JPH0486305A - 蒸気タービン制御装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、原子炉用蒸気タービン制御装置に係り、特に
蒸気加減弁の弁開度要求回路に設けられた弁閉速度制限
器の制御方式の改良に関する。

（従来の技術） 近年、原子カプラントの耐力向上を目的とした改善策の
１つとして、例えば特公昭６１−２０５３０６号公報に
示されているように、蒸気タービン速度調整機構に非線
形調定率を採用した蒸気タービン制御装置が提案され、
実用化されている。

この蒸気タービン制御装置は、速度調定率を非線形化し
、−時的な周波数上昇に対して蒸気加減弁をタービンバ
イパス弁容量以上には絞り込まない特性とするもので、
比較的低コストで系統周波数上昇時の原子炉スクラム耐
力を高めることができる。

従来のこの種の蒸気タービン制御装置を、第３図ないし
第５図を参照して説明する。

第３図は一般的な原子カプラントの系統図を示すもので
、原子炉１からの発生蒸気は、タービン入口側の蒸気加
減弁（以下Ｃ■と略す）２を経て蒸気タービン３に流れ
込み、蒸気タービン３を介し発電機４を駆動した後に復
水器５に回収される。

そして、復水は、給水ポンプ６を介し再び原子炉１に送
り込まれる。

一方、原子炉１からの発生蒸気を、蒸気タービン３をバ
イパスして復水器５に流し込むため、タビンバイパス弁
（以下ＢＰＶと略す）７が設けられ、このＢＰＶ７は、
通常運転中の原子炉発生蒸気量とタービン流入蒸気量と
が等しいときには全閉しているが、例えば系統周波数の
上昇時あるいは負荷遮断等によるタービン回転数の上昇
等の場合には、蒸気タービン３の過回転を防止する必要
からＣＶ２が絞り込まれるため、発生蒸気量との間に差
が生じ、余剰蒸気はＢＰＶ７を介して直接復水器５に流
れ込むことになる。

第４図は、従来の蒸気タービン制御装置のブロック図を
示すもので、図中、符号１０は、負荷設定器１１側の信
号とともに低値優先回路１２に入力される圧力制御装置
からの制御信号であり、前記負設定器１１の値は、通常
運転中には前記制御信号１０が優先するように調整され
ている。

一方、系統周波数が上昇したり、あるいは負荷遮断等に
よりタービン回転数が上昇した場合には、速度誤差信号
１３が大きくなり、関数発生器１４、Ｃｖ調定率１５を
介しさらに負荷設定器１１と加算された信号レベルが、
前記制御信号１０のレベルよりも低値となるため、ＣＶ
２はこの信号により支配されることになる。この際、制
御信号１０の信号レベルは一定であるため、低値優先回
路１２からのＣ■制御信号との差がＢＰＶ７の制御信号
となり、ＢＰＶ７を開く。

第５図は、非線形調定率適用時の蒸気加減弁周波数特性
図を示すもので、前記制御信号１０が一定な状態で、系
統周波数２０、すなわちタービン回転数が上昇したとき
のＣ■制御信号とＢＰＶ制御信号との関係を示している
。

第５図において、系統周波数２０が、α１より上昇しα
２になった場合には、前述の調整された負荷設定値１１
の値が喰い潰され、制御信号１０と速度誤差信号１３お
よび負荷設定信号の和とが等しくなり、ＣＶ２は閉、Ｂ
ＰＶ７は開の待ち状態となる。

系統周波数２０がさらに上昇してα３になると、２５％
タービンバイパス容量プラントでは、ＢＰ■７が全開す
ることになる。ここで、速度誤差信号１３に対する関数
発生器１４の特性が線形であるプラントにおいては、第
５図に破線で示すように、系統周波数２０がα３以上に
上昇すると、ＣＶ２をさらに絞り込むため、原子炉発生
蒸気量とタービン側での消費蒸気量（Ｃ■弁通過蒸気量
十ＢＰＶ弁通過蒸気量）との間に差が生じ、炉圧上昇に
伴う原子炉スクラムに係り、プラント運転停止となる。

これに対して、非線形調定率適用プラントでは、系統周
波数２がα３からさらに上昇しα４になるまで、ＣＶ２
の絞り込みがないため、プラントとしては運転可能とな
り、原子炉スクラムの耐力を改善することができる。

（発明が解決しようとする課題） 前記従来の蒸気タービン制御装置では、非線形調定率を
適用しているので、原子炉スクラムの耐力を改善するこ
とができるが、この種のプラントにおいては、系統周波
数が上昇した状態で負荷遮断が発生した場合のタービン
瞬時最大上昇回転数が問題となる。

法的にこの値は、１１１％未満にするよう規制されてい
るが、線形調定率適用時の値が１０７％程度と比較的低
い値に制御されているプラントでも、非線形調定率を適
用して系統周波数上昇を３％程度まで許容した場合には
、負荷遮断時の瞬時最大回転数は、約１１０％程度まで
上昇して非常に厳しい値となり、どこまで周波数上昇さ
せるかが１つの課題となる。

また一方、原子炉のより高い安全性を確保するため、蒸
気タービンの制御装置故障時の過渡的な安全性も追求さ
れている。この−故障形態として、蒸気タービンの圧力
制御装置、負荷設定器あるいは演算回路等の故障による
運転中のＣＶの閉事象がある。

原子炉運転中に、Ｃｖが誤制御信号により全閉した場合
、この誤制御信号が直接原子炉をスクラムに至らせる信
号とは作用せず、また故障形態の関係上（例えば圧力制
御装置からの出力信号レベルが低下した場合は炉圧低下
事象であり、ＣＶＢＰ■閉制御信号が入力される）、Ｐ
ＢＶにより余剰蒸気を逃すことがないため、炉圧高さら
には中性子束高スクラムに至るまで原子炉がスクラムせ
ず、これらの事象が発生すると熱的に非常に厳しい事象
となる（熱的余裕を示すパラメータが低下し、燃料棒の
温度が上昇する）。

この問題の解決策の１つとして、圧力制御装置等の故障
時にＣ■を制御する弁位置制御部に、閉速度を制限する
閉速度リミッタを追設し、Ｃ■の閉速度緩和により原子
炉側の熱的影響を低減させようとする試みがなされてい
るが、Ｃ■の閉速度を制限した場合には、速度制御系へ
の非線形調定率適用と同様、負荷遮断時の回転上昇値が
より高くなるという問題がある。

すなわち、負荷遮断時のタービン回転数上昇値を決める
要因は、Ｃ■等のタービン流入量制御弁の閉鎖速度や内
部周波数エネルギ量等であるが、圧力制御系故障による
影響を緩和するためのＣ■閉鎖速度制限は、この要因を
増大させることになり、蒸気タービン側にとっては、必
ずし好ましいものではない。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、
プラント耐力向上のために非線形調定率を採用し、かつ
原子炉安全性向上のためにＣ■弁位置制御系に弁閉速度
制限器を設けた場合であっても、負荷遮断時における蒸
気タービンの瞬時の最大回転数を、非常調速機の作動範
囲内に抑えることができる蒸気タービン制御装置を提供
することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、速度制御系に非線形調定率特性を持たせ、か
つ蒸気加減弁の弁開度要求回路に弁閉速度制限器を設け
た蒸気タービン制御装置において、各種の入力信号に基
づき前記蒸気加減弁の急速閉が必要か否かを判断する判
別手段と、この判別手段からの信号の入力により急速閉
を必要とするときのみ前記弁閉速度制限器をＯＦＦにす
る切替器とを備えたことを特徴とするものである。

（作用） 本発明に係る蒸気タービン制御装置によれば、弁閉速度
制限器は、系統周波数が通常用運用上考えられる許容範
囲外に異常に上昇し、蒸気加減弁を急速閉する必要があ
る場合にはＯＦＦとなり、蒸気加減弁は急速に閉鎖する
。このため、タービンの瞬時の最大回転数を有効に抑制
することが可能となる。

一方、系統周波数が通常運用上考えられる許容範囲内に
あって、蒸気加減弁を急速閉する必要がない場合には、
弁閉速度制限器はＯＮとなり、蒸気加減弁はゆっくり閉
鎖する。このため、圧力制御系の故障により蒸気加減弁
が全閉する場合でも、原子炉への熱的影響を緩和するこ
とが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の第１実施例を第１図を参照して説明する
。

第１図において、符号１０は圧力制御装置からの制御信
号であり、この制御信号１０は、速度誤差信号１３と負
荷設定器１１からの設定信号との和とともに、低値優先
回路１２に入力されるようになっている。すなわち、速
度誤差信号１３は、関数発生器１４およびＣＶ調定率１
−５を通した後、負荷設定器１１からの設定信号と加算
されて低値優先回路１２に入力されるようになっている
。

この低値優先回路１２から出力されるＣ■弁位置制御信
号２ａは、系統周波数が通常運用上考えられる許容範囲
内にあるときには、第１図に示すように、切替器２５内
のｂ接点を介して閉速度制限器２６に入力されるように
なっている。この閉速度制限器２６は、閉信号入力時に
その低下率を制限するもので、低下率は、リミッタ２６
ａの値と積分器２６ｂとにより決定されるようになって
いる。そして、この閉速度制限器２６を経た信号は、さ
らに加算器２７に流れ込み、実弁開度要求信号となるよ
うになっている。

この加算器２７にはまた、第１図に示すように、実弁開
度信号２８が入力されるようになっており、この実弁開
度信号２８と前記実弁開度要求信号との偏差信号は、増
幅器２９を介して弁駆動装置３０を作動させるようにな
っている。

一方、系統周波数が通常運用上考えられる許容範囲外に
あるとき、すなわち電力系統網に事故が発生し系統周波
数等が異常に上昇したときには、第１図に示すように、
前記速度誤差信号１３を入力すると比較器３１が動作す
るようになっており、この比較器３１からの信号は、負
荷遮断信号３２およびタービントリップ信号３３ととも
に論理和３４に入力され、論理和３４の成立により、前
記切替器２５がａ接点側に切替えられるようになってい
る。そして、前記Ｃ■弁装置制御信号２ａは、閉速度制
限器２６をバイパスする通常制御信号ライン３５を介し
実弁開度要求信号となるようになっている。

次に、本実施例の作用について説明する。

系統周波数が通常運用上考えられる許容範囲内にあると
きには、切替器２５は、第１図に示すようにｂ接点側に
切替えられている。このため、Ｃ■弁位置制御信号２ａ
は、閉速度制限器２６を介し実弁開度要求信号となり、
加算器２７において実弁開度信号２８と加算される。そ
して、その偏差信号が、増幅器２９を介し弁駆動装置３
０を作動させる。

したがって、Ｃｖの弁位置制御系にある圧力制御装置、
負荷設定器１１等の故障が発生してＣｖへの信号が急減
したとしても、実際のＣｖへの開度要求信号は、ある一
定の変化率をもって変化するため、弁閉鎖速度が遅くな
り、原子炉の熱的影響も緩和される。

一方、系統周波数が通常運用上考えられる許容範囲外に
あるとき、すなわち電力系統網に事故が発生し系統周波
数等が異常に上昇したときには、速度誤差信号１３を入
力する比較器３１が動作し、その出力信号、負荷遮断信
号３２およびタービントリップ信号３３を入力とする論
理和３４が成立した切替器２５がａ接点側に切替えられ
る。このため、Ｃ■弁位置制御信号２ａは、閉速度制限
器２６をバイパスする通常制御信号ライン３５を介し実
弁開度要求信号となり、Ｃｖが急速に閉鎖して瞬時の最
大回転数を抑制することができる。

なお、速度誤差信号１３の値により弁閉速度制限するの
は、あ（までも系統周波数の極端な上昇と圧力制御系と
が同時に発生する確率は、非常に低いという前提にたっ
ている。

第２図は、本発明の第２実施例を示すもので、前記第１
実施例における切替器２５の接点を逆接続とし、かつＣ
ｖの急速閉を必要とする制御系の故障信号により論理和
３４を成立させるようにしたものである。

すなわち、切替器２５は、第２図に示すように、ａ接点
が閉速度制限器２６側に、またｂ接点が通常制御信号ラ
イン３５側にそれぞれ接続されており、また論理和３４
には、制御系の故障信号として、圧力制御装置故障信号
４０、負荷設定器故障信号４１、制御演算部故障信号４
２、弁位置開度要求部故障信号４３、および弁位置制御
部故障信号４４が入力されるようになっている。そして
、この論理和３４は、選択モード４５により、その他の
故障信号４６も機能として追加できるようになっている
。

しかして、このように構成しても、前記第１実施例と同
様の効果が期待できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、蒸気加減弁の急速閉が必
要か否かを判断して弁閉速度制限器をＯＮ１０　Ｆ　Ｆ
するようにしているので、プラント耐力向上のために非
線形調定率を採用し、かつ原子炉安全性向上ために蒸気
加減弁の弁位置制御系に弁閉速度制限器を設けた場合で
あっても、負荷遮断時における蒸気タービンの瞬時の最
大回転数を、非常調速機の作動範囲内に抑えることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る蒸気タービン制御装
置を示す制御ブロック図、第２図は本発明の第２実施例
を示す第１図相当図、第３図は一般的な原子炉プラント
の系統図、第４図は従来の蒸気タービン制御装置を示す
制御ブロック図、第５図は非線形調定率適用時の蒸気加
減弁周波数特性を示すグラフである。 ２・・・蒸気加減弁（Ｃ■）、２ａ・・・Ｃｖ位置制御
信号、１０・・・圧力制御装置の制御信号、１１・・・
負荷設定器、１２・・・低値優先回路、１３・・・速度
誤差信号、１５・・・関数発生器、１５・・・Ｃｖ調定
率、２５・・・切替器、２６・・・閉速度制限器、３４
・・・論理和、３５・・・通常制御信号ライン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 速度制御系に非線形調定率特性を持たせ、かつ蒸気加減
   弁の弁開度要求回路に弁閉速度制限器を設けた蒸気ター
   ビン制御装置において、各種の入力信号に基づき前記蒸
   気加減弁の急速閉が必要か否かを判断する判別手段と、
   この判別手段からの信号の入力により急速閉を必要とす
   るときのみ前記弁閉速度制限器をＯＦＦにする切替器と
   を備えたことを特徴とする蒸気タービン制御装置。