JP2515797B2 - タ―ビン制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、蒸気発生プラントのタービン制御装置に係
り、特に沸騰水型原子炉に適用するのに好適なタービン
制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の原子力発電プラントのタービン制御装置の負荷
設定器は、基底負荷信号と中央給電指令所からの自動周
波数制御（Automatic Frequency Control,AFC）信号を
入力信号とし、これらの信号と負荷設定器バイアス信号
との加算信号を負荷設定器出力信号とする構成である。
また、AFC信号に振幅制限，変化率制限を行つた信号をA
FC信号の代りとして負荷設定器の入力信号とすることも
ある。タービン出力制御装置は、原子炉圧力を制御する
圧力制御系と、タービン速度を制御する速度制御系から
構成され、速度制御系の出力信号と負荷設定器出力信号
との加算信号、及び圧力制御器の出力信号は、低値選択
回路の入力信号となる。この低値選択回路の出力信号に
よりタービン加減弁を制御し、また、圧力制御系の出力
信号と低値選択回路の出力信号との偏差によりタービン
バイパス弁を制御する。通常は、負荷設定器バイアス信
号のため、速度制御系の出力信号と負荷設定器出力信号
との加算信号は、圧力制御系の出力信号より高値とな
る。このため、低値選択回路は圧力制御系の出力信号を
選択し、原子炉圧力制御を優先する制御となり、この場
合はタービンバイパス弁は動作しない。

原子炉出力の制御は、基底負荷信号とAFC信号の加算
信号と発電機出力信号との偏差により再循環流量制御装
置を駆動することで対応する。

なお、この種のタービン制御装置を示したものとして
は、例えば特開昭59-54997号公報「沸騰水型原子力発電
プラントの出力制御装置」等がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、原子力発電プラントにおいて負荷追
従運転をする場合に、原子炉出力を設定するのに必要な
負荷設定器に関するものであるが、以下の問題点があ
る。すなわち、通常、10％の負荷設定器バイアス信号の
ため低値選択回路は圧力制御系の出力信号を選択する
が、±５％のAFC信号に対する原子炉出力の変化幅が10
％あること、また原子炉出力変化すなわち圧力制御系の
出力変化に応答遅れがあることから、速度制御系の出力
信号と負荷設定器出力信号との加算信号が圧力制御系の
出力信号により低値となる時間帯がある。タービンバイ
パス弁は、圧力制御系の出力信号と低値選択回路の出力
信号との偏差により動作するため、低値選択回路が速度
制御系の出力信号と負荷設定器出力信号との加算信号を
選択した場合は、タービンバイパス弁が動作することに
なる。負荷追従運転時におけるこの様なタービンバイパ
ス弁の動作は不必要なものであり、好ましくない。

また、負荷設定器の入力信号であるAFC信号に振幅制
限，変化率制限を行つた場合は、原子炉出力の変化が抑
えられ圧力制御系の出力変化が小さくなることから、タ
ービンバイパス弁の不必要な動作を防止できるものの負
荷追従性が低下する問題がある。

本発明の目的は、負荷追従運転時において、負荷追従
性を低減させることなく、タービンバイパス弁の不必要
な動作を防止できる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〕

上記目的を達成するために、基底負荷信号とAFC信号
及び負荷設定器バイアス信号との加算信号を蒸気発生器
出力制御装置に出力するとともに、上記加算信号に対し
て位相補償演算を行つて得られる信号と速度制御器の出
力信号との加算信号を低値選択回路に入力するように構
成した点にある。

〔作用〕

前述の問題点を解決するための手段により、低値選択
回路の一方の入力信号となる位相補償演算（例えば一次
遅れ演算）を行なつた信号と速度制御器の出力信号との
加算信号に対し、低値選択回路の他方の入力信号である
圧力制御器の出力信号を低値となるようにすることがで
きる。すなわち、通常の負荷追従運転時においては、低
値選択回路は圧力制御器の出力信号のみを選択するた
め、タービンバイパス弁が動作することはない。また、
AFC信号及び負荷設定器バイアス信号を基底負荷信号と
加算して蒸気発生器出力制御装置への出力信号としてい
るため、負荷追従性を低下させることもない。

〔実施例〕

以下、本発明の好適な一実施例である蒸気発生プラン
トのタービン制御装置を第１図及び第２図を用いて詳細
に説明する。

本実施例は、蒸気発生プラントして沸騰水型原子炉プ
ラントを対象にしたものである。第２図に基づいて沸騰
水型原子炉プラントの概要を説明する。原子炉圧力容器
１内にて発生した蒸気は、主蒸気管２を通り蒸気加減弁
３を介してタービン４へ導かれ、タービン４を回転させ
る。沸騰水型原子炉プラントの原子炉圧力容器１は、蒸
気発生器の一種である。タービン４の回転によりタービ
ン４に連結された発電機８は電気を発生し、図示してい
ない電力系統に電気を供給する。タービン４を回転させ
た蒸気は復水器５にて凝縮されて水になる。この凝縮水
は、給水として復水ポンプ６及び給水ポンプ７にて昇圧
され、給水配管23を介して原子炉圧力容器１に戻され
る。タービンバイパス配管24が、蒸気加減弁３より上流
側で主蒸気管２に接続されるとともに復水器５に連絡さ
れる。タービンバイパス弁９がタービンバイパス配管24
に設けられる。電力系統の事故等によりタービン４の回
転数が急上昇した場合は、タービン制御装置11の作用に
より、タービン４を保護するためにタービン加減弁３が
絞られてタービン４への蒸気の供給が制限され、タービ
ン４の過速を防止する。また、タービン加減弁３が絞ら
れることによる原子炉圧力容器１の圧力上昇を防ぐため
に、タービン制御装置11はタービンバイパス弁９を開
き、余剰な蒸気をタービンバイパス配管24を介して直接
復水器５へ導く。

原子炉圧力容器１から吐出される蒸気圧力を検出する
圧力計10が主蒸気管２に設けられ、タービン４の回転速
度を検出する回転計25が設けられている。

本実施例の蒸気発生プラントのタービン制御装置は、
第１図に詳細に示すタービン出力制御装置11及び負荷設
定器16を有している。

負荷設定器16は、負荷設定調整器17及び加算器26A及
び26Bを有している。負荷設定調整器17は、加算器26Bを
介して加算器26Aに接続されている。

タービン出力制御装置11は、圧力制御器18,速度制御
器19,低値選択回路20,速度信号調整器21及び加算器27A
〜27Fを有している。圧力制御器18は、加算器27Aを介し
て圧力計10に、速度制御器19は加算器27Bを介して回転
計25にそれぞれ接続される。速度制御器19の出力端は、
加算器27Cを介して低値選択回路20に、また速度信号調
整器21を介して加算器27Dに接続される。加算器27Cの他
の入力端は、負荷設定器16の負荷設定調整器17に連絡さ
れる。加算器27Dの他の入力端は、負荷設定器16の加算
器26Bの出力端に連絡されている。圧力制御器18の出力
端は、加算器27Eを介して再循環流量制御装置12に、低
値選択回路20に、さらには加算器27Fにそれぞれ接続さ
れる。加算器27Eの入力端は、加算器27Dの出力端にも接
続されている。低値選択回路20の出力端は、加減弁駆動
装置14及び加算器27Eに連絡される。加算器27Fの出力端
は、バイパス弁駆動装置15に連絡される。なお、再循環
流量制御装置12は、再循環ポンプ13のモータに接続され
ている。再循環ポンプ13は、原子炉圧力容器１に接続さ
れる再循環配管28に設置される。

このような構成を有するタービン制御装置の作用につ
いて以下説明する。

負荷設定器16は、中央給電指令所（図示せず）からの
自動周波数制御（AFC）信号S7及び基底負荷信号S8を入
力し、負荷設定器出力信号S11及び負荷設定調整器出力
信号S12を出力する。すなわち、入力したAFC信号S7及び
基底負荷信号S8を入力する加算器26Aは、これらの信号
を加算して負荷設定要求信号S9を出力する。加算器26B
は、この負荷設定要求信号S9に負荷設定器バイアス信号
S10を加算して負荷設定器出力信号11を出力する。通
常、負荷設定器バイアス信号S10は、10％が設定され
る。負荷設定器出力信号S11は、負荷設定調整器17の入
力信号となる。負荷設定調整器17は、入力した負荷設定
器出力信号S11に対してゲイン／位相補償演算を行な
い、負荷設定調整器出力信号S12を出力する。この負荷
設定調整器17にて行なわれるゲイン／位相補償演算とし
ては、一次遅れ及び二次遅れ等の遅れ演算、変化率制限
演算及び入力に対して出力を遅延させる遅延演算のいず
れか１つの演算が用いられる。負荷設定調整出力信号S1
2は、タービン出力制御装置11の加算器27Cに出力され
る。また負荷設定器出力信号S11は、タービン出力制御
装置11の加算器27Dに出力される。

圧力計10から出力されたタービン入口圧力信号S1は、
タービン出力制御装置11の加算器27Aに入力される。加
算器27Aにて求められたタービン入口圧力信号S1と圧力
設定信号S17との偏差は、圧力偏差信号S18として圧力制
御器18に入力される。圧力制御器18は、入力した圧力偏
差信号S18に対して進み／遅れ補償演算、圧力調定率の
逆数の乗算演算を行い、全蒸気流量要求信号S19を求
め、この信号を出力する。一方、回転計25から出力され
たタービン速度信号S2は、加算器27Bに入力される。加
算器27Bにて求められたタービン速度信号S2と速度設定
信号S15との偏差は、速度偏差信号S16として速度制御器
19に入力される。速度制御器19は、入力した速度偏差信
号S16に対して速度調定率の逆数の乗算演算を行い、速
度制御器出力信号S13を求め、この信号を出力する。速
度信号調整器21は、入力した速度制御器出力信号S13に
基づいて速度信号調整器出力信号S20を出力する。この
速度信号調整器21は、低周波フイルター等により再循環
流量制御装置12に送るべき所定の周波数帯の信号、すな
わち速度信号調整器出力信号S20を取り出す。

加算器27Dは、負荷設定器16の出力である負荷設定器
出力信号S11と、速度信号調整器出力信号S20とを加算
し、負荷要求信号S21を出力する。また、加算器27Cは、
負荷設定器16のもう１つの出力である負荷設定調整器出
力信号S12と速度制御器出力信号S13との加算により、修
正負荷要求信号S14を出力する。修正負荷要求信号S14
は、低値選択回路20に入力される。

圧力制御器18の出力である全蒸気流量要求信号S19、
負荷要求信号S21及び負荷設定器バイアス信号S10相当の
バイアス信号S22によつて求められた偏差信号である負
荷追従誤差信号S5は、加算器27により再循環流量制御装
置12に送られる。再循環流量制御装置12は、入力した負
荷追従誤差信号S5に基づいて再循環ポンプ13の回転数を
制御し、炉心に供給される冷却水流量を調節する。この
冷却水流量の調節により原子炉出力が制御される。再循
環流量制御装置12は一種の蒸気発生器出力制御装置であ
り、再循環ポンプ13は原子炉出力（蒸気発生器出力）制
御手段である。

全蒸気流量要求信号S19は、修正負荷要求信号S14と同
様に低値選択回路20に入力される。低値選択回路20は、
入力した全蒸気流量要求信号S19及び修正負荷要求信号S
14のうちいずれか低値の信号を選択し、これを加減弁開
度要求信号S3として出力する。加減弁開度要求信号S3
は、加減弁駆動装置14に伝送される。加減弁駆動装置14
は、信号S3に基づいて蒸気加減弁３の開度を制御する。

さらに加算器27Fは、全蒸気流量要求信号S19、低値選
択回路20の出力である加減弁開度要求信号S3、及びチヤ
タリング防止用バイアス信号S23を入力してこれらの信
号の偏差を求め、これをバイパス弁開度要求信号S4とし
て出力する。バイパス弁開度要求信号S4は、バイパス弁
駆動装置15に伝えられる。バイパス弁駆動装置15は、信
号S4に基づいてタービンバイパス弁９の開度を制御す
る。

以上述べた負荷設定器16を有するタービン制御装置
は、原子炉圧力（蒸気発生器出力）変動の抑制、原子炉
出力の設定及び負荷遮断等におけるタービン４の保護等
の機能を有する。まず、原子炉圧力変動の抑制機能につ
いて述べる。これは、全蒸気流量要求信号S19を修正負
荷要求信号S14よりも負荷設定器バイアス信号S10相当だ
け低値とすることにより実現している。このため、通
常、低値選択回路20は全蒸気流量要求信号19を選択する
ので、蒸気加減弁３はタービン入口圧力の変動すなわち
原子炉圧力変動を抑制する制御動作となる。

次に、原子炉出力の設定機能について述べる。この設
定は負荷設定器16における基底負荷信号S8及びAFC信号S
7の設定により行う。すなわち、基底負荷信号S8,AFC信
号S7及び負荷設定器バイアス信号S10の加算である負荷
設定器出力信号S11を原子炉出力の設定信号とし、この
設定信号に基づいて再循環流量制御装置12により原子炉
出力制御を行う。この時、原子炉出力の応答に伴う全蒸
気流量要求信号S19の変化に応じて、負荷設定調整器出
力信号S12が変化するように負荷設定調整器17を構成し
ている。このため、全蒸気流量要求信号S19は、修正負
荷要求信号S14より負荷設定器バイアス信号S10相当だけ
低値となる。

最後に、負荷遮断等におけるタービン４の保護につい
て述べる。この保護は、次の様にして対応する。すなわ
ち、負荷遮断等によりタービン速度S2が負荷設定器バイ
アス信号S10相当を超えて急上昇した場合、修正負荷要
求信号S14は減少することになり、全蒸気流量要求信号S
19より低値となる。このため、低値選択回路20は、原子
炉圧力変動の抑制機能からタービン過速保護機能へ切換
わるため、修正負荷要求信号S14を選択するようにな
る。すなわち、タービン速度変動を抑制するために、修
正負荷要求信号S14にて蒸気加減弁３の開度を絞り、タ
ービン４の過速を防止する。また、これに伴う原子炉圧
力容器内の余剰蒸気による原子炉圧力の上昇を防ぐた
め、全蒸気流量要求信号S19とタービン加減弁開度要求
信号S3すなわち修正負荷要求信号S14との偏差に基づい
たバイパス弁開度要求信号S4により、タービンバイパス
弁９の開度を制御し、余剰な蒸気をタービン４をバイパ
スして放出する。

第３図は、本実施例のタービン制御装置の制御特性を
示したものである。基底負荷信号S8を80％、AFC信号S7
を第３図（Ａ）のように±５％と設定した場合の制御特
性を説明する。ただし、速度制御器出力信号S13は“0"
とする。この時、負荷要求信号S21は、負荷設定要求信
号S9に対し負荷設定器バイアス信号S10相当分だけ高値
となる。この負荷設定器バイアス信号S10は、負荷要求
信号S21からバイアス信号S22を減じることで取り除かれ
る。したがつて、再循環流量制御装置12は、振幅制限，
変化率制限等を行わない負荷設定要求信号S9に基づいて
原子炉出力を制御することになる。このため、原子炉出
力相当信号である全蒸気流量要求信号S19は、負荷設定
要求信号S9に対する応答を示すことになる。また、全蒸
気流量要求信号S19の応答に対応して、加減弁開度要求
信号S3は定まることになり、負荷追従性は従来技術と比
較12も低下することはない。

さらに、負荷設定調整器17を一次遅れ演算要素から構
成した場合、負荷設定調整器出力信号S12は、第３図
（Ｂ）のように、負荷設定器出力信号S11（ここでは負
荷要求信号S21と同等）の一次遅れ信号となる。これ
は、全蒸気流量要求信号S19に負荷設定器バイアス信号S
10を加算した信号とほぼ同じである。すなわち、全蒸気
流量要求信号S19は、修正負荷要求信号S14より負荷設定
器バイアス信号S10相当分（10％）だけ低値となる。こ
のため、低値選択回路20は、全蒸気流量要求信号S19を
選択し、全蒸気流量要求信号S19が加減弁開度要求信号S
3となる（第３図（Ｃ））。この時、バイパス弁開度要
求信号S4は“0"となり（第３図（Ｄ））、タービンバイ
パス弁９は動作しない。これは、従来のタービン制御装
置の負荷設定器では、負荷設定調整器出力信号S12が負
荷要求信号S21と同一信号となつた場合に対応する。す
なわち、修正負荷要求信号S14は負荷要求信号S21と同一
となり、全蒸気流量要求信号S19の応答によつては、修
正負荷要求信号S14が低値となる時間帯が発生する。こ
の時間帯においては、全蒸気流量要求信号S19と修正負
荷要求信号S14との偏差に基づいて、タービンバイパス
弁９が動作することになる。しかしながら、本実施例の
タービン制御装置の負荷設定器16では、この様な負荷追
従運転においては、本来不必要なタービンバイパス弁９
の動作は発生しない。

以上のように、負荷設定器16を有するタービン制御装
置の機能である原子炉出力の設定に関して、本実施例が
従来技術より好ましい制御特性となる。原子炉圧力変動
の抑制機能は、従来技術と同等であることは明白であ
る。また、負荷遮断等におけるタービン保護機能につい
ては、全蒸気流量要求信号S19が修正負荷要求信号S14よ
り負荷設定器バイアス信号S10だけ低値となることか
ら、従来技術と何ら変るところはない。

さらに、本実施例のタービン制御装置の負荷設定器16
の入力信号の一つとして、基底負荷信号をあげたが、負
荷パターン発生装置あるいは負荷パターン修正装置の出
力であつても、同様な負荷設定器を構成できることは明
らかである。また、速度制御器出力信号が“0"でなくて
も、同様の制御動作を得ることができることは明白であ
る。

なお、本実施例のタービン制御装置の負荷設定器16に
おいて、負荷設定器バイアス信号S10を10％とし、AFC信
号を±５％とした。この負荷設定器バイアス信号S10
は、蒸気加減弁３の開度制御が原子炉圧力変動の抑制か
らタービン速度変動の抑制に切換わるために必要なター
ビン速度上昇の程度を示すものである。したがつて、負
荷遮断等に伴うタービン速度の上昇に対するタービン４
の耐久性が向上した場合には、負荷設定器バイアス信号
S10を増加することができる。これにより、負荷追従運
転時において、不必要にタービンバイパス弁９が動作す
ることを低減できるが、本実施例のタービン制御装置の
負荷設定器と組み合せることにより、不必要なタービン
バイパス弁９の動作をさらに防止することができる。

第４図は、タービン制御装置の他の実施例を示したも
のである。本実施例が第１図の実施例と異なる点は、加
算器27Gを設けて加算器27Gにより負荷要求信号S21、発
電機出力信号S24及び負荷設定器バイアス信号S10相当の
バイアス信号S22の偏差を求め、この偏差を負荷追従誤
差信号S5とし、再循環流量制御装置12への入力信号とし
ている点である。これは、負荷要求信号S21は、発電機
出力の要求信号であるため、実際の発電機出力信号S24
を負荷要求信号S21に帰還することにより、必要とする
発電機出力を得るものである。

本発明は、沸騰水型原子炉プラント以外の蒸気発生プ
ラント、すなわち蒸気発生器を有する加圧水型原子炉プ
ラント及び高速増殖炉プラント、及び蒸気発生器である
ボイラを有する火力プラントにも適用することができ
る。加圧水型原子炉プラント及び高速増殖炉プラントに
おける蒸気発生器出力制御装置は、出力制御手段である
制御棒を操作する。火力プラントにおける蒸気発生器出
力制御装置は、蒸気発生器出力制御手段であるボイラの
ガバナを調節する。

〔発明の効果〕

本発明のタービン制御装置によれば、負荷追従運転時
において、負荷追従性能を低下させることなく、また、
タービン出力制御装置の機能を低下させることなくター
ビンバイパス弁の不必要な動作を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水型原子炉プラントに適用した本発明の好
適な一実施例であるタービン制御装置の詳細なブロツク
図、第２図は第１図の実施例を適用した沸騰水型原子炉
プラントの概略を示した構成図、第３図は第１図の実施
例における制御特性を示す説明図、第４図は本発明の他
の実施例の構成図である。 １……原子炉圧力容器、３……蒸気加減弁、４……ター
ビン、８……発電機、９……タービンバイパス弁、10…
…圧力計、11……タービン出力制御装置、12……再循環
流量制御装置、13……再循環ポンプ、16……負荷設定
器、17……負荷設定調整器、18……圧力制御器、19……
速度制御器、20……低値選択回路、21……速度信号調整
器、25……回転計。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸気発生器と、タービンと、前記蒸気発生
   器にて発生した蒸気を前記タービンに導く蒸気配管と、
   前記タービンから排気された蒸気を凝縮する復水器と、
   前記蒸気配管と前記復水器とを連絡するバイパス配管
   と、前記バイパス配管との分岐点より下流側で前記蒸気
   配管に設けられた蒸気流量調節弁と、前記バイパス配管
   に設けられたバイパス弁と、前記蒸気発生器の出力を調
   節する出力制御手段とを備えた蒸気発生プラントのター
   ビン制御装置において、 前記タービンに導く蒸気の圧力を検出する手段と、前記
   タービンの回転速度を検出する手段と、前記圧力検出手
   段の出力を入力する圧力制御器と、前記回転速度検出手
   段の出力を入力する速度制御器と、自動周波数制御信号
   と基底負荷信号及び負荷設定器バイアス信号とを加算す
   る第１加算手段と、前記第１加算手段の出力を入力して
   位相補償を行う負荷調整手段と、前記負荷調整手段の出
   力信号と前記速度制御器の出力信号とを加算する第２加
   算手段と、前記圧力制御器及び第２加算手段の出力信号
   のうち低値の出力信号を前記蒸気流量調節弁の開度制御
   信号として選択する低値選択手段と、前記開度制御信号
   を入力して前記蒸気流量調節弁の開度を調節する手段
   と、前記圧力制御器の出力信号に基づいて前記バイパス
   弁の開度を調節する手段と、前記第１加算手段の出力信
   号に基づいて前記出力制御手段を操作する制御手段とを
   備えたことを特徴とする蒸気発生プラントのタービン制
   御装置。