JP2558869B2

JP2558869B2 - タービン制御装置

Info

Publication number: JP2558869B2
Application number: JP1105849A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　　文昭
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1989-04-27
Publication date: 1996-11-27
Anticipated expiration: 2011-11-27
Also published as: JPH02286803A

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、蒸気系統にインタセプト弁およびバイパス
弁を設け、バイパス運転時にはインタセプト弁を主蒸気
加減弁流量に比例した流量比例制御するとともに、バイ
パス運転を終了するとタービン速度および負荷設定信号
に基づいてインタセプト弁を調速制御するタービン制御
装置に関する。

（従来の技術）一般に、汽力発電システムでは、ボイラによって発生
した高温高圧の蒸気をタービンに送り込んでタービンを
回転し、その回転トルクで発電機を駆動することで電力
を発生している。また、タービンを回転する仕事を終え
た蒸気は、復水器で水に戻される。

このような汽力発電システムにおいて、発電機出力が
系統側に接続されて負荷運転が行なわれているとき、何
らかの原因で発電機を系統に接続する発電機遮断器が開
すると、タービンを定格運転数運転に移行するか、ある
いは、停止する。

したがって、このような事態が発生すると、タービン
に供給される蒸気流量が急激に変化し、それにより、ボ
イラを安定に制御することができなくなって、プラント
が停止する。

このようにして、プラントが一旦停止すると、プラン
トを再軌道するときに要する時間が大きいので、発電機
出力を系統に再接続するまでに要する時間が長くなる。

この負荷運転中の発電機遮断器開後のプラント再起動
に要する時間を短縮する方法の１つに、タービンバイパ
ス運転法がある。

第３図は、タービンバイパス運転法を行なう汽力発電
システムの一例を示している。

ボイラの過熱器１から発生された蒸気は、その一部が
蒸気加減弁２を介して高圧タービン３に供給されるとと
もに、その他の蒸気は高圧タービンバイパス弁４を介し
て直接高圧タービン３の蒸気出口に導かれる。

高圧タービン３に供給された蒸気により、高圧タービ
ン３が回転し、その仕事を終えた蒸気、および、高圧タ
ービンバイパス弁４を流れた蒸気は、合流してボイラ内
にある再熱器５に導かれ、昇温されたのちに、その一部
がインタセプト弁６を介して中圧タービン７および低圧
タービン８に順次供給され、それぞれ中圧タービン７お
よび低圧タービン８を回転駆動したのちに、復水器９に
導かれて水に戻る。

また、再熱器５から流出する蒸気のうち、インタセプ
ト弁６に流入しない部分は、低圧タービンバイパス弁10
を介して直接復水器８に流入する。

このようにして、高圧タービン３、中圧タービン７、
および、低圧タービン８が回転し、それによって、発電
機11が駆動されて、発電機出力が得られる。

さて、このタービンバイパス運転法では、ボイラの発
生蒸気流量が、そのボイラを安定に運転できる最小の流
量よりも小さくならないように制御しており、発電機11
の駆動のために必要な蒸気流量がその最小の流量よりも
小さい場合には、その差分の流量に応じた蒸気を、高圧
タービンバイパス弁４および低圧タービンバイパス弁10
を介して直接復水器９に流入させている。

すなわち、一般に、発電機出力とボイラ発生蒸気流量
の関係は、第４図（ａ）に直線LLで示したように、ほぼ
比例関係にある。

一方、ボイラを安定に運転することができる最小の蒸
気流量をQ₁とすると、その蒸気流量Q₁よりもボイラ発生
蒸気流量を小さくすることができないから、蒸気流量Q₁
に対応した発電機出力P₁よりも発電機出力が小さい場合
には、その発電機出力に対応した直線LL上の蒸気流量
と、蒸気流量Q₁の差分の流量に対応した蒸気を、高圧タ
ービンバイパス弁４および低圧タービンバイパス弁10を
介して復水器９に直接流入させている。

また、タービンバイパス系統の容量は、蒸気流量Q₁に
ほぼ一致するように設定されている。

発電機11を起動するときには、まず、過熱器１から蒸
気流量Q₁の蒸気を発生させている状態で、蒸気加減弁２
を全閉の状態から、圧電気出力の設定値の上昇にともな
って徐々に開けていくとともに、高圧タービンバイパス
弁４を全開の状態から、徐々に絞っていく。

このとき、蒸気加減弁２を通過する蒸気流量と、高圧
タービンバイパス弁４を通過する蒸気流量の和が蒸気流
量Q₁になるように、高圧タービンバイパス弁４の開度が
制御される。

そして、例えば、発電機出力P₂のときに高圧タービン
バイパス弁４が全閉の状態になると、タービンバイパス
運転が終了する。

また、インタセプト弁６の流量制御は、次のようにし
て行なわれる。なお、低圧タービンバイパス弁10は、イ
ンタセプト弁６の蒸気流量と低圧タービンバイパス弁10
の蒸気流量の和が、再熱器５から流出する蒸気流量に等
しくなるように、その流量制御が行なわれる。

すなわち、タービンバイパス系統を用いて、タービン
の調速運転を行なうとき、高圧タービンバイパス弁４を
通過して、蒸気が高圧タービン３の出口に導かれるた
め、タービンバイパス系統を用いない場合に比べて、高
圧タービン３の出口圧力、すなわち、背圧が高くなり、
それにより、蒸気加減弁２を通過する蒸気流量が減少す
るので、蒸気加減弁２、高圧タービン３、および、蒸気
加減弁２と高圧タービン３の間の高圧配管系統が過熱さ
れる。

この過熱を防止するために、タービンバイパス運転を
行なっているときには、インタセプト弁６の蒸気流量
が、蒸気加減弁２の蒸気流量よりも小さくなるように、
インタセプト弁６を流量比制御している。例えば、蒸気
加減弁２の蒸気流量と、インタセプト弁６の蒸気流量の
比が、2:1に設定される。

一方、タービンバイパス運転を終了すると、インタセ
プト弁６は、通常の調速制御を行なうようにその制御形
態が切り換えられる。

すなわち、タービンバイパス運転時には、インタセプ
ト弁６の開度は流量比制御に従った途中開度に設定され
ており、タービンバイパス運転を終了すると、インタセ
プト弁６の開度は調速制御のためにほぼ全開状態に設定
される。

このようにして、タービンバイパス運転が終了した時
点でインタセプト弁６の制御形態が切り替えられ、その
開度が途中開度から全開に急変すると、発電機出力が急
変するために、この制御形態の切り替わりに際しては、
インタセプト弁６の開度の変化率が一定値を超えないよ
うに制御している。

このようなタービンバイパス運転を行なう場合の、制
御装置の従来例を第５図に示す。

発電機出力設定器15から出力される発電機出力設定信
号SOは、加算器16のプラズマ入力端に加えられており、
この加算器16のマイナス入力端には、発電機11の出力を
検出して得た発電機出力検出信号DOが加えられている。

加算器16の出力信号は、出力偏差信号SEとして、積分
器からなる負荷設定器17に加えられ、この負荷設定器17
の出力信号は負荷設定信号SLとして加算器18の一方のプ
ラス入力端に加えらるとともに、インタセプト弁調速制
御器19に加えられている。

図示しない速度設定器から出力されるタービン速度設
定信号STは、加算器20のプラス入力端に加えられてお
り、この加算器20のマイナス入力端には、タービンの速
度を検出して得たタービン速度検出信号DTが加えられて
いる。

この加算器20の出力信号は、タービン速度偏差信号TE
として、インタセプト弁調速制御器19に加えられるとと
もに、速度調整ゲイン乗算器21を介して速度調整ゲイン
が乗ぜられたのちに加算器18の他方のプラス入力端に加
えられている。

加算器18の出力信号は、蒸気加減弁流量指令信号CRと
して、蒸気加減弁制御装置22およびインタセプト弁流量
比例制御器23に加えられている。

インタセプト弁調速制御器19は、負荷設定信号SLおよ
びタービン速度偏差信号TEに基づいて、インタセプト弁
６の流量を調速制御するためのものであり、その調速指
令信号CCは、変化率制限器24、シーケンス制御25、およ
び、切換器26の一方の切換接続端26aに加えられてい
る。

蒸気加減弁制御装置22は、蒸気加減弁流量指令信号CR
に基づいて、蒸気加減弁２の開度を制御するためのもの
であり、その制御信号LSにより、蒸気加減弁２の開度が
制御される。

インタセプト弁流量比例制御器23は、蒸気加減弁流量
指令信号CRに基づいて、蒸気加減弁２の流量と一定の比
率になるようにインタセプト弁６の流量を設定する流量
設定信号CIを算出するものであり、その流量設定信号CI
は、切換器27の一方の切換接続端27aに加えられるとと
もに、スイッチ28を介して変化率制限器24のトラッキン
グ入力端に加えられている。

変化率制限器24は、トラッキング入力端に加えられて
いる信号値にその出力信号が追従するとともに、トラッ
キング入力端に加えられている信号が除去されると、そ
の時点での出力信号から入力信号の値に、一定範囲内の
変化率で、その出力信号を変化するものであり、その出
力信号は、シーケンス制御装置25に加えられるととも
に、切換器27の他方の切換接続端27bに加えられてい
る。

シーケンス制御装置25は、インタセプト弁調速制御器
19から出力される調速指令信号CC、変化率制限器24の出
力信号、および、例えば、高圧タービンバイパス弁３の
開度等の他の要素からの信号に基づいて、起動時のター
ビン制御を行なうものであり、このシーケンス制御装置
25によって、切換器26,27およびスイッチ28の動作が制
御される。

切換器27のコモン端子27cからの出力信号は、切換器2
6の他方の切換接続端26bに加えられており、切換器26の
コモン端子26cからの出力信号は、インタセプト弁制御
装置29に加えられている。インタセプト弁制御装置29
は、切換器26より入力した信号に基づいて、インタセプ
ト弁６の開度を制御するためのものであり、その制御信
号LIにより、インタセプト弁６の開度が制御される。

以上の構成で、発電機11の出力を上昇するとき、ま
ず、タービンバイパス運転を行なうために、シーケンス
制御装置25は、切換器26,27をそれぞれ切換接続端26b,2
7a側に動作するとともに、スイッチ28をオンする。

この状態で、発電機出力設定器15から出力される発電
機出力設定信号SOが所定の変化態様で上昇し、それによ
り、加算器16から出力される負荷偏差信号SEは、正符号
の信号となり、負荷設定器17から出力される負荷設定信
号SLが徐々に増える。

一方、タービン回転数が定格回転速度に設定されるま
では、加算器20より正符号のタービン速度偏差信号TEが
出力される。

したがって、加算器18から出力される蒸気加減弁流量
指令信号CRは、徐々に増大し、それによって、蒸気加減
弁２の流量が上昇する。また、インタセプト弁流量比例
制御器23は、蒸気加減弁２の流量に対してインタセプト
弁６の流量が一定の比率となるように流量設定信号CIを
出力し、この流量設定信号CIは、切換器27および切換器
26を順次介してインタセプト弁制御装置29に加えられる
とともに、スイッチ28を介して変化率制限器24に加えら
れる。

これにより、蒸気加減弁２の流量の上昇に伴って、イ
ンタセプト弁６の開度が増大してその流量が上昇する。

また、そのときにインタセプト弁流量比例制御器23か
ら出力される流量設定信号CIに、変化率制限器24の出力
信号がトラッキングしている。一方では、インタセプト
弁調速制御器19により、タービン速度偏差信号TEと負荷
設定信号SLに基づいて調速指令信号CCが演算されて出力
されている。

このようにして、タービンバイパス運転を行なうと、
上述したように、徐々に高圧タービンバイパス弁３が閉
じていき、発電機出力がP₂になった時点で高圧タービン
バイパス弁３が全閉する。

これにより、タービンバイパス運転が終了したので、
シーケンス制御装置25は、インタセプト弁６の制御動作
を調速制御に切り替える準備のために、切換器27を切換
接続端27b側に切換動作するとともに、スイッチ28をオ
フする。

これにより、変化率制限器24の出力信号が、切換器2
7,26を介してインタセプト弁制御装置29に加えられる。

変化率制限器24の出力信号は、スイッチ28がオフされ
た直後には、インタセプト弁流量比例制御器23から出力
される流量設定信号CIと同一値であり、それ時点から、
インタセプト弁調速制御器19から出力されている調速指
令信号CCまで一定範囲内の変化率で変化していく。

また、変化率制限器24の出力値が調速指令信号CCまで
変化する時点では、調速指令信号CCは、インタセプト弁
６をほぼ全開する信号値に変化しているので、インタセ
プト弁６の開度は、タービンバイパス運転終了時点の途
中開度から全開まで徐々に変化する。

そして、変化率制限器24の出力信号が調速指令信号CC
に一致する状態になると、制御切換準備期間が終了する
ので、シーケンス制御装置25は、切換器26を切換接続端
26a側に切換動作する。

これにより、それ以降は、インタセプト弁調速制御器
19から出力される調速指令信号CCにより、インタセプト
弁６が調速制御される。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような従来装置には、次のような
不都合を生じていた。

すなわち、一般に、変化率制限器24における変化率の
制限値は、発電機出力設定器15が行なう負荷上昇に対応
して、インタセプト弁６の流量制御による負荷上昇の傾
きが小さくなるように設定されている。

したがって、例えば、インタセプト弁６の開度が全開
になる時点では、発電機出力設定器15による発電機出力
がP₁よりも大きいP₃まで変化しており（第４図（ｂ）参
照）、したがって、発電機出力がP₂からP₃まで変化する
ときのインタセプト弁６の開度が全開でないために、再
熱器５から流出した蒸気が低圧タービンバイパス弁10を
介して復水器９に流出する。

このために、発電機出力設定器15の発電機出力設定信
号SOに一致するように、発電機11の出力を制御するため
には、低圧タービンバイパス弁10を通過する分の流量AS
（第４図（ｂ）参照）だけボイラより蒸気を余分に発生
する必要があり、プラント効率が悪化するという不都合
を生じていた。

また、このように、過剰の蒸気流量を発生するため
に、ボイラ側の制御系に悪影響を与えるという不都合も
生じていた。

本発明は、このような従来装置の課題を解決し、プラ
ント効率を改善できるとともに、ボイラ制御に外乱を与
えないようにしたタービン制御装置を提供することを目
的としている。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、発電機出力偏差信号に基づいてインタセプ
ト弁による負荷制御を行なうためのインタセプト弁負荷
制御器と、バイパス運転時にはインタセプト弁流量比制
御器の出力信号にインタセプト弁負荷制御器の出力信号
を追従させ、バイパス運転終了時にはインタセプト弁負
荷制御器の追従動作を停止するとともに主蒸気加減弁の
開度を保持し、インタセプト弁流量比制御器の出力信号
からインタセプト弁負荷制御器の出力信号にインタセプ
ト弁の制御信号を切り換え、このインタセプト弁負荷制
御器の出力信号がインタセプト弁調速制御器の出力信号
に一致した時点で、インタセプト弁負荷制御器の出力信
号からインタセプト弁調速制御器の出力信号にインタセ
プト弁の制御信号を切り換える制御手段を備えたもので
ある。

（作用）したがって、インタセプト弁の制御を流量比例制御か
ら調速制御に切り替えるときに、インタセプト弁が全開
になるまでの間は、蒸気加減弁の開度を一定に保持した
状態で、インタセプト弁のみで負荷制御を行なうため
に、蒸気流量を一定にすることができ、プラント効率が
向上するとともに、ボイラ制御に悪影響を与えることが
ない。

（実施例）以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施例を詳
細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例にかかるタービン制御装
置を示している。なお、同図において、第５図と同一部
分および相当する部分には、同一符号を付している。

加算器16から出力される負荷偏差信号SEは、インタセ
プト弁負荷制御器30に加えられるとともに、スイッチ31
を介して負荷設定器17に加えられている。

インタセプト弁流量比例制御器23から出力される流量
設定信号CIは、スイッチ28を介してインタセプト弁負荷
制御器30のトラッキング入力端に加えられている。

インタセプト弁負荷制御器30は、負荷偏差信号SEを積
分する積分器から構成されており、トラッキング入力端
に信号が加えられているときには、出力信号の値はその
信号値に追従している。そして、トラッキング入力端に
信号が加えられなくなると、その時点での出力信号を開
始値として、負荷偏差信号SEの積分動作を開始する。こ
のインタセプト弁負荷制御器30の出力信号は、シーケン
ス制御装置25、および、切換器27の切換接続端27bに加
えられている。

以上の構成で、発電機11の出力を上昇するとき、ま
ず、タービンバイパス運転を行なうために、シーケンス
制御装置25は、切換器26,27をそれぞれ切換接続端26b,2
7a側に動作するとともに、スイッチ28,31をそれぞれオ
ンする。

この状態で、発電機出力設定器15から出力される発電
機出力設定信号SOが所定の変化態様で上昇し、それによ
り、加算器16から出力される負荷偏差信号SEは、正負荷
の信号となり、スイッチ31を介して負荷設定器17に加え
られるので、負荷設定器17から出力される負荷設定信号
SLが徐々に増える。

したがって、加算器18から出力される蒸気加減弁流量
指令信号CRは、徐々に増大し、それによって、蒸気加減
弁２の流量が上昇する。また、インタセプト弁流量比例
制御器23は、蒸気加減弁２の流量に対してインタセプト
弁６の流量が一定の比率となるように流量設定信号CIを
出力し、この流量設定信号CIは、切換器27および切換基
26を順次介してインタセプト弁制御装置29に加えられる
とともに、スイッチ28を介してインタセプト弁負荷制御
器30に加えられる。

これにより、蒸気加減弁２の流量の上昇に伴って、イ
ンタセプト弁６の開度が上昇してその流量が上昇する
（第２図（ａ）〜（ｅ）参照）。

また、そのときにインタセプト弁流量比例制御器23か
ら出力される流量設定信号CIに、インタセプト弁負荷制
御器30の出力信号がトラッキングしている。一方では、
インタセプト弁調速制御器19により、タービン速度偏差
信号TEと負荷設定信号SLに基づいて調速指令信号CCが演
算されて出力されている。

これにより、タービンバイパス運転が終了したので、
シーケンス制御装置25は、インタセプト弁６の制御動作
を調速制御に切り替える準備のために、切換器27を切換
接続端27b側に切換動作するとともに、スイッチ28,31を
オフする。

これにより、負荷設定器17には負荷偏差信号SEが加え
られなくなって負荷設定信号SLの値がその時点の値に保
持され、また、このときには、タービン速度がほぼ定格
回転速度に一致しているので、加算器18より出力される
流量設定信号CRがその時点の値にほぼ保持される。した
がって、蒸気加減弁２の蒸気流量は、ほぼタービンバイ
パス運転終了時の値に保持される。

また、インタセプト弁負荷制御器30の出力信号が、切
換器27,26を介してインタセプト弁制御装置29に加えら
れる。

インタセプト弁負荷制御器30の出力信号は、スイッチ
28がオフされた直後には、インタセプト弁流量比例制御
器23から出力される流量設定信号CIと同一値であり、そ
れ時点から、そのときの出力信号の値を開始値として、
負荷偏差信号SEを積分した値に変化していく。

したがって、インタセプト弁６の開度は、タービンバ
イパス運転終了時点では、その時点での流量比制御に対
応した途中開度に設定され、それ以降は、負荷偏差信号
SEを零に変化する方向に制御される。

このときには、負荷偏差信号SEが正の符号になってい
るので、インタセプト弁負荷制御器30の出力信号は、イ
ンタセプト弁６の蒸気流量を増大する方向に制御し、そ
れにより、インタセプト弁６の開度は、タービンバイパ
ス運転終了時点の途中開度から、全開方向に徐々に変化
する。

一方、インタセプト弁調速制御器19の調速指令信号CC
は、インタセプト弁負荷制御器30の出力信号がインタセ
プト弁６を全開にする値に変化するまでには、インタセ
プト弁６をほぼ全開する信号値に変化している。

そこで、シーケンス制御装置25は、インタセプト弁負
荷制御器30の出力信号が調速指令信号CCに一致する状態
になると、すなわち、インタセプト弁６が全開になった
時点で、制御切換準備期間が終了したと判断して、切換
器26を切換接続端26a側に切換動作するとともに、スイ
ッチ31をオンする。

これにより、それ以降は、インタセプト弁調速制御器
19から出力される調速指令信号CCにより、インタセプト
弁６が調速制御されるとともに、負荷設定器17の積分動
作が再開されて、蒸気加減弁２による負荷制御が再開さ
れる。

このようにして、本実施例では、タービンバイパス運
転中は、蒸気加減弁２および流量比制御されているイン
タセプト弁６により負荷制御を行ない、タービンバイパ
ス運転を終了すると、その時点での蒸気加減弁２の開度
を保持するとともに、インタセプト弁６が全開状態にな
るまで、インタセプト弁６により負荷制御を行ない、イ
ンタセプト弁６が全開になると、蒸気加減弁２の負荷制
御を再開するとともにインタセプト弁６を調速制御に移
行している。すなわち、この場合には、第２図（ａ）の
発電機出力P₁の状態で、インタセプト弁６が全開とな
る。

したがって、インタセプト弁６の開度が途中開度から
全開にまで変化する期間では、蒸気加減弁２の開度を保
持してインタセプト弁６のみによる負荷制御を行なって
いるので、ボイラから発生する蒸気を有効に使用して負
荷制御を行なうことができる。

これにより、プラント効率が向上するとともに、ボイ
ラの制御に外乱を与えることが防止される。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、タービンバイ
パス運転を終了すると、その時点で蒸気加減弁の開度を
保持するとともにインタセプト弁により負荷制御を行な
い、インタセプト弁が全開になった時点で、蒸気加減弁
による負荷制御を再開しているので、インタセプト弁の
開度が途中開度から全開に移行する状態における蒸気使
用状況が良好となり、プラント効率が向上する。また、
ボイラ制御に与える外乱を大幅に制御できるという効果
を得る。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の一実施例にかかるタービン制御装置を
示すブロック図、第２図は第１図の装置の動作を説明す
るための波形図、第３図はタービンバイパス系統を備え
たタービン系統の一例を示す概略構成図、第４図（ａ）
は負荷制御の理想的な態様を示すグラフ図、同図（ｂ）
は従来装置の問題を説明するためのグラフ図、第５図は
従来装置の一例を示すブロック図である。 17……負荷設定器、25……シーケンス制御装置、30……
インタセプト弁負荷制御器、31……スイッチ。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０１Ｄ 17/20 Ｆ０１Ｄ 17/20 Ｈ 19/00 19/00 Ｐ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】蒸気系統にインタセプト弁およびバイパス
弁を設け、バイパス運転時にはインタセプト弁を主蒸気
加減弁流量に比例した流量比例制御するインタセプト弁
流量比制御器と、バイパス運転を終了するとタービン速
度および負荷設定信号に基づいてインタセプト弁を調速
制御するインタセプト弁調速制御器を備えたタービン制
御装置において、発電機出力偏差信号に基づいてインタ
セプト弁による負荷制御を行なうためのインタセプト弁
負荷制御器と、バイパス運転時には前記インタセプト弁
流量比制御器の出力信号に前記インタセプト弁負荷制御
器の出力信号を追従させ、バイパス運転終了時には前記
インタセプト弁負荷制御器の追従動作を停止するととも
に主蒸気加減弁の開度を保持し、前記インタセプト弁流
量比制御器の出力信号から前記インタセプト弁負荷制御
器の出力信号にインタセプト弁の制御信号を切り換え、
このインタセプト弁負荷制御器の出力信号が前記インタ
セプト弁調速制御器の出力信号に一致した時点で、前記
インタセプト弁負荷制御器の出力信号から前記インタセ
プト弁調速制御器の出力信号にインタセプト弁の制御信
号を切り換える制御手段を備えたことを特徴とするター
ビン制御装置。