(57)【要約】【課題】抽気蒸気タービンの抽気蒸気や非抽気蒸気などの蒸気の温度を適切に制御する。【解決手段】第１実施形態によれば、タービン制御装置は、蒸気により駆動される少なくとも１台のタービンと、前記タービン内に導入前の第１蒸気を制御する第１弁と、前記タービン内に導入された第２蒸気の一部を第３蒸気として抽気し、前記第２蒸気の別の一部を第４蒸気として前記タービン内でさらに使用させる第２弁と、を備える抽気蒸気タービンを制御する。前記装置は、前記第１蒸気の状態を前記第１蒸気の温度および流量を変数として使用して表現し、前記第１蒸気の状態に基づいて前記抽気蒸気タービンの抽気運転を制限するための少なくとも１本の制限曲線、を提供する制限曲線提供部を備える。前記装置はさらに、前記第１蒸気の状態が、前記制限曲線により規定される第１領域内に位置する場合に、前記抽気運転を実行するように前記第２弁を制御する制御部を備える。【選択図】図１
2018025113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気により駆動される少なくとも１台のタービンと、
前記タービンにより駆動される発電機と、
前記タービン内に導入前の第１蒸気を制御する第１弁と、
前記タービン内に導入された第２蒸気の一部を第３蒸気として抽気し、前記第２蒸気の別の一部を第４蒸気として前記タービン内でさらに使用させる第２弁と、
を備える抽気蒸気タービンを制御するタービン制御装置であって、
前記第１蒸気の状態を前記第１蒸気の温度および流量を変数として使用して表現し、前記第１蒸気の状態に基づいて前記抽気蒸気タービンの抽気運転を制限するための少なくとも１本の制限曲線、を提供する制限曲線提供部と、
前記第１蒸気の状態が、前記制限曲線により規定される第１領域内に位置する場合に、前記抽気運転を実行するように前記第２弁を制御する制御部と、
を備えるタービン制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１蒸気の状態が、前記制限曲線により規定される第２領域内に位置する場合に、前記抽気運転を実行するように前記第２弁を制御しつつ、前記抽気蒸気タービンについての警報を出力する、請求項１に記載のタービン制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１蒸気の状態が、前記制限曲線により規定される第３領域内に位置する場合に、前記抽気運転を制限するように前記第２弁を制御する、請求項１または２に記載のタービン制御装置。
【請求項４】
前記制限曲線提供部は、前記抽気蒸気タービンが前記第１蒸気の流量を減少させて運転される前記抽気蒸気タービンの低負荷運転時の前記抽気運転を、前記蒸気の状態に基づいて制限する前記制限曲線を提供する、請求項１から３のいずれか１項に記載のタービン制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第１蒸気の状態が前記第２領域内に入った場合に、前記第１蒸気の状態が前記第１領域内に戻るように、前記第１蒸気の温度を減少させるか前記第１蒸気の流量を増加させる、請求項２に記載のタービン制御装置。
【請求項６】
前記第１蒸気の温度の変化率または変化量を検出する検出部を備え、
前記制御部は、前記第１蒸気の状態が前記第２領域内に入ることが前記変化率または前記変化量から予想される場合に、前記第１蒸気の状態が前記第１領域に戻るように、前記第１蒸気の温度を減少させるか前記第１蒸気の流量を増加させる、請求項２に記載のタービン制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第２弁の下流の前記第４蒸気の温度がいずれかの前記タービンの制限温度を越えた場合に、前記抽気蒸気タービンについての警報を出力する、請求項２に記載のタービンの制御装置。
【請求項８】
蒸気により駆動される少なくとも１台のタービンと、
前記タービンにより駆動される発電機と、
前記タービン内に導入前の第１蒸気を制御する第１弁と、
前記タービン内に導入された第２蒸気の一部を第３蒸気として抽気し、前記第２蒸気の別の一部を第４蒸気として前記タービン内でさらに使用させる第２弁と、
を備える抽気蒸気タービンを制御するタービン制御方法であって、
前記第１蒸気の状態を前記第１蒸気の温度および流量を変数として使用して表現し、前記第１蒸気の状態に基づいて前記抽気蒸気タービンの抽気運転を制限するための少なくとも１本の制限曲線、を制限曲線提供部により提供し、
前記第１蒸気の状態が、前記制限曲線により規定される第１領域内に位置する場合に、前記抽気運転を実行するように前記第２弁を制御部により制御する、
ことを含むタービン制御方法。
【請求項９】
蒸気により駆動される少なくとも１台のタービンと、
前記タービンにより駆動される発電機と、
前記タービン内に導入前の第１蒸気を制御する第１弁と、
前記タービン内に導入された第２蒸気の一部を第３蒸気として抽気し、前記第２蒸気の別の一部を第４蒸気として前記タービン内でさらに使用させる第２弁と、
を備える抽気蒸気タービンであって、
前記第１蒸気の状態を前記第１蒸気の温度および流量を変数として使用して表現し、前記第１蒸気の状態に基づいて前記抽気蒸気タービンの抽気運転を制限するための少なくとも１本の制限曲線、を提供する制限曲線提供部と、
前記第１蒸気の状態が、前記制限曲線により規定される第１領域内に位置する場合に、前記抽気運転を実行するように前記第２弁を制御する制御部と、
をさらに備える抽気蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、タービン制御装置、タービン制御方法、および抽気蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
抽気蒸気タービンは、蒸気を発電用と熱供給用とに利用可能なタービンである。具体的には、抽気蒸気タービンは、抽気蒸気タービン内を流れる蒸気により駆動されて、発電機にて発電を行うと共に、抽気蒸気タービンの途中段から蒸気を抽気して、抽気蒸気を外部に供給する。抽気蒸気は例えば、周辺工場に生産用蒸気として供給されたり、周辺地域に暖房用蒸気として供給されたりする。このように、抽気蒸気タービンは、電気および熱の併給が可能である。
【０００３】
通常、抽気蒸気タービンの主蒸気流量、抽気蒸気流量、および発電機出力は、タービン設計時にあらかじめ決定された蒸気消費量曲線に従って、発電所の運転員により手動調整される。主蒸気流量は、抽気蒸気タービンに蒸気を供給するための主蒸気加減弁により調整可能である。抽気蒸気流量は、抽気蒸気タービンの途中段から蒸気を抽気するための抽気蒸気加減弁により調整可能である。抽気運転のインサービスが可能な主蒸気流量の設定値は、上述の蒸気消費量曲線により設定されており、主蒸気流量が設定値未満の場合には抽気運転をインサービスすることができない。
【０００４】
一方、近時は、抽気蒸気タービンの運用の多様化が顧客から求められている。例えば、主蒸気流量が少ない低負荷運転中でも、抽気蒸気タービンから多量の蒸気を抽気する抽気運転の需要がある。このように、抽気蒸気タービンの運用では、発電量の需要と抽気蒸気量の需要が一致しない場合がある。この場合、発電機出力を下げるために、主蒸気加減弁を絞って主蒸気流量を減少させる必要がある。しかし、主蒸気流量を減少させると、抽気蒸気加減弁の上流の蒸気温度が制限温度よりも高くなり、抽気運転ができなくなる場合がある。
【０００５】
抽気蒸気タービンは例えば、高圧タービン、中圧タービン、および低圧タービンにより構成される。この場合、高圧タービン、中圧タービン、および低圧タービンの順に蒸気が流れることで抽気蒸気タービンが駆動され、発電機が発電を行う。例えば、主蒸気加減弁は高圧タービンの上流に配置され、抽気蒸気加減弁は高圧タービンと中圧タービンとの間に配置される。
【０００６】
図９は、従来の抽気蒸気タービンの動作を説明するための状態図である。図９は、抽気蒸気タービンの低負荷運転時における抽気運転の例を、エンタルピー−エントロピー線図により示している。
【０００７】
図９は、横軸をエントロピーとし、縦軸をエンタルピーとしたときの曲線ＣＴ等の等温線と、曲線ＣＰ等の等圧線とを示している。点Ｋ１（および点Ｋ３）は、高圧タービンの入口点での蒸気の状態を表し、主蒸気加減弁の上流を流れる蒸気の状態に相当する。点Ｋ２（および点Ｋ４）は、高圧タービンの出口点での蒸気の状態を表し、抽気蒸気加減弁の上流を流れる蒸気の状態に相当する。符号Ｐ１は、点Ｋ１の蒸気の圧力を表す。符号Ｐ２は、点Ｋ２の蒸気の圧力を表す。符号Ｔ１、Ｔ２、ＴＸは蒸気の温度を表す。
【０００８】
発電機の発電量を低下させるためには、主蒸気加減弁の開度を絞り、主蒸気流量を減少させる必要がある。しかし、主蒸気加減弁の開度を絞ると、主蒸気加減弁による弁圧損が大きくなる。そのため、高圧タービンの入口点が点Ｋ１から点Ｋ３に移動し、主蒸気圧力が減少する。
【０００９】
一方、抽気蒸気は、抽気蒸気加減弁により、抽気蒸気圧力が一定に制御されながら抽気蒸気タービンの外部に供給される。よって、高圧タービンの入口点での主蒸気流量が減少すると、高圧タービンの出口点が等圧線上を点Ｋ２から点Ｋ４に移動する。例えば、主蒸気流量の減少前の点Ｋ２において、抽気蒸気加減弁の上流の蒸気温度はＴ１である。一方、主蒸気流量の減少後の点Ｋ４において、抽気蒸気加減弁の上流の蒸気温度はＴ２まで上昇するが、抽気蒸気加減弁の上流の蒸気圧力はＰ２に維持される。
【００１０】
ここで、抽気蒸気タービンの蒸気の制限温度をＴＸで表す。低負荷運転時に主蒸気加減弁を絞って主蒸気流量を減少させると、図９に示すように、抽気蒸気加減弁の上流の蒸気温度が制限温度ＴＸよりも高くなる可能性がある。この場合、抽気蒸気の蒸気温度が制限温度ＴＸよりも高くなり、抽気運転をインサービスすることができなくなる。制限温度ＴＸは例えば、抽気蒸気タービンの蒸気配管、タービン翼、タービンロータその他の部品の素材や耐熱性により規定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平２−２８３８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
低負荷運転中に抽気蒸気タービンから外部に抽気蒸気を供給すると、抽気蒸気加減弁の上流の蒸気温度が制限温度に到達する場合がある。この場合、抽気蒸気の蒸気温度が制限温度よりも高くなり、抽気運転をインサービスできなくなることが問題となる。
【００１３】
また、少ない主蒸気流量で抽気運転を行う場合には、抽気蒸気タービンの抽気段以降の流路を流れる非抽気蒸気の蒸気流量が減少するため、非抽気蒸気の蒸気温度が上昇する。例えば、中圧タービンや低圧タービンの排気蒸気温度が上昇する。よって、低負荷運転時の抽気運転を行う場合には、抽気段以降の流路を流れる非抽気蒸気の蒸気温度が制限温度に到達する可能性がある。
【００１４】
よって、抽気蒸気や非抽気蒸気の蒸気温度を適切に制御し、低負荷運転時の抽気運転のインサービスを可能にするタービン制御装置を提供することが期待される。これは、抽気蒸気タービンの運用の多様化という顧客からの期待に大いに寄与するものと考えられる。
【００１５】
そこで、本発明の実施形態は、抽気蒸気タービンの抽気蒸気や非抽気蒸気などの蒸気の温度を適切に制御可能なタービン制御装置、タービン制御方法、および抽気蒸気タービンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
第１実施形態によれば、タービン制御装置は、蒸気により駆動される少なくとも１台のタービンと、前記タービンにより駆動される発電機と、前記タービン内に導入前の第１蒸気を制御する第１弁と、前記タービン内に導入された第２蒸気の一部を第３蒸気として抽気し、前記第２蒸気の別の一部を第４蒸気として前記タービン内でさらに使用させる第２弁と、を備える抽気蒸気タービンを制御する。前記装置は、前記第１蒸気の状態を前記第１蒸気の温度および流量を変数として使用して表現し、前記第１蒸気の状態に基づいて前記抽気蒸気タービンの抽気運転を制限するための少なくとも１本の制限曲線、を提供する制限曲線提供部を備える。前記装置はさらに、前記第１蒸気の状態が、前記制限曲線により規定される第１領域内に位置する場合に、前記抽気運転を実行するように前記第２弁を制御する制御部を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態の発電プラントの構成を示す模式図である。
【図２】第１実施形態の抽気蒸気タービンの動作の第１の例を説明するための状態図である。
【図３】第１実施形態の抽気蒸気タービンの動作の第２の例を説明するための状態図である。
【図４】第１実施形態の抽気蒸気タービンの動作を説明するためのグラフである。
【図５】第２実施形態の抽気蒸気タービンの動作を説明するためのグラフである。
【図６】第３実施形態の抽気蒸気タービンの動作を説明するためのグラフである。
【図７】第４実施形態の発電プラントの動作を説明するための模式図である。
【図８】第５実施形態の抽気蒸気タービンの動作を説明するためのグラフである。
【図９】従来の抽気蒸気タービンの動作を説明するための状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１から図９にて、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の発電プラント１の構成を示す模式図である。
【００２０】
図１は、本実施形態の発電プラント１と、発電プラント１の外部にある外部プラント２とを示している。発電プラント１は、ボイラ１１と、抽気蒸気タービン１２と、プラント制御装置（プラントＤＣＳ）１３とを備えている。外部プラント２は、抽気蒸気利用機構２１と、プラント制御装置２２とを備えている。図１はさらに、水または蒸気を搬送する流路Ｌ１〜Ｌ５を示している。
【００２１】
抽気蒸気タービン１２は、高圧タービン３１と、中圧タービン３２と、低圧タービン３３と、タービンロータ３４と、発電機３５と、復水器３６と、主蒸気止弁（ＭＳＶ）４１と、主蒸気加減弁（ＣＶ）４２と、抽気蒸気加減弁（ＥＣＶ）４３と、主蒸気温度計４４と、高圧タービン温度計４５と、中圧タービン温度計４６と、タービン制御装置（Ｄ−ＥＨＣ）４７とを備えている。高圧タービン３１、中圧タービン３２、および低圧タービン３３は、少なくとも１台のタービンの例である。主蒸気加減弁４２は第１弁の例であり、抽気蒸気加減弁４３は第２弁の例である。
【００２２】
ボイラ１１は、流路Ｌ１からの水を加熱して高圧の蒸気を生成し、流路（主蒸気流路）Ｌ２に蒸気（主蒸気）を排出する。主蒸気流路Ｌ２には、主蒸気の供給および停止を制御する主蒸気止弁４１と、主蒸気の流量を制御する主蒸気加減弁４２と、主蒸気の温度を測定する主蒸気温度計４４とが設けられている。主蒸気温度計４４による温度の測定結果は、タービン制御装置４７に出力される。主蒸気は、主蒸気流路Ｌ２から高圧タービン３１に導入される。主蒸気流路Ｌ２を流れる主蒸気は、第１蒸気の例である。
【００２３】
高圧タービン３１に導入された蒸気は、高圧タービン３１内で仕事をした後、高圧タービン３１の排気部に流れ込む。高圧タービン３１の排気部は、抽気蒸気室と、抽気排気室からつながる抽気蒸気系統のノズルとを備えている。高圧タービン３１内の蒸気は、排気部から排気蒸気として流路Ｌ３に排気され、抽気蒸気室からノズルを介して抽気蒸気として流路Ｌ５に抽気される。排気蒸気は、流路Ｌ３から中圧タービン３２に流入する。高圧タービン３１内の蒸気は、第２蒸気の例である。抽気蒸気は、第３蒸気の例である。排気蒸気（非抽気蒸気）は、第４蒸気の例である。
【００２４】
流路Ｌ３には、抽気蒸気の流量を制御する抽気蒸気加減弁４３が設けられている。抽気蒸気加減弁４３の開度を増加させると、抽気蒸気の流量が減少する。一方、抽気蒸気加減弁４３の開度を減少させると、抽気蒸気の流量が増加する。抽気蒸気タービン１２の抽気運転時には、抽気蒸気加減弁４３の上流の排気蒸気の圧力が一定となるように、抽気蒸気加減弁４３の開度が制御される。
【００２５】
高圧タービン温度計４５は、高圧タービン３１に設けられており、高圧タービン３１のケーシング出口における蒸気の温度を測定する。この温度は、第２蒸気の温度や、抽気蒸気加減弁４３（第２弁）の上流の第４蒸気の温度の例に相当する。高圧タービン温度計４５による温度の測定結果は、タービン制御装置４７に出力される。
【００２６】
中圧タービン３２に流入した蒸気は、中圧タービン３２内で仕事をした後、流路（クロスオーバー管）Ｌ４へと排出される。この蒸気は、クロスオーバー管Ｌ４から低圧タービン３３に流入する。低圧タービン３３に流入した蒸気は、低圧タービン３３内で仕事をした後、真空保持された復水器３６へと排出される。復水器３６は、この蒸気と冷却水との熱交換により蒸気を水（復水）に戻す。復水は、復水器３６のホットウェルに溜まる。
【００２７】
中圧タービン温度計４６は、中圧タービン３２に設けられており、中圧タービン３２のケーシング出口における蒸気の温度を測定する。この温度は、抽気蒸気加減弁４３（第２弁）の下流の第４蒸気の温度の例に相当する。中圧タービン温度計４６による温度の測定結果は、タービン制御装置４７に出力される。
【００２８】
抽気蒸気タービン１２は、高圧タービン３１、中圧タービン３２、および低圧タービン３３内を流れる蒸気により駆動され、タービンロータ３４を回転させる。発電機３５は、タービンロータ３４の回転により駆動されることで発電を行う。
【００２９】
一方、流路Ｌ３を流れる抽気蒸気は、外部プラント２内の抽気蒸気利用機構２１に供給される。抽気蒸気利用機構２１の例は、生産用、工業プロセス用、暖房用などに抽気蒸気を利用する施設である。外部プラント２は、発電プラントでもよいし、その他のプラントでもよい。外部プラント２内のプラント制御装置２２は、抽気蒸気利用機構２１の動作を制御し、抽気蒸気利用機構２１についての情報をタービン制御装置４７に送信する。
【００３０】
タービン制御装置４７は、抽気蒸気タービン１２の種々の動作を制御する。タービン制御装置４７は例えば、主蒸気止弁４１の開閉、主蒸気加減弁４２の開度、抽気蒸気加減弁４３の開度などを制御する。一方、発電プラント１内のプラント制御装置１３は、発電プラント１の種々の動作を制御し、例えば、ボイラ１１の動作を制御する。タービン制御装置４７は、プラント制御装置１３を介してボイラ１１の動作を制御することができる。逆に、プラント制御装置１３は、タービン制御装置４７を介して抽気蒸気タービン１２の動作を制御することができる。プラント制御装置１３やタービン制御装置４７の例は、コンピュータやプロセッサである。
【００３１】
このようにして、本実施形態の抽気蒸気タービン１２は、発電運転と抽気運転とを実行する。しかし、抽気蒸気タービン１２の低負荷運転時に抽気運転をインサービスする場合には、図９により説明したように、主蒸気加減弁４２の開度を絞ることで、高圧タービン３１内の蒸気の温度や、高圧タービン３１からの抽気蒸気や排気蒸気の温度が高くなることが問題となる。この場合、抽気運転をインサービスすることができなくなる可能性がある。以下、この問題とその解決策について、詳細に説明する。
【００３２】
図２は、第１実施形態の抽気蒸気タービン１２の動作の第１の例を説明するための状態図である。
【００３３】
第１の例では、図９の場合に比べて主蒸気温度を低下させることで、上記の問題に対処する。その結果、点Ｋ１〜Ｋ４がそれぞれ点Ｋ１’〜Ｋ４’に置き換えられる。点Ｋ１’（および点Ｋ３’）は、高圧タービン３１の入口点での蒸気の状態を表し、主蒸気加減弁４２の上流を流れる蒸気の状態に相当する。点Ｋ１に比べて点Ｋ１’では、高圧タービン３１への主蒸気の温度を減少させる。点Ｋ２’（および点Ｋ４’）は、高圧タービン３１の出口点での蒸気の状態を表し、抽気蒸気加減弁４３の上流を流れる蒸気の状態に相当する。
【００３４】
この場合、主蒸気加減弁４２の開度を絞り主蒸気流量を減少させると、高圧タービン３１の入口点が点Ｋ１’から点Ｋ３’に移動し、主蒸気圧力が減少する。一方、抽気蒸気は、抽気蒸気加減弁４２により、抽気蒸気圧力が一定に制御されながら抽気される。よって、高圧タービン３１の入口点での主蒸気流量が減少すると、高圧タービン３１の出口点が等圧線上を点Ｋ２’から点Ｋ４’に移動する。
【００３５】
ここで、点Ｋ４と点Ｋ４’とを比較する。点Ｋ４の蒸気温度（Ｔ２）は、制限温度ＴＸよりも高くなっている。よって、図９のように主蒸気加減弁４２の開度を絞る場合には、抽気運転をインサービスすることができなくなる。一方、点Ｋ４’の蒸気温度は、制限温度ＴＸよりも低くなっている。よって、図２のように主蒸気加減弁４２の開度を絞る場合には、抽気運転をインサービスすることが可能となる。
【００３６】
以上のように、第１の例では、図９の場合に比べて主蒸気温度を低下させることで、点Ｋ４’の蒸気温度を制限温度ＴＸよりも低く調整している。なお、点Ｋ４’の蒸気温度の値の具体的な決め方については後述する。
【００３７】
図３は、第１実施形態の抽気蒸気タービン１２の動作の第２の例を説明するための状態図である。
【００３８】
第２の例では、主蒸気加減弁４２の開度を絞り主蒸気流量を減少させる際に、図９の場合に比べて主蒸気流量の減少量を少なくすることで、上記の問題に対処する。その結果、点Ｋ１およびＫ２が維持される一方で、点Ｋ３およびＫ４がそれぞれ点Ｋ５〜Ｋ６に置き換えられる。
【００３９】
この場合、主蒸気加減弁４２の開度を絞り主蒸気流量を減少させると、高圧タービン３１の入口点が点Ｋ１から点Ｋ５に移動し、主蒸気圧力が減少する。一方、抽気蒸気は、抽気蒸気加減弁４２により、抽気蒸気圧力が一定に制御されながら抽気される。よって、高圧タービン３１の入口点での主蒸気流量が減少すると、高圧タービン３１の出口点が等圧線上を点Ｋ２から点Ｋ６に移動する。
【００４０】
ここで、点Ｋ４と点Ｋ６とを比較する。点Ｋ４の蒸気温度（Ｔ２）は、制限温度ＴＸよりも高くなっている。よって、図９のように主蒸気加減弁４２の開度を絞る場合には、抽気運転をインサービスすることができなくなる。一方、点Ｋ６の蒸気温度（Ｔ３）は、制限温度ＴＸよりも低くなっている。よって、図３のように主蒸気加減弁４２の開度を絞る場合には、抽気運転をインサービスすることが可能となる。
【００４１】
以上のように、第２の例では、図９の場合に比べて主蒸気流量の減少量を少なくすることで、点Ｋ６の蒸気温度を制限温度ＴＸよりも低く調整している。なお、点Ｋ６の蒸気温度の値の具体的な決め方については後述する。
【００４２】
図４は、第１実施形態の抽気蒸気タービン１２の動作を説明するためのグラフである。
【００４３】
図４は、抽気蒸気タービン１２用の蒸気の状態を、その蒸気温度と蒸気流量により表すための座標平面を示している。図４はさらに、タービン制御装置４７が保持し、抽気運転時に使用する抽気運転制限曲線Ｃ１〜Ｃ３を示している。タービン制御装置４７のこの機能は、制限曲線提供部の例である。また、抽気運転制限曲線Ｃ１〜Ｃ３は、少なくとも１本の制限曲線の例である。以下、抽気運転制限曲線Ｃ１〜Ｃ３を単に「制限曲線Ｃ１〜Ｃ３」と表記する。
【００４４】
制限曲線Ｃ１〜Ｃ３は、蒸気の状態を蒸気温度と蒸気流量を変数として使用して表現し、蒸気の状態に基づいて抽気運転を制限するための曲線である。タービン制御装置４７は、抽気蒸気タービン１２の低負荷運転時に抽気運転を制限するか否かを、制限曲線Ｃ１〜Ｃ３に基づいて制御する。タービン制御装置４７のこの機能は、制御部の例である。
【００４５】
制限曲線Ｃ１〜Ｃ３の蒸気流量は、温度ＴＡ以下で一定値を取り、温度ＴＡ〜ＴＢで蒸気温度と共に増加し、温度ＴＢ以上で一定値を取る。温度ＴＡにおいて、制限曲線Ｃ１〜Ｃ３の蒸気流量はそれぞれＦＡ１〜ＦＡ３である。温度ＴＢにおいて、制限曲線Ｃ１〜Ｃ３の蒸気流量はそれぞれＦＢ１〜ＦＢ３である。
【００４６】
ここで、制限曲線Ｃ１は、抽気運転の好適なインサービスの条件を規定するための曲線である。制限曲線Ｃ２は、警告の発生を規定するための曲線である。制限曲線Ｃ３は、サービスの停止を規定するための曲線である。図４において、制限曲線Ｃ２は制限曲線Ｃ１の下方に位置し、制限曲線Ｃ３は制限曲線Ｃ２の下方に位置している。
【００４７】
図４はさらに、制限曲線Ｃ１の上方の領域Ｒ０と、制限曲線Ｃ１、Ｃ２の間の領域Ｒ１と、制限曲線Ｃ２、Ｃ３の間の領域Ｒ２と、制限曲線Ｃ３の下方の領域Ｒ３とを示している。領域Ｒ０と領域Ｒ１は、第１領域の例である。領域Ｒ２は、第２領域の例である。領域Ｒ３は、第３領域の例である。このように、図４の座標平面は、３本の制限曲線Ｃ１〜Ｃ３によって４個の領域Ｒ０〜Ｒ４に区分されている。
【００４８】
タービン制御装置４７は、高圧タービン３１の入口の主蒸気の状態に基づいて抽気運転を制御する。例えば、主蒸気の状態が領域Ｒ０内または領域Ｒ１内に位置する場合には、抽気運転を実行する。また、主蒸気の状態が領域Ｒ２内に位置する場合には、抽気運転を実行しつつ、抽気蒸気タービン１２についての警報を出力する。また、主蒸気の状態が領域Ｒ３内に位置する場合には、抽気運転を制限（例えば中止）する。抽気運転の実行や制限は、抽気蒸気加減弁４３の開度を調整することで制御される。なお、これらの処理の詳細については後述する。
【００４９】
（制限曲線Ｃ１〜Ｃ３および領域Ｒ０〜Ｒ４）
引き続き図４を参照し、制限曲線Ｃ１〜Ｃ３および領域Ｒ０〜Ｒ４の詳細を説明する。
【００５０】
タービン制御装置４７は、抽気蒸気タービン１２の低負荷運転時に抽気運転のインサービスを可能とするために、制限曲線Ｃ１〜Ｃ３に従って抽気蒸気タービン１２の運転を制御する。制限曲線Ｃ１〜Ｃ３は、抽気蒸気タービン１２が発電運転と抽気運転を同時に行う際に、高圧タービン３１の入口での主蒸気温度と主蒸気流量を制御するために使用される。この主蒸気温度は、主蒸気温度計４４により測定可能である。制限曲線Ｃ１〜Ｃ３は、タービン制御装置４７内に組み込まれており、抽気蒸気タービン１２が発電運転と抽気運転とを行っている間は、抽気蒸気タービン１２の運転がタービン制御装置４７により自動制御される。
【００５１】
低負荷運転時の抽気運転は、制限曲線Ｃ１〜Ｃ３によって制限される。例えば、蒸気温度がＴＢの場合には、蒸気流量がＦＢ３まで減少すると、抽気運転が制限曲線Ｃ３により制限される。一方、蒸気温度がＴＡの場合には、蒸気流量がＦＢ３まで減少しても、蒸気流量がＦＡ３に達するまでは抽気運転が制限曲線Ｃ３により制限されない。よって、タービン制御装置４７は、主蒸気温度の減少、すなわち、図２の点Ｋ１から点Ｋ１’への制御により、蒸気流量に関する制限を緩和することが可能である。
【００５２】
また、蒸気流量がＦＡ１の場合には、蒸気温度がＴＢまで上昇する前に、抽気運転が制限曲線Ｃ３により制限される。一方、蒸気流量がＦＢ３の場合には、蒸気温度がＴＢまで上昇するまでは、抽気運転が制限曲線Ｃ３により制限されない。よって、タービン制御装置４７は、主蒸気流量の増加、すなわち、図３の点Ｋ３から点Ｋ５への制御により、蒸気温度に関する制限を緩和することが可能である。これは、主蒸気加減弁４２の開度を増加させることにより実現可能である。
【００５３】
主蒸気の状態（すなわち、抽気蒸気タービン１２の運転点）が領域Ｒ０内または領域Ｒ１内にある場合、抽気蒸気タービン１２は、発電運転と抽気運転の両方の連続運転が可能である。一方、運転点が領域Ｒ２内に入った場合、抽気運転を継続すると、高圧タービン３１の出口での蒸気温度が制限温度ＴＸまで上昇する可能性がある。
【００５４】
そのため、タービン制御装置４７は、運転点が領域Ｒ２内に入ったことを検出した場合には、運転員に対して警報を出力すると共に、運転員の手動操作に応じて主蒸気加減弁４２の開度を上昇させる。後者の制御により、主蒸気流量を増加させ、高圧タービン３１の出口での蒸気温度を低下させることができる。また、前者の警報の例は、警報ブザーを用いた音による警報や、警報ランプを用いた光による警報や、警報表示端末を用いた画面表示による警報などである。この場合、運転員は抽気蒸気タービン１２のマニュアル運転を選択してもよい。
【００５５】
また、運転点が領域Ｒ３内に入った場合には、タービン制御装置４７は、抽気運転のインサービスを中止するために抽気蒸気加減弁４３を全開させる。その結果、抽気蒸気加減弁４３の前圧が大幅に低下し、高圧タービン３１の出口での蒸気温度が低下する。
【００５６】
しかしながら、抽気運転のインサービスを中止することは、抽気系統へ与える外乱が大きい。そのため、タービン制御装置４７は、運転点が領域Ｒ２内に入った時点で、運転点が領域Ｒ３に達することを防ぐために主蒸気加減弁４２の開度を上昇させる。これにより、抽気運転のインサービスの中止をできる限り回避することが可能となる。
【００５７】
以上のように、本実施形態のタービン制御装置４７は、蒸気の状態と制限曲線Ｃ１〜Ｃ３により規定される領域Ｒ０〜Ｒ４との関係を利用して、抽気運転の実行や制限を制御する。よって、本実施形態によれば、抽気蒸気タービン１２の抽気運転時に蒸気の温度を適切に制御することが可能となる。また、本実施形態によれば、低負荷運転時に発電運転と抽気運転とを行う際に、抽気運転のインサービスを実行するか制限するかを適切に判断することが可能となる。
【００５８】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態の抽気蒸気タービン１２の動作を説明するためのグラフである。
【００５９】
抽気蒸気タービン１２が発電運転と抽気運転とを同時に行う際には、制限曲線Ｃ１〜Ｃ３に従い、高圧タービン３１の入口での主蒸気温度と主蒸気流量がタービン制御装置４７により自動制御される。
【００６０】
しかしながら、抽気蒸気タービン１２の運転中に抽気蒸気流量が急激に変化する可能性がある。例えば、抽気蒸気流量が減少する場合には、発電機出力を一定にするために主蒸気流量が低減される。
【００６１】
この場合、主蒸気の状態（抽気蒸気タービン１２の運転点）が変化し、領域Ｒ０や領域Ｒ１から逸脱する可能性がある。図５に示すように、主蒸気の温度および流量の状態が領域Ｒ２内に入った場合、このような運転点の変化を放置すると、運転点がさらに領域Ｒ２から逸脱して、領域Ｒ３内に入るおそれがあり、抽気運転が中止されるおそれがある。
【００６２】
よって、抽気運転を継続するために、運転員を介さずに運転点を領域Ｒ０内に戻す方法として、タービン制御装置４７は、領域Ｒ０、Ｒ１内の運転点が領域Ｒ２内に入ったことを検出した場合には、運転点が領域Ｒ０、Ｒ１内に戻るように主蒸気温度または主蒸気流量を変化させる。具体的には、タービン制御装置４７は、この場合に主蒸気加減弁４２の開度を自動的に増加させて、抽気蒸気タービン１２の出力を増加させる。その結果、主蒸気流量が増加し、運転点が矢印α１で示すように領域Ｒ０、Ｒ１内に戻る。または、抽気蒸気加減弁４３の上流での主蒸気温度を減少させることにより、運転点が矢印α２で示すように領域Ｒ０、Ｒ１内に戻る。これにより、制限曲線Ｃ１の上方での運転を継続することが可能となる。
【００６３】
以上のように、本実施形態によれば、主蒸気加減弁４２の開度の制御により、主蒸気の状態を領域Ｒ２から領域Ｒ０、Ｒ１に戻すことが可能となり、抽気運転の中止などの制限を未然に防止することが可能となる。
【００６４】
（第３実施形態）
図６は、第３実施形態の抽気蒸気タービン１２の動作を説明するためのグラフである。
【００６５】
図６の横軸と縦軸はそれぞれ、高圧タービン温度計４５による温度の測定時間と測定温度とを表している。高圧タービン温度計４５は、高圧タービン３１のケーシング出口付近に設けられており、例えば、高圧タービン３１の抽気蒸気室内の蒸気温度を測定することができる。
【００６６】
図６は、時間Ｘ１における測定温度Ｙ１と、時間Ｘ２における測定温度Ｙ２と、時間Ｘ３における予想温度Ｙ３とを示している。図６はさらに、高圧タービン３１の抽気蒸気室内の蒸気の上限温度ＹＬを示している。上限温度ＹＬは、図４の制限曲線Ｃ２上の温度を示している。よって、蒸気温度が上限温度ＹＬを越えて上昇すると、蒸気の状態が領域Ｒ０、Ｒ１から領域Ｒ２に入る。
【００６７】
タービン制御装置４７は、時間Ｘ１、Ｘ２における測定温度Ｙ１、Ｙ２に基づいて、抽気蒸気室内の蒸気温度の変化率を検出することができる。具体的には、蒸気温度が３０秒間に５０℃上昇しているため、現在の蒸気温度の変化率は１００℃／分である。タービン制御装置４７のこの機能は、検出部の例である。
【００６８】
次に、タービン制御装置４７は、時間Ｘ２から６０秒後の時間Ｘ３の予想温度Ｙ３を算出する。現在の蒸気温度の変化率により、予想温度Ｙ３は測定温度Ｙ２よりも１００℃高くなると予想される。そのため、蒸気温度が６０秒以内に上限温度ＹＬを越え、蒸気の状態が領域Ｒ２に入ることが予想される。
【００６９】
そこで、タービン制御装置４７は、抽気蒸気室内の蒸気の状態が所定時間内（ここでは６０秒以内）に領域Ｒ２に入ることが予想される場合には、この蒸気の状態が領域Ｒ２から遠ざかるように、この蒸気の温度または流量を変化させる。具体的には、タービン制御装置４７は、この場合に主蒸気加減弁４２の開度を自動的に増加させて、抽気蒸気タービン１２の出力を増加させる。その結果、主蒸気流量が増加し、抽気蒸気室内の蒸気の状態が領域Ｒ２に入らずに領域Ｒ２から遠ざかる。さらには、抽気蒸気室内や、抽気蒸気加減弁４３の上流での蒸気温度の増加を回避させることが可能となる。
【００７０】
以上のように、本実施形態によれば、主蒸気加減弁４２の開度の制御により、抽気蒸気室内の蒸気の状態が領域Ｒ２に入ることを未然に防止することが可能となり、抽気運転の中止などの制限を未然に防止することが可能となる。
【００７１】
なお、第３実施形態は、抽気蒸気室内の蒸気の制御に適用したが、代わりに、第２実施形態のように主蒸気の制御に適用してもよい。この場合、図６の縦軸の温度は、主蒸気温度計４４により測定される温度に置き換えられる。同様に、第２実施形態は、主蒸気の制御に適用したが、代わりに、第３実施形態のように抽気蒸気室内の蒸気の制御に適用してもよい。この場合、図５の横軸の温度は、高圧タービン温度計４５により測定される温度に置き換えられる。これは、後述する第５実施形態でも同様である。
【００７２】
（第４実施形態）
図７は、第４実施形態の発電プラント１の動作を説明するための模式図である。
【００７３】
主蒸気加減弁４２の開度を絞って主蒸気流量を減少させた場合、抽気蒸気加減弁４３の上流での蒸気温度が設計上限値よりも高くなる可能性がある。さらに、抽気蒸気加減弁４３により多量の抽気蒸気を外部に供給する場合には、抽気蒸気タービン１２の抽気段以降での非抽気蒸気の温度が上昇し、抽気蒸気タービン１２のクリープ寿命の消費速度が速まることになる。
【００７４】
そのため、タービン制御装置４７は、中圧タービン温度計４６による温度の測定結果に基づいて、中圧タービン３２内の蒸気の温度変化を監視する。そして、タービン制御装置４７は、この蒸気の温度が中圧タービン３２の制限温度を越えた場合に、抽気蒸気タービン１２についての警報を出力する（図７）。警報の例は、警報ブザー５１を用いた音による警報や、警報ランプ５２を用いた光による警報や、警報表示端末５３を用いた画面表示による警報などであり、例えば中央制御室内で発生する。タービン制御装置４７は、プラント制御装置１３を介して警報の出力を制御する。なお、本実施形態の警報は、第１実施形態の警報にも適用可能である。
【００７５】
運転員は、警報に応じて抽気蒸気タービン１２のマニュアル運転を選択し、手動で抽気蒸気流量を減少させてもよいし、手動で主蒸気流量を増加させてもよい。また、運転員に抽気蒸気流量の減少や主蒸気流量の増加を促すために、運転員に対して抽気蒸気温度が高いことを示す警報を出力してもよい。この場合、運転員は、抽気蒸気加減弁４３の開度を増加させてもよいし、主蒸気加減弁４２の開度を増加させてもよい。
【００７６】
また、タービン制御装置４７は、この蒸気の状態が領域Ｒ３内に入った場合には、領域Ｒ２の警報とは異なる警報を出力してもよい。この場合には例えば、抽気運転の中止を促すことを示す警報を、警報ブザー５１、警報ランプ５２、または警報表示端末５３から出力する。この場合、運転員は、抽気蒸気タービン１２の抽気運転をマニュアルで中止するための保護装置で抽気運転を中止する。
【００７７】
（第５実施形態）
図８は、第５実施形態の抽気蒸気タービン１２の動作を説明するためのグラフである。
【００７８】
本実施形態のタービン制御装置４７は、高圧タービン温度計４５による温度の測定結果に基づいて、高圧タービン３１の抽気蒸気室内の蒸気の温度変化を監視する。また、タービン制御装置４７は、抽気蒸気室内の蒸気温度の変化量として、前回の測定温度と今回の測定温度との差を検出する。タービン制御装置４７のこの機能は、検出部の例である。
【００７９】
次に、タービン制御装置４７は、高圧タービン温度計４５による次回の測定温度を予測する。次回の測定温度は、今回の測定温度から上記変化量だけ変化すると予想される。
【００８０】
そこで、タービン制御装置４７は、抽気蒸気室内の蒸気の状態が次回の温度測定時に領域Ｒ２に入ることが予想される場合には、この蒸気の状態が領域Ｒ２から遠ざかるように、この蒸気の温度または流量を変化させる。具体的には、タービン制御装置４７は、この場合にボイラ１１の出力を自動的に減少させて主蒸気温度を減少させ、さらには、主蒸気加減弁４２の開度を増加させて主蒸気流量を増加させる。その結果、抽気蒸気室内の蒸気の状態を領域Ｒ２から遠ざけつつ、主蒸気温度を減少させることが可能となり、発電運転と抽気運転の両方の連続運転が可能となる。タービン制御装置４７は、ボイラ１１の出力をプラント制御装置１３を介して制御する。
【００８１】
また、タービン制御装置４７は、抽気蒸気室内の蒸気の状態が次回の温度測定時に領域Ｒ２に入ることを変化量から予測する代わりに、抽気蒸気室内の蒸気の状態が今回の温度測定時に領域Ｒ２に入ったことを今回の測定温度から検出してもよい。この場合、タービン制御装置４７は、抽気蒸気室内の蒸気の状態が今回の温度測定時に領域Ｒ２に入ったと検出したら、この蒸気の状態が領域Ｒ０、Ｒ１内に戻るように、この蒸気の温度または流量を変化させる（図８の符号β１、β２を参照）。本実施形態では、上述のように主蒸気温度を低下させまたは主蒸気流量を増加させることで、抽気蒸気室内の蒸気温度を低下させ、蒸気の状態を領域Ｒ０、Ｒ１内に戻すことができる。
【００８２】
なお、抽気蒸気室内の蒸気の状態が領域Ｒ２に入ることが予想される場合に行われる蒸気の状態の制御も、図８の制御と同様である。この場合、この蒸気の状態は、蒸気温度の低下により領域Ｒ２から遠ざかるように変化する。
【００８３】
以上のように、本実施形態によれば、ボイラ１１の動作の制御により、抽気蒸気室内の蒸気の状態を領域Ｒ２から領域Ｒ０、Ｒ１に戻すことや、領域Ｒ２から遠ざけることが可能となり、抽気運転の中止などの制限を未然に防止することが可能となる。
【符号の説明】
【００８４】
１：発電プラント、２：外部プラント、
１１：ボイラ、１２：抽気蒸気タービン、１３：プラント制御装置、
２１：抽気蒸気利用機構、２２：プラント制御装置、
３１：高圧タービン、３２：中圧タービン、３３：低圧タービン、
３４：タービンロータ、３５：発電機、３６：復水器、
４１：主蒸気止弁、４２：主蒸気加減弁、４３：抽気蒸気加減弁、
４４：主蒸気温度計、４５：高圧タービン温度計、
４６：中圧タービン温度計、４７：タービン制御装置、
５１：警報ブザー、５２：警報ランプ、５３：警報表示端末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2018025113.tif 000008
【図７】
2018025113.tif 000009
【図８】
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【図９】
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