JPS6114403A - タ−ビンバイパス弁の制御方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、蒸気タービン式火力発電システムにおける高
圧蒸気タービンに並列設置された高圧蒸気タービンバイ
パス弁の制御方法に関する。

〔発明の背景〕

一般に、蒸気タービン式火力発電システムにおいては、
送電系統の主遮断器開等によってタービン負荷（発電負
荷）が急激に減少した場合に生じるタービンの過回転を
防止する目的で主塞止弁を急閉する。しかし、この場合
、ボイラから発生した蒸気エネルギーがタービンに導か
れなくなり、　□かつ、ボイラ発生エネルギーが急減し
ないので、ボイラ保有エネルギーが過多となり、その寸
ま放置１７たのではボイラ圧力高等によるボイラトリッ
プが発生することとなる。この事態を回避するため、従
来から高圧蒸気タービンに並列に設置された高圧蒸気タ
ービンバイパス弁を急開することにより余剰エネルギー
を逃す方式がとられている。

しかしながら、この方式では、バイパス弁の急開を一律
に全開状態寸で行い、その後、ＰＩ（比例積分）制御系
により、一定開度を一定時間保持したのち、主蒸気圧力
と主蒸気圧力設定値の偏差に基づ＜ＰＩ制御に移行する
。この場合、バイパス弁の急開およびその後の制御’Ｉ
Ｃよるボイラエネルギーのバイパス量がボイラ余剰エネ
ルギーと正確に対応しないためボイラ状態すなわちドラ
ムレベル、主蒸気圧の変動が過多となり、ボイラトリッ
プとなることが多かった。

ここで、”上記従来の高圧蒸気タービンバイパス弁の制
御方法の例について詳細に説明する。第５図に一般的な
蒸気タービン式火力発電システムの系統図を示す。第５
図において、ボイラの過熱器１により発生された主蒸気
は主塞止弁９、主制御弁１０を経て高圧蒸気タービン３
に導かれ、回転エネルギーに変換された後、再熱器２で
再度加熱され、次いで再熱塞止弁１２、インタセプト弁
１１を経て中低圧蒸気タービン４に導かれ、回転エネル
ギーに変換された後、復水器５に放出される。ベンチレ
ータ弁１６は通常全閉状態にある。

主遮断器開等により、発電機６の出力が急減した場合、
主塞止弁９を急閉し、高圧蒸気タービン３への蒸気を断
ちタービン過回転を防ぐ。この際、ボイラ出力は急速に
は減少しないので高圧蒸気タービンバイパス弁７を急開
して、高圧蒸気タービン３に供給されていたエネルギー
をバイパスして逃−す。

次に、第６図に、従来の高圧蒸気タービンバイパス弁の
制御系統図を示す。主蒸気圧力１９は、比較演算器２０
によりボイラマスタ制御装置よりの圧力設定信号１８と
比較され、両信号の偏差が求められる。求められた偏差
に基づきＰＩ演算器２１によりバイパス弁開度指令値が
計算される。

第一切替器２４は、２のＰＩ演算器２１による指令値と
手動による増減指令２３によるアナログメモリ内指令値
２２とを切替える。第２切替器２５は第一切替ゲート２
４の出力値と定数発生器３１による出力値の切替を行う
。定数発生器３１出力値は、バイパス弁急開後のＰＩ定
値制御を行うための目標値を設定するものである。この
ようにして求められたバイパス弁開度指令値２６に基づ
きバルブ位置検出器２７出力と指令値２６を位置比較器
２８で比較し、偏差がＯとなるようサーボ機構２９によ
り高圧蒸気タービンバイパス弁７を駆動する。なお、１
７は係数器、３０はクイバック　　　　　　、。

信号発生装置を示している。

以上の制御系による時間的応答特性を第７図に示す。第
７図において、タービン負荷３６が急減してＯとなると
（第７図（ａ））、高圧蒸気タービンバイパス弁７を急
閉すべくバイパス弁開指令信号２６が発生される（第７
図（ｂ））。このバイパス弁開指令信号２６により、第
８図に示すタービンバイパス弁駆動機構にて、バイパス
弁４９を全開し、開方向、駆動用油圧室４８と閉方向駆
動用油圧室５３を連結し、バネ５１により全開とする。

なお、４７は油圧バイパス部、５０け閉方向駆動用油圧
管、５２は油圧ピストン、５４は閉方向駆動用油圧管を
示している。

さて、バイパス弁開信号２６の発生中、バイパス弁開度
３９は、バイパス弁開指令保持時間Ｔ１の時間をかけて
全開に向は急速開する（第７図（Ｃ））。Ｔ１時間経過
後は信号発生器３１の発生する信号を第２切替器２５に
て選択し、バイパス弁開度指令値２６として出力する。

この信号発生器３１の出力は１２時間の間保持され、そ
れ以降は主蒸気圧力１９と圧力設定信号１８の偏差にも
とづ＜ＰＩ制御に移行する。この間のプラント挙動は第
７図に示されており、バイパス弁開度３９は、Ｔ１゛時
間経過陵、バイパス弁開度定値制御値Ａに向けて近づい
て行き（第７図（Ｃ））、時間Ｔ２の間定値制御が行わ
れる。主要制御変数である主蒸気圧力１９はタービン負
荷３６急減後、ボイラ保有エネルギーが過剰となるため
上昇し、バイパス弁開指令保持時間Ｔ１の間も上昇を続
けるが、やがて過剰エネルギーが放出され、低下してい
く（第７図（ａ））。一方、ボイラドラム水位４１は第
７図（ｅ）に示すようにバイパス弁の開度３９がボイラ
過剰エネルギーの放出に必要な量よシ多く開かれ続ける
と、ボイラからの放出エネルギーが過多、すなわち、ド
ラムよりの放出蒸気が過多となり、ボイラドラム水位４
１がボイラドラム水位低トリップレベル４２以下となっ
て、ボイラトリツー１６号４３が発せられる（第７図（
ｆ））。以上の現象は、タービン負荷急減時ボイラ出力
の低下が間に合わぬため、高圧蒸気タービンバイパス弁
７を一時的に開き、過剰エネルギーを放出させ、ボイラ
トリップを回避するという本来の目的を実現していない
ことになる。

以上の従来１１ｉｌ制御方式の欠点を改善するために、
「特願昭４３−２９８８２タービンバイパス減圧装請の
制御方法」による方法があるが、この方法は、タービン
トリップ以前の蒸気流紙を記憶しておき、その値に対応
したバイパス弁開度を指令する方式であり、機械的制御
方式を示している。かかる制御方式は、タービントリッ
プ後のボイラトリップを回避するために効果があるが、
主機気流量のみの関数としてバイパス弁開度を設定する
ため、近年の変圧運転方式あるいは、ドラム式ボイラの
場付、タービントリップ直前のドラム水圧が基準値より
ずれている場合には、タービントリップ後にボイラトリ
ップを回避する能力に限界があった。

址だ、タービンのランバック発生と同時にその時の諸条
件によりタービンバイパス蒸気鼠と主蒸気力を計算によ
り求め、これらの算出値によジタービンバイパス制御弁
開度を算出し、この算出されたタービンバイパス制御弁
開度値によりランバック発生時のタービンバイパス弁急
速開指令を行うことによりプラントの安定を図るように
したものがある（特開昭５７−１７３５０９号公報）。

この制御方式も先に示したル１］御方式と同様、タービ
ントリップ以前の蒸気流量を記憶しておき、その値に対
応したバイパス弁開度を指令するという点で基本的な面
において似たものであり、その制御を行う構成が電気的
なものとなっている点が異なる。

さらに、タービンバイパス弁の開度を検出し、この検出
信号と主蒸気止め弁才たは蒸気加減弁の急開信号とを比
較し、タービンバイパス弁開度が主蒸気ｌ」−め弁才た
け蒸気加減弁の急開時のタービン発電機出力に見合った
開度である場合に、原子炉スクラム信号すなわちトリッ
プ信号をバイパスさせることにより不要なスクラムの発
生を回避したものがある（特開昭５６−１５０３９７号
公報）。

この例はタービンバイパス弁の開度に基づいて制御する
ものである。

このように、いずれの従来の例も、タービン負荷減少時
に発生するボイラ保有エネルギー過多また過少に起因す
るトリップを防止する場合に、本来エネルギーで把握す
べき現象を検出するのに有効な手段がなく、蒸気流量や
弁開度をもって近似的に制御するものであった。

〔発明の目的〕

本発明は高圧蒸気タービンバイパス系にて、タービン負
荷急減時に、ボイラ保有エネルギーの過多または過少に
起因するドラムの水位レベル高、ドラムの水位レベル低
、主蒸気圧力高または低等の要因に起因するボイラトリ
ップを防止し、発電システムの稼働率と運転性能の向−
にを目的とする〔発明の概要〕 上記目的を達成するために、本発明によるタービンバイ
パス弁の制御方法は、高圧蒸気タービンと、中低圧蒸気
タービンと、タービン負荷の急減時に前記高圧蒸気ター
ビンに並列に設置された高圧蒸気タービンバイパス弁と
を備えた発電システムにおける前記高圧蒸気タービンバ
イパス弁の制御方法において、前記高圧蒸気タービンバ
イパス弁の開度量をタービン負荷減少量の関数として決
定し、時間的に変化させる点に特徴を有する。

このように、高圧蒸気タービンバイパス弁の開度量をタ
ービン負荷減少量の関数として決定し、時間的に変化さ
せることにより、タービン負荷の急減に伴なって発生す
るボイラの保有するエネルギーの過多または過少に起因
するドラムの水位レヘルの異常変動を抑制し、それによ
ってボイラトリップを防止しうるものである。

タービン負荷減少量に対応実るエネルギー量であるボイ
ラの余剰エネルギーとしてタービントリップ直前の主蒸
気ｈ１．主蒸気圧力、ボイラドラム水位により総合的に
とらえ、これらの諸量の関数として高圧蒸気タービンバ
イパス弁の開度を制御しようとするものである。

〔発明の実施例〕

次に、本発明によるタービンバイパス弁の制御方法の実
施例を図面に基づいて説明する。

第１図に本発明による制御方法を実行するだめの制御系
統のブロック図を示す。第１図において、第６図と重複
する部分には同一の符号を附してその詳細な説明を省略
する。なお、制御対象となる高圧蒸気タービンバイパス
弁を含む発電システム自体の構成は第５図のものと同様
として以下説明する。

本発明に係る第１図の制御系統と第６図のものとの比較
において異るところは、バイパス弁制御パラメータ演算
装置（以下、パラメータ演算装置と略記する。）３２を
設け、このパラメータ演算装置３２により、第２切替器
２５および定数発生器３１を制御するようにした点にあ
る。

すなわち、本発明によるタービンバイパス制御方法は、
タービン負荷急減によるボイラ過剰エネルギーに見合っ
たエネルギー分を高圧電気タービンバイパス弁７より放
出する手段を提供するもので、バイパス制御パラメータ
演算装置３２によりボイラ過剰エネルギーに対応して高
速弁開指令保持時間ＴＩ　　（第４図（ｂ））を調整し
、高圧蒸気タービンバイパス弁７をどの開度まで急開す
べきか判断し、さらに、高速急開後、弁開度目標値をど
の値に設定し、どれだけの時間、その弁開度目標値に保
持するか求め、それぞれ定数発生器３１に弁開度安値制
御設定値Ａを、第２切替器２５に定値制御保持時間Ｔ２
をそれぞれ指令するものである。

いま、タービン負荷３６が急減した場合（第４図（ａ）
）、パラメータ演算装置３２は以下に示す手順でデータ
を処理する（第２図参照）。

Ａ、タービン負荷急激の開始時間ＴをＴ＝Ｏとし、制御
パラメータ演算のだめの入力信号３５として、タービン
出力ＰＴ（ｔ）、ボイラ出力ＰＲ（ｔ）、タービンバイ
パス弁通過出力をＰＢｙ（ｔ）、ボイラ圧力をｐ、ｎ（
ｔ）　、ボイラ出力蒸気流量をＴＢ（ｔ）、　　ボイラ
出力蒸気温度をＴｎ（ｔ）、ボイラドラムレベル’＆　
Ｌ　（ｔ）を取込む。

Ｂ、ボイラ余剰エネルギーＰＢＸの計算タービン出力ｐ
、ｒ（ｔ）、ボイラ出力Ｐ　ＩＩ　（ｔ）は、いずれも
時間ｔとともに減少するがタービン出力Ｐｔ（ｔ）の減
少の方が急峻であるので余剰エネルギＰ＃Ｘ（ｔ）は、
次の式で与えられ、正の値をとる。

Ｐｇｘ（ｔ）＝　ｐＨ（ｔ）　　ＰＴ（ｔ）　＞　０　
　　　　　・・・・・・・・・（１）ｐ−ｅ：ｙＡイ／
＜２０（７）□１ｊ工１．イウェヵ１，６．。、　　　
′ボイラドラムレベルＬ（ｔ）に対し、下記の制約の下
にバイパス出力ｐ　ＢＦ　（ｔ）を余剰エネルギーＰ−
ｘ（ｔ）に近づけることである。

Ｐ　ｒＢ（ｔ）＜Ｐ、ＢＵＬ　　　　　　　　・・・・
・・−旧−（２）ＬＬＬ　＜Ｌ（ｔ）＜ＬＵＬ　　　　
　　・・団・・・・・・・（３）但し、２２でＰｒｓτ
ＩＬはボイラ圧力上限値、ＩｊＬＬはボイラドラムレベ
ル下限値、ＬｏＬはボイラドラムレベル上限値である。

Ｃ０高速弁開指令時間ＴＩの計算 次に、高速弁開指令時間Ｔ１すなわち、バイパス弁をど
こまで開（べきかを次式にょシ決定する。

ＴＩ＝　ｆ　（Ｐ−ｘ　（０）、　Ｌ　（０）、　Ｐ−
Ｂ　（０）、　Ｐ”　Ｂ（０）、　Ｌ（０）　）　−−
（４）関数ｆの定め方は、上記各パラメータの値に対し
、ボイラ圧力Ｐ、＋＋（ｔ）、が上限リミットを、Ｌ（
ｔ）がリミット値を越えぬよう高速弁開指令時間Ｔｌを
求める多項式、又は近似関数を求める。

このようにして決定されたバイパス弁開指令保持時間Ｔ
Ｉの間、バイパス弁開度指令値２６が出力される（第４
図（ｂ））。このバイパス弁開度指令値２６は位置比較
器２８に入力され、パルプ位置検出器２７の検出値と比
較され、その偏差が０となるようにサーボ機構２９によ
り高圧蒸気タービンバイパス弁７が駆動される。この高
圧蒸気タービンバイパス弁７は第４図（Ｃ）に示すよう
に全開される、一方、主蒸気圧力１９はタービン負荷３
６の急減によってボイラ保有エネルギーが過剰となるた
めに上昇し、所定の時定数で上昇を続けるが、やがて高
圧蒸気タービンバイパス弁７の急開によって余剰エネル
ギーがバイパスされるので順次低下してゆく（第４図（
ｄ））。

かくして、高速弁開指令時間ＴＩの経過とともに高圧蒸
気タービンバイパス弁７の急開が完了するが、その後も
高圧蒸気タービンバイパス弁７を開放したまま放置しだ
のでは、逆にボイラエネルギーの放出過多となり、ドラ
ム水位レベル４１が低下してしまう。そこで、次に示す
手順により弁開度安値制御設定値Ａおよび定値制御保持
時間Ｔ２を決定し、高圧蒸気タービンバイパス弁７を徐
々に絞り込む制御が必要となる。

Ｄ、ボイラ圧力Ｐｒｙ、ボ１゛う出口蒸気流量ＦＢ。

ドラムレベルＬ、ボイラ出口蒸気温１ｆＴＢ、バイパス
弁開度３９をパラメータ演算７１麦置３２に取込む。

Ｅ、タービン負荷急減時以降のボイラ余剰エネルギー積
分値 Ｓ　Ｐ’＝ｘ　（＝　ｆＴＰ−ｘ（ｔ）旧）を読み出す
。

Ｆ、定値制御設定値への計算 Ａ＝ｇ　（ｆ　”　Ｐ、ｘ（ｔ）ｄｔ　、　Ｌ　（Ｔｔ
　）、　Ｐｒｎ　（’ｒ＋　）、　Ｆｉ　（Ｔ１）。

Ｌ　（’ｒｔ　）　、　Ｐｏｓ　（ｒｌｌ、　）　）　
　　　　　　　−・−・−−−−−（ｓ＞Ｇ、定値制御
保持時間Ｔ２の計算 Ｔｚ＝ｈ　（、／”Ｐ−ｘ（ｔ）ｄ　ｔ　、　Ｌ　（Ｔ
＋　）、　Ｐｒｎ　（Ｔｔ　）、　ＦＢ（Ｔｌ）。

Ｌ　（Ｔ１）、　Ｐｏｓ　（Ｔｔ）　）　　　　　　　
　−−−（６）関数ｇ、ｈの定め方は高速弁開指令時間
Ｔ１におけるボイラ過剰エネルギーＦａｘ（ｔ）の積算
値と、高速弁開指令時間Ｔ１における、ドラムレベルＬ
（ｔｔ）、ボイラ圧力Ｐ・ｘ（ｔｔ）、ボイラ主蒸気流
量Ｆｎ（ｔ）、バイパス弁開度より、弁開度安値制御設
定値Ａ　（ｔ）　、定値制御保持時間Ｔ２をボイラドラ
ムレベルＬ　（ｔ）　、ボイラ出力ＰｒＢ（ｔ）がリミ
ット領内に納寸り、バイパス出力Ｐａア（１）と余剰エ
ネルギーｒ’　、　ｘ　（ｔ）が等しくなるように、す
なわち、１Ｔｐ、ｘ（ｔ）旧−ｆＴＰお、　（１）旧　
　・・・・・・・・・（７）となるよう近似関数を設定
する。

このように制御を行うことにより、第４図（ｅ）に示す
ように、ボイラドラム水位４１は若干の変動はあるもの
のほとんど影響はなく、シたがって第４図（ｆ）に示す
ようにボイラー、　ＩＪツブ信号が発生しない。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明の制御方法によれば、１情圧蒸
気タービンバイパス弁の開度を、タービン負荷急減時に
、ボイラ余剰エネルギー量に対応して制御しうるだめ、
バイパス弁を通って放出されるボイラエネルギーが過大
又は過少であることに起因する主蒸気圧力、ドラム水位
の変動と、該変動に起因するボイラトリップを防止し、
発電システムの稼動率と運転性能を向上しつる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるタービンノくイノくス弁の制御系
統を示すブロック図、第２図は本発明の制御方法におけ
るタービン負荷急変時におけるデータ処理手順を示すフ
ローチャー）、１９３図は同制御方法におけるバイパス
弁急開完了時におけるデータ処理手順を示すフローチャ
ート、第４図は本発明に係る制御系統の各部信号波形を
示すタイムチャート、第５図は一般的な蒸気タービン式
火力発電システムの概要を示す系統図、第６図は従来の
タービンバ・「ハス弁の制御系統を示すブロック図、第
７図は従来の制御系統の各部信号波形を示すタイムチャ
ート、第８図は高圧蒸気タービンバイパス弁の駆動機 １・・・過熱器、２・・・再熱器、３・・・高圧蒸気タ
ービン、４・・・中低圧蒸気タービン、５・・・復水器
、６・・・発電機、７・・・高圧蒸気タービンバイパス
ｊｐｓｉ８・・・圧力設定信号、１９・・・主蒸気圧力
、２０・・・比較演算器、２１・・・ＰＩ演算器、２２
・・・アナログメモリ、２３・・・手動増減指令値、２
４・・・第１切替器、２５・・・第２切替器、２６・・
・バイパス弁開度指令値、２７・・・位置検出器、２８
・・・位置比較器、２９・・・サーボ機構、３０・・・
タイバツク信号発生装置、３１・・・定数発生器、３２
・・・バイパス制御パラメータ演算装置、３５・・・バ
イパス制御パラメータ演算装置入力信号、３６・・・タ
ービン負荷、３９・・・バイパス弁開度、４１・・・ボ
・イラドラム水位、４２・・・ボイラドラム水位低ｌ・
リップレベル、４３・・・ボイラトリップ伍号、Ｔ１・
・・高速弁開指令保持時間、Ｔ２・・・バイパス弁開度
定値制御保持時間、Ａ・・・バイパスブト開度定値制御
値。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、高圧蒸気タービンと、中低圧蒸気タービンと、ター
   ビン負荷の急減時に前記高圧蒸気タービンへの蒸気流量
   をバイパスして急減させるために前記高圧蒸気タービン
   に並列に設置された高圧蒸気タービンバイパス弁とを備
   えた発電システムにおける前記高圧蒸気タービンバイパ
   ス弁の制御方法において、当該高圧蒸気タービンバイパ
   ス弁の開度量をタービン負荷減少量の関数として決定し
   、時間的に変化させることを特徴とするタービンバイパ
   ス弁の制御方法。