JPS6338521B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はタービン制御装置に係り、特に周波数
上昇時の負荷急減によるボイラへの悪影響を防ぐ
ようにしたタービン制御装置に関する。

〔従来の技術〕

第１図はタービン制御システムの概要を示した
ものである。ボイラ１で発生した蒸気は主蒸気止
め弁２，加減弁３を通つて蒸気タービン１０に供
給される。タービン１０は通常高圧タービン１
１，中圧タービン１２，低圧タービン１３より構
成されている。蒸気は高圧タービン１１で仕事を
した後、再熱器１６で再び温度をあげられて再熱
蒸気止弁１７，インタセプト弁１８を通つてさら
に中圧タービン１２，低圧タービン１３で仕事を
し復水器１９で水となる。蒸気の仕事はタービン
１０により回転運動に変えられ発電機２０を駆動
し、発電機により発生した電力を電力系統に供給
する。タービン制御装置２２はタービン回転数、
負荷などを制御する。タービン１０の回転軸にと
りつけられている歯車１４の回転数を速度検出器
１５により検出する。また、タービン１０の負荷
は電力変換器２１により検出される。これらの検
出信号はタービン制御装置２２の入力装置２３に
送られ、演算装置２５で処理される。演算装置２
５ではタービンの回転数、負荷などを制御するた
めに主蒸気止め弁２，加減弁３，２６など複数弁
の弁位置を演算し、その位置になるよう各弁を駆
動する。弁の駆動信号は出力装置２４から主蒸気
止め弁駆動ユニツト５，加減弁駆動ユニツト７，
２８など各弁の駆動ユニツトに送られ弁を駆動す
る。弁の動きは主蒸気止め弁位置検出器４，加減
弁位置検出器６，２７など各弁の位置検出器によ
り検出されタービン制御装置２２の入力部２３に
フイードバツクされて、弁の位置を定位化する。

第２図はタービン制御装置２２の主要部の一部
を示したものである。タービン回転数は速度検出
器１５により検出される。検出された実速度信号
Ｎは速度設定器３１で設定される設定速度信府
N_Oと比較部３２において図示の極性で比較され、
その偏差量ΔN（ΔN＝N_O−Ｎ）は調定率演算回
路３３に与えられる。調定率演算回路３３ではあ
らかじめ設定された速度調定率δに相当したゲイ
ンをかけて加算器３５に加える。加算器３５では
負荷設定器３４で設定された負荷設定信号P_Oを
加え負荷信号P_Gを作成する。速度調定率δは速
度（発電機が電力系統と接続され同期運転を行つ
ているときは系統の周波数に相当する。）が設定
値（定格値）から何％ずれると全負荷変化させる
かという値である。例えば、５％の調定率とは、
５％の速度偏差があれば、100％の負荷を変える
ことを意味する。いま、100％負荷運転中に系統
周波数（速度）が５％上昇したと仮定すると、周
波数を安定に保つために０％迄負荷を絞る。

負荷信号P_Gは負荷制限器３６で設定された負
荷制限値P_Lと低値優先回路３７で比較され、低
い方の信号が最終負荷信号Ｐとなる。この負荷信
号Ｐは負荷分配回路３８，４２で各弁の負担量に
応じて配分されて、各弁の流量を決定し各弁の弁
位置を制御する。負荷分配回路３８の出力は比較
器３９で弁位置フイードバツク信号と比較され
る。比較器３９から得られる位置偏差信号は調節
制御回路４０により弁駆動信号に変えられて弁駆
動ユニツト７により加減弁３を調整する。加減弁
３の動きは位置検出器６により検出され、位置変
換部４１を経てフイードバツクされ弁位置を安定
に制御する。通常、弁は複数個であり、他の加減
弁も同様に制御する。即ち、負荷分配回路４２の
出力は比較器４３で弁位置フイードバツク信号と
比較され、その偏差信号は調節制御回路４４によ
り弁駆動信号に変換されて弁駆動ユニツト２８に
より加減弁２６を調整する。この加減弁２６の動
きは位置検出部２７により、位置変換部４５を至
てフイードバツクされ、弁位置を安定に制御す
る。なお、低値優先回路３７で負荷信号P_Gが優
先されているときは調速運転と呼ばれ、負荷制限
信号P_Lが優先されているときは負荷制限運転と
呼ばれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで多くの発電所は通常調速運転を行い系
統周波数の安定化に寄与している。第３図は周波
数と負荷の関係を表わしたもので、横軸に負荷
Ｐ、縦軸にタービン回転数Ｎをとつている。負荷
信号P_Gは直線５１で負荷制限信号P_Lは直線５２
で表わせる。ここで、直線５１の傾きが速度調定
率δである。回転数が定格値N_Oのときは負荷は
P_Oであるが周波数がN_Lまで低下すると直線５１
に沿つて負荷を増大させ負荷P_Lをとる。さらに
周波数が低下すると直線５１に沿つて負荷を増大
させようとする負荷制限値P_Lによつて上限を制
限されP_Lより増大しない。ところで、定格周波
数N_Oで負荷P_Oの調速運転を行つているときに周
波数が上昇すると直線５１に沿つて負荷Ｐを減少
するよう弁を閉方向に操作してタービン１０への
流入蒸気を減少させることになる。ところが、タ
ービン１０の流入蒸気の減少量が大きいとボイラ
は追従することができず、蒸気圧力が異常に高く
なりボイラ１に悪影響を与えることになる。最悪
の場合はボイラ１の停止に至ることになる。この
影響はボイラ１が熱保有量の小さい貫流型ボイラ
の場合に顕著に表われる。

本発明の目的は周波数の急激な上昇によつて負
荷の急減を簡単に防止してボイラに悪影響を与え
ることのない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〕

本発明はタービンの実速度（検出速度）が設定
速度より高い規定範囲に検出速度と設定速度の速
度偏差を一定値にして調定率演算手段に与える速
度偏差修正手段を設ける。

〔作用〕

本発明においては実速度（検出速度）が設定値
を越えて上昇した規定速度範囲において上昇分を
負荷減少量に変換する速度調定率演算を実施せず
負荷を一定にする。具体的には規定速度範囲にお
いて実速度が変化しても変化しなかつたように速
度偏差を一定値にする。このため、負荷を変化さ
せないよう弁を一定の開度に保つことが出来る。
従つて、弁の閉方向操作を行わないため、ボイラ
からの蒸気は弁により抑制されることなくタービ
ンに流入し、弁が閉方向に絞られタービンへの流
入蒸気が抑制された結果あらわれる弁入口の圧力
上昇等の現象を抑えることが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に示した実施例に基づき詳
細に説明する。

第４図は本発明の実施例の要部を示す構成図で
ある。

第４図において第２図と異なるところは減少率
制限回路６０と速度偏差修正回路７０を追加した
ことである。速度偏差修正回路７０は例えば関数
発生器によつて構成される。

第６図に減少率制限回路６０の具体例を示す。

減少率制限回路６０はアナログメモリ６１，加
算部６０，６５，追値幅設定器６３および高値優
先回路６４，６６より構成されている。アナログ
メモリ６１は実速度信号Ｎの変化に対し一定の変
化率で追従する速度変化規制信号n_Lを発生する変
化率規制回路を構成する。変化率規制回路６１の
詳細については後述する。

次に動作を説明する。

速度検出器１５により検出された実速度信号Ｎ
は減少制限回路６０に加えられる。具体的にはア
ナログメモリ（変化率規制回路）６１と高値優先
回路６６に入力される。詳細については後述する
が、実速度信号Ｎが設定速度N_Oを越えて上昇方
向に変化した場合、減少率制限回路６０は実速度
信号Ｎを高値優先回路６６から出力し比較器３２
に図示の極性で加えられる。比較器３２の出力す
る速度偏差ΔNは速度偏差修正回路７０に加えら
れる。速度偏差修正回路７０は関数発生器などで
構成される速度偏差修正回路７０の特性は第５図
に示すような特性になつている。加算器３２から
得られる速度偏差ΔNが正の範囲では速度偏差
ΔNに比例した速度偏差信号ΔN′を出力する。し
たがつて、速度偏差修正回路７０はタービン１０
の実速度Ｎが設定速度N_Oより低下した場合の動
作について何ら影響を与えない。さて、速度偏差
修正回路７０は第５図に示すように実速度Ｎが設
定速度N_Oより高いある規定速度範囲において出
力信号ΔN′を一定にしている。すなわち、実速度
Ｎと設定速度N_Oの速度偏差が−ΔN₁〜−ΔN₂の
範囲において出力信号ΔN′を一定値ΔN_S′にして
いる。なお、速度偏差ΔN₁，ΔN₂は変化率規制
回路６０の説明で用いた速度偏差Δnと区別する
ために異なる記号を用いている。速度偏差−
ΔN₁〜−ΔN₂の範囲は第３図の直線５３の領域
になる。

今、タービン１０の実速度Ｎが設定速度N_O以
上に急増したとする。速度検出器１５で検出され
た実速度信号Ｎは変化率規制回路６０の高値優先
回路６６を介して加算器３２に図示の極性で加え
られる。加算器３２の出力する速度偏差ΔNは負
極性方向に大きくなる。速度偏差修正回路７０は
速度偏差ΔNが−ΔN₁になると速度偏差信号
ΔN′を一定値ΔN_S′にする。速度偏差修正回路７
０は速度偏差ΔNが−ΔN₁〜−ΔN₂の範囲（規定
速度範囲）で出力信号ΔN′を一定値ΔN_S′に維持
する。このため、調定率演算回路３３の出力信号
ΔN′／δは変化せず、第３図の直線５１に沿つて
負荷を一定に保つようになる。負荷の急変量が大
きくても規定速度範囲において負荷を変化させな
いので、その間だけ弁開度を一定に保つことにな
る。規定速度範囲に弁の閉操作を行わないのでボ
イラ１の発生する蒸気は弁によつて抑制されるこ
となくタービン１０に流入する。したがつて、蒸
気圧力が異常に上昇するのを防止することができ
る。このように、規定速度範囲において負荷を一
定に制御しているときに実負荷が増加し、速度偏
差ΔNが−ΔN₁より大きく、つまり｜ΔN｜＜｜
ΔN₁｜になる第３図の直線５１に沿つて制御す
る。規定速度範囲は設定速度N_Oの0.25〜0.5％の
範囲である。

なお、第４図に示す実施例においては加算器３
２の速度偏差が｜ΔN₂｜以上になるタービン１
０が過速度になるのを防止するためにボイラ１へ
の悪影響より優先させて第３図の直線５４に沿つ
て負荷を減少させるようにしている。

以上のようにして制御するのであるが、タービ
ン１０の実速度が設定速度を越えた規定範囲にお
いて調定率演算回路３３に与える速度偏差ΔNを
一定にして負荷を一定にしている。このため、負
荷急減による蒸気圧力上昇などによつてボイラに
悪影響を与えるのを防止できる。

次に、減少率制限回路６０について説明する。
減少率制限回路６０は急激に周波数が低下して弁
を急激に開方向に開操作するのを防止して蒸気圧
低下などのボイラ１への悪影響を防止するために
設けられている。

減少率制限回路６０を構成する変化率規制回路
６１の一例を第７図に示す。

変化率規制回路６１は実速度信号（アナログ信
号）Ｎに追従してカウンタ８４の計数値を決定す
るもので、カウンタ８４を停止させたときの速度
変化規制信号n_Lをカウンタ８４に記憶させる。カ
ウンタ８４の計数値はＤ／Ａコンバータ８５によ
りアナログ信号に変換され速度変化規制信号n_Lと
して出力される。実速度信号Ｎに追従する変化率
はクロツク発振器８６，８７の発振周波数により
決定される。第７図の場合、増加率はクロツク発
振器８６の発振周波数で決定され、減少率はクロ
ツク発振器８７の発振周波数により決定される。
実速度信号Ｎと速度変化率信号n_Lは比較器８８に
よつて図示の極性で比較される。増減判定回路８
１は比較器８８の出力の極性によつてアンド回路
８２，８３のいずれかを選択し、カウンタ８４の
増減を制御する。増減判定回路８１は比較器８８
の出力が零、つまり実速度信号Ｎと速度変化規制
信号n_Lが一致するとアンド回路８２，８３のいず
れをも選択しない。この変化率規制回路６１実速
度信号Ｎが第８図ａのように速度N₁とN₂の間で
変化したとすると、同図ｂに示すような速度変化
規制信号n_Lを出力する。

さて、変化率規制回路６１は以上のようにして
速度変化規制信号m_Lを出力するが、実速度信号
Ｎが変化しない場合には実速度信号Ｎと速度変化
規制信号n_Lと一致している。説明の便宜上、実速
度信号Ｎの値をN₁とする。実速度信号Ｎが変化
しなければN₁＝n_L1であり、加算器６２の出力は
零となる。高値優先回路６４は追値設定器６３か
ら追値制限幅ΔFを負極性で与えられている。こ
の場合、高値優先回路６４は零信号を加算器６５
に加える。加算器６５の出力n_Oは速度変化規制信
号n_L1（＝N₁）と等しくなり高値優先回路６６に
加えられる。高値優先回路６６は実速度信号N₁
を選択して出力する。このことから明らかなよう
に実速度信号Ｎが増加方向に変化した場合、減少
率規制回路６０は実速度信号Ｎを出力するだけで
第２図の場合と全く同じ動作となる。

次に、実速度信号Ｎがある速度N₁から速度Δn₁
だけ低下し速度N₂になつたとする。ただし、Δn₁
は｜Δn₁｜＜｜ΔF｜とする。高値優先回路６４
は加算器６２から速度偏差−Δn₁を入力される。
この場合、速度偏差Δn₁は追値制限幅ΔF内であ
り、高値優先回路６４は−Δn₁を加算器６５に加
える。加算器６５の出力n_Oは次式のようになる。

n_O＝−Δn₁＋n_L1 ＝（N₂−n_L1）＋n_L1＝N₂ …(1) 高値優先回路６６は変化した実速度信号N₂と
加算器６５の出力信号n_O（＝N₂）は等しいので信
号N₂を出力することになる。このように、実速
度信号Ｎの低下幅が追値制限幅ΔFの範囲内であ
れば変化率規制回路６０は実速度信号Ｎの変化は
何ら規制しない。つまり、実速度信号の変化が追
値制限幅ΔFの範囲であれば実速度の変化率に応
じて周波数を変化させて負荷を増加させることに
なる。

さて、次に実速度信号Ｎが例えば第９図に示す
ように速度N₁からΔn₂だけ低下し速度N₃に低下
したとする。変化率規制回路６１は実速度信号Ｎ
が変化する直前に速度変化規制信号n_L1を出力し
ている。また、この場合の減少幅−Δn₂は｜Δn₂
｜＞｜ΔF｜で追値制限幅ΔFより大きいものとす
る。この場合、高値優先回路６４は実速度信号Ｎ
がN₁からN₃に低下する過程において速度偏差Δn
が追値制限幅ΔFになるまでは速度偏差Δnを選択
している。速度偏差Δnが追値制限幅ΔFに一致す
るまで加算器６５は(1)式に示すように変化してい
る実速度信号Ｎを出力する。したがつて、加算器
６２から得られる速度偏差Δnが追値制限幅ΔFと
一致するまでは実速度信号Ｎの変化速度に追従し
て周波数を大きくして負荷を増加させることにな
る。タービン１０の実速度Ｎが第９図のようにス
テツプ状に低下した場合には瞬時に周波数を大き
くして負荷を増加させることになる。さて、ター
ビン１０の実速度Ｎが追値制限幅ΔFを越えて低
下すると加算器６２の出力する速度偏差−Δnは
追値幅制限値−ΔFより小さくなる。つまり、｜
Δn｜＞｜ΔF｜となる。高値優先回路６４は追値
制限値−ΔFを選択し加算器６５に加える。この
とき、加算器６５の出力n_Oは次式のようになる。

n_O＝n_L−ΔF …(2) 変化率規制回路６１の出力する速度変化規制信
号n_Lは一定の変化率で変化（減少）する。したが
つて、加算器６５の出力信号n_Oも一定変化率で減
少する。実速度信号Ｎが第９図のようにステツプ
状に変化したとすると加算器６５の出力信号n_Oが
実速度信号N₃よりも大きくなる。高値優先回路
６６は加算器６５の出力信号n_Oを選択して速度信
号N′として第２図の加算器３２に加える。高値
優先回路６６は信号n_O（＝n_L−ΔF）が実速度信号
N₃と一致するまで信号n_Oを選択する。この結果、
タービン１０の実速度N₃までは変化率規制回路
６１によつて規制される一定変化率で周波数の低
下を制限しているので、その結果として負荷の増
加を制限することになる。調定率演算部３３で行
う速度調定率演算に速度減少量に対応した負荷増
加分の弁開度の開操作は一定変化率で行われる。
変化率規制回路６１で定める変化率でボイラ１で
追従可能な最大許容蒸気増加率を考慮して決定す
ることによつて負荷急増によるボイラに悪影響を
与えるのを防止できる。それも、単に実速度信号
Ｎの変化を一定変化率に規制することによつて簡
単に行える。

このように本実施例においてはタービン１０の
実速度（周波数）Ｎが急激に減少した場合には追
値制限幅ΔFだけは実速度Ｎの変化速度に従つて
調定率演算回路３３に与える速度偏差ΔNを変化
させている。したがつて、追値制限幅ΔFの範囲
では負荷変動に速やかに追従させることができ
る。また、実速度が追値制限幅ΔF以上に減少す
ると一定の変化率で速度変化するようにしている
ので、負荷急増によるボイラ１に悪影響を及ぼす
のを防止することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば検出速度が
設定速度を越えた規定速度範囲において負荷一定
制御をしているので、周波数急増による蒸気圧力
上昇を抑制でき、その結果としてボイラに悪影響
を与えるのを防止できる。

なお、上述の実施例はアナログ構成のものを示
したがコンピユータなどを用いてデイジタル制御
を行う場合にも本発明を採用できるのは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はタービン制御システムの一例を示す構
成図、第２図はタービン制御装置の要部を示すブ
ロツク図、第３図は速度―負荷特性を示す説明
図、第４図は本発明の一実施例を示すブロツク
図、第５図は速度偏差修正回路の特性を示す説明
図、第６図は減少率制限回路の一例を示すブロツ
ク図、第７図は変化率規制回路の一例を示すブロ
ツク図、第８図は変化率規制回路の動作説明図、
第９図は減少率制限回路の動作説明図である。 ３１…速度設定器、３２…比較器、３３…調定
率演算回路、３４…負荷設定器、３５…加算器、
３６…負荷制限器、３７…低値優先回路、３８，
４２…負荷分配回路、３９，４３…比較器、４
０，４４…調節制御回路、４１，４５…位置変換
部、６０…減少率制限回路、７０…速度偏差修正
回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 蒸気タービンの回転数を検出し、検出速度と
   設定速度の速度偏差を調定率演算手段に入力し、
   該調定率演算手段から得られる信号によりタービ
   ン出力を制御するタービン制御装置において、検
   出速度が設定速度より高い規定速度範囲において
   検出速度と設定速度の速度偏差を一定値にして前
   記調定率演算手段に加える速度偏差修正手段を設
   け、前記規定速度範囲では前記タービン出力を所
   定値に維持するようにしたことを特徴とするター
   ビン制御装置。