JPS63192906A - 発電プラントの主蒸気圧力制御方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、火力発電プラント、原子力発電プラント等蒸
気により発電用タービンを回転させて発電を行なう発電
プラントの主蒸気圧力制御方法に関する。

（従来の技術） 一般に、火力発電プラント、原子力発電プラント等蒸気
により発電用タービンを回転させて発電を行なう発電プ
ラントには、タービンバイパス系が配置されている。こ
のようなタービンバイパス系は、そのバイパス容量を１
００％とすることが望ましいが、建設コストの増大を招
くことから、通常は、数１０％程度とされている。

そして、例えば原子力発電プラント等では、上述のター
ビンバイパス系のタービンバイパス弁およびタービン加
減弁の弁開度をＥ　ＨＣ（Ｈｅｃｔｔｒ。

Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　）により
、コントロールし、主蒸気圧力およびタービンの速度を
、以下に示すようにして制御している。

このＥＨＣは、タービン加減弁開度要求とその実開度（
およびタービンバイパス弁開度要求とその実開度）が一
致するようにハードを構成した場合、タービン加減弁開
度要求、その実開度、タービン流入蒸気流量、タービン
出力との間にほぼ比例関係が成り立つという事実に基づ
き、第３図に示すように、主蒸気圧力から全流量要求信
号を算出する全流量要求信号算出部３１、タービンの速
度から加減弁流量要求信号を算出する加減弁流量要求信
号算出部３２、低値優先回路３３．３４．３５、関数発
生器３６．３７等からなり、操作量としてタービン加減
弁の開度要求とタービンバイパス弁の開度要求を出力す
る演算回路によって構成されている。

そして、プラントが通常運転中あるいはプラント制御系
による出力変更中等の電力系統からの周波数外乱がない
状態での運転では、加減弁流星要求信号は、全流量要求
信号より大となり、タービン加減弁開度要求は、全流量
要求信号によって与えられ、圧力優先制御が行なわれる
。

一方、これに対して負荷喪失等の電力系統周波数外乱が
加わり、タービンの回転数が上昇し、加減弁流星要求信
号が、全流量要求信号より小となる状態での制御では、
タービン加減弁の開度要求は、加減弁流量要求信号によ
って与えられ、タービン速度優先制御が行なわれる。

また、ＥＨＣは、緊急時のタービン過速防止のためにパ
ワー／ロードアンバランスリレー（ＰＬＵリレー）を備
えている。

このＰＬＵリレーは、プラントが任意の負荷で運転中に
、例えば定格負荷換算で４０％以上等の大幅な負荷喪失
が生じ、発電機負荷とタービン出力との間に所定の値以
上の差、例えば（４０％／１０ミリ秒）以上の差が生じ
た場合に、タービン加減弁を数ミリ秒で全閉とし、ター
ビンへ流入する蒸気を急速遮断するものである。

また、ＰＬＵリレー作動時には、同時にタービンバイパ
ス弁を数ミリ秒で急速に開とし、行き場を失った蒸気を
復水器ヘダンプするとともに、タービンの出力を制御す
る負荷設定（通常運転時には圧力制御を優先させるため
１１０ｘ程度に設定されている）を０％に突変させ、Ｐ
ＬＵリレーがリセットされるまで保持する。

タービンへ流入する蒸気が遮断されると、タービンの出
力は急速に低下する。この時、ＥＨＣは、発電機負荷と
タービン出力との間の差が前述の所定の値（４０％　）
以下となるまでタービン出力が低下したことを検知する
と、ＰＬυリレーをリセットするとともに、負荷設定を
重信に突変させ、復帰させる。負荷設定が復帰すると、
負荷を喪失した系統は、周波数が所定値より高い状態に
あるので、タービン加減弁は、加減弁流量要求信号によ
って再び開き食台める。

そして、プラント制御系の出力司令信号の要求に基づい
て、炉出力を減少させるとともに、給水流量等を減少さ
せて、蒸気発生器出口蒸気流量を減少させるセットパッ
ク運転を行なう。なお、セットパック運転による蒸気発
生器出口蒸気流量の減少速度は、例えば高速増殖炉プラ
ント等では、−５″Ｘ／分程度とされている。

セットパック運転が進むと、タービン加減弁の前圧（主
蒸気圧力）が低下する。このため、ＥＨＣの内部で計算
される全流量要求が低下して、ついには加減弁流量要求
を下まわる状態となる。タービンバイパス弁の開度要求
は、全流量と加減弁流量要求の差で与えられるので、こ
のとき、タービンバイパス弁は全閉とされ、セットパッ
ク運転は停止される。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述の従来の発電プラントの制御方法で
は、次のような問題がある。

すなわち、縦軸を蒸気流量、横軸を時間とした第４図の
グラフに示すように、例えばタービンバイパス容量を５
０％とされた原子力発電プラントにおいて、定格出力運
転中に５（１％の負荷喪失が生じカような場合、ＰＬＵ
リレーが一旦作動すると、ＰＬＵリレーがリセットされ
た瞬間の加減弁開度要求が例えば全開要求であっても、
弁を駆動する油圧系統の作動速度には上限があり、実開
度は、速やかに全開とはならず、例えば１砂径度で開き
始め、１０数秒程度で全開となる。このため、タービン
蒸気流量は、実線ａで示すように一旦ゼロとなり、ＰＬ
Ｕリレーがリセットされると数秒から１０数秒後に５０
％となる。

また、タービンバイパス蒸気流量は、点線すで示すよう
に、ＰＬＯリレーの作動後、直ちに５０％となり、−５
ｚ／分程度で行なわれるセットパック運転にともなって
徐々に減少する。

したがって、タービン蒸気流量とタービンバイパス蒸気
流量の和は、一点鎖線Ｃで示すように、１００％から一
旦５０％となり、数秒から１０数秒後にほぼ１００％と
なるが、蒸気発生器出口蒸気流量は、実線ｄで示すよう
に、セットパック運転によるプロセス量の変化速度が、
分オーダと遅いためほとんど変化せず、斜線で示す領域
に相当する蒸気のミスマツチが生じる。

このため、斜線領域に相当する余剰な蒸気による圧力上
昇のために、逃し弁、安全弁が開となり、蒸気の大気放
出が行なわれる。このような蒸気の大気放出は、高度に
水質管理された水を損失することであり、好ましくない
。

また、給水加熱器および脱気器の加熱蒸気として、通常
は、タービンから蒸気の一部を抽気して用いているため
、タービン蒸気流量がゼロとなっている間は、これらの
加熱蒸気が失われるため、給水の急激な温度低下や給水
ポンプのキャビテーションの発生等を招く恐れがあると
いう問題がある。

さらに、給水ポンプ駆動用タービンも、通常は低圧側加
減弁を通じて、タービンから蒸気の一部を抽気して用い
ている。このため、タービン蒸気の喪失にともない、制
御系により高圧側加減弁を開とする信号が作られるが、
タービン蒸気の急速な減少のため、制御に遅れが生じ、
安定な回転数維持が困難になる可能性があるという問題
がある。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので
、タービンバイパス容量を越える運転中にＰＬＵリレー
が作動し、タービン加減弁が急速全閉とされた場合でも
、主蒸気圧力を逃し弁および安全弁の作動圧力以下に抑
制して、主蒸気の大気放出を防止することができ、かつ
給水加熱器および脱気器の加熱蒸気を確保して、給水の
急激な温度低下および給水ポンプのキャビテーションの
発生を防止することができ、さらに給水ポンプ駆動用タ
ービンの回転を安定に維持することのできる発電プラン
トの主蒸気圧力制御方法を提供しようとするものである
。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） すなわち本発明は、タービンバイパス容量が１００ｚ未
満とされた発電プラントの主蒸気圧力制御方法において
、加減弁を介挿され主蒸気配管と補助蒸気ヘッダとを接
続する配管を配設し、タービンバイパス容量を越える運
転中にパワー／ロードアンバランスリレーが作動し、タ
ービン加減弁が急速全閉とされた場合は、起動バイパス
系のドレンセパレータのドレン弁開度と前記加減弁開度
と給水ポンプ駆動用タービンの高圧側加減弁開度を操作
して、余剰蒸気をフラッシュタンク、補助蒸気ヘッダ、
給水ポンプ駆動用タービンへ導入し、主蒸気圧力を逃し
弁および安全弁の作動圧力以下に抑制することを特徴と
する。

（作　用） 本発明の発電プラントの主蒸気圧力制御方法では、加減
弁を介挿され主蒸気配管と補助蒸気ヘッダとを接続する
配管を配設し、タービンバイパス容量を越える運転中に
パワー／ロードアンバランスリレーが作動し１、タービ
ン加減弁が急速全閉とされた場合は、起動バイパス系の
ドレンセパレータのドレン弁開度と前記加減弁開度と給
水ポンプ駆動用タービンの高圧側加減弁開度を操作して
、余剰蒸気をフラッシュタンク、補助蒸気ヘッダ、給水
ボンダ駆動用タービンへ導入し、主蒸気圧力を逃し弁お
よび安全弁の作動圧力以下に抑制する。

したがって、逃し弁および安全弁からの余剰蒸気の大気
放出を防止することができる。また、補助蒸気ヘッダか
ら、給水加熱器および脱気器へ加熱蒸気を供給すること
ができ、給水加熱器および脱気器の加熱蒸気も確保する
ことができる。さらに、給水ポンプ駆動用タービンの高
圧側加減弁を強制的に開とすることにより、駆動用蒸気
の急激な減少を防止して、駆動用タービンの回転を安定
に維持することができる。

（実施例） 以下本発明の発電プラントの主蒸気圧力制御方法を、図
面を参照して一実施例について説明する。

第１図は、高速増殖炉発電ブランＩ・を示すもので、蒸
気発生器１内で、２次ナトリウム系と熱交換を行なって
発生した蒸気は、起動バイパス系のドレンセパレータ２
を通った後、タービン加減弁３等を介挿され、安全弁４
ａ、逃し弁４ｂを備えた主蒸気配管５を通ってタービン
６に導入され、発電機７を回転させて発電を行なう。

タービン６を回転させた後の蒸気は、復水器８で水に戻
され、脱気器９で蒸気分を取り除かれた後、給水ポンプ
駆動用タービン１０によって駆動される給水ポンプ１１
、（起動時等はモータ駆動の給水ポンプ１１ａ）によっ
て給水加熱器１２に送られ、ここで加熱された後、蒸気
発生器１へ送られる。

なお、ドレンセパレータ２は、ドレン弁１３を介してフ
ラッシュタンク１４に接続されており、フラッシュタン
ク１４に導入された蒸気は、復水器８に送られか、また
は補助蒸気へラダ１５を介して脱気器９、給水加熱器１
２に送られ、水は復水器８に送られる。

°　まな、主蒸気配管５には、タービン加減弁３上流側
から分岐して、復水器８に接続され、タービンバイパス
弁１６を介挿されたタービンバイパス系が形成されてお
り、そのタービンバイパス容量は、例えば５０％とされ
ている。そして、脱気器９、給水ポンプ駆動用タービン
１０、給水加熱器１２には、それぞれタービン６から主
蒸気の一部を抽気して供給する配管１７．１８．１９が
接続されており、駆動用タービン１０には、配管１８の
他に主蒸気配管から蒸気の一部を導入する配管１８ａが
接続され、これらの配管１８．１８ａには、それぞれ低
圧側加減弁２ｏと、高圧側加減弁２０ａが介挿されてい
る。

そして、この実施例方法では、主蒸気配管５と補助蒸気
ヘッダ１５とを接続し、加減弁２１を介挿された配管２
２を配設する。

上記構成の発電プラントにおいて通常運転中は、ドレン
セパレータ圧力制御系の圧力目標値が十分高い値にセッ
トされており、ドレンセパレータ２のドレン弁１３は、
全閉とされている。また、駆動用タービン１０に蒸気を
導入する配管１８．１８ａに介挿された低圧側加減弁２
０、高圧側加減弁２０ａのうち、高圧側加減弁２０ａは
全閉とされ、給水ポンプ駆動用タービン１０には、低圧
側加減弁２０の開度を操作することにより、タービン６
から抽気された蒸気が導入されている。

この実施例方法では、例えば定格出力運転中に、５０％
負荷喪失等が生じ、ＰＬＵリレーが作動したような場合
は、その作動信号によってドレンセパレータ圧力制御系
の圧力目標値を変更し、ドレン弁１３の開閉を行ない、
ドレンセパレータ２からフラッシュタンク１４へ余剰蒸
気を導入する。また、同時に高圧側加減弁２０ａ、加減
弁２１を急開として、主蒸気配管５から給水ポンプ駆動
用タービン１０と補助蒸気ヘッダ１５へ蒸気を導入する
。

なお、圧力目標値は、縦軸を流量、横軸を時間とした第
２図のグラフに示すように、斜線領域に相当するミスマ
ツチ流量に応じて、ドレンセパレータ２からフラッシュ
タンク１４への蒸気流量と、主蒸気配管５から給水ポン
プ駆動用タービン１０への蒸気流量と、主蒸気配管５か
ら補助蒸気ヘッダ１５への蒸気流量との和が、実線ｅで
示すような蒸気流量となるように、あらかじめ算出して
おき、それを時間の関数としてドレンセパレータ圧力制
御系に与える。

なお、主蒸気圧力が上昇する原因は、主蒸気配管５内の
蒸気質量のバランスが崩れ、蒸気が蓄積されることによ
る。主蒸気配管５内においては、次に示す質量バランス
式、および圧力計算式が成立する。

ΣＷ　　’　　　（ＷＴＢ　＋　Ｗａｙｐ　＋　Ｗ　Ｒ
＋　Ｗｓ　＋　Ｗ　ＰＴ　＞ＳＧ＋ ｉ＝１ ＝ｄＭ／ｄｔ・・・・・・（１） ｄＰ／ｄｔ＝　　（ＫＰ／Ｍ）ｄＭ／ｄｔ・・・・・・
　（２） ただし、 Ｗ　・　：蒸気発生器ｎマ基の主蒸気流量総和ＳＧ＋ Ｗ　　：タービン蒸気流量 Ｂ ＷＢＹＰ　’タービンバイパス蒸気流量ＷＲ：逃し弁蒸
気流量 ＷＳ：安全弁蒸気流量 Ｗ、１：給水ポンプ駆動タービン高圧側蒸気流量Ｍ：蒸
気質量 Ｐ：蒸気圧力 に：断熱指数（定数） （１）式を時間で積分することによって蒸気の蓄積量の
瞬時値を求めることができ、（２）式を時間で積分する
ことによって蒸気圧力の瞬時値を求めることができる。

したがって、−前述のドレンセパレータ圧力制御系に与
える圧力目標値は、これらの式から算出することができ
る。

すなわち、この実施例方法では、タービンバイパス容量
を越える運転中にＰＬＵリレーが作動し、タービン加減
弁３が急速全閉とされた場合でも、安全弁４ａおよび逃
し弁４ｂからの余剰蒸気の大気放出を防止することがで
きる。また、補助蒸気ヘッダ１５から、給水加熱器１２
および脱気器９へ加熱蒸気を供給することにより、これ
らの加熱蒸気も確保することができる。さらに、高圧側
加減弁２０ａを強制的に開とすることにより、駆動用蒸
気の急激な減少を防止して、給水ポンプ駆動用タービン
１０の回転を安定に維持することができる。

また、蒸発器と過熱器との間にドレンセパレータを配置
された発電プラント等では、例えばドレンセパレータか
らフラッシュタンクのみに蒸気を導入する場合に較べて
、過熱器へ導入される蒸気の減少を小幅に抑制すること
ができ、過熱器出口蒸気温度の変化を小幅に抑制するこ
とができる。

［発明の効果］ 上述のように、本発明の発電プラントの主蒸気圧力制御
方法では、タービンバイパス容量が１００χ未満とされ
た発電プラントにおいて、タービンバイパス容量を越え
る運転中にＰＬＴＪリレーが作動し、タービン加減弁が
急速全閉とされた場合でも、主蒸気圧力を逃し弁および
安全弁の作動圧力以下に抑制することができ、主蒸気の
大気放咄を防止することができ、かつ、給水の急激な温
度低下および給水ポンプのキャビテーションの発生も防
止することができ、さらに、給水ポンプ駆動用タービン
の回転を安定に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法を説明するための高速増
殖炉発電プラントの構成図、第２図は実施例方法におけ
る蒸気流量の時間変化を示すグラフ、第３図はＥＨＣの
構成を示す構成図、第４図は従来方法における蒸気流量
の時間変化を示すグラフである。 １・・・・・・・・・蒸気発生器 ２・・・・・・・・・ドレンセパレータ３・・・・・・
・・・タービン加減弁 ４ａ・・・・・・安全弁 ４ｂ・・・・・・逃し弁 １０・・・・・・給水ポンプ駆動用タービン１３・・・
・・・ドレン弁 １４・・・・・・フラッシュタンク １５・・・・・・補助蒸気ヘッダ １６・・・・・・タービンバイパス弁 ２０ａ・・・高圧側加減弁 ２１・・・・・・加減弁 ２２・・・・・・配管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）タービンバイパス容量が１００％未満とされた発
   電プラントの主蒸気圧力制御方法において、加減弁を介
   挿され主蒸気配管と補助蒸気ヘッダとを接続する配管を
   配設し、タービンバイパス容量を越える運転中にパワー
   ／ロードアンバランスリレーが作動し、タービン加減弁
   が急速全閉とされた場合は、起動バイパス系のドレンセ
   パレータのドレン弁開度と前記加減弁開度と給水ポンプ
   駆動用タービンの高圧側加減弁開度を操作して、余剰蒸
   気をフラッシュタンク、補助蒸気ヘッダ、給水ポンプ駆
   動用タービンへ導入し、主蒸気圧力を逃し弁および安全
   弁の作動圧力以下に抑制することを特徴とする発電プラ
   ントの主蒸気圧力制御方法。