JPH06117202A - 蒸気タ−ビン入口圧力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】調整器２３の制御定数は、蒸気加減弁５および
タービンバイパス弁９の開閉状態に応じて接点２５ａ，
２５ｂ，２５ｃが閉じて設定器２４ａ，２４ｂ，２４ｃ
から設定される。関数器２６は機械系蒸気加減弁流量指
令信号から変換した蒸気加減弁流量指令信号を蒸気加減
弁を通過する実流量値とするための補正をする。関数器
２７は機械系蒸気タービンバイパス弁流量指令信号から
変換したタービンバイパス弁流量指令信号をタービンバ
イパス弁を通過する実流量値とするための補正をする。 【効果】制御精度や応答性の向上が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蒸気タービンにタービ
ンバイパス弁を有する発電プラントの蒸気タービン入口
圧力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に、電気式圧力制御装置と機械式タ
ービン制御装置で構成する原子力発電所における蒸気タ
ービン制御装置の構成図を示す。

【０００３】電気式圧力制御装置１は電気回路で構成さ
れ、機械式タービン制御装置２はレバーやカム等の機械
系で構成され、演算信号の伝達が行われている。蒸気発
生器３で発生した蒸気は、蒸気タービン運転中には全開
となる主蒸気止め弁４を介して蒸気タービン６への蒸気
流量を調節する蒸気加減弁５に入り、調節された蒸気は
蒸気タービン６に流入してタービンを回転させ発電機７
の発電を行う。そして、蒸気タービン６で仕事を終えた
蒸気は、復水器８に排出される。主蒸気止め弁４の入口
側には、余剰蒸気をタービンバイパス弁９を通して復水
器８に逃がす配管が備えられている。

【０００４】一般に、原子力発電所の発電力の調整は蒸
気発生器３で発生した蒸気をそのまま蒸気タービン６に
流入させることで行われるが、この手段としては主蒸気
止め弁４の入口側の圧力（通常、この圧力をタービン入
口圧力と称している）を一定とするように蒸気加減弁５
の開度を調整することにより行われる。一方、タービン
バイパス弁９は通常時は前閉となっており、蒸気加減弁
５だけでタービン入口圧力の上昇を調整できないときに
開くようになっている。

【０００５】以上の制御を行う機械式タービン制御装置
２では、タービンの速度や出力を制御する速度出力設定
器１０からの出力設定信号Ｍ１と電気／機械変換器１１
からの圧力制御信号Ｍ２とを低値選択器１２に入力し、
この低値選択器１２でいずれか小さい方の信号を選択し
て得られた信号が蒸気加減弁流量指令信号Ｍ３となるよ
うにしている。

【０００６】この場合、通常の運転では、タービン入口
圧力一定制御がされるので出力設定信号Ｍ１は、圧力制
御信号Ｍ２よりも僅か高い値に設定されて圧力制御信号
Ｍ２が蒸気加減弁流量指令信号Ｍ３となるようにしてい
る。この蒸気加減弁流量指令信号Ｍ３は、調節器１３に
入力して蒸気加減弁５の開度と流量特性が非線形である
のを直線となるように修正すると共に、蒸気加減弁５を
駆動するための信号Ｍ４を出力する。

【０００７】また、加算器１４では圧力制御信号Ｍ２か
ら蒸気加減弁流量指令信号Ｍ３が差引かれ、タービンバ
イパス弁流量指令信号Ｍ５が調節器１５に入力される。
調節器１５ではタービンバイパス弁９の開度と流量特性
が非線形であるのを直線となるように修正すると共に、
タービンバイパス弁９を駆動するための信号Ｍ６が出力
される。

【０００８】一方、電気式圧力制御装置１では、タービ
ン入口圧力を検出して電気信号に変換して出力する圧力
検出器１６からの実圧力信号Ｐ１とタービン入口圧力を
設定する圧力設定器１７の圧力設定信号Ｐ２とを加算器
１８に入力して圧力偏差信号Ｐ３を出力する。この圧力
偏差信号Ｐ３は、圧力調定率設定器１９に入力され、こ
の圧力調定率設定器１９からタービン入口圧力を一定と
するための蒸気流量指令信号Ｅ１が加算器２２に出力さ
れる。

【０００９】加算器２２では、蒸気流量指令信号Ｅ１と
電気系の蒸気加減弁流量信号Ｅ２と、電気系のタービン
バイパス弁流量信号Ｅ３とが入力されて加減算される。
この加算器２２で加減算された偏差信号Ｅ４は、調整器
２３に入力される。なお、電気系の蒸気加減弁流量信号
Ｅ２は、位置検出器２０により機械系の蒸気加減弁流量
指令信号Ｍ３から変換されたものである。また、電気系
のタービンバイパス弁流量信号Ｅ３は位置検出器２１に
より機械系の圧力制御指令信号Ｅ５から変換したもので
ある。

【００１０】調整器２３は、タービン入口圧力を安定に
制御するための定数、例えば、比例定数・積分定数・微
分定数等を設定して圧力制御指令信号Ｅ５を出力する。
そして、この信号は電気／機械変換器１１に入力して電
気系の信号を機械系の信号に変換し、機械式タービン制
御装置２内で信号演算するための圧力制御信号Ｍ２を出
力する。低値選択器１２では、出力設定信号Ｍ１と圧力
制御信号Ｍ２とのいずれか低い方を選択して蒸気加減弁
流量指令信号Ｍ３として調節器１３へ出力し、調節器１
３からの蒸気加減弁駆動信号Ｍ４によって蒸気加減弁５
が制御される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の蒸気タービン入口圧力制御装置では、圧力制御
信号Ｍ２より下流側の蒸気タービン制御が機械系で構成
されているため圧力の制御上次の問題がある。

【００１２】まず、第１には、蒸気タービン入口圧力制
御装置が機械系で構成されているため機械系特有のガタ
やヒステリシス等の非線形性や伝達の遅れが生じ、ま
た、調節器１３や調節器１５で流量指令信号に対して制
御弁を通過する実蒸気量が直線的に変化するような特性
となるように修正をしているが、完全に修正することが
困難であるという問題がある。

【００１３】第２には、上記機械系による制御のため障
害となる要素は、蒸気加減弁制御系とタービンバイパス
弁制御系でそれぞれ異なった特性を有しているから次の
障害がある。すなわち、一般には、電気式圧力制御装置
１の調整器２３の制御定数の調整は、通常運転状態であ
る蒸気加減弁制御系の特性を主にして行われるために、
通常運転状態でない蒸気加減弁５が全閉でタービンバイ
パス弁９のみが開いて圧力制御を行う場合や蒸気加減弁
５とタービンバイパス弁９の両方が開いて圧力制御を行
うような場合には、制御が不安定になるという問題があ
る。この場合に、蒸気加減弁５やタービンバイパス弁９
がどのような状態でも安定な制御とするためには、制御
定数のゲインをそれぞれの系に応じて変化させる必要が
あり、制御ゲインの調整をしなければ対応する制御系の
制御精度が低下したり応答性が悪くなるという問題があ
る。

【００１４】そこで、本発明は蒸気加減弁やタービンバ
イパス弁の開閉状態によらず蒸気タービンの圧力制御を
安定に、しかも、制御精度の低下の改善や応答性の向上
を図る蒸気タービン入口圧力制御装置を提供することを
目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、蒸気タービン
入口圧力設定信号と実圧力信号との偏差信号に基づいて
圧力制御指令信号を演算し、この圧力制御指令信号から
蒸気加減弁流量指令信号とタービンバイパス弁流量指令
信号とを減算した偏差信号を入力した調整器が蒸気流量
指令信号を出力する電気系で構成される電気式圧力制御
装置と、蒸気流量指令信号から変換された機械系蒸気加
減弁流量指令信号により蒸気加減弁の開度を調節すると
共に、機械系タービンバイパス弁流量指令信号によりタ
ービンバイパス弁の開度を調節する機械系で構成される
機械式タービン制御装置と、この機械式タービン制御装
置の機械系蒸気加減弁流量指令信号と機械系タービンバ
イパス弁流量指令信号とを帰還して電気式圧力制御装置
のそれぞれの蒸気加減弁流量指令信号とタービンバイパ
ス弁流量指令信号とに変換する位置検出器とからなる蒸
気タービン入口圧力制御装置において、蒸気加減弁およ
びタービンバイパス弁の開閉状態に応じて調整器の制御
定数を予め設定された制御定数に切替える手段と、機械
系蒸気加減弁流量指令信号から変換した蒸気加減弁流量
指令信号を蒸気加減弁を通過する実流量値とするための
補正をする第１の関数器と、機械系蒸気タービンバイパ
ス弁流量指令信号から変換したタービンバイパス弁流量
指令信号をタービンバイパス弁を通過する実流量値とす
るための補正をする第２の関数器とを設けるようにした
ものである。

【００１６】

【作用】上記構成により、調整器の制御定数が蒸気加減
弁のみが開いている場合、タービンバイパス弁のみが開
いている場合、蒸気加減弁とタービンバイパス弁の双方
が開いている場合の各状態に応じて制御定数が切替えら
れ、それぞれの状態に応じて最適た制御定数に圧力調整
がされる。また、蒸気加減弁流量指令信号とタービンバ
イパス弁流量指令信号が関数器により実蒸気流量とほぼ
等しくなることから、電気式圧力制御装置の調整器から
出力する圧力制御信号に不要な変動が生じないので圧力
制御が安定となる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１８】図１は、本発明の一実施例を示す蒸気ター
ビン入口圧力制御装置の構成図である。図４と同一符号
は同一部分または相当部分を示す。図１が図４と異なる
点は、電気式圧力制御装置１内に設定器２４ａ，２４
ｂ，２４ｃと接点２５ａ，２５ｂ，２５ｃと関数器２６
と関数器２７とを追設していることである。

【００１９】設定器２４ａは、蒸気加減弁５のみが開い
ているとき閉となる接点２５ａを介して調整器２３に制
御定数を設定するものである。設定器２４ｂは、タービ
ンバイパス弁９のみが開いているとき閉となる接点２５
ｂを介して調整器２３の制御定数を設定するものであ
る。設定器２４ｃは、蒸気加減弁５とタービンバイパス
弁９の両方が開いているとき閉となる接点２５ｃを介し
て制御定数を設定するものである。関数器２６は、蒸気
加減弁流量信号Ｅ２を入力して実蒸気流量値となるよう
な蒸気加減弁流量補正後信号Ｅ８を加算器２２に出力す
るものである。関数器２７は、タービンバイパス弁流量
信号Ｅ３を入力してタービンバイパス弁９を通過する実
蒸気流量値になるようなタービンバイパス弁流量補正後
信号Ｅ９を加算器２２に出力するものである。

【００２０】上記構成で、蒸気加減弁５のみが開いてい
るときは、蒸気加減弁開信号により接点２５ａが閉とな
っており、接点２５ｂと接点２５ｃとは開となってい
る。電気式圧力制御装置１では、圧力検出器１６からの
実圧力信号Ｐ１と圧力設定器１７の圧力設定信号Ｐ２と
が加算器１８に入力され、加算器１８から圧力偏差信号
Ｐ３が圧力調定率設定器１９に出力される。加算器２２
では、圧力調定率設定器１９の蒸気流量指令信号Ｅ１と
蒸気加減弁流量補正後信号Ｅ８とタービンバイパス弁流
量補正後信号Ｅ９とを入力して、加減算された偏差信号
Ｅ４が調整器２３に出力される。

【００２１】この場合、蒸気加減弁流量補正後信号Ｅ８
は、例えば、図２に示す如く、蒸気加減弁流量信号Ｅ２
に対して実蒸気流量値となるように予め測定して求めた
蒸気加減弁流量補正後信号Ｅ８が出力されるように関数
器２６に設定され、蒸気加減弁流量信号Ｅ２に応じて蒸
気加減弁流量補正後信号Ｅ８が加算器２２に出力され
る。これにより、偏差信号Ｅ４は実蒸気流量となるよう
な信号が調整器２３に入力される。

【００２２】設定器２４ａでは、蒸気加減弁５のみが開
のとき最適な制御をする制御定数が予め求められ設定さ
れており、この制御定数が調整器２３に設定される。調
整器２３の出力は、圧力制御指令信号Ｅ５として電気／
機械変換器１１に入力される。そして、電気／機械変換
器１１の出力する圧力制御信号Ｍ２が低値選択器１２で
選択され、蒸気加減弁流量指令信号Ｍ３となる。この結
果、調節器１３を介して蒸気加減弁駆動信号Ｍ４により
蒸気加減弁５が開閉制御される。

【００２３】また、タービンバイパス弁９のみが開いて
いるときは、例えば、図３に示す如く、タービンバイパ
ス弁流量信号Ｅ３に対してタービンバイパス弁９を通過
する実蒸気流量値となるように予め測定されたタービン
バイパス弁流量補正後信号Ｅ９が出力されるように関数
器２７に設定されている。これにより、タービンバイパ
ス弁流量信号Ｅ３に応じてタービンバイパス弁流量補正
後信号Ｅ９が加算器２２に出力される。従って、偏差信
号Ｅ４は実蒸気流量となるような信号が調整器２３に入
力される。

【００２４】設定器２４ｂでは、タービンバイパス弁９
のみが開のとき最適な制御をする制御定数が予め求めら
れ設定されており、この制御定数が調整器２３に設定さ
れる。これにより、調整器２３の出力は、圧力制御指令
信号Ｅ５として電気／機械変換器１１に入力される。こ
の場合、低値選択器１２では、出力設定信号Ｍ１の零が
選択され蒸気加減弁５を閉動作とし、電気／機械変換器
１１の圧力制御信号Ｍ２がタービンバイパス弁流量指令
信号Ｍ５として調節器１５に入力される。これにより、
調節器１５を介してタービンバイパス弁９が開閉制御さ
れる。

【００２５】また、蒸気加減弁５とタービンバイパス弁
９の両方が開のとき、接点２５ｃでは、蒸気加減弁５と
タービンバイパス弁９の両方が開のとき最適な制御をす
る制御定数が予め求めて設定されており、この制御定数
が調整器２３に設定される。これにより、調整器２３の
出力は圧力制御指令信号Ｅ５として電気／機械変換器１
１に入力される。この場合、低値選択器１２では速度出
力設定器１０の出力設定信号Ｍ１が選択され、蒸気加減
弁流量指令信号Ｍ３が調節器１３を介して蒸気加減弁５
の開閉制御をする。一方、加算器１４で圧力制御信号Ｍ
２と蒸気加減弁流量指令信号Ｍ３との偏差が求められ、
この偏差をタービンバイパス弁流量指令信号Ｍ５として
調節器１５を介してタービンバイパス弁９の開閉制御を
する。

【００２６】なお、図２および図３に示した関数器２６
と関数器２７の関数は、弁の流量特性により決定され、
予めデータを収集して最適なものを設定しておく。一般
に弁が複数あって、複数の弁が順番に開く場合には、弁
の開き始めや弁が全開となるところでは、弁の流量特性
が非線形になる。また、設定器２４ａ，２４ｂ，２４ｃ
の接点２５ａ，２５ｂ，２５ｃを動作させる信号は、蒸
気加減弁５、タービンバイパス弁９の駆動部の信号を用
いるが、位置検出器２０の蒸気加減弁流量信号Ｅ２と位
置検出器２１のタービンバイパス弁流量信号Ｅ３から検
出するようにしてもよい。

【００２７】このように、蒸気加減弁５のみが開いてい
る場合、タービンバイパス弁９のみが開いている場合、
蒸気加減弁５とタービンバイパス弁９の両方が開いてい
る場合の各状態に応じて調整器２３の制御定数を最適値
に設定できることから、常に最適な圧力制御指令信号Ｅ
５を出力する。

【００２８】また、機械式タービン制御装置から帰還さ
れる蒸気加減弁およびタービンバイパス弁流量信号は関
数器２６と関数器２７による信号補正により実蒸気流量
信号と等しくなることから、圧力制御指令信号Ｅ５が変
化して蒸気加減弁およびタービンバイパス弁の実蒸気流
量が変化したことにより生ずる蒸気流量指令信号Ｅ１の
変化量と蒸気加減弁流量補正後信号Ｅ８およびタービン
バイパス弁流量補正後信号Ｅ９の合計値が一致するため
に、偏差信号Ｅ４の変動が少なくなり調整器２３から出
力する圧力制御指令信号Ｅ５の不要な変動も少なくなる
ために制御系全体が安定となる。

【００２９】従って、蒸気加減弁およびタービンバイパ
ス弁の状態に応じて最適な制御定数に設定できることか
ら常に安定した圧力制御が可能となり、また、機械式タ
ービン制御装置の蒸気加減弁およびタービンバイパス弁
の調節器の特性が非線形特性であっても制御弁の実蒸気
流量特性に合わせた補正を行っているので制御全体が安
定となる効果を得ることができる。

【００３０】なお、本発明の実施例では、１台の調整器
に対して制御定数を設定する複数の設定器を設けて、制
御弁の開閉状態に応じて設定器を切り替えるようにして
いるが、制御弁の開閉状態に応じて最適な圧力制御とな
るように制御定数の設定された複数の調整器を設けて制
御弁の開閉状態に応じて圧力制御指令信号を切り替えて
も同様の効果を得ることが可能である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、蒸
気加減弁およびタービンバイパス弁の開閉状態に応じて
最適な制御定数に調整することができるために常に安定
した圧力制御が可能となり、また、制御精度や応答性の
向上が図れる。また、蒸気加減弁流量信号とタービンバ
イパス弁流量信号が関数器により実蒸気流量と等しくな
ることから、調整器から出力される圧力制御指令信号に
不要な変化が生じることがなく、圧力制御が安定とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す蒸気タービン入口圧力
制御装置の構成図である。

【図２】図１の蒸気加減弁の流量特性を補正する関数器
の一例を示す説明図である。

【図３】図１のタービンバイパス弁の流量特性を補正す
る関数器の一例を示す説明図である。

【図４】従来の蒸気タービン入口圧力制御装置の構成図
である。

【符号の説明】

１ 電気式圧力制御装置 ２ 機械式タービン制御装置 ３ 蒸気発生器 ４ 主蒸気止め弁 ５ 蒸気加減弁 ９ タービンバイパス弁 １０ 速度出力設定器 １１ 電気／機械変換器 １２ 低値選択器 １３ 調節器 １４ 加算器 １５ 調節器 １６ 圧力検出器 １７ 圧力設定器 １８ 加算器 １９ 圧力調定率設定器 ２０ 位置検出器 ２１ 位置検出器 ２３ 調整器 ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 設定器 ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ 接点 ２６ 関数器 ２７ 関数器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸気タービン入口圧力設定信号と実圧力
   信号との偏差信号に基づいて圧力制御指令信号を演算
   し、この圧力制御指令信号から蒸気加減弁流量指令信号
   とタービンバイパス弁流量指令信号とを減算した偏差信
   号を入力した調整器が蒸気流量指令信号を出力する電気
   系で構成される電気式圧力制御装置と、前記蒸気流量指
   令信号から変換された機械系蒸気加減弁流量指令信号に
   より蒸気加減弁の開度を調節すると共に、機械系タービ
   ンバイパス弁流量指令信号によりタービンバイパス弁の
   開度を調節する機械系で構成される機械式タービン制御
   装置と、この機械式タービン制御装置の前記機械系蒸気
   加減弁流量指令信号と前記機械系タービンバイパス弁流
   量指令信号とを帰還して前記電気式圧力制御装置のそれ
   ぞれの前記蒸気加減弁流量指令信号と前記タービンバイ
   パス弁流量指令信号とに変換する位置検出器とからなる
   蒸気タービン入口圧力制御装置において、 前記蒸気加減弁および前記タービンバイパス弁の開閉状
   態に応じて前記調整器の制御定数を予め設定された制御
   定数に切替える手段と、 前記機械系蒸気加減弁流量指令信号から変換した前記蒸
   気加減弁流量指令信号を前記蒸気加減弁を通過する実流
   量値とするための補正をする第１の関数器と、 前記機械系蒸気タービンバイパス弁流量指令信号から変
   換した前記タービンバイパス弁流量指令信号を前記ター
   ビンバイパス弁を通過する実流量値とするための補正を
   する第２の関数器とを備えたことを特徴とする蒸気ター
   ビン入口圧力制御装置。