JPH0735722B2

JPH0735722B2 - タ−ビン制御装置

Info

Publication number: JPH0735722B2
Application number: JP60296004A
Authority: JP
Inventors: 蔵進藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-12-27
Filing date: 1985-12-27
Publication date: 1995-04-19
Anticipated expiration: 2010-04-19
Also published as: JPS62153507A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明はタービン制御装置に係り、特にタービン起動時
に蒸気条件に対応した蒸気量を制御できるようにしたタ
ービンバイパス系統を備えたタービン制御装置に関す
る。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般にタービンバイパス系統を火力発電プラントに採用
する場合には、起動時間の短縮等が評価され、最近では
造水プラント等のように大量のプロセス蒸気を必要とす
る工業プラントへ抽気を供給する大容量抽気タービンで
もタービンバイパス系統の採用が増加している。この場
合にタービンバイパス系統の採用は、蒸気タービンの起
動時間の短縮等のためではなく、造水プラント等の主目
的プロセスへの蒸気供給のためであり、蒸気タービンは
むしろ造水プラントの附属装置であるとも言えるので、
タービンバイパス系統を含めた蒸気タービンは一般の火
力プラントに比較して厳しい使用条件下にある。第３図
は上記のタービンバイパス系統を備えた抽気タービンプ
ラントの概略構成を示す系統図であって、再熱器1aを有
するボイラー１で発生した蒸気は、主蒸気止め弁２およ
び蒸気加減弁３を経て高圧タービン４に導入され、この
高圧タービン４で仕事を行なった蒸気は逆止弁５を経て
再びボイラー１にもどり、再熱された後に再熱蒸気弁6a
およびインターセプト弁6bを有する組合せ再熱弁６を通
って中圧タービン７に導入される。このようにして中圧
タービン７に導入された蒸気は、ここで仕事を行なって
抽気加減弁20を経て低圧タービン21に流入して仕事を行
ない、その後復水器23で復水され、復水ポンプ24、低圧
ヒーター27、給水ポンプ10および高圧ヒーター11を順次
通過して再びボイラー１にもどる。高圧タービン４、中
圧タービン７、および低圧タービン21に共通の軸に発電
機22が連結されている。

一方、中圧タービン７で仕事を行なった蒸気の一部は、
逆止弁８を介して抽気され、その抽気された蒸気の一部
が脱気器９に供給されるとともに、残りの蒸気は逆止弁
16を経て集合ヘッダー17に導入され、供給弁18a,18bを
通って造水プラント19a,19bに供給される。また、主蒸
気止め弁２の上流側と逆止弁５の下流側とは高圧タービ
ン４をバイパスするために高圧バイパス弁13を有する高
圧バイパス管12によって接続されており、組合せ再熱弁
６の上流側と逆止弁16の下流側および復水器23とは、そ
れぞれ中圧バイパス弁15を有する中圧バイパス管14、お
よび低圧バイパス弁25を有する低圧バイパス管26によっ
て接続されている。低圧バイパス管26は、組合せ再熱弁
６、中圧タービン７、抽気加減弁20および低圧タービン
21からなる蒸気系統に対するバイパス路を形成してい
る。

さらに他の抽気タービン100から抽気された蒸気は、集
合ヘッダー170に導入され供給弁180a,180bを通って造水
プラント190a,190bに供給される。集合ヘッダー17と集
合ヘッダー170が仕切弁171を介して接続されていること
により、この仕切弁171を任意に操作することにより造
水プラントの運用がそれぞれ単独であったり、またどち
らからの抽気タービンが電力需要低下、定期点検あるい
は事故等の理由で停止中でも仕切弁171を開くことによ
り集合ヘッダーから蒸気が供給されるので、１台の蒸気
タービンで２つのプラント分の造水プラントの同時運用
ができる。なお、ボイラー１がすでに起動を終了してい
れば、タービンの起動前であっても中圧バイパス弁15を
有する中圧バイパス管14を介して集合ヘッダー17に蒸気
を供給することが可能であり、ボイラー１とタービンバ
イパス系統（バイパス管12,14の系統）のみで造水プラ
ント19a,19bだけの運転ができる。

ところで、一般にタービンバイパス系統を有する蒸気タ
ービンでは、蒸気タービンの起動時において、高圧ター
ビンに主蒸気を、また中圧タービンに再熱蒸気を同時に
流入させ、徐々に蒸気タービンの回転速度を上昇させて
負荷運転へと移行させる。この場合、通常、高圧タービ
ンと中圧タービンへの蒸気供給量は、高圧タービン車室
内の風損による温度上昇を防止するため、冷却蒸気とし
て高圧タービン側の方が多く流れるように流量比率が考
慮されており、かつそれらの蒸気圧力は、高圧・低圧の
各バイパス系統により常に一定条件に制御される。

ところで、プラントの主目的が前述のごとく造水である
ような場合には、タービンバイパス系統を利用してター
ビンの起動前より先に造水プラントのみを起動する場合
や、２つの造水プラントを同時に運転する場合等には、
そのたびごとに蒸気タービンの起動に全く無関係に主蒸
気および高温再熱蒸気の圧力・温度が決定される。ま
た、これらの圧力・温度はその時の造水プラントの要求
負荷に応じて変化するので、蒸気タービンの起動蒸気条
件が一定とならず、不確定な状態でタービン起動をしな
ければならないので、時には高圧タービンへの蒸気量が
不足し、高圧タービンの最終段が過熱して破損したりす
る欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明はこのような欠点を除去するために、主蒸気およ
び高温再熱蒸気条件がプロセス側に対応して変化して
も、その状況下での最適な蒸気タービンの起動条件を選
択して安全に蒸気タービンの起動を行なえる蒸気タービ
ン制御装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、ボイラーからの主蒸気により主蒸気弁を介し
て高圧タービンを運転する主蒸気系統と、高圧タービン
からの蒸気を再熱器を介して得られた再熱蒸気によりイ
ンターセプト弁を介して中圧タービンを運転する再熱蒸
気系統と、中圧タービンからの蒸気により抽気加減弁を
介して低圧タービンを運転する低圧蒸気系統と、主蒸気
弁および高圧タービンをバイパスする高圧バイパス弁
と、インターセプト弁および中圧タービンをバイパスし
再熱器からの再熱蒸気を造水プラントに対して供給する
中圧バイパス弁と、インターセプト弁、中圧タービン、
抽気加減弁および低圧タービンをバイパスする低圧バイ
パス弁とを備えたタービンプラントを制御するタービン
制御装置において、タービン起動に際して、低圧バイパ
ス弁が全閉状態にないことを条件として、主蒸気の圧力
および再熱蒸気の圧力に従い、中圧タービンへの流入再
熱蒸気の流量が高圧タービンに流入する主蒸気量を基準
として所定の比率になるようにインターセプト弁のみを
制御対象としてその開度を制御する制御手段を設けたこ
とを特徴とするものであって、蒸気タービンの起動時に
おける煩雑な起動操作を行なうことなく、しかも起動時
における高圧タービンの過熱による事故を未然に防止で
きるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、第１図および第２図を参照して本発明の一実施例
について説明する。なお、上図中第３図と同一部分につ
いては同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

高圧タービン４の回転速度は、速度検出歯車200aおよび
磁気ピックアップ200bを有する速度検出器200によって
検出され、周波数／電圧変換器201を介して加算器202に
与えられる。この高圧タービン４の回転速度信号と速度
負荷設定器203からの設定信号との差、すなわち速度偏
差信号が加算器202で形成され、インターセプト弁の速
度調定回路204、主蒸気加減弁の速度調定回路205および
主蒸気止め弁の速度調定回路206に与えられる。この速
度調定回路206の出力信号は加算器210に与えられる。こ
の加算器210には全周噴射／部分噴射バイアス回路209か
らのバイアス信号も入力され、その和信号と、負荷制限
器212からの信号が低値優先回路213に入力される。低値
優先回路213の出力信号と定数回路207からの信号が加算
器216で加算され、その和信号は、加算器242a、増幅器2
42b、電力増幅器242c、電気・油圧変換器242d、差動ト
ランス242eおよび復調器242fから成っている弁位置制御
回路242に与えられる。速度調定回路205の出力信号と全
周噴射／部分噴射バイアス回路209からのバイアス信号
は、加算器208で加算され、その出力信号は負荷制限器2
12からの信号と共に低値優先回路211に入力され、その
低値出力が加算器215に与えられる。この加算器215には
定数回路225からの信号も入力され、その出力信号は前
述の弁位置制御回路242と同様構成の弁位置制御回路243
に与えられる。論理回路237からの信号を受ける関数発
生器238の出力信号は、全開バイアス回路226から低圧バ
イパス弁25が全閉のときに閉じるスイッチ241を介して
与えられる信号と共に加算器240に入力される。加算器2
40の出力信号と速度調定回路204からの信号は、低値優
先回路239に入力され、この低値優先回路239の出力信号
は弁位置制御回路244に与えられる。造水プラントに供
給される再熱蒸気の圧力信号は、圧力検出器217を介し
て加算器218に与えられる。この加算器218には抽気圧設
定器219からの設定信号も入力され、その偏差信号が抽
気圧力制限回路220を介して低値優先回路221に与えられ
る。低値優先回路221には抽気制限器222からの信号も入
力され、その出力信号と定数回路224の信号との偏差が
加算器223で演算される。定数回路224には切換スイッチ
214を介して低値優先回路211または213の出力信号が選
択的に入力される。加算器223から出力される偏差信号
は弁位置制御回路245に与えられる。切換スイッチ214
は、全周噴射／部分噴射バイアス回路209による全周噴
射／部分噴射の運転切換により切換え動作する。弁位置
制御回路242,243,244,245はそれぞれ油筒246、,247,24
8,249を介して主蒸気止め弁２、蒸気加減弁３、インタ
ーセプト弁6b、抽気加減弁20の開度を制御する。論理回
路237は、第２図に示すごとく、ボイラー１からの主蒸
気圧力と再熱器1aからの再熱蒸気圧力に従って高圧ター
ビン４への流入蒸気量と中圧タービン７への流入蒸気量
の比率を決定するために設けられているものであるが、
その具体例については後述する。弁位置制御回路243、
弁位置制御回路244および弁位置制御回路245の構成は、
弁位置制御回路242と同じであり、それぞれ加算器、増
幅器、電力増幅器、電気・油圧変換器、差動トランスお
よび復調器から成っている。

さて、タービンの起動パターンには大別して次の３種が
ある。

（Ａ）コールドスタート当該プラントがタービンバイパス系統を備え、かつ抽気
を用いる工業プラント、例えば造水プラントを備えてい
ながらも、これらを運用、運転することなく、最初に単
なる再熱タービンとして蒸気タービンを起動する起動パ
ターン。

（Ｂ）ホットスタート（１）タービンバイパス系統を用いて自己の有する造水プラン
トがすでに運転状態にあり、その後自己の蒸気タービン
を起動する起動パターン。

（Ｃ）ホットスタート（２）タービンバイパス系統を用いて、自己プラントのボイラ
ー１台だけで、自己の造水プラントおよび他の造水プラ
ントの２つを運転しながら、その後自己の蒸気タービン
を起動する起動パターン。

ここでホットスタート（１）、（２）は何もプラント起
動の一過程として造水プラントを先に運転するばかりで
なく、蒸気タービンのトリップ動作後の再起動の場合で
も、タービンバイパス系統を用いて造水プラント側を連
続運転している場合には、適用されることは詳細説明を
するまでもない。

以下、各起動パターンごとに順に第１図の装置の動作を
説明する。

（Ａ）コールドスタートコールドスタートの場合はタービンバイパス系統を用い
ずに、すなわち各バイパス弁はすべて全閉状態にしてタ
ービン起動を行なうのであり、高圧タービン４と中圧タ
ービン７への蒸気供給量の比率を考慮する必要はなく、
このときの流量比率は1:1である。この場合に蒸気ター
ビンの回転速度（負荷）を制御するため、まず高圧ター
ビン４に連結している速度検出器200によってタービン
回転速度に比例した周波数信号が得られる。この信号
は、周波数／電圧変換器201により周波数に比例したア
ナログ信号に変換される。このアナログ信号は、実回転
速度信号であり、加算器202によって速度負荷設定器203
からの設定信号と比較演算されて速度偏差信号が形成さ
れ、この速度偏差信号は３つに分岐される。そのうちの
１つは、蒸気加減弁３用の速度調定回路205に与えら
れ、ここで速度調定率に合った速度制御信号が形成され
る。また他の１つは、主蒸気止め弁２用の速度調定回路
206に与えられ、ここで速度調定率に合った速度制御信
号が形成される。これらの速度制御信号は、その絶対割
合により全周噴射運転と部分噴射運転の切換えを行なう
ための全周噴射／部分噴射バイアス回路209からのバイ
アス信号と加算器208および加算器210で加算されて、低
値優先回路211および低値優先回路213の入力となる。そ
してこれらの低値優先回路211,213では、負荷制限器212
からの制限信号と比較演算され、低値を有する信号が出
力されてその後加算器215,216で抽気圧力制御系からの
制御信号と加え合わされた後に、蒸気加減弁３もしくは
主蒸気止め弁２の制御信号となって弁位置制御回路243
もしくは弁位置制御回路242へ入力される。

一方、低値優先回路211および低値優先回路213の出力
は、全周噴射／部分噴射バイアス回路209による全周噴
射／部分噴射の運転切換えで動作するスイッチ214を介
して定数回路224を経て加算器223にも供給される。定数
回路224は、速度制御系からの蒸気加減弁３もしくは主
蒸気止め弁２の弁開度信号と抽気加減弁20の開度信号と
の流量変化を等しくするために設けられているものであ
る。

弁位置制御回路242,243,244,245は、第１図に示すよう
にいずれも同一構成を持っているので、代表して主蒸気
止め弁２用のものについて説明すると、加算器216から
の主蒸気止め弁２用の制御信号は、加算器242aで電気・
油圧変換器242dの出力から導出される主蒸気止め弁２の
実開度信号と比較演算されて開度誤差信号として取り出
される。この開度誤差信号は増幅器242bで主蒸気止め弁
位置制御の最適ループゲインをもって調節された後に電
力増幅器242cで電力増幅され電気・油圧変換器242dに伝
達される。この電気・油圧変換器242dの機械的出力信号
は、１つには主蒸気止め弁２用の油筒246の入力信号と
なり、この油筒246により油圧増幅されて主蒸気止め弁
２の弁開度を制御する。他方、電気・油圧変換器242dの
機械的出力信号は、電気・油圧変換器242dに直結した差
動トランス242eによって位置信号に変換され、復調器24
2fで電気信号に復調された後に加算器242aに主蒸気止め
弁２の実開度信号として与えられる。

以上により構成される閉ループの弁位置制御回路242
は、加算器242aに入力される開度指令値と実開度とが等
しくなるように主蒸気止め弁２の弁開度を制御すること
になる。また、加算器215および加算器216の出力は、弁
位置制御回路242および弁位置制御回路243に入力される
が、全周噴射／部分噴射バイアス回路209の操作により
任意の負荷以上では回転速度（負荷）制御は蒸気加減弁
３側に移行しており、主蒸気止め弁２と蒸気加減弁３と
が同時に制御状態になることはない。また速度偏差信号
の分岐された３つのうち残りの１つは、インターセプト
弁6b用の速度調定回路204に伝達され低値優先回路239の
入力信号となる。この低値優先回路239には、後述のホ
ットスタート時に使用される制御回路からの信号と、低
圧バイパス弁25が全閉のときに閉じるスイッチ241を介
して与えられるインターセプト弁全開バイアス信号との
和の信号が入力され、これらの２つの入力信号について
低値優先の比較演算が行なわれ、その結果として蒸気加
減弁３に先行してインターセプト弁6bを開くための制御
信号となってインターセプト弁6bの弁位置制御回路244
へ出力される。

次に抽気圧力制御系について説明すれば、タービン装置
から造水プラントへの抽気圧力は圧力検出器217によっ
て抽気圧力に比例したアナログ信号として検出される。
この検出信号は、加算器218によって抽気圧力設定器219
からの設定信号と比較演算される。加算器218から出力
される抽気圧力偏差信号は、抽気圧力制御回路220に伝
達され、抽気圧力調定率に対応した抽気圧力制御信号と
なる。この抽気圧力制御信号は低値優先回路221に伝達
され、ここで抽気制限器222からの制限信号と低値優先
のための比較演算が行なわれる。この低値優先回路222
の出力は、定数回路225および定数回路207を経て蒸気加
減弁３および主蒸気止め弁２の制御系の加算器215およ
び加算器216に入力され、抽気圧力制御系からの弁開度
指令値として流量変化を等しくするために比較演算され
る。また低値優先回路221からの出力は、加算器223で前
述のような速度制御系からの、すなわち定数回路224か
らの抽気加減弁開度指令値と加え合わされて抽気加減弁
開度信号が形成され、抽気加減弁20の弁位置制御回路24
5へ出力される。

以上のようにタービンバイパス系統を備え、かつ造水プ
ラントを備えていながら、蒸気タービンの起動前にこれ
らを運用、運転することなく、単なる再熱タービンとし
て蒸気タービンを起動する場合には、低圧バイパス弁25
が全閉であることを条件にインターセプト弁6bが速度調
定率に対応し蒸気加減弁３に先行して開弁するので、高
圧タービン４と中圧タービン７の蒸気流入量が等しくな
る。

（Ｂ）ホットスタート（１）、（２）次にホットスタートの場合について説明すれば、この場
合にはタービンバイパス系統を用いて蒸気タービンの起
動前から造水プラント側に蒸気供給を行なっており、タ
ービンバイパス運転であることから、前述したように高
圧タービン４と中圧タービン７との間の蒸気流量比率を
考慮しなければならない。しかし、造水プラント側の要
求蒸気量に従い低圧タービンバイパス弁25で制御される
高温再熱蒸気圧力と、高圧バイパス弁13で制御される主
蒸気圧力が変化するので、蒸気流量の比率もしくは絶対
値を蒸気タービンごとに、しかも起動ごとに見直しする
必要が生ずる。

ここで、主蒸気および高温再熱蒸気の圧力の概略を検討
すると、低圧バイパス弁25で制御される高温再熱蒸気圧
力は、中圧バイパス弁15で造水プラントに供給する蒸気
量が自己の造水プラント１台の運転と、他を含めた２台
の運転のときとでは、すでに設置されている中圧バイパ
ス弁を用いて蒸気量の増加に対応するので、中圧バイパ
ス弁15の前側圧力すなわち高温再熱蒸気圧力を上昇させ
ればよい。このため、結果的には低圧バイパス弁25の圧
力制御設定値を自己造水プラント１台だけの運転時（以
下説明上、P_R1＝7^Kと記号化する）と他を含めた２台運
転時（以下説明上、P_R2＝14^Kと記号化する）の２種類が
必要である。一方、主蒸気圧力は、タービンを起動する
時のボイラーの運転状態から定格条件時（以下説明上、
P_M1＝140^Kと記号化する）と昇圧運転時（以下説明上、P
_M2≦140^Kと記号化する。定格条件以下）に大別される。
これらの４種類の各蒸気圧力の組合せによりホットスタ
ート（１）と、ホットスタート（２）のときの制御態様
について説明する。なお、ホットスタート（１）とホッ
トスタート（２）では、運転される造水プラントの数量
の違いのみであり、以下の説明ですべてが含まれるので
特別に区別しない。またホットスタートの場合には、イ
ンターセプト弁6bの制御以外は、特に変更となる部分が
ないので、その変更となるところだけを説明する。イン
ターセプト弁6bの制御信号は、インターセプト弁6bの速
度調定回路204からの出力と、全周噴射と部分噴射の運
転切換えにより動作するスイッチ214を介して論理回路2
37、関数発生器238および加算器240を経た主蒸気止め弁
２もしくは蒸気加減弁３側からの信号が低値優先回路23
9に入力される。ここで、加算器240の出力信号は、低圧
バイパス弁25が運転状態であるのでスイッチ241がオン
されず関数発生器238側からの制御信号そのものとな
る。また低値優先回路239に入力される速度調定回路204
からの制御信号と、加算器240からの制御信号とでは、
後者が常に低値となるように構成されている。すなわ
ち、論理回路237は、前述の主蒸気および高温再熱蒸気
の圧力条件により第２図に示すように高圧タービン４を
冷却するに十分なように計算された流量比率の選択を行
ない、その選択された流量比率に対応した主蒸気に係る
数値としての制御信号が関数発生器238に出力される。
この関数発生器238の出力信号は、主蒸気止め弁２もし
くは蒸気加減弁３とインターセプト弁6bの流量特性の関
数であり、論理回路237からの入力信号を受けてインタ
ーセプト弁6bの制御信号に変換するが、第２図によれば
流量比率が3:1,2:1であることから高圧タービン４側を
基準に変換されるので、中圧タービン７側の実出力は1/
3もしくは1/2の低値となって加算器240に入力される。
このため、低値優先回路239では常に加算器240側が低値
となる。

このような論理回路237と関数発生器238による制御方式
によれば、ホットスタート（１）およびホットスタート
（２）では、その流量比は、異なるが、常に主蒸気止め
弁２もしくは蒸気加減弁３の制御信号を基にインターセ
プト弁6bの制御信号が形成されるので、これらの主蒸気
止め弁２もしくは蒸気加減弁３とインターセプト弁6bと
は連動して開閉動作を行なうことになり、任意の負荷に
おいてタービンバイパス運転終了、すなわち低圧バイパ
ス弁25が全閉してスイッチ241がオンし、インターセプ
ト弁の全開バイアス回路226からの全開バイアス信号が
印加されるまで前述の連動関係が持続される。

〔発明の効果〕

本発明は上述のように構成したので、タービン起動に際
し、運用途中で何らかの原因により高圧タービンと中圧
タービンの流量比が変化した場合でも、その流量比変化
に応答して流量変化を司る蒸気弁はインターセプト弁と
なり、そのため蒸気タービンにおける外乱要素がより少
なく、より良好な起動制御を達成することができる。し
かも起動時における高圧タービンの過熱による重大な事
故を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のタービン制御装置の一実施例を示すブ
ロック図、第２図は高圧タービンと中圧タービンとの流
量比を決定する論理回路のロジック図、第３図は本発明
を適用する蒸気タービンの概略系統図である。２……主蒸気止め弁、３……蒸気加減弁、４……高圧タ
ービン、６……組合せ再熱弁、6a……再熱蒸気止め弁、
6b……インターセプト弁、19a,19b,190a,190b……造水
プラント、203……速度・負荷設定器、205……蒸気加減
弁速度調定回路、209……全噴射／部分噴射バイアス回
路、226……全開バイアス回路、240……加算器、242,24
3,244,245……弁位置制御回路、242a……加算器、242b
……増幅器、242c……電力増幅器、242d……電気・油圧
変換器、242e……差動トランス、242f……復調器、237
……論理回路、238……関数発生器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボイラーからの主蒸気により主蒸気弁を介
して高圧タービンを運転する主蒸気系統と、高圧タービ
ンからの蒸気を再熱器を介して得られた再熱蒸気により
インターセプト弁を介して中圧タービンを運転する再熱
蒸気系統と、中圧タービンからの蒸気により抽気加減弁
を介して低圧タービンを運転する低圧蒸気系統と、主蒸
気弁および高圧タービンをバイパスする高圧バイパス弁
と、インターセプト弁および中圧タービンをバイパスし
再熱器からの再熱蒸気を工業用プラントに対して供給す
る中圧バイパス弁と、インターセプト弁、中圧タービ
ン、抽気加減弁および低圧タービンをバイパスする低圧
バイパス弁とを備えたタービンプラントを制御するター
ビン制御装置において、タービン起動に際して、低圧バイパス弁が全閉状態にな
いことを条件として、主蒸気の圧力および再熱蒸気の圧
力に従い、中圧タービンへの流入再熱蒸気の流量が高圧
タービンに流入する主蒸気量を基準として所定の比率に
なるようにインターセプト弁のみを制御対象としてその
開度を制御する制御手段を設けたことを特徴とするター
ビン制御装置。