JPS5829523B2 - タ−ビンセイギヨソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタービン制御装置に関し、特にタービンの運転
選択装置を低値−高値の優先自動切換方式としタービン
の運転をフェイルセーフ化したタービンの制御装置に係
る。

タービンの調束装置は、従来よりフェイルセーフとする
ため、制御装置の一部または全体を２重化し、たとえ一
方がタービンを暴走させるような方向に故障しても他方
の正常側がこれを抑制するような低値優先回路を設けた
ものが多い。

このような低値優先回路を組込んでいる場合は、一方が
停止方向に故障した場合はたとえ他方が正常であっても
タービンを暴走させないようにフェイルセーフとするた
め、タービンを停止させてしまう。

しかしながら、このタービンが発電用タービンの場合、
いくらタービン本体をフェイルセーフとしてもこれ迄供
給してきた電力が断たれることになり、電力需要側にと
ってはフェイルセーフとは言い得ない。

すなわち供給側の主機自身のフェイルセーフが必らずし
も需要側のフェイルセーフにつながらず極めて不具合で
あった。

すなわち第１図に示す２重化されたタービン制御装置に
おいて、１，３は加算器、２，４は調速用演算回路、５
は演算回路２，４の出力のうち適当な信号を選択する低
値優先選択回路、６は選択回路５の出力により開度制御
される蒸気加減弁、７はタービン、８はタービン軸に直
結した速度検出用歯車、９は発電機、１０．１１は速度
検出用歯車８に近接して設けられ歯車８の回転速度に比
例した正弦波を発生する電磁ピックアンプ、１２゜１３
はタービン実速度を加算器１，３に帰還する周波数−電
圧変換器であるが、このタービン制御装置は速度検出及
び設定速度と実速度との偏差による加減弁開度信号発生
部までを２重化し、低値優先選択回路５により選択する
ものである。

従来はこの選択回路に第２図に示すような低値優先選択
回路を用いていた。

第２図の従来の低値優先選択回路の動作を簡単に説明す
れば、点Ａ、点Ｂ、点Ｃが接続されていす切離されてい
る状態を考えると、抵抗Ｒ１□。

Ｒ１□、演算増幅器ＯＰ、１．ダイオードＤ１より成る
回路において、入力信号Ｖ１により点Ａに現われる電圧
ｖ１□は、抵抗Ｒ１□、Ｒ１□の抵抗値をそれぞれａｌ
ｌ ） Ｒ１□で表わせば となる。

演算増幅器ｏｐ、ｉの出力電圧ＶｌｌはダイオードＤｌ
の順方向電圧降下をｖＤｌ、演算増幅器ＯＰ、１の飽和
電圧をｖｓｌとすると、 となる。

同様に、抵抗Ｒ２□、Ｒ２２、演算増幅器ＯＰ、２゜ダ
イオードＤ２から戒る回路の入力信号電圧をｖ２、演算
増幅器ＯＰ、２の出力電圧をｖ２□、飽和電圧をＶＳ２
点Ｂの電圧をＶ２２、抵抗Ｒ２１ｊ Ｒ２２の抵抗値を
Ｒ２１？ Ｒ２□、ダイオードＤ２の順方向電圧降下を
ＶＤ２とすると、 となる。

ところで点Ａ、Ｂ、Ｃが接続されると、ダイオードＤ１
．Ｄ２の導通、非導通は演算増幅器ＯＰ 、１゜ＯＰ、
２の出力電圧Ｖｌｌ ｊ Ｖ２□の大小で決まる。

従って（１）〜（４）式より点Ｃの電圧Ｖ。

は次の如くなる。（イ） Ｖ １，１ ＞ Ｖ ２□の
とき、ダイオードＤ１は非導通、Ｄ２は導通となり、従
って （ロ） ｖ １１ ＜ ｖ ２□のとき、ダイオードＤ
１は導通、 従って Ｄ２は非導通となり、 このように第２図の電圧選択回路はｖ１□またはｖ２□
のうち低値の出力電圧Ｖ。

を出すように選択し、しかも選択はダイオードの整流機
能によるため応答速度も速い。

しかしながら、このような低値優先選択回路では、入力
電圧Ｖ１． ｖ２のいずれかがそれぞれの出力に対応す
るｖ１□またはｖ２□を低値側に持っていくような異常
を生じたとき、たとえ他方の入力電圧が正常に出されて
いても蒸気加減弁６を閉じタービン７を停止させてしま
うので、タービン本体の安全は確保されるがこれに直結
した発電機９の発電が停止されるので、電力需要者側に
多大の被害を与える欠点があった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、多重化さ
れたタービン制御装置において、故障発生時にタービン
の運転を停止させることなく安全に運転続行を可能とし
たタービン制御装置を提供するものである。

本発明によれば、制御装置を多重化しこの各々の出力の
中から選択された出力を最終的な制御出力とするタービ
ン制御装置において、制御出力を選択する装置を低値−
高値の優先自動切換方式とし常に各出力の突変現象の変
化方向と逆方向の選択回路状態とすることにより、異常
信号がこの選択回路を通して最終制御出力となることを
阻止する。

すなわち前述のｖｌ、ｖ２のいずれかがｖ１□またはＶ
２２を低値側へ持っていくような異常を生じたときは、
直ちに選択回路を高値優先に自動的に切換え、正常側出
力によりタービン運転を続行せしめ、更に残りの１系統
に異常が生じ出力を高値側へ持っていくような場合は直
ちに選択回路を低値優先選択回路状態に戻しタービンの
暴走を防止し、タービンの運転をフェイルセーフ化した
ものである。

以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明による低値優先−高値優先を自動的に切
換えることのできる選択回路の一実施例を示す。

第２図の従来の選択回路の場合と同様に点Ａ、点Ｂ、点
Ｃが接続されていない状態を考えると、抵抗Ｒ１ｍ ＊
Ｒ１□、Ｒ１３１Ｒ１４、ダイオードＤ１ ＊ Ｄｔ
ｌ、演算増幅器ＯＰ、１から威る第１の回路において、
入力電圧をｖｌ、演算増幅器ＯＰ、１の出力電圧をＶｌ
ｌ、ダイオードＤ１．Ｄ１□の接続点の電圧をｖ１□、
点Ａの電圧をｖ１□、抵抗Ｒ１□。

Ｒ１３＊ Ｒ１４を流れる電流を１１□ｊ １１３ ｔ
１１４、ダイオードＤｉ ｌ Ｄｌｌを流れる電流を
より１．■Ｄ１０、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４の抵抗値をＲ１
１〜Ｒ１４、ダイオードＤ１．Ｄ１□の順方向電圧降下
をＶＤｔ 、ＶＤｌｔとし、説明を簡単にするため１１
□＜■１３，１１□＜１１４と仮定し抵抗Ｒ１２を流れ
る電流１１２は１１３ ｅ １１４に比し無視できるも
のとすると、ダイオードＤ１゜Ｄｌｌの導通、非導通に
よりＶｌｌ Ｉ Ｖ１２ ｔ ”１３は次の如くなる。

なお簡便のため以下の説明ではダイオードの順方向電圧
降下ＶＤ１＝ ＶＤＩＩ ＝ＶＤ２＝ＶＤ２１：０とし
て扱う。

（イ）ダイオードＤ１．Ｄ１□が共に導通、すなわち以
上（イ）〜（ハ）の３状態において、点Ａが切離されて
いる限り、（ロ）の場合はｖ１３が抵抗Ｒ１２を介して
帰還される。

しかし、この時の帰還信号計算された負極性となり１．
又ＯＰ１は演算増幅器の性質上極性反転で無限大に小さ
いゲインを有しているためＶｌｌは増大し、ついにはダ
イオードＤ１が導通して（イ）の状態となり、Ｖｌｌ＝
Ｖ１３−ｖＤ１１＋ｖＤ１となる。

また（ハ）の場合も演算増幅器ｏｐ、ｉの飽和電圧ｖｓ
１よりＶｃを大きく選んでおけばｖ１□＜ｖｌｌだから
ｖ１□く＋ｖｓ１となり＋ｖｃよりＲ１４ｅ Ｄｌｌを
経由して電流が流れることになり、必ずダイオードＤｌ
ｌも導通ずることになり、（イ）の状態となる。

換言すれば、点Ａで切離されている限り前述の（ロ）、
（ハ）で仮定した状態は起らず点Ａの電圧”１３は入力
電圧ｖ１ と抵抗Ｒ１１ｊ Ｒ１□で決まる値となる。

抵抗Ｒ２１ｔ Ｒ２２ｔ Ｒ２３ｔ Ｒ２４・ダイオー
ドＤ２ ＊ Ｄ２１、演算増幅器ＯＰ、２から戒る第２
の回路も上述の第１の回路と同様の動作を行なうことは
明らかである。

次に点Ａ、点Ｂで切離されているとき、点入点Ｂの電圧
がＶＡｊＶＢとなる状態で点Ａ、Ｂを接続した場合を考
えると、説明を簡単にするためＭＡ＞ＶＢと仮定し、ま
た負荷抵抗ＲＬ、抵抗Ｒ４、コンデンサＣ２から成る低
域フィルタの影響は小さいので、第３図の点Ｃより右の
部分は無視できるものとする。

に）接点ＳＷ１が＋Ｖｃへ接続された場合点Ｃの電圧ｖ
３とすると、点ＣはコンデンサＣ１を介して＋Ｖｃに接
続されるため、接点ＳＷ１が−Ｖｃより＋Ｖｃに接続さ
れた瞬間にｓｗｉの電圧は２Ｖｃ増加しｖ３も２Ｖｃだ
け増加する。

Ｖｃを演算増幅器ＯＰ、１．ＯＰ、２の飽和重上ＶＳＩ
ｐ Ｖｓ２より大きくしておけば、ｖ３〉１す、〉Ｖ
Ｂとなるので、第１の回路、第２の回路とも帰還過大と
なり、Ｖ□１＝ＶＳ１ｔＶ２１＝Ｖｉ９２となりダイオ
ードＤＢ ｙ Ｄ２は非導通となる。

従って第４図の等何回路で表わされる動作と同等の動作
となる。

ダイオードＤ１□、Ｄ２□の順方向電圧降下を無視し、
また抵抗Ｒ１２Ｓ Ｒ２□は抵抗Ｒ１３゜Ｒ１４ｊ Ｒ
２３１Ｒ２４に比べ大きいとして無視すると、点Ｃの電
圧ｖ３は２Ｖｃ増加した値からする。

ところがｖ３がＶＡまで減衰すると、ダイオードＤ１は
導通し、第１の回路が動作し、■３はＶＡで安定する。

この時第２の回路はＲ２□を通してＶＡ（＞ＶＢ）が帰
還され過大帰還となりＯＦ２は負方向に飽和する。

従ってＶ２１＝ ＶＳとなる。

次にＶ ３ ＝Ｖ Ａで安定している状態でＶＡ＜ＶＢ
に変化したときは、第２の回路の帰還過小でｖ２□が上
昇し、ダイオードＤ２が導通する。

同時にダイオードＤ２から供給された電流ＩＤ２で電圧
Ｖ２２が、従ってｖ３が増化し、このために第」の回路
は帰還過大となり、ｖｌｌが減少しダイオードＤ１が非
導通となる。

従ってｖ３＝ｖＢで安定する。

以上説明したように接点ＳＷ１が＋Ｖｃに接続されてい
るときは、ｖＡ、ＶＢのいずれか高値の方がｖ３となっ
て出力される。

（ホ）接点ＳＷ１が−Ｖｃへ接続された場合点Ｃはコン
デンサＣ１を介して−Ｖｃに接続されるので、接点ＳＷ
１が＋Ｖｃより−Ｖｃ に接続された瞬間ＳＷ１の電圧
は２Ｖｃ減少しｖ３も２Ｖｃだけ減少する。

従ってｖ３＜ ｖ Ｂ＜Ｖ ＡとなりダイオードＤ、、
Ｓ Ｄ２．は非導通となり第５図の等価回路で表わさ
れると同等の動作となる。

Ｒ１□、Ｒ２□を無視すると、ｖ３は２Ｖｃ減少ていく
。

ＳＷｌが−Ｖｃへ接続と同時に第１の回路、第２の回路
とも帰還過小となり、ｖｌ、＝ｖＳ１）Ｖ２□−ＶＳ２
となり共に飽和している。

ところがＶ Ａ＞ Ｖ Ｂとしてｖ３がＶＢまで上昇す
ると、第２の回路は適正な帰還量となるためｖ２□およ
びＶ２２は減少し、ついにはダイオードＤ２□は導通し
てＶ３＝ＶＢで安定する。

Ｖ ３ ”−Ｖ １３で安定している状態で、ＶＡ＜Ｖ
Ｂに変化したときは、第１の回路は帰還過大となり、ｖ
１□は減少しこれに従いｖ１□も減少しダイオードＩ）
ｔｔが導通ずる。

このためｖ３が減少し第２の回路は帰還過小となり、Ｖ
２１が増大しｖ２□も増大するためダイオードＤ２１は
非導通となりｖ３−ｖＡで安定する。

以上説明したように接点ＳＷ１が−Ｖｃに接続されてい
るときは、ｖＡ、ＶＢのいずれか低値の方がｖ３となっ
て出力される。

前述のに）、（ホ）の状態の説明から明らかなように、
本発明の選択回路は、高値選択の場合はに）の如くダイ
オードＤ１．Ｄ２のいずれか一方が非導通で他のダイオ
ードＤ１１．Ｄ２、は導通となり、低値選択の場合は（
ホ）の如くダイオードＤＩ １ ｓ Ｄ２１のいずれか
一方が非導通で他のダイオードＤ１．Ｄ２は導通となる
。

従って低値選択から高値選択に切換える場合またはその
逆の場合、ＳＷｌを−Ｖｃから−）−Ｖｃ又は＋Ｖｃか
ら−Ｖｃへ切換えて点Ｃの電圧を大きく変化させてダイ
オードＤ１とＤ２またはダイオードＤ１□とＤ２１を強
制的に導通させている。

この切換時の点Ｃの電圧変化は抵抗Ｒ４、コンデンサＣ
２から成る低域フィルタで抑制され、負荷ＲＬには切換
時の雑音は生じない。

以上の説明においては、説明を簡単にするためダイオー
ドの順方向電圧を無視し、また抵抗Ｒ１□。

Ｒ２□、負荷抵抗ＲＬは他の抵抗に比し大きいものと仮
定したが、この仮定を無くしても、安定時の状態には何
も変化を生ぜず、また安定状態に到るまでの時間は演算
増幅器の整定時間相当にすることができる。

次に、第３図の使用可能電圧範囲について考えると、動
作する電圧範囲は抵抗Ｒ１３ｔ Ｒ１４ｔ Ｒ２３１Ｒ
２４の値により変化してくる。

そこで説明を簡単にするため、抵抗Ｒ１４） Ｒ２４の
抵抗値を２Ｒ１、抵抗Ｒ１３１Ｒ２３の抵抗値を２Ｒ２
とする。

まず高値選択の場合で第１の回路が動作しその出力ＶＡ
が選択されている場合、ダイオードＤ、 、 Ｄ１□、
Ｄ２、が導通してかつＤ２が非導通で安定する。

ダイオードＤ１．Ｄ１□の順方向電流ＩＤＩＩＩＤＩ□
の間にはダイオードＤ１□の順方向電圧降下を無視する
と、次式が戒り立つ。

ダイオードＤ１． Ｄ１□が導通しているので、ＩＤｔ
≧Ｏ９■Ｄ１１≧０ ・・・・・・ （６）従って高
値選択で実現できる出力電圧は第４図の等価回路におい
て、Ｄ１□を定電流源と仮定し定電流源■Ｄ１１が（５
）式および（６）式で決まる範囲ダイオードＤ２１の順
方向電圧降下を無視し、また抵抗Ｒ１２ｔ Ｒ２２を無
視すると出力点の電流バラ次に低値選択の場合で、第２
の回路が選択され出力がｖＢの場合、ダイオードＤ１．
Ｄ２．Ｄ２□が導通しかつＤ１□が非導通となって安定
する。

ダイオードＤ２□の順方向電圧降下を無視すると、同様
にして第５図の等価回路で定電流源ＩＤ２□が但しこの
時Ｄ１□は非導通となっているが、この代りに抵抗Ｒ３
の抵抗値を２Ｒ２とすると、第４図と第５図の等価回路
は実質的に同様となり低値選択の場合も（７）式が成立
する。

従って（７）式が第３図の回路の出力電圧の有効範囲を
与える。

次に、第３図において、接点ＳＷ１を動作させるリレー
コイルＳＷ、電圧検出器ＣＯ１演算増幅器ＯＰ、３、抵
抗ｒ１ ）ｒ２１ ｒ３、コンデンサＣ３゜Ｃ４から成
る回路について説明する。

Ｃ３，ｒｌ、ｒ３、演算増幅器ＯＰ、３から成る回路は
、入力電圧Ｖ１に関する不完全微分回路であり、ｖｌが
Ｖｌ３を負方向へ持っていくような突変をしたとき出力
が負となる。

またＣ４ ＋ ｒ２２ ｒ３、演算増幅器ＯＰ、３から
成る回路は、入力電圧ｖ２に関する不完全微分回路であ
り、ｖ２がＶ２３を負方向へ持っていくような突変をし
たとき出力が負となる。

またｖｌ、ｖ２がそれぞれｖｌ３ ｊ Ｖ２３を正方向
へ持っていくような突変をしたとき出力が正となる。

電圧検出器ＣＯは演算増幅器ＯＰ、３よりの入力がある
値以上負となったとき、リレーコイルＳＷを励磁しその
接点ＳＷ１を＋Ｖｃ側に倒し、ある値以上正となったと
き、リレーコイルＳＷの励磁を解きその接点ＳＷ１を−
Ｖｃ側に倒すものである。

上記で本発明の実施例を示す第３図の回路の個個の動作
について説明をしてきたので、以下に全体の動作につい
て説明する。

合筆３図においてまずＳＷｌが＋Ｖｃ選択側にある場合
を考える。

この場合この回路は＋Ｖｃ選択状態に移った直後に前述
に）の説明で述べた動作によりＶＡ＊ＶＢの高値を選択
した状態になっている。

この状態で信号ｖ１又はｖ２出力が異常となりＶｌ３又
はＶ２３を負方向へ持って行くような突変をした時は演
算増幅器ＯＰ３の出力は負となり、電圧検出器ＣＯによ
りリレーコイルＳＷを励磁し、その接点ＳＷ１を継続し
て＋Ｖｃ側にしようとするためｖ３はｖＡ、ＶＢの高値
即ち正常値をとることとなり、異常信号は非選択される
。

又信号ｖ１又はｖ２出力が異常となりＶｌ３又はｖ２３
を正方向へ持っていくような突変をした時は演算増幅器
ＯＰ３の出力は正となり、電圧検出器ＣＯはリレーコイ
ルＳＷの励磁を解き、その接点ＳＷ１をＶｃ側へ切換え
る。

このため前述（ホ）で説明したようにｖＡ、ＶＢの低値
即ち正常値をとることとなり、異常信号は非選択される
。

第３図においてまずＳＷｌが−Ｖｃ選択側にある場合も
同様でこの場合信号ｖ１又はｖ２出力が異常となり”１
３又はＶｌ３を負方向へ持っていくような突変をした時
は回路が高値選択状態となり、正方向へ持っていくよう
な突変をした時は低値選択状態となり、異常信号は非選
択される。

従って第３図の回路はＶｌ １ Ｖ２の２つの信号を入
力とし、その負荷ＲＬに対し、選択信号を出力するが、
その選択状態は、常にいずれかの信号が異常突変をした
時、それと反対方向の信号即ち正常側の信号を選択する
ように動作する。

このように本発明の選択回路を用いれば、２重化された
タービン制御装置において、いずれか一方が故障したと
き常に正常側を選択するような選択状態をとることがで
き、タービンを停止することなく運転を続行せしめるこ
とができる。

なお本発明の実施例においてはＣ１への電源の切換えを
リレーの接点ＳＷ１を介して行なっているが、他の無接
点スイッチング素子を用い電圧検出器ＣＯの論理出力に
よってスイッチングを行なわしめれば更に高速の切換え
も可能となる。

【図面の簡単な説明】 第１図は２重化されたタービン制御装置の一例を示す説
明図、第２図は従来の低値優先選択回路の一例を示す説
明図、第３図は本発明のタービン制御装置に適用するた
めの選択回路の一実施例回路図、第４図、第５図は第３
図の動作を説明するための等価回路図である。 ＯＰ、１．ＯＰ、２．ＯＰ、３・・・・・・演算増幅器
、Ｄｌ。 Ｄｌｌ ｌ Ｄ２ ｔ Ｄ２４・・・・・・逆直列ダイ
オード、Ｒ１３゜Ｒ２３・・・・・・逆直列ダイオード
の接続点を負電源に接続する抵抗、Ｒ１４Ｊ Ｒ２４・
・・・・・帰還点を正常源に接続する抵抗、ｃｌ、Ｒ５
，Ｄ・・曲帰還点を正電源電圧または負電源電圧に接続
する回路、ＣＯ・・・・・・電圧検出器、ＳＷ、ＳＷＩ
・・・・・・リレー及びその接点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 制御系の一部又は全体を多重化し、タービン運転を
   フェイルセーフとしたタービン制御装置において、前記
   多重化された制御出力のうち最大又は最小の信号を選択
   する信号選択部と、前記多重化された制御出力の突変を
   検出する突変検出部と、該突変検出部の信号により前記
   信号選択部を突変現象の変化方向と逆方向の信号を選択
   する指令を発する切換部とを備え、多重化制御系の一部
   に故障が生じても、タービンの停止および暴走を回避し
   、運転を続行し得ることを特徴とするタービン制御装置
   。