JPS63154807A - 非線形特性を有するタ−ビン制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は蒸気タービンの制御装置に係り、特に。

部分容量タービンバイパス弁を設けた発電用蒸気タービ
ンに好適な制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に発電機駆動用タービン（例えば、沸騰水型原子炉
と組み合わせた蒸気タービン）においては、通常時は、
電力系統の周波数に適合した速度で運転されているが、
電力系統において、大規模な負荷脱落が発生した場合等
にはタービンの過回転による系統周波数の上昇のおそれ
がある０部分容量タービンバイパス弁を有する沸騰水型
原子カプラントでは、系統周波数が上昇すると速度調定
率に従って蒸気加減弁が閉じられ、タービンの過速を防
止し、同時にタービンバイパス弁が開いて、余剰蒸気は
復水器へ送られる０周波数上昇が大幅であり、蒸気加減
弁の閉鎖量がタービンバイパス弁容量以上となると、原
子炉圧力が上昇し、最終的には中性子束高スクラムに至
る。昨今電力系統に占める原子カプラントの割分が増加
しており、一定の系統周波数変動に対し、容易にスクラ
１１することなくプラントの運転を継続することを可能
とすることが必要である。

この種のタービンの制御に関しては特公昭６〇−３２０
０２号タービン制御装置の技術が公知である。

第２図は、沸騰水型原子カプラントにおける蒸気タービ
ンの蒸気系統図である。

原子力１０１から出た蒸気は主蒸気止め弁１０３、蒸気
加減弁１０４を通り、高圧タービン１０５へ流入する。

この高圧タービン１０５を出た蒸気は湿分分離器１０６
ａ、１０６ｂを通り、中間蒸気止め弁１０７ａ〜１０７
ｆ、インターセプト弁１０８　ａ　〜１０８　ｆを通り
、低圧タービン１０９ａ〜Ｃに流入し、それぞれの排気
は復水器１１１に導かれる。復水器１１１で復水された
水は、原子炉給水ポンプ１１２によって再び原子炉１０
１へ戻される。タービンの要求する蒸気流量に比して原
子炉から発生する蒸気量が多い場合はタービンバイパス
弁１０２を通じて復水器１１１へ余剰蒸気が直接流され
る′、蒸気タービンで駆動される発電機１１０は、主遮
断器１１３を介して電力系統に接続されている。

第３図は、沸騰水型プラントの蒸気タービンの制御装置
に関する公知技術の構成を示す制御系統図で、図中１は
加算器で、タービンの回転数を検出して得られるタービ
ン速度信号とタービンの速度を設定する速度設定信号と
の偏差を算出する。

２は増幅器、３は加算器で、増幅器２の出力および負荷
設定信号とが与えられ、蒸気加減弁流量要求信号が抽出
される。

６は加算器であって、増幅器４の出力と、増幅器５によ
り抽出される負荷設定に対応するインターセプト弁の負
荷設定信号とが与えられ、インターセプト弁流量信号が
抽出される。上述の構成部分（１〜６）により、速度／
負荷制御回路が構成される。８は加算器で、Ｒ子炉から
発生する蒸気の圧力を検出して得られる圧力信号と、蒸
気の圧力を設定する圧力設定信号とが与えられる。９は
増幅器で、これらの構成部分（８，９）により圧力制御
回路が構成されている。７は低値優先回路で、前記の速
度／負荷制御回路からの蒸気加減弁流量要求信号と圧力
制御回路の出力信号とを比較し、低値信号のみを優先し
て通過させ、蒸気加減弁流量信号を抽出する。１０は加
算器で、圧力制御回路の出力信号と低値優先回路７から
の蒸気加減弁流量信号とが与えられ、タービンバイパス
弁流量信号を抽出する。尚、各構成機器を接続する線上
の符号Ａ−Ｎ、Ｐは、後に作用を説明するためのもので
ある。

第３図において、タービン速度信号Ａは加算器１で速度
設定信号Ｂと比較され、その偏差信号Ｃは、蒸気加減弁
調定率に見合ったゲインを有する増幅器２で増幅され、
その出力信号りと負荷設定信号Ｆとが加算器３で加算さ
れ、蒸気加減弁流量要求信号Ｅとなる。又、速度偏差信
号Ｃはイン冬−セブト弁調定率に見合ったゲインを有す
る増幅器４で増幅され、その出力信号Ｈと、増幅器５に
より求められる負荷設定に対応するインターセプト弁の
負荷設定信号Ｇとが加算器６で加算され。

インターセプト弁流量信号Ｉとなる。

一方、原子炉圧力信号Ｊは圧力設定信号にと、加算器８
によって比較され、その偏差信号りは圧力調定率に見合
ったゲインを有する増幅器９で増幅され、　ＪＭ子炉か
ら発生する蒸気の蒸気流量信号Ｍとなる。

速度／負荷制御回路と圧力制御回路とによって求められ
た、それぞれの信号Ｅ、Ｍは低値優先回路７によって比
較され、低値信号のみが通過し、蒸気加減弁流量信号Ｎ
となる。さらに加算器１゜において、原子炉から発生す
る蒸気流量信号Ｍから蒸気加減弁流量信号Ｎを減じ、タ
ービンバイパス弁流量信号Ｐが求められる。

上記の様に構成された制御装置を有する蒸気タービンに
おいては、電力系統に占める原子力発電割合の増加に伴
う、電力供給の信頼性向上のため、一定の周波数変動に
対し、容易にスクラムすることなく運転を継続すること
について格別の考慮は為されていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述のように構成された制御系統を備えた発電用蒸気タ
ービンは、電力系統に大規模な負荷脱落が発生した様な
場合、系統の周波数上昇を伴ってタービン速度は上昇す
るため、蒸気加減弁調定率によって決まる蒸気加減弁流
量要求信号に相当する開度まで蒸気加減弁が閉じ、ター
ビンの過速を防止する。同時にタービンバイパス弁は、
原子炉発生蒸気流景信号から前記蒸気加減弁流量要求信
号を減じて求められるタービンバイパス弁流量信号に相
当する開度まで開かれて、蒸気加減弁が閉じたことによ
る余剰蒸気を復水器へ流す、しかしながら、部分容量タ
ービンバイパス弁を有するプラントでは、タービンバイ
パス弁容量以上に蒸気加減弁が閉じられると原子炉圧力
が上昇し、最終的に中性子束高スクラムに至ってしまう
、−例として、２５％容量タービンバイパス弁を有する
沸騰水型原子カプラントの蒸気タービンにおける周波数
上昇の場合について第４図により説明する。

系統の定格周波数は５．　ＯＨｚとすると、系統周波数
が、５０．２５Ｈｚ　　■に上昇すると蒸気加減弁が閉
じ始め　■、５０．８８　Ｈ２Ｏに上昇するとタービン
バイパス弁容量相当（１００％−２５％＝７５％　■ま
で蒸気加減弁が閉じ、タービンバイパス弁は全開となる
。さらに周波数が上昇すると、タービンバイパス弁容量
以上に蒸気加減弁を閉じるため、原子炉スクラムに至る
。

本発明の目的は、部分容量タービンバイパス弁を有する
プラントの系統周波数外乱に対する耐力向上のため、系
統周波数上昇限度を拡大し、系統周波数上昇に対して容
易にスクラムせず、運転を継続することが可能なタービ
ン制御装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的は、系統周波数が上昇した場合、蒸気加減弁
速度調定率をある周波数範囲で、バイパス弁容量の位置
で保持し、蒸気加減弁が閉じないようにすること、即ち
蒸気加減弁速度調定率に非線特性を持たせることによっ
て達成される。

上述の原理を実用面に適用する為の具体的構成として、
本発明に係る制御装置は、（ａ）タービンの速度信号と
、タービン速度設定信号と、負荷設定信号とを与えられ
てインターセプト昇流ｉａ号を出力する速度／負荷制御
回路と、（ｂ）蒸気圧力信号と圧力設定信号とを与えら
れて蒸気流量信号を発生する圧力制御回路と、（Ｑ）前
記の速度／負荷制御回路の出力信号と、圧力制御回路の
出力信号とを比較して、低値信号のみを通過させて蒸気
加減弁流量信号を出力する低値優先回路と、（ｄ）前記
の圧力制御回路の出力信号から低値優先回路の出力信号
を減算してタービンバイパス弁流量信号を出力する加算
器とを備えたタービン制御装置に適用され、前記の速度
／負荷制御回路の速度偏差信号に非線形の特性を与える
関数発生器を設けたものである。

〔作用〕

上記のように構成した制御装置によって非線特性を与え
た蒸気加減弁の速度調定機能の一例を第５図について説
明する０本例において系統周波数が５０．２５Ｈｚに上
昇すると蒸気加減弁が閉じ始め■、５０．８８　　Ｈｚ
に上昇するとタービンバイパス弁容量相当まで蒸気加減
弁が閉じ■、タービンバイパス弁は全開となる。系統周
波数が５０．８８Ｈｚから５１　、５　Ｈｚの範囲では
、蒸気加減弁開度とタービンバイパス弁容量相当位置で
保持■する特性としている。さらに周波数が上昇すると
、タービンバイパス弁容量以上に蒸気加減弁が閉じはじ
めθ、原子炉はスクラムに至る。

すなわち、蒸気加減弁速度調定率を第５図に示す様に非
線形化することにより、タービンバイパス弁容量が同一
であれば原子炉スクラムに至らない系統周波数上昇限度
を５０．８８Ｈｚから５１．５Ｈｚに上昇させることが
可能となる。

上述の周波数の数値は一例であって、本発明を実施する
際、これらの数値に限られるものではない。

蒸気加減弁速度調定率を非線形化した場合の、蒸気加減
弁及びインターセプト弁の周波数上昇と開度要求信号と
の関係を第６図に示す０通常時は。

インターセプト弁は中間蒸気圧力の上昇を防止するため
、蒸気加減弁開度要求信号が零になってから閉じ始める
が、部分負荷時１例えば負荷設定が６０％の時には、蒸
気加減弁開度要求信号が零になる前にインターセプト弁
が閉じ始めてしまう。

このため蒸気加減弁速度調定率ま非線形化と同時に、イ
ンターセプト弁制御信号も非線形化し、蒸気加減弁開度
要求信号が零となってからインターセプト弁が閉じ始め
るようにする必要がある。従って蒸気加減弁及びインタ
ーセプト弁の速度調定率の非線形化は、タービン速度偏
差信号に非線形要素を入れることにより行なう。

一方、速度調定率の非線形化によって、負荷遮断時、蒸
気タービンに流入する蒸気量が増加するため、蒸気ター
ビンの最大速度上昇率は上昇するが蒸気タービンが過速
度トリップしない様に考慮されなければならない、４０
％出力以上よりの負荷遮断においては、蒸気加減弁急閉
、インターセプト弁急閉となるため、問題ないが、４０
％出力以下よりの負荷遮断では、蒸気加減弁は途中で一
旦開度保持状態を続けるため、中間蒸気圧力が、蒸気加
減弁全閉時に、インターセプト弁急閉条件の１５％出力
相当以下となる可能性がある。この状態では、インター
セプト弁が急閉せず、タービンがオーバスピードトリッ
プする。従って、出力４０％以下では、従来の線形調定
率に切替える。

出力４０％以下の判定には、周波数上昇によって変化し
ない、原子炉発生蒸気流量信号を使用する。

以下１本発明の一実施例を第１図により説明する０本第
１図は本発明の制御装置の構成を示す図で、第３図に示
す従来装置に対して、鎖線で囲んだ部分Ｐａｔを付加し
た構成である。すなわち、速度調定率を非線形化するた
めの関数発生器１１、原子炉発生蒸気流量信号より出力
４０％を判定するため判定器１３．速度調定率を切替る
スイッチ１４及び加算器１２を付加した構成となってい
る。

判定器１３は原子炉発生蒸気流量信号Ｍがタービン出力
４０％相当以上となった時に、切替スイッチ１４をＯＮ
にし、速度偏差信号Ｃに応じた関数発生器１１からの出
力信号Ｑを加算器１２に与える。該加算器１２は関数発
生器１１の信号Ｑと、速度偏差信号Ｃとを与えられ、非
線形化された速度偏差信号Ｒを出力する。

第７図は、系統周波数上昇時の本発明による制御装置に
おける速度偏差信号Ｃ１該速度偏差信号Ｃに対応する関
数発生器からの出力信号Ｑ及び、加算器１２からの出力
信号Ｒの状態を示しており、信号Ｒは判定器１３にてス
イッチ１４を切替えた場合、すなわち出力４０％以上の
場合（信号Ｒｚ）と出力４０％以下の場合（信号Ｒ１）
とを両方示している。

出力４０％以上の場合には、出力４０％以下の場合の従
来の線形ｐ出力信号Ｒ１から関数発生器１１の出力信号
Ｑを減じた非線形信号Ｒｚとなっている。

例えば出力４０％以上の場合において、上記信号Ｒ２は
蒸気加減弁はの調定率を加味したゲインを有する増幅器
２により増幅され、第８図に示す様な非線形の出力信号
Ｄｚとなる。この信号Ｄａに対して、加算器３によって
負荷設定が加算され。

非線形の蒸気加減弁流量要求信号Ｅが出力される。

又、出力４０％以下の場合においては、増幅器２の出力
信号は従来と同じ線形の出力信号Ｄ１となり、蒸気加減
弁流量要求信号Ｅは線形の信号となる。

以上の様に、タービン速度偏差信号回路に関数発生器を
設けて、速度偏差信号を非線形化することにより、蒸気
加減弁流量要求信号が非線形信号となり、ある周波数範
囲で蒸気加減弁開度を保持することが可能となった。ま
た、出力４０％以下のときは従来通り線形特性とするこ
とにより、出力４０％以下の負荷遮断時のオーバスピー
ドトリップを防止する・。

〔発明の効果〕

以上詳述したように１本発明の制御装置によれば、電力
系統における負荷脱落等による系統の一定の周波数上昇
に対して、部分容量バイパスを備えた蒸気タービンプラ
ントを駆動する原子炉が容易にスクラムすることなく、
プラントの運転を継続することが可能となり、原子力発
電による電力供給の信頼性向上に貢献するところ多大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御装置の一実施例を示す制御系統図
である。 第２図はタービンの蒸気系統図、第３図は従来のタービ
ン制御装置の構成を示す系統図、第４図は従来の蒸気加
減弁速度調定率を表わす図表、第５図、は、本発明によ
る非線形特性をもつ蒸気加減弁速度調定率を示す図表、
第６図は周波数と蒸気加減弁及びインターセプト弁開度
の関係を示す図表である。 第７図及び第８図は、第１図に示した実施例における作
用、効果を説明するための図表である。 １．３，６，８，１０，１２・・・加算器、２，４゜５
．９・・・増幅湯、７・・・低値優先回路、１１・・・
関数発生樹、１３・・・判定器、１４・・・スイッチ、
１０１・・・原子炉、１０２・・・タービンバイパス弁
、１０３・・・主蒸気止め弁、１０４・・・蒸気加減弁
、１０５・・・高圧タービン、１０６ａ、１０６ｂ・・
・湿分分離器、１０７　ａ　〜１０７　ｆ−・・中間蒸
気止め弁、１０８ａ〜１０８ｆインターセプト弁、１０
９　ａ　〜１０９ｃ・・・低圧タービン、１１０・・・
発電機、１１１・・・復水器、１１２・・・給水ポンプ
、 １１３・・・主遮断器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）タービンの速度信号と、タービン速度設定信
   号と、負荷設定信号とを与えられてインターセプト弁流
   量信号を出力する速度／負荷制御回路と、（ｂ）蒸気圧
   力信号と圧力設定信号とを与えられて蒸気流量信号を発
   生する圧力制御回路と、（ｃ）前記の速度／負荷制御回
   路の出力信号と、圧力制御回路の出力信号とを比較して
   、低値信号のみを通過させて蒸気加減弁流量信号を出力
   する低値優先回路と、（ｄ）前記の圧力制御回路の出力
   信号から低値優先回路の出力信号を減算してタービンバ
   イパス弁流量信号を出力する加算器とを備えたタービン
   制御装置において、前記の速度／負荷制御回路の速度偏
   差信号に非線形特性を与える関数発生器を設けたことを
   特徴とするタービンの制御装置。 ２、前記の関数発生器は、切替スイッチ、及び該切替ス
   イッチを作動させる判定器とを設けたものであり、かつ
   、上記の判定器は前記圧力制御回路の出力信号に基づい
   てタービンの負荷状態を判定するものであり、前記の切
   替スイッチは前記関数発生器による非線形特性を速度／
   負荷制御回路の速度偏差信号ら加算する状態と加算しな
   い状態とを切り替えるものであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の非線形特性を有するタービン
   制御装置。