JPH0559903A - 負荷ランバツク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ランバック時、加減弁を発電機自冷容量相当
のある設定開度まで絞り込むと同時に、タービンへの蒸
気をタービンバイパス調整弁によってバイパスさせ、そ
のバイパス蒸気量を制御することで、加減弁の制御能力
を高め、ランバックの制御特性を改善することを目的と
する。 【構成】 検出器よりプロセス量を読み込み計算機内部
でディジタル量に変換する入力走査手段と、入力走査手
段にて入力されたプロセス量より一定時間後のプロセス
量を予測するプロセス量予測手段と、予測したプロセス
量よりプラントの状態を判断し、プラントに対する制御
操作の要否の判断を行う制御操作判断手段と、制御指令
によりプラントに対して駆動信号を出力する制御指令出
力手段と、駆動信号によりボイラと加減弁の間の蒸気ラ
インを制御するタービンバイパス調整弁とを備え、加減
弁差圧を一定に制御するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加減弁を有する発電プ
ラントの負荷ランバック装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】発電プラントにおける特定の機器が異常
を来たし、全負荷運転不可能となった場合、プラント緊
急停止を引き起こす可能性がある。そこで、従来からこ
れを防ぐため、ランバック装置が用いられている。

【０００３】図９は、従来の発電プラントの概略系統図
であり、これを基に従来の系統図を説明する。

【０００４】ボイラー１で発生した蒸気は、主塞止弁
２，加減弁３を通ってタービン４へ送られ、タービン４
に直結されている発電機５を廻し、発電機５の出力は電
流変成器８，主変圧器１０，遮断器１１を介し系統に送
られる。

【０００５】発電機５の出力電流は、電流変成器８およ
びそれに接続された電流検出器９により監視される。

【０００６】また、発電機固定子冷却水は、固定子冷却
水ポンプ６により発電機５へ送られ、固定子を冷却した
後、熱交換器７に送られ、固定子冷却時の排熱を外部へ
放出し、再び固定子冷却水ポンプ６により発電機５に送
られる。このようにして、発電機固定子を冷却してい
る。

【０００７】１２は圧力スイッチ（ＰＳ）で、固定子冷
却水の発電機入口圧力を検出しており、規定値以上にな
ると、オンし、以下でオフする。また、１３は温度スイ
ッチ（ＴＳ）で、固定子冷却水の発電機出口温度を検出
しており、設定値以上になると、オンし、以下でオフす
る。これらのスイッチ１２，１３の規定値及び設定値
は、夫々発電機保護上必要な値に設定されており、これ
らの値を圧力スイッチ１２はＰ（例えば、0.9Kg/c
m² ）、温度スイッチ１３はＴ（例えば、95℃）とす
る。

【０００８】また、電流検出器９は、発電機５の自冷容
量相当の電流値Ｉ1 （例えば、定格30％）に規定されて
おり、Ｉ1 以上でオン、以下でオフの信号を出す。

【０００９】図１０は、従来例をブロック図で表したも
のである。

【００１０】即ち、圧力スイッチ１２が、Ｐ以下か又は
温度スイッチ１３がＴ以上で、かつ発電機負荷電流１４
がＩ1 以上の条件で、ランバック指令信号Ａを加減弁３
の制御装置１５に与え、予め定められた一定の負荷降下
率で加減弁３をランバックし、圧力スイッチ１２がＰ以
上か又は温度スイッチ１３がＴ以上で、かつ発電機負荷
電流１４がＩ1 以下になると、ランバック指令信号Ａが
復帰し、加減弁３のランバックは停止する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述したような制御で
問題となるのは、タービン発電機に於ては、水で固定子
を冷却しているため、定格負荷付近で運転中何等かの事
故で冷却水が断水した場合、そのまま運転を継続する
と、発電機の固定子コイルを焼損してしまう。

【００１２】このようなことを防止するために、発電機
固定子冷却水異常（発電機出口冷却水の温度高又は発電
機入口冷却水圧力低）で、３分以内に発電機自冷容量相
当の負荷まで下げるようにタービンを制御する。

【００１３】いわゆる、負荷ランバックを行っており、
若し負荷ランバックが不調で、３分以内に目標負荷まで
下がらなかった場合は、ユニットトリップさせている。

【００１４】一方、ランバック指令信号Ａが発生した時
点で、ランバック許容時間（例えば、３分）に設定され
たタイマー１６によりタイムカウントを開始し、若し設
定時間ｔ1 以内に信号が復帰しない場合は、タイマー１
６の出力信号Ｂによりユニットトリップさせている。

【００１５】以上のような制御に於て、次のような欠点
があった。 （１）一般に、蒸気タービンに於ては、蒸気入力と発電
機出力との間の出力時定数が約６〜10秒あること。 （２）加減弁の主蒸気流量特性が、必ずしも線形特性で
ないこと。 （３）ボイラーの負荷追従に遅れがあること等の理由か
ら、ランバック時の加減弁３の絞り速度に対して負荷降
下率は小さくなる。

【００１６】図１１に定格負荷ＩO で運転しているター
ビン発電機に於て、前記ランバックが発生した時の加減
弁絞り速度Ｖ1 と負荷電流の降下率Ｖ2 を示す。時間t0
にてランバックが発生し、直ちに加減弁３はＶ1 の速度
で絞り込みを開始するが、負荷電流はタービン出力時定
数の関係で、t2経過後、負荷降下を始める。t"1 経過
後、加減弁開度は発電機自冷容量Ｉ1 相当の開度まで絞
り込まれるが、この時負荷電流は未だＩ1 まで降下して
いないため、ランバックは更に進み、t'1(t"1 ＜t'1 ＜
t1）経過後にＩ1 に達し、ランバックは停止する。この
時、加減弁はＩ2(Ｉ2 ＜Ｉ1 ）に相当する開度まで絞り
込まれており、従って、負荷電流はランバック停止後も
更に続け、Ｉ2の値まで下がる。Ｉ2 の値は、一般に小
さく、定格負荷からランバックした場合は、加減弁３に
よる安定制御の限界以下になることが多く、加減弁全閉
になる場合もある。

【００１７】このため、従来より固定子冷却水異常によ
るランバックは成功せず、トリップに至っている。

【００１８】そこで、本発明は、ランバック時、加減弁
を発電機自冷容量相当のある設定開度まで絞り込むと同
時に、タービンへの蒸気をタービンバイパス調整弁によ
ってバイパスさせ、そのバイパス蒸気量を制御すること
で、加減弁の制御能力を高め、ランバックの制御特性を
改善することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の構成を図２に示
す基本的概念図に基づいて説明する。

【００２０】入力走査手段２９１は、プラント２０から
のプラント蒸気量のプロセス量ａを読み込み、ディジタ
ル量に変換し、変換されたプロセス量ａは、制御操作判
断手段２９３へ通知される。

【００２１】制御操作判断手段２９３は、入力走査手段
２９１より入力したプロセス量ａで、タービンバイパス
調整弁２６の制御を行うか否か判断する。タービンバイ
パス調整弁２６の制御を行うと判断した時は、プラント
２０のプロセス量予測手段２９２へ通知し、タービンバ
イパス調整弁２６の駆動差をプロセス量予測手段２９２
から入力する。

【００２２】プロセス量予測手段２９２は、プロセス量
ａからタービンバイパス調整弁２６の一定時間後の駆動
差を先行的に予測し、制御操作判断手段２９３へ通知す
る。制御操作判断手段２９３は、プロセス量予測手段２
９２がこのタービンバイパス調整弁２６の駆動差を制御
指令出力手段２９４へ通知する。

【００２３】そして、制御指令出力手段２９４は、ター
ビンバイパス調整弁２６の駆動差により、タービンバイ
パス調整弁２６を制御する。

【００２４】以上のように、タービンバイパス調整弁２
６の制御を行うことにより、ボイラー２１と加減弁２３
間の差圧を一定に制御することができる。

【００２５】

【作用】次に、図２乃至図５に基づいて本発明の作用を
説明する。

【００２６】図２に示すように、入力走査手段２９１
は、プラント２０からのプラント蒸気量のプロセス量ａ
を読み込み、ディジタル量に変換し、変換されたプロセ
ス量ａは、制御操作判断手段２９３へ通知する。

【００２７】制御操作判断手段２９３は、プロセス量予
測手段２９２へ加減弁２３の前後差圧指令ｂを通知し、
プロセス量予測手段２９２よりタービンバイパス調整弁
開度指令ｃを入力する。

【００２８】制御操作判断手段２９３の処理について
は、図５のフローチャートにて説明する。

【００２９】（１）プラント２０からの加減弁（ＣＶ）
２３前後差圧を入力し、加減弁２３の前後差圧を計算
し、加減弁前後差圧指令ｂとしてプロセス量予測手段２
９２へ通知する（Ｓ１）。 （２）加減弁２３の前後差圧がα（許容差圧）以内か否
かを判断し、タービンバイパス調整弁２６の制御を行う
か否かを判断する（Ｓ２）。 加減弁２３の前差圧−加減弁２３の後差圧≧α 制限
有り 加減弁２３の前差圧−加減弁２３の後差圧≦α 制限
無し （３）制御すると判断した時に、プロセス量予測手段２
９２よりタービンバイパス（ＴＢ）調整弁２６の開度を
入力する（Ｓ３）。 （４）プラント２０のプロセス量ａよりランバック中か
否かを判断し、ランバック中でなければ、タービンバイ
パス調整弁２６の制御は行わない（Ｓ４）。 （５）ランバック中であれば、タービンバイパス調整弁
２６の開度によりタービンバイパス調整弁２６の制御指
令に出力する（Ｓ５）。 （６）制御不能か否かを判断する（Ｓ６）。 制御回数≧β 制限不能 制御回数≦β 制限可能 ここで、βは許容回数を表す。 （７）制御可能な場合は、再度加減弁２３の前後差圧に
より制御する。 （８）制御不能な場合は、プラント２０を保護するた
め、トリップさせる（Ｓ７）。

【００３０】次に、プロセス量予測手段２９２の処理に
ついて、図３を用いて説明する。

【００３１】プロセス量予測手段２９２は、下記のデー
タにより加減弁２３の前後差圧の予想曲線９１を求め
る。 ＜予想曲線を算出するデータ＞ 現時点ｔ0 の加減弁２３の前後差圧Ｘ0 １回前時点ｔ-1の加減弁２３の前後差圧Ｘ-1 ２回前時点ｔ-2の加減弁２３の前後差圧Ｘ-2 ３回前時点ｔ-3の加減弁２３の前後差圧Ｘ-3 ｎ回前時点ｔ-nの加減弁２３の前後差圧Ｘ-n 尚、Ｘ0 は、現在の加減弁２３の前後差圧を表し、Ｘ-1
〜Ｘ-nは、過去の加減弁２３の前後差圧を表し、ｔ-1〜
ｔ-nは、各イベントの時間を表し、Ｘ1 は、予測の加減
弁２３の前後差圧を表す。 ＜予想曲線＞ Ｘ＝ｆ（ｔ）・・・・・・加減弁２３の前後差圧の予想
曲線式 予想曲線式により一定時間後ｔ1 の加減弁２３の前後差
圧Ｘ1 を求める。

【００３２】加減弁２３の前後差圧とタービンバイパス
調整弁２６の関係は、図４に示すような関係にて表すこ
とができるため、一定時間ｔ1 の加減弁２３の前後差圧
よりタービンバイパス調整弁２６の開度を予測すること
ができる。ここで、９２は負荷ランバック予測曲線を表
す。そして、タービンバイパス調整弁開度Δｋ％を制御
操作判断手段２９３へ通知する。

【００３３】以上のように、図２の制御操作判断手段２
９３でタービンバイパス調整弁２６の開度を予測し、制
御操作判断手段２９３により操作判断し、制御指令ｄを
制御指令出力手段２９４へ通知する。

【００３４】制御指令出力手段２９４は、駆動信号ｅに
よりタービンバイパス調整弁２６の制御を行うことがで
きる。

【００３５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の実施例を示す蒸気系統図である。
ボイラー２１で発生した蒸気は、主塞止弁２２，加減弁
２３を通してタービン２４へ送られる。ボイラー２１の
出口と加減弁２３間の蒸気ラインから復水器２５へのバ
イパスラインを流れる蒸気量をタービンバイパス調整弁
２６で制御する。

【００３６】その制御方法としては、圧力設定器２８で
予め設定された設定値と加減弁前後の圧力差の偏差が０
になるように、圧力調整器２７はタービンバイパス調整
弁２６を制御する。

【００３７】蒸気ラインの蒸気量がランバック時は、短
時間で急速に加減弁２３を絞るような場合、ボイラー２
１の蒸気発生量がこれに追従して減少しないため、加減
弁２３を絞ることにより加減弁２３のボイラー側配管内
の圧力が高まり、加減弁２３の入口出口との差圧が大き
くなると、負荷ランバック装置２９へ入力されるプロセ
ス量ａが増加し、プロセス量ａよりタービンバイパス調
整弁２６の開度を予測し、タービンバイパス調整弁２６
を制御し、圧力を一定にしたタービン２４に流入する蒸
気量を加減弁２３の開度に比例するようにする。

【００３８】ここで、タービンバイパス調整弁２６の駆
動装置は、ボイラー２１と加減弁２３間の圧力変化速度
に対して充分な応答速度を有するものである。

【００３９】以上のように、タービンバイパス調整弁２
６を自動制御することにより、極度の蒸気量が増えて
も、加減弁２３の蒸気量を調節することで、加減弁２３
の絞り込みによる圧力上昇を抑えて、加減弁２３の開度
に比例した蒸気量をタービン２４へ送り込むことができ
る。

【００４０】次に、本発明に係る負荷ランバック装置２
９を図２により説明する。

【００４１】入力走査手段２９２は、プラント２０から
プロセス量ａである加減弁前圧力，加減弁後圧力を読み
込み、加減弁前後差圧としてプロセス予測手段２９２へ
通知する。

【００４２】プロセス予測手段２９２は、加減弁前圧
力，加減弁後圧力を１秒周期に読み込む。

【００４３】以下、図６に基づいてプラントプロセス量
と時間とのデータを説明する。

【００４４】時間５５秒では加減弁前圧力ＰＡ１，加減
弁後圧力ＰＢ１といったように読み込む。それらのプロ
セス量ａを基にタービンバイパス調整弁２６の制御を行
うか否か判断する。

【００４５】時間５５秒〜時間５８秒までは、加減弁前
圧力と加減弁後圧力との差圧がないため、タービンバイ
パス調整弁２６の制御を行なわないと判断する。

【００４６】時間５９秒と１分の場合、差圧がΔＰ5 ，
ΔＰ6 となるため、制御有りと判断する。プロセス量予
測手段２９２は、過去４回分の加減弁前後圧力で、１秒
後差圧力を予測する。

【００４７】予測は、過去４回分のデータと現在値を求
め、最小二乗法により求める。

【００４８】予測された差圧ΔＰ7 により、タービンバ
イパス調整弁開度ΔＫ7 を算出する。

【００４９】タービンバイパス調整弁開度の制御を行う
か否かは、プラント２０の状態がランバック中か否かを
判断し、ランバック中であれば、タービンバイパス調整
弁開度ΔＫ7 を制御操作判断手段２９３へ通知する。

【００５０】以上のように、図２のプロセス量予測手段
２９２でタービンバイパス調整弁２６の開度を予測し、
制御操作判断手段２９３により操作判断し、制御指令ｄ
を制御指令出力手段２９４へ通知する。制御指令出力手
段２９４は、駆動信号ｅによりタービンバイパス調整弁
２６の制御を行うことができる。

【００５１】ここで、本発明による制御特性及び制御ブ
ロックを図７及び図８に基づいて説明する。

【００５２】図７は制御特性を表す。

【００５３】加減弁２３の負荷降下直線Ｖ1 に対して発
電機の出力特性Ｖ2 はタービン２４の慣性分だけ遅れて
いるだけで、ほぼ平行して降下している。

【００５４】一点鎖線は、従来の制御方式で行っていた
場合の発電機の出力特性で、発電機自冷運転可能な許容
電流Ｉ1 に達するまでの時間は、大幅に短縮され、加減
弁２３の制御能力が高まったたことが分かる。

【００５５】図８は制御ブロックを表す。

【００５６】固定子冷却系統異常で圧力スイッチ３１又
は温度スイッチ３２が動作し、かつ固定子を流れる電流
値が予め定められた設定値を越えている場合、ランバッ
ク指令Ａを制御装置３４に与え、加減弁２３へ所定の負
荷降下率となるように絞り操作を行う。

【００５７】また、タービンバイパス調整弁２６は、通
常は全閉とし、負荷ランバック装置２９も不動作状態に
しておく。

【００５８】前記ランバック指令Ａで負荷ランバック装
置２９よりタービンバイパス調整弁２６を制御し、ボイ
ラー２１と加減弁２３間の圧力調整を開始する。

【００５９】このようにして、ランバック運転に入り、
発電機固定子電流が発電機自冷運転可能な許容電流Ｉ1
まで降下すると、負荷電流検出器３３によりこれを検出
し、制御装置３４と負荷ランバック装置２９へランバッ
ク停止指令Ａを与え、ランバックは終了する。

【００６０】また、一定時間経過しても、発電機固定子
電流が許容電流値Ｉ1まで降下しなかった場合は、ユニ
ットトリップ指令Ｂを出し、ボイラー２１，タービン２
４，発電機全てを停止させる。

【００６１】尚、上記実施例では、固定子冷却系統異常
の場合について説明したが、その他の応用例として、押
込みファン，誘引ファンの異常、ボイラー給水ポンプの
異常、循環水ポンプの異常、相分離母線冷却系統の異常
も、同様に負荷ランバックを行うので、本発明を適用す
れば有効である。

【００６２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ボイラ
ー出口で発生する蒸気量に見合うようにタービン入口圧
力を制御することにより、タービン入口圧力を抑え、
又、加減弁の絞り込みにより回転速度上昇を抑えて加減
弁の弁開度に比例した蒸気量をタービンへ送り込むこと
ができるので、ボイラーの追従速度に殆ど無関係に蒸気
量を加減弁で速やかに正確に制御することができる。

【００６３】従って、加減弁の負荷降下率を適切に設定
すれば、発電機固定子電流が許容値に降下するまでの時
間と加減弁の開度が許容値相当になる時間との時間差
は、非常に短くなり、従来のように絞り過ぎてトリップ
に至ることはなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蒸気系統図である。

【図２】本発明の計算機内部の構成図である。

【図３】本発明の加減弁前後差圧予測曲線である。

【図４】本発明の加減弁前後とタービンバイパス調整弁
開度特性図である。

【図５】本発明の制御操作手段のフローチャートであ
る。

【図６】本発明のプラントプロセス量と時間データとの
関係を示す図である。

【図７】本発明の制御特性図である。

【図８】本発明の制御ブロック図である。

【図９】発電システムと固定子冷却水系統の概要を示す
系統図である。

【図１０】従来のブロック図である。

【図１１】加減弁開度と発電機固定子電流時間との関係
を示す図である。

【符号の説明】

２０………プラント ２１………ボイラー ２３………加減弁 ２４………タービン ２６………タービンバイパス調整弁 ２９………負荷ランバック装置 ３１………圧力スイッチ ３２………温度スイッチ ２３………加減弁 ２４………タービン ２６………タービンバイパス調整弁 ２９………負荷ランバック装置 ３１………圧力スイッチ ３２………温度スイッチ ３３………発電機出力負荷電流 ３４………制御装置 ２９１………入力走査手段 ２９２………プロセス量予測手段 ２９３………制御操作判断手段 ２９４………制御指令出力手段 ａ………プロセス量 ｄ………制御指令 ｅ………駆動信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｐ 9/04 Ｈ 6728−5Ｈ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加減弁を有する発電プラントにおいて、 検出器よりプロセス量を読み込み計算機内部でディジタ
   ル量に変換する入力走査手段と、 入力走査手段にて入力されたプロセス量より一定時間後
   のプロセス量を予測するプロセス量予測手段と、 予測したプロセス量よりプラントの状態を判断し、プラ
   ントに対する制御操作の要否の判断を行う制御操作判断
   手段と、 制御指令によりプラントに対して駆動信号を出力する制
   御指令出力手段と、 駆動信号によりボイラと加減弁の間の蒸気ラインを制御
   するタービンバイパス調整弁とを備え、加減弁差圧を一
   定に制御するように構成したことを特徴とする負荷ラン
   バック装置。