JPH036322B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、蒸気タービン変圧プラントの効率が
変化した場合でも常に効率大にして運転を行なう
ための制御方法に関し、特にボイラー圧力を負荷
に追従させるようにするが、その際主蒸気加減弁
の開度は絞り損失が小さい位置に設定されるよう
にした蒸気タービン変圧プラント制御方法に関す
るものである。

〔発明の背景〕

第１図は標準的な蒸気タービン発電プラントの
構成を示したものである。これによるとボイラー
１からの主蒸気は主蒸気止め弁２、加減弁３を介
し高圧タービン４に流入することによつて高圧タ
ービン４で仕事をするものとなつている。高圧タ
ービン４からの仕事をした蒸気は再熱器５によつ
て再熱されたうえ再熱蒸気止め弁６、インターセ
プト弁７を介し中圧タービン８で仕事をし、更に
その後低圧タービン９で仕事をするようになつて
いる。低圧タービン９からの蒸気は復水器１０で
復水された後、低圧ヒータ１１、脱気器１２、給
水ポンプ１３、高圧ヒータ１７などを介しボイラ
ー１に再び戻されるようになつているものであ
る。

ところで、変圧運転プラントでは第２図に示す
如く負荷がL₁以下、L₂以上では主蒸気圧力はそ
れぞれP₁（一定値）、P₂（一定値）とされるが、L₁
からL₂までの間では主蒸気圧力を変えることに
よつて負荷の大きさが制御されるものとなつてい
る。この場合での加減弁の弁開度と負荷、主蒸気
圧力との関係は第３図に示すところであるが、変
圧運転が行なわれる場合加減弁の弁開度は点Ｘに
固定されるものとなつている。点Ｘはバルブの絞
り損失を考慮し損失が小さく効率のよい開度、即
ち、弁全開点近傍に一般に選択設定される。結局
負荷がL₁以下では主蒸気圧力一定として加減弁
開度を変えることによつて負荷を制御し、また、
負荷がL₁からL₂の間では加減弁開度一定として
主蒸気圧力を変えることによつて負荷を制御する
ものである。更に負荷がL₂以上では主蒸気圧力
一定として加減弁開度を変化させることによつて
負荷を制御していたものである。なお、第２図に
おける定格負荷近傍の点Ａは変圧運転の基準とさ
れ、一般に変圧運転の開始点となつている。

以上蒸気タービン変圧プラントの運転、制御に
ついて概略的に説明したが、これまでの制御方法
によつては変圧プラントの特質を十分揮し得ない
というものである。第４図はこれまでの制御方法
に係る制御回路の概要を示したものである。これ
による場合給電指令所１５からの給電指令にもと
づき各発電所ではボイラーマスタ１６で負荷設定
が行なわれるようになつている。ボイマーマスタ
１６からの負荷設定値信号は変換器１７によつて
設定圧力信号に変換されたうえ主蒸気圧力検出器
１８からの圧力検出信号と比較されるが、この比
較によつて得られる圧力偏差にもとづきボイラー
コントローラ１９はバーナ制御や給水制御を行な
うようになつているものである。なお、変換器１
７は予め定められた変圧モードに応じ負荷設定値
信号対応の設定圧力信号を出力するものである。

このようにしてボイラー側では設定圧力と実生
蒸気圧力との偏差にもとづきバーナ制御、給水制
御がボイラーコントローラ１９によつて行なわ
れ、圧力偏差が存在しなくなつた場合には自己保
持されるようになつているが、一方タービン側で
は負荷設定値信号は変換器２０によつて弁開度信
号に変換されるものとなつている。ここにいう弁
開度信号とは複数ある加減弁の全弁全閉を０％、
全弁全開を100％とした開度に対応した信号であ
り、加減弁各々の開度は一般に異なるものとなつ
ている。さて、この弁開度信号は変換器１７から
の設定圧力信号、実主蒸気圧力検出器１８からの
圧力検出信号とともに関数発生器２１に入力され
式(1)に示す演算が行なわれるものとなつている。

E₁＝MSP／Ｐ・E_L ………(1) 但し、E₁は関数発生器２１の出力信号であり、
MSP、Ｐ、E_Lはそれぞれ実主蒸気圧力、設定主
蒸気圧力、弁開度信号を示す。

したがつて、MSP／Ｐはゲインとして作用し、
これに設定初段後圧力（負荷に比例）に対応する
弁開度信号を乗じることにより要求初段後圧力に
相当する信号が関数発生器２１より得られるもの
である。この関数発生器２１の出力信号は換算係
数器２３を介する発電機検出器２２からの実ター
ビン発電機出力信号との間で偏差が求められた
後、変換器２０からの弁開度信号に加えられるよ
うになつている。これによつて得られる最終的な
弁開度信号によつて複数の蒸気加減弁（CV）２
４がボイラー側制御に先行してその開度が制御さ
れるものである。即ち、これまでの制御方法によ
る場合は、変圧運転範囲（負荷に応じて主蒸気圧
力が制御される範囲）内で設定負荷が変更された
ときにはボイラー側の制御に先行して加減弁の開
度制御が行なわれるが、最終的にはその新たな設
定負荷に応じた主蒸気圧力となるべくボイラー側
が制御され、この制御に伴い加減弁の開度は変圧
運転時の絞りの少ない一定開度に戻されるように
なつているわけである。第５図はプラント効率が
変化した場合での弁開度と負荷との関係を示す
が、特性αに係る点X₁はその一定開度を示す。

ところで、補機動力の有無などの要因によりプ
ラントの効率が変化した場合を想定すれば、これ
までの制御方法による場合には絞り損失が生じる
というものである。例えばプラントの効率が良好
となつた場合は、特性αは特性βの如くになる。
これは、プラントの効率が良好なことから、第２
図より求められる設定主蒸気圧力よりも低い圧力
で設定負荷をとり得るからである。これを更に詳
細に説明すれば、ボイラー側では主蒸気圧力を設
定値まで上げようとするが、実初段後圧力を検出
する実主蒸気圧力検出器１８からの信号が小とな
り、これがために関数発生器２１の出力は小さく
なり、結果的に最終的な弁開度信号は小さくなつ
て加減弁の開度は点X₂に絞られることになるも
のである。一方、これとは逆にプラントの効率が
良好でなくなつた場合には、同様な理由によつて
特性αは特性γの如くになり、加減弁の開度は点
X₃に絞られることになるものである。この場合
開度X₁はシステム設計の段階で絞りの少ない弁
全開近傍となつている。したがつて、開度X₁が
開度X₂に変化する場合は更に絞り込まれること
から絞り損失が生じ、また、開度X₃に変化する
場合にはそれまで全閉状態にあつた加減弁が新た
に開かれることから、その加減弁で絞り損失が生
じるところとなるものである。なお、計画圧力、
負荷の関係と実圧力・負荷の関係とに差異が生じ
る原因としては、計画条件（プラントの熱平衡状
態）と実運転状態の差異（ドレン弁、ブロー弁の
開閉状態、系外ブローの有無等）や給水ポンプの
システムヘツド特性の変化、タービン内部効率の
変化などによつても生じる。

このようにこれまでの制御方法による場合は、
プラントの効率が如何なる方向に変化しようとも
絞り損失が生じてしまい、変圧プラントは良好に
制御され得ないという不具合がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、変圧運転範囲内でプラントの
効率が変化した場合でも常に効率大にして運転し
得る蒸気タービン変圧プラント制御方法を供する
にある。

〔発明の概要〕

この目的のため本発明は、変圧運転範囲内で設
定負荷が変更された場合には、その変更後の設定
負荷と実タービン発電機出力とにもとづき主蒸気
圧力を制御する一方、この応答特性が良好でない
制御に先行しては加減弁開度が制御されるように
するが、設定負荷に実タービン発電機出力が近づ
くに伴い加減弁開度は絞り損失の少ない開度とな
るべく制御されるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を第６図から第８図により説明す
る。

第６図は本発明による制御方法に係る制御回路
の概要を示したものである。以下、第７図、第８
図をも参照して本発明を説明すれば、先ずボイラ
ー側の制御については給電指令所１５からの給電
指令にもとづきこれまでと同様にしてボイラーマ
スタ１６で負荷設定が行なわれるようになつてい
る。ボイマーマスタ１６からの負荷設定値信号は
これまでと同様変換器１７，２０に入力される
が、この他実タービン発電機出力信号との間で偏
差が求められるものとなつている。一方、変換器
１７からの設定圧力信号と主蒸気圧力検出器１８
からの圧力検出信号とは高値優先ゲート２６およ
び低値優先ゲート２７に入力され、これらゲート
の出力の何れかはセレクタ２８を介し変換器１７
からの設定圧力信号との間で偏差が求められる。
何れがセレクタ２８より出力されるかは関数発生
器２５によつている。関数発生器２５は負荷設定
値信号と実タービン発電機出力信号との偏差にも
とづき例えば負荷設定値が大であつて、偏差が正
の場合には“１”を、また、逆の場合は“０”を
出力するようになつており、前者の場合には低値
優先ゲート２７の出力を、後者の場合は高値優先
ゲート２６の出力をセレクタ２８が選択的に出力
すべく制御しているわけである。

因みに、ここで、高値優先ゲート、低値優先ゲ
ートについて簡単ながら説明すれば、これらゲー
トは何れもその内部に２つの入力値の大小関係を
比較によつて判定するための比較器（コンパレー
タ）としての機能を有しており、その大小比較判
定結果に応じて２入力のうち、値が大の、または
値が小の入力を出力するようになつている。即
ち、高値優先ゲートでは２入力の値は一般に様々
に変化しており、したがつて、その大小関係も変
化しているが、これら入力のうち、その値が大の
入力が出力として常時、高値優先ゲートより出力
されているものである。これと同様にして、低値
優先ゲートからは、２入力のうち、その値が小の
入力が出力として常時、低値優先ゲートより出力
されているものである。

さて、セレクタ２８からの出力と変換器１７か
らの設定圧力信号との間では偏差が求められる
が、この偏差には更に換算係数器２９の出力（負
荷設定信号と実タービン発電機出力信号との間で
の偏差に所定の換算係数を乗じたもの）が加えら
れたうえ、ボイラコントローラ１９に与えられる
ようになつているものである。

ここで第７図を参照して本発明に係るボイラー
側に対する制御について、現時点での負荷をL₀
としてこれをL₂（＞L₀）に変更する場合を想定す
れば、これに対応する実主蒸気圧力曲線は点線表
示の曲線Ｓとなるべきところであるが、プラント
効率が良好でない場合は実線表示の曲線S′とな
る。即ち、第２図に示す関係よりL₂に対する設
定主蒸気圧力を求めればP₁となるべきところで
あるが、実際にはプラントの効率が良好でないの
でP₁によつてはL₁しかとれず、L₂をとるために
は主蒸気圧力はP₂にしなければならないもので
ある。なお、この第７図におけるL₀〜L₃は第２
図におけるL₁とL₂との間に存在し、また、同様
にP₀〜P₃は第２図におけるP₁とP₂との間に存在
するものである。更に第７図においてＴで示され
る曲線は実タービン発電機出力を示す。

さて、その場合での制御動作について説明すれ
ば、負荷をL₀からL₂に変更する場合には、負荷
L₀対応の実タービン発電機出力は主蒸気圧力の
制御上での応答性が良好でないことから、応答遅
れを以て徐々に負荷L₂対応の実タービン発電機
出力に近づくようになつている。即ち、負荷変更
直後においては、負荷L₂対応の負荷設定値は実
タービン発電機出力よりも大きくなることからそ
の偏差は正となり、結果的に関数発生器２５によ
る制御下にセレクタ２８からは低値優先ゲート２
７出力が選択出力されるものである。その際、
P₀の実主蒸気圧力と変換器１７からの設定圧力
が入力されている低値優先ゲート２７からは、そ
れら値の大小関係ではP₀の実主蒸気圧力が小と
されることから、P₀の実主蒸気圧力が低値優先
ゲート２７出力として得られるようになつてい
る。この結果、セレクタ２８からのP₀の実主蒸
気圧力と、変換器１７からの設定圧力との間で偏
差が求められるものである。この偏差が正である
ことは明らかであり、しかも換算係数器２９から
の出力も生であることから、これによりボイラー
コントローラ１９は主蒸気圧力を上げるべく制御
されるものである。やがて主蒸気圧力が上昇し
P₁以上となれば、設定圧力であるP₁がその主蒸
気圧力よりも小となることから、その設定圧力で
あるP₁がセレクタ２８より出力されることにな
るが、これと設定圧力との偏差は零であることは
明らかである。したがつて、ボイラーコントロー
ラ１９は負荷設定値と実タービン発電機出力との
偏差によつて制御され、最終的には実主蒸気圧力
はP₂に落ち着くところとなるものである。この
状態でもしも何等かの要因により実主蒸気圧力が
P₂よりも大となつた場合、即ち、実タービン発
電機出力が負荷設定値よりも大きくなれば関数発
生器２５により高値選択ゲート２６出力セレクタ
２８より出力されることになる。この場合には、
設定圧力よりも主蒸気圧力が大きいことから、高
値選択ゲート２６からはその主蒸気圧力が出力さ
れることになり、この結果、変換器１７からの設
定圧力との偏差は負となることが判る。しかも、
この場合は換算係数器２９の出力もまた負となる
ことから、ボイラーコントローラ１９は主蒸気圧
力を下げるべく制御され、最終的には主蒸気圧力
はP₂に落ち着くところとなるものである。以上
は負荷を上げる場合でのものであるが、これとは
逆に負荷が例えばL₃よりL₂に下げられる場合を
想定すれば、この場合には高値選択ゲート２６の
出力がセレクタ２８より出力され、しかも換算係
数器２９の出力も負となることから、主蒸気圧力
は下げられ最終的にはP₂に落ち着くところとな
るものである。要は、本発明に係るボイラー側制
御においては主蒸気圧力は設定負荷に追従すべく
制御されるものである。

次にタービン側制御について説明すれば、加減
弁開度は主蒸気圧力制御に先行して制御されるも
のとなつている。先行して制御されるのは、これ
は主蒸気圧力の制御応答が遅いからである。図示
の如くこれまでのタービン側制御と異なるところ
は新たに関数発生器３０などが設けられ、これに
より最終的には加減弁の開度は変換器２０からの
弁開度信号によつて制御されていることである。
関数発生器３０には弁開度信号と換算係数器２３
出力との偏差３１、更には換算係数器２３出力と
関数発生器２１出力との偏差３２が入力される
が、関数発生器３０の出力は最終的には零となる
ものである。

ここで、関数発生器３０について説明すれば、
関数発生器３０では式(2)に示す演算が行なわれる
ものとなつている。

E′＝E₂／K₂・E₃ ………(2) 但し、E′は関数発生器３０の出力であり、E₂、
E₃、K₃はそれぞれ偏差31、偏差32、定数を示す。

したがつて、ボイラー側の制御により実タービ
ン発電機出力が負荷設定値に近づくに伴れてE₂
の値が零に近づくことによつて、E′の値もまた零
に近づくことになるものである。これによりE_L
に加えられる偏差は零に近づくことから、結局実
タービン発電機出力が負荷設定値になつたときは
各加減弁に与えられる弁開度信号は変換器２０か
らの弁開度信号のみとなるわけである。この弁開
度信号のみとなるわけである。この弁開度信号に
対応する加減弁開度は予め絞り損失が小さいもの
として設定されていることから、プラントの効率
が変化する場合であつても常に効率大にしてプラ
ントを運転制御し得るものである。

なお、実タービン発電機出力信号は、間接的に
複数のパラメータより演算によつて求められる
が、この他高圧初段後以降の蒸気圧力や実発電機
出力などを用いることも考えられる。また、関数
発生器２５の入出力特性には第８図に示す如くの
ヒステリシスをもたせることが制御の安定性より
好ましいと云える。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、変圧運転範囲内
では設定負荷で主蒸気圧力を制御する一方、この
制御に先行して制御される加減弁は設定負荷に実
タービン発電機出力が近づくに伴いその開度が絞
り損失が小さい開度となるようにしたものであ
る。したがつて、本発明による場合は、プラント
の効率が変化したとしても常に効率大にして蒸気
タービン変圧プラントを運転し得るという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、標準的な蒸気タービン発電プラント
の構成を示す図、第２図は、蒸気タービン変圧プ
ラントにおける負荷と主蒸気圧力との関係を説明
するための図、第３図は、同じくそのプラントで
の加減弁弁開度ゆ負荷、主蒸気圧力との関係を説
明するための図、第４図は、これまでの蒸気ター
ビン変圧プラント制御方法に係る制御回路の概要
を示す図、第５図は、プラント効率が変化した場
合での加減弁弁開度と負荷との関係を説明するた
めの図、第６図は、本発明による蒸気タービン変
圧プラント制御方法に係る制御回路の概要を示す
図、第７図は、本発明による制御動作を説明する
ための負荷設定値、実タービン発電機出力、設定
主蒸気圧力および実主蒸気圧力の関係を示す図、
第８図は、第６図におけるある関数発生器の好ま
しい入出力特性を示す図である。 １５……給電指令所、１６……ボイラーマス
タ、１７，２０……変換器、１８……主蒸気圧力
検出器、１９……ボイラーコントローラ、２１，
２５，３０……関数発生器、２２……発電機出力
検出器、２４……加減弁、２６……高値優先ゲー
ト、２７……低値優先ゲート、２８……セレク
タ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一定の負荷範囲内では蒸気加減弁の開度が基
   準開度に半ば固定された状態で、負荷に応じて主
   蒸気圧力が制御される一方、該負荷範囲以外では
   主蒸気圧力一定として、蒸気加減弁の開度が制御
   される蒸気タービン変圧プラント制御方法であつ
   て、一定の負荷範囲内で設定負荷が変更される場
   合には、変更後の設定負荷と実タービン発電機出
   力との偏差によつて主蒸気圧力を制御する一方、
   該制御に先行して制御される蒸気加減弁の開度は
   少なくとも基準弁開度と実タービン発電機出力と
   によつて制御され、変更後の負荷に見合う主蒸気
   圧力が得られた時点では蒸気加減弁開度は基準弁
   開度のみによつて制御されることを特徴とする蒸
   気タービン変圧プラント制御方法。