JPH04219406A - 蒸気タービン装置の制御方法及び装置 - 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】

【０００１】発明の背景 発明の分野 本発明は、改良されたタービン発電プラント制御装置に
関し、特に、蒸気室暖機動作を重複させ、シャフト臨界
ランスルーを速度上昇させ、そして振動のランアップを
短縮させることによりタービンの全起動時間を減少させ
る装置に関する。

【０００２】関連技術の説明 タービン発電装置は代表的には、蒸気が蒸気発生器から
導入される高圧タービン部分を含む。高圧タービン部分
からの蒸気は再熱された後、再熱タービン部分（化石燃
料による蒸気発電装置の場合には普通中圧タービン部分
と称す）に導入され、次に復水器への排出前に低圧ター
ビン部分に導入される。軸方向の内孔を有するロータも
しくは回転子がタービン・ケースを中央で貫通して通っ
ており、ケース内で回転する回転子に装着された羽根に
対し蒸気を通過させることにより回転子の回転が達成さ
れる。回転子に装着された発電機は水素ガスにより冷却
され得る。タービンの右側及び左側の双方の蒸気室は、
高圧タービンに与えられる蒸気を制御するための絞り弁
及び調速弁を含む。蒸気室の金属質量は、供給された蒸
気の全圧力が蒸気室に進入され得る前に動作温度までも
たらされなければならない。

【０００３】代表的な起動もしくは始動において、絞り
弁内のパイロット弁は、蒸気流量を蒸気室を通してター
ビンに進入させてタービン速度を制御する。すべての調
速弁は、蒸気流の量が制御可能な範囲よりはるかに下な
ので、広く開かれる。定格速度のほぼ９０パーセントに
おいて、調速弁は、該調速弁が蒸気流の制御を行ったと
いうことを示す速度降下が生じるまで下方に閉じられ、
次に、パイロット弁及び絞り弁は、広く開くまで広い範
囲に渡って上方に向かって勾配付けられ、それにより、
制御を調速弁に切換える。

【０００４】週末の運転停止後の代表的もしくは通常の
暖機始動において、タービンへの入力蒸気は回転子表面
よりも冷たく、ターボ発電機ユニットは弁切換速度まで
回転させるよう強制冷却の期間を通して行くであろう。 切換は殆どの場合、冷たい蒸気室内部金属温度のため遅
延され、これにより回転子の強制冷却を遅らせて高い熱
応力を創成し、後で加速度に影響を与える。蒸気室の暖
機は、非常に少ない蒸気が絞りパイロット弁を通して発
せられるのでむしろ遅い。暖機始動中、回転子もしくは
ロータは、蒸気室が動作温度に達する前に定格速度の９
０パーセントに達し、このことは、蒸気室が存在圧力で
の飽和温度に達するまで絞り弁が制御を続けるというこ
とを必要とする。これが、回転子冷却を遅らせて回転子
応力を増加させるところのものである。

【０００５】必要とされるものは、回転速度を維持する
よう調速弁を下げもしくは閉じ、絞り弁パイロット弁を
全行程まで開き、これにより、絞り弁及び調速弁制御モ
ードを重複させて蒸気室を部分的に加圧する装置である
。このことは、より多くの蒸気が蒸気室を通して流れる
のを許容し、回転速度を維持したままで暖機プロセスを
相当に短くすることができる。

【０００６】冷たい、暖かいまたは熱い始動から全負荷
を与えるまで発電プラントを制御する動作中、通常の自
動制御装置は、装置内のリアルタイム熱応力に従って、
ゼロ速度から熱吸収（ｈｅａｔ　ｓｏａｋ）速度を通し
て同期速度までタービンを加速することを提供する。こ
のような制御中、装置は、加速度を一緒に停止させるか
、一定に保持するか、増加させるか、または減少させる
かのいずれかにより加速度の割合を変えることができる
。通常の制御動作は、必要でない場合でも、問題となら
ない値まで加速度の割合が減ぜられるのを許容し、これ
により、始動動作においてさらなる非効率がもたらされ
る。必要とされるものは、ユニットがシャフト臨界及び
羽根共振速度範囲を通して走るための最小の加速度割合
に落ちるだけである装置である。この最小値は回転子応
力を許容可能な範囲に保つであろう。かかる装置は、速
度変化間での時間遅延要求のために増加の割合を制限せ
ず、これにより速度窓を見失う。

【０００７】通常の装置において、振動ランダウン（ｒ
ｕｎ　ｄｏｗｎ）、ランスルー（ｒｕｎ　ｔｈｒｏｕｇ
ｈ）及びランアップ（ｒｕｎ　ｕｐ）動作中、５分カウ
ンタは、振動測定の傾向を追跡するように維持される。 装置は、単調な変化の無い減少傾向またはトレンド（ｔ
ｒｅｎｄ）を探している。単調な減少傾向まで計数され
る傾向の読みにおける何等かのスパイクもしくはブリッ
プ（ｂｌｉｐ）はカウンタをリッセトし、５分のカウン
トを再開始する。必要とされるものは、傾向の割合を決
定し、そして読み内のただ１つのスパイクもしくはブリ
ップによりカウンタのリセットを阻止する装置である。

【０００８】発明の概要 本発明の目的は、タービンの動作及びタービン動作の効
率を改善することである。

【０００９】本発明のもう１つの目的は、タービン始動
運転中の蒸気室暖機動作を短くすることである。

【００１０】また、本発明の目的は、タービン始動中の
臨界シャフトのランスルー動作を速めることである。本
発明のもう１つの目的は、振動ランアップを短くするこ
とである。

【００１１】上述の目的は、蒸気室の暖機期間を短くす
るよう絞り及び調速弁に対する制御動作を重複させる装
置により達成される。該装置は、また、最小の加速度割
合をセットもしくは設定して、応力が許容可能範囲にあ
る限り速度変化窓での速度変化を許容する。該装置はさ
らに、傾向を平滑化することにより速度変化動作中の振
動過渡を除去する。

【００１２】これら目的は、他の目的並びに長所と一緒
に、添付図面を参照して以下に充分に説明される構成及
び動作の詳細から明瞭となるであろう。なお、各図にお
いて、同じ参照数字は全体を通して同じ部品を示す。

【００１３】好適な実施例の説明 本発明はここに参照によって組み込まれた、米国特許第
　４，０２９，９５１号明細書に述べられたようなター
ビン発電プラント自動制御装置における改善に向けられ
ている。この特許は、タービン発電プラントと、該プラ
ントのための制御装置と、制御装置内で実行するソフト
ウェアとの詳細な説明を提供する。米国特許第　４、０
２９、９５１　号明細書に述べられたような装置は、ウ
ェスティングハウスから入手可能であり、自動タービン
制御（ＡＴＣ）装置と呼ばれている。本発明は、ＡＴＣ
装置を改善する。本発明は、特に、米国特許第　４、０
２９、９５１　号の第３図に示されたシーケンス制御ル
ーチンＰ１５と、割合制御ルーチンＰ０７と、偏心距離
及び振動ルーチンＰ０５とにおける改善に向けられる。

【００１４】図１に示されたようなタービン発電プラン
トは、絞り弁１４を介してタービン１２に蒸気を供給す
る蒸気発生装置１０を含んでいる。絞り弁１４は、主弁
１６とパイロット弁１８とを含んでおり、双方とも制御
装置１９によって制御される。パイロット弁１８は、実
際には主弁１６内の弁であるが、便宜上、別々に示され
ている。絞り弁１４は、蒸気を蒸気室２０に供給し、蒸
気室２０は該蒸気室２０の温度を監視するために制御装
置１９によって用いられる温度センサ２２を含んでいる
。蒸気室２０は蒸気を調速弁２４に与え、これもまた制
御装置１９によって制御される。調速弁２４は、タービ
ン１２に蒸気を供給する。タービン１２は、応力と、振
動と、速度と、加速度とを監視するために制御装置１９
によって用いられる温度、応力、速度及び振動センサを
有する。

【００１５】ウェスチングハウスから入手可能であり、
上述の特許に述べられた通常の装置は、絞り弁から調速
弁への蒸気流の伝達制御前に、蒸気室が充分に温かいこ
とが必要である。蒸気室の金属温度が、現在の圧力にお
ける蒸気の飽和温度より低いならば、次に、蒸気室が一
層加熱されるのを許容するよう、切換は遅延される。本
発明は、回転速度を維持するように調速弁２４を下げ、
かつ絞り弁１４のパイロット弁１８を全行程に開けるこ
とにより蒸気室の加熱プロセスを短縮し、それにより絞
り弁１４及び調速弁２４の制御モードを重複させて蒸気
室を部分的に加圧し、そして図２に示されたように一層
多くの蒸気が蒸気室内に流れるのを許容することにより
、開始もしくは起動シーケンスを改善する。このルーチ
ンは、米国特許第　４、０２９、９５１　号明細書のＰ
１５ルーチンの代用となる。

【００１６】図２のルーチンは、タービンのトリップ・
ブロックがラッチされたか否かを決定する（ブロック３
２）ことによって開始し、ラッチされていないならば、
通常のタービンの空転の前回転監視が行われ（ブロック
３４）、その後、出口（ブロック３６）に続く。タービ
ンのブロックがラッチされているならば、発電機の主遮
断器が閉じられているか否かを決定するために検査が為
され（ブロック３８）、遮断器が閉じられているならば
、負荷率インデックスが慣例的に初期設定され（ブロッ
ク４０）、ルーチンが再度出される（ブロック３６）。 主発電機遮断器が閉じられていないならば、回転歯車が
係合されたか否かに関する決定が為され（ブロック４４
）、そうであれば、標準のタービン回転の前開始の監視
動作が行われ（ブロック４６）、その後出口（ブロック
３６）に続く。回転歯車が係合されなかったならば、タ
ービンのＲＰＭが振動検査速度より大きいか否かを決定
するために該タービンのＲＰＭが検査される。ＲＰＭが
振動検査速度よりも大きいならば、通常の較正及び蒸気
検査ルーチンが行われ（ブロック５０）、出口（ブロッ
ク３６）に続く。ＲＰＭが熱吸収（ソーク）速度より大
きくないならば（ブロック５２）、必要に応じ、通常の
ロータ（回転子）熱吸収動作が行われ（ブロック５４）
、出口（ブロック３６）に続く。

【００１７】回転速度が熱吸収速度より大きいならば、
次に、装置は、弁切換速度の近辺にあり、本発明の改善
された切換制御が行われ得る。ＲＰＭが絞り弁−調速弁
切換速度よりも大きくないならば（ブロック５６）、（
この速度は、この速度がシャフト臨界もしくは羽根共振
範囲にきわめて接近していない限り定格速度の９０％で
あり、速度が異なる場合である）、蒸気室金属温度、回
転子（ロータ）温度及び応力が通常の態様で検査される
（ブロック５８）。蒸気室温度が充分であるならば（現
在の圧力における絞り蒸気飽和温度より大きい）、絞り
弁１４から調速弁への制御の全切換が通常の態様で行わ
れる。温度が充分でないならば、部分的な切換が生じ、
それによって、調速弁２４が制御中であることを示す３
０　ｒｐｍ　の速度降下が生じるまで、調速弁２４は、
下方に閉じられ、そして次に、絞り弁１４のパイロット
弁１８が完全に開かれる。主絞り弁は、上述された完全
な弁切換が起こるまで閉じられたままである。この動作
は、絞り弁１４及び調速弁２４の動作を重複させ、蒸気
室２０を部分的に加圧し、より多い蒸気が蒸気室に一層
速く流入して加熱するのを可能とする。検査（ブロック
５８）がプログラムの後のサイクルで遭遇され、そして
蒸気室温度が充分であるならば、通常の全切換動作が行
われ、その間中、主絞り弁はずっと開かれている。

【００１８】ＲＰＭが絞り弁切換速度より速いならば、
絞り弁は、それが広く開かれているか否かを見るために
検査される（ブロック６２）。広く開かれていないなら
ば、温度検査及び応力検査（ブロック５８）が行われ、
その後、上述した部分的または全切換動作が行われる（
ブロック６０）。絞り弁１４が広く開かれているならば
、回転速度が同期化速度内にあるか否かに関する決定が
為され（ブロック６４）、同期速度内にないならば、電
圧調整器発電機及び励磁機巻線の整定が慣例的に検査さ
れ（ブロック６６）、その後、発電機補助の通常の検査
（ブロック６８）に続く。回転速度が同期化速度範囲内
にあるならば、前同期化検査完了決定がなされる（ブロ
ック７０）。前同期化検査７０が完了したならば、装置
は、通常の同期制御モード動作７２に移動する。

【００１９】ランピング割合（率）制御を改善するため
に、図３に示されたルーチンは、米国特許第　４、０２
９、９５１　号明細書のＰ０７ルーチンの代わりに用い
られる。Ｐ０７が行うようにこのルーチンは、いくつか
のタービンのトリップの１つが要求されたか否かを慣例
的に決定する（ブロック９２）ことによって始まり、い
くつかのタービン・トリップの１つが要求されたならば
、回転速度が臨界／共振範囲内にある場合に通常のラン
ダウン（ｒｕｎ　ｄｏｕｎ）９４が行われ、その後にト
リップ・リレーの通常の整定（ブロック９６）とオペレ
ータ制御モードへの切換とが続けられる。トリップが要
求されなかったならば、何等かの機械的警報があるか否
かに関する通常の検査が行われ（ブロック１００）、警
報があるならば、前述したのと同じ条件下で、通常のラ
ンダウンが行われ（ブロック１０２）、自動制御割合（
率）が慣例的に設定される（ブロック１０４）。慣例的
に検出された何等かの電気警報（ブロック１０６）、補
助警報（ブロック１０８）またはロータ（回転子）応力
警報１１６が生じたならば、この同じランダウン・シー
ケンス１０２及び１０４が行われる。補助警報が存在せ
ず、かつ回転制御中の強制冷却（ブロック１１０）が生
じるべきであるならば、ランプ割合インデックスが最大
に設定される（ブロック１１２）。ロータ応力警報が生
じていないならば、加速度割合（率）減少を最小に制限
するルーチンの割合制御部分が入れられる。ルーチンの
この部分の開始において、ランピング割合状態が減少さ
れなければならないか否かに関する通常の決定がなされ
（ブロック１１８）、減少されなければならないならば
、ランピング割合インデックスが３分ごとに減じられる
（ブロック１２０）。ランピング割合が減じられる必要
がないならば、ランピング割合が増大され得るか否かに
関する通常の検査が行われる（ブロック１２２）。ラン
ピング割合が増加され得るならば、ランピング割合イン
デックスが３分ごとに増分される（ブロック１２４）。 減少または増加または変化しない状況において、ＲＰＭ
が臨界または共振範囲内にあるか否かを決定するために
検査（ブロック１２６）が常に行われる。現存する装置
は、１つのユニット依存シャフト臨界速度範囲と、４つ
までの低圧タービン羽根共振速度範囲とを有する。速度
が範囲の１つ内にあるならば、先の動作が割合を最小値
以下に整定することをもたらしていた場合には、ランプ
割合もしくは加速度における増加は、最小割合に設定さ
れる。最小割合は、タービン運転技師に従って設計技師
により決定される。最小値は通常、化石燃料ユニットに
対して４００　ｒｐｍ／分及び原子力ユニットに対して
２００　ｒｐｍ／分の加速度インデックス範囲の８０％
くらいである。最小割合の整定は、該割合が割合制御プ
ロセスの他の部分によりランスルー割合以下まで正常に
減少されている場合でさえ、最小のランスルー加速度割
合において装置が臨界／共振範囲を通過するように仕向
ける。このことは、装置が通常のランピング割合制御動
作中よりも速く臨界及び共振範囲を通過するように仕向
ける。

【００２０】米国特許第　４、０２９、９５１　号明細
書の偏心距離及び振動ルーチンＰ０５を改善するために
、図４及び図５のルーチンが提供される。これらルーチ
ンは、ウェスティングハウスによって製造された自動タ
ービン制御（ＡＴＣ）装置のような装置内に組み込まれ
得る。ＡＴＣに現在見られる通常のルーチンは、偏心距
離及び振動を監視する。偏心距離は、単一のセンサだけ
の場合、６００　ＲＰＭ　より低い速度においてのみ監
視される。振動監視は、構成に依存して７から１１まで
の読みを必要とする軸受ごとのセンサを含む。偏心距離
が警報限界を超えたならば、指示器が設定され、これに
より、図３の速度制御プログラムに速度保持を行わせる
。しかしながら、管理の計器からの振動出力が有効であ
る限り、振動は速度及び負荷範囲に渡って監視される。 振動に関して、通常のルーチンが取る第１の動作は、警
報及びトリップ限界を制定することである。振動警報限
界は、速度の関数である。より低い速度では、ルーチン
は一層の振動を許容する。タービン速度が、絞り弁から
調整弁への切換速度に接近するとき、振動警報限界は５
ミル（ｍｉｌｓ）（原子炉ユニットの場合７ミル）の最
小値に線形的に減少する。

【００２１】警報及びトリップ限界が制定されてしまう
と、通常のルーチンは、各軸受における振動の読みをこ
れら限界と比較するために進む。任意の振動入力がトリ
ップ限界より大きいかまたは等しいならば、次に、トリ
ップが要求され、制御はオペレータに戻る。この動作に
先立って、まず軸受の振動が警報レベルを通って進み、
その時刻にオペレータは警報を与えられ、振動がトリッ
プ限界に達するのを妨げる動作を取るべきである。或る
ベアリングの振動が警報限界を超えたが、トリップ限界
より低いならば、通常のルーチンによって取られる動作
は、現在のタービン速度が低圧タービン羽根共振速度範
囲または第１の励振機臨界速度範囲内にあるか否かに依
存する。通常のルーチンは、これら羽根の共振範囲内に
速度保持を行うことを避ける。いずれかの軸受が警報内
に進むならば、通常のルーチンが１分ベースでその軸受
の傾向付けを開始して、その軸受けにおける振動が増加
しているか、減少しているか、または一定であるかを決
定する。傾向が減少傾向を指示しないならば、１５分の
ような所定の時間限界の速度保持が制定される。通常の
ルーチンは、単一の振動の読みが増加したときは常に、
減少傾向が停止したということを決定する。このような
ブリップ（ｂｌｉｐｓ）は、５分傾向カウントをリセッ
トし、該カウントは、満了した場合に速度の増加が生じ
るのを許容する。

【００２２】図４及び図５に示された本発明の振動及び
偏心距離ルーチンは、回転速度が６００　ＲＰＭ　より
遅いか否かを決定する（ブロック１４２）ことによって
開始する。回転速度が６００　ＲＰＭ　より遅いならば
、偏心距離の通常の監視（ブロック１４４）が行われ、
その後、出口（ブロック１４６）に続く。速度が６００
ＲＰＭより速いならば、いずれかの軸受振動がトリップ
限界を超えたか否かを決定するために通常の検査が為さ
れる（ブロック１４８）。トリップ限界を超えたならば
、振動トリップ要求が設定される（ブロック１５０）。 いずれの軸受の振動もトリップ限界を超えないならば、
振動警報限界を　ＲＰＭ　の線形関数となるようにセッ
トする（ブロック１５４）。次に、いずれかの軸受振動
が警報限界を超えたか否かに関する決定が為される（ブ
ロック１５６）。いずれかの軸受振動が警報限界を超え
たならば、振動警報が設定され（ブロック１６０）、そ
の後、発電機の主遮断器が閉じられたか否かの通常の決
定（ブロック１６２）に続く。遮断器が閉じられていな
いならば、通常の減数もしくはランダウン（ｒｕｎ　ｄ
ｏｗｎ）動作が行われる（ブロック１６４）。本発明は
、次に、通常の偏心距離及び振動ルーチンから離れ、振
動信号における過渡を除去する方法を用いて、振動傾向
が５分間安定しているか否かを決定するための検査を行
う（ブロック１６８）。この検査（ブロック１６８）は
、図５に関してより詳細に説明される。振動が５分間安
定してしまったならば、次に、臨界及び共振範囲を通し
て同期速度までの通常のランスルー動作が行われ（ブロ
ック１７０）、過渡により窓が見失われるのを避けるよ
う、指定された速度変化窓において速度変化を許容する
。

【００２３】前述したように、通常の振動ルーチンは、
現在の振動が先の振動を超えるごとに５分のカウントダ
ウン・タイマをリセットし、これにより、振動傾向にお
ける過渡が生じるごとにカウントダウン・タイマをリセ
ットする。本発明は、図５に示されるように３つの記憶
された振動量をまず設定し、現在の振動をこれらの最初
のものとしかつ先の２つの振動を他の２つとして用いる
ことにより、これら過渡を除去している。次に、カウン
トダウンがリセットされた最後のときに記憶された最後
のリセット振動量が、３つの記憶されている振動と比較
される（ブロック１８２〜１９２）。最後にリセットさ
れた振動が先の３つの振動のいずれよりも小さいならば
、カウントダウン・タイマはカウントダウンされ（ブロ
ック１８４）、その後、該タイマがゼロに等しいか否か
を決定するための検査が行われる（ブロック１８６）。 最後にリセットされた振動が３つの記憶された振動のす
べてを超えたならば、次に、カウントダウン・タイマは
５分のカウントダウン時間にリセットされ（ブロック１
９４）、その後、最後のリセット振動の設定が行われる
（ブロック１９６）。この傾向ルーチンは３つのサンプ
ル広さまたは１５秒広さまでの過渡を除去する。 検査１８２、１９０または１９２の１つを除去すること
によって、ルーチンは、２つのサンプル広さにまでの過
渡を除去する。もちろん、より広い過渡を除去するため
に検査の回数を増やすこともできる。

【００２４】本発明の多くの特徴並びに長所が詳細な説
明から明瞭であり、従って請求の範囲は、本発明の本当
の精神並びに範囲内にある本発明のかかる特徴及び長所
を包含することを意図している。さらに、当業者には多
くの変更並びに変化が容易に為し得るであろうので、本
発明を図示しかつ記載した構成及び動作そのものに制限
することを望むものではなく、すべての適切な変更及び
等価物も本発明の範囲内にあるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明と関係したタービン発電機ユニットの構
成要素を示す図である。

【図２】起動シーケンス制御ルーチンを示す図である。

【図３】ランプ割合制御ルーチンを示す図である。

【図４】偏心距離及び振動ルーチンを示す図である。

【図５】図４のルーチンの傾向ステップを示す図である
。

【符号の説明】

１０　　　　蒸気発生装置 １２　　　　タービン １４　　　　絞り弁 １６　　　　主弁 １８　　　　パイロット弁 １９　　　　制御装置 ２０　　　　蒸気室 ２２　　　　温度センサ ２４　　　　調速弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　絞り弁及び調速弁動作を重複させて起
   動中のタービンの蒸気室を部分的に加圧する段階を含ん
   だ蒸気タービンの弁を制御する方法。
2. 【請求項２】　　絞り弁と、調速弁と、蒸気室と、蒸気
   室温度モニタと、タービン速度センサと、タービン振動
   センサとを含んだ蒸気タービン装置の制御装置であって
   、前記蒸気室の温度が所定の温度以下でありかつタービ
   ンの速度が絞り弁ー調速弁切換速度以下であるときに前
   記絞り弁及び前記調速弁の制御を重複させるための重複
   制御手段と、シャフト臨界及び／または羽根共振範囲中
   に最小加速度割合において前記タービンを回転させるた
   めの最小加速度手段と、振動の測定値から過渡を除去し
   、該過渡が除去されたときタービン速度の増加を続けさ
   せるための振動過渡除去手段と、を備えた蒸気タービン
   装置の制御装置。