JPS6275003A - 蒸気タ−ビン速度制御装置 - 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］ 本発明は蒸気タービン速度制御装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点１ 一般に、沸騰水型原子カプラントの如き蒸気タービンプ
ラントにおいては、タービン発電機がしゃ断器を介して
電気的に電力系統と直結されている。したがって、電力
系統に周波数変動が発生すると、蒸気タービン発電機の
回転速度はこれに引込まれて変動する。

すなわち、電力系統内に送電線事故等の故障が発生した
ような場合には、電力系統に連結させている発電機群の
トータル発電量とユーザの電力使用量とのバランスが崩
れて周波数変動が発生し、これに直結されている蒸気タ
ービン発電機の回転速度の変動を招く。したがって、こ
の回転速度の変動に応じて蒸気タービン速度制御ｌ＋装
置が作動し、蒸気加減弁の開度が制御されて蒸気タービ
ンへの蒸気流入間が制御される。その結果、原子炉で発
生する蒸気が円滑に消費されなくなり、原子炉の圧力が
変動する。ところが、この原子炉の圧力変動は沸騰水型
原子炉にとっては炉出力の変動をもたらすことになって
好ましくなく、特に圧力が一ト昇すれば炉出力が上昇し
て発電所の運転が停止される事になる。

そこで従来では、主蒸気導管の途中から主蒸気の一部を
蒸気タービンをバイパスさせて復水器へ導（ためのバイ
パス導管を、主蒸気導管から分岐させるようにすること
が行なわれている。すなわち、第４図は原子炉タービン
プラントの系統構成を概略的に示したものである。図に
おいて、原子炉１で発生した蒸気は主蒸気導管２を通り
、蒸気加減弁３でその流量を制御されながら蒸気タービ
ン４に導入される。そして、この蒸気タービン４に導入
された蒸気はここで仕事を行ない、蒸気タービン４に直
結された発電機５を駆動し、そこで発電された電力はし
ゃ断器６を介して電力系統へ供給される。また、上記蒸
気タービン４で仕事を行なった蒸気は、復水器７に送ら
れてここで復水せしめられる。さらに、上記主蒸気導管
２にはバイパス弁８を有するバイパス導管９が分岐導出
されており、必要に応じて主蒸気の一部を蒸気タービン
４をバイパスして復水器７へ導くようにしている。

一方、電力系統へのしゃ断器６の出口部には電力系統の
周波数を測定する周波数検出器１０が設けられ、この周
波数検出器１０で検出された周波数信号が比較器１１に
入力され、ここで予め設定された周波数設定値と比較さ
れ、その結果上記周波数信号が周波数設定値を越えた場
合、再循環ポンプ１２の減速により原子炉１の出力を減
じて発生蒸気量を減するようにしている。さらに、上記
蒸気加減弁３はタービ実速度と設定速度との偏差が一定
範囲内に納まるように、蒸気タービン速度制御Ｉ装置に
よってその開度が制御され、蒸気タービン４への蒸気流
入銀が調整される。また、上記蒸気加減弁３の閉方向の
制御に対応してバイパス弁８が開方向に制御され、余剰
蒸気が復水器７へ導かれる。

ところが、一般にバイパス弁８で流せる蒸気容量は、蒸
気加減弁３の容量１００％に対し２５％程度である。こ
のため、電力系統の周波数が大きく上昇するような場合
に回転速度の上昇を防止するような場合において、回転
速度の上昇を防止するように蒸気加減弁の開度を大幅に
絞るとき、蒸気加減弁３の絞り込み闇が２５％以内であ
れば２５％容岨をもつ量を吸収することができ、原子炉
圧力の上昇を防止することができる。しかし、蒸気加減
弁３がそれ以上絞り込まれるような周波数上昇が発生す
ると、蒸気加減弁３がバイパス弁８の容ｉ以上に絞り込
まれて原子炉圧力の上昇を引き起し、原子炉出力の上昇
により原子炉１が自動停止する等の問題がある。

一方、周波数の上昇量と蒸気加減弁３の絞り込みωは、
蒸気タービン速度制御装置における調定率によって決ま
り、現状では速度調定量は５％としている。すなわら、
タービン実速度が５％上昇すると蒸気加減弁３が１００
％絞り込まれるようになっており、タービン実速度５％
土性は５０１−１　ｚに換算すると５２．５Ｈｚになる
。第５図における破線は、速度調定率５％での周波数と
蒸気加減弁開度との関係を示すものであり、ここでバイ
パス弁８による吸収可能な周波数の上昇限界を求めると
５０．６２５）−Ｉ　Ｚとなる。一般的に、電力系統の
故障では最大Ｌ５Ｈｚの周波数上昇を考えておく必要が
あり、１．５Ｈｚまでは優先して原子炉運転が継続でき
るよう第５図の実線で示すような非線形の調定率として
いる。

しかしながら、プラント継続運転を優先した非線形の調
定率の場合には、第５図のＸ点〜Ｙ点までの蒸気加減弁
一定開度となる間で負荷しゃ断等の事故が発生した場合
、パワーロードアンバランスが動かない低負荷帯（第５
図のｂ）では、蒸気タービン４がオーバースピードとな
って量器が損傷する等の問題がある。

したがって、プラン１〜継続運転を優先した非線形調定
率化は、低負荷帯において機器保護の観点からは有効的
でない。

［発明の目的］ 本発明は上記のような問題点を解決するために成された
もので、その目的は通常運転時にはプラント継続運転を
優先させまた低負荷時には機器の保護を優先させ、低角
荷時系統周波数上昇中に負荷しゃ断等の事故が発生した
場合でも蒸気タービンがオーバースピードどならないよ
うにして機器損傷を確実に防止することが可能な蒸気タ
ービン速度制御装置を提供することにある。

［発明の概要］ 上記目的を達成するために本発明では、蒸気タービンの
蒸気入口側に蒸気加減弁を設番プると共に、前記蒸気加
減弁および蒸気タービンをバイパス覆るようにバイパス
弁を夫々設け１．Ｌ記蒸気加減弁の開度を制御すること
により上記蒸気タービンへ導入される蒸気量を調整して
蒸気タービンの速度制器を行なう蒸気タービン速度制！
ＩＩＩ装置において、上記蒸気タービンの実速度と設定
速度との偏差を第１の偏差信号として導出する第１の手
段と、この第１の手段からの第１の偏差信号を、上記バ
イパス弁の容量で吸収可能な量の最大蒸気加減弁開度の
要求信号に相当する値からこの値よりも一定鯖だけ大き
な蒸気加減弁要求信号に相当する値となる範囲にわたっ
て蒸気加減弁開度を一定に保持するような出力を送出す
る関数発生器を通して得た信号を第２の偏差信号として
導出する第２の手段と、前記第１および第２の手段から
の第１および第２の偏差信号を入力とし、通常負荷時に
は第２の偏差信号をまた低負荷時には第１の偏差信号を
夫々切替え出力４る切替手段と、この切替手段から出力
される第１または第２の偏差信号に調定比率を乗じた信
号に基づいて−Ｌ配熱蒸気加減弁開度を制（社）する第
３の手段とを備えて成ることを特徴とする。

［発明の実施例１ 以下、本発明を図面に示す一実施例について説明する。

第１図は、本発明による蒸気タービン速度制御装置の構
成例をブロック的に示すものである。図において、ター
ビンの実速度信号ａが速度設定器２０の速度設定値と加
眸器２１で比較され、その偏差信号が一つは関数発生器
２２を介して、またもう一つは直接に後述する乗算器２
３に入力される。また、２９は−Ｆ記乗算器２３に入力
される各信号を切替える切替器であり、この切替器２９
は負荷検出器３０の条件ににりある値よりも下がった状
態（４０％以下）で動作する。すなわち、通常時は後述
する非線形特性を有する関数発生器２２を通した速度偏
差信号わが、また低負荷時には切替器２９の動作により
速ｒ！！偏差信＠ｈが切替え選択されて乗算器２３に入
力され、ここで調定率の逆数により決まる利得が乗じら
れるようになっている。

さらに、上記乗算器２３の出力信号には、加算器２４に
おいて負荷設定器２５からの負荷設定器号Ｃが加算され
て速度要求信号ｄが求められ、この速度要求信号ｄが低
値優先回路２６に入力される。また、この低値優先回路
２６には原子炉の圧力を一定に制御するだめの圧力制御
器２７から出力される圧力要求信号ｅも入力されており
、ここで上記２つの信号ｄ、ｅのうちの低値信号が前記
蒸気加減弁３に対する蒸気加減弁開度要求信号ｆとして
出力され、この信号「によって蒸気加減弁３の開度が制
御されるようになっている。一方、上記圧力制御器２７
から出力される圧力要求信号ｅは加算器２８にも加えら
れており、ここで上記蒸気加減弁開度信＠ｒと比較され
、その偏差信号がバイパス弁開度要求信号ｇとして出力
され、このバイパス弁開度要求信＠Ｑによって前記バイ
パス弁８の開度が制御されるようになっている。

なお、上記関数発生器２２には第２図に示す様に、１０
０％負荷運転時には入力が５〜−１，２５％の間は線形
で、入力が−１，２５〜−３％の間は飽和し、入力が−
３〜−５％の間は線形となる非線形特性が与えられてい
る。すなわち、蒸気タービンへの実速度上昇時にバイパ
ス弁８の容量で吸収可能な量の最大蒸気加減弁開度の要
求信号に対応する入力−１，２５％から、周波数が１．
５Ｈｚ上昇したときの入力−３，０％に至る範囲におい
ては、出力が一定値になるような特性が与えられている
。

しかして、電力系統等の事故によって系統周波数が上昇
し始めると、蒸気加減弁３が閉方向に制御されるととも
にバイパス弁８が開方向に制御される。このようにして
、バイパス弁８が全開状態となり蒸気加減弁３が７５％
開度となると、第２図に示すように第１図の関数発生器
２２の特性によって蒸気加減弁３はその時点の開度状態
が保持され、さらに系統周波数が設定周波数（５０Ｈｚ
　）から１．５Ｈｚ以上上昇すると蒸気加減弁３は閉方
向に制御される。

第３図（ａ　）〜（Ｃ）は、非線形調定率の場合の系統
周波数上昇時における蒸気加減弁等の過度応答を示すも
のであり、第３（ａ）は電力系統の周波数、同図（ｂ）
は蒸気加減弁３およびバイパス弁８の開度、同図（Ｃ）
は原子炉出力に関するそれぞれの時間的変化を示してい
る。すなわち、いよ第３図（ａ　）に示すように系統周
波数がその設定周波数５０Ｈ７から２秒間で５１．５１
−１　ｚまで上昇し、３秒間５１．５Ｈｚを保持してそ
の後５秒間経過した時点でさらに上昇したとすると、周
波数上昇に伴なってタービン実速度が上昇して速度要求
信号ｄが小さくなり、圧力要求信号ｅはほぼ一定で１０
０％を保っているため、低値優先回路２６を経て速度要
求信号が蒸気加減弁開度要求信号ｆとなり、第３図（ｂ
）に示すように蒸気加減弁３は徐々に閉じてくる。そし
て、系統周波数が５０．６２５Ｈｚに達した時点で、蒸
気加減弁３は２５％絞り込んだ状態となる。また反対に
、バイパス弁８は、蒸気加減弁３の絞り込み拳に対応し
て開き、バイパス弁８の容量が蒸気加減弁３の容量の２
５％であることから、蒸気加減弁３が２５％絞り込んだ
時点で全開どなる。

一方、さらに系統周波数が上昇すると、第２図に示すよ
うな特性を有づる関数発生器２２が制御装置に設けられ
ているので、５０．６２５〜５１．５１−１　ｚの間で
は蒸気加減弁開度は７５％開度の状態で保持され、電力
系統の周波数が５０Ｈｚへ回復するのを持つことになる
。すなわら、この期間内において通常再循環ポンプの減
速効果が発揮され、原子炉１の出力上昇が抑えられて周
波数上昇は数秒で納まるため、原子炉１が自動停止に至
ることが防止される。

しかしながら、低負荷運転時すなわちパワーロードアン
バランスによる蒸気加減弁３が急閉制御されない負荷帯
での運転中、例えば第５図すの様な状態において周波数
上昇によりＸ−＋Ｙの蒸気加減弁開度３５％開度で保持
されている状態の時に負荷しゃ断が発生した場合には、
蒸気タービン４はオーバースピードに至る可能性がある
。このため、負荷検出器３０で４０％以下を検出し、切
替器２９が動作して線形調定率に切替えることにより、
蒸気タービン４のオーバースピードが防止されることに
なる。

なお、万一低負荷時に線形調定率に切替えた時点で周波
数上昇が０．６２５１−１　ｚ以上となった場合、すな
わちバイパス弁８全開後の周波数−上昇が起きた場合に
は、原子炉１は自動停止することとなるが、機器保護を
優先する上からこの時は止むを得ない。

尚、上記実施例において通常は、プラント運転継続を優
先とした非線形調定率回路を優先させるために、切替条
件である低負荷検出の条件にバイパス弁８の全開条件等
を付加することにより、切替器２９のチャタリング等を
有効的に防止することが可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、蒸気タービンの実
速度と設定速度との偏差を第１の偏差信号として導出す
る第１の手段と、この第１の手段からの第１の偏差信号
を、上記バイパス弁の容量で吸収可能な蟻の最大蒸気加
減弁開度の要求信号に相当する値からこの値よりも一定
量だけ大きな蒸気加減弁要求信号に相当する値となる範
囲にわたって蒸気加減弁開度を一定に保持するような出
力を送出する関数発生器を通して得た信号を第２の偏差
信号として導出覆る第２の手段と、十配第１および第２
の手段からの第１および第２の偏差信号を入力とし、通
常負荷時には第２の偏差信号をまた低負荷時には第１の
偏差信号を夫々切替え出力する切替手段しと、この切替
手段から出力される第１または第２の偏差信号に調定率
を乗じた信号に基づいて１記蒸気加減弁の開度を制御覆
る第３の手段とを備えて構成するようにしたので、低負
向時電力系統の周波数上昇中に負荷しゃ断等の事故が発
生した場合においても蒸気タービンがオーバースピード
とならないようにして機器損傷を確実に防出することが
可能な蒸気タービン速度制御装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示ずブ【］ツク図、第２図
は第１図にお（Ｊる関数発生器の非線形特性を示す図、
第３図（ａ）＝（Ｃ）はそれぞれ周波数＋−３時にお（
ｌる周波数、蒸気加減弁およびバイパス弁の開度、並び
に原子炉の出力の時間的変化り を示す図、第Ｚ図は原子力タービンプランｉ〜を示す系
統構成図、第５図は従来の問題点を説明するための図で
ある。 ３・・・蒸気加減弁、４・・・蒸気タービン、８・・・
バイパス弁、２０・・・速度設定器、２２・・・関数発
生器、２６・・・低値優先回路、２７・・・圧力制■器
、２９・・・切替器、３０・・・負荷検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 蒸気タービンの蒸気入口側に蒸気加減弁を設けると共に
   、前記蒸気加減弁および蒸気タービンをバイパスするよ
   うにバイパス弁を夫々設け、前記蒸気加減弁の開度を制
   御することにより前記蒸気タービンへ導入される蒸気量
   を調整して蒸気タービンの速度制御を行なう蒸気タービ
   ン速度制御装置において、前記蒸気タービンの実速度と
   設定速度との偏差を第１の偏差信号として導出する第１
   の手段と、この第１の手段からの第１の偏差信号を、前
   記バイパス弁の容量で吸収可能な量の最大蒸気加減弁開
   度の要求信号に相当する値からこの値よりも一定量だけ
   大きな蒸気加減弁要求信号に相当する値となる範囲にわ
   たって蒸気加減弁開度を一定に保持するような出力を送
   出する関数発生器を通して得た信号を第２の偏差信号と
   して導出する第２の手段と、前記第１および第２の手段
   からの第１および第２の偏差信号を入力とし、通常負荷
   時には第２の偏差信号をまた低負荷時には第１の偏差信
   号を夫々切替え出力する切替手段と、この切替手段から
   出力される第１または第２の偏差信号に調定率を乗じた
   信号に基づいて前記蒸気加減弁の開度を制御する第３の
   手段とを備えて成ることを特徴とする蒸気タービン速度
   制御装置。