JPS5915000B2 - 発電プラントの計算機による負荷ランバツク制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は計算機による負荷ランバック制御方法に係わり
、特に負荷ランバック進行過程の最適制３５御値の決定
及び制御結果の適否を判定する方法に関する。

発電機の固定子巻線直接水冷却方式においては、冷却系
統が故障すると、導体内を流れる冷却水が断水あるいは
減水したり、冷却水が十分冷えないうちに導体に供給さ
れる場合がある。

この状態ではもはや冷却不能となるため、固定子巻線導
体は異常に高温となり、発電機を危険状態に至らせるた
め、速やかに負荷電流を減少させる動作が必要となる。
この動作は普通負荷ランバツク動作と呼ばれている。従
来の負荷ランバツクは、冷却水圧力低、或は冷却水温度
高などのいわゆる冷却水断といわれる故障が発生すると
、原動機（例えばタービン）の負荷制限器に対し負荷減
少指令が出て、発電機が冷却水断状態で運転できる規定
負荷まで許容時間内に負荷減少するように制御される。

第１図は負荷ランバツク進行過程の説明図であり、実線
１は理想的な状態、２３は失敗状態を示す。第１図にお
いてＴ。時点にて冷却水断となつた後、実線１のように
一定変化率で負荷ランバツクが進行し、許容時間Ｔ経過
後のＴ，時点でその発電機の冷却水断規定負荷値になつ
ていれば、負荷ランバツク成功と判断され、更に故障発
生時の冷却水電導度により決る一定時間、運転続行可能
である。もし時点Ｔ，にて規定負荷値に下がつていなか
つた場合は、負荷ランバツク失敗と判断され直ちに発電
機トリツプさせる。しかしながら、この従来の方法には
次のような不具合があつた。まず第１図における破線２
で示したようにＴ１時点では確かに負荷電流は規定値ま
で減少していても、その減少過程においてＴ２時点まで
は何らかの原因でほとんど負荷が減少しなかつた場合で
あり、また第１図における一点鎖線３で示したように、
負荷ランバツクが何らかの原因でうまく動作せず、全負
荷のまま運転が続行し、Ｔ１の時点で初めて失敗と判断
され発電機トリツプとなる場合である。

いずれの場合もコイル内の冷却水の沸騰が始まり、局部
過熱、水の層切れなどの問題が生じ、発電機は極めて危
険な状態となる。もつとも、負荷ランバツク中、ＴＯか
らＴ，までの中間点で負荷検出器により負荷を検出して
負荷ランバツクの進行を検証することもできるが、その
時点前後の負荷ランバツクの経過を考えた場合、やはり
前述したような不安が残り、十分な方策とはいえない。

又、中間における負荷検出点数を増すとしても、負荷検
出用の従来の負荷検出継電器は、単一般定のため、各負
荷検出点毎に設けなければならないので、中間の負荷検
出点数は適用上制限をうけるため、やはり満足な方策と
はいえない更に従来の負荷ランバツクは、プラントの運
転状態にかかわらず最初の負荷ランバツク指令のみで、
一律に負荷ランバツク動作が行なわれていた。

しかし、発電機は常に全負荷運転しているとは限らず、
詳細は後述するが、全負荷よりも小さい負荷で運転して
いたときの負荷ランバツクは、全負荷運転時の負荷ラン
バツクよりもゆるやかに時間をかけてでき、それだけ原
動機側に無理がかからないので、プラントトリツプに至
る可能性を小さくすることができる。ところが、従来の
負荷検出継電機を使用した回路では、一定時間後の単一
般定の負荷電流検出をするだけの制御しかできないため
、運転状態に応じた最適設定値を計算し負荷ランバツク
制御指令を出すという機能は実現できなかつた。本発明
の目的は、以上の点に鑑み、プラント運転状態に応じた
最適制御値を計算し、負荷ランバツク全過程において負
荷ランバツクが設定どおりに進行しているか否かを連続
的に監視し、適切な負荷ランバツク制御指令や、機器保
護のためにトリップ指令を出すことのできる計算機によ
る負荷ランバツク制御方法を提供することにある。

まず本発明の実施例の説明に人る前に理想的な最適負荷
減少率の計算方法の一例を述べる。第１図における負荷
ランバツク開始時点と、冷却水断規定負荷値を原点にと
ると第２図の如くなる。ここで負荷減少率即ち、発電機
の負荷電流が減少する状態は時間の関数であり第２図の
如く定数を決めると、となる。

負荷ランバツク開始後この負荷電流１が発電機を流れる
とき、固定子巻線内の水に加えられる熱量Ｈは、固定子
巻線の抵抗分をＲ、電力から熱量に換算する係数をｋ１
、発電機の放熱や構造に起因する損失をＫ２とすると、
次のようになる発電機設計上の要求から、全負荷電流Ｌ
１が流れていたときの負荷ランバツク完了制限時間はＴ
，と決められるから２式のＨの値は一定で、その発電機
固有のものとなる。つまり、冷却水断状態になつてから
Ｈ以上の熱量が加わわれば、固定子巻線内の冷却水は沸
騰しはじめる。

従つて負荷ランバツク途中でＨ以上の熱量が加わわりそ
うだと予想されるときは、負荷制限器を更に動作させた
り、それでもだめな場合は発電機をトリツプさせ名必要
がある。また２式は冷却水断直前に発電機に流れていた
負荷電流１の大きさによつて、負荷ランバツク完了制限
時間Ｔが変化することを意味する。

つまり冷却水断直前の負荷電流が、全負荷電流よりも小
さかつた場合は、それだけ時間を長くかけて負荷ランバ
ツクできることになる。負荷ランバツク完了制限時間Ｔ
は次式より求められる。番晶１１↓ また、運転状態に応じた理想的な最適負荷減少率Ｋは次
の如く求められる。

Ｈ 次に、実際の負荷電流の減少率ｋを求めるには、微少時
間△ｔの間の電流変化分を△として△Ｉ／△ｔを計算す
ればよい。

即ち、時刻ｔにおける負荷電流をｎとしたとき、△ｔ後
の負荷電流を１１＋１とすると、実際の負荷電流減少率
ｋは次の如くなる。

従つて４式のＫの値と、５式のｋの値を△ｔ毎に比較す
れば、実際の負荷減少率が理想的に進行しているかどう
か監視ができることになる。

αを余裕値とした場合、Ｋ−α≦ｋ≦Ｋ＋αのときは負
荷ランバツクは正常に動作していると判断し、ｋ＞Ｋ＋
αの場合は負荷ランバツクがききすぎているから、負荷
制限の動作をやめ、ｋ＜Ｋ−αなら負荷ランバツクをも
つと 力にしなければならないから負荷ランバツク動作
を更に強めるようにする。一定時間後まだｋ＜Ｋ−αの
状態にあるならば、何らかの原因で負荷ランバツタが正
常に動作していないことになるから、トリツプ信号を出
し機器を安全に保護する。次に、この方法を実現させる
ための装置について説明する。

第３図にその概要を示す。即ち、発電機１が原動機２に
より駆動され運転しているときに、発電機冷却水断が圧
カスイツチや温度スイツチなどの故障検出装置３により
検出されると、負荷ランバツク制御装置４は、ＣＴ５を
介して得られるそのときの負荷電流を基に、最適制御値
の計算をして負荷制限器６へ制御信号を出し、原動機２
への主蒸気量を加減弁７により減少させたり、あるいは
トリツプ信号を出したりするように構成する。前記負荷
ランバツク制御装置４は発電所の制御に使われている電
子計算機や、いわゆるマイクロコンピユータなどの計算
機の機能の一部を第４図に示したフローチヤートをプロ
グラムして動作させることにより得られる。

次に第４図に示したフローチヤートの内容について説明
する。

（１）プログラムをスタートさせｎを１と定義して負荷
電流を読み込みその値を１ｎとして記憶する。

（２）読み込んだＩｎを基に最適負荷減少率Ｋを４式に
より計算しその値を記憶し、負荷ランバツク完了制限時
間Ｔを３式により計算し記憶する。

（３）冷却水断の故障がなければサンプリング時間Ｔｓ
の周期でＫとＴの値を求める計算をくり返しその記憶が
その都度更新されていく。この結果故障直前の運転状態
に応じた最適負荷減少率と負荷ランバツク完了制限時間
Ｔが計算され記憶されていることになる。（４）冷却水
断の故障発生で、第１段の負荷制限器への負荷ランバツ
ク信号を出す。

（５）実際の負荷電流の減少率を求めるため△ｔの時間
をカウントする。

（６）以降実行する計算は負荷ランバツク完了制限時間
Ｔ以内かどうかを判定する。

Ｔ以内ならば減少率を比較する次のプログラムへとすす
み、もしＴを越えていたら負荷ランバツクは終了したこ
とになるから、プログラムをストツプさせる。（７）
ｎ△ｔ後の負荷電流を読み込みＩｎ＋１とする。

（８）△ｔ前の負荷電流値はＩｎとして記憶されている
。ら実際の負荷減少率ｋを５式により計算する。（９）
実際の負荷減少率ｋと最適負荷減少率Ｋとを比較する。

ｋ＞Ｋ＋αなら更に負荷制限器を動作させる必要はない
ので負荷制限器の動作をやめさせ、ｎをｎ＋１と定義し
なおして更に監視をすすめる。０Ｉｋ＞Ｋ＋αでない場
合は、ｋ＜Ｋ−αか否かを判別させる。

もしｋ＜Ｋ−αでない場合はＫ−α≦ｋ＞Ｋ＋αという
ことになり負荷ランバツクは正常に動作しているから、
変数ｍを１にりセツトすると共にｎをｎ＋１と定義しな
おして、更に△ｔ後の負荷減少率を計算し比較する作業
をくり返す。ｋ＜Ｋ−αならば更に負荷制限器を動作さ
せて負荷減少を強力にしなければならないから第２番目
或は第３番目の負荷制限器への信号を出す。

ＡＤｋ＜Ｋ−αの状態が負荷ランバツクのプラントの正
常応答時間ＴＲ以内かどうかをｍ△ｔと比較し、Ｔ・８
以内ならば、ｍをｍ＋１と定義しなおすと共にｎをｎ＋
１と定義しなおして次の△ｔ後の負荷減少率を検証する
。

Ｑ］） ｋ＜Ｋｂときは、負荷ランバツクが何らかの原
因で正常に動作していない場合の変化率と判断し直ちに
トリツプ信号を出す。

′ （代）もしもｋ＜Ｋ−α，Ｋ〉Ｋ−αの状態が存在し、
ＴＲを越えた場合も負荷ランバツクが何らかの原因で正
常に動作していないから、直ちにプラントトリツプ信号
を出し、プログラムもストツプさせる。

Ｑ３） ｋくＫ−αのときはほとんど負荷ランバック動
作が行なわれない場合であるから、発電プラントに対し
直ちにトリツプ指令を出し、プログラムもストツプさせ
る。

以上述べた本発明によれば、冷媒断の故障発生時点にお
けるプラント運転状態に応じた最適負荷減少率Ｋを計算
し、多段階的に負荷制限器６を動炸させることにより、
従来にくらベプラントに必要以上に無理を強いることが
なくなるので負荷ランバツクの成功率を高めることがで
きる。

また負荷ランバツクが理想的に進行しているか否かを常
時監視できるため、従来技術に比べ監視能力が非常に高
まり、その結果負荷ランバツク途中においても負荷ラン
バツク動作の失敗が予想されるときは直ちにプラント・
トリツプ指令を出すなどの予測制御が可能となり、機器
をより早く安全に保護することができる。なお、以上述
べた実施例は固定子巻線を水冷却する場合であるが、水
冷却の代りに他の冷却媒体例えば水素ガスを用いて冷却
するようにした発電機にも適用することができる。

また、上記実施例では負荷電流をサンプリングすること
により、負荷ランバツク完了制限時間Ｔ最適負荷減少率
Ｋ更にｋを求めるようにしたが、計器用変圧器（ＰＴ）
および計器用変流器（ＣＴ）により発電機の電力をサン
プリングし、Ｔ，Ｋおよびｋを求めるようにしてもよい
。

【図面の簡単な説明】

第１図は負荷ランバツクの進行過程を説明する図、第２
図は第１図から得られる時間と負荷電流の変化を示す図
、第３図は本発明方法を適用するシステムの概念図、第
４図は本発明方法の一実施例で使用するプログラムのフ
ローチヤートである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発電機の冷却装置が故障したら、発電機出力をラン
   バックするようにした下記のステップからなる発電ブラ
   ントの計算機による負荷ランバック制御方法。 （イ）発電機に固有の熱容量および発電機の出力電気量
   のサンプリング値から、そのときの出力の大きさに応じ
   た最適負荷減少率Ｋおよび負荷ランバック完了制限時間
   Ｔを計算し、（ロ）発電機冷却装置の故障により原動機
   に負荷ランバック指令を与え、（ハ）負荷ランバック動
   作中に得られる発電機出力電気量のサンプリング値から
   実際の負荷減少率にを計算し、（ニ）前記最適負荷減少
   率Ｋと実際の負荷減少率ｋとが予定の関係にあるか否か
   を検出し、負荷ランバック動作を継続するか中止するよ
   うにした発電プラントの計算機による負荷ランバック制
   御方法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前記
   最適負荷減少率Ｋと実際の負荷減少率ｋとがα＞ＩＫ−
   ｋＩのとき（但しα：余裕値） そのまま負荷ランバックを続行させるようにした発電プ
   ラントの計算機による負荷ランパック制御方法。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の方法において、最適
   負荷減少率Ｋと実際の負荷減少率ｋとがα＜ｋ−Ｋのと
   き、負荷ランラック動作を一時中止するようにした発電
   プラントの計算機による負荷ランバック制御方法。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載の方法において、最適
   負荷減少率Ｋと、実際の負荷減少率ｋとがｋ＜Ｋ−αの
   とき、更に強力な負荷ランバック動作を行なわせるよう
   にした発電プラントの計算機による負荷ランバック制御
   方法。 ５ 特許請求の範囲第１項に記載の方法において、最適
   負荷減少率Ｋと、実際の負荷減少率ｋとが、予定時間以
   上ｋ＜Ｋ−α のとき、発電プラントにトリップ指令を出すようにした
   発電プラントの計算機による負荷ランバック制御方法。 ６ 特許請求の範囲第１項に記載の方法において、最適
   負荷減少率ｋとがｋ≪Ｋ−α のとき、直ちに発電プラントにトリップ指令を出すよう
   にした発電プラントの計算機による負荷ランバック制御
   方法。