JPS62214202A - 発電プラントの負荷遮断装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は１発電プラントの負荷遮断装置に係り。

特に電力系統動揺時、すなわち電力系統に故障が発生し
て周波数動揺をきたした場合に、この動揺が発電プラン
ト（例えば火力発電プラント、原子力発電プラント）に
影響しないようにするのに好適な発電プラントの負荷遮
断装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の発電プラント、例えば原子力発電プラントのター
ビン制御装置としては、特開昭６０−５３８９５号公報
の第１図に示すものが知られている。すな−わち、沸騰
水型原子炉の原子炉圧力容器にて発生した蒸気は、主蒸
気管を通ってタービンに供給される。主蒸気管には、タ
ービンへの蒸気流量を調節する蒸気加減弁が設けられて
いる。バイパス管が蒸気加減弁の上流側で主蒸気管に接
続され、さらに復水器に接続される。バイパス弁がバイ
パス管に設けられる。

蒸気加減弁は、プラントの通常運転時には、蒸気圧力に
基づいて制御信号を出力する圧力調整器の出力信号に基
づいて開度を制御されている。しかし、電力系統の負荷
が急激に減少すると、タービンの回転数が上昇する。こ
の場合には、タービン回転数を入力して制御信号を出力
するタービン−速度制御器の出力信号が圧力調整器の出
力信号に優先され、タービン速度制御器の出力信号によ
り蒸気加減弁の開度が制御される。

バイパス弁は、通常運転時には圧力調整器の出力信号に
基づいてサーボアンプにより緩やかに開度が制御される
。電力系統の負荷が急激に減少した場合には、圧力ｍ整
器の出力信号を入力して電磁急開弁が動作し、バイパス
弁の開度が急開する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述した従来の原子力発電プラントの制御では、落雷等
により原子力発電プラントの電力系統の複数回線の複数
層に同時に地絡現象が生じるような外乱が電力系統に加
わる場合に、原子力発電プラントがスクラムする可能性
のあることが新たに判明した。

上記の外乱が電力系統に加わった場合における原子力発
電プラントの応答特性を、第５図に基づいて以下に説明
する。

発電機負荷が第５図（Ａ）に示すように時刻ｔ＝Ｏにて
大幅に急減すると、パワーロードアンバランスリレーが
動作し、第５図（Ｃ）に示すように蒸気加減弁開度は急
閉して、ｔ　＝ｔ　ｘで全開となる。同時に、バイパス
弁も全開する。この間。

タービン内の保有エネルギーのため、第５図（Ｂ）に示
すようにタービン速度はいったん急上昇する。

しかし１発電機の負荷があるため、および新たな蒸気が
蒸気加減弁から供給されないために、タービン速度は急
降下して元の定格速度付近に低下する。この間にパワー
ロードアンバランスリレー５４はリセットされており、
蒸気加減弁およびバイパス弁は通常の制御信号によって
制御される。

１＝０付近で原子炉圧力がｂずかに上昇している（第５
図（Ｅ）”）、これは、蒸気加減弁の急閉速度がバイパ
ス弁の急開速度よりも多少速いために、一時的に原子炉
圧力容器の出口蒸気流量が減少して原子炉圧力が上昇す
るためである。

制御棒のうちあらかじめ選択された制御棒は、蒸気加減
弁の急閉信号によって炉心内に急速挿入される。このた
め、原子炉出力が約半分以下に低下される。これは、第
５図（Ｇ）の原子炉中性子束によって示される。原子炉
中性子束が１＝０付近でわずかに上昇しているが、これ
は、第５図（Ｅ）の原子炉圧力のわずかな上昇によって
炉心内のボイド量が減少して一時的に正の反応度が加わ
ることに起因する。原子炉中性子束が第５図ＣＧ）に示
すように減少するとともに、原子炉圧力も第　図（Ｅ）
のように低下する。

原子炉出力の低下及びタービン速度の定格値の維持とい
う条件を満たすべくタービン制御装置が動作して、ｔ　
＝ｔ　ｚからｔ　＝ｔ　ａにかけてバイパス弁の開度は
第５図（Ｄ）のように零となり、蒸気加減弁の開度は第
５図（Ｃ）のように開く、この際、各々の弁の開閉速度
の相違によって原子炉圧力が第５図（Ｅ）のようにいっ
たん上昇する。

原子炉水位（第５図（Ｆ））は、給水制御器の制御信号
に基づく給水流量制御により所定レベルに維持するよう
に努めている。しかし１選択制御棒挿入によって原子炉
出力が降下してボイドが減少したこと、および原子炉圧
力の上昇によって更にボイドが減少したことにより、ｔ
　ｇ　ｔ　Ｉｓで低水位スクラムレベルに到る。

原子炉中性子束は１選択制御棒挿入によって降下し続け
ているが、ｔ　＝ｔ　ｚ以降において、第５図（Ｅ）に
示す原子炉圧力の上昇に基づいて炉心内のボイドが更に
減少することにより正の反応度が加わるので、上昇傾向
を示す＊　ｔ＝ｔ５でスクラム信号が発生して、残りの
制御棒が急挿入され、原子炉中性子束は急減少して零に
近づく、その後、原子炉水位は、第５図（Ｆ）に示すよ
うに原子炉出力が急減少することによって原子炉の発生
蒸気量が減少するため１元の通常水位（ＮＷＬ）に向け
て回復する。

原子炉スクラム後は、タービンに供給される蒸気量が急
激に減少する。このような状態で、タービン速度を所定
値に維持するために、電力系統の系統安定化装置（図示
せず）が働いて、電力系統の周波数が低下するごとにｔ
＝ｔｏ、ｔ７において系統負荷を切りはなしていく。こ
のため発電機負荷は第５図（Ａ）に示すように減少し、
タービン速度は、第５図（Ｂ）に示すようにしばらくの
間、所定値に維持される。通常は原子炉スクラム後に、
運転員が手動にてタービンをトリップさせ主蒸気止め弁
を急閉させる。タービントリップと共に自動的に主遮断
器が開となり１発電プラントは電力系統７から切りはな
される。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、タービン速度がその設定値よりも大きくな
るとともにタービン速度変化率がその設定値よりも大き
くなった時に発電機と電力系統を接続している主遮断器
を開くことにより達成される。

〔作用〕

電力系統動揺時発電プラントの負荷遮断装置は、通常運
転時に生じろると考えられる比較的小さな負荷減少であ
って、電力系統動揺には到らない場合に動作することが
なく、電力系統動揺にむすびつく大幅負荷急減時に動作
するよう、「タービン速度大」設定値、「タービン速度
変化重大」設定値を決める。（プラント毎に設定値は変
わりうる・） また起動操作の一環として１発電機を電力系統に併入す
る際に生ずると考えられる「タービン速度大」および「
タービン速度変化重大」によって。

いったん閉じた遮断器が開くことのないよう、論理回路
で配慮している。従って、不用なときに誤動作すること
はない。

〔実施例〕

本発明は、あらゆる種類の火力発電プラント及び原子力
発電プラントに適用可能であるが、ここでは、沸騰水形
原子力発電プラント（ＢＷＲ）を代表例にとり１本発明
を適用した場合について説明する。

まず本発明の好適な一実施例である発電プラントの負荷
遮断装置を説明する前に、第２図に基づいて、沸騰水形
原子力発電プラントの主要系統。

制御保護装置、１！力系統との関連を説明する。

炉心１１を循環する冷却水の一部は、可変周波数電源装
置１７によって駆動される再循環ポンプ１８によって再
循環配管１９を通ってジェットポンプ１３の駆動水とな
る。ジェットポンプ１３の吸こみ口にて吸引した原子炉
圧力容器１４内の冷却水と駆動水とが混合された後に原
子炉炉心１１に送りこまれる０Ｍ子炉炉心１１では核反
応によって燃料で発生した熱を吸収して沸騰し、ボイド
（蒸気泡）を発生しつつ上昇する。気水分離器１２によ
って飽和水と蒸気に分けられ、飽和水は原子炉圧力容器
１４内を降下して再び給水配管３７より入った給水と混
合してジェットポンプ１３より炉心１１に戻る。

蒸気は、主蒸気配管２０を通り、主蒸気止め弁２１及び
蒸気加減弁２２を経てタービン８に供給され、その後復
水器２５で凝縮されて水に戻る。

そしてこの水は、給水タービン３５に駆動される給水ポ
ンプ３６によって原子炉圧力容器１４内に給水される。

タービン８の機械仕事は１発電機９によって電気出力に
変換される。この電気出力は、主変圧器１０で昇圧され
、主遮断器６を通って電力系統７に送電される。

原子炉出力を制御する方法は、制御棒駆動機構１５によ
って制御棒１６を炉心１１に挿入、引出して行う方法と
、再循環ポンプ１８の回転数を変えて炉心１１を流れる
冷却水流量を増減する方法とがある。前者は起動・停止
のように大幅な出力変更を行う場合に用い、後者は運転
中の出力変更に用いる。

つぎにタービン蒸気流量であるが、蒸気加減弁２２はタ
ービン入口圧力（圧力計２６にて検出）を一定に保つよ
うに、その開度を制御している。

タービン制御装置２３がこの制御を行なう、たとえば、
再循環流量を制御して原子炉出力を増加（減少）させた
結果、蒸気圧力が設定値よりも上がる（下がる）と、蒸
気加減弁２２開度を開き（閉じ）、蒸気圧力を一定に保
とうとする。この間に、タービン出力は増加（減少）す
る、蒸気圧力が更に上昇して、蒸気加減弁２２にて制御
しきれない場合には、タービン制御装置ｔ！２３はバイ
パス弁２４を開いて蒸気を、直接、復水器２５に排出し
、蒸気圧の上昇を抑えるようにしている。

電力系統の負荷の喪失量が大きく（４０％以上）しかも
急速（４０％／　１０　ｍ５ｅｃ）　　な場合には、パ
ワーロードアンバランスリレー５４が動作する。

パワーロードアンバランスリレー５４は、タービン出力
相当信号としてタービン中間蒸気圧検出器５３により蒸
気圧力を検出し、発電機出力信号として、発電機電流検
出器５２により、電流を検出し、両者の信号を常時比較
している。これらの信号の変化が上記のように大幅に急
変すると、パワーロードアンバランスリレー５４が動作
する。この時のパワーロードアンバランスリレー５４の
出力信号はタービン制御装置２３に送られ、蒸気加減弁
２２急閉、バイパス弁２４急開動作をする。

蒸気加減弁２２が閉じるとタービン８の中間蒸気圧力が
減少するので、パワーロードアンバランスリレー５４の
作動条件がなくなって自動的にリセットされる。

タービン発電機保護回路２７は、異常時（タービン８２
発電機９または主変成器１０の故障時）に主遮断器６を
関するとともに主蒸気止め弁２１を閉鎖する。電力系統
保護回路２９は、電力系統７の故障時に主遮断器６を関
する。２８は主遮断器トリップ回路である。

本実施例の発電プラントの負荷遮断装置は、第１図に示
すように、タービン速度判定器２．タービン速度変化率
検出器３、タービン速度変化率判定器４、主遮断器制御
装置ｉ１５及びアンド回路５゜から構成される。第３図
に示されたタービン速度検出器１の出力信号が、タービ
ン速度判定器２及びタービン速度変化率検出器３に入力
される。タービン速度判定器２の出力信号は主遮断器制
御装！ｉ！５に、タービン速度変化率検出器３の出力信
号はタービン速度変化率判定量４を介して主遮断器制御
装！ｉ！５に入力される。タービン速度判定器２は、タ
ービン速度検出器１にて測定されたタービン速度が設定
値（例えば１０３％）以上であるか否かを判定し、設定
値以上である場合、タービン速度大信号を出力する。タ
ービン速度変化率判定器４は、タービン速度変化率検出
器３にて求めたタービン速度変化率が設定領域（例えば
＋１％／秒〜−１％／秒の領域）を外れているか否かを
判定し、外れている場合にタービン速度変化率大信号を
出力する６タ一ビン速度大信号及びタービン速度変化率
大信号は、主遮断器制御装置５に入力される。また、主
遮断器制御装置５は、主遮断器開閉信号を入力する。主
遮断器開閉信号は、主遮断器６の開閉状態を示すもので
あって、主遮断器６に設けられた主遮断器開閉検出器（
図示せず）によって検出される。

′、タービン速度変化率検出器３はノイズによって漬動
作しないように純粋な微分回路を用いずに。

不完全微分回路を用いている。

主遮断器制御装置５は第２図に示す、ロジックに基づい
て主遮断器６の開閉操作を行う。

タービンの速度が定格１００％より大きくずれて、たと
えば１０３％以上となった時、ＴＤＤＯ（Ｔｉｍｅ　Ｄ
ｅｌａｙ　Ｄｒｏｐ　０ｕｔ）　　タイマ５１によって
。

約５分間借号を発生させつづける。この間にタービン速
度変化率大信号が入力され、しかも主遮断器開閉信号が
「主遮断器間」を示すものである場合に、電力系統に動
揺が生じるとみなして、アンド回路５０は主遮断器６の
開信号を出力する。この開信号を受けて主遮断器６が開
され、発電機９と電力系統７との接続が切離される。

なお、発電プラントの起動時に発電機９を電力系統７に
同期併入する際に、タービン速度の多少の変動があり得
るので、この際に主遮断器６が開くことのないよう主遮
断器６が閉じてから１０分間はＴ　Ｄ　Ｐ　Ｕ　（Ｔｉ
ｍｅ　Ｄｅｌａｙ　Ｐｉｃｋ　Ｕｐ）タイマ５２によっ
て、信号が出力されず、１０分後に出力されるようにし
ている。主遮断器開閉信号を用いずに、タービン速度大
信号及びタービン速度変化率大信号に基づいて主遮断量
開信号を出力させることによっても電力系統の揺動によ
る悪影響がプラント側に伝えられることを防止できる。

しかしながらこの方法では、前述したプラント起動時の
問題を解消することはできない。

本実施例の負荷遮断装置は、タービン発電機保護回路２
７及び電力系統保護回路２９以外に設けられる。

第４図に第１図に示す本実施例における系統外乱時（落
雷により電力系統の複数回線の複数層に同時に地絡現象
が生じた時）のプラント応答を示す。

上記の現象により第４図（Ａ）の如く発電機９の負荷が
時刻１＝０にて大幅に急減すると、パワーロードアンバ
ランスリレー５４が動作して第４図（Ｃ）に示すように
蒸気加減弁２２が急閉すると共に第４図（Ｄ）に示すよ
うにバイパス弁２４が急閉する。第５図にて説明したよ
うに、蒸気加減弁２２とバイパス弁２４の開閉速度に多
少の差があるため、原子炉圧力（第４図（Ｅ））および
原子炉中性子束（第４図（Ｇ））がわずかながら一時的
に上昇する。しかしながら、原子炉中性子束は、選択制
御棒挿入によって定格出力の半分以下に降下する（第４
図（Ｇ））。

タービン速度はいったん上昇する（第４図（Ｂ））が、
タービン上昇速度およびタービン速度変化率が大きいの
で、前述の負荷遮断装置がｔ＝ｔａに動作し１発電機負
荷は所内負荷のみ（約５％）となる（第４図（Ａ）”）
、従ってその後におけるタービン速度の降下はゆるやか
となり（第４図（Ｂ））、定格速度（１００％）近辺ま
で低下するｔ　＝ｔ　ｏで、タービン速度を維持するた
めに蒸気加減弁２２がわずかに開く　（第４図（Ｃ：）
　’）　。

バイパス弁２４の開度は、タービン入口圧力２６を一定
に維持すべく調節され（第４図（Ｄ））、原子炉中性子
束の減少と共に減少して、！！１定していく。ｔ　＝ｔ
　ｏにおいては、蒸気加減弁２２がわずかに開いた分に
対応してバイパス弁２４の開度が更に絞られて整定され
る。

本実施例によれば、前述の地絡現象に起因する電力系統
動揺時に、Ｗｔ電力系統発電機との接続が遮断されて電
力系統の動揺現象による影響がプラント側に伝えられな
いので、沸騰水型原子力発電プラントをトリップさせる
ことなく、所内単独負荷運転に移行できるという効果が
ある。

このように電力系統動揺時に、発電プラントを円滑に所
内単独負荷運転に移行できるので、電力系統動揺が収束
した後に、発電プラントを直ちに電力系統に併入して電
力と供給できる。従って長時間の電力供給停止をする必
要がなく、沸騰水型原子力発電プラントの例で示すと定
格出力を供給するまでの所要時間にして、約５〜１０時
間程度短縮できるという効果がある。従って原子力発電
プラントの稼動率が向上するという効果がある。

本発明は、沸騰水型原子力発電プラント以外の原子力発
電プラント（例えば加圧水型原子力発電プラント及び高
速増殖炉発電プラント等）及び火力発電プラントに適用
してもよい、これらの発電プラントは、蒸気発生手段で
発生した蒸気によりタービンを駆動し、このタービンに
て発電機を回転させるプラントである。蒸気発生手段と
しては。

沸騰水型原子力発電プラントで原子炉圧力容器、加圧木
型原子力発電プラント及び高速増殖炉プラントで蒸気発
生器、及び火力発電プラントでボイラが該当する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電力系統動揺時に１発電プラントを円
滑に所内単独負荷運転に移行できるので。

電力系統動揺が収束した後に、発電プラントを直ちに電
力系統に併入して電力と供給できる。従って、長時間の
電力供給停止をする必要がなく１発電プラントの稼動率
が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である発電プラントの負荷
遮断装置の系統図、第２図は第１図の主遮断器制御装置
の制御ブロック図、第３図は沸騰水型原子力発電プラン
トの構成図、第４図は第１図の装置を用いた沸騰水型原
子力発電プラントにおける電力系統外乱時のプラント応
答特性図、第５図は従来技術による系統外乱時のプラン
トの応答特性図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、蒸気発生手段、前記蒸気発生手段にて発生した蒸気
   で駆動されるタービン及び前記タービンに連結される発
   電機を有する発電プラントの負荷遮断装置において、タ
   ービン速度検出手段と、前記タービン速度検出手段にて
   測定されたタービン速度が設定値以上であつてしかもタ
   ービン速度の変化率が設定範囲外である時に、前記発電
   機と電力系統とを接続している遮断器を開する制御手段
   とを設けたことを特徴とする発電プラントの負荷遮断装
   置。