JPS6120684B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタービン発電機の冷却故障等の発電シ
ステムの異常に対し、発電機の出力を低下させる
こと等により発電システムの大事故を回避する負
荷ランバツク装置に関する。

固定子水冷型タービン発電機（以下発電機と称
す。）においては水でその固定子を冷却している
ため、定格負荷近辺で運転中に、何等かの事故に
より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。
このような事を防止するために、従来から発電機
出口冷却水の温度上昇や発電機入口冷却水の圧力
低下等の発電機固定子の冷却水異常が生じると、
発電機の出力を３分以内に発電機自冷容量相当の
負荷（350M級の容量の発電機では定格の30％、
それ以上の容量の発電機では定格の26％）まで下
げるようにタービンを制御する、いわゆる負荷ラ
ンバツクを行なつており、もし、ランバツクが不
調で３分以内に目標負荷まで下らなかつた場合は
ボイラ、タービン、発電機等を全て停止させるい
わゆるユニツトトリツプが行なわれている。これ
を図に従つて説明する。

第１図は従来の発電システムおよび固定子冷却
系統の概略構成図である。ボイラ１から発生され
た蒸気は主塞止弁２および加減弁３を通つて、タ
ービン４に送られ、このタービン４の軸に直結さ
れている発電機５を回転させ発電する。発電機５
の出力は主変圧器６およびしや断器７を介して電
力系統に送られる。発電機５の出力電流は、電流
変成器８およびこの電流変成器８に接続された電
流検出器９により監視されている。この電流検出
器９は発電機５の出力電流があらかじめ設定され
た値以上になるとオンして動作信号を外部へ出力
し、設定値以下になるとオフして信号出力を停止
するものである。

一方、発電機５の固定子冷却水は、固定子冷却
水ポンプ１０により発電機５へ送られ、固定子を
冷却した後、熱交換器１１に送られ固定子冷却時
の吸収熱を外部へ放出し、再びポンプ１０により
発電機５に送り込まれる。この動作を繰返して発
電機固定子を常に冷却している。１２は圧力スイ
ツチ（PS）で、この圧力スイツチには固定子冷
却水の発電機入口圧力を検出し、設定値以上にな
るとオフし、設定値以下になるとオンするもので
ある。また、１３は温度スイツチ（TS）で、こ
の温度スイツチ１３は固定子冷却水の発電機出口
温度を検出し、設定値以上になるとオンし、設定
値以下になるとオフするものである。これ等のス
イツチ１２，１３はそれぞれ発電機保護上必要な
値に設定されており、これ等を圧力スイツチ１２
はＰ（例えば0.9Kg/cm²）、温度スイツチ１３はＴ
（例えば95℃）に設定されている。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
えば定格の30％）に設定されており、I₁以上でオ
ン、以下オフの信号を出力する。なおＨは、発電
機系統である。

第２図は第１図の制御ブロツク図である。この
第２図において、圧力スイツチ１２の圧力がＰ以
下または温度スイツチ１３の温度がＴ以上でかつ
電流検出器９の検出による発電機負荷電流がI₁以
上の条件の条件が成立すると、タービンランバツ
ク指令信号Ａを加減弁３の開閉制御を行なう制御
装置３Ｍに供給し、あらかじめ定められた一定の
負荷降下率で加減弁３をランバツクし、負荷電流
がI₁以下になると信号Ａが復帰し、加減弁３のラ
ンバツクは停止する。一方、信号Ａが発生した時
点でランバツク許容時間t₁（例えば３分）に設定
されたタイマ１４によりタイムカウントを開始
し、もし設定時間t₁以内に信号Ａが復帰しない場
合は、タイマ１４のカウント終了に伴なう出力信
号Ｂによりユニツトトリツプされている。このよ
うな制御において従来次のような欠点があつた。
即ち、一般に蒸気タービンにおいては蒸気入力の
発電機出力との間の出力時定数が約６〜10秒ある
こと、加減弁の主蒸気流量特性がかならずしも線
形特性でないこと、ボイラの負荷追従に遅れがあ
ること等の欠点があり、これらの理由によりラン
バツク時の加減弁の絞り速度に対して負荷降下率
は小さかつた。これは負荷降下率を上げれば上げ
るほど両者の開きは大きくなることを示す。

第３図は従来の負荷ランバツクの制御特性であ
る。この第３図は、定格負荷電流I₀で運転してい
るタービン発電機において、前記ランバツクが発
生した時の加減弁絞り速度V₁と負荷電流の降下
率V₂の様子を示したものである。例えば、時間t₀
においてランバツクが発生したとすると、直ちに
加減弁３はV₁の速度が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時間t₂経
過後負荷降下を始める。時間t₃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、この時負荷電流はまだI₁まで降下してい
ないため、ランバツクは更に進み時間t₄（t₃＜t₄
＜t₁）経過後にI₁に達し、ランバツクは停止する。
この時加減弁３はI₂（I₂＜I₁）に相当する開度まで
絞り込まれており、従つて負荷電流はランバツク
停止後も更に降下を続けI₂の値まで下る。I₂の値
は一般に小さく、定格負荷からランバツクした場
合は加減弁３よる安定制御の限界以下になること
が多く、極端な場合は、加減弁３が全閉になる場
合もある。このため従来より固定子冷却水異常に
よるランバツクはほとんど成功せずユニツトトリ
ツプに至つている。

また、定常状態においてはタービン４に流量す
る蒸気量は加減弁３の開度にほぼ比例する。しか
し、タービンランバツク時のように短時間で急速
に加減弁３を絞るような場合、ボイラ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３を
絞ると加減弁３のボイラ側配管内の圧力が高ま
り、加減弁３の入口と出口との圧力差が大きくな
り、加減弁３を通過する蒸気の流速が増加して、
結局加減弁３を絞つてもさほど蒸気量は減少しな
い。従つてランバツク時に加減弁３の負荷降下率
をいくら大きくしても、その効果は小さくボイラ
１の追従速度で最終的な発電機負荷降下率は決定
されてしまう。

本発明はこのような事情を考慮してなされたも
のでその目的とするところは、発電プラントの異
常に対して迅速確実にランバツクが行なえ、ユニ
ツトトリツプにいたるケースを減少させることが
できる負荷ランバツク装置を提供することができ
る。

以下、本発明の一実施例について図面を参照し
て説明する。

第４図は、本発明の一実施例における蒸気系統
の概略構成図である。なお、第１図と同一部分に
は同一符号を付し説明を省略する。第４図におい
て１５はタービンバイパス調整弁で、このタービ
ンバイパス調整弁１５の一端は、ボイラ１と主塞
止弁２とのラインに接続され他端はタービン４に
接続された復水器１６のラインに接続され主塞止
弁２のボイラ１側とタービン４との間をバイパス
している。上記タービンバイパス調整弁１５は、
タービンランバツク時にボイラ１の蒸気を復水器
１６へバイパスするもので通常は全閉している。
なお、上記タービンバイパス調整弁１５の駆動装
置（図示していない）は、ボイラ１と加減弁３と
の間の圧力変化速度に対して十分な応答速度を有
するものである。また１７は圧力調整器で、この
圧力調整器１７は、圧力設定器１８によりあらか
じめ設定された設定値と加減弁３の前後の圧力差
との偏差がほゞ零になるようにタービンバイパス
調整弁１５を制御するもので通常は不動作状態に
ある。なお、発電機５から電力系統にいたる部
分、すなわち発電機系統Ｈについては第１図のそ
れと同一構成であるため説明は省略する。

第５図は第４図の制御ブロツク図である。圧力
スイツチ１２の出力と温度スイツチ１３の出力と
のオア信号と電流検出器９の検出信号とのアンド
信号（タービンランバツク指令信号Ａ）は、制御
装置３Ｍ、圧力調整器１７、タイマ１４にそれぞ
れ供給されるようになつている。上記制御装置３
Ｍは加減弁３の開閉制御を行ない、圧力調整器１
７は前述詳述したようにタービンバイパス調整弁
１５を制御し、タイマ１４は上記指令信号Ａが供
給された時点からランバツク許容時間t₁（例えば
３分）のタイムカウントを開始し、設定時間t₁以
内に指令信号Ａが復帰しない場合はユニツトトリ
ツプさせる信号Ｂを出力するものである。

次に上記のように構成された負荷ランバツク装
置の動作について説明する。

第６図は本発明の負荷ランバツクの制御特性で
ある。例えば時間t₀においてランバツクが発生し
たとする。すなわち固定子冷却系統に異常が生じ
圧力スイツチ１２の圧力がＰ以下または温度スイ
ツチ１３の温度がＴ以上で、かつ電流検出器９の
検出による負荷電流がI₁以上になつたとする。そ
うするとタービンランバツク指令信号Ａを制御装
置３Ｍに与え、所定負荷降下率となるように直ち
に加減弁３はV₁の加減弁絞り速度で絞り込みを
開始する。一方指令信号Ａが圧力調整器１７に供
給されると、タービンバイパス調整弁１５を開閉
制御し、ボイラ１と加減弁３との間の圧力調整を
開始する。すなわち、圧力設定器１８であらかじ
め設定された設定値と加減弁３の前後の圧力差と
の偏差がほぼ零になるように圧力調整器１７は、
タービンバイパス調整弁１５を制御する。しかし
負荷電流はタービンの慣性分だけ遅れて一定の負
荷電流降下率V₂で時間t₂経過後加減弁絞り速度V₁
とほぼ平行して負荷降下を始める。第６図におい
て一点鎖線は従来の制御方式で行なつた場合の負
荷電流降下率である。時間t₆経過後、加減弁３の
開度は発電機自冷容量運転可能な許容電流値I₁相
当の開度まで絞り込まれ、時間t₇にいたつて負荷
電流降下率V₂が許容電流値I₁まで降下すると、負
荷電流検出器９により、これを検出し、制御装置
３Ｍと圧力調整器１７とへランバツク停止指令を
与え、ランバツクは終了する。しかし従来と同様
にタイマ１４が動作して一定時間経過しても固定
子電流が許容電流値I₁まで下らなかつた場合は、
ユニツトトリツプ指令を出し、ボイラ１、タービ
ン４、発電機５全てをユニツトトリツプし停止さ
せる。

かくしてボイラ１と主塞止弁２との間のライン
と復水器１６とをタービンバイパス調整弁１５を
介してバイパスするようにしたので、タービンラ
ンバツク時に適度に蒸気を復水器１６へバイパス
させることができる。これにより加減弁３の急速
な絞り動作に伴なつて生じるボイラ側配管の圧力
の上昇を吸収することができる。また、加減弁３
の前後の圧力差を圧力調整器１７により一定に保
つことができるので、ボイラ１の出力部（ボイラ
１と加減弁３との間）の圧力を一定に保つことが
でき、加減弁３を通過する蒸気量を加減弁３の開
度にほぼ比例したものにすることができる。従つ
て、加減弁３の負荷降下率V₂を適切に設定すれ
ば固定子電流が許容電流値I₁まで降下する時間t₇
と加減弁３の開度が許庁電流値I₁相当になる時間
t₆との時間差は非常に短かくなり、従来の様に絞
り過ぎてユニツトトリツプに致ることはなくな
る。また、発電機自冷運転可能な許容電流値I₁に
達するまでの時間は大幅に短縮され、加減弁３の
制御能力を高めることができる。

なお、本発明は固定子水冷型タービン発電機の
固定子冷却水系統に異常が発生した場合について
述べたが、その他、相分離母線冷却系統の異常、
励磁回路の整流器冷却系統の異常、主変圧器冷却
系統の異常、給水ポンプの異常、送電系統異常等
の場合による負荷ランバツクについても同様に本
発明を適用することができる。また、第４図にお
いて、加減弁３の出口圧力を基準として、加減弁
３の入口圧力をある一定の差圧内に収めるように
すれば、圧力設定器１８を削除、または加減弁３
の出口圧力検出を削除しても同様の効果が得られ
る。

以上詳述したように本発明によれば、従来の蒸
気系統にボイラと加減弁との間の蒸気ラインから
復水器へのバイパスラインを設け、ここを流れる
蒸気量を調節することで加減弁の絞り込みによる
ボイラと加減弁との間の圧力上昇を抑え、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
ことが出来るので、ボイラの追従速度にほとんど
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、発電プラントの異常に対して負荷
ランバツクが確実に行なわれ、発電プラントの異
常によるユニツトトリツプにいたるケースを減少
させることができる負荷ランバツク装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の発電システムおよび固定子冷却
系統の概略構成図、第２図は第１図の制御ブロツ
ク図、第３図は従来の負荷ランバツクの制御特性
図、第４図は本発明の一実施例における蒸気系統
の概略構成図、第５図は第４図の制御ブロツク
図、第６図は本発明の負荷ランバツクの制御特性
図である。 １……ボイラ、３……加減弁、３Ｍ……制御装
置、４……タービン、５……発電機、９……電流
検出器、１２……圧力スイツチ、１３……温度ス
イツチ、１５……タービンバイパス調整弁、１６
……復水器、１７……圧力調整器、１９……圧力
設定器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ボイラ、このボイラから供給される蒸気によ
   り駆動されるタービン、このタービンにより運転
   される発電機および前記タービンから排出される
   蒸気を復水する復水器を備えた発電システムにお
   いて、上記発電システムの異常を検出する検出器
   と、前記ボイラからタービンへ供給される蒸気量
   を調整する加減弁と、前記タービンからの蒸気を
   前記復水器にバイパスするバイパス調整弁と、前
   記検出器の出力信号により所定の負荷降下率で前
   記加減弁を制御すると共に前記加減弁の前後の圧
   力差が一定になるように前記バイパス調整弁を制
   御する制御装置とを具備したことを特徴とする負
   荷ランバツク装置。