JPS6011605A - 蒸気タ−ビン制御方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は蒸気タービン制御方法に係り、特に沸騰水型原
子力発電所に於いて原子炉補助系を構成する原子炉隔離
時冷却系（以下、ＲａＩｃ系と称する）で用いるポンプ
駆動用蒸気タービンの起動制御を行うに好適な蒸気ター
ビン制御方法に関する。

〔発明の技術的背景〕

沸騰水型原子力発電所におけるＲａＩｃ系は燃料取扱設
備、燃料プール冷却浄化系、原子炉冷却材浄化系、残留
熱除去系等とともに原子炉の補助設備である原子炉補助
系に属する。このＲａＩｃ系は原子炉の停止後、何らか
の原因で原子炉への給水系が停止した場合、原子炉内の
水位を維持するために炉内蒸気を一部使用して蒸気ター
ビンを駆動し、これに直結する給水ポンプにより残留熱
除去系の蒸気凝縮水または復水貯蔵タンク水等を炉心に
注入する設備である。このため、かかる設備に要求され
る信頼性は非常に高いものとなっている。

第１図は周知のＲａＩｃ系の概略系統図を示すものであ
る。同図からも明らかな如＜、ＲｅＩＣ系はポンプ駆動
用蒸気タービン＋、Ｒ（ｌ工Ｏポンプよ、コンデンサ６
から成る主要系統機器の他に。

原子炉７と蒸気タービンダを連結する蒸気管ラインｇ、
蒸気管ラインｇに設備される電動弁／、主蒸気止め弁コ
、調速弁３およびこれらをとシまく給水管等の主要配管
、主蒸気隔離弁９等の弁類によ多構成されるのが一般的
である。

かかる構成に於いて、原子炉７のスクラム時に主蒸気隔
離弁９が閉じられると、原子炉系が図示しない蒸気ター
ビン系から隔離された状態となり、原子炉給水系が停止
する。その結果、原子炉り内の圧力が上昇し、図示しな
い逃し安全弁を作動させる。一方、給水が喪失している
ため原子炉りの崩壊熱による蒸気発生は続行されるため
、炉水位は低下し続ける事となる。かかる状態で原子炉
りの水位が降下し、ある規定値になると、ＲＯ工０系の
自動起動信号が発生し、蒸気タービンダの蒸気管ライン
Ｉｔ／Ｃ設げられた電動弁ｌを全開させる。

一方、主蒸気止め弁コ、調速弁Ｊは蒸気タービンｔの起
動前に予め機械的に全開させられているため、電動弁／
を通過した蒸気は主蒸気止め弁コ。

調速弁３を経て蒸気タービンｌに流入し、蒸気ターピン
クを起動する。

ところで、一般的な蒸気タービンの起動時においては、
先ず調速弁３を全閉状態から開状態とする事によりター
ビンを回転させるのに対し、ＲＣＩＣ系の蒸気タービン
ｌでは先にも述べた様に調速弁３を起動前に全開させて
おく訳であるが、これはこの種の蒸気ターピングが非常
用のものであり。

蒸気タービンｌの制御用電源および調速弁３の駆動源で
ある制御油圧が確立されていない条件下でも蒸気タービ
ンｌを起動させなければならないとの理由による。つま
り、ノ々ヅテリ等から供給される直流電源で駆動される
電動弁ｌをまず開き、蒸気ターピングを起動させて、蒸
気タービンｌの回転によって得られる制御電源および蒸
気タービンダに直結した図示しないポンプにより発生さ
せられる油圧を確立した後１通常の調速弁３による運転
動作に入らせるためである。このようにして、蒸気ター
ビンｑを起動した後は、その回転上昇に伴い、これに直
結するＲＯ工Ｃポンプ５から原子炉りに対して冷却水が
送出され、原子炉７の炉心の冷却および炉水位の回復が
可能となる。

第２図は従来の蒸気タービン制御方法によシ蒸気タービ
ンダな起動する場合における電動弁ｌ。

調速弁３の各々の弁開度／Ａ、、？Ａ及び蒸気ターピン
グの回転数！ＩＡの関係を示す特性図である。

第一図に示す如く、時刻Ｔ１にＲＯ工０系の自動起動信
号が発生したとすると、まず電動弁ｌに全開信号が入り
、電動弁開度／Ａは全閉状態開度／　から全開状態開度
１０へ向っである時間を以って変化する。電動弁／から
の蒸気は全開状態にある主蒸気止め弁コおよび調速弁３
を介して蒸気タービンｌに流入する。蒸気ターピングは
時刻Ｔ１からある時間遅れΔＴＩを以って初めて回転し
始めるが、この場合電動弁ｌを経た多量の蒸気が直接蒸
気タービンｌ内に流入するため、その回転数ｇＡの上昇
は非常に急激なものとなる。ところで。

蒸気ターピングの回転数ｌＩＡはＲＯ工０ポンプよの吐
出量の要求値によシ決定される回転数に到達した時点で
整定するのが望ましい。ところが、実際には調速弁、３
の弁開度３Ａが起動前には全開状態開度３゜であること
、また蒸気タービン回転数＋Ａの上昇に伴い確保される
調速弁３の駆動源となる油圧が遅れをもっていること等
の理由により。

タービン回転数ｌＩＡを直ちには整定できず、目標回転
数を上まわってオーツ々シーートを伴ってしまう。この
オーツ々シーートはその後確立された油圧により駆動さ
れる調速弁３を急激に全閉近くまで閉鎖することにより
停止させることが出来るが。

逆に蒸気ターピングは回転数降下を始めることとなる。

その結果、蒸気ターーングの回転数ｌＩＡは目標回転数
を下まわってアンダーシュートとなり調速弁３の作用に
よシ再び回転数ｌＩＡは上昇に転じる。このように、オ
ーツマシュート、アンダーシュートを数回繰り返した後
、ＲＯ工Ｃポンプ３の要求吐出量に見合った回転数に蒸
気タービンダを調速することが可能となる。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、起動時における蒸気タービンｌの回転数
ｌＩＡの挙動は以下に述べるような問題点を含んでいる
。第１に、調速弁３の駆動源である油圧の立上がりが遅
い場合、オーツマシュートによる回転数’７Ａのピーク
値が、蒸気ターピングの保護装置として設置されている
図示しない過回転防止用非常調速機を作動させ、その結
果としてタービンをトリップさせてしまう可能性がある
事である。第コには、蒸気ターピンクの急激な回転数上
昇が、蒸気タービンｔの本体はもちろんの事、タービン
軸受部や歯車部等に大きな衡撃力を与え、その寿命や信
頼性に重大な影響を与える事である。

更に第３には、蒸気ターピングの起動後、調速点に至る
までの間の回転数不安定が振動発生の原因となり、監視
装置、保護装置等の他の機器の誤動作を誘導する原因と
なる可能性がある事である。

以上述べたように、ＲＣＩＣ系に対して要求される信頼
性が非常に高いものであるにもかかわらず、従来のター
ビン制御方法に於いては、特に起動時においてその信頼
性に問題があり、何らかの対策が必要とされてきた。

〔発明の目的〕

従って１本発明の目的は上記従来技術の問題点を解消し
、ＲＣＩＣ系に用いられる蒸気タービンの起動時に、蒸
気タービン入口に設けられた電動弁の開度を主蒸気圧力
および給水要求量により決定づけられる開度まで開け、
一時的に蒸気タービンへの流入蒸気量を制限し、タービ
ンの急激な回転数上列やこれに伴い発生する衝撃や振動
等を抑制し、信頼性の高いＲＯＩＣ系を実現する事を可
能ならしめた蒸気タービン制御方法を提供するにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明は蒸気タービンに至
る蒸気系統に設けられた常閉の第１の弁を蒸気タービン
を所要回転数にするに必要な開度に演算制御し、蒸気タ
ービンの回転数を制御するべく第１の弁に直列に接続さ
れた常閉の第ユの弁が動作可能な状態になった事を検出
し、次に第７の弁を全開にすると共に第２の弁による蒸
気タービンの制御を行なわせる蒸気タービン制御方法を
提供するものである。

〔発明の実施例〕

以下２図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明の一実施例に係る蒸気タービン制御方法
の基本的な考え方を示すブロック図である。同図に於い
て、主蒸気圧力検出器ｌθは蒸気管ラインｔの主蒸気圧
力を検出して検出信号Ｐ□を出力する。給水流量設定器
ｔｉは流量設定信号ＱＲを発生する。関数発生器１２は
圧力検出信号Ｐ１に補正信号ΔＰを加えた信号並びに流
量設定信号ＱＲＫ基いてＲＣ工ＣポンプＳの流量対回転
数特性（以下、　Ｑ−Ｈ特性と称する）を関数演算し回
転信号Ｎ□を発生する。関数発生器７３に土圧力検出信
号Ｐ　及び回転数信号Ｎ１に基いてタービン回転数対必
要蒸気量特性（以下、Ｎ−Ｇ特性と称する）を関数演算
し蒸気量信号Ｇ□を発生する。関数発生器／ｌＩは圧力
検出信号Ｐ　並びに蒸気量信号Ｇ１に基いて電動弁流量
対開度特性（以下、Ｇ−ＩＪ特性と称する）を関数演算
し弁開度信号Ｌ□を発生する。全開信号発生器／には電
動弁ｌの全開信号を発生する。論理回路／６は蒸気ター
ピングの回転数信号２１１！Ｌ、調速弁３の開度信号コ
λ４、制御油正確（９）　りり 車信号ｎａの論理和条件に基いて信号を発生し、リレー
１９を動作させる。加算回路／りは弁開度信号Ｌ□とリ
レー１９の接点を介して与えられる全開信号発生器／３
からの全開信号を加算して弁開度調節器／ｇに送出する
。弁開度調節器７ｇは電動弁／の開度調節を行なう。な
お、起動回路〃はＲＯ工０系の起動信号を発生する。

ちなみに、関数発生器ｌコは給水流量設定器／／により
設定される給水流量が流量設定信号Ｑ３として与えられ
、一方主蒸気圧力検出器ＩＯからの圧力検出信号Ｐ□に
対応する原子炉７の内圧が与えられると、システムヘラ
ｒ曲線およびポンプ回転数特性２つまりＲＯ工Ｏポンプ
３のＱ−Ｈ特性に基いて必要なポンプ回転数を回転数信
号Ｎ１として出力する。

なお、関数発生器１３に設定されるＮ−Ｇ特性は。

回転数信号Ｎ□で与えられる蒸気ターピングの回転数が
タービン軸動力”ＫＷに関係づけられ、さらに軸動力Ｋ
Ｗが蒸気タービンダへの流入蒸気量によって決まるとい
う関係に基いて決定されるもの（ｔｏ） である。但し、蒸気ターピングの入口での蒸気条件が異
なれば、同軸動力を得る場合流入蒸気量も異なシ、従っ
て一般的には蒸気圧力が高ければ蒸気ターピングへの流
入蒸気量は少なくてすむ傾向にある。ちなみに、ＲａＩ
ａ系の蒸気管ラインｇの蒸気は飽和蒸気に近い状態であ
り、圧力がまれば蒸気の保有するエネルギーは一義的に
決定される。

更に、関数発生器ｌｌｌに於いて設定される電動弁／の
Ｇ−Ｌ特性は、弁入口側の蒸気条件、具体的には主蒸気
圧力が定まれば弁通過蒸気量と弁リフト間には一定の関
係があるという事実に基いて設定されるものである。

かかる構成に於いて、原子炉７のスクラム等により起動
回路ＪよりＲＯＩＯ系への起動信号が入力されると、ま
ず主蒸気圧力検出器１０は主蒸気圧力を検出し、圧力検
出信号Ｐ□を関数発生器／２゜／３　、　／４’に送出
する。圧力検出信号Ｐ□を与えられた関数発生器／コは
この圧力検出信号Ｐ□に補正信号ΔＰを加えた信号と給
水流量設定器／／からの流量設定信号ＱＲを入力とし、
ＲＣ工Ｃポンプｋに　・必要ガ回転数を回転数信号Ｎ□
として出力する。

ちなみに、補正信号ΔＰを加えろ理由は、ＲＯ工０ボン
ゾ左の吐出圧力を炉内圧にポンプ吐出口と原子炉間の配
管損失を加えた圧力とする必要がある為である。なお、
補正信号ΔＰは配管損失が流量により影響を受けろ事か
ら、給水流量設定器／／からの流量信号ＱＲに基いて発
生させている。この回転数信号Ｎ工は圧力検出信号Ｐ工
と共に関数発生器１３に入力されることとなるが、ここ
では蒸気ターピングの必要蒸気量が計算され蒸気量信号
Ｇ□として出力される。この蒸気量信号Ｇ１は関数発生
器／Ｑに送出されるが、関数発生器ｌｌＩばこの蒸気量
信号Ｇ□および圧力検出信号Ｐ□を入力として必要な弁
開度を算出し、弁開度信号Ｌ□として出力する。

ここで得られた弁開度信号Ｌ□は、検出された主蒸気圧
力下でＲｆ：！ＩＣポンプ５の必要回転数を得るに必要
な蒸気ターピングの流入蒸気量を流し得る電動弁／の弁
開度を要求する信号である。この弁開度信号Ｌ１は加算
器／７を介して弁開度調節器／ｇに与えられるが、その
結果電動弁ｌは必要な弁開度まで弁開度調節器／ざによ
り開けられる。電動弁／の開動作に伴い蒸気タービンｑ
は回転数上昇を生じ、併せてＲＯ工ａｙｌンプ３も原子
炉に対する給水を始める。

一方、蒸気タービンダの回転数上昇に伴い、蒸気タービ
ンｌに直結された調速弁３の駆動源である図示しない制
御油圧用ポンプがその本来の機能を果たす事となり、蒸
気ターピングへの蒸気流量制御しま電動弁ｌから調速弁
３へ移行可能となる。

この時点で、電動弁／を初期弁開度に保持しておく必要
性がなくなり、電動弁ｌを全開させる必要が出て来る。

この場合、タービン制御系に本来の機能が備わった事が
確認できる条件、つまり、蒸気タービン回転数がある回
転数に達した事を示す回転数信号２／ａ、調速弁３の実
開変が一定値を超えた事を示す開度信号ユ２ａ、制御油
圧が所定値に達した事を示す制御油圧確立信号Ｕａ等を
論理回路／６を介して検出し、リレー７９を動作させる
ことにより全開信号発生器／左からの全開信号を加算器
／７を介して弁開度調節器／ｇに送出させ、電動弁／を
全開状態とする。

次に１本実施例の蒸気タービン制御方法を適用した場合
のＲｏＩＯ系の起動時における蒸気タービン回転数ＩＡ
、電動弁ｌの開度／Ａ、調速弁３の開度３Ａの推移およ
び相互の関係を第り図の特性図に従って説明する。ちな
みに、第を図では、第２図の特性図との相違点を明薙に
するため第２図に示した蒸気タービン回転数＋Ａ、電動
弁ｌの開度／Ａ、調速弁３の開＆、？Ａを破線にて示す
。

さて、ＲＯＩＣ系に対する起動信号が時刻ＴＩに入力さ
れると、第３図の構成に基く演算系により初期の電動弁
／の開度が設定され開度信号Ｌ□として送出される。そ
の結果、電動弁／は開度／。

の状態から開度ｌ工の状態まで開く。電動弁ｌの開方向
の動きにより蒸気ターピングに蒸気が供給されるため、
ある時間の遅れをもってタービン回転数ケＡは上昇する
事となるが、この時の回転数上昇割合はターピングＡへ
の流入蒸気量が電動弁／の開度／、により制限を受けて
いるため、従来に比較して緩慢なものとなる。蒸気ター
ピングの回転数ＱＡの上昇に伴い、調速弁３の駆動源で
ある制御油圧が制御油圧用ポンプにより徐々に確立され
１時刻Ｔ２に於いてこれが蒸気タービンｑのある回転数
ｌＩａ′にて確立されたとすると、調速弁３は全開開度
３゜より弁を閉め始め、蒸気タービンｌの回転数制御を
担う事となる。一方、電動弁／は制御油圧確立信号３ａ
、タービン回転数がある一定回転以上に到達した事を示
す回転数信号２／ａ調速弁３が閉まり始めた事を示す開
度信号コべ等によシ、論理回路／６で検出される条件に
基いて開度を制御開度／、の状態から全開開度ｌ。へ移
行させ、時刻Ｔ３で全開状態となる。一方、タービン回
転数＋Ａは電動弁／が弁開度ｌ工から全開状態開度／。

へ移行し始めても、その回転数制御は調速弁３に移行し
ているため多少のオーツ々シュートが発生するとしても
急激な回転数上昇を発生することなく所要の目標回転数
に向ってほぼ安定に制御され１時刻Ｔ４に於いてほぼ安
定な制御状態に入る。

なお、ＲＣＩＣ系に要求される条件の１つとして、ター
ビン起動信号が入力された時刻Ｔ１よシ定格給水流量に
達するまでの時間はある規定時間内にある必要があるが
１本実施例によれば起動時における回転数上昇が比較的
緩慢であるにもかかわらず、オーツ々シュートやアンダ
ーシュートが小さいため整定までに要する時間は短く抑
える事が可能であり、従来の場合とほとんど変わらない
時刻Ｔ４に於いては、目標流量を達成することが可能で
ある。

ところで、上記実施例は、蒸気タービン起動に当って電
動弁を用いた場合を例示したが、他の電気−空気式調整
弁等においても同様な制御方法が適用可能であることは
云うまでもない。

〔発明の効果〕

以上述べた如（１本発明によれば、ＲＣ！■Ｃ系に用い
られるポンプ駆動用の蒸気タービンの起動に当って、急
激な回転数上昇により発生する機器へのストレスを軽減
すると共に機器の損傷を防止し１回転数上昇による非常
調速機の誤動作や制御不安定に起因する振動による監視
計器、検出器の誤動作を防止し、更に規定時間内に迅速
に必要給水量を確保する事を可能ならしめた。またＲＣ
工Ｃ系の信頼性を高め原子力発電所の運用面で効果的な
蒸気タービン制御方法を得る事が出来るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は周知の原子炉隔離時冷却系の概略系統図。 第一図は従来の蒸気タービン制御方法によるＲｅＩＣ系
起動時のタービン回転数、電動弁開度。 調速弁開度の挙動を示す特性図。 第３図は本発明の一実施例に係る蒸気タービン制御方法
の基本的な考え方を示すブロック図。 第４図は第３図構成によるＲｅＩＣ系起動時のタービン
回転数、電動弁開度、調速弁開度の挙動を示す特性図で
ある。 ｌ・・・電動弁、３・・・調速弁、ｔ・・・蒸気タービ
ン。 左・・・ＲＯ工Ｃ？ンプ、７・・・原子炉、／／・・・
給水流量設定器、／コ、　／３　、　／４’・・・関数
発生器。 出願人代理人　猪　股　清 区 へ 妊

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 蒸気タービンに至る蒸気系統に設けられた常閉の第１の
   弁を蒸気タービンを所要回転数にするに必要な開度に演
   算制御し、蒸気タービンの回転数を制御するべく第１の
   弁に直列に接続された常開の第ツの弁が動作可能な状態
   にたった事を検出し、次に第１の弁を全開にすると共に
   第一の弁による蒸気タービンの制御を行なわせる事を特
   徴とする蒸気タービン制御方法。