JPS5934404A - 蒸気タ−ビンの保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、蒸気タービン保護装置に係り、特に、変圧運
転を行なう蒸気タービンの保護装置に関する。

一般に、蒸気タービンへ流入する主蒸気の温度が、ボイ
ラでの異常、例えば主蒸気温度制御のためのスプレー系
統の故障、或はドラムを有するボイラにおけるドラムレ
ベル制御系統の故障等制御系に起因する故障と本体系統
の異常により、異常低下したような場合、或は更にター
ビン入口部まで水を持ち込むような場合には、タービン
入口部が急冷され過大な熱応力を発生することになる。

このような過大な熱応力が発生すると蒸気タービンを正
常に運転することができなかった。

そこで、これを防止するため、従来のタービンプラント
においては、ボイラでの異常を主蒸気圧力の異常低下で
代表させた主蒸気圧力低下防止装置（初圧調整装置）が
設けられていた。

この装置は、例えば主蒸気圧力が定格圧力の９０係にな
ると蒸気加減弁を閉じ始め５更に５０チまで低下すると
蒸気加減弁を無負荷相当開度まで閉じるような一連の動
作を可傾とする装置である。

第１図には、この種従来の蒸気タービン保霞装置の構成
図が示されている。

図において、温度検出器１において検出された主蒸気温
度は温度−電圧変換器２を介して電圧信号に変換され演
算装置３に供給される。演算装置３は一定時間内での主
蒸気温度降下量を計算する第１の演算部４とその主蒸気
温度降下量と所定時間における主蒸気温度降下量の許容
制限値とを比較する第２の演算部５と、演算部５からの
信号によって警報信号或いはタービン）　ＩＪツブ信号
等を発生する高値優先回路を有する第３の演算部６から
構成されている。各演算部４，５．６はそれぞれ４つの
系統からなっており％温度−電圧変換器２からの電圧信
号は第１の演算部４において４つの信号τ１．τ２．τ
３およびτ４に分けられ、それぞれの信号は更に２つに
分けられる。これらの２つの信号に分けられた信号のう
ち１つはそれぞれ加算器１１，１２，１３．１４に直接
送られ、他の信号は時限装置１５，１６，１７．１８を
介して所定時間の遅れ信号となって加算器１１゜１２．
１３．１４に供給される。

ここで信号τ１について説明すると、別れた２つの信号
のうち１つは加算器１１に直接供給され、他の１つは時
限装置１５を経て１１秒の遅れ信号τ１′となって加算
器１１に供給される。そこで入力信号τ１およびτ１′
の差が演算され、その差信号Δτ１が出力信号として出
力される。なお、信号τ２．τ３．τ４についても信号
τ１と同様にそれぞれ時限装置１７．１８および加算器
１２゜１３．１４を介して差信号Δτ２．Δτ３．Δτ
４が取り出せる。加算器１１，１２．１３．１４におけ
る演算は次式によって表わされる。

Δτ１＝τ１′−τ１・・・・・・・・・・・・　（１
）Δτ２＝τ２′−τ２・・・・・・・・・・・・　（
２）Δτ３＝τ３′−τ３・・・・・・・・・・・・　
（３）Δτ４＝τ４′−τ４・・・・・・・・・・・・
　（４）ここで、信号τ１．τ２．τ３．τ４は任意の
時刻ｔ。における主蒸気温度に相当する電圧信号であり
、τ１＝τ２−τ３＝τ４の関係がある。

又、τ１′、τ２′、τ３′およびτ４′は任意の時刻
ｔｏよりそれぞれｔｌ、ｔ２．ｔ３，１４秒前の主蒸気
温度に相当する電圧信号である。従ってΔτ１．Δτ２
．Δτ３．Δτ４はそれぞれ第２の演算部５において、
それぞれの時間間隔ｔ１．ｔ２．ｔ３．ｔ４秒における
主蒸気温度降下量の許容制限値と比較される。

第２図には、前述の時間間隔ｔｌ、ｔ２，１３゜ｔ４と
許容制限値Ｔｌ、Ｔ２．Ｔ３．Ｔ４との関係を示す線図
が示されている。第４図に示される如く、時間ｔ３にお
ける主蒸気温度降下量がＴ３になると警報を発信し、主
蒸気温度降下量がＴ４になるとトリップ信号を発信し得
る様に許容制限値Ｔ１．Ｔ２．Ｔ３．Ｔ４が設定されて
いる。

従って第２図の斜線部Ｘは警報発信域、斜線部Ｙはター
ビントリップ域を示し、又境界線α、β、はそれぞれ警
報発信の限界およびタービン）　ＩＪツブの限界となる
主蒸気温度降下量である。このうち特に、境界線αは蒸
気タービン起動時の比較的主蒸気温度変化の激しい時期
、或は負荷変化時におけるボイラ温度制御の急変により
警報発信とならないように時間が０からｔ２までの間に
おいては、主蒸気温度降下量がＴ１以下では警報発信を
行なわないように設定されている。

加算器１１からの出力信号Δτ１は第２の演算部５にお
ける比較器１９において許容制限値Ｔ１と比較される。

又同様にして出力信号Δτ２は比較器２０においてＴ１
と、Δτ３は比較器２１でＴ３と、Δτ４は比較器２２
においてＴ４とそれぞれ比較される。更に前記出力信号
Δτ１は比較器２３において許容制限値Ｔ２とも比較さ
れ、Δτ２は比較器２４でＴ２と、又Δτ３は比較器２
５でＴ４とも比較される。即ち、各比較器１９〜２５に
おいては次式で示される演算が行なわれる。

１ず警報のための演算としては次の（５）、　（６）、
　ｆ力がある。

ΔτＩＡ”Δτ１−Ｔ１・・・・・・・・・　（５）Δ
τ２ム＝Δτ２−Ｔ２・・・・・・・・・　（６）Δτ
３ム＝Δτ３−Ｔ３・・・・・・・・・　（７）タービ
ントリップのための演算としては次の（８）。

（９）、　（Ｉｎ）、　（１１）式がある。

ΔτｌＴ”Δτ１−Ｔ２・・・・・・・・・　（８）Δ
τ２Ｔ−Δτ２−Ｔ２・・・・・・・・・　（９）Δτ
３Ｔ”Δτ３−Ｔ４・・・・・・・・・　（１０）Δτ
ムＴ＝Δτ４−Ｔ４・・・・・・・・・　０１）比較器
１９．２０．２１からの出力信号Δτ！ム。

Δτ２．．Δτ３人は第３の演算部６における高値優先
回路２６に入力され、前記比較器１９，２０゜２１のい
ずれかにおいて、所定時間内における主蒸気温度降下量
が許容制限値を越えたことが検出されると、その信号が
優先して警報発信用モニタスイッチ２７に送られ、警報
が発せられる。

他方、比較器２２，２３，２４．２５からの出力信号２
１１丁、Δτ２Ｔ＋　Δτ３Ｔ＋　２１４丁は第２の高
値優先回路２８に入力されており、その出力信号のいず
れかがプラスになるとその信号が優先シテタービンマス
タトリツプソレノイド弁２９に供給されタービントリッ
プとなる。

このように従来の装置においては、主蒸気温度を常時監
視し、この主蒸気温度が低下したとき蒸気タービンを保
護する指令を与えるようにされて　。

いた。しかし、所内単独運転等の負荷急速絞り込み時に
おいては、温度監視だけでは充分な保護ができなかった
。

又、近年起動、停止をひんばんに行なう火力プラントに
おいては、起動時から通常運転に致るまでの蒸気圧力を
変化させるいわゆる変圧運転方式が採用されている。変
圧運転を行なう蒸気タービンは、蒸気加減弁開度を全閉
点もしくは全閉点付近において一定としたまま低負荷か
ら高負荷に致る大部分の負荷範囲を主蒸気圧力を変化さ
せることによって制御するため従来のような装置を設置
した場合には定格主蒸気圧力の９０チに相当する負荷よ
り低い負荷範囲では、この装置を除外しておかなければ
変圧運転そのものが不可能となる。

又更に従来の装置を設けた場合には大部分の負荷範囲に
おいて蒸気タービン入口部の急冷に対する保護機能が損
なわれるという不都合があった。即ち、変圧運転を行な
う場合には、負荷に対応して主蒸気圧力は第３図の実線
で示されるように変化し、又変圧運転を行なわない従来
の定圧運転の場合には第３図の鎖線で示すように変化す
る。なお、第３図における符号ＰＩは定格主蒸気圧力、
符号（９） Ｐ、はその９０チ圧力を示す。そこで、変圧運転を行な
う場合には、第３図に示される負荷範囲Ａにおいては主
蒸気圧力低下による従来の保護装置を除外しなければな
らない。又、変圧運転を行なわない蒸気タービンにおい
ても、タービン起動或は停止時の一時期においては主蒸
気圧力が低いため、負荷範囲Ｂでは主蒸気圧力低下によ
る保護装置を除外する必要がある。

このように従来の装置においては、主蒸気圧力低下によ
る保護装置を除外すべき負荷範囲が必ず存在するため、
運転操作が繁雑となるという欠点もあった。

本発明は、前記従来の課題に鑑みなされたものであり、
その目的は、主蒸気温度の異常低下に基づく蒸気タービ
ンの事故を未然に防止することができる蒸気タービンの
装置を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明は、蒸気タービンへ流
入する主蒸気の温度が前記蒸気タービンの正常運転時の
温度として許容される限界を示す主蒸気温度の制限値以
下になったとき前記蒸気り（１０） −ビンの保護を指令する蒸気タービン保護装置において
、前記主蒸気の温度を検出しこの検出温度に応じた検出
信号を出力する温度検出部と、前記主蒸気の圧力を検出
しこの検出圧力に対する主蒸気温度の制限値を設定し設
定信号を出力する圧力検出部と、前記蒸気タービンの負
荷状態を検出し検出された負荷状態に基づいて主蒸気温
度の目標値到達後の温度降下として許容される限界を示
す主蒸気温度の制限値を設定し設定信号を出力する負荷
検出部と、前記蒸気タービンの運転条件に応じて前記い
ずれかの設定信号を選択し選択された設定信号と前記検
出温度信号とを比較し前記設定信号が前記検出信号を越
えたとき比較信号を出力する比較部を含み、比較信号に
より前記蒸気タービンの保護を指令することを特徴とす
る。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第４図には、本発明の好適な実施例としての構成図が示
されている。

本実施例における保護装置は、負荷検出部４０゜（１１
） 圧力検出部５０、温度検出部６０、比較部７０を有し、
蒸気タービンの負荷状態と主蒸気の圧力および温度との
関係を利用して主蒸気温度が蒸気タービンの平常運転時
の温度として許容される限界全示す主蒸気温度の制限値
内にあるか否かを判定すると共に主蒸気温度の低下の検
出を変圧運転の全負荷範囲に亘って可能としたものであ
る。

ところで、一般に蒸気タービンの主蒸気温度の許容値は
、第５図に示される如く、負荷、温度、圧力の３変数よ
り定められる。即ち、負荷に応じた主蒸気温度の目標温
度曲線へに対してタービン通気から定格運転迄の１／４
負荷毎の主蒸気圧力に対する主蒸気温度の制限値は曲線
１１口、・・。

二で表わされる。１／４，２／４，３／４，４／４負荷
時の圧力曲線イル二曲線は、当該負荷時においてタービ
ンへ流入する蒸気条件が湿り蒸気となる温度が圧力によ
ってどのように推移するかを表わしている。ここで、通
気から１７４負荷における許容制限値を曲線イより上側
となり、２／４負荷では、口より上側、同じく３／４負
荷ではハよ（１２） り上側、さらに４／４負荷では曲線により上側がそれぞ
れ安全領域である。なお、一般に変圧運転時の蒸気圧力
値は１／４，２／４，３／４，４／４負荷に対しそれぞ
れ第３図の実線で示される関係より決定されるが、この
値が第５図の曲線イル二に相嶺する。又、曲線イル二は
必ず変曲点を有するところから、各曲線イル二の変曲点
を結ぶことにより、曲線ホを得ることができる。この曲
線ホが、変圧運転に見合った主蒸気圧力に対する蒸気温
度の制限値曲線となる。

又、主蒸気温度は目標値曲線へによって運用されるが、
ここで主蒸気温度が昇温完了し最終目標値ＴＳに一旦達
した後の主蒸気温度が何らかの要因で降下した場合の制
限値は前記の変圧運転モードの曲線ホとは異なり曲線ト
となる。なお、起動待曲線トが曲線への上にくる領域が
あるが、曲線トはあくまでも一旦主蒸気温度が目標値Ｔ
Ｓに達した後の制限曲線を示しており、予め除外の機能
を持たせることにより回避可能である。

そこで、本実施例における負荷検出部４０は負（１３） 荷検出器４１，４２、関数発生器４３．４０から構成さ
れ、負荷検出器４１．４２により蒸気タービンの負荷状
態を検出し、関数発生器４３．４４により検出された負
荷状態に基づいて主蒸気温度の目標値到達後の温度降下
として許容される限界値を示す主蒸気温度の制限値を設
定信号を出力するように構成されている。なお、関数発
生器４３は第６図に示される如く、第５図の線トに対応
した主蒸気温度の制限値Ｆ（ｘｔ）に対応した設定信号
を出力し、関数発生器４４はこの制限値Ｆ（ｘｌ　）に
近似しこの制限値との間に許容範囲を示した他の制限値
Ｆ（Ｘｉ’）に対応した設定信号を出力する。

圧力検出部５０は圧力検出器５１，５２．関数発生器５
３．５４から構成され、圧力検出器５１゜５２により主
蒸気の圧力を検出し、関数発生器５３．５４により検出
圧力に対する主蒸気温度の制限値を設定し、設定信号を
出力する。なお、関数発生器５３は、第７図に示される
如く、第５図の曲線ホに対応した主蒸気温度の制限値Ｆ
（Ｘｇ）（１４） に対応した設定信号を出力する。関数発生器５４は制限
値曲線Ｆ（Ｘ２）に近似しこの制限値との間に許容範囲
を残した他の制限値Ｆ（Ｘ２’）に対応した設定信号を
出力する。

又、温度検出部６０は温度検出器６１，６２゜６３．６
４，６５．６６から構成され、主蒸気の温度を検出しこ
の検出温度に応じた検出温度信号を出力する。比較部７
０は、スイッチ７１，７２、高値選択演算器７３，７４
、加算器７５．７６゜７７．７８，７９，８０、トリッ
プ設定回路８１゜８２．８３．警報設定回路８４，８５
，８６、アンド回路８７，８８，８９，９０，９１．９
２、ＯＲ回路９３．９４から構成されている。

スイッチ７１は蒸気タービンの運転条件である併入条件
によって作動し、スイッチ７２は単独運転条件によって
作動する。高値選択演算器７３゜７４は蒸気タービンの
運転条件に応じていずれかの設定信号を選択し、加算器
７５〜８０に供給する。加算器７５〜７７、加算器７８
〜８０はそれぞれ高値選択演算器７３．７４によって選
択され（１５） た設定信号と温度検出部６０の検出温度信号とを比較し
、設定信号が検出温度信号を越えたとき比較信号を出力
する。即ち、加算器７５〜７７、加算器７８〜８０によ
り加算された各加算器の出力がプラスになったとき主蒸
気温度の低下として比較信号が出力される。加算器７５
〜７７、比較器７８〜７０の比較信号はそれぞれ２０Ｕ
Ｔ　　ＯＦ３回路から構成されるトリップ設定回路８１
〜８３、警報設定回路８４〜８６等に供給される。ＯＲ
回路９３からの出力信号は蒸気タービンの運転をトリッ
プさせるためのトリップ指令信号として出力され、ＯＲ
回路９４の出力信号は蒸気タービンの異常全警報する警
報指令信号として出力される。

なお、高値選択演算器７３．７４は従列から通常負荷で
は曲線Ｆ（Ｘ、、）に対応した設定信号を選択し、所内
単独運転時は負荷検出器４１．４２からの検出信号が零
となるところから曲線Ｆ（Ｘ２）に対応した設定信号を
選択する。

このように本実施例においては蒸気タービンへ流入する
主蒸気の温度が蒸気タービンの正常運転（１６） 時の温度として許容される限界を示す主蒸気温度の制限
値以下になったとき蒸気タービンの保獲を指令する信号
が出力されるので、主蒸気温度の異常低下により蒸気タ
ービンの蒸気流入部に過大な熱応力が発生するのを防止
できる。そのため過大な熱応力の発生に伴なうケーシン
グ或はロータおよびブレードのクラック発生、タービン
振動等の事故を未然に防止できる。

又、本実施例における比較部のトリップ設定回路、警報
設定回路等が２ＯＵＴ　　ＯＦＦ　　３回路から構成さ
れているので信頼性の向上が図れる。

以上説明したように本発明によれば、主蒸気温度の異常
低下に伴々う蒸気タービンの事故を未然に防止できると
いう優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成図、第２図は従来装置の主蒸気
温度降下量の特性図、第３図は定圧運転と変圧運転にお
ける負荷と主蒸気圧力との関係を説明するための図、第
４図は本発明の一実施例を示す構成図、第５図は負荷と
主蒸気温度との関係（１７） における主蒸気温度の特性図、第６図は負荷と主蒸気温
度との関係を示す線図、第７図は圧力と主蒸気温度との
関係を示す線図である。 ４０・・・負荷検出部、５０・・・圧力検出部、６０・
・・温度検出部、７０・・・比較部、４１．４２・・・
負荷検出部、４３，４４，５３．５４・・・関数発生器
、５１゜５２・・・圧力検出器、６１，６２．６３・・
・温度検出（１８） 化１図 茅２　凶 草３　口 箒４図 １トー 円−１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、蒸気タービンへ流入する主蒸気の温度が前記蒸気タ
   ービンの正常運転時の温度として許容される限界を示す
   主蒸気温度の制限値以下になったとき前記蒸気タービン
   の保護全指令する蒸気タービン保護装置において、前記
   主蒸気の温度を検出しこの検出温度に応じた検出信号を
   出力する温度検出部と、前記主蒸気の圧力を検出しこの
   検出圧力に対する主蒸気温度の制限値を設定し設定信号
   を出力する圧力検出部と、前記蒸気タービンの負荷状態
   を検出し検出され念負荷状態に基づいて主蒸気温度の目
   標値到達後の温度降下として許容される限界を示す主蒸
   気温度の制限値を設定し設定信号を出力する負荷検出部
   と、前記蒸気タービンの運転条件に応じて前記いずれか
   の設定信号を選択し選択された設定信号と前記検出温度
   信号とを比較し前記設定信号が前記検出信号を越えたと
   き比較信号を出力する比較部と、を含み、比較信号によ
   り前記蒸気タービンの保護を指令することを特徴とする
   蒸気タービンの保護装置。 ２、　前記比較部は、前記蒸気タービンの運転をトリッ
   プさせるトリップ設定回路を有し、前記比較信号をトリ
   ップ指令信号として出力する特許請求の範囲第１項記載
   の蒸気タービンの保護装置。 ３、　前記圧力検出部及び負荷検出部は、それぞれ前記
   主蒸気温度の制限値に近似し前記制限値との間に許容範
   囲を残した他の制限値を設定し、前記比較部は前記他の
   制限値による設定信号を選択すると共に選択された信号
   と前記検出温度信号とを比較し、比較信号を前記蒸気タ
   ービンの異常を警報する警報指令信号として出力する特
   許請求の範囲第１項記載の蒸気タービンの保護装置。