JPS6095104A - 蒸気タービン発電機の動力装置 - 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】 この発明は概して蒸気タービン制御装置に関し、特に負
荷設定点が電力系統周波数における変化に応答して変更
される制御装置に関する。

然気タービン発電機の動力装置の動作において、蒸気源
は、１つまたはλつ以上のタービンから成るタービン・
システムに与えられる蒸気を生ずる。タービン・システ
ムを辿る蒸気の詞節は複数個の蒸気進入弁を位置付ける
ことによって制御され、蒸気が７個もしくは複数のター
ビンを通って膨張するとき仕事が抽出され、それは発電
機によって使用されて、回路しゃ断器装置を通って電力
系統回路網に供給される電気を生ずる。

回路しゃ断器が開の時、入口蒸気（ｉｎｌθｌ；ｓｌ；
θａｍ）によって発生されたトルクは一般に、回転ギア
（ｔｕｒｎｉｎｇ　ｇｅａｒ）からのタービン１１１１
を同期速度に加速するよう使用される。回路しゃ断器が
開である限り、タービンは電気的負荷（Ｑｌ：　ｌ、で
回転し、速度制御モードで動作する。軸周波数が電力系
統回路網の周波数に同期すると、回路しゃ断器は閉じら
れ発電機によって電力が電力系統回路網へ与えられる。

回路しゃ断器が閉じられると、タービン回転組立体に及
びされる正味トルクは、電力系統回路網に供給される電
力量を制御するが、他方、軸速度は電力系統回路網の周
波数によって制御される。これらの条件下での蒸気入口
の制御は一般に負荷制御と言われ、この制御の間中、タ
ービン速度は、出力された電力を蒸気進入バルブの制御
によって調節するために、速度フィードバック装置で監
視されかつ使用される。

負荷制御中の速度フィードバック装置において、実際の
タービン速度は定格タービン速度と比較され、蒸気進入
バルブの制御に使用される速度誤差信号を発生する。代
表的な動作において、電力系統周波数は負荷における一
定の変化のによって少量、増加丈たは減少し、それによ
ってタービン速度における相応の変化を生ずる。

このような状態において、蒸気進入バルブが小さい周波
数偏差に対してその状態を修正しようきして絶えず上下
動するという可能性がある。

従って速度フィードバック装置は通常、修正が行われる
前に成る所定量だけ速度が偏差しなければならないよう
に不感帯が与えられる。

１つの問題が生じ、それは実際には系統周波数、従って
タービン速度が、定格速度から不感帯を超える量だけ偏
差した値の回りで変動し得るということである。例えば
夜間電力需要がより少なく、それ故系統周波数（そして
タービン速度）を増加させるかも知れない。逆に日中、
電力需要がより大きく、それ故系統周波数（そしてター
ビン速度）を減少させるかも知れない。

数分、さらには数時間にわたってさえも系統は定格値以
上もしくは以下で動作するかも知れないが、偏差は修正
周波数に対して平均される。

それ故このような偏差はｐ）作状態に対して王宮とみな
され得、いまだ蒸気進入バルブは小さい周波数偏差に応
答して絶えず上下動する。この発明は、速度値の回りの
小さい偏差に応答し−５て蒸気進入バルブが好ましくな
い絶え間のない移動を起すことなく、定格速度以外の速
度値での動作を可能と４−る。

この改良された装置は、蒸気進入バルブを制御するよう
使用されるメガワット基準信号が速度フィードバック・
ループに従って変更されるという蒸気タービンの負荷制
御に使用される。

定格および実際のタービン速度間の差を表わす速度誤差
（ｉ）号を得るための装置が提供される。

もし引き出された速度誤差信号が予じめ設定された速度
誤差の不感帯を超えたならば、メガワット基準値を変更
するよう使用される修正信号が発生される。新しい修正
信号が発生されるごとに、速度誤差不感帯は対応の新し
い位置に移される。

第７図は代表的な蒸気タービン発電機の動力装置を１ｒ
ｉ３略化して示した図である。蒸気源ｉ。

は、タービン装置へもしくはタービン部分ｌコに茶佃小
登牢１、τイ比袷オｚ、　Ｊ−う動作すスー〃−ビン装
置ｌλは唯１つのタービンから成って（、Ｎても良いが
、より一般的には、高圧、中圧および低圧タービンのよ
うな複数のユニットから成っている。

タービン制御ユニット／４（は成る入力信号に応答して
、停止の動作ずなイつちスロワ）／し弁装置ｌ乙の動作
と、制御の動作すなわちターヒ゛ノ部分／、２に供給さ
れる蒸気を正確に制御するためのカバナ弁装置１７の動
作とを制御するための制ｆｆ１ｌ信号を発生ずるよう動
作する。

タービンは、主回路しゃ断器、２３が閉じられている時
、負荷、２２に供給される電気を生成するための発電機
、２０を駆動するよう一＋：ｌノ作し得る。

代表的には負荷、２．２は、このような複数の１１υ力
装置から電気が供給される電力系統回路網でありイ（Ｉ
る。

クーヒン制御ユニツ）／＋！ｉ：、ｔ、成る入カイ１−
１号に応答して絞り弁装僅／乙とカバナ弁装置１７とに
（同様に、つ数タービンユニットにおけるタービン部分
ｌコ内の停止および中間弁装置にも）制御信号を提供す
るように動作し得る。これらの入力信号は、電力検出器
、２ｇから引き出される出力電力を示すメガワット信号
ＭＷと、速度センサー６からの速度信号ＲＰＭと、さら
にタービン部分／、ｉからの成る圧力信号とを含み得る
。

奸才しい実施例において、タービン制御ユニット／４１
は循々のアナログ−ディジタル、およびディジタル−ア
ナログ変換回路と、ｌっまたはλつ以上のディジタル計
算機とを含んでいるディジタル計算機制御システムであ
る。このよウナタービン制御ユニットの型の／っハ、／
９７ｑ年１月発行の［ウエステングハウス・エンジニア
（Ｗｅ８ｔｉｎｇｈｏｕｓｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒ　）　
Ｊに記載され、かつ多数の米国特許に記載されているよ
うな、ＤＥＨ（ディジタル電空式）タービン制御システ
ムである。このような米国特許の代表的な番号は米国１
１￥、ｉ’［ｊ（’、　’１，０２９．Ｊ　ｊ　３号１
．第４’、０　？　０．ＯＡ　！ｒ号、第ｑ、ａ　ｘ　
θ、ｇ　６？号、第Ｚ、、２．２　？、０９．７号、第
乞コ’Ｉｔ、’１９／号、第グ、−ｋ　ｇ、４１ｕｙ号
であり、また、これらの改良されたものが第り、３６ｇ
、！；２０号に述べられている。これら全部はここに参
考として組み込まれている。

ＤＲＨＯ）ｆ、：−メ０）ｙｊＭＩＢ−オヨｒＪ負イ’
ｌｊ　ｆｌｉｌＪ　ｒＭＩ　ｌｔＱ作は第２図に簡略化
された形態で示されている。基準ｙｏは制御されている
パラメータの所望の値であり、上に参照された米国！侍
６′Ｆに記載されている種々の計算機プログラムに従っ
て発生される。

広範囲の速度制御の間中、その基準はタービン発電機速
度の所望の値であり、負荷制御の間中、その基準は所望
の発砲機メガワット出力である。

決定ブロッククコを参照して、もし回路しゃｌＪｉ器が
閉じていないならば、動作は広範囲速度ｆｌｔｌＪ岬に
あり、速度制御作用グクは、実際のタービン速度（ＲＰ
Ｍ）　を所望のタービン速度（基準りθ）と比較してバ
ルブ制御信号を発生するように贋作し得る。絞り弁は定
格速度の約９０％誌で蒸気の導入を制御し、その俵ガバ
ナ弁が蒸気の導入を制御することを引きｆｌ、ｌ’：　
＜。従って、決定ブロック４ｔＡと関連して、速Ｉ庚！
！Ｉ御作用＜ｉｐによって与えられた制御信号は、絞り
弁制御にある時は絞り弁特性作用ｙｇによって、そして
絞り弁制御に無い時はガバナ弁特性作用４’９によって
、絞り弁制御信号を発生するように使用される。

負荷制御モードにおいて回路しゃ断器が閉じている時、
負荷基準は、必要なガバナ弁位置制御信号を発生するよ
うに使用される。その発生された基準の値は、選択的に
動作状態に置かれ得る複数のフィードバック・ループに
よってさらに変更、され得る。そのフィードバック・ル
ープは、速度修正フィードバックタコ、メガワット・フ
ィードバックｓ３および衝撃圧力フィードバック５ケを
含み、このように変更された基準の値は、ｆｌ＋ｔｌ限
ブロック！乙によって示されるように制限される。

速度修正フィードバック・ループｓ２は、実際のタービ
ン速度の指示が与えられ、そしてユニットを電力系統の
周波数の変化に応答させる上うに餉１沿ノ、シ）ムＬん
亦画すｌ　とｒＢ５ｔＬ口１−１１砕　古血誤差が所定
の不感帯を超えてしまった時ですら、ガバナ弁が定格速
度からの小さい偏差に応答して連続的に振動することか
ら阻止する改善された速度修正フィードバック・ループ
に向けられている。この発明の実施例は、これから参照
する第３図に示されている。

決定ブロックＡＯによって示されるように、もし速度ル
ープが中にあるならば、基準の値は加′ｎ器６．２で、
定格速度からの偏差の国数である成る量で増加または減
少される、特に差ブロック６りは、ブロック６ルがらの
タービンの定格ＲＰＭと速度測定回路によって与えられ
るタービンの実際のＲＰＭとの間の差を示す信号を発生
する。電力系統周波数、従ってタービン速度は、電力使
用に依存して幾分変化し得るので、動作中、差信号がわ
ずかに変化することが起り得る。

これらのわずかな変化がガバナ弁を不必要に動かすこと
から阻止するために、ブロック６ｇによって表わされた
不感帯作用が組み込まれており、そｉ１峠どのＪ−らｆ
ｒ　、ｔｂ　＊「用ｉ戊ｉ−ナナ＞　Ｊ−４−１−（１
のような定格および実際速度の差も、修正動作が生ずる
前に正才たは負の成る値を超えなければならない。例と
して、不感帯は士／　ＲＰＭであって良い。

不感帯作用の後、速度誤差はブロッククＯにおいて、速
度変動率の前もって選ばれた値に対応する定数が乗ぜら
れる。結果としての信号は、ブロック７−において、所
定の最大または最小の値に制限され、その後基準に加え
られる。

この発明においてブロック６ｇの速度不感帯は速度誤差
に従って動くようにされ、それ故小さい上下変化の影響
は、全ての速度において抑制される。

メガワット基準に対する変更は、加算器、減算回路、乗
−ｑ器等のような個別の回路でもって達成し得るけれど
も、好丈しくはタービン制御ユニット／り（第１図）の
計算機を使用したディジタル計３γ機の動作によるもの
である。不感帯曲線を移しかつメガワット基準に対する
変更を引き出すための、模範的なステップごとの履行は
以下の如くである： （１）１史用される変数の値を決定し、これらの値を計
算機メモリ内に記憶する。それ故、計算機メモリは、そ
の中ζこ記憶されている、定格タービン速度と、定格タ
ービン負荷と、所望の不感帯の幅と、使用されるべき高
いおよび低い制限と、変動率利得、すなわちパーセンテ
ージ速度誤差ごとのパーセンテージ負荷変動とを有して
いる１、 （２１”保持された速度誤差パと称される変数はゼロに
初期設定される。保持された速度誤差は不感帯の中間点
にあり、その初期設定は、不感帯を−Ｘと＋Ｘとの間に
設定することの効果を有する。ここにＸはメモリ内に記
憶され、かつ以下のステップで不Ｎ３ｔ　’ｊｋの値と
して朗用される値である。

（３）　速度誤差は、 速度誤差−足格速度一実際フ′イ一度 に従ってＵｔＪ’Ｌされる。

（４）　次に速度誤差が不感イ１）の夕１．１！！Ｉ　
ｌこ落ちたかどうかを見るために、チェックが行われる
。

（４’ａ）もし速度誤差が、保持された速度誤差に不感
帯を足したものよりも大きければ、保持さイｔた速度誤
差の古い値は、 保持された速度誤差；速度誤差−不感帯に従って新しい
値に置換えられる。

０１０　もし速度誤差が、保持された速度誤差から不感
帯を引いたものよりも小さければ、保持された速度誤差
の古い値は、 保持ざイ１．た速度誤差−速度誤差十不感帯に従って新
しい値に置換えられる。

ステップダαまたはｐｂは、保持された速度誤差を新し
い値に移ずこきの効果を有する。

保持された速度誤差が不感帯の中心にあるの゛　で、不
感４１丁も同様に新しい位置に動く。

（５）実際の＞、４ｇ度が高いか低いか（速度誤差が負
か正か）に依存して利得の値が選ばれる。これらコつの
利得の値はメモリ内に記憶され、これらは？ｉｌｆ　Ｖ
家の使用に依存して互いに同じ籠は以下のステップで使
用される。

（６）　ＭＷの基準を変更するよう使用される速度修正
因子は、メガワット単位への変換を含む次式： ％式％ から決定される。

（７）　ステップ６から引き出された速度修正因子は、
それがメモリ内に記憶された正および負の制限内に落ち
るということを確かめるためにチェックされる。もし速
ａ’ｃ　（ｌｙ正内因子その制限の外側にあるならば、
適当な正または負の制限が変更修正因子として使用され
る。

上述のステップは正常なタービン制御の間中ディジタル
計力６機によって行われ得、そして負荷基準を変更する
新しい速度修正因子は、正確な制御のために例えは）Ｓ
　Ｏミ＋）秒ごとに計算され得る。

図を参照して説明する。これらの図中、垂直軸はメカワ
ット単位で目盛られた、適用されるべく速度修正を表わ
す。水平軸は速度誤差、すなわちブロック６４！の差動
作によって与えられる定格および実際のＲＰＭ間の差を
表わす。

−例として不感帯の幅が２　ＲＰＭ（＋　×１＝／　Ｒ
ＰＭ）である、すなわち速度誤差が、どんな修正動作も
取られることなしで、−／から＋／　ＲＰＭの第ＦＡ図
の不感帯部分ｇｏ内でそれることができるとしよう。保
持された速度誤差は、上述のステップコの初期設定のた
めに速度誤差の水平軸上でゼロである。もし速度誤差が
／　ＲＰＭを過ぎて増加したならば、その時曲線の正に
行く部分ｇｉによって決定される修正動作が取られ、そ
のイ５正量は部分ｇｉの勾配に依存しており、その作用
はブロック７０の利得動作によって行イ〕れる。もし速
度誤差が負方向に−ｌＲＰＭを過ぎて増加したならば、
曲線の負に行く部分ｇコの勾配によって決定される修正
動作が取られる。

曲線の部分８θおよびｇコの勾配は利得因子と等価であ
り、ステップＳで言及したように互いに同じであっても
異っていても良い。

実際のタービン速度は定格タービン速度に等しく、そし
てより多くの′屯力需要があったので系統周波数はわず
かに減少し実際のタービン速度においては３．ＲＰＭ減
少したとしよう。この場合に第１ＩＢ図に示されるよう
に＋、？　ＲＰＭの速度誤差があり（速度誤差＝定格速
度−タービン速度、であるので）、一単位の大きさのメ
ガワット修正を生ずる。もし動作が、どんな時間長に対
しても速度誤差が存続するようなものであるならば、こ
の新しく創設された動作速度からのどのようにわずかな
偏差でも、基準に対して一定の修正、従って蒸気進入バ
ルブの一定の移動か為されるようにする。この発明によ
れば、ステップｌ／ｌａで述べたようにがっ第’＋　ａ
図に示ずように曲線は移動され、それ故、保持された速
度誤差は今や−であり、十ｌと＋ＪＲＰＭ間の不感帯ｇ
ｏ内に中心付けられ、これにより第９Ｂ図におけるよう
なメガワット修正に必要なｌ単位を今だ提供する。しか
しながら不感帯はどのような４１〜正動作も取ることな
く速度誤差における。２ＲＰＭの減少を可能とする。

もし速度誤差が、第４ＩＣ図に示すように、例えば＋５
　ＲＰＭ−４で増加すべきであるならば、ｌ単位の修正
が適用され、そして曲線は、第７９図に示す、新しく創
設された速度を収容するよう鼎＜。第ダＤ肉において、
２ＲＰＭ以下才での速度誤差におけるどんな減少も同じ
修正動作を維持し、速度誤差におけるどんな増加も前に
説明したようにｒＩＩノ１ｍのさらなる移動を央すると
いうことが解る。この点において保持された速度誤差は
りである。

より小さい電力が要求されるように使用におりる遷移が
起り、実際のタービン速度が定格速度より２　ＲＰＭ大
きい点まで系統周波数およびタービン速度における増加
を生じたと仮定する。

第グＤ図に示されるように結果は−ＲＰＭの負の速ＩＩ
〔誤差であり、−／単位の修正メカワット値に帰結する
。−２ＲＰＭの新しい速度誤差は、りＲＰＭの古い保持
された速度誤差から／ＲＰ’Ｍの不感帯の値を引いたも
のより小さいので、新しい保持された速度誤差はステッ
プｑｂに従って−／ＲＰＭになり、動作は、第１Ｉｌ１
図に示されるように、不感帯ざ０が一２七〇’ＲＰＭ間
にあるように曲線が下方に移動するようなものである。

列挙されたステップによるさらなる動作は、不感帯が４
口誤差値に中心付けられたままである代りに、速度誤差
と共に動＜足うな方法で、必要な時に実質的に連続的な
メガワット基準修正を提供する。この動作は、蒸気進入
バルブが一定の移動をすることなく、１［ｃカ眉波数が
偏差した時における速度誤差の小さい偏差を許容する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、蒸気タービン発？ＩＬ機の〜力カ装置を簡略
化して示すブロック図、第２１￥１はタービン装置の速
度および負荷制御を示すフローチート−ト、ｉＪ図は第
一図の速度修正フィードバック・ループを詳細に示すブ
ロック図％　ｌ　２ｉＳりＡ図〜ｍｌＩＥ図はこの発明
の詳細な説明するためのグラフで弗る。図において、１
０は蒸気供給源、／、２はタービン装ｆｉｌ、／４’は
タービン制御ユニツ）、／４はスロットル弁装置、／７
はガバナ弁装置、−〇は発ａ機、２．２は負荷、２３は
しゃ断器１．２乙は速度センサ１．２ｆは電力検出器、
ダθは基準、クダは速度制御、タコは速度修正フィード
バック、Ｓ３はフィードバック、Ｓりは衝撃圧力フィー
ドバック、！６は制限、６ダは差ブロック、６乙は定格
１１ＰＭ、　Ａ　ｇは不感帯作用である。 Ｊ１＝：、　Ｒ／Ｆ出願人　ウェスチングハウス・エレ
クトリック・コーポレーション 罵４Ａ図 兇４Ｄ図 死４Ｅ既

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 動作の速度および負荷制御モードで操作可能で、負荷基
   準設定点が負荷制御中のタービンへの蒸気進入バルブを
   制御するように発星される、蒸気タービン発電機の動力
   装置において、Ａ）実際のタービン速度の指示を得るた
   めの装置と、 Ｂ）定格および実際のタービン速度間の差を示す速度誤
   差信号を得るための装置と、 Ｃ）前記速度誤差信号が、予じめ設定された速度誤差の
   不感帯を超えたならば、修正信号を発生するための装置
   と、 Ｄ）新しい修正信号が発生されるごとに前記不感帯を移
   動するための装置と、 Ｒ）　ｉ＋１記修正信号によって前記負荷基準設定点を
   変更するための装置と、 Ｘ−イ措　テ　ナー　ｒ、Ｌ−んＲ左褒脚　Ｊ−１ヒ　
   ス　薯４舅　ｐ　−し−・ン　χ寡臂わ話の動力装置。