JPH0639886B2 - 蒸気タ−ビン速度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は蒸気タービン速度制御装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 一般に、沸騰水型原子力プラントの如き蒸気タービンプ
ラントにおいては、タービン発電機がしゃ断器を介して
電気的に電力系統と直結されている。したがって、電力
系統に周波数変動が発生すると、蒸気タービン発電機の
回転速度はこれに引込まれて変動する。

すなわち、電力系統内に送電線事故等の故障が発生した
ような場合には、電力系統に連結させている発電機群の
トータル発電量とユーザの電力使用量とのバランスが崩
れて周波数変動が発生し、これに直結されている蒸気タ
ービン発電機の回転速度の変動を招く。したがって、こ
の回転速度の変動に応じて蒸気タービン速度制御装置が
作動し、蒸気加減弁の開度が制御されて蒸気タービンへ
の蒸気流入量が制御される。その結果、原子炉で発生す
る蒸気が円滑に消費されなくなり、原子炉の圧力が変動
する。ところが、この原子炉の圧力変動は沸騰水型原子
炉にとっては炉出力の変動をもたらすことになって好ま
しくなく、特に圧力が上昇すれば炉出力が上昇して発電
所の運転が停止される事になる。

そこで従来では、主蒸気導管の途中から主蒸気の一部を
蒸気タービンをバイパスさせて復水器へ導くためのバイ
パス導管を、主蒸気導管から分岐させるようにすること
が行なわれている。すなわち、第４図は原子炉タービン
プラントの系統構成を概略的に示したものである。図に
おいて、原子炉１で発生した蒸気は主蒸気導管２を通
り、蒸気加減弁３でその流量を制御されながら蒸気ター
ビン４に導入される。そして、この蒸気タービン４に導
入された蒸気はここで仕事を行ない、蒸気タービン４に
直結された発電機５を駆動し、そこで発電された電力は
しゃ断器６を介して電力系統へ供給される。また、上記
蒸気タービン４で仕事を行なった蒸気は、復水器７に送
られてここで復水せしめられる。さらに、上記主蒸気導
管２にはバイパス弁８を有するバイパス導管９が分岐導
出されており、必要に応じて主蒸気の一部を蒸気タービ
ン４をバイパスして復水器７へ導くようにしている。

一方、電力系統へのしゃ断器６の出口部には電力系統の
周波数を測定する周波数検出器１０が設けられ、この周
波数検出器１０で検出された周波数信号が比較器１１に
入力され、ここで予め設定された周波数設定値と比較さ
れ、その結果上記周波数信号が周波数設定値を越えた場
合、再循環ポンプ１２の減速により原子炉１の出力を減
じて発生蒸気量を減ずるようにしている。さらに、上記
蒸気加減弁３はタービ実速度と設定速度との偏差が一定
範囲内に納まるように、蒸気タービン速度制御装置によ
ってその開度が制御され、蒸気タービン４への蒸気流入
量が調整される。また、上記蒸気加減弁３の閉方向の制
御に対応してバイパス弁８が開方向に制御され、余剰蒸
気が復水器７へ導かれる。

ところが、一般にバイパス弁８で流せる蒸気容量は、蒸
気加減弁３の容量１００％に対し２５％程度である。こ
のため、電力系統の周波数が大きく上昇するような場合
に回転速度の上昇を防止するような場合において、回転
速度の上昇を防止するように蒸気加減弁の開度を大幅に
絞るとき、蒸気加減弁３の絞り込み量が２５％以内であ
れば２５％容量をもつ量を吸収することができ、原子炉
圧力の上昇を防止することができる。しかし、蒸気加減
弁３がそれ以上絞り込まれるような周波数上昇が発生す
ると、蒸気加減弁３がバイパス弁８の容量以上に絞り込
まれて原子炉圧力の上昇を引き起し、原子炉出力の上昇
により原子炉１が自動停止する等の問題がある。

一方、周波数の上昇量と蒸気加減弁３の絞り込み量は、
蒸気タービン速度制御装置における調定率によって決ま
り、現状では速度調定量は５％としている。すなわち、
タービン実速度が５％上昇すると蒸気加減弁３が１００
％絞り込まれるようになっており、タービン実速度５％
上昇は50Ｈｚに換算すると52.5Ｈｚになる。第５図にお
ける破線は、速度調定率５％での周波数と蒸気加減弁開
度との関係を示すものであり、ここでバイパス弁８によ
る吸収可能な周波数の上昇限界を求めると50.625Ｈｚと
なる。一般的に、電力系統の故障では最大1.5Ｈｚの周
波数上昇を考えておく必要があり、1.5Ｈｚまでは優先
して原子炉運転が継続できるよう第５図の実線で示すよ
うな非線形の調定率としている。

しかしながら、プラント継続運転を優先した非線形の調
定率の場合には、第５図のＸ点〜Ｙ点までの蒸気加減弁
一定開度となる間で負荷しゃ断等の事故が発生した場
合、パワーロードアンバランスが働かない低負荷帯（第
５図のｂ）では、蒸気タービン４がオーバースピードと
なって機器が損傷する等の問題がある。

したがって、プラント継続運転を優先した非線形調定率
化は、低負荷帯において機器保護の観点からは有効的で
ない。

［発明の目的］ 本発明は上記のような問題点を解決するために成された
もので、その目的は通常運転時にはプラント継続運転を
優先させまた低負荷時には機器の保護を優先させ、低負
荷時系統周波数上昇中に負荷しゃ断等の事故が発生した
場合でも蒸気タービンがオーバースピードとならないよ
うにして機器損傷を確実に防止することが可能な蒸気タ
ービン速度制御装置を提供することにある。

［発明の概要］ 上記目的を達成するために本発明では、蒸気タービンの
蒸気入口側に蒸気加減弁を設けると共に、前記蒸気加減
弁および蒸気タービンをバイパスするようにバイパス弁
を夫々設け、上記蒸気加減弁の開度を制御することによ
り上記蒸気タービンへ導入される蒸気量を調整して蒸気
タービンの速度制御を行なう蒸気タービン速度制御装置
において、上記蒸気タービンの実速度と設定速度との偏
差を第１の偏差信号として導出する第１の手段と、この
第１の手段からの第１の偏差信号を、上記バイパス弁の
容量で吸収可能な量の最大蒸気加減弁開度の要求信号に
相当する値からこの値よりも一定量だけ大きな蒸気加減
弁要求信号に相当する値となる範囲にわたって蒸気加減
弁開度を一定に保持するような出力を送出する関数発生
器を通して得た信号を第２の偏差信号として導出する第
２の手段と、前記第１および第２の手段からの第１およ
び第２の偏差信号を入力とし、通常負荷時には第２の偏
差信号をまた低負荷時には第１の偏差信号を夫々切替え
出力する切替手段と、この切替手段から出力される第１
または第２の偏差信号に調定止率を乗じた信号に基づい
て上記蒸気加減弁の開度を制御する第３の手段とを備え
て成ることを特徴とする。

［発明の実施例］ 以下、本発明を図面に示す一実施例について説明する。
第１図は、本発明による蒸気タービン速度制御装置の構
成例をブロック的に示すものである。図において、ター
ビンの実速度信号ａが速度設定器２０の速度設定値と加
算器２１で比較され、その偏差信号が一つは関数発生器
２２を介して、またもう一つは直接に後述する乗算器２
３に入力される。また、２９は上記乗算器２３に入力さ
れる各信号を切替える切替器であり、この切替器２９は
負荷検出器３０の条件によりある値よりも下がった状態
（４０％以下）で動作する。すなわち、通常時は後述す
る非線形特性を有する関数発生器２２を通した速度偏差
信号ｂが、また低負荷時には切替器２９の動作により速
度偏差信号ｈが切替え選択されて乗算器２３に入力さ
れ、ここで調定率の逆数により決まる利得が乗じられる
ようになっている。

さらに、上記乗算器２３の出力信号には、加算器２４に
おいて負荷設定器２５からの負荷設定信号ｃが加算され
て速度要求信号ｄが求められ、この速度要求信号ｄが低
値優先回路２６に入力される。また、この低値優先回路
２６には原子炉の圧力を一定に制御するための圧力制御
器２７から出力される圧力要求信号ｅも入力されてお
り、ここで上記２つの信号ｄ，ｅのうちの低値信号が前
記蒸気加減弁３に対する蒸気加減弁開度要求信号ｆとし
て出力され、この信号ｆによって蒸気加減弁３の開度が
制御されるようになっている。一方、上記圧力制御器２
７から出力される圧力要求信号ｅは加算器２８にも加え
られており、ここで上記蒸気加減弁要求信号ｆと比較さ
れ、その偏差信号がバイパス弁開度要求信号ｇとして出
力され、このバイパス弁開度要求信号ｇによって前記バ
イパス弁８の開度が制御されるようになっている。

なお、上記関数発生器２２には第２図に示す様に、１０
０％負荷運転時には入力が５〜-1.25％の間は線形で、
入力が−1.25〜−３％の間は飽和し、入力が−３〜−５
％の間は線形となる非線形特性が与えられている。すな
わち、蒸気タービンへの実速度上昇時にバイパス弁８の
容量で吸収可能な量の最大蒸気加減弁開度の要求信号に
対応する入力-1.25％から、周波数が1.5Ｈｚ上昇したと
きの入力−3.0％に至る範囲においては、出力が一定値
になるような特性が与えられている。

しかして、電力系統等の事故によって系統周波数が上昇
し始めると、蒸気加減弁３が閉方向に制御されるととも
にバイパス弁８が開方向に制御される。このようにし
て、バイパス弁８が全開状態となり蒸気加減弁３が７５
％開度となると、第２図に示すように第１図の関数発生
器２２の特性によって蒸気加減弁３はその時点の開度状
態が保持され、さらに系統周波数が設定周波数（５０Ｈ
ｚ）から1.5Ｈｚ以上上昇すると蒸気加減弁３は閉方向
に制御される。

第３図（ａ）〜（ｃ）は、非線形調定率の場合の系統周
波数上昇時における蒸気加減弁等の過度応答を示すもの
であり、第３（ａ）は電力系統の周波数、同図（ｂ）は
蒸気加減弁３およびバイパス弁８の開度、同図（ｃ）は
原子炉出力に関するそれぞれの時間的変化を示してい
る。すなわち、いま第３図（ａ）に示すように系統周波
数がその設定周波数５０Ｈｚから２秒間で51.5Ｈｚまで
上昇し、３秒間51.5Ｈｚを保持してその後５秒間経過し
た時点でさらに上昇したとすると、周波数上昇に伴なっ
てタービン実速度が上昇して速度要求信号ｄが小さくな
り、圧力要求信号ｅはほぼ一定で１００％を保っている
ため、低値優先回路２６を経て速度要求信号が蒸気加減
弁開度要求信号ｆとなり、第３図（ｂ）に示すように蒸
気加減弁３は徐々に閉じてくる。そして、系統周波数が
50.625Ｈｚに達した時点で、蒸気加減弁３は２５％絞り
込んだ状態となる。また反対に、バイパス弁８は、蒸気
加減弁３の絞り込み量に対応して開き、バイパス弁８の
容量が蒸気加減弁３の容量の２５％であることから、蒸
気加減弁３が２５％絞り込んだ時点で全開となる。

一方、さらに系統周波数が上昇すると、第２図に示すよ
うな特性を有する関数発生器２２が制御装置に設けられ
ているので、50.625〜51.5Ｈｚの間では蒸気加減弁開度
は７５％開度の状態で保持され、電力系統の周波数が５
０Ｈｚへ回復するのを待つことになる。すなわち、この
期間内において通常再循環ポンプの減速効果が発揮さ
れ、原子炉１の出力上昇が抑えられて周波数上昇は数秒
で納まるため、原子炉１が自動停止に至ることが防止さ
れる。

しかしながら、低負荷運転時すなわちパワーロードアン
バランスによる蒸気加減弁３が急閉制御されない負荷帯
での運転中、例えば第５図ｂの様な状態において周波数
上昇によりＸ→Ｙの蒸気加減弁開度３５％開度で保持さ
れている状態の時に負荷しゃ断が発生した場合には、蒸
気タービン４はオーバースピードに至る可能性がある。
このため、負荷検出器３０で４０％以下を検出し、切替
器２９が動作して線形調定率に切替えることにより、蒸
気タービン４のオーバースピードが防止されることにな
る。

なお、万一低負荷時に線形調定率に切替えた時点で周波
数上昇が0.625Ｈｚ以上となった場合、すなわちバイパ
ス弁８全開後の周波数上昇が起きた場合には、原子炉１
は自動停止することとなるが、機器保護を優先する上か
らこの時は止むを得ない。

尚、上記実施例において通常は、プラント運転継続を優
先とした非線形調定率回路を優先させるために、切替条
件である低負荷検出の条件にバイパス弁８の全開条件等
を付加することにより、切替器２９のチャタリング等を
有効的に防止することが可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、蒸気タービンの実
速度と設定速度との偏差を第１の偏差信号として導出す
る第１の手段と、この第１の手段からの第１の偏差信号
を、上記バイパス弁の容量で吸収可能な量の最大蒸気加
減弁開度の要求信号に相当する値からこの値よりも一定
量だけ大きな蒸気加減弁要求信号に相当する値となる範
囲にわたって蒸気加減弁開度を一定に保持するような出
力を送出する関数発生器を通して得た信号を第２の偏差
信号として導出する第２の手段と、上記第１および第２
の手段からの第１および第２の偏差信号を入力とし、通
常負荷時には第２の偏差信号をまた低負荷時には第１の
偏差信号を夫々切替え出力する切替手段しと、この切替
手段から出力される第１または第２の偏差信号に調定率
を乗じた信号に基づいて上記蒸気加減弁の開度を制御す
る第３の手段とを備えて構成するようにしたので、低負
荷時電力系統の周波数上昇中に負荷しゃ断等の事故が発
生した場合においても蒸気タービンがオーバースピード
とならないようにして機器損傷を確実に防止することが
可能な蒸気タービン速度制御装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図における関数発生器の非線形特性を示す図、第３
図（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ周波数上昇時における周波
数，蒸気加減弁およびバイパス弁の開度，並びに原子炉
の出力の時間的変化を示す図、第４図は原子力タービン
プラントを示す系統構成図、第５図は従来の問題点を説
明するための図である。 ３……蒸気加減弁、４……蒸気タービン、８……バイパ
ス弁、２０……速度設定器、２２……関数発生器、２６
……低値優先回路、２７……圧力制御器、２９……切替
器、３０……負荷検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸気タービンの蒸気入口側に蒸気加減弁を
   設けると共に、前記蒸気加減弁および蒸気タービンをバ
   イパスするようにバイパス弁を夫々設け、前記蒸気加減
   弁の開度を制御することにより前記蒸気タービンへ導入
   される蒸気量を調整して蒸気タービンの速度制御を行な
   う蒸気タービン速度制御装置において、前記蒸気タービ
   ンの実速度と設定速度との偏差を第１の偏差信号として
   導出する第１の手段と、この第１の手段からの第１の偏
   差信号を、前記バイパス弁の容量で吸収可能な量の最大
   蒸気加減弁開度の要求信号に相当する値からこの値より
   も一定量だけ大きな蒸気加減弁要求信号に相当する値と
   なる範囲にわたって蒸気加減弁開度を一定に保持するよ
   うな出力を送出する関数発生器を通して得た信号を第２
   の偏差信号として導出する第２の手段と、前記第１およ
   び第２の手段からの第１および第２の偏差信号を入力と
   し、通常負荷時には第２の偏差信号をまた低負荷時には
   第１の偏差信号を夫々切替え出力する切替手段と、この
   切替手段から出力される第１または第２の偏差信号に調
   定率を乗じた信号に基づいて前記蒸気加減弁の開度を制
   御する第３の手段とを備えて成ることを特徴とする蒸気
   タービン速度制御装置。