JPH06241003A - 蒸気タービン起動方法 - Google Patents
蒸気タービン起動方法Info
- Publication number
- JPH06241003A JPH06241003A JP2952093A JP2952093A JPH06241003A JP H06241003 A JPH06241003 A JP H06241003A JP 2952093 A JP2952093 A JP 2952093A JP 2952093 A JP2952093 A JP 2952093A JP H06241003 A JPH06241003 A JP H06241003A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- turbine
- thermal stress
- rotor
- life consumption
- starting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Control Of Turbines (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、起動前のタービン状態や運
転中の外乱にかかわらず、起動時間と熱応力及びそれに
よる寿命消費を逐次最適にするような蒸気タービン起動
方法を提供することにある。 【構成】 本発明は、蒸気タービン起動時の動特性モデ
ルを備え、該モデルに従って起動時間とロータに発生す
る熱応力、ロータ寿命消費により構成された評価関数
を、ある時間周期毎に将来のある区間までの間最適にす
るように、タービン運転操作パラメータの予測を行い、
該予測値に従ってタービン制御装置を先行制御すること
を特徴とする。
転中の外乱にかかわらず、起動時間と熱応力及びそれに
よる寿命消費を逐次最適にするような蒸気タービン起動
方法を提供することにある。 【構成】 本発明は、蒸気タービン起動時の動特性モデ
ルを備え、該モデルに従って起動時間とロータに発生す
る熱応力、ロータ寿命消費により構成された評価関数
を、ある時間周期毎に将来のある区間までの間最適にす
るように、タービン運転操作パラメータの予測を行い、
該予測値に従ってタービン制御装置を先行制御すること
を特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ボイラと蒸気タービン
からなるプラントの起動方法にかかり特に発電用中間負
荷運用プラント等、急速かつ頻繁な起動停止運用が要求
されるようなプラントの蒸気タービン起動方法に関す
る。
からなるプラントの起動方法にかかり特に発電用中間負
荷運用プラント等、急速かつ頻繁な起動停止運用が要求
されるようなプラントの蒸気タービン起動方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】蒸気タービン起動時には昇速、負荷変化
により蒸気の温度が大きく変動し、その結果、肉圧部材
であるタービンロータ内部にメタル温度分布が生じ、ロ
ータ表面とボア部に大きな熱応力が発生する。この熱応
力がある値以上になるとロータの寿命消費につながるこ
とが知られている。また、１回の起動に対する寿命消費
はその時の熱応力のピークの大きさと回数により図３の
寿命消費曲線によって定量的把握を行っている。
により蒸気の温度が大きく変動し、その結果、肉圧部材
であるタービンロータ内部にメタル温度分布が生じ、ロ
ータ表面とボア部に大きな熱応力が発生する。この熱応
力がある値以上になるとロータの寿命消費につながるこ
とが知られている。また、１回の起動に対する寿命消費
はその時の熱応力のピークの大きさと回数により図３の
寿命消費曲線によって定量的把握を行っている。
【０００３】近年、発電用中間負荷運用プラントでは急
速かつ頻繁な起動停止運用が要求されている。従ってこ
の急速起動時には上記熱応力を制限値内に抑制し、かつ
１回の起動に対するロータ寿命消費も適正にするような
起動方法が必要である。この問題に対し、従来方法の一
例を示す。
速かつ頻繁な起動停止運用が要求されている。従ってこ
の急速起動時には上記熱応力を制限値内に抑制し、かつ
１回の起動に対するロータ寿命消費も適正にするような
起動方法が必要である。この問題に対し、従来方法の一
例を示す。
【０００４】蒸気タービン起動時に、熱応力的に最も厳
しい状況下にあるのは高圧タービン第１段後のロータ部
分である。そこで従来の起動時には、図６に示されるよ
うなミスマッチチャートを用いて自動起動操作を行って
いた。このチャートは起動時の主蒸気温度から高圧第１
段後蒸気温度を仮定し、同時にオンラインで実測した高
圧第１段後のケーシング内面メタル温度（タービンロー
タ表面メタル温度と同等と仮定）とのミスマッチ量よ
り、昇速率、ヒートソーク時間、初負荷量、負荷変化率
等の運転パラメータをいくつかのパターンから選び出す
ものである。
しい状況下にあるのは高圧タービン第１段後のロータ部
分である。そこで従来の起動時には、図６に示されるよ
うなミスマッチチャートを用いて自動起動操作を行って
いた。このチャートは起動時の主蒸気温度から高圧第１
段後蒸気温度を仮定し、同時にオンラインで実測した高
圧第１段後のケーシング内面メタル温度（タービンロー
タ表面メタル温度と同等と仮定）とのミスマッチ量よ
り、昇速率、ヒートソーク時間、初負荷量、負荷変化率
等の運転パラメータをいくつかのパターンから選び出す
ものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
なタービン起動方法においては、起動時の蒸気とタービ
ンメタル間のミスマッチ温度より、有限個のパターンの
起動方法でしか対応できないのでタービン熱応力に関し
て、必ずしも最適な運転を行えるとは限らない。
なタービン起動方法においては、起動時の蒸気とタービ
ンメタル間のミスマッチ温度より、有限個のパターンの
起動方法でしか対応できないのでタービン熱応力に関し
て、必ずしも最適な運転を行えるとは限らない。
【０００６】また寿命消費については、決められた起動
パターンに対する寿命消費に対してある程度予測できる
だけであり、ボイラ側による急激な蒸気条件の変動等の
外乱が生じた場合等の寿命消費について積極的な制御対
応が行われていない。
パターンに対する寿命消費に対してある程度予測できる
だけであり、ボイラ側による急激な蒸気条件の変動等の
外乱が生じた場合等の寿命消費について積極的な制御対
応が行われていない。
【０００７】そこで本発明の目的は、蒸気タービン起動
時動特性モデルに従って、蒸気タービン起動操作パラメ
ータを逐次最適化することにより、起動前のタービン状
態や運転中の外乱にかかわらず、起動時間と熱応力及び
それによる寿命消費を逐次最適にするような蒸気タービ
ン起動方法を提供することにある。
時動特性モデルに従って、蒸気タービン起動操作パラメ
ータを逐次最適化することにより、起動前のタービン状
態や運転中の外乱にかかわらず、起動時間と熱応力及び
それによる寿命消費を逐次最適にするような蒸気タービ
ン起動方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の蒸気タービン起
動方法は、蒸気タービン起動時の動特性モデルを備え、
該モデルに従って起動時間とロータに発生する熱応力、
ロータ寿命消費により構成された評価関数を、ある時間
周期毎に将来のある区間までの間最適にするように、タ
ービン運転操作パラメータの予測を行い、該予測値に従
ってタービン制御装置を先行制御することを特徴とす
る。
動方法は、蒸気タービン起動時の動特性モデルを備え、
該モデルに従って起動時間とロータに発生する熱応力、
ロータ寿命消費により構成された評価関数を、ある時間
周期毎に将来のある区間までの間最適にするように、タ
ービン運転操作パラメータの予測を行い、該予測値に従
ってタービン制御装置を先行制御することを特徴とす
る。
【０００９】
【作用】上記のようなタービン制御方法では、予測計算
を逐次繰り返すことでフィードバック効果が生じモデル
と実機の違い、及び外乱たとえばボイラ原因の急激な主
蒸気圧力変動等の影響による最適値からのずれを小さく
できる。
を逐次繰り返すことでフィードバック効果が生じモデル
と実機の違い、及び外乱たとえばボイラ原因の急激な主
蒸気圧力変動等の影響による最適値からのずれを小さく
できる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を説明する。本発明
では、プロセス制御の一手法であるモデル予測制御技術
を使用することによって、逐次予測区間内でタービン起
動操作パラメータを最適化し、タービン運転を行う。
では、プロセス制御の一手法であるモデル予測制御技術
を使用することによって、逐次予測区間内でタービン起
動操作パラメータを最適化し、タービン運転を行う。
【００１１】タービン入口蒸気条件と蒸気タービン運転
パラメータにより、タービン内の状態、特に高中圧ター
ビンロータに発生する熱応力及びそれによる寿命消費等
の起動制限値を計算できるモデルを用意する。
パラメータにより、タービン内の状態、特に高中圧ター
ビンロータに発生する熱応力及びそれによる寿命消費等
の起動制限値を計算できるモデルを用意する。
【００１２】起動制限値、起動時間についての評価関数
を作り該関数を使ってある時間周期毎に予測区間までの
最適化計算を行い、その時刻から将来に渡っての運転パ
ターンを予測してタービンの起動を行う。図１は本発明
の一実施例の構成図であり、図２は最適化計算によっ
て、昇速率がどのように変化していくかを示した特性図
である。
を作り該関数を使ってある時間周期毎に予測区間までの
最適化計算を行い、その時刻から将来に渡っての運転パ
ターンを予測してタービンの起動を行う。図１は本発明
の一実施例の構成図であり、図２は最適化計算によっ
て、昇速率がどのように変化していくかを示した特性図
である。
【００１３】温度検出部８、９の信号より、高圧ロータ
熱応力計算部１０、中圧ロータ熱応力計算部１１では、
それぞれロータ半径方向温度分布、及び表面とボアに発
生する熱応力を計算し、モデル予測部１に計算値を出力
する。
熱応力計算部１０、中圧ロータ熱応力計算部１１では、
それぞれロータ半径方向温度分布、及び表面とボアに発
生する熱応力を計算し、モデル予測部１に計算値を出力
する。
【００１４】モデル予測部１では、これらロータ半径方
向温度分布、及び表面とボアに発生する熱応力と、主蒸
気圧力検出部５、主蒸気温度検出部６、及び発電機１４
からの発電機出力等のタービンの現在の状態値を受け、
新たにこれらを初期値として予測区間Ｓn+1 について最
適化を行い、最速率Ｖtn+1を決定し弁開度コントローラ
２に次の１区間のみ運転する昇速率Ｖtn+1の信号を与え
る。
向温度分布、及び表面とボアに発生する熱応力と、主蒸
気圧力検出部５、主蒸気温度検出部６、及び発電機１４
からの発電機出力等のタービンの現在の状態値を受け、
新たにこれらを初期値として予測区間Ｓn+1 について最
適化を行い、最速率Ｖtn+1を決定し弁開度コントローラ
２に次の１区間のみ運転する昇速率Ｖtn+1の信号を与え
る。
【００１５】モデル予測部１で使用するモデルはマスバ
ランスおよびエネルギバランスにより定式化した一般的
な物理モデルであり、図４で示されるようなものであ
る。モデルの性質上、評価関数Ｊc を構成するＬ，Ｔ及
び制限値となる熱応力ＳHB、ＳHS、ＳIB、ＳISが陽に解
けた関数になっておらず、非線形となっている。そこ
で、最適化計算のアルゴリズムとしては、非線形最適化
問題を解くこととなり、前述の関数値のみを用い導関数
は必要としない、直接探索法となる。今回は１例として
図５に示すような直接探索法の一種であるローゼンブロ
ックアルゴリズムを使用した。この手法は、評価関数に
対して座標軸方向に順次探索を行い、成功すれば次にそ
の方向のステップ幅を３倍にし、失敗すれば逆方向へ
０．５倍し、全ての方向にすくなくとも１回は成功した
後で、全ての方向に少なくとも１回ずつ失敗すると座標
軸を回転させ、回転した方向について再び順次探索を行
っていくものである。また、条件付きの最適化問題を解
くことになるので、図５の“成功か？”の判断には熱応
力の制限値を越えていないかという制限がつくことにな
る。また、昇速終了後、タービンターゲットロードまで
については、運転パラメータを負荷変化率に変えた評価
関数を用いれば良い。
ランスおよびエネルギバランスにより定式化した一般的
な物理モデルであり、図４で示されるようなものであ
る。モデルの性質上、評価関数Ｊc を構成するＬ，Ｔ及
び制限値となる熱応力ＳHB、ＳHS、ＳIB、ＳISが陽に解
けた関数になっておらず、非線形となっている。そこ
で、最適化計算のアルゴリズムとしては、非線形最適化
問題を解くこととなり、前述の関数値のみを用い導関数
は必要としない、直接探索法となる。今回は１例として
図５に示すような直接探索法の一種であるローゼンブロ
ックアルゴリズムを使用した。この手法は、評価関数に
対して座標軸方向に順次探索を行い、成功すれば次にそ
の方向のステップ幅を３倍にし、失敗すれば逆方向へ
０．５倍し、全ての方向にすくなくとも１回は成功した
後で、全ての方向に少なくとも１回ずつ失敗すると座標
軸を回転させ、回転した方向について再び順次探索を行
っていくものである。また、条件付きの最適化問題を解
くことになるので、図５の“成功か？”の判断には熱応
力の制限値を越えていないかという制限がつくことにな
る。また、昇速終了後、タービンターゲットロードまで
については、運転パラメータを負荷変化率に変えた評価
関数を用いれば良い。
【００１６】
【発明の効果】従って本発明では、上記のようなモデル
予測最適化運転を逐次行なうことによって、フィードバ
ック効果が生じモデルと実機の違い及び外乱の影響によ
る最適値からのずれを小さくでき、常に寿命消費を考慮
した最適な運転状態を保つことができる。
予測最適化運転を逐次行なうことによって、フィードバ
ック効果が生じモデルと実機の違い及び外乱の影響によ
る最適値からのずれを小さくでき、常に寿命消費を考慮
した最適な運転状態を保つことができる。
【００１７】また評価関数中の重みを可変にする事によ
り、起動終了時間重視モード、寿命消費重視モードをプ
ラント運転員の判断でオンラインで無段階で設定するこ
とが可能となる。
り、起動終了時間重視モード、寿命消費重視モードをプ
ラント運転員の判断でオンラインで無段階で設定するこ
とが可能となる。
【図１】本発明の一実施例を示す構成図
【図２】最適化計算によって昇速率がどのように変化し
ていくかを示した特性図
ていくかを示した特性図
【図３】熱応力と寿命消費率との特性図
【図４】本発明のモデル予測部の構成図
【図５】最適化計算に使用するローゼンブロックアルゴ
リズムの説明図
リズムの説明図
【図６】従来のミスマッチチャートの説明図
１…モデル予測部、２…弁開度コントローラ、３…主蒸
気止め弁、４…加減弁、５…主蒸気圧力検出部、６…主
蒸気温度検出部、７…高圧第一段後ロータメタル（ケー
シング内面メタル）温度検出部、８…中圧第一段ロータ
メタル（ケーシング内面メタル）温度検出部、９…高圧
ロータ熱応力計算部、１０…中圧ロータ熱応力計算部、
１１…高圧タービン、１２…中圧タービン、１３…発電
機。
気止め弁、４…加減弁、５…主蒸気圧力検出部、６…主
蒸気温度検出部、７…高圧第一段後ロータメタル（ケー
シング内面メタル）温度検出部、８…中圧第一段ロータ
メタル（ケーシング内面メタル）温度検出部、９…高圧
ロータ熱応力計算部、１０…中圧ロータ熱応力計算部、
１１…高圧タービン、１２…中圧タービン、１３…発電
機。
Claims (1)
- 【請求項１】 蒸気タービン起動時の動特性モデルを備
え、該モデルに従って起動時間とロータに発生する熱応
力、ロータ寿命消費により構成された評価関数を、ある
時間周期毎に将来のある区間までの間最適にするよう
に、タービン運転操作パラメータの予測を行い、該予測
値に従ってタービン制御装置を先行制御することを特徴
とする蒸気タービン起動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2952093A JPH06241003A (ja) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | 蒸気タービン起動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2952093A JPH06241003A (ja) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | 蒸気タービン起動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06241003A true JPH06241003A (ja) | 1994-08-30 |
Family
ID=12278386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2952093A Pending JPH06241003A (ja) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | 蒸気タービン起動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06241003A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040051794A (ko) * | 2002-12-13 | 2004-06-19 | 주식회사 포스코 | 터빈 기동 시 터빈 회전 속도 제어 방법 |
| CN102692875A (zh) * | 2012-06-07 | 2012-09-26 | 王卫良 | 汽轮机主蒸汽压力跟踪优化方法 |
| CN104074562A (zh) * | 2013-03-27 | 2014-10-01 | 株式会社日立制作所 | 蒸汽涡轮机发电设备 |
| CN113279824A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-08-20 | 河北邯峰发电有限责任公司 | 基于tse应力估算下的hmn汽轮机x-准则定值实时比对系统 |
-
1993
- 1993-02-19 JP JP2952093A patent/JPH06241003A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040051794A (ko) * | 2002-12-13 | 2004-06-19 | 주식회사 포스코 | 터빈 기동 시 터빈 회전 속도 제어 방법 |
| CN102692875A (zh) * | 2012-06-07 | 2012-09-26 | 王卫良 | 汽轮机主蒸汽压力跟踪优化方法 |
| CN104074562A (zh) * | 2013-03-27 | 2014-10-01 | 株式会社日立制作所 | 蒸汽涡轮机发电设备 |
| CN113279824A (zh) * | 2021-05-25 | 2021-08-20 | 河北邯峰发电有限责任公司 | 基于tse应力估算下的hmn汽轮机x-准则定值实时比对系统 |
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