JPS62323B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（利用分野） 本発明は、原子力発電所もしくは火力発電所な
どに於て用いられる二重系蒸気タービン制御装置
の調速機装置に関するものであり、特に一対の調
速機を装備し、１待機動的切替方式によつて各タ
ービン蒸気弁の開度制御を行なうようにした蒸気
タービンの調速機装置において、簡単な装置・機
能を付加するだけで、一対の調速機の出力制御信
号に予定値以上の差を生じた場合に、いずれの調
速機が異常であるかを正確に判別することができ
るようにした蒸気タービンの調速機装置に関する
ものである。 （従来技術） 先づ、従来例として、火力発電所に用いられる
一段再熱蒸気タービンに対して適用した電子油圧
調速機の概略構造を、タービンの蒸気系統との接
続と共に、第１図にブロツク図で示した。 第１図の内容を、蒸気発生器、タービンおよび
蒸気系統関係と、電子油圧式調速機関係の２群に
分けて説明する。 蒸気発生器S.GENで発生された蒸気は、蒸気
止め弁SV１，SV２、及び蒸気加減弁CV１〜CV
４を介して、高圧タービンHPに供給される。 高圧タービンHPで仕事をした蒸気は、そのエ
ンタルピが低下している。そこで、発電プラント
の効率を高めるため、この蒸気を、蒸気発生器S.
GEN内の再熱器REHEATにて、再び加熱してい
る。 再熱器REHEATでエンタルピの増強された蒸
気は、再熱蒸気止め弁RSV１，RSV２および中
間阻止弁ICV１〜ICV４を介して中、低圧タービ
ンIP／LPに与えられている。低圧タービンLPで
仕事をした蒸気はコンデンサCONDに送られて復
水され、この水は再び蒸気発生器S.GENに戻さ
れる。 典型的な例では、図に示したように、蒸気止め
弁は２個（SV１およびSV２）、蒸気加減弁は４
個（CV１〜CV４）、再熱蒸気止め弁は２個
（RSV１およびRSV２）であり、また中間阻止弁
は４個（ICV１〜ICV４）である。 又、タービンの昇速時および緊急停止時などを
除いた通常の運転状態では、蒸気止め弁SV１，
SV２、中間阻止弁ICV１〜ICV４、再熱蒸気止め
RSV１，RSV２は全開しており、蒸気発生器S.
GENからタービンHP，IP／LPへ供給さる蒸気流
量は、蒸気加減弁CV１〜CV４のみによつて調整
されている。 この場合の、蒸気流量調整のための各蒸気加減
弁CV１〜CV４の開閉制御方法として、例えば
CV１→CV２→CV３→CV４の順序で開く方法が
ある。また、その他にも、タービンロータの応力
を低減するような蒸気弁開閉制御法が報告されて
いる。 次に電子油圧式調速機関係の基本機能を説明す
る。この調速機は、前記した10個前后の各タービ
ン蒸気弁の開閉を司る、いわば頭悩部を構成して
いる。タービンの速度及び負荷制御に関する基本
機能は、下記の通りである。 タービンの回転数信号１は、例えば、タービン
軸の取り付けられた歯車の回転歯数を検出する実
回転数検出器SDによつて得られる。そして、前
記回転数信号１と、タービンの目標回転数信号２
との偏差を、演算器AD１によつて算出する。 この偏差は、（速度調定率をδとした場合）、
１／δ倍され、目標負荷設定器LD.REFからの負
荷設定信号４と加算器AD２にて加え合わされ
る。なお、LMTは変化率制御器である。 実際のタービン回転数信号１が、タービンの目
標回転数信号（Ｓ REF）と等しいときには、
以上の説明から明らかなように、負荷設定信号４
のみが、后段の制御回路に加えられる訳である。 尚、負荷設定信号４は、一般に、第１図に示し
た１／SAなる積分特性を有する目標負荷設定器
LD.REFおよび変化率制御器LMTから与えられ
る。さらに、この目標負荷設定器LD.REFは、他
の装置又は運転者からの負荷増減指令“Ｌ”，
“Ｒ”を受けつけるような構成になつている。 前述の加算器AD２の出力信号５は、次段の低
値優先回路LVGに加えられる。 第１図の例では、負荷制限器LLMの出力信号
６及び圧力制限器PMの出力信号７が、前記の信
号５と共に、低値優先回路LVGに加えられ、前
記各信号５，６，７のうち、最も小さい信号が、
低値優先回路LVGの出力信号―タービン綜合弁
開度指令８となり、各種蒸気弁の開度を制御する
訳である。 なお、第１図中のPDは主蒸気圧力検出器であ
り、その出力は、基準圧力信号PRと共に、演算
器AD３に加えられる。演算器AD３の出力―すな
わち、主蒸気圧力の基準値からの偏差が圧力制限
器PMに供給される。 負荷制限器LLMは、よく知られているよう
に、電力系統内の負荷急増によつて、タービン回
転数が低下したとき、上記信号５によつて蒸気弁
が急開して、タービンに無理な負担が加わるのを
防ぐためのものである。一般には、速度偏差信号
３が零のときの５の信号に比較して、信号６の方
が僅かに大きな値になるように設定して、運転さ
れている。 圧力制限器PMの役割は、これも良く知られて
いるように、蒸気発生器S.GEN又はその制御装
置の故障によつて、蒸気発生器S.GENからター
ビンに与えられる蒸気の圧力が低下した場合に、
タービン蒸気加減弁CV１〜CV４を閉方向に制御
して、蒸気圧力の回復を支援することである。 次に、第１図の関数発生器FGC１，FGC２，
FGI１……は、それぞれ前記タービン綜合弁開度
指令信号８を受けて、蒸気加減弁CV１〜CV４、
中間阻止ICV１〜ICV４、蒸気止め弁SV１〜SV
２などの開度を制御するものである。 例えば、蒸気流量を増加する場合に、４個の蒸
気加減弁CV１〜CV４を順次開けていくようなタ
ービンの運転方式であれば、タービン綜合弁開度
指令信号８の小さい値に対しては、最初に開くべ
き加減弁CV１を制御すべきFGC１の出力は大き
いが、最后に開くべき加減弁CV４を制御する
FGC４の出力は零である。 こゝで、各関数発生器FGC１，FGC２……な
どの出力に基づく各蒸気弁の開度制御について説
明する。 各蒸気弁においては、その開度と通過蒸気流量
との間に非線形関係があるので、前記各関数発生
器は、後述の蒸気弁シリンダ開度の検出フイード
バツク信号系に、逆関数特性を持たせるように作
用する。 なお、各関数発生器FGC１，FGC２，FGI１
……などの出力によつて、それぞれ対応する蒸気
弁の開度を制御するための機構（第１図の２点鎖
線で囲つた部分）および手法は、どの関数発生器
についても同様であるので、以下においては、関
数発生器FGC１に関する部分のみについて説明
する。 電気―油圧信号変換器SERVは、増幅器Ｋ１の
電気信号出力１１を制御油量信号１３に変換し、
前記信号１３に応じた量の作動油をシリンダ
CYRNに送る。 これにより、シリンダCYRN内のピストンは、
前記作動油の量に比例したストローク（変位）を
生ずる。前記ストローク（変位）は、機械レバー
LVを介して蒸気加減弁CV１に伝達され、その開
度を制御する。 シリンダCYRN内におけるピストンのストロー
クは、その検出器DIFTによつて検出され、検出
信号は変換器POSを経由して、フイードバツク信
号１０として演算器AD４に供給される。 一方、関数発生器FGC１の出力である弁開度
目標信号９もまた演算器AD４に加えられる。 演算器AD４の出力―すなわち、蒸気加減弁CV
１の実開度（信号１０で代表される）の弁開度目
標信号９に対する偏差信号は、増幅器Ｋ１によつ
て増幅された後、電気―油圧信号変換器SERVに
供給される。 すなわち、第１図中の２点鎖線で囲まれた構成
部分によつて、蒸気加減弁CV１の実開度は、弁
開度目標信号９に常に一致するように制御され
る。 以上に説明したように、演算器AD４→電気―
油圧信号変換器SERV→シリンダCYRN→検出器
DIFT→変換器POS→演算器AD４から構成され
るマイナーな制御ループを設けている理由は、弁
開度目標信号９から各蒸気弁開度変化→タービン
回転子内蒸気量変化→タービン回転数変化→速度
偏差→関数発生器FGC１に至る、時間遅れの大
きいメジヤーループに、このようなマイナールー
プを設けて、蒸気弁の開度制御を速応させ、弁開
度を安定化しようとするものである。 さて、このように複雑な制御動作を実現するた
めの制御機能部分は、多くの場合、電気回路で構
成される。そして、その方式としては、つぎの２
つが知られている。 (1) アナログ制御方式 半導体集積回路要素をプリント板に搭載し、こ
の間を配線することにより、所望の機能を実現す
るもの。 (2) デイジタル制御方式 所要の各種機能をデイジタル計算機のメモリー
内に収容して中央演算処理装置（CPU）で演算
し、得られた制御指令を、プロセス入出力回路
（PI／Ｏ）を介してタービン蒸気弁（具体的に
は、高圧油を用いた電油変換器）に供給するも
の。 デイジタル制御方式のハードウエアを採用した
場合には、電子油圧式調速機システムの信頼性を
向上する目的で、何らかの冗長方式を適用し易い
という利点がある。すなわち、高信頼化システム
の実現のし易さの観点からアナログ制御方式より
もデイジタル制御方式の方が優れているといえ
る。 冗長方式は大別して、静的冗長方式（Static
Redundancy）、動的冗長方式（Dynamic
Redundancy）、及びハイブリツド冗長方式
（Hybrid Redundancy）の３種の係列がある。 そして、各系列毎に、信頼性要求値、単一系故
障時の修理の容易性、装置据付寸法、コストなど
からの要求に適した各種の方式が考えられてい
る。 第２図に従来用いられている１待機動的切替方
式の電子油圧速機システムの構成例を示す。同図
に於て、電子油圧式調速機Ａ，Ｂは、例えば第１
図に示した機能を、各々独立に有しており、それ
ぞれの出力は、何個かの切替スイツチSWを通し
て、各種タービン蒸気弁駆動用電油変換器に供給
されている。 スイツチSWがＡ側に接続されている状態で、
調速機Ａが故障した場合に、調速機Ｂが故障して
いなければ、スイツチSWは調速機Ｂ側に切替え
られる。これにより、待機中の調速機Ｂがタービ
ンの制御を引受け、タービンの運転を可能とす
る。一方、制御から除外された調速機Ａは、ター
ビン運転中に修理することが可能な訳である。 スイツチSWの切替論理の構成は、制御に加わ
つている調速機が自ら、自己をハードウエア的お
よびソフトウエア的に診断し、自らを故障と認め
たときは、制御を放棄し、待機側の調速機に制御
を引渡すものである。 しかしながら、従来の上記の方法には、次のよ
うな問題があつた。即ち、制御を担当している調
速機に異常を生じた場合に、自ら異常であること
を100％の確度で検出はできないということであ
る。 換言すれば、デイジタル計算機に於ても、上記
のシステムに於て“Who checks the checker”
の問題が残つている訳である。 又、上記従来の方式では、仮に、調速機ＡとＢ
の出力の差を識別する回路を別に設けても、Ａ，
Ｂ何れが正しいかを判別することができないこと
も問題である。 上記の問題を解決する一つの手段としては、調
速機Ａ，Ｂと同一機能の調速機（コントローラ）
Ｃを新たに設備し、各出力の多数決論理により、
故障した調速機を見出し、これを制御に加えない
ような構成法を採用することである。 しかし、この方式には、反面、コントローラと
しての調速機Ｃを新たに設けることにより、コス
トや据付面積が大となるなどの欠点がある。 （目 的） 本発明は、１待機動的切替方式の蒸気タービン
の調速機装置に於て、制御中の調速機と待機中の
調速機の出力間に差異が生じた時、何れが正しい
かを判定し、調速機の切替操作を確実に行なうこ
とを可能とするための簡単な判別回路を設けた蒸
気タービンの調速機装置を提供することを目的と
するものである。 （概要） 前記の目的を達成するために、本発明において
は、調速機能とは無関係な簡単な計算を行なう監
視回路Ｃを設けると共に、各調速機ＡおよびＢに
同一の計算機能を付加し、１待機動的切替方式を
構成する同一機能の２つの調速機Ａ，Ｂの出力間
に差異が生じたときには、各調速機Ａ及びＢ、並
びに前記監視回路Ｃに対して、調速機能とは無関
係な簡単な計算（例えば、タービン速度の加速率
演算）を新たに実行させ、これら３者の演算結果
の多数決論理と合致した調速機Ａ又はＢ側にスイ
ツチを接続させるように構成している。 （実施例） 以下に、第３図および第４図を参照して、本発
明の一実施例を詳細に説明する。これらの図にお
いて、第１図と同一の符号は同一または同等部分
をあらわしている。 なお、第３図において、調速機Ｂは調速機Ａと
同じ構成であるので、以下の説明に直接関係のな
い部分は、図示を省略している。 タービンの各種蒸気弁の制御上、最も重要な中
間変数であるタービン加減弁の綜合弁開度指令信
号８を、それぞれの調速機Ａ，Ｂから各々外部に
取り出して演算器AD５に加え、両者を比較す
る。得られた差信号１５を比較器COMPに加え、
例えば、フルスケールの２％程度の差が生じたと
きは、論理出力“１”を出力させる（図中では、
起動信号ABdで示した）。なお、前記信号８の代
りに、他の弁開度指令信号等を用いてもよいこと
は明らかである。 そして、前記のように比較器COMPが論理出力
“１”（起動信号ABd）を発生したときは、それぞ
れの調速機Ａ，Ｂに設けられたタービン加速率計
算器ACSに、前記綜合弁開度指令信号８を導入
するか、あるいはこのタービン加速率計算器
ACSを起動するかして、前記指令信号８の変化
に基づいたタービンの加速率をそれぞれ演算させ
る。 前記演算の結果は、それぞれの調速機Ａ，Ｂご
とに、加速判別器ARDおよび減速判別器ALDに
供給する。加速判別器ARDおよび減速判別器
ALDでは、演算結果が予定の加速減速率（例え
ば毎秒0.1％）を超えているとき、減速信号ALま
たは加速信号ARを出力する。 なお、明らかなように、上記の各調速機Ａ，Ｂ
における加速減速率は、比較器COMPから起動信
号ABdが発生されているときだけでなく、前記論
理出力が発生されていないときにも、常時実行す
るようにしてもよい。 つぎに、第４図を参照して、前記のように、比
較器COMPから起動信号ABdが発生されたときに
おける、監視回路Ｃの動作を説明する。 第４図は監視回路Ｃのブロツク図である。 前記起動信号ABdは、論理積ゲートAND１お
よびAND２に供給されると共に、タービン加速
率計算器ACSに加えられる。前記タービン加速
率計算器ACSには、回転数検出器SD（第１図）
で測定されたタービンの実回転数信号１に基づく
加速率演算が行なわれる。 この演算結果は、加速判別器ARDおよび減速
判別器ALDに供給され、調速機Ａ，Ｂの動作に
関して前述したのと同様にして、加速信号CRま
たは減速信号CLが出力される。 前記の加速信号CRおよび減速信号CLは、各調
速機において演算された加速信号AR，BRおよび
減速信号AL，BLと共に、第１および第２の2/3
論理回路（一般には、多数決論理回路）MJ１お
よびMJ２に供給される。 第１の2/3論理回路MJ１の出力は、第１および
第２の不一致回路UCN１およびUCN２に供給さ
れ、一方、第２の2/3論理回路MJ２の出力は、第
３および第４の不一致回路UCN３およびUCN４
に供給される。 さらに、第１の不一致回路UCN１には調速機
Ａからの減速信号ALが、第２の不一致回路UCN
２には調速機Ｂからの減速信号BLが、第３の不
一致回路UCN３には調速機Ａからの加速信号AR
が、また第４の不一致回路UCN４には調速機Ｂ
からの加速信号BRが、それぞれ供給されてい
る。 第１および第３の不一致回路UCN１，UCN３
の出力は第１の論理和ゲートOR１に供給され、
一方、第２および第４の不一致回路UCN２，
UCN４の出力は第２の論理和ゲートOR２に供給
される。 また、第１の論理和ゲートOR１の出力は第１
の論理積ゲートAND１に加えられ、第２の論理
和ゲートOR２の出力は第２の論理積ゲートAND
２に加えられる。 後述するところから明らかなように、調速機Ａ
が異常のときは、第１の論理積ゲートAND１に
論理出力“１”を生じ、また調速機Ｂが異常のと
きは、第２の論理積ゲートAND２に論理和出力
“１”を生ずる。 第１表は、第４図の監視回路Ｃにおいて行なわ
れる論理演算の真理値表である。なお、第１表中
のＸ印は、該当する信号の“１”，“０”が論理演
算結果（論理積ゲートAND１，AND２の出力）
に無関係であるとを示している。 つぎに、第１表を参照して、幾つかの代表的な
ケースについて、第４図の監視回路Ｃの動作を説
明する。 ケース １ 調速機ＡおよびＢから出力される綜合弁開度指
令信号８，８の差異が小さく、比較器COMP（第
３図）の出力が“０”―すなわち、起動信号ABd
が“０”であるときは、加速判別器ARDおよび
減速判別器ALDの出力とは無関係に、２つの論
理

【表】 積ゲートAND１，AND２の出力は、共に“０”
である。 この条件のときは、調速機Ａ，Ｂには異常の発
生がなく、したがつて、調速機の切替は行なわれ
ない。 ケース ３ 起動信号ABdが“１”で、調速機Ａの減速信号
ALが“１”になり、一方、監視回路Ｃの加速・
減速信号CR，CLは共に“０”の場合である。 （調速機Ａの信号８によればタービンは減速す
るはずであるのに、実際のタービン速度は加・減
速のいずれでもない場合であり、調速機Ａは正常
に動作していないことになる）。 この場合は、第１および第２の2/3論理回路MJ
１，MJ２の出力は共に“０”であり、不一致回
路は第３番目のものUCN３のみが“１”出力を
生ずる。その結果、第１の論理和ゲートOR１お
よび第１の論理積ゲートAND１の出力が“１”
となる。 これにより、調速機Ａが異常であることが判定
され、調速機Ａが制御系に組入れられているとき
は、制御は調速機Ｂに切替えられる。 ケース ６ 起動信号ABdが“１”で、調速機Ｂは加速・減
速信号AR，ALのいずれも発生せず、調速機Ａの
減速信号ALが“１”になり、一方、監視回路Ｃ
では、減速信号CLが“１”になつた場合であ
る。 （調速機Ｂの信号８によれば、タービンは加速
も減速もしないはずであるのに、実際のタービン
速度は減速されている。したがつて、調速機Ｂは
正常でない。他方、調速機Ａの信号８によれば、
減速となつており、調速機Ａは正常に動作してい
る）。 この場合は、第１の2/3論理回路MJ１および第
２の不一致回路UCN２の出力のみが“１”とな
る。したがつて、第２の論理和ゲートOR２およ
び第２の論理積ゲートAND２の出力が“１”と
なり、調速機Ｂが異常であると判定される。 ケース ９ 起動信号ABdが“１”のとき、調速機Ｂの加速
信号BRおよび調速機Ａの減速信号ALが“１”に
なり、一方、監視回路では減速信号CLが“１”
になつた場合である。 （調速機Ｂの信号８によればタービンは加速状
態となるはずであるのに、実際のタービン速度は
減速となつており、調速機Ｂは異常である。他
方、調速機Ａの信号８によれば、減速状態であ
り、調速機Ａは正常である）。 この場合は、第１の2/3論理回路MJ１の出力が
“１”となり、第２および第４の不一致回路UCN
２，UCN４の出力が“１”となる。したがつ
て、第２の論理和ゲートOR２および第２の論理
積ゲートAND２の出力が“１”となつて、調速
機Ｂの異常が判定される。 前述の動作説明および第１表から容易に理解さ
れるように、第４図の監視回路では、つぎのよう
な論理演算を行なつて、いずれの調速機が異常で
あるかの判定を行なつている。 (1) それぞれが別個に計算された加速信号AR，
BR，CRおよび減速信号AL，BL，CLの多数決
論理を求める。 (2) それぞれの多数決論理の出力と一致しない加
速信号または／および減速信号を見出し、一致
しない加速／減速信号を発生している調速機を
異常と判定する。 （効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、１待機動的切替方式の電子油圧式調速機の信
頼性に大きく関与する一組の調速機Ａ，Ｂの自己
故障検出率が100％でなかつたもの（例えば95％
程度であつたもの）を、簡単な監視回路Ｃを設け
ることにより、システム的な故障検出率を99％以
上に向上できる。 その結果として、例えばMTBF（Mean Time
Between Failure）を20％前后向上できる。 また、第４図の監視回路や、第３図の加速／減
速判別器などを付加するのに要する費用は、５〜
10％程度であり、投入費用に対する信頼性向上度
の割合が大である。 （変形例） 尚、前記実施例では、監視回路および１組の調
速機Ａ，Ｂに、加速率演算を実行させたが、この
演算に限ることはなく、他の適宜の演算を実行さ
せてもよい訳である。 前述の実施例において、加速率演算をさせた理
由は、つぎのとりである。 (1) 加速率は、タービンにとつて重要な速度信号
に関与した指標値であること、 (2) タービン速度信号をとり込んでいるので、新
たな検出器を設ける必要がなく、検知器の有効
活用ができること。

【図面の簡単な説明】

第１図は蒸気タービンにおける電子油圧調速機
の概略構成を示すブロツク図、第２図は１待機動
的切替方式を示すブロツク図、第３図は本発明の
一実施例による調速機のブロツク図、第４図は本
発明の一実施例による監視回路のブロツク図であ
る。 １…タービンの実回転数信号、２…タービンの
目標回転数信号、３…速度偏差信号、４…負荷設
定信号、５…加算器AD２の出力信号、８…ター
ビン綜合弁開度指令信号、ABd…起動信号、
AL，BL，CL…減速信号、AR，BR，CR…加速
信号、ACS…加速率計算器、ALD…減速判別
器、ARD…加速判別器、COMP…比較器、MJ
１，MJ２…2/3論理回路、UCN１〜UCN４…不
一致回路、OR１，OR２…論理和ゲート、AND
１，AND２…論理積ゲート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蒸気タービンの実回転数を供給され、前記蒸
   気タービンの目標回転数に対する前記実回転数の
   偏差、ならびに目標負荷に基づいてタービン綜合
   弁開度指令を発生し、前記タービン綜合弁開度指
   令に基づいて、前記蒸気タービンの各種蒸気弁の
   開度を制御する調速機が、２重系に構成され、か
   つその一方が実際の蒸気弁制御に作用され、他方
   が待機系とされる蒸気タービンの調整機装置であ
   つて、それぞれの調速機に独立に設けられ、各調
   速機のタービン蒸気弁開度指令を取り込み、これ
   に基づいてタービン加速率を計算し、第１および
   第２の加速／減速信号を発生する第１および第２
   の加速率演算手段と、各調速機の互いに対応する
   タービン蒸気弁開度指令を取り込んでこれらを比
   較し、両指令の差が予定レベルを超えたとき起動
   信号を発生する比較器と、タービンの実回転数を
   取り込み、これに基づいてタービンの実際の加速
   率を計算し、第３の加速／減速信号を発生する第
   ３の加速率演算手段と、前記第１ないし第３の減
   速信号の多数決論理を演算する第１の多数決論理
   回路と、前記第１ないし第３の加速信号の多数決
   論理を演算する第２の多数決論理回路と、前記第
   １および第２多数決論理回路の出力、ならびに第
   １および第２加速率演算手段の出力を取り込み、
   これらに基づいて予定の論理演算を行ない、調速
   機の異常判定信号を出力する手段と、前記比較器
   から起動信号が発生されないときは、前記調速機
   異常判定信号の出力を禁止する手段とを具備した
   ことを特徴とする蒸気タービンの調速機装置。 ２ 第１ないし第３の加速率演算手段、ならびに
   第１および第２の多数決論理回路における演算
   は、前記起動信号の発生に応答して開始されるこ
   とを特徴とする前記特許請求の範囲第１項記載の
   蒸気タービンの調速機装置。 ３ 調速機の異常判定信号を出力する手段におけ
   る前記予定の論理演算は、第１および第２の多数
   決論理回路の各出力と一致しない加速／減速信号
   を発生している調速機を、異常と判定するような
   ものであることを特徴とする前記特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の蒸気タービンの調速機
   装置。