制御回路の入力
信号とし、蒸気加減弁の出口圧力が規定値以上に
上昇した場合、圧力制御回路が作動し、まず全開
している蒸気加減弁の開度を絞り込むようにした
ことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、第３図乃至第５図を参照して、本発明を
一実施例について説明する。なお、第１図と同一
部分には同一符号を付しその説明を省略する。

第３図はノズル制御方式による蒸気加減弁出口
圧力制御を有する、地熱タービンの制御装置を示
し、そのノズル制御方式による蒸気タービンの制
御方法は、各蒸気加減弁とノズルが、それぞれ仕
切板によつて仕切られており、各蒸気加減弁が全
開したときに、その蒸気加減弁とノズルが最高効
率となるように、設計されているため、部分負荷
における効率を高めることができる。また、ノズ
ル制御の場合、各蒸気加減弁を順次開くことによ
つて、各蒸気加減弁の全開点がそれぞれ最高効率
点となる。第３図において、蒸気加減弁５ａと５
ｂは第１図と同一に記載してあるが、前記したよ
うに第３図の場合は、ノズル制御方式であり、蒸
気加減弁５ａ，５ｂの出口は、各々仕切られたノ
ズルへと配管によつて接続される。

第４図は、ノズル制御方式における蒸気加減弁
とノズルの接続を示したもので、図示したように
ノズル６ａと６ｂは、仕切板６ｃ，６ｄ，６ｅ，
６ｆによつて仕切られており、蒸気加減弁５ａ
は、ノズル６ａと、蒸気加減弁５ｂはノズル６ｂ
とそれぞれ接続される。

また、ノズル制御方式の場合には、各蒸気加減
弁を順次開く方法がとられるために、低値優先回
路１５を出た制御信号の一方は、最初に開く蒸気
加減弁５ａの制御信号となり、定数２５によつて
蒸気加減弁５ａの開き速度を調整する。すなわ
ち、スロツトル制御方式の場合は、低値優先回路
１５の出力信号によつて、すべての蒸気加減弁は
同じように全閉、全開させればよかつたが、ノズ
ル制御方式においては、蒸気加減弁を順次開く方
式をとるため、制御信号に対する各蒸気加減弁の
開き速度を大きくとる必要がある。

低値優先回路１５の出力の他方は、加算器２６
によつて、蒸気加減弁開き始めバイアス２７か
ら、第１弁５ａが全開した時点から第２弁５ｂを
開くように調整するための、マイナス信号である
バイアス信号が加算される。バアイス信号を加え
られた制御信号は、定数２８にて、定数２５と同
様の意味で、制御信号の増加速度を大きくする。
圧力検出器２０の検出座は、第１弁が最初に開き
最初に全開する弁であるため、蒸気加減弁第１弁
の出口側に設けられる。すなわち、全開している
蒸気加減弁の出口圧力が最大であり、この圧力に
よつて圧力制御を行なえば、他のすべての蒸気加
減弁の出口圧力を規定値圧力以内に押えることに
なる。この圧力検出信号は、加算器２１によつて
圧力設定器２２からの設定値と比較演算される。
この誤差信号は、圧力制御回路２３によつて、圧
力調定率に添つた圧力制御信号を作り出す。この
圧力制御信号は、除外回路２４を経て、一方は蒸
気加減弁５ａの制御信号と、第１の低値優先回路
２９によつて接続される。除外回路２４を出た他
方の圧力制御信号は、蒸気加減弁５ｂの制御信号
と、第２の低値優先回路３０によつて接続され
る。

圧力制御回路の圧力設定は、蒸気加減弁の出口
圧力が規定値以内であれば、圧力制御回路からの
出力信号は、各蒸気加減弁を全開させる制御信号
となるように設定する。蒸気加減弁出口圧力が規
定値を越えると、加算器２１からの誤差信号は減
少し、蒸気加減弁を絞り込む制御信号を作り出
す。この制御信号は、それぞれの低値優先回路２
９，３０によつて接続されており、速度制御回路
からの蒸気加減弁信号とそれぞれ比較演算し、速
度制御回路からの制御信号より小さくなると、そ
の蒸気加減弁は圧力制御へと移行する。

しかして、スロツトル制御の場合は、蒸気加減
弁の出口圧力が規定値を越えると、すべての蒸気
加減弁を絞り込んで、蒸気加減弁の出口圧力を規
定値を越えないように制御したが、本実施例にお
けるノズル制御方式の場合、圧力制御信号は各蒸
気弁ごとに、低値優先回路２９，３０によつて接
続してあるため、蒸気タービンの出力が定格以下
においても、蒸気加減弁入口圧力が高くなり、全
開している蒸気加減弁の出口圧力が規定値を越え
た場合、圧力制御回路は、その蒸気加減弁を絞り
込む信号を作り出し、その圧力制御信号が速度制
御回路からの蒸気加減弁制御信号より低い蒸気加
減弁のみ、圧力制御へと移行する。すなわち、ノ
ズル制御方式の場合、蒸気タービンの負荷に応じ
て蒸気加減弁を順次開く方式がとられており、部
分負荷の場合、すべての蒸気加減弁が全開してい
るのではない。このため全開している蒸気加減弁
あるいは、全開附近で速度制御している蒸気加減
弁が、先に圧力制御へと移行することになる。地
熱プラントの場合、蒸気加減弁を閉じることによ
つて、入口蒸気圧力は高くなる方向にあるが、そ
の上昇率は蒸気加減弁を絞り込むことによつて、
低下する蒸気加減弁出口圧力より小さいため、あ
る程度の蒸気加減弁の絞り込みによつて、蒸気加
減弁の出口圧力は、規定値内に押えることができ
る。

第５図は、本発明における圧力制御の状態を示
し、第５図において、Ｘ軸は時間の経過を、Ｙ軸
はそれぞれの状態を示す。またＡは蒸気加減弁５
ａの弁開度、Ｂは蒸気加減弁５ｂの弁開度、Ｃは
蒸気タービンの回転数、Ｄは蒸気タービンの出
力、Ｅは圧力制御回路の出力信号、Ｆは蒸気加減
弁出口圧力、Ｇは蒸気加減弁の入口圧力の状態を
示す。ａ点はタービンの起動点で、ｂ点において
定格回転数に到達し、併入後タービンの負荷上昇
が始まる。Ｃ点は蒸気加減弁の第１弁５ａが全開
となり、第２弁５ｂが開き始める。ｄ点で第２弁
も全開し、定格負荷運転となる。この状態で主蒸
気圧力（蒸気加減弁入口圧力）の上昇がある（ｅ
点）と、その圧力上昇に従つて、蒸気加減弁出口
圧力も上昇し、蒸気タービンの出力も増加を始め
る。蒸気加減弁の出口圧力が規定値を越える（ｆ
点）と、圧力制御回路の出力は減少を開始し、蒸
気加減弁５ａと５ｂは絞り込みを開始する（ｇ
点）。圧力制御回路は、蒸気加減弁の出口圧力を
規定値まで絞り込み、規定値に達したら、その圧
力を保持するように圧力制御が継続される。蒸気
加減弁の入口圧力が低下し、規定値圧力以下とな
ると、圧力制御回路は再び蒸気加減弁を全開する
制御信号となるため、蒸気タービンは速度制御の
状態へと移行する。第５図は第１弁５ａ、第２弁
５ｂとも全開の状態での圧力上昇における制御状
態を示したが、第１弁５ａのみ全開の状態におい
て圧力上昇が起きても、同様の制御が行なわれ
る。ただし、この場合は第１弁のみ圧力制御へ移
行し、第２弁５ｂは速度制御のままの状態とな
る。

〔発明の効果〕

複数個の蒸気加減弁を順次開くようにし、しか
も先に開いた蒸気加減弁が全開または全開附近ま
で開いた状態で、次の蒸気加減弁が開くようにし
た、ノズル制御方式を有する地熱発電プラントの
蒸気タービンの制御装置において、最初に全開に
達する蒸気加減弁の出口圧力信号に対応して蒸気
加減弁制御信号を出力する圧力制御回路と、ター
ビン回転数信号に対応して蒸気加減弁制御信号を
出力する速度制御回路と、上記速度制御回路およ
び圧力制御回路からの出力信号の低値信号を上記
最初に全開に達する蒸気加減弁の制御信号として
出力する第１の低値優先回路と、次に全開に達す
る蒸気加減弁への速度制御回路からの出力信号と
前記圧力制御回路からの出力信号との低値信号を
上記次に全開に達する蒸気加減弁の制御信号とし
て出力する第２の低値優先回路とを設けたので、
部分負荷運転中において、蒸気井戸の状態、噴出
蒸気量の変動等によつて蒸気タービンに流入する
蒸気圧が規定値以上になつたような場合には、全
開または全開附近まで開いている蒸気加減弁のみ
が圧力制御へと移行され、蒸気タービンの過負荷
が防止され、他の蒸気加減弁は速度制御回路から
の出力信号によつて制御される。したがつて、全
ての蒸気加減弁が同時に圧力制御に移るようなこ
とがなくて、必要以上に負荷が絞り込まれること
がなく、タービンの出力を所定値に維持すること
ができ、蒸気圧等が変動し易い地熱の利用を効果
的に行なうことができる。しかも、各蒸気加減弁
が互いに仕切られたノズルのいずれかと対応する
ように接続されていにもかかわらず、最初に全開
に達する蒸気加減弁の出口部に圧力検出器を設け
るだけで、各蒸気加減弁を順次圧力制御に移行せ
しめることができ、その構成もきわめて簡単なも
のとす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図は従来のスロツトル制御方式による蒸気
加減弁出口圧力制御を組み込んだ、地熱発電プラ
ントにおける蒸気タービンの制御装置系統図、第
２図はスロツトル制御方式における蒸気加減弁と
ノズルの接続を示す系統図、第３図は本発明の一
実施例による地熱発電プラントにおける蒸気ター
ビンの制御装置系統図、第４図はノズル制御方式
における蒸気加減弁とノズルの接続状態を示す系
統図、第５図は本発明における蒸気加減弁出口圧
力制御時の蒸気加減弁、圧力制御回路の出力、蒸
気加減弁入口および出口の圧力の変化を示す線図
である。 ５ａ，５ｂ……蒸気加減弁、６……蒸気タービ
ン、６ａ，６ｂ……ノズル、６ｃ，６ｄ，６ｅ，
６ｆ……仕切板、１０……電磁ピツクアツプ、１
１……周波数／電圧変換器、１２，２１，２６…
…加算器、１３……速度設定器、１５，２９，３
０……低値優先回路、１７ａ，１７ｂ……パワー
アンプ、１８ａ，１８ｂ……電気／油圧変換器、
１９ａ，１９ｂ……蒸気加減弁油筒、２２……圧
力設定器、２３……圧力制御回路、２７……バイ
アス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数個の蒸気加減弁を順次開くようにし、し
   かも先に開いた蒸気加減弁が全開または全開附近
   まで開いた状態で、次の蒸気加減弁が開くように
   した、ノズル制御方式を有する地熱発電プラント
   の蒸気タービンの制御装置において、最初に全開
   に達する蒸気加減弁の出口圧力信号に対応して蒸
   気加減弁制御信号を出力する圧力制御回路と、タ
   ービン回転数信号に対応して蒸気加減弁制御信号
   を出力する速度制御回路と、上記速度制御回路お
   よび圧力制御回路からの出力信号の低値信号を上
   記最初に全開に達する蒸気加減弁の制御信号とし
   て出力する第１の低値優先回路と、次に全開に達
   する蒸気加減弁への速度制御回路からの出力信号
   と前記圧力制御回路からの出力信号との低値信号
   を上記次に全開に達する蒸気加減弁の制御信号と
   して出力する第２の低値優先回路とを有すること
   を特徴とする、蒸気タービンの制御装置。