JPS6149481B2 - - Google Patents
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- JPS6149481B2 JPS6149481B2 JP54000279A JP27979A JPS6149481B2 JP S6149481 B2 JPS6149481 B2 JP S6149481B2 JP 54000279 A JP54000279 A JP 54000279A JP 27979 A JP27979 A JP 27979A JP S6149481 B2 JPS6149481 B2 JP S6149481B2
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- stress
- turbine
- steam
- load
- rotor
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は蒸気タービンの制御システムに係り、
特に昇速および負荷変化に伴なつて発生するロー
タの応力を許容値以下に抑え、安全かつ急速起動
ならびに急速負荷変化を可能にする制御システム
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a control system for a steam turbine,
In particular, the present invention relates to a control system that suppresses stress in the rotor that occurs due to speed increase and load change to below an allowable value, and enables safe and rapid start-up and rapid load change.
蒸気タービンの起動および負荷変化時にはター
ビンの肉厚部に発生する熱応力による疲労すなわ
ち寿命消費を許容値以内に抑制する必要がある。
このため安全でしかも急速な起動および負荷変化
を実現するには発生する熱応力を精度良く求め制
御することが重要である。 When starting a steam turbine and changing load, it is necessary to suppress fatigue, that is, life consumption, due to thermal stress generated in the thick portion of the turbine to within an allowable value.
Therefore, in order to achieve safe and rapid startup and load changes, it is important to accurately determine and control the generated thermal stress.
タービンの運転中に着目すべき応力発生箇所は
高圧および中圧タービンの高温高速の洩れ蒸気に
さらされる第1段後ラビリンスパツキン部のロー
タ表面およびボア(中心孔)である。しかし、ロ
ータは回転体であり、応力ないし応力計算のもと
となる温度分布を実測することは困難である。従
来は実測した第1段後ケーシング内壁メタル温度
をロータ表面温度と見做したり、第1段後の蒸気
温度および圧力の実測値から応力を計算する方法
をとつていた。しかし、前者ではケーシングとロ
ータの相関性に問題があり、後者では流量が少さ
い無負荷運転時および低負荷時の計測精度が問題
となる。また別の方法として従来はタービンへの
通気直前の主蒸気条件およびタービンメタル温度
に応じて起動スケジユールを決定する方法が提案
されている。しかし、この方法では起動過程で主
蒸気条件が予定値からずれることを見込んだマー
ジンをもつた起動スケジユールを作成するため、
起動時間は必要以上に長くなりがちであつた。し
たがつて、従来の方法では1回の起動に許される
寿命消費を効果的に使つた急速起動や、許容応力
を忠実に守つた急速負荷変化を実現することは困
難であつた。 During operation of the turbine, stress generation points that should be noted are the rotor surface and bore (center hole) of the first stage rear labyrinth packing, which are exposed to high-temperature, high-velocity leaked steam from the high-pressure and intermediate-pressure turbines. However, the rotor is a rotating body, and it is difficult to actually measure the stress or the temperature distribution that is the basis for stress calculation. Conventionally, methods have been used in which the actually measured inner wall metal temperature of the casing after the first stage is regarded as the rotor surface temperature, or the stress is calculated from the actually measured values of steam temperature and pressure after the first stage. However, the former has a problem with the correlation between the casing and the rotor, and the latter has a problem with measurement accuracy during no-load operation and low load when the flow rate is small. As another method, a method has conventionally been proposed in which the startup schedule is determined according to the main steam conditions immediately before ventilation to the turbine and the turbine metal temperature. However, this method creates a startup schedule with a margin that takes into account that the main steam conditions will deviate from the scheduled values during the startup process.
The startup time tended to be longer than necessary. Therefore, with conventional methods, it has been difficult to achieve rapid startup that effectively utilizes the life consumption allowed for one startup and rapid load changes that faithfully adhere to allowable stress.
また、従来の方式ではボイラ発生蒸気条件すな
わち主蒸気温度ならびに圧力および再熱蒸気温度
の制御はタービンの応力制御とは独立になされ、
発生した応力はボイラ制御にフイードバツクされ
ていなかつた。そのため、応力制限値以上の応力
が発生した場合、タービンは速度保持あるいは負
荷保持をして対処していた。しかし、このときの
タービンに実際に流入する蒸気温度の上昇率が大
きいと速度あるいは負荷保持にもかかわらず応力
は増々大きくなり、タービントリツプに至る場合
がしばしばあつた。 In addition, in the conventional system, the boiler generated steam conditions, that is, the main steam temperature, pressure, and reheat steam temperature are controlled independently of the turbine stress control.
The stress generated was not fed back to the boiler control. Therefore, when stress exceeding the stress limit value occurs, the turbine copes with the problem by maintaining speed or maintaining load. However, if the rate of increase in the temperature of the steam actually flowing into the turbine at this time is large, the stress increases even though the speed or load is maintained, often leading to turbine tripping.
本発明の目的は負荷変化、速度上昇等の発電設
備の状態推移のためにタービンに発生する応力が
制限値を越えるとき、これらの状態推移も停止も
しくは制限したとしてもタービンへの流入蒸気の
条件変化により更に過大応力が発生するのを防止
を可能ならしめる蒸気タービンの制御方式を提供
するにある。 The purpose of the present invention is to maintain the conditions of the steam flowing into the turbine when the stress generated in the turbine due to the state changes of the power generation equipment such as load changes and speed increases exceeds the limit value, even if these state changes are stopped or restricted. It is an object of the present invention to provide a control method for a steam turbine that makes it possible to prevent excessive stress from occurring due to changes.
また本発明の他の目的は、負荷変化、速度上昇
の変化率を常に最適に定めて1回の起動に許され
るタービンの寿命消費を有効に利用するととも
に、タービンに発生する応力が制限値を越えたと
きにはその後の過大応力の発生を極力おさえるこ
とによつてその後に前記の変化率をなるべく大き
く定めることを可能とし、もつて急速起動を可能
とする蒸気タービンの制御方式を提供する事にあ
る。 Another object of the present invention is to always optimally determine the rate of change of load change and speed increase to effectively utilize the life consumption of the turbine allowed for one startup, and to reduce the stress generated in the turbine to a limit value. To provide a control system for a steam turbine that makes it possible to set the rate of change as large as possible after that by suppressing the generation of excessive stress as much as possible when the stress exceeds the limit, thereby enabling rapid startup. .
本発明のひとつの特徴は、タービンに発生する
応力が制限値を越えた場合は、この超過量に応じ
てボイラ制御系に対して、温度、圧力等の目標値
の修正指令を与えることにある。 One feature of the present invention is that when the stress generated in the turbine exceeds a limit value, a command is given to the boiler control system to correct target values such as temperature and pressure in accordance with this excess amount. .
本発明の他の特徴は、タービンに発生する応力
を予測しながらそれが制限値を越えない範囲で最
大の速度、負荷の変化率を定め、かつタービンに
現在発生している応力の推定値が制限値を越えた
ときにはその超過量に応じてボイラ制御系に対し
て温度、圧力等の目標値の修正指令を与えること
にある。 Another feature of the present invention is to predict the stress occurring in the turbine while determining the maximum speed and load change rate within a range that does not exceed limit values, and to estimate the stress currently occurring in the turbine. When a limit value is exceeded, a command is given to the boiler control system to correct target values such as temperature and pressure in accordance with the amount of excess.
第1図は本発明の実施例としてデイジタル計算
機を用いた場合の熱応力予測タービン制御システ
ム100とこれに関連する制御システムおよびプ
ラントとの入出力信号の関係を示す。本図は高圧
タービン200の第1段後ラビリンスパツキン部
1および中圧タービン300の第1段後ラビリン
スパツキン部2を示す。ここは両タービンともこ
こを高温高圧の蒸気が高速で洩れるため蒸気−メ
タル間の熱授受が最も激しい箇所である。この熱
授受により、この付近のロータは半径方向に温度
分布を生じ、ロータの表面およびボア(中心孔)
3に大きな熱応力が発生する。本発明の制御シス
テム100の基本機能は、起動時あるいは負荷変
化時に発生する熱応力が制限値以下となり、その
条件のもとで許される最適昇速率4をガバナ10
に、あるいは最適負荷変化率6をALR
(Automatic Load Regulator)7に設定値として
与えることである。ALRには出力を代光する信
号として例えば第1段後圧力信号PH1がフイード
バツクされている。ALR7からは瞬時目標負荷
9をガバナ10に与える。ガバナ10には速度信
号Nがフイードバツクされている。このガバナは
最終的に加減弁11の位置制御用としてアクチユ
エータ12へ弁位置指令13を与える。本発明の
制御システム100は熱応力の点から負荷併入の
可能性を判断し、同期併入機能14へ併入許可指
令15を与える。 FIG. 1 shows the relationship of input and output signals between a thermal stress prediction turbine control system 100 and related control systems and plants when a digital computer is used as an embodiment of the present invention. This figure shows the first-stage rear labyrinth packing part 1 of the high-pressure turbine 200 and the first-stage rear labyrinth packing part 2 of the intermediate-pressure turbine 300. In both turbines, high-temperature, high-pressure steam leaks through this area at high speed, so this is the location where the heat transfer between the steam and the metal is most intense. Due to this heat exchange, the rotor in this area produces a temperature distribution in the radial direction, and the rotor surface and bore (center hole)
3, large thermal stress occurs. The basic function of the control system 100 of the present invention is that the thermal stress generated at startup or load change is below a limit value, and the governor 100 determines the optimum acceleration rate 4 allowed under that condition.
or optimal load change rate 6 to ALR
(Automatic Load Regulator) 7 as a setting value. For example, the first stage post-pressure signal P H1 is fed back to the ALR as a signal that substitutes for the output. An instantaneous target load 9 is applied to the governor 10 from the ALR 7. A speed signal N is fed back to the governor 10. This governor ultimately provides a valve position command 13 to the actuator 12 for controlling the position of the regulating valve 11. The control system 100 of the present invention determines the possibility of load addition from the viewpoint of thermal stress, and issues an addition permission command 15 to the synchronous addition function 14 .
また、ボイラ制御系60に対しては、発生応力
の制限値に対する超過量に応じた主蒸気温度修正
指令113および再熱蒸気温度修正指令114を
与える。 Furthermore, a main steam temperature modification command 113 and a reheat steam temperature modification command 114 are given to the boiler control system 60 in accordance with the amount of generated stress exceeding the limit value.
本発明は、このラビリンスパツキン部1,2の
熱伝達特性とロータに発生する熱応力の予測計算
に基づいて以下に述べる方法でタービンの急速起
動および急速負荷追従性能を実現するものであ
る。 The present invention realizes rapid start-up and rapid load follow-up performance of the turbine using the method described below based on the heat transfer characteristics of the labyrinth packing parts 1 and 2 and predictive calculation of the thermal stress generated in the rotor.
第2図は本発明の熱応力予測タービン制御シス
テム100における処理手順を示すものである。 FIG. 2 shows a processing procedure in the thermal stress prediction turbine control system 100 of the present invention.
まず、タービン通気前に初期温度分布決定機能
(以下、簡単のため「機能」の表示を省略する。
他の計算予測、決定機能についても同じ。)10
1にてロータの初期温度分布を推定する。ここで
はロータとメタルの肉厚が同程度で温度分布が似
た傾向を示す部分、例えば高圧タービンでは第1
段後ケーシング、中圧タービンでは蒸気室の内外
壁メタル温度の実測値から温度分布を推定する。 First, before turbine ventilation, there is an initial temperature distribution determining function (hereinafter, for simplicity, the display of "function" will be omitted).
The same applies to other calculation prediction and decision functions. )10
1, the initial temperature distribution of the rotor is estimated. Here, the part where the rotor and metal wall thickness are about the same and the temperature distribution tends to be similar, for example, in a high pressure turbine, the first
For the post-stage casing and intermediate pressure turbine, the temperature distribution is estimated from the actual measured values of the metal temperatures of the inner and outer walls of the steam chamber.
次の応力制限値決定102では起動モード(ベ
リーホツト、ホツト、ウオーム、コールド等の状
態での起動)に対応したロータの許容寿命消費か
ら定まる応力制限値を決定する。ここで決定する
応力制限値は後で述べるように急速再起動時およ
び計算機制御途中使用時などに計算機を即時オン
ライン化するときの温度分布初期値推定誤差を補
なうために起動当初は低い値を設定する。 In the next stress limit value determination step 102, a stress limit value determined from the allowable life consumption of the rotor corresponding to the startup mode (startup in very hot, hot, warm, cold, etc.) is determined. The stress limit value determined here is a low value at the beginning of startup in order to compensate for the error in estimating the initial value of temperature distribution when the computer is immediately brought online during a rapid restart or during use of computer control, as will be described later. Set.
予測時間決定103では、どの程度先まで応力
を予測して制御すべきかを決定する。この予測時
間はボイラ発生蒸気条件およびタービン起動シー
ケンスに応じて適切な値に決定される。 In prediction time determination 103, it is determined how far in advance stress should be predicted and controlled. This predicted time is determined to be an appropriate value depending on the steam conditions generated by the boiler and the turbine startup sequence.
蒸気条件変化率学習104は現在のボイラ動特
性がタービンの運転状態に対してどのような状態
にあるかを把握する機能である。具体的には、タ
ービン入口蒸気条件(主蒸気温度、圧力および再
熱蒸気温度)が、タービン速度あるいは負荷の変
化に対し、どのような割合で変化したかを実測値
から把握することである。この学習結果は後で述
べる蒸気条件予測106で利用する。 Steam condition change rate learning 104 is a function for grasping the state of the current boiler dynamic characteristics relative to the operating state of the turbine. Specifically, it is to understand from actual measurements at what rate the turbine inlet steam conditions (main steam temperature, pressure, and reheat steam temperature) change with respect to changes in turbine speed or load. This learning result is used in steam condition prediction 106, which will be described later.
運転モード判定105では、遮断器16の
ON/OFF状態より速度制御モードであるか負荷
制御モードであるかを判断し、前者であれば速度
制御系160に、後者であれば負荷制御系140
に処理の流れを切替える。 In operation mode determination 105, whether the circuit breaker 16
It is determined whether the mode is speed control mode or load control mode based on the ON/OFF state, and if it is the former, it is sent to the speed control system 160, and if it is the latter, it is sent to the load control system 140.
Switch the processing flow to
速度制御系160において、現在応力推定16
1はロータ応力の現在値を推定する。この機能は
第1段後蒸気条件計算107、ロータ表面熱伝達
率計算108、ロータ温度分布計算109、ロー
タ熱応力計算110、および遠心応力を考慮した
ロータ応力計算111の各機能を有する。 In the speed control system 160, the current stress estimation 16
1 estimates the current value of rotor stress. This function has the following functions: first stage post steam condition calculation 107, rotor surface heat transfer coefficient calculation 108, rotor temperature distribution calculation 109, rotor thermal stress calculation 110, and rotor stress calculation 111 considering centrifugal stress.
現在応力レベルチエツク162では推定した現
在応力が制限値以下であるか否かを判断する。こ
のとき応力が1箇所でも制限値を越していれば原
則として速度を保持する。 In the current stress level check 162, it is determined whether the estimated current stress is below a limit value. At this time, if the stress exceeds the limit value at even one point, the speed is maintained as a general rule.
次の計算モード判断163では今回の計算が予
測計算に基づく最大昇速率の探索を実施する時期
か否かを判断し、その時期であれば最大昇速率探
索170に処理を渡し、否であればこの処理機能
をバイパスして次の危険速度判断164に処理を
渡す。この場合、現在応力推定161の処理周期
はτ1であり、最大昇速率探索170の処理周期
はτ2であり、τ2=nTτ1(nT:整数)の関
係にある。 In the next calculation mode judgment 163, it is judged whether the current calculation is the time to search for the maximum acceleration rate based on the predicted calculation, and if it is the time, the process is passed to the maximum acceleration rate search 170; This processing function is bypassed and the processing is passed to the next critical speed judgment 164. In this case, the processing cycle of the current stress estimation 161 is τ 1 , the processing cycle of the maximum acceleration rate search 170 is τ 2 , and there is a relationship of τ 2 =n T τ 1 (n T : integer).
最大昇速率探索170は昇速率仮定171、応
力予測172、予測応力レベルチエツク173、
予測時間到達判断174の各処理機能で構成され
ている。さらに応力予測172は蒸気条件予測1
06、第1段後蒸気条件計算107、ロータ表面
熱伝達率計算108、ロータ温度分布計算10
9、ロータ熱応力計算110、ロータ応力計算1
11の各処理機能で構成されている。この最大昇
速率探索170は予め準備した昇速率〔N1、
N2、…………NX…………NP(rpm/分)〕のう
ち、大きい順に昇速率仮定171で仮定し、この
場合に発生する応力の将来値を予測する。まず、
第1段後蒸気条件も含めてτ1後の応力を予測す
る。この予測応力が制限値以下であれば更にτ1
後を予測する。これを繰返すことにより、既に決
定されている予測時間まで全ての応力が制限値を
越すことがなければ仮定した昇速率を応力上とり
うる最大昇速率とする。しかし、τ1刻みで応力
を予測してゆく過程で予測時間に到達する前に予
測値が制限値を越した場合は1ランク低い昇速率
を仮定し、再び現時点からτ1刻みで予測計算を
進める。この結果、予測応力が制限値をこさなけ
れば、この昇速率を採用する。 Maximum acceleration rate search 170 includes acceleration rate assumption 171, stress prediction 172, predicted stress level check 173,
It is composed of each processing function of prediction time arrival judgment 174. Furthermore, the stress prediction 172 is the steam condition prediction 1.
06, Steam condition calculation after first stage 107, Rotor surface heat transfer coefficient calculation 108, Rotor temperature distribution calculation 10
9. Rotor thermal stress calculation 110, Rotor stress calculation 1
It consists of 11 processing functions. This maximum acceleration rate search 170 is performed using the acceleration rate [N 1 ,
N 2 , . . . . . . N first,
The stress after τ 1 is predicted, including the steam conditions after the first stage. If this predicted stress is less than the limit value, further τ 1
Predict what will happen next. By repeating this, if all the stresses do not exceed the limit values until the predicted time that has already been determined, the assumed speed increase rate is set as the maximum possible speed increase rate based on the stress. However, in the process of predicting stress in τ 1 increments, if the predicted value exceeds the limit value before reaching the prediction time, a one rank lower acceleration rate is assumed, and the prediction calculation is performed again in τ 1 increments from the current point. Proceed. As a result, if the predicted stress does not exceed the limit value, this acceleration rate is adopted.
危険速度判断164は現在速度が危険速度領域
にあるか否かを判断する機能である。 The dangerous speed judgment 164 is a function that judges whether the current speed is in the dangerous speed region.
最適昇速率決定165は最大昇速率探索170
により探索された最大昇速率をガバナ10に設定
する機能をもつが、タービンの現在速度が危険速
度領域にある場合は昇速率を変更せず、前回の昇
速率で昇速を続行させる機能を有する。さらに本
機能は現在応力推定値が制限値以上となつた場合
は、最大昇速率の探索結果に関係なく速度を保持
するが、現在速度が危険速度領域にある場合は前
回と同一昇速率で昇速を続行させる。 Optimum acceleration rate determination 165 is maximum acceleration rate search 170
It has a function to set the maximum speed increase rate found by . Furthermore, if the current stress estimate exceeds the limit value, the speed will be maintained regardless of the search result for the maximum acceleration rate, but if the current speed is in the critical speed range, the speed will be increased at the same acceleration rate as before. Continue speed.
続く蒸気温度修正50に関しては次の負荷制御
系140の説明後に説明する。 The subsequent steam temperature correction 50 will be explained after the next explanation of the load control system 140.
昇速が完了し、遮断器16が閉じ、負荷併入さ
れると運転モードは速度制御系160から負荷制
御系140に移行される。 When the speed increase is completed, the circuit breaker 16 is closed, and a load is added, the operation mode is transferred from the speed control system 160 to the load control system 140.
負荷制御系140において現在応力推定141
はロータ応力の現在値を推定する機能である。こ
の機能は第1段後蒸気条件計算107、ロータ表
面熱伝達率計算108、ロータ温度分布計算10
9、ロータ熱応力計算110、ロータ応力計算1
11の各機能で構成されていて、これらは全て速
度制御系160と共用する機能である。 Current stress estimation 141 in load control system 140
is a function to estimate the current value of rotor stress. This function includes first stage steam condition calculation 107, rotor surface heat transfer coefficient calculation 108, rotor temperature distribution calculation 10
9. Rotor thermal stress calculation 110, Rotor stress calculation 1
It is composed of eleven functions, all of which are shared with the speed control system 160.
現在応力レベルチエツク142では推定した現
在応力が制限値以下であるか否かを判断する。こ
のとき応力が1箇でも制限値を越していれば負荷
を保持する。 In the current stress level check 142, it is determined whether the estimated current stress is below a limit value. At this time, if the stress exceeds the limit value at even one point, the load is maintained.
計算モード判断143では今回の計算が予測計
算に基づく最大負荷変化率の探索を実施する時期
か否かを判断し、この時期であれば最大負荷変化
率探索150に処理を渡し、否であればこの処理
機能をバイアスして次の最適負荷変化率決定14
4に処理を渡す。この場合、現在応力推定141
の処理周期はτ1であり、最大負荷変化率探索1
50の処理周期はτ2であり、τ2=nTτ1
(nT:整数)の関係にある。 In the calculation mode judgment 143, it is judged whether the current calculation is the time to search for the maximum load change rate based on the predicted calculation, and if this is the time, the process is passed to the maximum load change rate search 150; otherwise, Bias this processing function to determine the next optimal load change rate 14
Pass the processing to 4. In this case, the current stress estimation 141
The processing period is τ 1 , and the maximum load change rate search 1
The processing period of 50 is τ 2 , and τ 2 = n T τ 1
( nT : integer).
最大負荷変化率探索150は負荷変化率仮定1
51、応力予測152、予測応力レベルチエツク
153、予測時間到達判断154の各処理機能で
構成されている。さらに応力予測152は蒸気条
件予測106、第1段後蒸気条件計算107、ロ
ータ表面熱伝達率計算108、ロータ温度分布計
算109、ロータ熱応力計算110、ロータ応力
計算111の各処理機能で構成されていて、これ
らは全て速度制御系と共用する機能である。この
最大負荷変化率探索150は予め準備した負荷変
化率〔±L1、±L2、…………±LX…………±LP
(%/分)〕のうち、大きい順に負荷変化率仮定1
51で仮定し、この場合に発生する応力の将来値
を予測する。この最大負荷変化率の探索手順は前
述の最大昇速率探索手順と同様である。 Maximum load change rate search 150 is based on load change rate assumption 1
51, stress prediction 152, predicted stress level check 153, and predicted time arrival judgment 154. Furthermore, the stress prediction 152 is composed of the following processing functions: steam condition prediction 106, first stage post-steam condition calculation 107, rotor surface heat transfer coefficient calculation 108, rotor temperature distribution calculation 109, rotor thermal stress calculation 110, and rotor stress calculation 111. All of these functions are shared with the speed control system. This maximum load change rate search 150 is performed using load change rates prepared in advance [±L 1 , ±L 2 , ......±L X ......±L P
(%/min)], load change rate assumption 1 in descending order
51, and predict the future value of stress that will occur in this case. The procedure for searching for this maximum load change rate is similar to the procedure for searching for the maximum acceleration rate described above.
最適負荷変化率決定144は最大負荷変化率探
索150により探索された最大負荷変化率を
ALR7に設定する機能をもつが、主蒸気温度あ
るいは再熱蒸気温度が規定値以下の場合には負荷
保持のための信号すなわち負荷変化率零をALR
7に設定する。また本機能は現在応力推定値が制
限値以上となつた場合は最大負荷変化率探索結果
に関係なく負荷を保持させる機能をもつ。 The optimum load change rate determination 144 determines the maximum load change rate found by the maximum load change rate search 150.
It has a function to set ALR7, but if the main steam temperature or reheat steam temperature is below the specified value, the signal for load holding, that is, the load change rate of zero, is set to ALR.
Set to 7. This function also has the function of holding the load regardless of the maximum load change rate search result if the current stress estimate exceeds the limit value.
探索信号発生145はタービン起動時の負荷上
昇制御において、前記蒸気条件変化率学習104
での学習機能に柔軟性をもたせて負荷上昇を速や
かに行なうための機能である。 The search signal generation 145 is performed during the load increase control at the time of turbine startup.
This is a function to add flexibility to the learning function of the system and quickly increase the load.
次の蒸気温度修正50は昇速時と負荷運転時に
共通して作動する機能である。この機能は発生応
力すなわち応力現在値が制限値を越した場合、こ
の超過量に応じて、高圧タービンロータ応力に対
しては主蒸気温度を、中圧タービンロータ応力に
対しては再熱蒸気温度を一時的に下げるために、
それぞれ主蒸気温度修正指令113と再熱蒸気温
度修正指令114をボイラ制御系に与えるための
ものである。 The next steam temperature correction 50 is a function that operates in common during speed increase and load operation. This function controls the main steam temperature for high-pressure turbine rotor stress and the reheat steam temperature for intermediate-pressure turbine rotor stress, depending on the amount of stress generated, that is, the current stress value, which exceeds the limit value. In order to temporarily lower
These are for giving a main steam temperature modification command 113 and a reheat steam temperature modification command 114 to the boiler control system, respectively.
以上概説したように応力制限値決定102、予
測時間決定103、速度制御系160あるいは負
荷制御系140の各機能を周期τ1で動作させれ
ば、タービン起動および通常負荷運転の制御が実
行される。この繰返し動作はシステム停止判断1
12にシステム停止の要求があるまで続行され
る。 As outlined above, if each function of stress limit value determination 102, prediction time determination 103, speed control system 160, or load control system 140 is operated at a cycle of τ 1 , control of turbine startup and normal load operation is executed. . This repeated operation is system stop judgment 1
The process continues until a request is made to stop the system at 12.
次に上記各機能の詳細を順に追つて説明する。 Next, the details of each of the above functions will be explained in order.
まずロータの初期温度分布決定101について
第3図、第4図により説明する。第3図はラビリ
ンスパツキン部1のロータ40およびケーシング
41を軸方向からみた断面図である。ただし、中
圧タービンについてはケーシング41の代りに蒸
気室壁に着目するが、考え方は同じであるから、
ここでは高圧タービンに関してのみ説明する。 First, the determination 101 of the initial temperature distribution of the rotor will be explained with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a sectional view of the rotor 40 and casing 41 of the labyrinth packing portion 1 viewed from the axial direction. However, for the intermediate pressure turbine, we will focus on the steam chamber wall instead of the casing 41, but the concept is the same;
Only the high-pressure turbine will be described here.
いま第3図に示すTHCO,THCI,TS,Tb,T
j(j=1〜m)はそれぞれケーシング外壁メタ
ル温度、ケーシング内壁メタル温度、ロータ表面
温度、ロータボア温度、ロータをm個の仮想同軸
円筒状に分割した場合の各円筒の温度とする。ロ
ータの温度分布を実測することは困難であるが、
その初期値を精度良く求めることは急速起動及び
急速負荷変化を目的とする本システムにとつて特
に重要である。 T HCO , T HCI , T S , T b , T shown in FIG.
j (j=1 to m) is the casing outer wall metal temperature, the casing inner wall metal temperature, the rotor surface temperature, the rotor bore temperature, and the temperature of each cylinder when the rotor is divided into m virtual coaxial cylinders. Although it is difficult to actually measure the temperature distribution of the rotor,
Accurately determining the initial value is particularly important for this system, which aims at rapid startup and rapid load changes.
第4図はこの初期温度分布決定101の具体的
処理内容を示す。 FIG. 4 shows the specific processing contents of this initial temperature distribution determination 101.
本システムが動作開始すると、実測したケーシ
ング内外壁温度THCI,THCOから、ロータ内部の
半径方向の温度分布を推定する。この場合、T
S,Tbは
TS=THCI …………(1)
Tb=THCI+kT(THCO−THCI) …………(2)
とみなす。上式(2)のkTはタービンの形状で定ま
る定数である。内部の温度分布は、このTSとTb
を一次補間して求まる値とみなし、次式で表わさ
れる。 When this system starts operating, it estimates the radial temperature distribution inside the rotor from the actually measured casing inner and outer wall temperatures T HCI and T HCO . In this case, T
S and T b are considered as T S = T HCI …………(1) T b = T HCI +k T ( THCO − T HCI ) …………(2). k T in the above equation (2) is a constant determined by the shape of the turbine. The internal temperature distribution is T S and T b
is regarded as a value obtained by linear interpolation, and is expressed by the following equation.
Tj=TS−(TS−Tb)2j−1/2m …………(3)
また、同図中のBはロータ内部半径方向の温度
勾配の大小を示す変数である。勾配が大きい場合
には温度分布推定の誤差も大きくなる。ケーシン
グ内外壁温度差が規定値△Tよりも大きいときは
B=1、小さいときはB=0とする。また現在速
度Naが規定値NSよりも大きい場合は、温度差が
小さくとも推定誤差が大きくなる可能性があるた
めB=1とする。このBの値は次の処理機能であ
る応力制限値決定102にて参照するためのもの
である。T j =T S -(T S -T b )2j-1/2 m (3) In addition, B in the figure is a variable indicating the magnitude of the temperature gradient in the radial direction inside the rotor. If the gradient is large, the error in estimating the temperature distribution will also be large. When the temperature difference between the inner and outer walls of the casing is larger than the specified value ΔT, B=1, and when it is smaller, B=0. Furthermore, if the current speed N a is larger than the specified value N S , the estimation error may become large even if the temperature difference is small, so B=1. This value of B is for reference in the next processing function, stress limit value determination 102.
応力制限値決定102はロータ表面応力および
ボア応力に対する制限値を決定する機能である。
この機能を第5図を用いて説明する。 Stress limit value determination 102 is a function to determine limit values for rotor surface stress and bore stress.
This function will be explained using FIG.
いまタービンを時刻t1で起動したとする。t1に
おけるロータ初期温度分布の勾配が小さい場合、
即ちB=0の場合には応力制限値は、プラント運
転員から設定された値(ロータ表面に対しては、
±σLS、ロータボアに対しては±σLB)で一定と
する。しかし勾配が大きい場合、即ちB=1の場
合には応力制限値は初期温度分布の推定誤差を考
慮して第5図のごとく最大△σだけプラント運転
員から設定された値より差引いて安全を期す。こ
の△σとしては初期応力の推定誤差を補償するた
めに必要な値を選ぶ。温度分布の推定誤差は起動
後時間の経過と共に小さくなるため、△σは徐々
に小さくしてゆき時刻t2では△σ=0とする。 Suppose that the turbine is started at time t 1 . If the slope of the rotor initial temperature distribution at t 1 is small,
In other words, when B=0, the stress limit value is the value set by the plant operator (for the rotor surface,
±σ LS and ±σ LB for the rotor bore). However, when the slope is large, that is, when B = 1, the stress limit value is set by subtracting the maximum △σ from the value set by the plant operator, as shown in Figure 5, to ensure safety, taking into account the estimation error of the initial temperature distribution. I hope. As this Δσ, a value necessary to compensate for the estimation error of the initial stress is selected. Since the estimation error of the temperature distribution becomes smaller as time passes after startup, Δσ is gradually decreased until Δσ=0 at time t 2 .
次に予測時間決定103について説明する。予
測時間TPの決定で重要となるのが併入直後の再
熱蒸気温度TRHの挙動である。併入時にはボイラ
の燃料量がステツプ状に増加するため、第6図に
示すように特に再熱蒸気温度が急激に上昇し、主
蒸気温度TMSに対してほぼ一次遅れで追従する傾
向がある。そのため併入後は初負荷保持しても、
中圧タービンのロータ応力はしばらく上昇し続け
る可能性がある。したがつて併入前にはこの現象
を定量的に予測し、その結果発生する応力が制限
値を越さないことを確認した後、併入許可指令1
5を同期併入機能14に与えることにする。その
ためには同図に示すように、併入後に初負荷保持
したときの発生応力がピーク点を示す時点tPが
必要最短予測時間となり、最低この時点までは予
測しなければならない。このtPをボイラおよび
タービン動特性から求めると次式で表わすことが
できる。 Next, prediction time determination 103 will be explained. What is important in determining the predicted time T P is the behavior of the reheat steam temperature T RH immediately after the injection. At the time of merging, the amount of fuel in the boiler increases in steps, so the reheat steam temperature in particular rises rapidly, as shown in Figure 6, and tends to follow the main steam temperature T MS with almost a first-order lag. . Therefore, even if the initial load is maintained after joining,
Rotor stresses in intermediate-pressure turbines may continue to rise for some time. Therefore, before annexation, this phenomenon should be quantitatively predicted, and after confirming that the resulting stress does not exceed the limit value, annexation permission order 1.
5 will be given to the synchronous join function 14. To do this, as shown in the same figure, the shortest prediction time required is the time t P at which the stress generated when the initial load is held after insertion reaches its peak, and predictions must be made at least up to this point. When this t P is determined from the boiler and turbine dynamic characteristics, it can be expressed by the following equation.
tP=a loged/b TMSA−TRHA+c………
…(4)
ここに
a、b、c、d:定数
TMSA:主蒸気温度現在値
TRHA:再熱蒸気温度現在値
なお、
△TMR=TMSA−TRHA …………(5)
とおくと、△TMRに対するtPの関係は第7図に
示すようになる。t P =a log e d/b T MSA -T RHA +c……
…(4) Here, a, b, c, d: Constant T MSA : Current value of main steam temperature T RHA : Current value of reheat steam temperature In addition, △T MR = T MSA − T RHA …………(5) Then, the relationship between t P and ΔT MR is as shown in FIG.
併入後の予測時間について第8図を用いて説明
する。併入後の再熱蒸気温度の変化は併入前に予
測した動特性を示すものと考えられる。したがつ
て予測時間tPも第8図に示すように、併入直前
に決定した予測時間tPOを用いて、時間の経過と
共に減少させる。併入後tPOの時点では通常負荷
運転時と同じ予測時間tPLまで短縮する。 The predicted time after merging will be explained using FIG. 8. It is thought that the change in reheated steam temperature after incorporation shows the dynamic characteristics predicted before incorporation. Therefore, as shown in FIG. 8, the predicted time t P is also decreased as time passes, using the predicted time t PO determined immediately before merging. At time t PO after addition, the predicted time is reduced to t PL , which is the same as during normal load operation.
次に蒸気条件変化率学習104について説明す
る。ここで学習の対象とするのは速度あるいは負
荷の変化量に対する主蒸気温度TMS、主蒸気圧力
PMS、再熱蒸気温度TRHの3つの状態量の変化量
である。いずれも同様の方法で学習するから、第
9図では主蒸気温度の場合を例に説明する。ま
た、この学習方法は昇速時も全く同様の方法で行
なうが、ここでは負荷上昇時について説明する。
応力の高精度予測はタービン入口蒸気条件を高精
度に予測することから始まる。しかし、この蒸気
条件はタービンの運転状態と密接な関係にあり、
この相関性を動特性モデルとして一義的に表現す
ることは簡単でない。そこで第9図に示すように
現時点tと過去nτ1(n:整数)の間に変化し
た負荷△Lと主蒸気温度△TMSの比を変化率とし
て
△TMS/△L
=TMS(t)−TMS(t−nτ1)/L(t)−
L(t−nτ1)……(6)
のように学習する。これにより任意の負荷変化率
に対する主蒸気温度の変化率を予測することがで
きる。 Next, the steam condition change rate learning 104 will be explained. What is studied here is the amount of change in three state quantities: main steam temperature T MS , main steam pressure P MS , and reheat steam temperature T RH with respect to the amount of change in speed or load. Since both methods are learned in the same way, the case of main steam temperature will be explained as an example in FIG. 9. Further, this learning method is carried out in exactly the same manner when the speed is increased, but here, the case when the load is increased will be explained.
Accurate stress prediction begins with highly accurate prediction of turbine inlet steam conditions. However, this steam condition is closely related to the operating status of the turbine.
It is not easy to uniquely express this correlation as a dynamic characteristic model. Therefore, as shown in Fig. 9, the ratio of the load △L and the main steam temperature △T MS that changed between the current time t and the past nτ 1 (n: integer) is defined as the rate of change, △T MS /△L = T MS ( t)-T MS (t-nτ 1 )/L(t)-
L(t-nτ 1 )...(6) is learned. This makes it possible to predict the rate of change in main steam temperature for any rate of load change.
次に遮断器16がOFFの状態にある場合、す
なわち速度制御系160の各処理機能について具
体的に説明する。 Next, each processing function of the speed control system 160 when the circuit breaker 16 is in the OFF state will be specifically explained.
まず現在応力推定161について説明する。こ
の処理機能は前述のように、負荷制御系でも共用
する第1段後蒸気条件計算107、ロータ表面熱
伝達率計算108、ロータ温度分布計算109、
ロータ熱応力計算110、ロータ応力計算111
の各処理機能から構成されている。以下順を追つ
て説明する。 First, the current stress estimation 161 will be explained. As mentioned above, this processing function includes the first stage post-steam condition calculation 107, rotor surface heat transfer coefficient calculation 108, rotor temperature distribution calculation 109, which is also used in the load control system.
Rotor thermal stress calculation 110, rotor stress calculation 111
It consists of each processing function. A step-by-step explanation will be given below.
第1段後蒸気条件計算107は任意の主蒸気条
件およびタービン速度、昇速率、負荷および再熱
蒸気温度から高圧および中圧タービンの第1段後
蒸気温度、圧力を計算する機能である。昇速時お
よび低負荷時など蒸気流量の小さい運転状態では
高圧および中圧タービンの第1段後蒸気温度、圧
力を高精度で測定することは困難である。また実
測値に頼つていては精度の高い予測は望めない。
第10図はこれを解決するためにボイラ発生蒸気
条件とタービンの運転状態から一義的に推定する
ための計算手順を示す。この推定方法は、主蒸気
温度TMS、圧力PMS、再熱蒸気温度TRH、速度
N、昇速率N〓、負荷Lを入力変数とすることによ
り、起動から通常負荷運転まで一貫して使用でき
る。ただし、中圧タービン第1段後蒸気温度は安
全のために第1段による温度降下はないものとし
て再熱蒸気温度の実測値とする。なお第10図で
使用している記号の意味は次の通りである。 The first-stage post-steam condition calculation 107 is a function that calculates the first-stage post-steam temperature and pressure of the high-pressure and intermediate-pressure turbines from arbitrary main steam conditions, turbine speed, speed increase rate, load, and reheat steam temperature. It is difficult to measure the steam temperature and pressure after the first stage of high-pressure and intermediate-pressure turbines with high accuracy in operating conditions where the steam flow rate is small, such as during speed increase and low load. Also, if you rely on actual measurements, you cannot expect highly accurate predictions.
FIG. 10 shows a calculation procedure for uniquely estimating from the steam conditions generated by the boiler and the operating state of the turbine to solve this problem. This estimation method can be used consistently from startup to normal load operation by using main steam temperature T MS , pressure P MS , reheat steam temperature T RH , speed N, speed increase rate N〓, and load L as input variables. can. However, for safety reasons, the steam temperature after the first stage of the intermediate pressure turbine is assumed to be the actual value of the reheated steam temperature assuming that there is no temperature drop due to the first stage. The meanings of the symbols used in FIG. 10 are as follows.
N:速度(rpm)
NO:定格速度(rpm)
N〓:昇速率(rpm/分)
L:負荷(%)
L′:定格蒸気条件下での等価負荷(%)
L1:全周噴射と混合噴射の境界負荷(%)
L2:部分噴射と混合噴射の境界負荷(%)
TMS:主蒸気温度(℃)
TRH:再熱蒸気温度(℃)
TMSR:定格主蒸気温度(℃)
T1′:L′に対する高圧タービン第1段後蒸気温度
(℃)
△T0:主蒸気温度と高圧タービンボウル内蒸気
温度との温度落差(℃)
△TR0:定格蒸気条件での△T0(℃)
TH1:高圧タービン第1段後蒸気温度(℃)
TI1:中圧タービン第1段後蒸気温度(℃)
PMS:主蒸気圧力(ata)
PI0:無負荷運転相当の高圧タービン第1段後蒸
気圧力(ata)
PH1R:定格負荷時高圧タービン第1段後蒸気圧
力(ata)
PI1R:定格負荷時中圧タービン第1段後蒸気圧
力(ata)
PH1:高圧タービン第1段後蒸気圧力(ata)
PI1:中圧タービン第1段後蒸気圧力(ata)
K1:加減弁絞り率(部分噴射時は常にK1=0と
する)
K2:高圧タービン第1段落による減温係数
KNL:定格速度時無負荷損失相当の高圧タービン
第1段後蒸気圧力(ata)
KAC:加速相当の高圧タービン第1段後蒸気圧力
(ata/(rpm)2/分)
k:無負荷損失指数
ロータ表面熱伝達計算108の処理内容は第1
1図に示すように、第1段後ラビリンスパツキン
部1を洩れる蒸気からの乱流熱伝達に着目する。
ただし、第11図では高圧タービンについて示し
たが、中圧タービンについても同様の手順で熱伝
達率を求める。本図で使用している記号の意味は
次の通りである。N: Speed (rpm) N O : Rated speed (rpm) N〓: Speed increase rate (rpm/min) L: Load (%) L': Equivalent load under rated steam conditions (%) L 1 : All-round injection and mixed injection boundary load (%) L 2 : Boundary load (%) between partial injection and mixed injection T MS : Main steam temperature (°C) T RH : Reheat steam temperature (°C) T MSR : Rated main steam temperature ( ℃) T 1 ′: Steam temperature after the first stage of the high-pressure turbine relative to L′ (℃) △T 0 : Temperature drop between the main steam temperature and the steam temperature in the high-pressure turbine bowl (℃) △T R0 : Temperature drop at the rated steam condition △T 0 (°C) T H1 : Steam temperature after the first stage of the high pressure turbine (°C) T I1 : Steam temperature after the first stage of the intermediate pressure turbine (°C) P MS : Main steam pressure (ata) P I0 : No-load operation Equivalent steam pressure after the first stage of the high pressure turbine (ata) P H1R : Steam pressure after the first stage of the high pressure turbine at rated load (ata) P I1R : Steam pressure after the first stage of the intermediate pressure turbine at rated load (ata) P H1 : Steam pressure after the first stage of the high pressure turbine (ata) P I1 : Steam pressure after the first stage of the intermediate pressure turbine (ata) K 1 : Control valve throttling rate (k 1 = 0 at all times during partial injection) K 2 : Temperature reduction coefficient due to the first stage of the high-pressure turbine K NL : Steam pressure after the first stage of the high-pressure turbine equivalent to no-load loss at rated speed (ata) K AC : Steam pressure after the first stage of the high-pressure turbine equivalent to acceleration (ata/(rpm) ) 2 /min) k: No-load loss index The processing contents of rotor surface heat transfer calculation 108 are as follows.
As shown in Figure 1, we will focus on turbulent heat transfer from steam leaking through the labyrinth packing section 1 after the first stage.
However, although FIG. 11 shows the high-pressure turbine, the heat transfer coefficient is also determined using the same procedure for the intermediate-pressure turbine. The meanings of the symbols used in this figure are as follows.
N:速度(rpm)
TH1:高圧タービン第1段後蒸気温度(℃)
PH1:高圧タービン第1段後蒸気圧力(ata)
λ1ST:高圧タービン第1段後蒸気熱伝導率(kca
l/m・℃・sec)
ν1ST:高圧タービン第1段後蒸気動粘性係数
(m2/sec)
γ1ST:高圧タービン第1段後蒸気比重量(Kg/
m3)
FSL:ラビリンスパツキン部洩れ流量(Kg/sec)
FSLV:ラビリンスパツキン部体積洩れ流量(m3/
sec)
UAX:ラビリンスパツキン部軸方向洩れ流速
(m/sec)
URD:ラビリンスパツキン部ロータ表面速度
(m/sec)
U:ラビリンスパツキン部合成洩れ流速(m/se
c)
Re:レイノルズ数
Nu:ヌツセルト数
K:ロータ表面熱伝達率(kcal/m2・℃・sec)
K0:タービンの形状で決まる定数
δ:ラビリンスパツキンの間隙(m)
d:ロータ表面直径(m)
Z:ラビリンスパツキンのフイン数
A:ラビリンスパツキンの間隙面積(m2)
rS:ロータ表面半径(m)
PH2:高圧タービン第2段後圧力(ata)
ただし、第11図において第1段後と第2段後
の圧力比(P2/P1)はタービンの運転状態すなわ
ち速度、昇速率、負荷が変化しても、ほぼ一定と
みなして得るから、実際には定数として計算す
る。N: Speed (rpm) T H1 : Steam temperature after the first stage of the high pressure turbine (℃) P H1 : Steam pressure after the first stage of the high pressure turbine (ata) λ 1ST : Steam thermal conductivity after the first stage of the high pressure turbine (kca)
l/m・℃・sec) ν 1ST : Steam kinematic viscosity coefficient after the first stage of the high-pressure turbine (m 2 /sec) γ 1ST : Specific weight of the steam after the first stage of the high-pressure turbine (Kg/
m 3 ) F SL : Labyrinth packing part leakage flow rate (Kg/sec) F SLV : Labyrinth packing part volumetric leakage flow rate (m 3 /
sec) U AX : Axial leakage flow velocity at the labyrinth seal (m/sec) U RD : Rotor surface speed at the labyrinth seal (m/sec) U: Synthetic leakage flow velocity at the labyrinth seal (m/sec)
c) R e : Reynolds number N u : Nutsselt number K : Rotor surface heat transfer coefficient (kcal/m 2・℃・sec) K 0 : Constant determined by turbine shape δ : Gap between labyrinth packing (m) d : Rotor Surface diameter (m) Z: Number of fins of labyrinth packing A: Gap area of labyrinth packing (m 2 ) r S : Rotor surface radius (m) P H2 : Pressure after second stage of high pressure turbine (ata) However, Fig. 11 The pressure ratio (P 2 /P 1 ) after the first stage and after the second stage is obtained by assuming that it is almost constant even if the operating state of the turbine, that is, the speed, acceleration rate, and load change, so it is actually a constant. Calculate as.
次に、ロータ温度分布計算109について第1
2図を用いて説明する。ロータ内部の熱移動は半
径方向のみからなる一次元流とみなしうるから、
第12図に示すようにロータをm個の仮想円筒に
分割し、各円筒間の熱収支に着目して温度分布を
求める。熱収支計算の前間刻み幅をτ1とすると
Qf、Sはτ1間に蒸気からロータ表面へ伝達され
る熱量、QS、1はロータ表面から最外層の円筒中
心部へ伝達される熱量、Qj、j+1はj番目の円筒
からj+1番目の円筒に伝導される熱量である。
ただし、ボアにおいては断熱状態であるから常に
Qn、n+1=0となる。いま、現在時刻をtとする
と時刻t−τ1からtまでのτ1間に各円筒間で
生ずる熱移動量は、それぞれ次のように表わされ
る。 Next, regarding the rotor temperature distribution calculation 109, the first
This will be explained using Figure 2. Since heat transfer inside the rotor can be considered as a one-dimensional flow consisting only of the radial direction,
As shown in FIG. 12, the rotor is divided into m virtual cylinders, and the temperature distribution is determined by focusing on the heat balance between each cylinder. If the step width for heat balance calculation is τ 1 , then Q f , S is the amount of heat transferred from the steam to the rotor surface during τ 1 , and Q S , 1 is the amount of heat transferred from the rotor surface to the outermost cylinder center. The amount of heat, Q j , j+1 is the amount of heat conducted from the j-th cylinder to the j+1-th cylinder.
However, since the bore is in an adiabatic state, Q n and n+1 are always 0. Now, assuming that the current time is t, the amount of heat transfer that occurs between each cylinder during τ 1 from time t-τ 1 to t is expressed as follows.
Qf、S(t)=2πrSK(t)(TH1(t)−TS(t−τ1))τ1 …………(7)
QS、1(t)=2π(rS+3/4△r)λMTS(t−τ1)−T1(t−τ1)/△r/2τ1…………
(8)
Q1、2(t)=2πr2λMT1(t−τ1)−T2(t−τ1)/△rτ1 …………(9)
Qj、j+1(t)=2πrj+1λMTj(t−τ1)−Tj+1(t−τ1)/△rτ1 …………(10)
Qn、n+1(t)=0 …………(11)
ここでλMはロータ材の熱伝導率である。 Q f , S (t) = 2πr S K (t) (T H1 (t) - T S (t - τ 1 )) τ 1 ...... (7) Q S , 1 (t) = 2π (r S +3/4△r)λ M T S (t-τ 1 )-T 1 (t-τ 1 )/△r/2τ 1 ......
(8) Q 1 , 2 (t)=2πr 2 λ M T 1 (t−τ 1 )−T 2 (t−τ 1 )/△rτ 1 ………(9) Q j , j+1 ( t)=2πr j+1 λ M T j (t−τ 1 )−T j+1 (t−τ 1 )/△rτ 1 ………(10) Q n , n+1 (t)=0…… ...(11) Here, λ M is the thermal conductivity of the rotor material.
Qf、S(t)=QS、1(t)の関係からTS(t
−τ)は次式で表わされる。 From the relationship Q f , S (t)=Q S , 1 (t), T S (t
−τ) is expressed by the following equation.
TS(t−τ1)
=r′T1(t−τ1)+2rSW(t)TH1(t
)/r+2rSW(t)…………(12)
ここでr′=4r2+3△r
W(t)=△rK(t)/λM
j番目の円筒に蓄積される熱量△Qj(t)は
△Qj(t)=Qj-1、j(t)−Qj、j+1(t)
…………(13)
と表わされるからj番目の円筒の温度Tjは次式
で表わされる。T S (t-τ 1 ) = r'T 1 (t-τ 1 )+2r S W (t) T H1 (t
)/r+2r S W(t)…………(12) Here, r'=4r 2 +3△r W(t)=△rK(t)/λ M Amount of heat accumulated in the j-th cylinder △Q j (t) is △Q j (t)=Q j-1 , j (t)-Q j , j+1 (t)
......(13) Therefore, the temperature T j of the j-th cylinder is expressed by the following equation.
Tj(t)=Tj(t−τ1)
+△Qj(t)/vjρMcM …………(14)
ここで
vj:j番目の中筒の単位長当りの体積
ρM:ロータ材の密度
cM:ロータ材の比較
また、ロータボア温度Tb(t)は温度分布を
2次式で近似することにより次式で表わされる。T j (t)=T j (t-τ 1 ) +△Q j (t)/v j ρ M c M …………(14) where v j :J-th middle cylinder per unit length Volume ρ M : Density of rotor material c M : Comparison of rotor materials Further, the rotor bore temperature T b (t) is expressed by the following equation by approximating the temperature distribution by a quadratic equation.
Tb(t)=1/8(9Tn(t)−Tn-1(t))………
…
(15)
以上述べた本処理機能の詳細手順を示すのが第
13図である。T b (t) = 1/8 (9T n (t) - T n-1 (t))...
(15) FIG. 13 shows the detailed procedure of this processing function described above.
次にロータ熱応力計算110について説明す
る。 Next, rotor thermal stress calculation 110 will be explained.
ロータの熱応力すなわちロータ表面熱応力σST
およびロータボア熱応力σBTは、前述のロータ温
度分布計算109により得られた温度分布をもと
に、次式で表わされる。 Rotor thermal stress, i.e. rotor surface thermal stress σ ST
The rotor bore thermal stress σ BT is expressed by the following equation based on the temperature distribution obtained by the rotor temperature distribution calculation 109 described above.
σST=Eα/1−ν(TM−TS)…………(16)
σBT=Eα/1−ν(TM−Tb)…………(17)
ここで
E:ロータ材のヤング率
α:ロータ材の線膨張率
ν:ロータ材のポアソン比
TS:ロータ表面温度
Tb:ロータボア温度
TM:ロータ体積平均温度
なお、ロータ体積平均温度TMは次式で表わさ
れる。σ ST =Eα/1−ν(T M −T S )…………(16) σ BT =Eα/1−ν(T M −T b )…………(17) Here, E: Rotor material Young's modulus α: Coefficient of linear expansion of rotor material ν: Poisson's ratio of rotor material T S : Rotor surface temperature T b : Rotor bore temperature T M : Rotor volume average temperature Note that the rotor volume average temperature T M is expressed by the following formula. .
次に、遠心応力も考慮したロータ応力計算11
1について説明する。遠心応力はタービン速度N
の自乗に比例するから、定格速度をN0、定格速
度時のボア遠心応力をσBCRとすると、速度Nの
ときにボアに働く遠心応力σBCは次式で表わされ
る。 Next, rotor stress calculation 11 considering centrifugal stress
1 will be explained. The centrifugal stress is the turbine speed N
Since it is proportional to the square of , if the rated speed is N 0 and the bore centrifugal stress at the rated speed is σ BCR , the centrifugal stress σ BC acting on the bore at the speed N is expressed by the following equation.
σBC=σBCR(N/N0)2 …………(19)
したがつてボア応力σBは
σB=σBT+σBC …………(20)
となる。なお、ロータ表面においては表面形状に
よる応力集中があり、熱応力の作用方向が軸方向
となる。遠心応力が円周方向であることを考える
と両者は互に直角方向に作用する。したがつて、
ロータ表面応力については寿命消費が問題となる
熱応力のみを考慮すればよく、ロータ表面応力σ
Sは
σS=σST …………(21)
となる。 σ BC =σ BCR (N/N 0 ) 2 ………(19) Therefore, the bore stress σ B is σ B =σ BT +σ BC ………(20). Note that stress concentration occurs on the rotor surface due to the surface shape, and the direction of action of thermal stress is the axial direction. Considering that the centrifugal stress is in the circumferential direction, both act in directions perpendicular to each other. Therefore,
Regarding the rotor surface stress, it is only necessary to consider the thermal stress for which life consumption is a problem, and the rotor surface stress σ
S is σ S =σ ST …………(21).
以上で現在応力推定161に関する説明は完了
したことになる。 This completes the explanation regarding the current stress estimation 161.
次の現在応力レベルチエツク162は、上記の
σS、σBが前述の応力制限値決定102で設定さ
れた応力制限値を上まわつているか否かを判定す
る機能である。 The next current stress level check 162 is a function of determining whether or not the above-mentioned σ S and σ B exceed the stress limit value set in the stress limit value determination 102 described above.
次の計算モード判断163は、今回の計算は予
測計算に基づく最大昇速率の探索を実施する時期
か否かを判定する機能である。即ちn回に一度の
割で予測計算を行なうように指定した場合は、n
回のうちn−1回は最大昇速率探索170をバイ
パスさせる働きを本処理機能163はもつ。 The next calculation mode determination 163 is a function of determining whether or not the current calculation is the time to perform a search for the maximum acceleration rate based on the predicted calculation. In other words, if you specify to perform predictive calculation once every n times,
This processing function 163 has the function of bypassing the maximum acceleration rate search 170 n-1 times out of the times.
次に最大昇速率探索170について説明する。
この処理機能は現在時刻を基準として、予測時間
決定103で決定された予測時間tP後までのロ
ータ表面およびロータボアに発生する応力を時間
刻み幅(τ1)で予測してゆき、その都度、応力
制限値と比較し、この間の応力が制限値を越えな
い最大の昇速率を探索する機能である。ここでい
う昇速率とは昇速率仮定171により、予め準備
された複数個の昇速率の中から選択されるもので
ある。この複数個の昇速率は昇速率仮定171に
より、大きい方から順番に応力予測172に渡さ
れる。この応力予測172の処理機能により、ま
ず現在時刻よりτ1後のロータ表面およびボアの
応力を予測し、予測応力レベルチエツク173で
応力制限値と比較される。ここでの比較結果、両
者の応力が制限値以下であれば応力予測172に
もどり、更にτ1後の応力を予測する。このよう
にして、ある昇速率仮定値NXに対してτ1間隔
でtP後まで応力を予測し、制限値と比較してゆ
くが、もしロータ表面応力あるいはボア応力のど
ちらかが制限値を越した場合には、処理を昇速率
仮定171にもどし、昇速率仮定値を変更し、同
様に応力を予測する。この場合、昇速率の仮定は
大きい順になされ、予測時間到達判断174では
昇速率仮定値に対する応力予測値が全予測期間t
Pに渡つて制限値を越さない場合には、このとき
の仮定した昇速率を最大昇速率として決定し、探
索を完了する。全ての昇速率仮定値に対して、応
力が制限値を越す場合は昇速率零を最大昇速率探
索結果とする。なお、応力予測172の処理内容
は前述の現在応力推定161のそれに準じたもの
である。異なる点はタービン入口蒸気条件とし
て、現在値でなく予測値を用いる点、速度は現在
値でなく昇速率仮定値に対応して予測値を用いて
いる点である。このタービン入口蒸気条件を予測
するためには、第9図および(6)式で説明したよう
に負荷変化量に対する蒸気条件の変化量の比を学
習した結果を利用する。すなわち昇速率を仮定値
NXに対する主蒸気温度の時間変化率を求めると
次式で表わされる。 Next, the maximum acceleration rate search 170 will be explained.
This processing function uses the current time as a reference to predict the stress that will occur on the rotor surface and rotor bore until after the prediction time t P determined in the prediction time determination 103 in time steps (τ 1 ), and each time, This function compares the stress limit value and searches for the maximum acceleration rate at which the stress during this period does not exceed the limit value. The acceleration rate here is selected from a plurality of acceleration rates prepared in advance based on the acceleration rate assumption 171. The plurality of acceleration rates are passed to the stress prediction 172 in order from the largest one based on the acceleration rate assumption 171. The processing function of this stress prediction 172 first predicts the stress on the rotor surface and bore after τ 1 from the current time, and the predicted stress level check 173 compares it with the stress limit value. As a result of this comparison, if both stresses are less than the limit value, the process returns to stress prediction 172 and further predicts the stress after τ1 . In this way, stress is predicted at intervals of τ until after t P for a given acceleration rate assumption N If the value is exceeded, the process is returned to the acceleration rate assumption 171, the assumed acceleration rate value is changed, and stress is similarly predicted. In this case, the assumption of the acceleration rate is made in ascending order, and in the predicted time arrival judgment 174, the stress predicted value for the assumed acceleration rate value is
If the limit value is not exceeded over P , the assumed acceleration rate at this time is determined as the maximum acceleration rate, and the search is completed. If the stress exceeds the limit value for all the assumed values of the acceleration rate, the acceleration rate is set to zero as the maximum acceleration rate search result. Note that the processing content of the stress prediction 172 is similar to that of the current stress estimation 161 described above. The difference is that the turbine inlet steam condition uses a predicted value instead of the current value, and the speed uses the predicted value corresponding to the assumed speed increase rate instead of the current value. In order to predict this turbine inlet steam condition, the result of learning the ratio of the amount of change in steam condition to the amount of load change is used, as explained in FIG. 9 and equation (6). In other words, the rate of change over time of the main steam temperature with respect to the assumed value NX of the speed increase rate is expressed by the following equation.
(dTMS/dt)NX=△TMS/△NN〓X=TMS(t)−TMS(t−nτ1)/N(t)−N(t−n
τ1)N〓X(22)
危険速度判断164は現在のタービン速度が危
険速度領域にあるか否かを判断する機能であり、
この判断結果は次の最適昇速率決定165におい
て重要な意味をもつ。なお、この最適昇速率決定
165については既に述べたとおりである。 (dT MS / dt ) NX = △T MS / △ NN〓
τ 1 ) N 〓
This judgment result has an important meaning in the next optimum acceleration rate determination 165. Note that this optimum acceleration rate determination 165 has already been described.
以上説明したように、最適昇速率の設定はnτ
1毎にガバナ10に対してなされるが、応力の現
在値は周期τ1で監視し、これが制限値を越した
場合は速度保持が行なわれるため、予測時には考
慮されなかつた外乱等によるタービン入口蒸気条
件の変動に対しても、タービン昇速制御は安全に
行なわれる。 As explained above, the setting of the optimal acceleration rate is nτ
However, the current value of the stress is monitored every 1 period τ 1 , and if this value exceeds the limit value, the speed is maintained, so the turbine inlet may be affected by disturbances etc. that were not taken into account at the time of prediction. Turbine speed increase control is performed safely even when steam conditions fluctuate.
次に遮断器16がONの状態にある場合、すな
わち負荷制御系140の各処理機能について具体
的に説明する。 Next, each processing function of the load control system 140 when the circuit breaker 16 is in the ON state will be specifically explained.
負荷制御系140において現在応力推定14
1、現在応力レベルチエツク142、計算モード
判断143、最大負荷変化率探索150の各処理
方法は基本的には速度制御系160のそれぞれの
処理機能161,162,163,170と同様
である。ただ、速度制御系140では昇速率が最
大値探索の対象となるのに対し、負荷制御系16
0では負荷変化率が最大値探索の対象となるだけ
のちがいである。 Current stress estimation 14 in load control system 140
1. The processing methods of current stress level check 142, calculation mode judgment 143, and maximum load change rate search 150 are basically the same as the respective processing functions 161, 162, 163, and 170 of the speed control system 160. However, while the speed control system 140 searches for the maximum speed increase rate, the load control system 16
When the value is 0, the only difference is that the load change rate is the target of the maximum value search.
最大負荷変化率探索150における負荷変化率
仮定151は、負荷要求LRが現在負荷に対して
負荷上昇要求であれば、予め準備した複数の負荷
変化率のうち大きなものから順に仮定し、逆に負
荷降下要求であれば、小さな(負の変化率が大き
な)のものから順に仮定してゆく。 The load change rate assumption 151 in the maximum load change rate search 150 is such that if the load request L R is a load increase request for the current load, it is assumed in descending order of the load change rates prepared in advance, and vice versa. If it is a load drop request, the requests are assumed in descending order of magnitude (larger negative rate of change).
次に最適負荷変化率決定144によいて説明す
る。本処理機能144は次の2つの機能を有して
いる。1つは最大負荷変化率探索150でτ1の
周期で探索された負荷変化率をALR7に設定
し、これを修正してゆき、もしnτ1間の途中で
現在応力が応力制限値を越した場合は直に負荷保
持する機能であり、いま1つは、主蒸気条件に応
じて負荷に上限を設ける負荷制限機能は主蒸気温
度あるいは再熱蒸気温度が低い状態で大きな負荷
をとつた場合の低圧タービン最終段ブレードのエ
ロージヨンを防止するための機能である。この負
荷制限方法は第14図、第15図に示すように、
低圧タービン最終段湿り度の制限値より、主蒸気
温度および再熱蒸気温度の下限値を求め、この両
制限値を満足できなければ負荷を保持する方法で
ある。すなわち、第14図は主蒸気温度による負
荷制限であり、主蒸気圧力PMSにみあつた下限値
TMSL以上の主蒸気温度がなければ負荷保持をす
る。また第15図は再熱蒸気温度による負荷制限
であり、負荷Lにみあつた下限値TPHL以上の再
熱蒸気温度がなければ負荷保持をする。 Next, the optimum load change rate determination 144 will be explained. This processing function 144 has the following two functions. One is to set the load change rate searched at a cycle of τ 1 in the maximum load change rate search 150 in ALR7, and modify this, and if the current stress exceeds the stress limit value during nτ 1 . Another is the load limiting function, which sets an upper limit on the load depending on the main steam conditions, when a large load is applied when the main steam temperature or reheat steam temperature is low. This function is to prevent erosion of the final stage blades of the low pressure turbine. This load limiting method is as shown in Figures 14 and 15.
In this method, the lower limit values of the main steam temperature and the reheat steam temperature are determined from the limit value of the final stage humidity of the low-pressure turbine, and if both limit values cannot be satisfied, the load is maintained. That is, FIG. 14 shows the load limitation based on the main steam temperature, and the load is maintained unless the main steam temperature exceeds the lower limit T MSL that meets the main steam pressure P MS . Further, Fig. 15 shows load limitation based on the reheat steam temperature, and if there is no reheat steam temperature equal to or higher than the lower limit value T PHL that meets the load L, the load is maintained.
次に探索信号発生145について説明する。蒸
気条件変化率予測方法としては、第9図および(6)
式に示すような方法で蒸気条件変化率を学習し、
これに基づき将来値を予測する方法をとつてい
る。しかし、ボイラに何らかの外乱が入り、蒸気
条件が急上昇した場合には(6)式から明らかなよう
に、蒸気条件の変化率を正常時よりも大きく学習
し、記憶することになる。このような場合には、
応力を実際よりも大きく予測することになり、実
際の応力が制限値に対して十分小さいにもかかわ
らず、長時間負荷保持現象を生じ、負荷上昇が不
可能となる恐れがある。探索信号発生145は、
この現象を防止する機能である。この具体的方法
は第16図に示すような探索信号△LEXを負荷に
重畳させて、その時の蒸気条件の変化を(6)式と同
様に学習する。この場合、探索信号により新たに
学習した変化率(△TMS/△LEX)により、既に
学習している変化率(△TMS/△L)を修正す
る。その修正方法は次式で示されるように重み係
数βを用いる。 Next, search signal generation 145 will be explained. As a method for predicting the rate of change in steam conditions, see Figure 9 and (6).
Learn the rate of change in steam conditions using the method shown in the formula,
Based on this, a method is used to predict future values. However, if some kind of disturbance occurs in the boiler and the steam conditions suddenly rise, as is clear from equation (6), the rate of change in the steam conditions will be learned and stored at a greater rate than in normal times. In such a case,
The stress will be predicted to be larger than the actual stress, and even though the actual stress is sufficiently smaller than the limit value, a long-term load retention phenomenon may occur, and there is a risk that the load cannot be increased. The search signal generation 145 is
This function prevents this phenomenon. In this specific method, a search signal ΔL EX as shown in FIG. 16 is superimposed on the load, and changes in steam conditions at that time are learned in the same manner as in equation (6). In this case, the already learned rate of change (ΔT MS /ΔL) is corrected by the newly learned rate of change (ΔT MS /ΔL EX ) using the search signal. The correction method uses a weighting coefficient β as shown in the following equation.
△TMS/△L≡β(△TMS/△LEX)+(1−β
)(△TMS/△L)(23)
次に、この探索信号△LEXは最大負荷変化率探
索周期nτ1と同じ周期で発生させるが、その変
化率
LEXR=△LEX/τ1 …………(24)
は次のようにして決定し、ALR7に設定する。
いま、高・中圧タービンのロータ表面およびボア
の現在圧力を制限値で正規化した値のうち、絶対
値が最大となるものをσMNと定義する。すなわち
次式で表わされる。△ TMS /△L≡β(△ TMS /△ LEX )+(1-β
) (△T MS /△L) (23) Next, this search signal △L EX is generated at the same period as the maximum load change rate search period nτ 1 , but the change rate L EXR = △L EX / τ 1 ......(24) is determined as follows and set in ALR7.
Now, among the values obtained by normalizing the current pressure on the rotor surface and bore of the high/intermediate pressure turbine by the limit value, the value with the maximum absolute value is defined as σ MN . That is, it is expressed by the following equation.
σMN≡MaX(|σHS/σLS|、|σIS/σLS|、|σHB/σLB|、|σIB/σLB|) (25)
ここに
σLS:ロータ表面応力制限値
σLB:ロータボア応力制限値
σHS:高圧タービンロータ表面応力
σIS:中圧タービンロータ表面応力
σHB:高圧タービンロータボア応力
σIB:中圧タービンロータボア応力
このσMNに応じて、第17図に示すような探索
信号の変化率LEXRを決定する。 σ MN ≡M aX (|σ HS /σ LS |, |σ IS /σ LS |, |σ HB /σ LB |, |σ IB /σ LB |) (25) Here, σ LS : Rotor surface stress limit Value σ LB : Rotor bore stress limit value σ HS : High pressure turbine rotor surface stress σ IS : Intermediate pressure turbine rotor surface stress σ HB : High pressure turbine rotor bore stress σ IB : Intermediate pressure turbine rotor bore stress Depending on this σ MN , The rate of change L EXR of the search signal as shown in FIG. 17 is determined.
蒸気条件変化率学習104では、上記のように
探索信号による学習値修正機能をもつているが、
それ以外に、学習値を時間の経過とつれて忘れて
ゆく、いわゆる忘却特性を持たせている。すなわ
ち、新たに学習が行なわれるまでは次式で示す忘
却特性に従つて、蒸気条件の学習値は忘却され
る。 The steam condition change rate learning 104 has a learned value correction function using a search signal as described above;
In addition, it has a so-called forgetting property, which means that the learned value is forgotten over time. That is, until new learning is performed, the learned value of the steam condition is forgotten according to the forgetting characteristic shown by the following equation.
△TMS/△N≡(1−τ1/τF)(△TMS/△N
)……(26)
△TMS/△L≡(1−τ1/τF)(△TMS/△L
)……(27)
(26)(27)式に従つて、周期τ1で学習結果
を修正してゆけば、時定数τFをもつた忘却特性
となる。△T MS /△N≡ (1-τ 1 /τ F ) (△T MS /△N
)……(26) △T MS /△L≡(1-τ 1 /τ F ) (△T MS /△L
)...(27) If the learning results are corrected at a period of τ 1 according to equations (26) and (27), a forgetting characteristic with a time constant τ F is obtained.
タービン起動時の併入後から低負荷域までは、
負荷上昇に対するタービン入口蒸気条件の応答、
特に再熱蒸気温度の昇温特性が大きく変化する。
具体的には昇温の時定数が大きく変化する。この
ような場合にも蒸気条件変化率の学習機能を効果
的に利用するには、操作周期すなわち最適負荷変
化率のALRへの設定周期を時定数の変化に対応
させて、修正する必要がある。これを実現するた
めに負荷制御系140の計算モード判断143に
第18図に示す機能をもたせる。すなわち、低負
荷域では最大負荷変化率探索周期をnτ1よりも
大きくすることにより、大きな時定数をもつ蒸気
条件の応答を確実に学習した後、最大負荷変化率
探索150を動作させる方法である。 From the time of joining at turbine startup to the low load range,
Response of turbine inlet steam conditions to load increase;
In particular, the temperature increase characteristics of the reheat steam temperature change significantly.
Specifically, the time constant of temperature rise changes significantly. In order to effectively utilize the steam condition change rate learning function in such cases, it is necessary to modify the operating cycle, that is, the setting cycle of the optimal load change rate for ALR, in response to changes in the time constant. . In order to realize this, the calculation mode determination 143 of the load control system 140 is provided with the function shown in FIG. That is, in a low load region, the maximum load change rate search period is made larger than nτ 1 to ensure that the response of steam conditions with a large time constant is learned, and then the maximum load change rate search 150 is operated. .
次に第19図、第20図を用いて蒸気温度修正
50について説明する。第19図はタービンの速
度あるいは負荷保持にもかかわらず、タービン入
口蒸気温度の上昇率が大きいために応力現在値が
制限値を越した場合の処置方法をプロセス状態の
動きで示すものである。同図は特に負荷運転時に
ついて示す。同図の曲線−a,b,cは本機能
すなわち蒸気温度修正50の無い場合のプロセス
状態であり、−aは応力制限値に対して正規化
した応力、−bは蒸気温度、−cは負荷を示
す。ただし、−aは便宜上、特定の応力着目箇
所の応力を示す。また、−bも便宜上、主蒸気
温度あるいは再熱蒸気温度を示す。曲線は応力
制限値を示す。曲線−a,b,cは蒸気温度修
正50を作動させたときのプロセス状態であり、
それぞれ−a,b,cに対応する。曲線は応
力現在値が制限値を越したときの蒸気温度修正幅
を示し、この修正幅△Tは、曲線に示すボイラ
制御系60による蒸気温度の基本設定値に対して
負のバイアスとして与えることにより、蒸気温度
設定値を曲線のように修正するためのものであ
る。これにより応力の超過量△σを速やかに解消
させ、過大応力の発生を予防するためのものであ
る。このようにして応力が制限値以下となるt+
τ2以後では、蒸気温度修正幅△Tをt+2τ1
時の値から所定の時定数をもたせて減少させ、
徐々に基本設定値にもどす。以記処理内容を具体
的に示すのが第20図である。まず、高圧および
中圧タービンのロータ表面およびロータボアに発
生している応力の現在値の各制限値に対する超過
量を正規化すると次式で表わされる。 Next, the steam temperature correction 50 will be explained using FIGS. 19 and 20. FIG. 19 shows the process state behavior in a case where the current stress value exceeds the limit value due to a large rate of increase in the turbine inlet steam temperature despite the turbine speed or load being maintained. The figure particularly shows the load operation. Curves -a, b, and c in the figure are the process states without this function, that is, the steam temperature correction 50, where -a is the stress normalized to the stress limit value, -b is the steam temperature, and -c is the process state without the steam temperature correction 50. Indicates load. However, for convenience, -a indicates the stress at a specific stress point. Moreover, -b also indicates the main steam temperature or the reheat steam temperature for convenience. The curve shows the stress limit value. Curves - a, b, c are the process conditions when the steam temperature correction 50 is activated;
They correspond to -a, b, and c, respectively. The curve shows the steam temperature correction width when the current stress value exceeds the limit value, and this correction width ΔT is given as a negative bias to the basic setting value of the steam temperature by the boiler control system 60 shown in the curve. This is for modifying the steam temperature set value in a curve-like manner. This is to quickly eliminate the excess amount of stress Δσ and prevent the occurrence of excessive stress. In this way, t+ when the stress becomes less than the limit value
After τ 2 , the steam temperature correction width △T is set to t+2τ 1
Decrease from the value of time with a predetermined time constant,
Gradually return to the basic settings. FIG. 20 specifically shows the contents of the processing described below. First, the amount in excess of each limit value of the current value of stress occurring on the rotor surface and rotor bore of the high-pressure and intermediate-pressure turbines is normalized and expressed by the following equation.
△σ* HS(t)=|σHS(t)/σLS(t)|−
1…………(28−
a)
△σ* HB(t)=|σHB(t)/σLB(t)|−
1…………(28−
b)
△σ* IS(t)=|σIS(t)/σLS(t)|−
1…………(28−
c)
△σ* IB(t)=|σIB(t)/σLB(t)|−
1…………(28−
d)
次に、表面応力とボア応力の超過量の大きな方
を選択すると、高圧タービンと中圧タービンにつ
いての△σH(t)と△σI(t)は次式で表わさ
れる。△σ * HS (t)=|σ HS (t)/σ LS (t)|-
1…………(28− a) △σ * HB (t)=|σ HB (t)/σ LB (t)|−
1…………(28− b) △σ * IS (t)=|σ IS (t)/σ LS (t)|−
1…………(28− c) △σ * IB (t) = |σ IB (t) /σ LB (t) | −
1…………(28-d) Next, by selecting the larger excess amount of surface stress and bore stress, △σ H (t) and △σ I (t) for the high-pressure turbine and the intermediate-pressure turbine are It is expressed by the following formula.
△σH(t)=MaX(△σ* HS(t)、
△σ* HB(t)、0) …………(29−a)
△σI(t)=MaX(△σ* IS(t)、
△σ* IB(t)、0) …………(29−b)
この応力超過量を解消するために、高圧タービ
ンの△σH(t)に対しては主蒸気温度を、中圧
タービンの△σI(t)に対しては再熱蒸気温度
を下げることにする。すなわち、第1段後のロー
タ表面温度はそれに接する蒸気温度の変化に敏速
に反応し、この第1段後の蒸気温度の変化のはタ
ービン入口蒸気温度の変化量とほぼ等しく、ロー
タ温度と応力の関係が(16)式で示されるからで
ある。したがつて、主蒸気温度の修正幅△TMS
Set(t)および再熱蒸気温度の修正幅△TRH S
et(t)は次式で表わされる大きさとする。△σ H (t)=M aX (△σ * HS (t), △σ * HB (t), 0) …………(29-a) △σ I (t)=M aX (△σ * IS (t), △σ * IB (t), 0) …………(29-b) In order to eliminate this excess stress, the main steam temperature is , the reheat steam temperature is lowered for Δσ I (t) of the intermediate pressure turbine. In other words, the rotor surface temperature after the first stage quickly responds to changes in the steam temperature in contact with it, and the change in steam temperature after the first stage is approximately equal to the amount of change in the turbine inlet steam temperature, and the rotor temperature and stress This is because the relationship is shown by equation (16). Therefore, the main steam temperature correction range △T MS
Set (t) and reheat steam temperature correction range △T RH S
et (t) has a size expressed by the following equation.
△TMS Set(t)=1−ν/EασH(t)…………(3
0
−a)
△TRH Set(t)=1−ν/Eα△σI(t) …………
(30−b)
ただし、第19図に示す例のt+τ2以後のよ
うに、応力が制限値以下の場合は、次式で示す時
定数τSをもつた指数関数で零にもどす。△T MS Set (t)=1−ν/Eασ H (t)…………(3
0 −a) △T RH Set (t)=1−ν/Eα△σ I (t) ………… (30−b) However, as shown after t+τ 2 in the example shown in Fig. 19, the stress If it is below the limit value, it is returned to zero using an exponential function with a time constant τ S shown by the following equation.
△TMS Set(t)=△TMS Set(t
−τ1)(1−τ1/τS) …………(31−a)
△TRH Set(t)=△TRH Set(t
−τ1)(1−τ1/τS) …………(31−b)
上記の温度修正幅は、応力の超過量に比例させ
たが、必ずしもこの方法によらなくてもよい。例
えば応力が制限値以上となつた場合は、温度修正
幅を力超過量の時間積分値に比例させる方法でも
よい。この場合にも、応力が制限値以下になつた
場合は(31)式を適用して基本設定値にもどすこ
とになる。△T MS Set (t) = △T MS Set (t - τ 1 ) (1-τ 1 /τ S ) ...... (31-a) △T RH Set (t) = △T RH Set (t -τ 1 ) (1-τ 1 /τ S ) ...... (31-b) Although the above temperature correction width was made proportional to the amount of excess stress, this method does not necessarily have to be used. For example, when the stress exceeds a limit value, a method may be adopted in which the temperature correction range is made proportional to the time integral value of the amount of excess force. In this case as well, if the stress falls below the limit value, equation (31) is applied to return it to the basic setting value.
また、上記実施例ではタービン入口蒸気温度の
変動幅と第1段後の蒸気温度の変動幅がほぼ等し
いと見做したものであるが、特に高圧タービンで
は加減弁での温度降下が大きいから、より厳密な
方法として次のようにしてもよい。すなわち、既
に第10図で説明したようにタービン運転状態と
主蒸気温度および圧力から第1段後の蒸気条件を
求めることができるため、この関係を逆に利用す
れば目的とする主蒸気温度の修正幅を決定するこ
とができる。この逆に利用する方法とは、例えば
第10図の計算手順をそのまま生かした収束計算
による方法がある。 Further, in the above embodiment, it is assumed that the fluctuation range of the turbine inlet steam temperature and the fluctuation range of the steam temperature after the first stage are approximately equal, but especially in a high-pressure turbine, the temperature drop at the control valve is large. As a more strict method, the following may be used. In other words, as already explained in Fig. 10, the steam conditions after the first stage can be determined from the turbine operating state and the main steam temperature and pressure, so if this relationship is used inversely, the desired main steam temperature can be determined. The correction width can be determined. An example of a method of using this inversely is, for example, a method of convergence calculation that utilizes the calculation procedure shown in FIG. 10 as it is.
上記方法はいずれもタービン入口の蒸気温度の
修正により超過応力の抑制を図る方法であるが、
高圧タービンに関しては主蒸気圧力を修正しても
同一効果を得る。すなわち、加減弁の絞りによる
温度降下を利用する方法である。これは、主蒸気
圧力を上げると加減弁はタービン負荷を一定に保
つために絞られ、それだけタービン流入蒸気温度
が低下することを利用してものである。この場合
の主蒸気圧力の修正幅も第10図の計算手順を利
用して決定することができる。 All of the above methods aim to suppress excessive stress by modifying the steam temperature at the turbine inlet.
For high-pressure turbines, the same effect can be obtained by modifying the main steam pressure. That is, this is a method that utilizes the temperature drop caused by the throttle of the control valve. This is done by taking advantage of the fact that when the main steam pressure is increased, the control valve is throttled to keep the turbine load constant, and the turbine inflow steam temperature decreases accordingly. The correction width of the main steam pressure in this case can also be determined using the calculation procedure shown in FIG.
以上種々述べてきた実施例においては、次のよ
うな効果が期待できる。すなわち、これらの実施
例では、いずれもタービンに将来発生する応力を
予測することにより許される最大の負荷変化率、
もしくは速度上昇率を周期的に定め、かつ現在発
生している応力が制限値を越えたときにはボイラ
制御系に与える蒸気条件の目標値を修正してそれ
以後発生する過大応力の発生を防止することが可
能である。従つて、一旦応力が制限値を越えても
次回の負荷変化率、もしくは昇速率の決定の際に
は再びある程度大きな値にこれを決定でき、従つ
て全体として急速な起動が可能となるとともにタ
ービントリツプに至るような事態を回避すること
が可能となる。 In the various embodiments described above, the following effects can be expected. In other words, in each of these examples, the maximum load change rate that is allowed by predicting the stress that will occur in the turbine in the future,
Alternatively, the rate of speed increase may be determined periodically, and when the currently occurring stress exceeds the limit value, the target value of the steam conditions applied to the boiler control system may be corrected to prevent future excessive stress from occurring. is possible. Therefore, even if the stress once exceeds the limit value, the next time the load change rate or speed increase rate is determined, it can be set to a somewhat larger value again, making it possible to start up quickly as a whole, and to improve the turbine speed. This makes it possible to avoid situations that may lead to trips.
ところで、本発明は上記のような応力予測機能
を備えた制御システムのみに適用されるものでは
ない。例えば、負荷変化率や昇速率は何らかの方
法で所定の値が与えられるものとし(一種類の負
荷変化率、昇速率としても良い)、現在応力を推
定する機能のみを備えてこの推定値が制限値を越
えたときには負荷、速度を保持し、かつ応力の超
過量に応じてボイラ制御系の蒸気温度、圧力等の
目標値を修正するようにしても良い。この場合で
もタービンに流入する蒸気条件が変化することに
よりその後に過大応力が発生することを防止で
き、タービントリツプに至る事態を防止できると
いう効果が期待できる。 By the way, the present invention is not applied only to a control system having a stress prediction function as described above. For example, assume that the load change rate and speed increase rate are given predetermined values in some way (it may be one type of load change rate or speed increase rate), and this estimated value is limited by only having the function of estimating the current stress. When the stress exceeds the stress, the load and speed may be maintained, and the target values of the steam temperature, pressure, etc. of the boiler control system may be corrected in accordance with the amount of excess stress. Even in this case, it is possible to prevent excessive stress from occurring subsequently due to a change in the steam conditions flowing into the turbine, and the effect of preventing a situation leading to a turbine trip can be expected.
第1図は本発明の熱応力予測タービン制御シス
テムとこれに関連する制御システムおよびプラン
トとの入出力信号の関係を示す、第2図は本発明
の制御システムにおける処理手順を示す、第3図
はタービン第1段後のロータおよびケーシングの
断面とその温度状態を示す、第4図はロータの初
期温度分布の決定方法を示す、第5図はロータ表
面およびボアに対する応力制限値を示す、第6図
は負荷併入直後のタービン入口蒸気温度の動特性
と熱応力の関係を示す、第7図は併入前予測時間
を示す、第8図は併入後予測時間を示す、第9図
は蒸気条件変化率の学習方法を示す、第10図は
第1段後蒸気条件の推定方法を示す、第11図は
ラビリンスパツキン部の熱伝達率の計算方法を示
す、第12図はロータの仮想分割円筒間の熱収支
の考え方を示す、第13図はロータ温度分布の具
体的計算手順を示す、第14図は負荷制限のため
の主蒸気温度の下限値を示す、第15図は負荷制
限のための再熱蒸気温度の下限値を示す、第16
図は探索信号を示す、第17図は探索信号の変化
率の決定方法を示す、第18図は操作周期の決定
方法を示す、第19図は本発明における蒸気温度
修正機能による応力制御の効果を示す、第20図
は蒸気温度修正機能の処理手順を示す。
100……熱応力予測タービン制御システム、
200……高圧タービン、300……中圧タービ
ン、400……低圧タービン、500……発電
機、1……高圧第1段後ラビリンスパツキン部、
2……中圧第1段後ラビリンスパツキン部、3…
…ボア(中心孔)、4……最適昇速率、6……最
適負荷変化率、7……ALR、9……瞬時目標負
荷、10……ガバナ、11……加減弁、12……
アクチユエータ、13……弁位置指令、14……
同期併入機能、15……併入許可指令、16……
遮断器、17……遮断器ON/OFF状態、18…
…負荷要求値、19……速度、20……主蒸気、
21……再熱蒸気、22……加減弁位置、23…
…主蒸気圧力、24……主蒸気温度、25……再
熱蒸気温度、26……高圧第1段後ケーシング外
壁温度、27……高圧第1段後ケーシング内壁温
度、28……高圧第1段後蒸気圧力、29……中
圧蒸気室外壁温度、30……中圧蒸気室内壁温
度、50……蒸気温度修正、60……ボイラ制御
系、140……負荷制御系、160……速度制御
系、150……最大負荷変化率探索、170……
最大昇速率探索、101……初期温度分布決定、
102……応力制限値決定、103……予測時間
決定、104……蒸気条件変化率学習、105…
…運転モード判断、106……蒸気条件予測、1
07……第1段後蒸気条件計算、108……ロー
タ表面熱伝達率計算、109……ロータ温度分布
計算、110……ロータ熱応力計算、111……
ロータ応力計算、112……システム停止判断、
141……現在応力推定、142……現在応力レ
ベルチエツク、143……計算モード判断、14
4……最適負荷変化率決定、145……探索信号
発生、151……負荷変化率仮定、152……応
力予測、153……予測応力レベルチエツク、1
54……予測時間到達判断、161……現在応力
推定、162……現在応力レベルチエツク、16
3……計算モード判断、164……危険速度判
断、165……最適昇速率決定、171……昇速
率仮定、172……応力予測、173……予測応
力レベルチエツク、174……予測時間到達判
断。
FIG. 1 shows the input/output signal relationship between the thermal stress prediction turbine control system of the present invention, the related control system, and the plant, FIG. 2 shows the processing procedure in the control system of the present invention, and FIG. 3 shows the cross-section of the rotor and casing after the first stage of the turbine and their temperature conditions. Fig. 4 shows the method for determining the initial temperature distribution of the rotor. Fig. 5 shows the stress limit values for the rotor surface and bore. Figure 6 shows the relationship between the dynamic characteristics of turbine inlet steam temperature and thermal stress immediately after loading is added. Figure 7 shows the predicted time before loading. Figure 8 shows the predicted time after loading. Figure 9. Figure 10 shows the method of estimating the steam condition after the first stage, Figure 11 shows the method of calculating the heat transfer coefficient of the labyrinth packing, and Figure 12 shows the method of learning the rate of change of steam conditions. Figure 13 shows the concept of heat balance between virtual divided cylinders. Figure 13 shows the specific calculation procedure for rotor temperature distribution. Figure 14 shows the lower limit of main steam temperature for load limitation. Figure 15 shows the load limit. No. 16 indicating the lower limit of reheat steam temperature for restriction.
The figure shows the search signal, Figure 17 shows the method for determining the rate of change of the search signal, Figure 18 shows the method for determining the operation cycle, and Figure 19 shows the effect of stress control by the steam temperature correction function in the present invention. FIG. 20 shows the processing procedure of the steam temperature correction function. 100...Thermal stress prediction turbine control system,
200... High pressure turbine, 300... Intermediate pressure turbine, 400... Low pressure turbine, 500... Generator, 1... High pressure first stage rear labyrinth packing part,
2... Intermediate pressure first stage rear labyrinth packing part, 3...
...Bore (center hole), 4...Optimum speed increase rate, 6...Optimum load change rate, 7...ALR, 9...Momentary target load, 10...Governor, 11...Adjustment valve, 12...
Actuator, 13... Valve position command, 14...
Synchronous annexation function, 15... annexation permission command, 16...
Circuit breaker, 17... Circuit breaker ON/OFF status, 18...
... Load requirement value, 19 ... Speed, 20 ... Main steam,
21...Reheat steam, 22...Adjustment valve position, 23...
...Main steam pressure, 24...Main steam temperature, 25...Reheat steam temperature, 26...Casing outer wall temperature after high pressure first stage, 27...Casing inner wall temperature after high pressure first stage, 28...High pressure first stage Post-stage steam pressure, 29...Intermediate pressure steam chamber outer wall temperature, 30...Intermediate pressure steam chamber inner wall temperature, 50...Steam temperature correction, 60...Boiler control system, 140...Load control system, 160...Speed Control system, 150... Maximum load change rate search, 170...
Maximum acceleration rate search, 101... initial temperature distribution determination,
102... Stress limit value determination, 103... Prediction time determination, 104... Steam condition change rate learning, 105...
...Operation mode judgment, 106...Steam condition prediction, 1
07... First stage post-steam condition calculation, 108... Rotor surface heat transfer coefficient calculation, 109... Rotor temperature distribution calculation, 110... Rotor thermal stress calculation, 111...
Rotor stress calculation, 112... System stop judgment,
141...Current stress estimation, 142...Current stress level check, 143...Calculation mode judgment, 14
4...Optimum load change rate determination, 145...Search signal generation, 151...Load change rate assumption, 152...Stress prediction, 153...Predicted stress level check, 1
54... Judgment of arrival of predicted time, 161... Current stress estimation, 162... Current stress level check, 16
3...Calculation mode judgment, 164...Critical speed judgment, 165...Optimum acceleration rate determination, 171...Acceleration rate assumption, 172...Stress prediction, 173...Predicted stress level check, 174...Predicted time arrival judgment .
Claims (1)
該ボイラで発生した主蒸気の蒸気圧力を所定の目
標値に制御するボイラ制御装置、ボイラからの主
蒸気により駆動されるタービン、該タービンに流
入する蒸気流量を制御するタービン加減弁、ター
ビンと機械的に結合された発電機とからなる発電
所の制御装置において、 前記のタービンに発生する応力を推定する第1
の手段、応力の制限値に対する推定応力の超過量
に応じて前記のボイラ制御装置の蒸気圧力の目標
値を修正する第2の手段とを備えることを特徴と
する発電所の制御装置。[Claims] 1. A boiler that generates main steam for driving a turbine;
A boiler control device that controls the steam pressure of main steam generated in the boiler to a predetermined target value, a turbine driven by the main steam from the boiler, a turbine control valve that controls the flow rate of steam flowing into the turbine, the turbine and the machine. In a control system for a power plant comprising a generator and a generator coupled to each other, a first controller for estimating stress generated in the turbine;
A control device for a power plant, comprising: means for correcting a target value of steam pressure of the boiler control device according to an amount in excess of the estimated stress with respect to a stress limit value.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27979A JPS5593913A (en) | 1979-01-08 | 1979-01-08 | Turbine control system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27979A JPS5593913A (en) | 1979-01-08 | 1979-01-08 | Turbine control system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5593913A JPS5593913A (en) | 1980-07-16 |
| JPS6149481B2 true JPS6149481B2 (en) | 1986-10-29 |
Family
ID=11469457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27979A Granted JPS5593913A (en) | 1979-01-08 | 1979-01-08 | Turbine control system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5593913A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003521623A (en) * | 2000-02-02 | 2003-07-15 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | Turbine operating method and turbine plant |
| JP2005121024A (en) * | 2003-10-16 | 2005-05-12 | General Electric Co <Ge> | Method and apparatus for controlling steam turbine inlet flow to limit shell and rotor thermal stresses |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH593418A5 (en) * | 1976-01-28 | 1977-11-30 | Bbc Brown Boveri & Cie | |
| JPS5377906A (en) * | 1976-12-21 | 1978-07-10 | Toshiba Corp | Thermal stress control system in steam turbine |
| JPS6039849B2 (en) * | 1977-01-24 | 1985-09-07 | 株式会社日立製作所 | Turbine starting method by thermal stress control of turbine rotor |
-
1979
- 1979-01-08 JP JP27979A patent/JPS5593913A/en active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003521623A (en) * | 2000-02-02 | 2003-07-15 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | Turbine operating method and turbine plant |
| JP2005121024A (en) * | 2003-10-16 | 2005-05-12 | General Electric Co <Ge> | Method and apparatus for controlling steam turbine inlet flow to limit shell and rotor thermal stresses |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5593913A (en) | 1980-07-16 |
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