JPH04178599A - 三要素式液位制御方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、流体流入ラインと流出ラインを存する貯液槽
内の液位を、液位信号と流体の流入流量及び流出流量を
基に三要素制御する方法に関する。更に詳しく述へると
、流量測定誤差、流量評価誤差、あるいは流量信号異常
を過去の制御実績を評価することにより補正し、液位の
オフセットが生じないように制御する方法に関するもの
である。

この発明の方法は、特に限定されるものではないが、例
えば新型転換炉の蒸気ドラムの水位制御などに有用であ
る。

［従来の技術］ 以下、新型転換炉発電プラントの蒸気ドラムを例にとっ
て説明する。

新型転換炉発電プラントにおける蒸気ドラムは、原子炉
から生じる蒸気と水の混合した冷却材を集めて気水分離
し、蒸気のみをタービン系へ送り、水はタービン系から
戻ってきた給水と混合して再び原子炉へ送り込む役割を
もつ。この時、原子炉の中の燃料の除熱を確保するとと
もに、タービンへの水のキャリーオーバを防ぐ意味から
、蒸気ドラム水位は適切な範囲に保たれていなければな
らない。そのため、蒸気［・ラム水位を設定値に維持す
るように給水流量を制御する。この水位を一定に制御す
るには、原理的には気水分離された蒸気の流量と給水の
流量か合致するように給水調節弁によって給水流量を制
御すればよい。

従来、蒸気ドラムの液位制御を行う場合、第２図に示す
ような三要素制御方式か多く利用されてきた。即ち、蒸
気ドラム水位しく１）と水位設定値５（ｔ）との偏差に
、給水流量ＦＦ（ｔ）と蒸気流量５Ｆ（ｔ）の流量偏差
を加えた信号をＰＩ（比例積分）方式なとの制御演算器
にかけることにより創部信号Ｕ（ｔ）を得る。給水流量
ＦＦ（ｔ）は測定値を使用するか、あるいは給水調節弁
開度と弁前後の差圧からＣ■曲線を用いて推定した値を
使う。蒸気流量も同様に測定値を使用するか、あるいは
タービンバイパス弁開度と流量の相関曲線を用いて推定
した値を使う。これらの信号から三要素制御を行うため
の制御偏差信号Ｌε（１）を導く式は次のようになる。

Ｌ　Ｅ　（ｔ　）コｆｓ（ｔ）−Ｌ（ｔ））＋ＳＦ（＋
）−ＦＦ（ｔ）（＋ａところでターヒン系から蒸気ｌ−
ラムに至る給水系には、通常、容量の異なる２種の給水
調節弁か並列に設置されており、原子炉出力に応して使
い分けられている。具体的には原子炉出刃約１８％以下
の低出力領域（低流量領域）では低流量給水調節弁か使
用され、それ以上の高出力領域（高流量領域）では大容
量の主給水調節弁か使用されている。

［発明か解決しようとする課題〕 三要素制御方式に８いて、流入及び流出の流量測定に誤
差かある場合には、液位は設定値からその誤差に相当す
る分だけ離れたレベルて制御されるようなオフセットか
生してしまう。多くの場合は流出及び流入流量か精度良
く測定可能なため、このオフセットの量も小さく問題と
はならないか、流量測定誤差が大きい場合や、測定信号
の異常により大きな誤差か生した場合等は、大きなオフ
セットか生しることになり問題とされていた。

例えば上記新壓転換炉発電プラントの場合、高出力領域
では蒸気流量及び給水流量を精度良く測定てきるため、
容量の大きな主給水調節弁の方は三要素制御方式が使用
されている。しかし１８％以下の低出力領域では蒸気流
量及び給水流量を精度良く測定てきないため上記のよう
なオフセットの問題か生じる。そのため低流量給水調節
弁の方は蒸気ドラム水位信号のみによる一要素制御方式
が用いられてきたか、水位が変化した後でないと給水調
節弁の開度調整操作が行われないため、原子炉出力が変
化した場合等に大きな水位変動か生じる傾向がある。

また測定信号の異常を検知するため、流量検出系を３重
化するなどの方式も用いられているが、それには冗長化
による経済性の面でのデメリットがあり、今後改造する
場合においては設備面から３重化することか不可能な場
合もあった。

本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消し
、流量測定誤差による液位オフセノ）・の発生を防止し
、流量測定誤差あるいは推定誤差か大きい系にも液位の
三要素制机方式を適用てきる方法を提供することにある
。

また本発明の他の目的は、流量検出信号の異常による制
御への影響を小さく抑えると共に、異常を検知した場合
に警報を発するか、あるいはインターロックを作動させ
て、制御系の信頼性及び安全性を向上させることかでき
る方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、流体の流入ライン及び流出ラインを有する貯
液槽内の液位を、液位信号と流体の流入流量及び流出流
量の情報を使用して三要素方式で制御する方法を前提と
している。そして本発明の特徴は、上記の方法において
、過去の一定期間の液位変化からその期間の実際の液の
収支を求め、それとその期間の流入・流出流■情銀から
求まる液の収支の推定値とからその期間の平均誤差を求
め、その平均誤差分を制御偏差演算に加えて相殺しこれ
らの誤差に起因する液位オフセットを解消させるように
流入流量及び／又は流出流量を制御する点にある。

また上記の方法において、平均誤差か設定範囲から逸脱
した時には警報を発するか、又はインターロックを作動
させることて液位検出信号及び流量検出信号の異常を検
出する。

［作用コ 流体の流入流量及び流出流量情報についての誤差は、過
去の制御実績から評価され、次ステツプ以降の制御に反
映される。つまり過去の−・定期間における実際の液の
収支と、流入・流出流量情報から推定される液の収支と
の平均誤差を制御偏差値から取り除くように補正制御す
ると、流量測定誤差に起因する液位オフセットか解消さ
れる。更に流量信号に異常か生じても、それはステップ
状の誤差か生しているものとなるため上記補正により取
り除かれる。

これによって、例え精度良（流量測定を行えなかった系
でも三要素制御方式が適用できるよつＩ＋１６＋０ ５実施例］ 第３図は新型転換炉発電プラントにおける給水・蒸気系
統の一例を示す概略図である。先ずプラント全体の構成
について概略説明する。

原子炉１０で発生した蒸気と水との混合冷却材は蒸気ト
ラム１２に入り気水分離される。分離された蒸気は、蒸
気隔離弁１４を通り、蒸気止弁１６及び蒸気加減弁１８
を通ってターピン２０に入り発電機２２を駆動し、復水
器２４に至る。蒸気隔離弁１４からの蒸気の一部は、タ
ービンバイパス弁２６を通って復水器２４に至る。復水
器２４の水は、復水ポンプ２８、脱塩器２９、給水加熱
器３０、給水ポンプ３２、主給水調節弁３４又は低流量
給水調節弁３５を通って蒸気トラム１２に戻る。この給
水は蒸気ドラム１２て分離された水と混合され、再循環
ポンプ３６により原子炉１０へ戻る。また蒸気ドラム１
２の水の一部は脱塩器３８を通って蒸気トラム１２に戻
される。

蒸気トラム１２の水位を測定するドラム水位検出器４２
、蒸気系の蒸気流量を測定する蒸気流量計４４、給水系
の給水流量を測定する給水流量計４６の各信号か給水制
御装置４８に送られ、本実施例では前記の各信号によっ
て前記主給水調節弁３４の開度か三要素制御される。低
流量給水調節弁３５の制御には上記の各信号を使用して
もよいか、ここでは給水流量については給水調節弁開度
と弁前後の差圧からＣ■曲線を用いて推定した値を、ま
た蒸気流量についてはタービンバイパス弁開度と流量の
相関曲線を用いて推定した値を使っている。

本発明による三要素制御系のブロック図を第１図に示す
。基本的な部分（図面の上半分）は前記第２図と同様で
あるから、それについての記載は省略する。

三要素制御を行うための制御偏差ＬＥ（ｔ）を導く前記
（１）式において、蒸気流量５Ｆ（ｔ）及び給水流量Ｆ
Ｆ（ｔ）に誤差がある場合、実際の蒸気流量をＳＦ’　
（ｔ）及び実際の給水流量をＦＦ’　（ｔ）として、５
Ｆ（ｔ）−ＦＦ（ｔ）の誤差を△Ｆ（ｔ）とすれば、水
位か整定する条件は、 ＬＥＣｔ）　＝　０　　且つ　ＳＦ’　（ｔ）−ＦＦ’
　（ｔ）＝　。

であるため、（１）式より以下の式か導かれる。

ＬＥ（ｔ）　＝　（Ｓｍ−Ｌｍ）　＋ｓＦ’（ｔ）−Ｆ
Ｆ’（ｔ）−ΔＦ（ｔ） ＝　（Ｓ（ｔ）−Ｌ（ｔ）ｌ　−ΔＦ（ｔ）＝　０、’
、　Ｌ（ｔ）＝　５（ｔ）−ΔＦ（ｔ）　　　　　　　
　・・・（２）即ち、（２）式で表されるように設定値
から△Ｆ（ｔ）だけ離れたレベルで水位か整定してしま
う。

この誤差ΔＦ（ｔ）を、過去のある時間区間の制御結果
から計算により求めて補正するのか本発明の特徴である
。今、この評価すべき時間区間を〔ｔ−Δ１．１）とす
ると、この間の蒸気ドラムへの水の流入・流出収支△■
の推定値は次式で表される。

ところが実際はＦＦ（ｔ）−３Ｆ（ｔ）の推定値にΔＦ
（ｔ）だけの誤差が存在するから、実際の水の収支△Ｖ
゛は、次式で表される。

ところて、実際の水の収支は評価期間における蒸気ドラ
ム水位変化となって現れるはずであるから、蒸気ドラム
水位Ｌ（ｔ）と水位から保有水量を与える関数Ｆ　Ｖ（
Ｌ（ｔ））を用いて、次式により求めることかできる。

△Ｖ’　＝ＦＶ（Ｌ（を十ａ　））−ＦＶ（Ｌ（ｔ　−
Δｔ　十ａ　））−（５）ここてαは蒸気ドラム水位変
化の応答遅れ時間である。よって（４）及び（５）式よ
り評価期間Δｔにおける平均誤差ΔＦ（ｔ）か次式で求
まる。

そこで（６）式に基づき、自らの制御結果を評価しつつ
補正を連続的に行っていくことにより、流量測定誤差な
いしは推定誤差に起因するオフセットを解消させる二と
かできる。つまり平均誤差ΔＦ（ｊ）を補正流量として
蒸気ドラム水位Ｌ　（Ｔ　’１に加えて水位設定値５（
ｔ）との偏差をとる。このようにして流量情報に誤差か
存在しても、それか平均誤差ΔＦ（ｔ）により補正され
、誤差か取り除かれた制御偏差ＬＥ（ｔ＞に基ついて主
給水調節弁３４または低流量給水調節弁３５の開度を制
御することになる。

更に流量信号異常か発生した場合でも、ステップ状の誤
差ΔＦ（ｔ）か印加されたものと考えることかできるか
ら、本発明方法で時間遅れΔｔをもって完全にその異常
による誤差を消去でき、異常による制御結果への影響を
小さく抑制することかできる。更に、補正流量演算の結
果、平均誤差ΔＦ（ｔ）か予め設定した範囲を逸脱した
場合に、自動警報動作を起動させたり、信号系を自動的
に切替え若しくは弁の自動制御を停止するなとのインタ
ーロック動作を起動させることもてきる。

なお本発明では流量の測定ないしは推定誤差の変動か評
価時間に対して十分遅いことを仮定している。通常の系
統では、流量の測定ないしは推定誤差か頻繁に大きく変
動することは少なく、評価期間△ｔの設定を適切に行う
ことにより十分な効果か得られる。

上記の実施例は新型転換炉発電プラントの蒸気ドラム水
位制御の場合であるが、本発明はそれに限らず、流体（
液体や蒸気）流入ラインと流出ラインを有するタンク等
に適用できる。

［発明の効果コ 本発明は上記のように、流入流量及び流出流量の誤差を
過去の制御実績から評価し、次ステツプ以降に反映して
いく方式であるから、液位の三要素制御において流量測
定誤差、流量評価誤差などに起因するオフセットを解消
させることができる。そのため各種液位制御において、
流体の流入流量や流出流量が測定できない、あるいは精
度良く求められない等の理由で三要素制御方式を適用で
きなかった系統にも、本発明方法で三要素制御方式が使
用可能となり、制御性能を向上させることかできる。

また流体の流入流量信号や流出流量信号に異常か発生し
た場合であっても、本発明により短時間の間に異常を補
正し、異常による影響を小さく抑制することかできる。

更に補正流量の大きさか予め設定した範囲を逸脱した場
合に、警報動作若しくはインターロック動作を起動させ
ることにより、信号異常発生を運転員に報知したり、安
全のための措置を自動的に講しることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の制御系ブロック線図、第２図は従
来の三要素制（社）方式の制御系ブロック線図、第３図
は新型転換炉発電プラントの給水・蒸気系統概略図であ
る。 ｌＯ・・・原子炉、Ｉ２・・・蒸気ドラム、２０・・・
タービン、３４・・・主給水調節弁、３５・・・低流量
給水調節弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体の流入ライン及び流出ラインを有する貯液槽内
   の液位を、液位信号と流体の流入流量及び流出流量の情
   報を使用して三要素方式で制御する方法において、過去
   の一定期間の液位変化からその期間の実際の液の収支を
   求め、それとその期間の流入・流出流量情報から求まる
   液の収支の推定値とからその期間の平均誤差を求め、そ
   の平均誤差によって流入・流出流量偏差を補正しつつ流
   量制御を行うことを特徴とする三要素式液位制御方法。 ２、請求項１において、平均誤差が設定範囲から逸脱し
   た時に警報を発するか、又はインターロックを作動させ
   る液位異常検出方法。