JPS6176705A - タ−ビン起動制御装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明はタービンの速度制御装置に係り、特に起動時の
タービンの速度上昇率を与える回路に関するものである
。

［発明の技術的背景］ 大規模な発電所が次々と建設され、電力供給が需要に対
して過剰気味である今日では、以前ならばベースロード
として使用されるような相当大規模なプラントでも、昼
間稼働して夜間休止するといった運用形態に変化してき
ている。

このような起動・停止の頻度が多い大規模プラントでは
、燃料を節約するとともに稼働効率を上げる為、起動時
間を短縮する必要性が一層高まってきている。

従来のタービンの速度制御回路に於いては、起動時、全
弁閉の停止状態から、目標回転数を選択した後、加減弁
が開いてタービンに蒸気が流入し。

実際に回転しはじめる迄かなりの待ち時間があり、今日
の燃料コストの高騰や前述のようなプラント運用の変化
に伴い、この起動時の待ち時間を短縮する要求が高まっ
てきた。

［背景技術の問題点コ 次に第６図に従来の速度制御回路を例示して、どのよう
な問題点があったかを説明する。同図において、目標速
度設定信号ａとタービンに付設した速度検出器（図示＃
）より出力される実速度フィードバンク信号すの差は加
算器１で演算され、その出力ｅは増幅回路２に入力され
て速度誤差信号ｇが得られる。この速度誤差信号ｇは低
値優先回路３の一人カへ加えられる。

一方、実速度フィードバック信号すは微分回路４へも入
力されて微分され、実速度の変化率信号ｄが形成される
。この変化率信号ｄは加算器５に加えられて目標速度上
昇率設定信号Ｃとの差ｆが演算され、この差ｆは積分回
路６へ入力されて速度上昇率誤差信号りが形成される。

この信号りは低値優先回路３の他入方へ加えられる：低
値優先回路３は速度誤差信号ｇと速度上昇率信号りのう
ち低い値の信号を選択し、これを加減弁開度制御回路７
へ出力する。加減弁開度制御回路７では負荷設定信号ｊ
と低値優先回路３がら加えられる信号を加算して、加減
弁開度指令信号ｉを形成し、これを次段回路（図示路）
に出力する。

ここで、速度誤差信号ｇは、目標達成速度設定信号ａの
方が実速度フィードバック信号すよりも大きい場合に加
減弁開方向の信号となり、速度上昇率誤差信号りは、目
標速度上昇率設定信号Ｃの方が、実速度の変化率信号ｄ
より大きい場合に加減弁開方向に増加する信号となり、
低値優先回路３は、速度誤差信号ｇと速度上昇率信号り
のうち加減弁開方向に対しての低値を出力する。又低値
優先回路３では１、速度誤差信号ｇが優先されている時
は速度上昇率誤差信号りは速度誤差信号ｇの値に制限さ
れる。

以上の構成からなる従来回路につき、第７図を参照して
その作用を述べる。なお、説明を簡単にする為、負荷設
定信号ｊは零で一定とする。

時刻ｔ１以前、即ち、起動航の全ての弁が閉の時には実
速度フィードバック信号すは零である。目標速度設定ａ
は、弁を完全に閉とする為に零よりも負レベル側に設定
され、速度誤差信号ｇは負符号の信号ｇ工加減弁閉方向
の信号となっている。

目標速度上昇率設定信号Ｃは所定の設定値であり、実速
度の変化率信号ｄは零であるから速度上昇率誤差信号り
は加減弁開方向に徐々に増加しようとする。加減弁開方
向に対してに、＜ｈであるから、低値優先回路３では、
信号ｇ□を優先し、この信号＆、が加減弁開度制御回路
７に出力される。加減弁開度制御回路７は、負荷設定信
号ｊが零であるから、加減弁開度指令信号ｉとして信号
ｇ１を出力する。この時積分回路６の出力である速度上
昇率誤差信号りは、信号ｇ□の値に制限されている。

次に、時刻ｔ２に於いて目標速度設定ａを任意の速度に
設定すると、実速度フィードバック信号すは零であるか
ら、速度誤差信号ｇは加減弁開方向に大きな正の信号と
なる。

これに対して、積分回路６の出力りは、制限がなくなっ
た為、信号ｇ１の値から、加減弁開方向に徐々に増加を
開始する。この時には、低値優先回路３では、加減弁開
方向に対してｇ　＞　ｈであるから速度上昇率誤差信号
りを優先し、加減弁開度指令信号ｉとして速度上昇率信
号りが出力される。

加減弁開度指令信号ｉが徐々に上昇し負の値から雰とな
り、更に正の値となると加減弁が開き始め、タービンに
蒸気が流入してタービンが回転を始め、それに伴って実
速度フィードバック信号ｂ・　が徐々に負の方向に増加
する６ 実速度フィードバック信号すの絶対値が目標速度設定信
号ａの値に近づくと両者の差ｅが小さくなり、速度誤差
信号ｇは、加減弁開方向に大きな正の値であったが徐々
に減少してくる。

時刻ｔ、で実速度と目標速度が一致すると速度誤差信号
ｇは零となる。一方、速度上昇率誤差信号りは相変わら
ず加減弁を徐々に関しようとする信号であるから、この
時には加減弁開方向に対してｇ　＜　ｈとなり、低値優
先回路３では再び速度誤差信号ｇを優先して加減弁開度
指令信号ｌとして速度誤差信号ｇが出力され、速度上昇
率誤差信号りも速度誤差信号ｇの値に制限される。

以上のような作用により、目標速度設定信号ａに見合う
加減弁開度指令信号ｉが与えられ、実速度が目標速度に
到達する。

さてここで加減弁開度指令信号ｉ（＝ｇｘ）の全ての弁
が閉している停止状態の時刻ｔＬから、加減弁開度指令
信号ｉが零になっている加減弁が開き始め、タービンが
回転しはじめる間での時間、即ち、待ち時間を短縮する
には第７図から明らかなように、タービン停止状態時の
加減弁開度指令ｉを信号ａユより加減弁開方向に大きい
信号ｇ２とするか、又は、加減弁が開き始める間での速
度上昇率誤差信号りの上昇レートを速くすれば良い訳で
あるが。

これを行おうとすると次のような問題がある。

第１に、タービン停止時の目標速度設定ａのレベルを変
えて速度誤差信号ｇが信号ｇ２となるようにすると弁が
不用意に開き易くなるという欠点がある。即ち、速度制
御回路のループゲイン（速度瀾停率）は、定格速度３６
００　ｒｐｍのタービンに於いて数ｒｐｍの速度誤差を
検出し制御する必要上非常に高ゲインであることから、
微小な電気的ノイズを増幅して確実に弁を全開としたい
時に弁を開けてしまうことがある。又、油圧変動や油温
変化によって、加減弁開度指令信号が零でなく負レベル
の時でも開してしまう場合があり、これらの事情から、
タービン停止時の速度誤差信号ｇは充分大きな負レベル
とする必要があり、これは待ち時間短縮ということから
は相反する。

第２に、加減弁が開き始めるまでの間、速度上昇率誤差
信号りの上昇率を速くシ、加減弁が開き始めたら所定の
上昇率に切換えるように構成すれば待ち時間が短縮でき
るが、この方法では、加減弁が開き始めた時、上昇率の
切換回路が故障して万一切換えに失敗すると、そのまま
速い上昇率で加減弁を開くことになり、その場合には急
激な高温蒸気流入によるタービン入口メタルへの熱応力
による亀裂発生、ロータへのねじれ応力による寿命消費
やタービンの暴走を招くといった危険性がある。フェイ
ルセイフというタービンの安全確保の観点から、切換回
路が故障した場合でも速度上昇率はタービンにとって安
全な値の範囲内となるよう十分考慮する必要があり、か
かる危険性を内在することは好ましくない。

又、速度上昇率を切換える回路を設けた場合に。

切換えを行うタイミングを検出したり、切換えを行う指
令を出すタイミングを調整する回路が必要となる。

即ち、蒸気量を加減する加減弁以外の他の弁、例えば加
減弁の前で蒸気を止めたり流したりする主蒸気止め弁や
、高圧タービンの排気を再加熱し、中圧又は低圧タービ
ンへ導く蒸気を止めたり流したりする再熱蒸気止め弁等
の中で、加減弁を開く前に全開させておく必要のある弁
は、それらが全開する間で加減弁を閉じておかなければ
、弁の前後圧の関係で、全開しなくなってしなうことが
ある。この為、加減弁が開き始める迄の待ち時間の中に
は必要な部分もあり、この時間調整も調整できる必要が
ある。

従来技術では、これらの弁が全開したという事を検出す
るリミットスイッチ等のセンサや、センサが検出する迄
加減弁を閉めておくインターロックや前述の様な速度上
昇率の切換回路の追加が必要となる。

更に、加減弁を開く前に全開する弁の数や開けるタイミ
ングはプラント毎に異なり、この為、必要な待ち時間の
調整を要求されることになり、又。

フェイルセイフといった安全確保の面からも回路が追加
され、複雑となるので信頼性の低下という事にもなり、
その解決方法がなかなか見い出せなかった。

［発明の目的コ 本発明は、以上のような問題点に鑑みて為されたもので
、検出回路や切換回路を持たずに、簡単にしかも安全に
、必要な待ち時間調整を行って無駄な待ち時間を解消し
、起動時間を大幅に短縮するタービン起動制御装置を提
供することを目的としている ［発明の概要］ 本発明は、上述した目的を達成するために、加減弁開度
指令信号が加減弁閉方向の値になっている場合に、低値
優先回路の出力を積分回路の入力側にフィードバックす
るとともにそのフィードバック量を可変できる手段を設
けている。

［発明の実施例］ 以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施例を詳細
に説明する。

第１図は、本発明に係るタービン起動制御装置の一実施
例を示している。なお、第１図において第６図と同じ部
分または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略
する。

図において、低値優先回路３の出力信号には片極性演算
回路８に加えられ、この片極性演算回路８の出力信号１
は目標速度上昇率設定信号とともに加算器５に与えられ
ている。

この片極性演算回路８は、加減弁開度指令信号ｉが負符
号、即ち、加減弁が閉している間のみ信号ｌを出力する
ものでいあり、又、入力ｋに対する出力１の傾斜を可変
することが可能である。

起動前の弁全開の状態では目標速度設定信号ａは、弁を
閉とするために信号ｇ工が負符号となるように設定され
ており、目標上昇率設定信号Ｃは所定の値である為、速
度上昇率誤差信号りは一定のレートで上昇しようとする
が、加減弁開方向に対しては信号ｇ工が速度上昇率誤差
信号りよりも小さくなるから、低値優先回路３は信号＆
、を選択しており、この為速度上昇率誤差信号りは信号
ｇ１の値に制限されている。即ち、加減弁開度指令信号
ｉとして信号ｇ１が出力されている。この時１片極性演
算回路８の入力に即ち信号ｇ工は負の信号であるから出
力１は雰である。

ところが、目標速度設定ａが所定の値に設定されると速
度誤差信号ｇは実速度フィードバック信号すが零なので
加減弁を開方向とする大きな正の信号となり、この為積
分回路６の出力する速度上昇率誤差信号りは制限が解除
されて信号ｇ□から一定レートで上昇し始める。この時
、加減弁開度指令信号ｉが負である間は片極性演算回路
８の出力１が出力され、目標速度上昇率設定信号Ｃに加
算されて速度上昇率は速くなる。

また、加減弁開度指令信号ｉが零以上となり加減弁が開
き始めると、片極性演算回路８の出力ｌは零となる為そ
れ以降の速度上昇率は目標速度上昇率設定Ｃだけによる
所定のレートとなる６片極性演算回路８の出力１の値を
加減することにより速度上昇率が速くなる割合が変る為
、必要な待ち時間の調整が出来るので、加減弁が開き始
めたことを検出する回路や、速度上昇率を切換える切換
回路や待ち時間調整の為の各弁の全開を検出するセンサ
や他のインターロック回路を持たずに所望の結果が得ら
れる。

第２図は、片極性演算回路８の具体例を示すものである
。

同図において、１０は周知の演算増幅器であり入力信号
と出力信号の符号が逆となる反転増幅器を構成する。

また、入力抵抗９、フィードバック抵抗１１とそれに直
列に可変抵抗１２を接続し、更に、図の向きにダイオー
ド１３を演算増幅器１０の入出力点間に接続した構成を
もつ。

今、入力信号ｋがｋ＞Ｏの時には出力信号ｌは１く０と
なる。演算増幅器１０の入力加算点は電気的にＯｖであ
るからダイオード１３は順バイアスとなり導通状態とな
る為、電流は抵抗１１、可変抵抗１２側を通らず全てダ
イオード１３を通り出力ｌはＯｖとなる。

一方、入力信号ｋがｋ＜Ｏの時には、出力信号１は１〉
０となり、したがって、ダイオード１３は逆バイアスと
なってカットオフ状態となるから。

電流は抵抗１１及び可変抵抗１２側を通り、出力ｌは入
力ｋに比例した値となる。又、可変抵抗１２により入力
にと出力の関係を自由に変えることができる。

以上の作用により１片極性演算回路８は、入力信号ｋが
負、即ち、加減弁開度指令信号ｉが負（加減弁閉方向の
信号）の間のみ出力信号１を出力する。第３図に入力に
と出力１の特性を示す。

次に第４図に低値優先回路３の回路例を示し。

速度誤差信号ｇが優先されている時には、速度上昇率誤
差信号りが、速度誤差信号ｇの値に制限される関係につ
いて説明する。

増幅回路２は演算増幅器３１、入力抵抗３３、フィード
バック抵抗３５によって構成され、積分回路６は演算増
幅器３２、入力抵抗３４、フィードバックコンデンサ３
６によって構成される。

演算増幅器３１および３２の出力側を図の向きにダイオ
ード３７．３８を介して接続し、速度誤差信号ｇと速度
上昇率信号りの一方を出力にとして出力する。抵抗３９
は低値優先回路を組む為に必要なプルアップ抵抗である
。増幅回路２の入力ｅと出力ｇ、又、積分回路６の入力
ｆと出力りの符号は同じとなるように構成しておくもの
とする。

先ず、代数的な速度の偏差信号ｅが速度上昇率の偏差信
号ｆより大きい場合には、速度誤差信号ｇは速度上昇率
誤差信号りよりも大きくなる。ダイオード３７．３８の
両端の電圧は、ダイオードの電圧降下分を無視すればほ
ぼ等しいので、ダイオード３７のカソード側は速度誤差
信号ｇと等しく、又、ダイオード３８のカソード側は速
度上昇率誤差信号りと等しい。

ところが、ダイオード３７と３８のアノード側は接続さ
れているから、こちら側は速度誤差信号ｇが速度上昇率
誤差信号りのどちらかの電圧となる。

ダイオード３７．３８のカソード側の電圧は速度上昇率
誤差信号りの方が代数的に小さいのでダイオード３８が
優先的に導通となる為、この場合ダイオード３７と３８
のアノード側の電圧は速度上昇率誤差信号りとなる。そ
うするとダイオード３７は逆バイアスとなりカットオフ
となる。

次に代数的な速度の偏差信号ｅが速度上昇率の偏差信号
ｆよりも小さい場合には、速度誤差信号ｇが速度上昇率
誤差信号りよりも小さくなる。

ダイオード３７と３８のカソード側の電圧は、速度誤差
信号ｇの方が代数的に小さいのでダイオード３７が優先
的に導通となる為、ダイオード３７と３８のアノード側
の電圧は速度誤差信号ｇとなる。そうすると、ダイオー
ド３８は逆バイアスとなりカットオフとなる。

この時、積分回路６内のフィードバックコンデンサの両
端の電圧は優先されている速度誤差信号ｇによって決ま
る値となる。即ち、速度誤差信号ｇが優先されている時
にはダイオード３８がカットオフしてしまい積分回路６
は正常な積分動作が出来ず、積分回路６の出力、即ち、
コンデンサの両端の電圧は、速度誤差信号ｇの値と同じ
になる。

第５図は、第４図に示した回路の他の例を示している。

この例では、片極性演算回路８の代わりに、第４図に示
した例における積分回路のフィードバックコンデンサに
並列にダイオード１４．１５と抵抗１６、可変抵抗１７
を直列接続した回路を追加したものである。

積分回路６の出力りが正の時、ダイオード１４．１５が
カットオフし、積分回路６の出力りが負の時。

ダイオード１４．１５が導通する。

ダイオード１４．１５が導通している時は、積分回路６
の出力りは負であり、この時には加減弁開度指令信号１
は弁閉方向であるので、この間ダイオード１４．１５、
抵抗１６、可変抵抗１７を通してフィードバックコンデ
ンサ３６の電圧が放電され、その結果、積分器６の出力
りは急速に負から零となる。

したがって、弁全開レベルから加減弁開き始め迄の時間
が、短縮出来る。

この例で付加したダイオード１４．１５が短絡の場合は
積分回路６は一次遅れ回路となり、ダイオード１４．１
５が開放の場合は従来と同じくなり、いずれの場合にも
タービンにとっては速度上昇を速められることがなく安
全である。

今までアナログ回路での具体的な例を示して説明したが
、ダイオードやコンデンサ等といった素子を用いず、全
体をディジタル回路で構成した場合にも本発明装置を同
様に実現でき、同等の効果を得ることができる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、弁全開から弁開
き始め迄の時間短縮を検出回路や切換回路を付加せずに
構成する為、安価で信頼性が高く実現できる。又、万一
回路が故障しても速度上昇率を早くすることがないので
、タービン入口メタルの熱応力やロータへのねじれ応力
の影響を与えることなく安全である。このように、起動
時間の短縮によって得られる経済的メリットおよび稼働
効率の向上等、その効果は多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るタービン起動制御装置の一実施例
を示したブロック図、第２図は片極性演算回路の一例を
示したブロック図、第３図は片極性演算回路の動作例を
示したグラフ図、第４図は本発明の一実施例に係る回路
を具体的に示したブロック図、第５図は第４図に示した
回路の変形例を示したブロック図、第６図はタービン起
動制御装置の従来例を示したブロック図、第７図は第６
図に示した装置の動作例を示したグラフ図である。 １．５・・・加算器、２・・・増幅回路、３・・・低値
優先回路、４・・・微分回路、６・・・積分回路、７・
・加減弁開度制御回路、８・・・片極性演算回路。 （７３１７）　　代理人　弁理士　則　近　憲　佑（ほ
か１名） 第２図　　　　。 第３図 第４図 ６゛ 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. タービンの目標速度信号と実速度フィードバック信号と
   の差に対応した速度偏差信号を形成する偏差増幅器と、
   速度上昇率設定信号と実速度上昇率信号との差を積分す
   る積分回路と、上記偏差増幅器の出力信号と上記積分回
   路の出力信号のうち値の小さい方を選択して加減弁開度
   指令信号として出力する低値優先回路を備えたタービン
   起動制御装置において、上記加減弁開度指令信号が零以
   下になっている場合に、上記加減弁開度指令信号を上記
   積分回路の入力側へフィードバックするとともにそのフ
   ィードバック量を可変できる手段を設け、起動時間を短
   縮したことを特徴とするタービン起動制御装置。