JPS6228283B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、蒸気タービン系統の過速度保護装
置、特に過速度保護装置が動作した後蒸気タービ
ン系統の再熱器中に含まれる蓄積された蒸気エネ
ルギーを用いて同期速度に蒸気タービンの回転速
度を維持し急速に再同期化を行う装置に関するも
のである。

第１図には、典型的な蒸気タービン系統が示さ
れている。従来の蒸気タービンは、高圧タービン
部１０と１個又はそれ以上の低圧タービン部１２
からなり、これらは発電機１６を駆動するために
共通軸１４と機械的に結合されている。発電機１
６は負荷１８へ電力を供給するのに使用される。
蒸気は蒸気源２０から高圧タービン部１０へ入力
され、通常１個以上の調速弁２２によつて調整さ
れる。高圧タービン部１０から出る蒸気は、下流
の１個以上の低圧タービン部１２に供給される前
に再熱器２４によつて再熱される。１個以上の遮
断弁２６は低圧タービン部１２の入力部と再熱器
２４との間の蒸気流を遮断するために用いられ
る。１個以上の低圧タービン部１２から排出され
る蒸気は復水器２８に与えられる。

高圧及び低圧タービン部１０及び１２中に発生
した機械的動力はそれぞれ発電機１６を機械的に
駆動し、更に発電機１６はその機械力を電力に変
換し、その電力を電気的な負荷１８に供給する。
発電機１６と電気的負荷１８との結合する場合に
は、２系統の周波数に非常に過敏であるので、発
電機１６により発生される電力の周波数が負荷１
８の周波数と所定位相関係にあつて同期している
時点でのみ発電機１６と負荷１８とを接続するよ
うに遮断器３０が設けられている。普通、電動
機、電動ポンプ、照明等の発電所補助機器３２
は、通常、遮断器３０の開閉位置に関係なく発電
機１６によつて駆動される。遮断器３０が電力系
負荷１８に対し開いているか、閉じているか何れ
であつても、発電所補助機器３２には電力が供給
される。

速度・負荷制御器３６は、一般に、速度SPD、
メガワツト出力MW、及び遮断器開閉状態BRの
ような被測定パラメータに従つて、従来の調速弁
水圧アクチユエータ型装置４０を使用し、１個以
上の調速弁の開度位置を制御することによつて、
タービン系統の速度及び負荷運転を調節するのに
用いられる。蒸気タービン系統の速度及び負荷を
制御する速度・負荷制御器３６の具体例は、米国
特許第3878401号、第4934128号中に開示されてい
る。タービンの機械的回転速度は、一般に、ター
ビン軸１４上に設けられ、それと同じ角速度で回
転する歯車３３と、この歯車の周囲に近接して設
けられ、かつタービン速度を表わす信号SPDを制
御器３６に供給する磁気型速度検出器とを用いて
監視される。それに加え、信号MWが従来のメガ
ワツト変換器３８から制御器３６に供給され、発
電機１６によつて生ずる電力を監視している。さ
らに遮断器接点３０の開閉状態を表わす信号が、
信号線BRを通つて制御器３６に供給されてい
る。

遮断器接点３０は、又大きな電気的故障が検出
されたときに、動力蒸気タービン系統を、電力系
負荷１８から切り離すように動作する。電力が負
荷に供給されているときに遮断器３０が、電力系
負荷１８から蒸気タービン系統を切り離すと、蒸
気タービン系統によつて生ずる機械的動力が機械
的な過速度を引き起こすことが理解できる。この
ような理由により、過速度保護制御器（OPC）
４２を設けてかかる過速度事故を検出し、かつタ
ービン部分１０及び１２によつて生ずる機械力
を、それらタービン部分に蒸気が入らないように
することによつて急速に減少させている。代表的
なOPC装置については、米国特許第3643437号、
第3826095号及び、第3826094号中に開示されてい
る。この種のOPC部（第１図のブロツク４２参
照）は、SPD、MW、及びBR信号を監視し、例
えば第２図に示すような所定の論理条件に従つて
過速度保護制御を行なう。

第２図には過速度保護制御器を作動するための
少なくとも２つの条件が示されている。１つの条
件は、SPD信号がある所定の値（普通同期速度の
103％）より大きいことである。他の条件は、遮
断時において発生するメガワツト（MW）がある
所定値（定格の約30％）以上であり且つ発電機１
６から電力系負荷１８への電力の流れが遮断器３
０を開放（）することによつて遮断されてい
るということである。これら２つの条件の論理和
をとることにより第２図で示すように過速度保護
制御器（OPC）はトリガーされる。過速度保護
制御は、主に、多くのOPCソレノイドを付勢し
て調速弁水圧アクチユエータ４０及び遮断弁水圧
アクチユエータ４１内にそれぞれ設けられた水圧
放出弁を動作させることによつて行われる。これ
らの放出弁は、駆動されると第１図で示すよう
に、各水圧アクチユエータから排出管４４及び４
６へ流体を放出し、そして同時に調速弁及び遮断
弁アクチユエータ４０及び４１へ供給される水圧
を受けた流体を遮断する。調速弁２２及び遮断弁
２６はこれに応答して瞬時に閉塞する。第２図の
論理図によれば、OPCソレノイドを消勢するこ
とによつて放出弁を不動作にするために、遮断器
３０が開成した後にある時間遅延が行われる。こ
れはある所定の時間遅延間隔（例えば１ないし10
秒）に調整することができる。この時間遅延期間
の終りにおいて、速度が、所定値（普通同期速度
の103％が選ばれる）より小さければ、過速度保
護制御器の動作が解かれ、それによつてOPCソ
レノイが消勢されて放出弁はそれ以上流体を排出
管４４及び４６に放出しなくなる。この動作の間
に、圧力流体は、調速弁及び遮断弁水圧アクチユ
エータに再供給される。いくつかのタービン系統
では、遮断弁２６は、流体の水圧アクチユエータ
への再供給に応答して即座に全開位置に再び開
く。これらのタービン系統では、調速弁２２は、
流体が水圧アクチユエータ４０に再供給された後
は、速度・負荷制御器３６の制御の許におかれた
ままである。上述の型の過速度保護制御器を使用
し、発電機１６が100％定格に近い電力を供給し
ていて、遮断器接点が開いた場合には、タービン
の回転速度は第３図の実線曲線５０で示すように
応答すると予想される。

第３図において、グラフの横座標軸上の時間t₀
は、第１図の遮断器３０が開いた時点を示してい
る。時間t₀の直前に発電機１６によつて生ずる電
力は定格電力出力に近いと仮定したので、OPC
の動作は、遮断器接点３０の開成と同時に開始さ
れる。OPCが動作すると、流体の排出によつ
て、調速弁２２及び遮断弁２６が通常、１秒以下
で閉成される。しかしながら、第３図の曲線が示
すように回転速度は、主としてタービン系統に生
じた慣性によつて、時点t₀後も、同期速度を越え
ると予想される。タービン部１０及び１２への蒸
気入力が遮断されると、タービン系統における制
動力、例えば風損や摩擦損によつてタービンの速
度はある所定値（例えば第３図に示す時点t₁にお
ける値、103％）に減少する。t₀とt₁との間の予期
される時間間隔は、50〜60秒位であるが、それは
タービンによつて異なる。

時点t₁において、OPC信号は第２図に示された
論理に従つて消滅すると共に信号が発生す
る。従つて遮断弁２６は全開位置で動作され、
OPC動作中、再熱器２４内に蓄積された蒸気
は、遮断弁２６を介して低圧タービン部１２に入
る。その後、タービンの回転速度は再び同期速度
の103％を越えて増加し、これにより過速度保護
制御器は第２図の論理条件で制御されながら次の
動作を行う。これらの、過速度保護制御器の動作
及び不動作は、第３図の時点t₂，t₃、及びt₄に見
られるように、蒸気エネルギー量が実質的に再熱
器から消散するまで続く。代表的な消散曲線が第
３図の破線５２で示されている。第３図のグラフ
に示された時間間隔における速度振動数は、普
通、約10〜12分の時間間隔に対して、１０又は１
２位になる。

今説明した型のOPC系統では、第３図の周波
数振動が止まるまでは、タービン系と負荷との再
同期は、まずできない。そして、急速な再同期を
行なうには、タービン系への過速度保護を行なつ
ている間に、このような振動を除去しなければな
らないことは明らかである。第３図の点線５４で
示したような回転速度応答曲線を提供し得る過速
度保護制御器が望ましい。この例では、過速度に
対す保護は、時点t₀での遮断器３０の開成直後に
行われるが、時点t₁では過速度保護制御器の再動
作が行なわれず、速度はその後同期速度の値に制
御される。もし回転速度をこのように制御できる
なら、電力系負荷に対する再同期化は、t₁以後の
どの時点でも行なうことができるであろう。再同
期化を行う必要のない場合でさえ、発電所補助機
器３２に供給される電力は、遮断器接点３０が開
放した結果、時点t₀とt₁との間で周波数が変動し
た後は、ほぼ一定の周波数レベルに維持されるの
である。また、例えば、特開昭52−93808号公報
に示されたような従来の蒸気タービン制御装置で
は、再熱蒸気圧力と負荷との偏差によつて遮断弁
の調速特性を制御することにより遮断弁のハンチ
ングを抑制するようにしたので、再熱器の蒸気が
全て放出されるまではタービン系統を電力系統に
再同期できないという欠点があつた。

従つて、この発明の目的は、上記従来技術の欠
点を克服した再熱器に蓄えられた蒸気エネルギー
をタービン速度と同期速度の差に基づき制御され
る遮断弁を通して低圧タービンに導入することに
より、ハンチングを防止するため、タービン速度
が同期速度に到達すれば、たとえ再熱器の蒸気エ
ネルギーが完全に放出されない状態でも電力負荷
への再同期が可能な改良型の過速度保護制御装置
を提供することにある。

この発明は発電機と、高圧タービン部及び少な
くとも１つの低圧タービン部を有し第１の所定回
転速度で動作する蒸気タービンと、蒸気源と、こ
の蒸気源から上記高圧タービン部への蒸気の流入
を制御するよう動作する少なくとも１つの調速弁
と、上記高圧タービン部と上記少なくとも１つの
低圧タービン部との間に接続された再熱器であつ
てこの中を通り上記少なくとも１つの低圧タービ
ン部へ流れる蒸気を加熱するためのものと、この
再熱器から上記少なくとも１つの低圧タービン部
への蒸気の流入を制御するよう動作する少なくと
も１個の遮断弁と、閉成位置にあつて上記発電機
を電力系負荷と電気的に接続するための主発電機
遮断器と、上記電力系負荷に供給される電力量を
制御する制御装置と、を備え上記主発電機遮断器
が開いたとき最初に生ずる過速度状態から上記蒸
気タービンを保護することのできる蒸気タービン
系統の過速度保護制御装置において、上記蒸気タ
ービンの実際の回転速度を示す第１の信号を実時
間で発生する装置と、上記遮断器の開放を検出す
るか、あるいは第２の所定回転速度値（例えば、
同期速度の103％）より大きい上記第１の信号を
検出するかのいずれかによつて駆動されて、上記
各調速弁及び遮断弁を急速に閉塞し、それによつ
て上記蒸気タービン部へ流入する蒸気流を遮断
し、上記再熱器中に蒸気エネルギーを閉じ込め、
上記第１の信号がもはや上記第２の所定回転速度
値（例えば、同期速度の103％）より大きくない
とき非動作状態にされる電気水圧装置と、この電
気水圧装置の動作解除に応答し上記第１の信号と
上記第１の所定回転速度を表わす値との差に基づ
いて上記少なくとも１つの低圧タービン部に蒸気
を流入させるよう上記遮断弁の開度を調節するこ
とによつて上記蒸気タービンの回転速度を制御す
る装置と、を備え、それによつて、上記再熱器中
に閉じ込められた上記蒸気エネルギーが上記蒸気
タービンを上記第１の所定回転速度に維持し、上
記タービン系統と上記電力系負荷とを急速に再投
入できるようにした蒸気タービン系統の過速度保
護制御装置に在る。

この発明の実施例によれば、OPC動作に続き
タービン速度を第１の所定速度値に制御する目的
で改良された過速度保護制御器（OPC）が、タ
ービン速度・負荷制御系統の一部に組み込まれて
いる。さらに詳述すれば、このOPCはタービン
系統の発電力が所定電力値より大きい間に発電機
主遮断器３０の開成を検出するか、又は監視され
るタービン速度が第２の所定速度値より大きいか
を検出するかの何れかによつて、OPCが作動さ
れる時、タービン速度・負荷制御系統の各調速
弁、遮断弁を急速に閉成するよう動作する電気水
圧装置を備えている。その結果、高、低圧タービ
ン部へ導入される蒸気流は遮断され、蒸気エネル
ギーは、高、低圧タービン部間に接続されている
再熱器中に閉じ込められる。従つて監視される速
度がもはや第２の所定速度値より大きくない時、
発電機主遮断器が開成しているのを検出した直後
から所定時間間隔を置いて電気水圧装置の動作が
解除される。それに加え、この改良されたOPC
は、電気水圧装置の作動解除に応答して監視され
るタービン速度と第１の所定速度値（同期速度）
との差に基づいて連続関数に従つて低圧タービン
部へ蒸気を送るように遮断弁を開閉することによ
つてタービンの回転速度を制御する制御手段を備
えており、以つて再熱器中に閉じ込められた蒸気
エネルギーを、タービン系統と電力系負荷との急
速な再同期化を行なうためにタービンを第１の所
定速度値（同期速度）に維持するのに、使用して
いる。

この発明を、添附図面を参照しながら、下記の
実施例により、より詳しく説明する。

第４図において、速度・負荷制御器３６（第１
図参照）中に設けられているこの発明により改良
された過速度保護制御器の一部が示されている。
速度信号SPDが差動器６０の負入力端子と、単極
単投（SPST）開閉器６１の一端子とに印加され
る。この信号SPDは、タービンの実際の回転速度
を表わしている。速度・負荷需要基準制御器６２
が差動器６０の正入力端子に信号６３を供給して
いる。信号６３は、一般にタービン系統の同期速
度を表わす一定値である。速度・負荷需要基準制
御器６２は、又タービン系統の主発電機遮断器３
０（第１図参照）を監視し、それに加え、第２図
に示すように論理条件から普通取り出される過速
度保護制御器の需要状態（OPC）か非需要状態
（）かを表わすデイジタル信号（以下、デイ
ジタル需要状態信号という）100を監視する。基
準制御器６２は、閉ループ制御器６７の正入力端
子に、速度・負荷基準制御信号６５を発生する。
差動器６０の速度誤差出力は、制御係数Ｋの利得
をもつ増幅器６９によつて増幅され、この制御係
数Ｋは、同期速度より５％大きい速度で、100％
負荷を表わす信号が増幅器６９の出力に発生する
ように通常選択される。増幅器６９の出力信号
は、第２の単極単投開閉器７１の一端子に印加さ
れる。開閉器６１及び７１の他端子は閉ループ制
御器６７の負端子に接続されている。開閉器６１
及び７１は、それぞれ信号線７３及び７５から速
度・負荷基準制御器６２によつて制御される。

閉ループ制御器６７の出力は、単極双投
（SPDT）開閉器７９の一方の開閉位置７７に接
続されている。開閉器７９の他方の開閉位置は、
速度・負荷制御器３６と一般に組み合わさつてい
る手動弁位置制御器８３と結合されている。さら
に、単極双投開閉器７９では、周知の手段によつ
て自動閉ループ制御器６７から手動制御器８３へ
衝撃なしに切り換えが、行なわれている。この衝
撃なしの切換え、及び手動型弁位置制御器８３を
さらに詳しく説明したものとしては1973年６月26
日付のブレイテンバー（Braytenbah）の米国特
許第3741346号を参照することができる。開閉器
７９の一端子は、緩衝増幅器８５の入力端子に接
続されている。尚、第４図は、この発明に関係す
る部分を強調するために非常に簡略化されてお
り、さらに、帰還負荷信号を用いた負荷制御、弁
管理フイードフオワード制御、又は衝撃圧縮室閉
ループ制御などの他の機能もこの発明の範囲から
離れることなしに果たすことができる。

増幅器８５の出力は、蒸気源２０から高圧ター
ビン部１０（第１図参照）への蒸気の導入を制御
するために対応した調速弁２２を調整する１組の
１個以上の調速弁水圧サーボ系統８７への設定点
入力８６となる。後に、第５図と関連して代表的
な水圧サーボ系統をより詳細に説明する。さらに
調速弁サーボ系統の設定点入力８６は、増幅器８
９に印加され、さらに増幅器８９へは、別の入力
として可調節オフセツト信号９０が印加される。
増幅器８９は、設定点信号８６に、ある適当な利
得Ｇを乗じるので、設定点信号８６をオフセツト
信号９０によつてオフセツトし、利得Ｇが乗算し
た出力９１を発生する。信号９１は、１組の遮断
弁水圧サーボ系統９３のための設定点入力とな
る。これらの遮断弁水圧サーボ系統９３は、それ
らと組み合わさつた遮断弁２６と対応して動作
し、信号９１によつて与えられた設定点に従つて
遮断弁２６の開度位置を制御する。これについて
は、後で第５図と関連してさらに詳細に説明す
る。遮断弁２６の開度位置によつて、第１図と同
様に、再熱器２４から低圧タービン部１２への蒸
気の導入が制御される。更に、閉成バイアスが回
路９７で発生し、単極単投開閉器９９をへて増幅
器８５に印加されている。開閉器９９は、過速度
保護制御器のデイジダル需要状態信号１００に応
答して閉成するように付勢される。

第５図には、第４図に示す調速弁水圧サーボ系
統又は遮断弁水圧サーボ系統９３として使用され
るのに適した代表的な水圧サーボ系統が示されて
いる。特に、設定点基準信号８６又は９１は加算
点１１０の正入力端子に印加される。加算点１１
０からの速度誤差信号１１２はサーボ増幅器１１
４に入力される。このサーボ増幅器１１４の機能
は、任意の従来からの型のサーボ制御器、例えば
比例制御器、比例＋積分制御器、又は比例＋積分
＋微分制御器によつて果たされる。サーボ増幅器
１１４の出力は、普通、ムーグ社（Moog，Inc.
）製型の水圧サーボ弁１１６を駆動する。

高圧水圧流体は、高圧流体源１１８から、従来
からの分離弁１１９及び水圧流体フイルタ１２０
を経てサーボ弁１１６の供給部１２２と、水圧サ
ーボ系統８７及び９３に供給される。高圧水圧流
体は、又、フイルタ１２０の下流で、オリフイス
１２６を経て逆止め弁１２４の上流側にも供給さ
れる。オリフイス１２６の逆止め弁側の水圧流体
は、又ソレノイド弁１２８にも供給される。サー
ボ弁１１６の排出部１３０は別の逆止め弁１３２
の上流端に結合され、逆止め弁１３２の下流端は
排出管に結合されている。サーボ弁１１６の流体
制御部１３４は、アクチユエータ１３７の入口１
３５に結合されている。動作ピストン１３９がア
クチユエータ１３７内に設けられておりサーボ弁
１１６によつて制御されるアクチユエータ１３７
の入口１３５へ流入又はそれから流出する流体に
よつて、その位置が変わる。この動作ピストン１
３９は、蒸気流入弁のステムに対し、そのステム
がピストン１３９の動きに応じて動くよう、従来
からの方法で比例的に連結されている。

ピストン１３９がアクチユエータ１３７中を上
方に動くと、蒸気流入弁ステムは、より多くの蒸
気が蒸気流入弁中に流れ得るような方向に動く。
典型例として線形可変差動変成器（LVDT）型の
開度位置測定器１４１がピストン１３９に結合さ
れ、蒸気流入弁の開度位置を表わす信号１４３を
発生する。一般に、信号１４３がもしLVDTによ
つて発生されるなら、信号１４３は交流変調され
ており、復調器１４５によつて、それから発生す
る開度位置信号が設定点８６，９１と一致するよ
う復調される復調器１４５から取り出される開度
位置を表わす信号１４７は、設定点８６，９１が
蒸気流入弁の要求開度位置を示している時に、加
算点１１０への帰還信号、すなわち負入力として
直接使用することができる。設定点が蒸気流入弁
の要求流量を表わす他の場合は、開度位置を表わ
す信号１４７は、第５図のブロツク１４８に示さ
れているような開度位置対特性流量に基いたある
関数によつて特徴付けられる。それで特性化ブロ
ツク１４８の出力が加算点１１０への帰還信号す
なわち負入力となり、弁流量要求基準設定点と一
致する。

アクチユエータ１３７の入口１３５には放出弁
１５１が結合されている。第５図に示されたこの
型の放出弁は、アクチユエータ１３７かな排出管
１５３に大量の流体を非常に短時間で放出するこ
とができる。それに加え放出弁１５１は、アクチ
ユエータ１３７の他の入口１５５を通じて流体を
供給し、蒸気流入弁を急速に閉成する方向にピス
トン１３９を動かすことができる。放出弁１５１
はソレノイド弁１２８と共に次のように動作す
る。すなわちソレノイド弁１２８が過速度保護制
御（OPC）要求信号１００（第２図参照）によ
つて付勢されると、放出弁１５１を閉成位置に保
つているその中の水圧流体が水圧管１５９を経て
排出され、放出弁１５１中に設けられたバイアス
ばね１６１に加えられた力が減少する。その結
果、バイアスばね１６１は放出弁１５１を開き、
水圧流体を水圧アクチユエータ１３７の入口１３
５から放出弁１５１を経て排出管１５３へ流す。
さらにソレノイド弁１２８は、タービントリツプ
状態が生じると、緊急トリツプ流体管１６２の水
圧流体を放出することにより付勢される。この場
合、流体は、管１６０から逆止め弁１２４及び管
１６２を経て排出口（第５図には示されていな
い）に流れる。

以下、第１図乃至第６図によつて、この実施例
の動作を説明する。まず、最初タービン系統はあ
る所定値、例えば電力系定格出力の30％以上のメ
ガワツトが発電中で負荷制御が行なわれており、
かつ、故障状態が発生して主発電機遮断器３０が
開かれたとする。このような状態の結果、第２図
の論理図で示すように、過速度保護制御要求信号
（OPC）が発生する。負荷制御状態下において、
調速弁及び遮断弁の開度設定基準値の代表例が、
第６図のグラフに示されている。グラフ２００及
び２０２は、速度・負荷基準制御器６２と共に動
作する閉ループ制御器６７によつて発生される設
定点基準信号８６及び９１を、それぞれ表わして
いる。30％以上の負荷状態では、遮断弁は全開状
態に在り、調速弁は一部又は全開状態に在る。正
常時での、負荷制御状態、すなわち遮断器３０が
閉じている状態下では、開閉器７１（第４図参
照）は閉成し、増幅器６９の出力信号は制御器６
７に印加される。開閉器６１はこの負荷制御状態
で開いている。

過速度保護制御要求信号（OPC）１００が速
度・負荷基準制御器６２によつて受信されると、
開閉器７１は信号線７５によつて制御されて開
き、開閉器６１は信号線７３によつて制御されて
閉じる。同時に、速度・負荷基準信号６５は、遮
断弁及び調速弁の開度を第６図の点２０４及び２
０６でそれぞれ示される位置に設定できる値にさ
れる。それに加え、過速度保護制御要求の開始と
同時に、開閉器９９が閉じて閉成バイアスを増幅
器８５に印加し、この増幅器８５は各水圧サーボ
系中のソレノイド弁１２８を付勢し、放出弁１５
１を強制的に開き、流体を水圧アクチユエータ１
３７から放出し、ピストン１３９を、蒸気流入弁
が機械的に強制急速閉成する方向に急速に落下さ
せる。尚、これら水圧サーボ系統の１つは、高、
低圧タービン部１０及び１２への蒸気の流入をそ
れぞれ制御する調速弁及び遮断弁の各々に接続さ
れている。従つて、過速度保護制御要求信号１０
０（第５図参照）は、各ソレノイド弁１２８を付
勢し、放出弁１５１を水圧アクチユエータ１３７
から流体が放出されるように駆動して、これらと
組合わさつている各調速弁及び遮断弁を急速に閉
成する。

主発電機遮断器３０が開くと、発電機の電気的
負荷は遮断され、タービン系統中に機械力と電力
との不均衡が、遮断器３０の開成と同時に発生
し、タービンの回転速度上昇を引き起こす。しか
しながら、調速及び遮断蒸気流入弁が遮断器３０
の開成と同時に閉成するので、機械力による駆動
力も又遮断される。タービン系統は、普通、慣性
のため短時間は速度上昇するが、その後は風損及
び摩擦損のため速度減衰する（第３図のt₀〜t₁間
を参照）。

第２図の論理図において、遮断器３０が開放
（）してから所定の可調節時限、例えば１〜10
秒経過後、回転速度信号SPDが監視されて信号
SPDが、所定速度（例えば一例として同期速度の
103％）を表わす信号レベル以下にさがる時点が
検出される。この状態が第３図に示す時点t₁であ
る。従来の過速度保護制御系統では、ソレノイド
弁１２８の消勢で放出弁１５１の動作を解除し、
入口１３５から排出管１５３を通る流体の流出を
止めることに応答して、遮断弁は全開位置になる
よう水圧的に操作される。大半の遮断弁水圧系統
では、高圧流体管路が従来のオリフイスを通つて
入口１３５に直接つながつており、それによつ
て、放出弁１５１が閉成した直後、弁を開放する
ことができる。放出弁１５１が動作解除されて遮
断弁が開くと、蒸気流入調整、遮断弁が急速に閉
成することによつてすでに再熱器２４中に閉じ込
められている蒸気は遮断弁を通じて流出し、再び
同期速度の103％を越えて速度上昇させるだけの
充分な機械力が与えられる。従つて、第３図の実
線グラフ５０で示されるような振動は、再熱器２
４の蒸気エネルギーがすべて消散するまで現われ
るであろう。

しかしながら、この好ましい実施例では、遮断
弁は、放出弁１５１の動作解除の結果、全開位置
に置かれることはない。上述した例のOPCは、
遮断弁の開度を、測定されたタービン回転速度
（すなわち信号SPD）に従つて制御している。

さらに詳述すれば、制御器６７は、基準制御器
６２によつて与えられる速度基準信号６５とター
ビンの実回転速度を表わす信号SPDとの差によつ
て決定される。典形的に比例制御器である制御器
６７は、開閉器７９の開閉接点７７、増幅器８５
を介して結合している信号線８６上の調速弁、遮
断弁の設定点を制御する。上述したように、調速
弁水圧サーボ系統８７への信号線８６の設定点
は、オフセツト利得増幅器８９によつて、遮断弁
水圧サーボ系統９３の設定点９１に変換される。
遮断器開放後の調速弁の動作及び遮断弁設定基準
点の代表例が、第６図に点２０６及び２０４とし
て夫々示されている。遮断弁用のグラフ２００及
び調速弁用のグラフ２０２に示される不連続性
は、遮断器３０閉成の発生で、速度・負荷基準制
御器６２によつて引き起こされる。第６図のグラ
フの不連続性として示されているこの階段的流量
要求は、タービン動力系統の制御中に遮断器閉成
で生ずる周波数偏移を補償するために行なわれ
る。グラフ２００と２０２との利得の差は増幅器
８９の利得Ｇによつて生じ、第６図に示す例の場
合、Ｇ＝４に調節されている。

次に上述の動作を要約して述べる。過速度保護
制御要求信号（OPC）１００を動作させるとい
う論理条件（第２図参照）にある時、調速弁と遮
断弁は、各調速弁、遮断弁水圧サーボ系統８７及
び９３中の、ソレノイドリレー弁１２８が付勢さ
れ、かつ放出弁１５１が動作する結果、急速に閉
塞される。これらの弁が閉塞すると、タービンの
回転速度は、まずタービン系統の慣性によつて上
昇し、それから機械部分の風損及び摩擦損に従つ
てゆつくり減少する。調速弁及び遮断弁が閉塞し
ている間中蒸気エネルギーは再熱器２４中に閉じ
込められている。遮断器開放に続く所定時間遅延
後、速度信号SPDが監視され、このSPDが所定速
度値（例えば同期速度の103％）より下がる時点
を検出する。これを検出すると、過速度保護制御
要求信号は出力されず、従つて調速弁、遮断弁水
圧サーボ系統中の各ソレノイド弁１２８が消勢さ
れてこれらと組み合わさつた放出弁１５１の動作
を解除し、各アクチユエータ１３７の入口１３５
を塞ぐ。

遮断器３０の開放と同時に、速度・負荷基準制
御器６２は、制御器６７と組み合わさつた開閉器
７１を開き、開閉器６１を閉じる。速度・負荷基
準信号６５とSPD間の差によつて生ずる速度誤差
は、制御器６７を制御し、調速弁、遮断弁水圧サ
ーボ系統への設定点を与える。各水圧サーボ８７
及び９３中の放出弁１５１の動作が解除された後
は、サーボ系統は上記設定点に応答して弁の開度
を調整する。尚、この設定点は、開度位置基準値
か、或いは関連した流量要求基準値かの何れかで
ある。速度基準制御器６２の基準信号６５はター
ビンの同期速度にほぼ等しく設定されているの
で、弁開度（すなわち弁設定点基準値）は、初
め、第６図にそれぞれ示されているグラフ２００
及び２０２上の点２０４，２０６付近で制御され
る。タービンの回転速度は、上述の第３図のグラ
フ５４で示したのと同じような速度制御動作をた
どるであろう。再熱器の蒸気エネルギーを用いて
遮断弁の開度調節によつてタービンの回転速度が
同期速度に制御されている間においていつでも
（たとえ、再熱器の蒸気エネルギーが完全に放出
される前においても）、主発電機遮断器３０を閉
成することによつて、タービン系統を電力系負荷
に再同期化（再投入）することができる。遮断器
３０の閉成後、遮断弁と調速弁は、例えば第６図
に示すグラフの２００及び２０２に従つて制御さ
れる。

第７図には、OPC動作後に、タービンの回転
速度を同期速度に制御するために、遮断弁の開度
を調短するのに使用される他の実施例が示されて
いる。第７図において、タービンの同期速度を表
わす値である所定の固定設定点３００が、加算点
３０１の正入力端子に結合されている。加算点３
０１の負入力端子には、測定された実速信号SPD
が結合されている。加算点３０１で生ずる速度誤
差は、制御器３０５につて影響を受ける。制御器
３０５の出力は、２個の縦続接続された単極単投
開閉器３０７及び３０８を経て、緩衝増幅器３１
０に入力される。第１開閉器３０７は、制御器３
０５と緩衝増幅器３１０とを、放出弁１５１が過
速度保護制御要求信号（OPC）１００に従つて
開いている時に開くよう開位置に制御される。放
出弁開放論理信号３１５は、水圧サーボ系統の放
出弁１５１中の水圧を測定する圧力開閉器３１１
（第５図）から得られる。第２の開閉器３０８
は、フリツプフロツプ回路３１２から速度制御禁
止（Inhibit Speed Control）信号が生じたと
き、開くよう制御される。速度制御禁止（ISC）
信号３１３は、操作員が最初、押釦PBIで始動す
るか、又はタービン引外し（trip）信号３１４が
生じた時、出力される。従つて、フリツプフロツ
プ３１２は、主遮断器３０の閉成と同時に状
態にリセツトされる。制御器３０５によつて生ず
る制御信号は、速度制御信号が禁止されておらず
（）、且つ水圧サーボ系統８７及び９３の放出
弁１５１が閉じられている時に、緩衝増幅器３１
０の入力端子に導かれる。

別の信号３１６が、単極単投開閉器３２０を介
して結合されている普通のＤ／Ａ変換器３１８か
ら緩衝増幅器３１０の他の入力端子に印加され
る。デイジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器３１
８は、従来通りデイジタル計数器３２２に応答す
る。代表的なクロツク回路３２４から単極単投開
閉器３２６をへて計数器３２２に、クロツク信号
が印加される。上記開閉器３２６はクロツク回路
３２４と計数器３２２との間の接続を時々遮断す
るよう動作する。緩衝増幅器３１０の出力は、信
号線９１を介して遮断弁水圧サーボ系統９３に導
かれる。第４図に示す増幅器８９は、第７図に示
すような系統によつて置換できる。但し、その場
合、速度・負荷制御器３６と第７図に示される系
統との間は結合されない。

この別の実施例では、第８図に示す付加的な機
能を制御器３６に加えて所定の設定条件に従つて
調速弁制御をきかなくすることができる。第８図
において、差動器４００により同期速度値と実速
値SPDとの差から、速度誤差が取り出される。こ
の速度誤差は比較器４０１の正入力端子に印加さ
れる。比較器４０１の負入力端子は、１分間５回
転（RPM）を表わす設定閾値に調節される。比
較器４０１の出力は、ANDゲート４０３の１入
力端子に接続される。水圧サーボ系統中に生ずる
遮断弁開度位置信号（第５図の信号１４７参照）
が比較器４０５の正端子に入力される。比較器４
０５の負入力端子は、遮断弁開度20％を表わす他
の閾値に設定されている。第２の比較器４０５の
出力は、ANDゲート４０３の第２の入力端子に
接続される。ANDゲート４０３の出力信号４０
７は、故障時、調速弁の制御動作を禁止するため
に用いられる。制御器３６と結合している制御点
は増幅器８５への１入力である。信号４０７が論
理１の時、増幅器８５は正常動作を行なうことが
できる。しかしながら、信号４０７が論理０にな
ると、増幅器８５は調速弁水圧サーボ系統８７が
調速弁を閉成位置に維持するような値に調速弁設
定点基準出力信号８６を強制的に合わせるように
その動作が禁止される。

以下、その動作を説明する。調速弁及び遮断弁
は、この場合でも、なお、過速度保護制御要求信
号１００が発生すると水圧により急速に閉成す
る。更に、開閉器３０７は過速度保護制御要求信
号１００の発生で開くよう制御される。開閉器３
０７は各放出弁１５１の動作が解除されたとき閉
成するよう制御され、制御器３０５によつて生じ
た制御信号を緩衝増幅器３１０に再度接続する。
遮断弁水圧サーボ系統９３の設定点基準値は、加
算点３０１で発生した速度誤差に従つて制御器３
０５を経由して制御される。この実施例では、制
御器３０５として、場合に応じ連続関数信号を出
力する比例制御器、比例＋積分制御器、又は比例
＋積分＋微分制御器のうちのいずれか１つを選ぶ
ことができる。遮断弁は、再熱器中に閉じ込めら
れた蒸気エネルギーを使用してタービン速度を同
期速度にほぼ等しい値に制御し続けるであろう。

この速度制御期間中は、調速弁は無能化信号４
０７によつて閉成が維持される。再熱器中の速度
エネルギーが消散し、タービン系統の回転速度を
制御するために低圧タービンに蒸気をもはや有効
に入れることができない開度位置に遮断弁が近づ
くまで遮断弁を用いた速度制御が維持されるな
ら、調速弁は、第８図の論理条件に従つた信号４
０７によつて高圧タービンに蒸気を入れ、タービ
ン速度を制御することができる。第８図に示す機
能図は、このような状態を検出するためのもので
ある。測定された速度SPDが同期速度値より例え
ば5RPM以上下がると、比較器４０１の出力は論
理１となる。同様に、もし遮断弁開度信号が比較
器４０５の設定閾値（代表例として20％）より大
きくなると、比較器４０５の出力も又論理１とな
る。これらの２つの条件が同時に存在する時、
ANDゲート４０３の出力は論理１となり、それ
から速度制御器３６中に生ずる速度誤差に従つて
増幅器８５を介し調速弁の開度位置を操作するこ
とができる。そして、この調速弁の開度調節がタ
ービンを同期速度に制御する上で重要な役割を果
たす。遮断弁は主として全開位置状態で動作す
る。

タービン動力系を電力系負荷へ再同期化（再投
入）したい時、主発電機遮断器３０を閉成する。
この状態は第７図に示す論理信号４０８及び４０
９によつて検出される。論理信号４０８は１（第
７図中のＴ＝True）となり、開閉器３２６を制
御して、これを閉じ、クロツク回路３２４からク
ロツクパルスによつて計数器３２２は総計数値に
増加する。又、遮断器が閉成している状態では、
ANDゲート４１０の一入力信号を論理０にし、
開閉器３２０を開に保つのに使用される信号をな
くすので、Ｄ−Ａ変換器３１８からの出力信号は
増幅器３１０へ伝えられる。この状態で、計数器
３２２は遮断弁用の全開要求信号を示す総計数値
へ増加する。この計数要求信号は、Ｄ／Ａ変換器
３１８によつて変換され、信号３１６として開閉
器３２０を経て緩衝増幅器３１０に供給される。
信号３１６は速度制御器３０５からの速度信号を
無効にして、遮断弁設定点基準値を強制的に全開
要求状態にする。従つて、負荷制御中は、遮断弁
は全開位置に維持され、エンタルピ損を防止して
いる。

第７図、及び第８図をもつて説明したこの実施
例の速度制御機能は、操作員が押釦PBIを押す
か、又はタービン引外し信号が信号線３１４に検
出されるかの何れかによつて、その動作が禁止さ
れる。その何れの場合においても、速度制御禁止
信号ISCがフリツプフロツプ３１２の動作に従つ
て取り出され、信号線３１３を介して開閉器３０
８を開放位置に制御し、それによつて制御器３０
５からの遮断弁設定点基準値に関する制御信号を
遮断する。

【図面の簡単な説明】

第１図は代表的なタービン系統を示すブロツク
図、第２図は第１図のタービン系統に適した過速
度保護制御器（OPC）のための論理図、第３図
はOPC動作後の時間対タービン回転速度を示す
グラフ、第４図はこの発明の原理により、動作す
るOPCの一実施例を示すブロツク図、第５図
は、この実施例に適した弁開度サーボ制御器の電
気水圧系統図、第６図は速度・負荷要求に対する
調速・遮断弁サーボ設定点基準信号を示す図表、
第７図はこの発明の原理により動作するOPCの
他の実施例を示すブロツク図、第８図は第７図に
示すOPCの実施例によつて動作する調速弁制御
器の回路図である。 １０……高圧タービン部、１２……低圧タービ
ン部、１６……発電機、１８……負荷、２０……
蒸気源、２２……調速弁、２４……再熱器、２６
……遮断弁、３０……遮断器、３６……速度・負
荷制御器、４０……調速弁水圧アクチユエータ、
４１……遮断弁水圧アクチユエータ、４２……過
速度保護制御器、８７……調速弁水圧サーボ系
統、９３……遮断弁水圧サーボ系統、１００……
過速度保護制御要求信号、１２８……ソレノイド
弁、１３７……アクチユエータ、１５１……放出
弁。尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発電機と、高圧タービン部及び少なくとも１
   つの低圧タービン部を有し第１の所定回転速度で
   動作する蒸気タービンと、蒸気源と、この蒸気源
   から上記高圧タービン部への蒸気の流入を制御す
   るよう動作する少なくとも１つの調速弁と、上記
   高圧タービン部と上記少なくとも１つの低圧ター
   ビン部との間に接続された再熱器であつてこの中
   を通り上記少なくとも１つの低圧タービン部へ流
   れる蒸気を加熱するためのものと、この再熱器か
   ら上記少なくとも１つの低圧タービン部への蒸気
   の流入を制御するよう動作する少なくとも１個の
   遮断弁と、閉成位置にあつて上記発電機を電力系
   負荷と電気的に接続するための主発電機遮断器
   と、上記電力系負荷に供給される電力量を制御す
   る制御装置と、を備え上記主発電機遮断器が開い
   たとき最初に生ずる過速度状態から上記蒸気ター
   ビンを保護することのできる蒸気タービン系統の
   過速度保護制御装置において、 上記蒸気タービンの実際の回転速度を示す第１
   の信号を実時間で発生する装置と、 上記遮断器の開放を検出するか、あるいは第２
   の所定回転速度値より大きい上記第１の信号を検
   出するかのいずれかによつて駆動されて、上記各
   調速弁及び遮断弁を急速に閉塞し、それによつて
   上記蒸気タービン部へ流入する蒸気流を遮断し、
   上記再熱器中に蒸気エネルギーを閉じ込め、上記
   第１の信号がもはや上記第２の所定回転速度値よ
   り大きくないとき非動作状態にされる電気水圧装
   置と、 この電気水圧装置の非動作状態に応答し上記第
   １の信号と上記第１の所定回転速度を表わす値と
   の差に基づいて上記少なくとも１つの低圧タービ
   ン部に蒸気を流入させるよう上記遮断弁の開度を
   調節することによつて上記蒸気タービンの回転速
   度を制御する装置と、 を備え、それによつて、上記再熱器中に閉じ込
   められた上記蒸気エネルギーが上記蒸気タービン
   を上記第１の所定回転速度に維持し、上記タービ
   ン系統と上記電力系負荷とを急速に再投入できる
   ようにした蒸気タービン系統の過速度保護制御装
   置。 ２ 上記各遮断弁は、上記回転速度制御装置によ
   つて与えられる設定点と各弁の開度位置を表わす
   帰還信号とを有する電気水圧的に動作するサーボ
   系統によつて開度調節され、上記電気水圧装置
   は、各遮断弁毎に上記電気水圧装置と協動する放
   出弁及びソレノイド弁を備え、このソレノイド弁
   が付勢されたとき上記放出弁が動作し同時に上記
   サーボ系統を非動作状態にし、これらに関連する
   上記遮断弁を急速に閉塞し、上記ソレノイド弁が
   消勢されたとき、上記放出弁を非動作状態にし各
   サーボ系統の動作を、これらに与えられる上記設
   定点に従つて上記遮断弁を再度開度調節できるよ
   うにした特許請求の範囲第１項記載の蒸気タービ
   ン系統の過速度保護制御装置。