JP3029440B2 - 発電用蒸気タービン装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は発電機を駆動する発電用蒸気タービン装置に
関し、特に、発電効率と発電機出力遮断時における対策
を向上させたものに関する。

［従来の技術］ 従来、蒸気供給量が制御可能な発電機用の蒸気タービ
ン装置としては、第６図に示すような装置が知られてい
る。この装置は、同図に示すように、発電機１を駆動す
るための蒸気タービン３、蒸気タービン３に主塞止弁５
を介して高圧蒸気溜（高圧ヘッダ）７から高圧蒸気を供
給する供給路９、蒸気タービン３から中圧蒸気溜11へ抽
気する抽気路13、蒸気タービン３から低圧蒸気溜15へ排
気する排気路17、高圧蒸気溜７と主塞止弁５間の供給路
９部分から中圧バイパス制御弁19を介して抽気路13へバ
イパスする中圧バイパス路21、そして、高圧蒸気溜７と
主塞止弁５間の供給路９部分から低圧バイパス制御弁23
を介して排気路17へバイパスする低圧バイパス路25を備
える。排気路17には低圧大気放出弁27を有する大気放出
路29が接続されている。また、高圧蒸気溜７への蒸気供
給は、不図示のボイラから行なわれる。31および33はそ
れぞれ外部および発電機１から上限および下限が定めら
れた一定範囲の電力が供給される母線である。母線31と
33は遮断器35を介して相互に連絡して並列としており、
双方に供給される電力を各種プラント等へ送電してい
る。また、発電機１と母線33間には遮断器37が挿入さ
れ、発電機１がトリップした場合には遮断器37がオフと
なって発電機１から母線33への電力供給路は遮断される
ようになっている。また、中圧蒸気溜11および低圧蒸気
溜15からは一定圧力の蒸気が複数プラント等へ供給され
るようになっている。

この構成において、高圧蒸気溜７からの高圧蒸気は、
発電に必要な量が供給路９を介して蒸気タービン３に供
給され、一部はバイパス路21および25を介してバイパス
される。そして、蒸気タービン３から抽気および排気さ
れた蒸気はそれぞれ抽気路13および排気路17の途中で、
バイパス路21および25を介してバイパスされた蒸気と合
流し中圧蒸気溜11および低圧蒸気溜15に供給される。た
だし、排気された蒸気は一部が大気放出路29を介して放
出されうる。したがって、低圧大気放出弁27の開度が一
定でかつボイラからの高圧蒸気溜７への蒸気供給量が一
定であれば、中圧蒸気溜11および低圧蒸気溜15への蒸気
供給量は一定である。この場合、発電量を増加させるに
はバイパス弁19、23のいずれか一方または双方の開度を
小さくして蒸気タービン３への蒸気供給量を増加させれ
ばよく、発電量を減少させるには逆の操作を行なう。さ
らに発電量を増加させる場合は、ボイラへの燃料供給を
増加させ、それによって増加した蒸気量分を大気放出弁
27をさらに開いて放出させる。これにより中圧蒸気溜11
および低圧蒸気溜15への蒸気供給量を変動させることな
く蒸気タービン３への蒸気供給量が増加し発電量が増大
する。

このような各制御弁の操作は、母線31および33を介し
て供給する電力量の変動に応じ、母線31から母線33への
流入電力量が所定範囲内であること等の条件を満たすよ
うに、操作員が直接操作することによって行なわれる。
またその際、外部からの母線31への供給電力（買電）が
一定要件下、極力少なくなるように操作するのが好まし
い。

一方、発電機１がトリップしたときは、遮断器37が開
放されるとともに主塞止弁５が塞止状態となり、警報音
が発せられ、中圧蒸気溜11および低圧蒸気溜15への蒸気
供給はバイパス路21および25を介してのみ行なわれるよ
うになる。そして、このままでは蒸気供給量の減少によ
り蒸気圧が低下して各プラントは停止状態となり、また
高圧蒸気溜７等の圧力が限界を越えてボイラの安全弁が
作動する事態にもなるため、これらを回避するために操
作員は感に頼り、あるいは流量計で蒸気流量の減少を確
認してからバイパス制御弁19や23を大きく開いて高圧蒸
気溜７の蒸気を中圧蒸気溜11や低圧蒸気溜15へ供給し、
これらの圧力を保持するようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上述従来技術においては、低圧蒸気溜15
へ供給すべき水蒸気量が排気量の上限を上回る場合は少
なくともその分は常に低圧バイパス路23を介して供給す
る必要があり、その分発電効率が悪いという問題があ
る。また、発電機１がトリップした場合、操作員がその
旨の警報を聴き分け、あるいは抽気路13や排気路17の流
量が減少したのを確認してからバイパス弁19や23を操作
するため、操作量が精確でなく時間もかかり、したがっ
て、中・低圧蒸気溜11、15やボイラのマスタ圧力がかな
り変動して各プラントへの安定供給やボイラの安定した
運転に支障をきたすことにもなりかねず、保安上好まし
くない。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑
み、発電用の蒸気タービン装置において、発電量等の変
動要素の変動に対する応答性の最適化を図り、もって効
率的で安全な運転が行なえるようにすることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明の態様では、前記蒸気
タービン、供給路、抽気路、排気路、中圧バイパス路、
低圧バイパス路、中圧バイパス制御弁、および低圧制御
弁を備えた発電用蒸気タービンにおいて、中圧バイパス
路および低圧バイパス路ならびにこれらが合流する前の
抽気路および排気路の流量を検出する流量検出手段と、
中圧蒸気溜および低圧蒸気溜間を接続する蒸気溜接続路
と、蒸気溜接続路の蒸気流量を制御するための蒸気溜間
制御弁と、流量検出手段による検出結果に基づき中圧バ
イパス制御弁、低圧制御弁および蒸気溜間制御弁を駆動
する制御弁駆動手段を備える。

［作用］ 上記本発明の態様の構成の場合は、通常の発電時にお
いて、流量検出手段の検出結果に基づき、中圧バイパス
制御弁、低圧バイパス制御弁、および蒸気溜間制御弁を
最適に駆動制御することによって中圧および低圧蒸気溜
への一定供給を確保しつつより効率的に発電が行なわれ
る。すなわち、例えば、低圧蒸気溜へ供給すべき水蒸気
量が排気量の上限を上回る場合において発電量を増加さ
せたいときは、蒸気溜間制御弁の開度を上げて中圧蒸気
溜から低圧蒸気溜への蒸気量を増加させ抽気量を増すこ
とによって、蒸気タービンの出力が増大される。すなわ
ちボイラの出力が一定でも、その分、発電量の上限が拡
がり、効率的な運転が行なわれる。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る発電用蒸気タービン
装置を示す構成図である。第６図と同一の符合は同一の
要素を示す。ただし、中圧バイパス制御弁19、低圧バイ
パス制御弁23、および大気放出制御弁27は与えられた制
御信号に応じて開閉制御されるようになっている。ま
た、図には示されていないが、中圧バイパス路21の流
量、低圧バイパス路23の流量、ならびに蒸気タービン３
からの抽気および排気量をそれぞれ検出する流量検出器
が設けられ、中圧蒸気溜11への流入蒸気の圧力および低
圧蒸気溜15への流入蒸気の圧力を検出する圧力検出器が
設けられている。39は中圧蒸気溜11と低圧蒸気溜15を接
続する接続路、41はその途中に設けられた流量制御弁で
ある。流量制御弁41も与えられる制御信号に応じて開閉
制御されるようになっている。

高圧蒸気溜７へ蒸気を供給するボイラは中圧蒸気溜11
および低圧蒸気溜15を介して各プラントで使用される蒸
気（ロス等を含む）を蒸発量とし、高圧蒸気溜11の圧力
が70kg/cm²となるようにコントロールされる。発電機１
の出力は供給される蒸気量（ロス＋抽気負荷＋排気負
荷）により決まる。タービン３からはそれぞれ13kg/cm²
および5kg/cm²の圧力の蒸気が抽気および排気される。

第２図は第１図の蒸気タービン装置の制御弁駆動制御
手段における制御手続のメインシーケンスを示すフロー
チャートである。以下、これらの図を参照して動作を説
明する。ただし、この制御手続はコンピュータ等の情報
処理手段によって実行される。

制御手続を開始すると、まず発電機１が停止か稼動状
態にあるかが判定される（ステップ201）。停止と判定
された場合は、後述する、この制御手続とは独立した発
電機停止時の異常処理シーケンスから処理手続停止の信
号を受け（ステップ202）、発電機１が稼動を開始する
まで待機し（ステップ203）、稼動したらステップ201へ
戻る。待機している間は、上記異常処理シーケンスにお
いて処理が行なわれる。

ステップ201において発電機１が稼動状態にあると判
定された場合は、各蒸気溜7,11,15等の圧力をチェック
し、正常値を外れている場合は所定の圧力制御手段を介
して正常圧力となるようにコントロールする（ステップ
204）。

次に、外部からの受電量が1500kW/H以下か否かを判定
し（ステップ205）、1500kW/H以下と判定した場合は警
報信号を送出してステップ208へ進む。受電量が1500kW/
Hを越えていると判定された場合は、母線31から母線33
への流入量が−2000kW/H以上か否かを判定し（ステップ
206）、−2000kW/H以上であると判定された場合は警報
信号を送出してステップ208へ進む。−2000kW/Hより小
さいと判定された場合は、さらに発電量が15500kW/H以
上か否かを判定し（ステップ207）、15500kW/H以上と判
定された場合は警報信号を発してステップ208へ進む。

ステップ208へ進むと後述する第３図の制御弁開閉制
御シーケンスに対して開閉制御すべき弁を指示し、これ
により制御弁開閉制御シーケンスは大気放出弁27をより
閉ざし（ステップ208）、バイパス制御弁19および23を
より開くように制御する（ステップ209）。これによ
り、バイパス量を増加し蒸気タービン３への供給量を減
少させて発電量が減少される。

ステップ207において発電量が15500kW/Hを下回ると判
定された場合は、制御弁19,23,41および大気放出弁27を
開閉制御するように制御弁開閉制御シーケンスに指示
し、これにより制御弁開閉制御シーケンスはそのときの
蒸気バランスにおいて発電機出力が最高となるように各
弁を開閉制御する。（ステップ210）。

次に、母線31から母線33への電力流入量が1500kW/H以
上か否かを判定し（ステップ211）、1500kW/H以上でな
いと判定された場合は母線31を介して外部から受電され
る電力量の予測量を演算により求め（ステップ212）、
これが契約量を越えるか否かを判定し（ステップ21
3）、契約量を越えると判定された場合は大気放出弁27
をより閉ざし、また制御弁19,23もより閉ざすように制
御弁開閉制御シーケンスに指示し（ステップ214,215）
スタートへ戻る。契約量を越えないと判定された場合は
ステップ216へ進む。ステップ216へ進むと制御弁19およ
び23をより閉ざし大気放出弁27をより開くように制御弁
開閉制御シーケンスに指示してから（ステップ216,21
7）スタートへ戻る。

第３図は第２図のステップ208,209,210,214〜217にお
いて与えられる制御すべき弁の情報等の指令に基づいて
指示のあった制御弁を開閉制御する制御弁開閉制御シー
ケンスを示すフローチャートである。

このシーケンスをスタートさせると、まず、上述のメ
インシーケンスがスタートするまで待機する（ステップ
301）。メインシーケンスがスタートしたらこの第３図
のシーケンスにおいて制御されるべき制御が通常のシー
ケンス制御か、あるいは手動でシーケンス制御を停止し
または後述の第４図の異常処理シーケンスが作動してい
るときの圧力制御かを判定し（ステップ302）、圧力制
御の場合は解列、抽・排気圧力、および異常時の圧力制
御を行ない（ステップ303）ステップ302へ戻る。シーケ
ンス制御と判定された場合はメインシーケンスからの指
令が有るか無いかを判定し（ステップ304）、無い場合
はスタートへ戻り、有る場合はステップ305へ進む。

ステップ305では上記指令に基づき、指示された弁の
開度目標値を演算してその結果をその弁の駆動手段へ送
信し、その弁のモードをシーケンスオートとして（ステ
ップ306）ステップ302へ戻る。これにより、指示された
弁は与えられ開度目標値の信号に応じて開閉駆動され
る。

第４図は発電機遮断機37が何らかの原因で遮断したと
きの処理を行なうための異常処理シーケンスを示すフロ
ーチャートである。このシーケンスをスタートさせる
と、まず、発電機遮断機37がオフするまで待機する（ス
テップ401）。遮断機37がオフになると第５図に示すシ
ーケンスにおいてこのような場合のために所定のタイミ
ングで常時算出されている開度までバイパス制御弁19お
よび23を瞬時に開くようにそれらの駆動手段に制御信号
を送信する（ステップ402）。次に、メインシーケンス
に処理を停止すべき旨の信号を送出し（ステップ40
3）、その後、目標値を中、低圧の実圧（13.0kg/cm²お
よび5.0kg/cm²）として、その値と検出値との偏差を無
くすように中・低圧の圧力を制御する（ステップ40
4）。次に、発電機遮断機37がオンか否かを判定し（ス
テップ405）、オンでなければステップ403へ戻り、オン
であればメインシーケンスに対し処理をスタートするよ
うに信号を送出し（ステップ406）、スタートへ戻る。

第５図のシーケンスによる発電機停止時における弁開
度の計算は、流量検出器によって検出される抽気流量、
排気流量、中圧バイパス路21の流量、および低圧バイパ
ス路25の流量ならびにバイパス制御弁19および23の流量
特性に基づいて行なわれる。

この実施例によれば、中・低圧蒸気溜11,15の圧力変
動を例えば±0.3kg/cm²の範囲内に抑えることができ、
ボイラーの変動もほとんどなく、圧力変化への追従も速
やかである。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、抽気流量や排気
流量およびバイパス流量を常時検出し、発電機がトリッ
プしたときは、その検出値に基づきただちにバイパス制
御弁を最適な開度で開くようにしたため、各蒸気溜やボ
イラの圧力変動をほとんど伴なわず、安全で安定した運
転を行なうことができる。また、流量制御弁を介して中
圧蒸気溜と低圧蒸気溜間を接続し、この流量制御弁をも
上記各流量等に基づいて制御するようにしたため、発電
機をより効率的に運転することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る発電用蒸気タービン
装置を示す構成図、 第２〜５図は、第１図の装置における制御弁駆動制御手
段における制御手続のそれぞれメインシーケンス、制御
弁開閉シーケンス、異常時処理シーケンス、および異常
時弁開度計算シーケンスを示すフローチャート、そして 第６図は、従来例に係る発電用蒸気タービン装置を示す
構成図である。 1:発電機、3:蒸気タービン、5:塞止弁、7:高圧蒸気溜、
9:供給路、11:中圧蒸気溜、13:抽気路、15:低圧蒸気
溜、17:排気路、19:中圧バイパス制御弁、21:中圧バイ
パス路、23:低圧バイパス制御弁、25:低圧バイパス路、
39:蒸気溜間接続路、41:蒸気溜間制御弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 茂木 正光 神奈川県川崎市中原区宮内438 (72)発明者 斎藤 政好 神奈川県川崎市川崎区藤崎３―６―21 (72)発明者 宇津山 和仁 神奈川県横浜市港南区日野町1862―５ (56)参考文献 特開 昭63−205406（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−135703（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−60905（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発電機を駆動するための蒸気タービンと、
   蒸気タービンに塞止弁を介して高圧蒸気溜から高圧蒸気
   を供給する供給路と、蒸気タービンから中圧蒸気溜へ抽
   気する抽気路と、蒸気タービンから低圧蒸気溜へ排気す
   る排気路と、高圧蒸気溜と塞止弁間の供給管路部分から
   抽気路へバイパスする中圧バイパス路と、中圧バイパス
   路の途中に設けられ中圧バイパス路中の蒸気流量を制御
   する中圧バイパス流量制御弁と、高圧蒸気溜と塞止弁間
   の供給管路部分から排気路へバイパスする低圧バイパス
   路と、低圧バイパス路の途中に設けられ低圧バイパス路
   中の蒸気流量を制御する低圧バイパス流量制御弁と、を
   備えた発電用の蒸気タービン装置において、中圧バイパ
   ス路および低圧バイパス路ならびにこれらが合流する前
   の抽気路および排気路の流量を検出する流量検出手段
   と、中圧蒸気溜および低圧蒸気溜間を接続する蒸気溜接
   続路と、蒸気溜接続路の蒸気流量を制御するための蒸気
   溜間制御弁と、流量検出手段による検出結果に基づき中
   圧バイパス制御弁、低圧バイパス制御弁および蒸気溜間
   制御弁を駆動する制御弁駆動手段とを具備することを特
   徴とする発電用蒸気タービン装置。