JPH0416601B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は火力および原子力発電プラントにおけ
るタービンバイパス装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

第１図はタービンバイパス系統を備えた典型的
な原子力発電プラントの系統の一部を示すもので
ある。同図において、図示しない蒸気発生器から
送給された蒸気は主蒸気管１およびこの主蒸気管
１に介挿されタービンへの蒸気の供給をしや断す
る主蒸気止め弁２、さらに蒸気流量を制御する蒸
気加減弁３を通つて高圧タービン４に至る。この
高圧タービン４で仕事をした蒸気はさらに並列に
三系統配置された各低圧タービン５に導入され該
低圧タービン５で仕事をした後復水器６にて復水
される。一方、主蒸気管１から分岐したタービン
バイパス管７は三系統に分岐しており、夫々にタ
ービンバイパス弁８が配設され復水器６に連設さ
れた多段オリフイスからなる減圧器９に接続して
いる。この減圧器９には外部に設けられた冷却水
タンク等から、冷却水が冷却水管１０およびこの
冷却水管１０に設けられた冷却水スプレー弁１１
を通つて供給される。そうして蒸気タービンバイ
パス弁８を開作動させた場合には同時に冷却水ス
プレイ弁１１を全開し、タービンをバイパスする
ようタービンバイパス管７を通つた主蒸気を冷却
しつつ復水器６に導くようになつている。

かかるタービンバイパス系統は火力および原子
力発電プラントに採用されており、その目的とす
るところはプラント起動時やタービン運転中の系
統負荷しや断時等にも蒸気発生器を好適に運転継
続できるよう該蒸気発生器にて生成された蒸気の
一部乃至全部を復水器に回収することである。以
下にこのタービンバイパス系統の作用をプラント
起動時および系統負荷しや断時を例に説明する。

プラント起動時 プンラント起動時には蒸気発生器において少
なくとも最低必要蒸気量が生成され、該蒸気発
生器自体の過熱防止と安定性確保が図られる。
このとき生成された蒸気のうちタービン起動に
必要な蒸気量以外の主蒸気はタービンバイパス
管７を経て復水器６に回収されるようになつて
いる。そしてタービンの負荷上昇に伴つて蒸気
加減弁３の開度が徐々に増しタービンへの供給
蒸気量が多く必要になるに従い、タービンバイ
パス弁８は徐々に閉成されバイパス蒸気は減少
する。通常はタービンが一定負荷（定格負荷の
25〜30％）に至つたときに上記タービンバイパ
ス弁は全閉される。

系統負荷しや断時 タービンが通常運転されている場合に電力系
統の事故等により負荷しや断されるに至ると、
蒸気加減弁３は急速に閉鎖されタービンへ流入
すべき主蒸気をしや断する。同時に蒸気発生器
の出力は低下するよう制御されるが蒸気加減弁
３を急閉により蒸気発生器の圧力は急上昇する
ため、上記蒸気加減弁３の急閉に連動してター
ビンバイパス弁８が急開される。しかしてター
ビンバイパス管７を通つた主蒸気は減圧器９で
減圧されさらに冷却水により減温されて復水器
６に回収される。なお、冷却水を供給する冷却
水スプレイ弁１１はタービンバイパス弁８に連
動して開作動するようになつている。こうして
蒸気発生器と圧力上昇を防止できるため、原子
炉のスクラムといつたプラントの緊急停止を回
避することができる。またこのとき急開したタ
ービンバイパス弁は蒸気発生器の出力減少に伴
つて閉成されるようになつており、そして蒸気
発生器の出力が定格の30〜50％程度になるとタ
ービンは発電所内の負荷によつて運転され、余
剰の主蒸気を復水器へバイパスしながら系統の
復旧を待つことになる。

〔背景技術の問題点〕

さて、上記のようにタービンバイパス系統を有
する蒸気タービンプラントにあつては、高温高圧
の主蒸気を直接に復水器へ導入する構成であるか
らそれによる復水器の損傷を防止するようタービ
ンバイパス系統において主蒸気を減圧するととも
に減温するようにしている。特に蒸気を減温する
ために従来は第１図に示したようにタービンバイ
パス弁８の開信号に基づいて冷却水スプレー弁１
１を開作動させ冷却水管１０から冷却水を供給す
るようにしていたが、万一タービンバイパス弁８
のみが開口し冷却水スプレー弁１１が作動しなか
つた場合蒸気は減温されないまま復水器６に流入
することになる。云うまでもなくかかる不測の事
態に至つたときにはタービンバイパス弁８を閉鎖
すればよい訳であるが、そうすると蒸気発生器を
停止させなければならず、それでは蒸気発生器の
運転継続を確保するというタービンバイパス系統
の本来の目的が何ら果たされないことになる。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは負荷しや断時等のタービン
バイパス系統作動時に冷却水スプレー弁が開口せ
ず蒸気の減温がなされなかつた場合にも、復水器
を保護し安全性を確保すると共にプラント或は蒸
気発生器の稼動停止を回避することのできるター
ビンバイパス装置提供することである。

〔発明の概要〕

本発明は主蒸気管から分岐して復水器に接続す
る系路に設けられたタービンバイパス弁と、該系
路から復水器に導入される蒸気を冷却する冷却水
を供給する管路に設けられた冷却水スプレー弁
と、前記タービンバイパス弁が開口したときに前
記冷却水スプレー弁を開口するとともに該冷却水
スプレー弁の動作を検出し、該冷却水スプレー弁
が正常に開口しなかつた場合に前記タービンバイ
パス弁を一定時間経過後全閉する制御装置からな
るタービンバイパス装置である。

すなわち従来より冷却水スプレー弁を開口する
にはタービンバイパス弁の開口を検出しこれに連
動するように行つているが、本発明においてはさ
らに冷却水スプレー弁の動作を検出し、もし該冷
却水スプレー弁が正常に開口しなかつた場合上記
タービンバイパス弁を一定時間経過後に全閉させ
る。しかしてこのタービンバイパス弁が開口して
いる蒸気一定時間のあいだ、バイパス蒸気は十分
な冷却水を供給されず不完全な減温しかなさない
わけであるが、この高温のバイパス蒸気が導入さ
れる復水器の内部温度の上昇が許容範囲内となる
ように上記時間を定めることにより、蒸気発生器
が出力降下する迄発生する蒸気を好適に処理しう
るものである。

〔発明の実施例〕 以下に本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。なお、以下の図面において第１図に示したの
と同一部分を示す場合には同一符号を付しその説
明を省略する。

第２図は本実施例に係るタービンバイパス装置
を具備した蒸気タービンプラントの系統を示すも
ので、タービンバイパス弁８ａ，８ｂ，８ｃおよ
び冷却水スプレー弁１１ａ，１１ｂ，１１ｃに接
続する制御装置２０が設置され、上記各弁は該制
御装置２０によつて制御されるようになつてい
る。

制御装置２０の内部構成を第３図に示す。第３
図においてタービンから検出されたタービン速度
信号３０は負荷設定器３１に設定された設定負荷
信号３２とともに蒸気量演算器３３に入力され
る。この蒸気量演算器３３において負荷の大き
さ、および実際のタービン速度と定格速度の偏差
の二つをパラメータとしてタービン運転に必要な
蒸気量を算出するようになつている。しかして得
られた必要蒸気量信号３４は、リミツター３５に
おいて各種の要因に基づく負荷制限あるいは原子
炉設計最大蒸気流量などの制限を加味されて蒸気
加減弁流量信号３６となる。他方、原子炉におけ
る蒸気圧力を示す主蒸気圧力信号３７は主蒸気量
演算器３８に入力され、該主蒸気量演算器３８に
て原子炉発生蒸気量が算出される。そしてバイパ
ス蒸気演算器３９においてこの原子炉発生蒸気量
から前述の蒸気加減弁流量を減算し、そと差とし
てタービンバイパス弁流量信号４０が求められ
る。このタービンバイパス弁流量信号４０は三方
に分岐し、各タービンバイパス弁８ａ，８ｂ，８
ｃについて夫々独立して設けられた制御系に伝達
されるが、ここではその内のタービンバイパス弁
８ｃの系統のみについて図示してある。

さて、かかるタービンバイパス弁流量信号４０
はタービンバイパス弁制御装置４１に入力され
る。このタービンバイパス弁制御装置４１はター
ビンバイパス弁８ｃのサーボ弁を上記タービンバ
イパス弁流量信号４０に基づいて制御し、その結
果タービンバイパス弁８ｃの開度を制御するもの
である。このためにタービンバイパス弁制御信号
４２がタービンバイパス弁８ｃに出力される。さ
らに上記タービンバイパス弁制御装置４１は、タ
ービンバイパス弁流量信号４０もしくはタービン
バイパス弁制御信号４２の信号ステータスがター
ビンバイパス弁を開作動させる状態にあることを
検出して冷却水スプレー弁１１ｃを開口させる冷
却水スプレー弁開信号４３を出力する。符号４４
は上記冷却水スプレー弁１１ｃが動作したことを
検出する接点であり、タービンバイパス弁８ｃに
ついて同様に設置された動作検出接点４５を介し
て遅延作動リレー４６を励磁あるいは無励磁とす
るようになつている。そうしてこの遅延作動リレ
ー４６によつて駆動される接点４７の一端にはタ
ービンバイパス８ｃ、他端にはタービンバイパス
弁制御装置４１および全閉信号発信器４８が接続
されており、遅延作動リレー４６の動作によつて
タービンバイパス８ｃはタービンバイパス弁制御
装置４１あるいは全閉信号発信器４８のいずれか
と接続するようになつている。

上記タービンバイパス弁８ｃおよび冷却水スプ
レー弁１１ｃの制御回路を更に詳細に示したのが
第４図である。第４図においてバイパス蒸気演算
器３９から伝達されたタービンバイパス弁流量信
号４０は弁位置制御回路５０に入力される。この
弁位置制御回路５０には各タービンバイパス弁８
ａ，８ｂ，８ｃによつて異なる弁開き始めバイア
ス５１が与えられており、また同時に、蒸気流量
た対応した弁開度を与える弁開度信号５２が入力
されている。しかして上記弁位置制御回路５０に
て、タービンバイパス弁流量信号４０は上記弁開
度信号５２および弁開き始めバイアス５１に従つ
て演算されタービンバイパス弁制御信号４２に変
換される 。

他方、上記弁位置制御回路５０にはタービンバ
イパス弁制御信号４２が弁“開″の状態であるこ
とを検出するバイアス弁開信号検出器５３が付設
されている。このバイパス弁開度信号検出器５３
はタービンバイパス弁制御信号４２が弁“開″の
状態にあることを検出すると、冷却水スプレー弁
ソレノイド５４に直列に接続された接点５５を導
通するようになつている。この接点５５が導通す
ると冷却水スプレー弁ソレノイド５４には制御母
線P₀，P₁を介して電流が供給され、該冷却水ス
プレー弁ソレノイド５４は励磁状態となる。すな
わちタービンバイパス弁制御信号４２が弁“開″
の状態であるときに冷却水スプレー弁ソレノイド
５４を励磁し冷却水スプレー弁１１ｃを開口する
ようになつている。上記接点５５と並列にリレー
５７が励磁されたときに非導通となる接点５６が
接続されている。上記リレー５７はタービンバイ
パス弁８ｃが全閉しているときに導通するバイア
ス弁開検出スイツチ４５を介して制御母線P₀，
P₁に接続されており、したがつてタービンバイ
パス弁８ｃが開口するとバイパス弁開検出スイツ
チ４５が非導通となり、リレー５７が非励磁とな
つて接点５６が導通する。このように冷却水スプ
レー弁１１ｃを誤りなく開口させるように冷却水
スプレー弁ソレノイド５４に通電する系路は接点
５５および接点５６の二系統設けられており、こ
れらの接点はタービンバイパス弁８ｃ開口時にい
ずれも導通するようになつている。

一方、接点５６と同様にリレー５７が励磁され
ているときに非導通となる接点５８には、冷却水
スプレー弁１１ｃが作動しなかつた場合に導通す
る接点４４を介して遅延作動リレー４６が接続さ
れている。この遅延作動リレー４６は通電されて
から一定時間経た後励磁してその接点４７を駆動
するようになつている。上記遅延作動リレー４６
の接点４７は一端がタービンバイパス弁８ｃのサ
ーボ弁５９に接続されており、他端には弁位置制
御回路５０および全閉信号発信器４８が接続され
ている。そして上記接点４７は遅延作動リレー４
６が無励磁時にはサーボ弁５９と弁位置制御回路
５０を、遅延作動リレー４６が励磁されたときに
はサーボ弁５９と全閉信号発信器４８を夫々接続
するようになつている。

次に本実施例の作用につき説明する。タービン
バイパス系統は起動時および運転中の系統負荷し
や断時に主として作動するが、ここでは後者のタ
ービン運転中に系統負荷しや断が生じた場合を例
に説明する。

通常のタービン運転中にはバイパス蒸気演算器
３９から出力されりるタービンバイパス弁流量信
号４０は０または負の値であり、したがつて弁位
置制御回路５０から発せられるタービンバイパス
弁制御信号４２もバイパス弁“閉″の状態にあ
る。しかしてこれらの信号によりタービンバイパ
ス弁８ｃは全閉しているからバイパス弁開検出ス
イツチ４５は導通状態にあり、該バイパス弁開度
検出スイツチ４５に接続されたリレー５７が励磁
されて接点５６および５８は非導通となつてい
る。また上記のようにタービンバイパス弁制御信
号４２がバイパス弁“閉″の状態にあるときター
ビンバイパス弁開度信号検出器５３によつてバイ
パス弁閉のときに導通する接点５５も非導通とな
つている。したがつて接点５５および５６のいず
れもが非導通であり冷却水スプレー弁ソレノイド
５４は無励磁となるから冷却水スプレー弁１１ｃ
は開口することはない。さらに接点５８も非導通
であるから遅延作動リレー４６も作動することは
なく、この遅延作動リレーによつて駆動される接
点４７はサーボ弁５９と弁位置制御回路５０の導
通を保つことになる。

この状態で系統負荷しや断という事態に至ると
主蒸気止め弁が全閉されるとともに蒸気加減弁流
量信号３６が０になり、バイパス蒸気演算器３９
から出力されるタービンバイパス弁流量信号４０
は急増する。このタービンバイパス弁流量信号４
０の急増に応じて弁位置制御回路５０はタービン
バイパス弁制御信号４２を増大せしめサーボ弁５
９を稼動してタービンバイパス弁８ｃを急開させ
る。同時に、かかるタービンバイパス弁制御信号
４２が増大したことをタービンバイパス弁開度信
号検出器５３が検出し接点５５を導通する。他
方、タービンバイパス弁８ｃが開口したことをバ
イパス弁開検出スイツチ４５が検出すると、リレ
ー５７が励磁され接点５６，５８が導通される。
したがつて上記接点５５あるいは接点５６のいず
れかの導通により冷却水スプレー弁ソレノイド５
４が励磁され冷却水スプレー弁１１ｃが開口す
る。このとき冷却水スプレー弁１１ｃが正常に作
動して開口すれば、タービンバイパス蒸気は上記
冷却水スプレー弁１１ｃを介して供給された冷却
水によつて減温され復水器に回収される。そして
この冷却水スプレー弁１１ｃの開口状態はタービ
ンバイパス弁８ｃが開口している限り、すなわち
接点５５あるいは接点５６が導通しているあいだ
維持される。

これに反してタービンバイパス弁８ｃが開口し
ているにもかかわらず冷却水スプレー弁１１ｃが
正常に開口しなかつた場合、本実施例では次のよ
うに作動する。すなわち、タービンバイパス弁８
ｃが開口するとタービンバイパス弁開検出スイツ
チ４５が導通しリレー５７が励磁されて接点５
６，５８が導通する。接点５６の導通により冷却
水スプレー弁ソレノイド５４には励磁電流が流れ
るが、弁体の故障或はソレノイドの断線等により
冷却水スプレー弁１１ｃが正常に開口しなかつた
とき、かかる冷却水スプレー弁１１ｃの動作不具
合を検出する接点４４が導通する。このときリレ
ー５７の励磁により接点５８も導通しているか
ら、上記接点４４が導通すると同時に遅延作動リ
レー４６が動作を始める。この遅延作動リレー４
６は前述のように通電されてから一定時間経た後
併設された接点４７を駆動するようになつている
が、この接点４７の作動によりタービンバイパス
弁８ｃのサーボ弁５９と弁位置制御回路５０との
それまでの接続が解離され、代わつて上記サーボ
弁５９は全閉信号発信器４８と接続されるように
なる。この全閉信号発信器４８と接続されること
によりサーボ弁５９にはタービンバイパス弁全閉
信号が入力され、タービンバイパス弁８ｃが開口
したにもかかわらず冷却水スプレー弁１１ｃが正
常に開口しなかつた場合には、上記タービンバイ
パス弁８ｃが開口してから一定の時間、すなわち
遅延作動リレー４６が通電されてから接点４７を
駆動するまでの時間が経過してからタービンバイ
パス弁８ｃは全閉されるようになつている。

以上の説明においては一系統のタービンバイパ
ス弁８ｃのみを例に述べたが、第２図に示した三
系統のタービンバイパス弁の残りの二弁８ａ，８
ｂについても同様である。なおこれらの三つのタ
ービンバイパス弁８ａ，８ｂ，８ｃの夫々につい
て設けられた第４図に示す開き始めバイアス５１
にはそれぞれバイパス値として異なる値が設定さ
れており、通常は三つの弁が順次シーケンシヤル
に開口するようになつている。

第５図に示す曲線７１は系統負荷しや断後のタ
ービンバイパス蒸気流量の時間変化を示すもの
で、縦軸としてバイパス蒸気流量の定格主蒸気流
量に対する比率を表してある。同図から明らかな
ように、バイパス蒸気量は負荷しや断直後急激に
増大しやがて最大となる。このとき原子炉で発生
した主蒸気の全量がバイパスされていることにな
るが、直ちに原子炉出力が急減されるためバイパ
ス蒸気量もそれに呼応して漸減する。また同図中
に示した一点鎖線の直線７２ａ，７２ｂ，７２ｃ
は、それぞれタービンバイパス弁が１弁のみ開口
したとき、２弁のみのとき、３弁全てが開口した
ときのバイパス許容蒸気量を示している。これら
の図から本実施例におけるように三系統あるター
ビンバイパス弁ののうち一系統のタービンバイパ
ス弁についてバイパス弁が開口したにもかかわら
ず冷却水が供給されず、一定時間経過した後に該
タービンバイパス弁を閉鎖しても残りの二弁で十
分にバイパス蒸気を処理できることがわかる。

また第６図は負荷しや断後の経過時間と復水器
内部の温度変化との関係を示す線図である。図中
曲線８１は冷却水スプレー弁が正常に開口した場
合であつて蒸気が冷却水によつて減温され復水器
内部の温度上昇は小さいことを示している。他方
曲線８２は本実施例によるタービンバイパス装置
が稼動した場合の温度変化であり、負荷しや断後
一定時間冷却水が供給されない状態でタービンバ
イパス弁を開口し、この間蒸気を冷却せずに復水
器に導入しても該復水器内部の温度は設計限界値
に対し十分余裕がある高さまでしか上昇しないこ
とを示す。なお破線で示した曲線８３は、冷却水
が供給されないにもかかわらずタービンバイパス
弁を開講し続けた場合を示したもので、このとき
急激な温度上昇により短時間で復水器を破損する
に至る。

なお実施例における遅延作動リレー４６の遅延
時間すなわち通電されてから併設された接点４７
が起動されるまでの時間は、バイパス蒸気量およ
び復水器強度等に応じて適宜定められるものであ
る。この場合にバイパス蒸気流量と相関するよう
にこの遅延時間を可変式としてもよい。またター
ビンバイパス弁および冷却水スプレー弁の動作状
況を検出するスイツチ、接点は直接弁体に取着す
る形式のものであつても或はその他の形式のもの
であつても差支えないのは云うまでもないところ
である。さらに冷却水を減温器ではなく復水器自
体に導入するようにした系統であつても本実施例
は好適に実施されうる。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明はタービンバイパス弁開
口時に冷却水スプレー弁を開口させると共に該冷
却水スプレー弁の動作を検出し、この冷却水スプ
レー弁が正常に開口しなかつた場合に上記タービ
ンバイパス弁を一定時間だけ開口させてバイパス
蒸気を復水器に導入する構成であるから、蒸気発
生器が出力を降下する迄の間蒸気を処理すること
ができ、蒸気発生器の稼動停止及び蒸気の大気放
出等の事態に至るのを回避することができる等の
効果がある。またその結果復水器を損傷すること
もないので、実用上極めて有用な装置であると云
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はタービンバイパス系統の説明図、第２
図乃至第６図は本発明の一実施例を説明する図
で、第２図はタービンバイパス装置の概要を示す
系統図、第３図は制御装置の内部構成を示すブロ
ツク図、第４図は制御装置の一部を詳細に示した
回路図、第５図は負荷しや断後の経過時間とバイ
パス蒸気流量の関係を示す線図、第６図は負荷し
や断後の経過時間と復水器内部温の関係を示す線
図である。 １……主蒸気管、６……復水器、７……タービ
ンバイパス管、８ａ，８ｂ，８ｃ……タービンバ
イパス弁、１０……冷却水管、１１ａ，１１ｂ，
１１ｃ……冷却水スプレー弁、２０……制御装
置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 主蒸気管から分岐して復水器に接続する系路
   に設けられたタービンバイパス弁と、該系路から
   復水器に導入される蒸気を冷却する冷却水を供給
   する管路に設けられた冷却水スプレー弁と、前記
   タービンバイパス弁が開口したときには前記冷却
   水スプレー弁を開口するとともに該冷却水スプレ
   ー弁の動作を検出し、該冷却水スプレー弁が正常
   に開口しなかつた場合に前記タービンバイパス弁
   を一定時間経過後全閉する制御装置とからなるタ
   ービンバイパス装置。