JPS5982505A - 蒸気タ−ビンの過速防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、蒸気タービンを原動機とする発電プラントに
おける蒸気タービンの過速を防止する方法に関するもの
である。

〔従来技術〕

第１図は従来形の蒸気タービン過速防止装置を設けた発
電プラントの一例の蒸気−制御系統図である。

蒸気発生器１を出た蒸気は、主蒸気止め弁２、蒸気加減
弁３を通り、高圧タービン４へ導ひかれる。高圧タービ
ン４を出た蒸気は再熱器５で再び加熱され、再熱蒸気止
め弁６、インターセプト弁７を経て、中圧タービン８で
仕事をし、低圧タービン９へ導かれる。低圧タービンを
出た蒸気は復水器１０へ導かれ復水する。この様な蒸気
タービン発電機において、発電機１１の負荷が急激に減
少すると、出力と負荷にアンバランスを生じ、それまで
電気エネルギに変換されていた蒸気の持つ熱エネルギの
うちアンバランス分（即ち出力−負荷の分）がタービン
に運動エネルギとして与えられる。この結果タービン発
電機の回転数は上昇し、その回転数による発生応力のた
めに軸折損。

翼飛散などの重大事故を発生する虞れが有る。

上記のような過速による重大事故を防止するため、従来
一般に、通常運転時の回転数制御手段の他に、蒸気加減
弁３とインターセプト弁７との一方式しくは両方を急閉
する機構が設けられている。

第１図に示した例は蒸気加減弁３およびインターセプト
弁７にそれぞれ急閉機構を設けたものである。

上記の急閉機構は基本的に蒸気力１１減弁開度検出器１
２、発電機負荷検出器１３、過速防止弁、Ｓ、閉回路１
４、および蒸気加減弁駆動部１５からなる。

蒸気加減弁開度検出器１２の出力である蒸気加減弁開度
信号Ａと、発電機負荷検出器１３の出力である発電機負
荷信号Ｂとは加速防止弁急閉回路１４に入力され、この
急閉゛回路１４で各々の設定値と比較が行われ、共に設
定値を満足すると、加速防止弁、急閉回路１４より弁急
開信号Ｃ及びＤが発信され、蒸気加減弁駆動部１５及び
インターセプト弁７の急閉機構の電磁弁を励磁し、該蒸
気加減弁、インターセプト弁は急閉される。

第２図に、上記の弁急開機構におけるインターロックの
ブロック区１を示す。発電機負荷検出器により検出され
た発電機負荷が設定値Ｘ％以下でかつ、蒸気加減弁開度
が設定値７３以上の場合、蒸気加減弁及びインターセプ
ト弁の急閉電磁弁が励磁され、弁は急閉する。尚タービ
ン出力を検出するのに蒸気加減弁開度に基づいて行なう
のは、定圧運転プラントの場合第３図に示す如く、ター
ビン出力と蒸気加減弁開度との間に一義的な関係が存在
することによる。なお、上記の加減弁開度は一般に、２
次スピードリレー若しくは加減弁サーボモータのストロ
ークによって検出される。

また、上述のごとく蒸気加減弁開度を一定値以上と定め
たのは、タービン出力が一定値以上であるという条件を
設けたことを意味するものであって、その理由を第４図
を参照しつつ次に略述する。

一般に、負荷遮断等によって蒸気タービンの回転速度が
上昇する場合、遮断時における負荷が大きいほど供給さ
れる熱エネルギーも大きいため、蒸気タービンの回転速
度上昇率も高くなるからである。第４図は横軸に時間を
とり、縦軸に蒸気タービンの回転速度をとって、負荷が
それぞれ２５％。

５０％、７５％、１００％の時に負荷を遮断した場合の
回転速度変化を示しだものであり、遮断時の負荷が大き
いほど回転速度の一時的上昇の大きいことが表われてい
る。

上述の理由により、負荷が比較的低い場合は前０Ｃのよ
うな弁急開機構を使用しなくても、通常の速度制御機構
忙よって蒸気タービンの過速を防正し得る。

次に、従来用いられている蒸気タービンの通常時の回転
速度制御機構の一例を示す第５図について、その機能を
説明する。

この制御機構を大別すると、仮想線で区画した（イ）部
は第１図のインターセプト弁７に相当する部分であり、
同じく（ロ）部は上記インターセプト弁部分の制御機構
部、８部は回転速度と負荷との調整機構部である。

回転速度と負荷との調整機構部（ハ）の補助パイロット
弁１６に入った制御油１７け主調速機１８の人出ポート
１９を経てスピードリレー２０の下部室へ流出入し、レ
バー機構２１を上下させる。このスピードリレー２０へ
の制御油の流入出は、主調速機１８、負荷制限器２２、
速度−負荷調節装屑２３の内、低値優先によって制御さ
れる。し・；−２１の動きはレバー２４を介しインター
セプト弁制御機構部（ハ）へ、またレバー２５を介して
蒸気加減弁制御機構へ伝達される。以下は、−例として
インターセプト弁制御機構の機能について説明スル。レ
バー２４の動きはダッシュポットブレイクダウンリンク
２６に伝えられ、ダッシュポットブレイクダウンリンク
２６内のシリンダ内のピストン２７に伝達される。この
際通常運転時は速度変動は微細、かつ緩慢な為、レバー
２４け極めてゆっくり上下動し、シリンダ内の油は上下
の小口径連結管２８内をゆっくり移動するだけで、ダッ
シュポットブレイクダウンリンク２６は上限の位置に静
止している。従ってレバー２４の動作はダッシュポット
ブレイクダウンリンク２６以降には伝達されない。（こ
れにより、インターセプト弁３８は全開状態を保ち続け
る。）尚タービン起動時（インターセプト弁弁開時）は
、ダッシュポットブレイクダウンリンク２６が下限の位
置から上限へ移動するのに伴ない、制呻油３０はパイロ
ット弁２９を介し７る。

てインター七ブト弁油圧トランスミッタ３１へ流入すハ ここで、予め、タービン回転速度に対する弁開度の割合
、即ち調定率が設定されていて、インターセプト弁油圧
トランスミッタ３１を通過した制御油は、インターセプ
ト弁油圧レシーバ３２内のパイロット弁を駆動する。そ
の動きはレバー３３によりパイロット弁３４のシリンダ
を押し上げ、制御油３５カパイロツト弁３４を介してイ
ンターセプト弁／リンダ３６上部に流入し、レバー３７
を押し下げ、インターセプト弁３８は全開する。この様
な一連のインターセプト弁通常制御機構に於てけ、負荷
遮断時等の瞬間的なタービン速度上昇に対する弁急開機
能は、ダッシュポットブレイクダウンリンク２６が持っ
ているに過ぎない。即ち、タービン速度上昇により、主
調速機１８内のピストンが下がりスピードリレー２０内
の制御油が急激にドレインされることによって生じる弁
急開動作は、レバー２１゜２４．２５の急激な弁全閉方
向への動きとなってダッシュポットブレイクダウンリン
ク２６内のシリンダ２７へ伝達される。するとシリンダ
下部の制御は、小口径連結管２８を通し円滑に上部室へ
流入することが出来ず、ピストン下部の制御油はあたか
も剛体の様な性質を示すことになる。この為、レバー２
４の急激な開方向への動作は、ピストン２７を押し下げ
るのみではなく、直接ダッシュポットブレイクダウンリ
ンク２６全体を急激に下へ押下げ、その動きは直接パイ
ロット弁２９以降の制御’ｊ’！ｉ　ｌ’ｉ４部へ伝達
され、インターセプト弁２８は急閉する。この様な弁急
開動作機構は通常速度制御機構にも設置はされているが
、ダッシュポットブレイクダウンリンクからインターセ
プト弁シリンダまでは、尚いくつもの機器がレバーを介
し接続されているだめ、特に高負荷運転時の負荷遮断等
蒸気タービンの残留熱エネルギーが大きい場合は、速度
上昇を低く押えることができない場合がある。

この様な場合は第６図に示す様な機構を具備することに
より、よシ直接的にインターセプト弁を急　閉すること
が可能である。次に、第６図に示した従来の弁急開機構
の一例について、その機能を説明する。

本図に示される弁急開機構は、第５図のパイロット弁３
４以降に具備されるものであり、インターセント弁油圧
レシーバ３２以前の制御機構は全く第５図の機構と同じ
である。従ってインターセプト弁油圧レシーバ３２以前
の機１１りは図より省略する。パイロット弁３４上部に
は過速防止リレー３９が具備されている。通常連転時に
おいて制御油４１はパイロット弁４０を介して中間リレ
ー４２の下部に流入し、ピストン４３を押し上げている
。この為制御油４１は中間リレー４２を介し、加速防止
リレー３９の下部へ流入し、ピストン４４はバネ４５に
抗して押し上げられた状態にある。まだ制御油４１はパ
イロット弁３４を介してインターセプト弁／リンダ３６
上部に流入し、インターセプト弁３８は全開状態にある
。この様な通常運転時発電機負荷が設定値以下である事
を示す電気信号４６が発電機負荷検出器４７に入力され
、１だタービン出力を示す蒸気加減弁開度信号４８が設
定値以上である事が過速防止弁急閉回路４９に入力され
た場合、過速防止弁急閉電磁弁５０は直ちに励磁され、
パイロット弁内のピストン５１は右側へ移動し、中間リ
レー４２の下部に供給されていた制御油はドレインされ
る。この為ピストン４３ｔ−１：下がり、過速防止リレ
−３９下部の油はドレインされ、パイロット弁３４のピ
ストン４４けバネ４５により急速に下がり、／リンダ３
６上部の制＃１１油がドレンされる。この結果ロッド３
７はバネ５２により急激に上昇し、インターセプト弁３
８は急閉する。この様な過速防止機構を具備することに
より、高負荷運転時の負荷遮断等の時点において、よシ
直接的にインターセプト弁を急閉すると吉が可能となる
。

以上の如〈従来のＩＰ急閉機構においては、タービン出
力を検出する方法として第３図に示したような蒸気ター
ビン出力−蒸気加減弁開度の−義性金利用し、蒸気ター
ビン出力を蒸気加減弁開度により検出していた。

しかし、上に述べた従来の方法では、主蒸気圧力が一定
負荷領域で変化する変圧運転プラントにおいて、蒸気タ
ービン出力−蒸気加減弁開度の関係が一義的に決まらな
い。この運転領域において蒸気加減弁はほぼ全開に近い
状態′を維持し、主蒸気圧力が変化することにより負荷
の値が変動する。

上述の理由により、変圧運転プラントにおいて目、従来
性われていたような蒸気加減弁開度によって蒸気タービ
ン出力を検出することができず、従って蒸気タービンの
過速を防止することができない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、変形運転においても有効に使用し得る
蒸気タービンの過速防止方法を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明の基本的原理は、変圧運転中のタービン出力は上
述のごとく蒸気加減弁開度によっては求め得ないが、主
蒸気圧力によって一義的に決凍ることを利用したもので
ある。

第７図に、変圧運転プラントにおけるタービン出力と、
主蒸気圧力および加減弁開度との関係を示す。破線で示
したごとく、蒸気加減弁開度は変圧運転域においてほぼ
一定であり、この区域においてタービン出力は実線で示
した主蒸気圧力にほぼ比例する。この点に着目して本発
明は主蒸気圧力を検出することによりタービン回転を算
定し、これに基づいてタービン回転の過速を防止するよ
うに制御を行なう。また、この第７図から理解し得るよ
うに、定圧運転域においては主蒸気圧力によってタービ
ン出力を算定することができないから、この区域におい
ては蒸気加減弁開度によってタービン出力を算定する方
法を併用することが適当である。本図においてａ％は変
圧開始前の主蒸気圧力、ｂ％は変圧終了後の主蒸気圧力
である。

本発明の過速防止方法は、上述の原理に基づいて前記の
目的を達成するため、発電機負荷の急減時Ｋ、（ａ）定
圧運転域では蒸気加減弁の開度を検出してタービン出力
を算定し、（ｂ）変圧運転域では主蒸気圧力を検出して
タービン出力を算定し、上記のようにし−ｒｘ定したタ
ービン出力が予め設定した値以上であり、かつ、発電機
負荷が予め設定した値以下である場合、前記の蒸気制御
弁を急閉することを特徴とする。

〔発明の実施例〕

第８図−は本発明の過速防止方法を実施するため−Ｋ構
成した蒸気タービン発電プラントの蒸気−制御系統図で
あり、従来方法を実施するように構成された蒸気タービ
ン発電プラントにおける第１図に対応する図である。

第１図と比較して異なる点は欠配のごとくである。

（１）　　主蒸気発生器１に主蒸器圧力検出器５３を付
設し、その出力信号Ｅを過速防止烏、閉回路１４′に人
力せしめるように構成する。

（１１）上記の過速防止急閉回路１４′は、従来装置に
おけ５る過速防止急閉回路１４と類似の構成部利である
が、蒸気加減弁開度検出器１２の出力信号Ａおよび発電
機負荷検出器１３の出力信号Ｂのみでなく、上記の主蒸
気圧力検出器５３の信号出力Ｅをも入力し、これら３種
類の信号出力Ａ、Ｂ、Ｅに基づいて演算を行ない、イン
ターセプト弁７および蒸気加減弁駆動部１５を制御する
ように構成しである。　゛ このように構成した発電プラントにおける本発明の過速
防止方法の一実施例を第９図について次に説明する。こ
の第９図は過速防止急閉回路１４′内における作用を表
わしたフローチャートである。

負荷遮断時にタービン回転速度が上昇することは既に述
べたごとくであるが、この回転速度の上昇によってター
ビン軸又はタービン楓が危険状態となるような負荷遮断
駄の最低値をＮｃ％とする。

この場合、タービンにとって危険区域は、（ａ）　　タ
ービン出力Ｎｃ％以上であり、かつ（ｂ）　　発電機負
荷（１００−Ｎｃ）％以下になった場合 である。

いま、タービン出力＝　Ｎ　ａ％の点が変圧域内にある
場合、タービン出力Ｎｃ％の時の主蒸気圧力を２％とす
る（即ち、ａ　（Ｚ　（ｂとする）と、第１０図から容
易に理解されるように主蒸気圧力がｚ％以上の場合は常
にタービン出力がＮｃ％以上である。

そこで、ターモノ出力Ｎｃ％以上であり、かつ発電機負
荷（１００−Ｎｃ）％以下という範囲は、１００−Ｎｃ
　＝　Ｘとおくと、主蒸気圧力２％以北かつ発電機負荷
ｙ％以上と書きかえられる。一方ｚ＝１〕即ち定圧運転
域にタービン出力−Ｎｃ％の点がある場合は、主蒸気圧
力は一定の為、タービン出力を主蒸気圧力で決定するこ
とは不可能であり、蒸気加減弁開度でタービン出力を検
出する。

タービン出力Ｎｃ％相当の蒸気加減弁開度をｙ％とする
と、第１１図より蒸気加減弁開度ｙ％以上ならば、ター
ビン出力はＮｃ％以上である。

以上をまとめて第９図の７０−チャートにおいて、左列
はａ（ｚ（ｂ、即ちタービン危険出力（ＮＣ％）が変圧
運転域に存在する場合を示し、右列は上記の危険出力（
Ｎｃ％）が定圧運転域にある場合を示す。

第１０図は危険出力（ＮＣ％）が変圧運転域にある場合
のタービン出カー蒸気加減弁開度、主蒸気圧力を表わす
図表、第１１図は危険出力（Ｎｃ％）が定圧運転域にあ
る場合のタービン出カー蒸気加減弁開度、主蒸気圧力を
表わす図表である。

第９図のフローチャートに示すごとく、定圧運転域では
蒸気加減弁の開度を検出してタービン出力を算定し、変
圧運転域では主蒸気圧力を検出してタービン出力を算定
し、上記のようにして算定したタービン出力が予め設定
しだ値以上であり、かつ、発電機負荷が予め設定した値
以下である場合、前記の蒸気制御弁を急閉するように制
御すると、変圧運転域においても正確にタービン出力を
算定し、これによってタービン回転の過速を有効に防止
することができる。

上記のごとく第９図のフローチャートに基づく制御を行
なうと、タービンが比較的小容量である場合、又は他の
弁急開機構（例えば加速リレー等）が併設されている場
合には充分の過速防止効果が得られるが、タービンが大
容量のものである場合は危険出力Ｎｃが小さいので、前
述の第９図のフローチャートで対応することが困難であ
る。

このような場合には、実際の負荷遮断量ΔＮ％（ただし
ΔＮ＝タービン出カ出発−発電機負荷規定値以上となっ
た時に蒸気加減弁とインターセプト弁とを急閉する。

上記のように制御して過速を防止する場合のフローチャ
ートを第１２図に示す。このフローチャートによる過速
防止方法の内容を第１３図を参照しつつ次に説明する。

主蒸気圧力Ｐ１が変圧域内である場合、即ぢ、ａ＜Ｐ＋
＜ｂの時は、主蒸気圧力によジタービン出力は一義的に
決まる。そのタービン出力をＮｌ、発電機出力をＮａと
すると、 ΔＮ＝Ｎ＋　　　Ｎ。

となり、 ΔＮ≧Ｎｃ で蒸気加減弁及びインターセプト弁急閉信号を出力する
。

定圧運転時、即ち主蒸気圧カーａ１或いは主蒸気圧力＝
ｂの場合には、主蒸気圧力が一定であるため主蒸気圧力
によってタービン出力を算定することができない。しか
し、この場合においてタービン出力は蒸気加減弁開度に
よって一義的に決まるから、蒸気加減弁開度を検出して
タービン出力を算定する。そしてΔＮ≧Ｎｃのとき蒸気
加減弁及びインターセプト弁の急閉信号を出力する。

上述の各実施例では、いずれも、蒸気加減弁とインター
セプト弁との両方急閉させるように信号を出力し、両弁
を同時に急閉しているが、本発明の方法を使用する場合
、タービン容量、タービン特性、並びに他の急閉機構の
併設状態等を勘案していずれか一方の弁のみを急閉して
過速を防止することを妨げない。

第９図および第１０図について以上に説明したように、
ΔＮ−タービン出カー発電機負荷が予め設定した値以上
になったときに蒸気制御弁を急閉する方法を用いれば、
詳しくは、定圧運転域では蒸気加減弁の開度かもタービ
ン出力を算定し、変圧運転域では主蒸気圧力からタービ
ン出力を算定し、上記のようにして算定したタービン出
力と、発電機負荷検出器１３によって検出した発電機負
荷との偏差が予め設定した値以上になったときに蒸気制
御弁を急閉する制御方法を用いれば、タービンが大形で
危険出力Ｎｃが小さい場合に適正な過速防止を行なうこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の過速防止方法は、蒸気発
生器と、蒸気タービンと、蒸気制御弁と、発電機とより
なり、変圧運転を行なう蒸気タービン発電プラントにお
いて、発電機負荷の急減時に、（ａ）定圧運転域では蒸
気加減弁の開度を検出してタービン出力を算定し、（ｂ
）変圧運転域では主蒸気圧力を検出してタービン出力を
算定し、上記のようにして算定したタービン出力が予め
設定した値以上であり、かつ、発電機負荷が予め設定し
だ値以下である場合、前記の蒸気制御弁を急閉すること
により、蒸気タービンが変圧運転を行なう場合において
も、負荷の遮断に伴うタービンの過速を有効かつ確実に
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の過速防止手段を備えた蒸気タービンプラ
ントの蒸気−制御系統図、第２図は一ヒ記の過速防止手
段の作動を説明するブロック図、第３図は定圧運転にお
けるタービン出力と蒸気加減弁開度との関係を示す図表
、第４図は負荷の遮断に伴うタービン回転速度の変化を
示す図表、第５図は蒸気タービンの通常速度制御機構の
系統図、第６図は蒸気タービンの弁急開機構の系統図、
第７図は変圧運転プラントにおける蒸気加減弁開度及び
主蒸気圧力とタービン出力との関係を示す図表、第８図
は本発明の過速防止方法を実施するために構成した蒸気
タービンプラントの一例における蒸気−制御系統図、第
９図は第８図の蒸気タービンプラントにおける本発明方
法の一実施例を示すフローチャート、第１０図及び第１
１図はそれぞれ異なる特性を有する蒸気タービンの各−
例における蒸気加減弁開度及び主蒸気圧力とタービン出
力との関係を示す図表、第１２図は第９図と異なる実施
例におけるフローチャート、第１３図は第１０図および
第１１図に例示した蒸気タービンと異なる特性を有する
蒸気タービンにおける蒸気加減弁開度及び主蒸気圧力と
タービン出力との関係を示す図表である。 １・・・蒸気発生器、２・・・主蒸気止め弁、３・・・
蒸気加減弁、４・・・高圧タービン、５・・・再熱器、
７・・・インターセプト弁、８・・・中圧タービン、９
・・・低圧タービン、１０・・・復水器、１１・・・発
電機、１２・・・蒸気加減弁開度検出器、１３・・・発
電機負荷検出器、１４．１４’・・・過速防止急閉回路
、１５・・・蒸気加減弁駆動部、５３・・・主蒸気圧力
検出器。 代理人　弁理士　秋本正実 第　１　図 第　２　固 第　３　図 第　４図 晴　　　間 第　Ｓ　図 第　６　図 第　８　口 第　９　図 案　ｔｏ　　７ 第　１１　　口 半　１２　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気発生器と、蒸気タービンと、蒸気制御弁と、発
   電機とよりなシ、変圧運転を行なう蒸気タービン発電プ
   ラントにおいて、発電機負荷の急減時に、（ａ）定圧運
   転域では蒸気加減弁の開度を検出してタービン出力を算
   定し、（ｂ）変圧運転域では主蒸気圧力を検出して）−
   ビン出力を算定し、上記のようにして算定したタービン
   出力が予め設定した値以上であり、かつ、発電機負荷が
   予め設定した値以下である場合、前記の蒸気制御弁を急
   閉することを％徴とする蒸気タービンの過速防止方法。 ２、前記（ａ）、（ｂ）のようにして算定したタービン
   出力と発電機負荷との偏差が予め設定した値よりも大き
   くなった場合に、前記の蒸気制御弁を急閉することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の、蒸気タービン
   の過熱防止方法。