JPH0518207A - 蒸気タービン制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蒸気タービンの負荷しや断後の整定時におけ
るパワーロードアンバランス回路のリセット時に、ター
ビン回転数の整定をスムーズに行なうようにすること。 【構成】 パワーロードアンバランス回路リセット時に
無負荷相当バイアス信号を弁制御回路に付加するように
した蒸気タービン制御装置において、無負荷相当バイア
ス信号をランプ状に弁制御回路に入力するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蒸気タービンの制御装
置に係り、特に負荷しゃ断発生後の整定過程における蒸
気タービンの回転数の変動を小さくし、滑らかに整定に
到達し得るようにした蒸気タービンの制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図４は、一般的な蒸気タービンプラント
の概略構成を示す図であって、ボイラ１から出た蒸気
は、主蒸気管２、主蒸気止め弁３及び蒸気加減弁４を経
て高圧タービン５に流入し、そこで仕事を行ないタービ
ン軸を回転する。上記高圧タービン５で仕事を終えた蒸
気は低温再熱管６を経て再熱器７に至り、ここで再熱さ
れ、高温再熱管８、再熱蒸気止め弁９及びインターセプ
ト弁１０を経て中圧タービン１１に供給される。中圧タ
ービン１１に供給された蒸気はそこで仕事を行ない、し
かる後クロスオーバー管１２を経て低圧タービン１３に
流入し、その後復水器１４で復水される。

【０００３】このように各タービンで蒸気のエネルギを
利用してタービン軸が回転されると、このタービン軸に
直結されている発電機１５が駆動され、その出力がしゃ
断器１６を介して電力送電系統１７に送電される。

【０００４】ところで、図５は上述の如き蒸気タービン
の回転数制御を行なう制御装置の概略系統図であって、
実回転数検出装置２１で検出された実回転数信号は、回
転数設定器２２からの設定信号と加算器２３で比較さ
れ、この回転数偏差信号がゲイン調整器２４によって弁
開度に必要な信号に増幅され、加算器２５には後述する
発電機の出力信号が加算され、蒸気流量指令信号となり
低値優先回路２６に入力される。この低値優先回路２６
には負荷制限器２７からの制限信号が予め入力されてお
り、上記蒸気流量信号との何れか低値信号が選択される
ようになっている。

【０００５】上記低値優先回路２６を出た出力信号は、
蒸気加減弁の流量指令信号として関数発生器２８に入力
される。関数発生器２８の出力信号は、復調器２９から
のフィードバック信号と加算器３０で突合わされ、その
偏差信号がプリアンプ３１を経て増幅された後、サーボ
アンプ３２を経て蒸気加減弁４のサーボ弁に開閉信号と
して与えられる。

【０００６】蒸気加減弁４には弁開度を検出する検出装
置が設けられており、復調器２９で弁開度（実弁リフ
ト）信号が調整されて加算器３０にフィードバックされ
る。また、発電機１５の実出力信号は出力検出器３３に
よって検出され、その実出力信号が加算器３４に送ら
れ、ここで出力デマンド３５からの出力要求指令信号と
突合わされ、その偏差信号がガバナ設定器３６、スイッ
チ３７ａ、及び加算器３８を経て加算器３５でゲイン調
整器２４から出力される回転数偏差信号に加算される。
加算器３８には無負荷相当バイアス信号３９もスイッチ
３７ｂを介して付加されるようにしてある。そして、上
記スイッチ３７ａ、３７ｂはパワーロードアンバランス
回路の作動によってＯＦＦされる。

【０００７】一方、インターセプト弁１０の制御信号
は、加算器２５で回転数偏差信号とガバナ設定器３６の
出力信号とが加算された後で低値優先回路２６の前より
分岐され、ゲイン調整器４１によって弁開度に必要な信
号に増幅され、加算器４２に送られる。加算器４２では
バイアス信号４３が加算されてインターセプト弁蒸気流
量指令信号となり、関数発生器４４に入力される。関数
発生器４４の出力信号は、復調器４５からのフィードバ
ック信号と加算器４６で突合わされ、その偏差信号がプ
リアンプ４７で増幅された後、サーボアンプ４８を経て
インターセプト弁１０のサーボ弁に開閉信号として与え
られる。また、上記増幅された信号が飽和点（１００
％）に達するとインターセプト弁急閉回路４９が作動す
るようにしてある。

【０００８】ところで、上記蒸気加減弁４またはインタ
ーセプト弁１０は図６で示すような油圧開閉装置により
制御される。

【０００９】図６において、符号５１は蒸気弁本体であ
って、弁体５２が弁座５３に当ると蒸気の流路が閉塞さ
れる。弁体５２は弁棒５４、クロスヘッド５５、レバー
５６及びピストンロッド５７を介して油圧シリンダ５８
の油圧ピストン５９に連結され、油圧ピストン５９はば
ね６０によって蒸気弁閉方向に常に押されている。

【００１０】一方、油圧シリンダ５８の下部室６１にサ
ーボ弁６２を通して制御油が供給されると、油圧ピスト
ン５９が押し上げられ蒸気弁弁体５２が開かれる。

【００１１】油圧シリンダ５８の下部には、ディスクダ
ンプ弁６３が設けられディスクダンプ弁６３の下部室６
３の下部室６４には急速作動電磁弁６５を経た圧油が供
給されディスクダンプ弁６３が閉方向に作動されてい
る。また上記急速作動電磁弁６５を経た圧油の一部は、
オリフィス６６を介してしゃ断弁６７にも供給され、こ
の圧油が供給されるとしゃ断弁６７は図示のように切り
換る。

【００１２】急速作動電磁弁６５には油圧発生装置６８
から非常トリップ装置６９を介して非常油が送られ、サ
ーボ弁６２には油圧発生装置６８からしゃ断弁６７を介
して制御油が送られる。なお、非常トリップ装置６９は
非常油を排出させて蒸気弁弁体５２を緊急閉鎖させるも
のである。

【００１３】しかして、蒸気タービン停止中で、非常ト
リップ装置６９がトリップ位置、即ち非常油が排出され
た状態になると、油圧発生装置６８で発生した制御油は
しゃ断弁６７に供給される。

【００１４】このしゃ断弁６７は油圧による切換弁であ
り、非常油が確立されると油圧力により切り換えられ、
制御油がそのしゃ断弁６７を介してサーボ弁６２に供給
される。この状態で非常トリップ装置６９をリセットす
なわち非常油の油圧を確立すると、非常油が急速作動電
磁弁６５を経てディスクダンプ弁６３に送られるととも
に、オリフィス６６を経てしゃ断弁６７に送られる。す
るとしゃ断弁６７は図示の様に切り換わり、制御油がサ
ーボ弁６２に送られる。同時にディスクダンプ弁６３は
油圧シリンダ５８の下部をシートする。なお、オリフィ
ス６６はディスクダンプ弁６３に油圧が供給されるの
と、しゃ断弁６７の切り換え動作との間に時間的な差を
もたせるもので、しゃ断弁６７の切り換えはディスクダ
ンプ弁６３の油圧確立より時間的に遅れる。これにより
サーボ弁６２への油圧の供給はディスクダンプ弁の油圧
が確立された後となり、油圧シリンダ５８の下部がシー
トされた後に油圧シリンダ５８へ油圧の供給がなされさ
れることになる。

【００１５】通常の蒸気弁５１の開閉は、ディスクダン
プ弁６３の油圧が確保された後、サーボ弁６２により油
圧シリンダ５８ヘ油圧を供給又は排出することにより行
なわれる。

【００１６】一方、蒸気タービンに緊急停止が必要とな
った場合は、非常トリップ装置６９により非常油が排出
される。このようにして非常油が排出されると、ディス
クダンプ弁６３の油圧が無くなり、油圧シリンダ５８の
下部がシートされなくなる。したがって、油圧シリンダ
５８内の油圧がディスクダンプ弁６３を経て排出され蒸
気弁弁体５２が緊急閉鎖される。また、急速作動電磁弁
６５はタービンの緊急停止以外に蒸気弁弁体５２の緊急
閉鎖が必要となった場合、即ち負荷の大きな現象があっ
た場合などに蒸気弁弁体５２を緊急閉鎖するために設け
られているものであって、非常油の油圧が確立された状
態においても急速作動電磁弁６５を動作させることによ
ってディスクダンプ弁６３の油圧を排出して蒸気弁弁体
５２を急閉させることができる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】蒸気タービンの発電機
１５には、通常運転時電気的な負荷が作用しており、こ
の負荷は発電機出力と同じであり、運転時には常に電力
をしゃ断器１６を経て送電系統に供給している。

【００１８】そこで、何らかの理由によりしゃ断器１６
が開き、送電系統と分離された場合には、発電機１５出
力の減少分に比例してタービンのピーク回転数が上昇す
る。このため、運転時発電機出力が大きい場合には、パ
ワーロードアンバランス回路４０により発電機出力の喪
失が検出され、蒸気加減弁の急速作動電磁弁６５が励磁
され、ディスクダンプ弁６３の下部非常油がドレンに排
出され、油圧ピストン５９下部油圧によりディスクダン
プ弁６３が下方に落ち、油筒ピストン５９がばね６０に
より下方に押されて蒸気加減弁４の弁体５２が全閉させ
られる。

【００１９】この時の急速作動電磁弁６５の励磁信号に
より、ガバナ設定器３６の信号が全閉位置（定格回転
数）まで復帰し、インターセプト弁１０は約１００％回
転数で閉じ始め、約１０２％回転数で全閉となる。この
場合、サーボ弁６２による閉鎖時間は、約４秒以上必要
なのに対し、急速作動電磁弁６５による閉鎖時間は約
０．３秒のため、蒸気加減弁４とインターセプト弁１０
より蒸気タービン５、１１に流入する蒸気量が大きく異
なる。

【００２０】このため、蒸気加減弁４とインターセプト
弁１０を急閉するため、各々の急速作動電磁弁６５を動
作させる装置として、パワーロードアンバランス回路４
０とインターセプト弁急閉回路４９が設けられている。

【００２１】そこで、パワーロードアンバランス回路
は、図７に示すように、低温再熱管６の設定圧力が４０
％負荷相当圧力以上と、発電機出力の減少率が４０％／
msec以上と、発電機負荷とタービン機械出力（低温再熱
圧力）との差が４０％以上の条件が共に成立した時に作
動し、蒸気加減弁４の急速作動電磁弁６５及び出力設定
器３５のスイッチ回路に作用する。その結果蒸気加減弁
４が急閉されると共に、スイッチ３７ａがＯＦＦとなり
出力設定器３５の出力がカットされる。

【００２２】一方、インターセプト弁蒸気流量指令信号
と復調器４５からのフィードバック信号との偏差が閉め
（マイナス）方向で５％以上になると、インターセプト
弁急閉回路４９用のゲインで２０倍に増幅され飽和点
（−１００％）となり、この時図８に示すようにインタ
ーセプト弁急閉回路４９のもう一方の条件である低温再
熱蒸気管６の圧力が設定圧力（一般には約１５％負荷相
当圧力）以上であれば、インターセプト弁１０の急閉回
路４９が作動し、インターセプト弁１０の急速作動電磁
弁６５が作動し、インターセプト弁１０が急閉する。

【００２３】一方、このスイッチ回路がリセットすると
スイッチ３７ｂがＯＮし、この時無負荷相当信号がステ
ップ状に付加される。

【００２４】しかして、タービン負荷しゃ断後の整定過
程において、パワーロードアンバランス回路４０の作動
中は、タービン速度がピークに到達後降下し、１０２％
速度に達すると、インターセプト弁１０が開き出し、再
熱器７の蒸気を中圧タービン１１、低圧タービン１３を
経て復水器１４へ逃しながら、タービンの速度を徐々に
降下すると共に、低温再熱管６の圧力も降下される。

【００２５】上記低温再熱管６の圧力が４０％負荷相当
以下までさがると、パワーロードアンバランス回路４０
がリセットし、その結果無負荷相当信号が図５の加算器
２５に付加され、インターセプト弁１０の関数発生器４
４への入力信号もステップ状に変化する。したがって、
インターセプト弁１０が急に開いて蒸気が中圧タービン
１１に流入するため、タービン速度が急速に上昇し、タ
ービン速度が１０２％を超えるとインターセプト弁関数
発生器の出力は閉め（マイナス）信号となる。

【００２６】この時にインターセプト弁１０の追従が遅
れると、加算器４６の出力が閉め（マイナス）信号とな
り、この値が−５％以上になるとインターセプト弁１０
の急閉回路４９が作動し、インターセプト弁１０の急速
作動電磁弁６５が作動し、インターセプト弁１０が急閉
する。このようにしてインターセプト弁１０が急閉する
と、中圧タービン１１への流入蒸気が断たれ、タービン
速度が降下し、その速度が１０２％未満になると再びイ
ンターセプト弁が開き出し、中圧タービンへ蒸気を流
す。

【００２７】このようにインターセプト弁の追従が遅い
と、この弁の開閉動作が繰り返され、タービン速度に変
動が生ずる（図９）。そして、この繰り返しは低温再熱
管圧力が１５％負荷相当圧力未満となるまで続く等の問
題がある。

【００２８】本発明はこのような点に鑑み、負荷しや断
発生後の整定過程におけるタービンの回転数の変動を小
さくし、タービンの制定をスムーズに行なうことができ
るようにした制御装置を得ることを目的とする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明は、パワーロード
アバランス回路リセット時に無負荷相当バイアス信号を
弁制御回路に付加するようにした蒸気タービン制御装置
において、上記無負荷相当バイアス信号をランプ状に弁
制御回路に入力するようにしたことを特徴とする。また
第２の発明は、さらに低温再熱蒸気圧力が設定値以上
で、インターセプト弁への入力信号とその弁の実開度と
の閉方向偏差が５％以上であり、しかもインターセプト
弁の実開度が約２０％以上の時にインターセプト弁急閉
回路が作動するようにしたことを特徴とする。

【００３０】

【作用】パワーロードアンバランス回路のリセット時
に、無負荷バイアス信号がランプ状に入力されるので、
インターセプト弁への制御信号の増加もランプ状で緩や
かとなり、インターセプト弁も十分追従でき、インター
セプト弁の開閉動作が繰り返されることが防止できる。
したがって、タービン回転数の変動が防止される。さら
にインターセプト弁の所定開度以下の場合には、その急
閉回路を作動しないようにすることにより、一層タービ
ンの整定がスムーズに行なわれる。

【００３１】

【実施例】以下、図１乃至図３を参照して本発明の実施
例について説明する。なお図１において図５と同一部分
には同一符号を付しその詳細な説明は省略する。

【００３２】図１において、パワーロードアンバランス
回路４０によって開閉されるスイッチ３７ｂと加算器３
８との間には積分器５０が介装されている。しかして、
パワーロードアンバランス回路４０がリセットし、スイ
ッチ３７ｂがＯＮすると、無負荷相当バイアス信号３９
が、スイッチ３７ｂ及び積分器５０を介して加算器３８
に加えられる。

【００３３】すなわち、タービン負荷しや断後に、再熱
器７内の蒸気をインターセプト弁１０によって中圧ター
ビン１１等を経て復水器１４にブローダウンする過程に
おいて、再熱器７内の圧力低下に伴ない、低温再熱管６
内の圧力が低下し、４０％負荷相当圧以下になるとパワ
ーローアンバランス回路４０がリセット（ＯＦＦ）し、
スイッチ３７ａ、３７ｂ、がＯＮ状態とされる。

【００３４】その結果、無負荷相当バイアス信号３９が
スイッチ３７ｂを経て積分器５０に加わる。しかして、
その積分器５０からは、図２に２点鎖線で示すようにパ
ワーロードアンバランス回路リセット後経過時間に対し
ランプ状に上昇する出力信号が出力し、その信号が加算
器３８に加えられる。このため、インターセプト弁１０
制御用の関数発生器４４の入力信号の増加もランプ状で
緩やかとなり、インターセプト弁１０がこの関数発生器
４４の出力信号に十分追従して制御され、上記関数発生
器４４の出力と復調器４５からの信号との差、すなわち
加算器４６の出力信号は小さなものになり、インターセ
プト弁の制御系に与える影響が軽減される。

【００３５】一方、インターセプト弁１０が低リフト域
で運転されるのは、負荷しや断後の再熱器７内上記の復
水器１６へのブローダウン（ダービン整定）過程のみで
あり、この時に所内動力がタービン発電機に負荷されて
も、定格回転数をキープできる高温再熱管８内のインタ
ーセプト弁急閉回路作動負荷相当圧力におけるインター
セプト弁の開度以下では、インターセプト弁を急閉する
ことなく、連続的なタービン回転数制御を行なうことが
できる。

【００３６】しかして、本発明においては、低温再熱蒸
気圧力が設定値以上であり、インターセプト弁の入力信
号と実弁開度の差が閉方向５％以上の条件の外に、イン
ターセプト弁実弁開度が約２０％以上の条件が同時に成
立したときに、インターセプト弁急閉回路４９が作動
し、インターセプト弁の急速作動電磁弁が作動するよう
にしてある。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、蒸気タービンの高負荷からの負荷しや断後の整定時
に蒸気加減弁等を急閉したパワーロードアンバランス回
路のリセット時に、制御回路に無負荷相当信号がランプ
状に入力されるようにしたので、この無負荷相当信号の
入力による制御系に与える影響が軽減される。

【００３８】また、インターセプト弁の急速作動電磁弁
を作動させる急閉回路の成立条件として、低温再熱蒸気
圧力が設定値以上で、インターセプト弁への入力記号と
その弁の実開度との閉方向偏差が５％以上の条件に、イ
ンターセプト弁実弁開度が約２０％以上の条件が付加さ
れているので、パワーロードアンバランス回路リセット
時の無負荷相当開度信号の入力による外乱に対してイン
ターセプト弁実開度が小さい場合には急閉回路が作動す
ることがなく、タービン回転数の整定をスムーズに行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における蒸気加減弁とインターセプト弁
の制御ブロック図。

【図２】パワーロードアンバランス回路リセット時の特
性図。

【図３】本発明におけるインターセプト弁急閉回路のイ
ンターロック図。

【図４】一般的な蒸気タービンプラントの系統図。

【図５】従来の蒸気加減弁及びインターセプト弁の制御
ブロック図。

【図６】蒸気加減弁又はインターセプト弁の油圧回路
図。

【図７】パワーロードアンバランス回路インターロック
図。

【図８】従来のインターセプト弁急閉回路インターロッ
ク図。

【図９】タービン整定過程の動作図。

【符号の説明】

４ 蒸気加減弁 １０ インターセプト弁 ２１ 実回転数検出装置 ２２ 回転数設定器 ２６ 低値優先回路 ２８ 関数発生器 ３５ 出力デマンド ３６ ガバナ設定器 ３７ａ，３７ｂ スイッチ ３９ 無負荷相当バイアス信号 ４０ パワーロードアンバランス回路 ４１ ゲイン調整器 ４５ 復調器 ４９ インターセプト弁急閉回路 ５０ 積分器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パワーロードアンバランス回路リセット時
   に無負荷相当バイアス信号を弁制御回路に付加するよう
   にした蒸気タービン制御装置において、蒸気無負荷相当
   バイアス信号をランプ状に弁制御回路に入力するように
   したことを特徴とする蒸気タービン制御装置。
2. 【請求項２】低温再熱蒸気圧力が設定値以上で、インタ
   ーセプト弁への入力信号とその弁の実開度との閉方向偏
   差が５０％以上であり、しかもインターセプト弁の実開
   度が約２０％以上の時にインターセプト弁急閉回路が作
   動するようにしたことを特徴とする請求項１記載の蒸気
   タービン制御装置。