(57)【要約】【課題】無負荷定格速度運転によるタービン暖機中に弁切替えを行う。【解決手段】タービン起動時の無負荷定格速度運転中におけるタービンの第一段後圧力の時間的変動量を算出し、算出した該時間的変動量が所定値よりも大きくなった時点を弁切替点として検出する。さらに、弁切替点において、タービンに流入する蒸気を制御する弁を主蒸気止め弁から蒸気加減弁に切り替えるように、主蒸気止め弁および蒸気加減弁の弁開度をそれぞれ制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン起動時は主蒸気止め弁により該タービンに流入する蒸気を制御し、負荷運転時は前記主蒸気止め弁の後段にある蒸気加減弁により前記蒸気を制御するタービン制御装置において、
前記タービン起動時の無負荷定格速度運転中にタービン第一段後圧力検出器で検出された前記タービンの第一段後圧力の時間的変動量を算出し、算出した該時間的変動量が所定値よりも大きくなった時点を弁切替点として検出する弁切替点検出部と、
前記弁切替点において、前記タービンに流入する蒸気を制御する弁を主蒸気止め弁から前記蒸気加減弁に切り替えるように、前記主蒸気止め弁および前記蒸気加減弁の弁開度をそれぞれ制御する操作量出力部と
を備えるタービン制御装置。
【請求項２】
前記タービン第一段後圧力検出器で検出された前記タービン第一段後圧力から振動成分を除去するピークホールド部をさらに備える
請求項１に記載のタービン制御装置。
【請求項３】
前記ピークホールド部は、前記タービン第一段後圧力検出器で検出された前記第一段後圧力の包絡線を算出する
請求項２に記載のタービン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン制御装置に係り、特にタービン起動時は主蒸気止め弁でタービンを制御し、負荷運転時は蒸気加減弁に切替えてタービンを制御するタービン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンに流入する蒸気を制御するタービン制御装置は、タービンに流入する蒸気の量を主蒸気止め弁により制御してタービン起動を行っている。そして、負荷運転になると、主蒸気止め弁から蒸気加減弁への弁切替制御を行って、タービンに流入する蒸気の量が蒸気加減弁により制御するようになっている。
【０００３】
弁切替制御は、タービン起動時における主蒸気止め弁の弁開度と蒸気加減弁の弁開度とが同等になるように、蒸気加減弁を絞り込む制御である。この弁切替制御は負荷を一定に保った状態で実施する必要があるため、電力需要に応じて頻繁に起動停止を行う火力発電プラントにとって望ましくない。
【０００４】
そのため、弁切替制御時の負荷変動をできるだけ抑えたり、弁切替制御にかかる時間を短縮したりする技術が考えられている。このような技術は、例えば、特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された弁切替制御装置では、弁切替え制御開始直前の主蒸気圧力、主蒸気温度および発電機出力に基づいて、蒸気加減弁が出力変動を発生しない適正弁開度を算出する。そして、算出した弁開度+αまで連続で閉方向に蒸気加減弁を制御することにより、発電機出力、すなわち負荷の変動を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１９５７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の弁切替制御装置では、弁切替制御を負荷運転中に実施しており、弁切替えを安全に実施するために負荷を一定に保つ必要があり、タービンの起動時間短縮の面で問題があった。
【０００７】
例えば、弁切替制御を系統併入する前の無負荷定格速度運転によるタービン暖機中に実施すると、弁切替えにかかる時間を短縮できるとともに、プラント全体の起動パターンを単純化できる。しかしながら、無負荷定格速度運転中は蒸気量および弁開度が極めて小さいため、弁切替えで最も重要な主蒸気止め弁と蒸気加減弁の切替え点、（以下、「弁切替点」という）を検出することは困難であった。なお、弁切替点は、タービンに流入する蒸気量の制御を支配する弁を、主蒸気止め弁から蒸気加減弁へ換える転換点とも言える。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、無負荷定格速度運転によるタービン暖機中に弁切替点を検出して弁切替制御を行うタービン制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、タービン起動時の無負荷定格速度運転中にタービン第一段後圧力検出器で検出された前記タービンの前記第一段後圧力の時間的変動量を算出し、算出した該時間的変動量が所定値よりも大きくなった時点を弁切替点として検出する弁切替点検出部と、弁切替点において、タービンに流入する蒸気を制御する弁を主蒸気止め弁から蒸気加減弁に切り替えるように、主蒸気止め弁および蒸気加減弁の弁開度をそれぞれ制御する操作量出力部とを備えるものである。
上記構成によれば、タービンの第一段後圧力の変化に基づいて、弁切替を行う点を検出することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、無負荷定格速度運転によるタービン暖機中に弁切替制御を行うことができるので、プラント起動時間の短縮およびプラント起動パターンを単純化することができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るタービン制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】無負荷定格速度運転時のタービン第一段後圧力検出信号と第一段後圧力規定値との関係を示す波形図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るタービン制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。
【図４】弁切替制御の動作特性を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための実施形態例について説明する。以下に述べる実施の形態例は、本発明の好適な具体例である。そのため、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかしながら、本発明の範囲は、下記の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。例えば、以下の説明で挙げる各パラメータの数値的条件は好適例に過ぎず、説明に用いた各図における寸法、形状および配置関係も概略的なものである。
【００１３】
以下の手順で説明を行う。
＜本発明の一実施形態例の説明＞
１．タービン制御装置の構成
２．タービン制御装置の動作
【００１４】
＜本発明の一実施形態例の説明＞
本発明の一実施形態の例を、図１〜図４を参照して説明する。
［１．タービン制御装置の構成］
図１は本発明の一実施形態に係るタービン制御装置の構成を示すブロック図である。
タービン制御装置３は、ボイラ７から蒸気タービン２へ送られる蒸気の量を調節するために、ボイラ７と蒸気タービン２との間に設けられた蒸気加減弁４および主蒸気止め弁５の動作をそれぞれ制御する。蒸気加減弁４は、発電機１と直結した蒸気タービン２への駆動蒸気の量を調整し、主蒸気止め弁５は、蒸気タービン２の起動時に局部的な加熱を分散させるため、この蒸気タービン２の全周に噴射される蒸気の量を調整するものである。なお、本例では、発電機１が無負荷かつ定格速度で運転（以下、「無負荷定格速度運転」）しているときに、これらの弁の切替を行う。
【００１５】
このタービン制御装置３は、ピークホールド回路１０と、弁切替点検出回路１０１と、操作量出力回路１０２とから構成される。
【００１６】
ピークホールド回路１０は、タービン第一段後圧力検出器８と接続されている。このタービン第一段後圧力検出器８は、蒸気タービン２内の圧力であるタービン第一段後圧力を検出するとともにその検出結果をタービン第一段後圧力検出信号３１として、ピークホールド回路１０に出力する。
【００１７】
ピークホールド回路１０は、図２に示すように、タービン第一段後圧力検出器８から入力されるタービン第一段後圧力検出信号３１の最大値を使用した包絡線を検出する。そして、検出したタービン第一段後圧力検出信号３１の包絡線をタービン第一段後圧力規定値３２として弁切替点検出回路１０１に出力する。
【００１８】
弁切替点検出回路１０１は、ピークホールド回路１０から入力されるタービン第一段後圧力規定値３２に基づいて、図４にて後述する弁切替点を検出し、その検出結果に応じた弁切替点検出信号を生成する回路である。この弁切替点検出回路１０１は、一時遅れ回路１８と、前回値出力回路１１と、比較器１２とを含む。
【００１９】
一次遅れ回路１８は、ピークホールド回路１０から入力されるタービン第一段後圧力規定値３２を所定期間遅延させるための一次遅れ要素を生成する。そして、生成した一次遅れ要素とともに、タービン第一段後圧力規定値３２を前回値出力回路１１に出力する。
【００２０】
前回値出力回路１１は、一次遅れ回路１８から入力された一次遅れ要素に応じた期間だけ、一次遅れ回路１８から入力されたタービン第一段後圧力規定値３２を遅延させてタービン第一段後圧力前回規定値３４として比較器１２に出力する。
【００２１】
比較器１２は、前回値出力回路１１と接続されており、タービン第一段後圧力前回規定値３４が入力されている。さらに、ピークホールド回路１０とも接続されており、リアルタイムのタービン第一段後圧力規定値３２も入力されている。この比較器１２は、タービン第一段後圧力前回規定値３４とタービン第一段後圧力規定値３２とを比較する。そして、両信号の偏差が所定の規定値より大きい場合に、‘ＯＮ’を示す弁切替点検出信号３３を、両信号の偏差が所定の規定値以内の場合に、‘ＯＦＦ’を示す弁切替点検出信号３３を操作量出力回路１０２に出力する。
【００２２】
操作量出力回路１０２は、比較器１２から入力される弁切替点検出信号３３に基づいて、蒸気加減弁４および主蒸気止め弁５の弁開度をそれぞれ制御する。特に、比較器１２から入力される弁切替点検出信号が‘ＯＮ’になる、すなわち弁切替点が検出されると、蒸気タービン２に流入する蒸気の量を蒸気加減弁４により制御するために、主蒸気止め弁５から蒸気加減弁４への弁切替制御を行う。
【００２３】
この操作量出力回路１０２は、切替器１３、１４、１５と、速度制御回路１６、１７とを備える。
【００２４】
切替器１４は、比較器１２と接続されており、この比較器１２から入力される弁切替点検出信号３３に基づいて、蒸気加減弁４の弁開度を調整するための信号を蒸気加減弁４に出力する。具体的には、‘ＯＦＦ’を示す弁切替点検出信号３３が入力されている場合は、切替器１３からの出力を蒸気加減弁４に出力し、‘ＯＮ’を示す弁切替点検出信号３３が入力された後は、速度制御回路１６からの出力を蒸気加減弁４に出力する。
【００２５】
速度制御回路１６は、蒸気加減弁４の弁開度を一定に保つような信号を生成し、切替器１４に出力する。
【００２６】
切替器１３は、弁切替制御開始指令２０に基づいて、蒸気加減弁全開操作量２１あるいは蒸気加減弁絞り込み操作量２２のいずれか一方を選択し、選択した方を切替器１４に出力する。
【００２７】
弁切替制御開始指令２０は、蒸気加減弁絞り込み操作量２２および蒸気加減弁全開操作量２１のいずれを、切替器１３から切替器１４に出力させるのかを制御するための信号である。例えば、切替器１３から蒸気加減弁絞り込み操作量２２を出力させる場合は、‘ＯＮ’を示す弁切替制御開始指令２０を切替器１３に出力する。一方、切替器１３から蒸気加減弁全開操作量２１を出力させる場合は、‘ＯＦＦ’を示す弁切替制御開始指令２０を切替器１３に出力する。
【００２８】
蒸気加減弁絞り込み操作量２２は、蒸気加減弁４を所定量だけ絞り込ませる、すなわち蒸気加減弁４の弁開度を目的値まで小さくする信号である。
【００２９】
蒸気加減弁全開操作量２１は、蒸気加減弁４を全開に開かせる、すなわち蒸気加減弁４の弁開度を１００％にする信号である。
【００３０】
一方、切替器１５も、切替器１４と同様に比較器１２と接続されており、この比較器１２から入力される弁切替点検出信号３３に基づいて、主蒸気止め弁５の弁開度を調整するための信号を主蒸気止め弁５に出力する。具体的には、‘ＯＦＦ’を示す弁切替点検出信号３３が入力されている場合は、速度制御回路１７からの出力を主蒸気止め弁５に出力し、‘ＯＮ’を示す弁切替点検出信号３３が入力された後は、主蒸気止め弁全開操作量２３を主蒸気止め弁５に出力する。
【００３１】
速度制御回路１７は、蒸気タービン２の回転速度が定格速度になるように主蒸気止め弁５の弁開度を制御する信号を生成し、切替器１５に出力する。
【００３２】
主蒸気止め弁全開操作量２３は、主蒸気止め弁５を全開に開かせる、すなわち主蒸気止め弁５の弁開度を１００％にする信号である。
【００３３】
なお、弁切替制御開始指令２０、蒸気加減弁全開操作量２１、蒸気加減弁絞り込み操作量２２および主蒸気止め弁全開操作量２３は、制御部（不図示）で生成されるものとする。
【００３４】
［２．タービン制御装置の動作］
次に、タービン制御装置の動作について図３，４を参照して説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係るタービン制御装置の動作の流れを示すフローチャートである。
図４は、弁切替制御の動作特性を示す波形図である。
図４（a）は、蒸気タービンの回転速度の時系列変動を示す波形図である。
図４（ｂ）は、ピークホールド回路で算出されるタービン第一段後圧力規定値の時系列変動を示す波形図である。
図４（ｃ）は、蒸気加減弁および主蒸気止め弁のそれぞれの弁開度の時系列変動を示す波形図である。なお、各波形図の縦軸は各パラメータの大きさを示しており、横軸は共通の時間軸である。
【００３５】
まず、図４に示す時刻Ｔ０において蒸気タービン２に起動を開始させるために、‘ＯＦＦ’を示す弁切替制御開始指令２０が切替器１３に入力される。切替器１３に入力された蒸気加減弁全開操作量２１は、切替器１４に出力される。このとき、タービン第一段後圧力規定値３２（図４（ｂ）を参照）はほぼ一定になるので、比較器１２では、‘ＯＦＦ’を示す弁切替点検出信号３３が生成され、切替器１４，１５に出力される。そのため、この時刻Ｔ０において、切替器１３から入力された蒸気加減弁全開操作量２１が切替器１４から蒸気加減弁４に出力され、蒸気加減弁４が開き始める。
【００３６】
時刻Ｔ１において蒸気加減弁４が全開になる（ステップＳ１）と、切替器１５では、速度制御回路１７からの出力が主蒸気止め弁５に出力される。すると、主蒸気止め弁５の弁開度（図４（ｃ）を参照）が目的値となるように、主蒸気止め弁５が徐々に開く（ステップＳ２）。これにより、蒸気タービン２の回転速度（図４（ａ）を参照）は、時刻Ｔ１において、主蒸気止め弁５の開度に応じた割合で上昇を開始し、主蒸気止め弁５の弁開度が目的値になった直後の時刻Ｔ２において、定格速度に到達する（ステップＳ３）。
【００３７】
時刻Ｔ２から所定時間が経過して時刻Ｔ３になると、‘ＯＮ’を示す弁切替制御開始指令２０が切替器１３に入力される（ステップＳ４）。そして、切替器１３では、蒸気加減弁全開操作量２１に換えて蒸気加減弁絞り込み操作量２２が切替器１４に出力される。切替器１４では、比較器１２からまだ‘ＯＦＦ’を示す弁切替点検出信号３３が入力されているので、切替器１３から入力された蒸気加減弁絞り込み操作量２２が蒸気加減弁４に出力される。すると、蒸気加減弁４が徐々に閉まり、蒸気加減弁４の弁開度が徐々に小さくなる（ステップＳ５）。
【００３８】
時刻Ｔ４において、蒸気加減弁４の弁開度が主蒸気止め弁５の弁開度とほぼ等しくなると、蒸気タービン２に流入する蒸気の量は、蒸気止め弁５だけでなく蒸気加減弁４によっても制限されるようになり、減少する。このとき、ピークホールド回路１０では、当該蒸気量の減少に伴なうタービン第一段後圧力規定値３２の急激な減少（図４（ｂ）を参照）が検出され、弁切替点検出回路１０１に出力される。そして、‘ＯＮ’を示す弁切替点検出信号３３が生成されて、弁切替点検出回路１０１から切替器１４，１５に出力される。
【００３９】
これにより、切替器１４では、切替器１３からの出力に換えて速度制御回路１６からの出力が蒸気加減弁４に出力され、蒸気加減弁４の弁開度は速度制御回路１６からの出力によって制御される。一方、切替器１５では、主蒸気止め弁全開操作量２３が主蒸気止め弁５に出力され、時刻Ｔ５で主蒸気止め弁５が全開になる（ステップＳ６）。そして、時刻Ｔ５以降における蒸気タービン２の回転速度は、蒸気加減弁４のみによって制御することが可能となり、負荷運転が行われる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態においては、タービン第一段後圧力の変化に基づいて、弁切替を行う点を検出することができる。これにより、無負荷定格速度運転によるタービン暖機中においても弁切替制御を行うことができる。この結果、プラント起動時間の短縮およびプラント起動パターンを単純化することができる、という効果がある。
【００４１】
なお、上述した一実施形態では、主蒸気止め弁位置と蒸気加減弁位置を直接制御する電気油圧式ガバナを例としているが、適用対象を主蒸気止め弁位置制御とガバナモータに置き換えることで機械式ガバナへの適用も同様に可能である。
【００４２】
また、上述した一実施形態では、無負荷定格速度運転中におけるタービン第一段後圧力規定値を、タービン第一段後圧力検出値の最大値を使用した包絡線で求めているが、タービン第一段後圧力検出値の最小値を使用した包絡線を使用することも同様に可能である。
【００４３】
また、弁切替え時間を短縮するために、蒸気加減弁４の絞り開始（図４に示す時刻Ｔ３）直後に明らかに蒸気加減弁位置が弁切替え点に到達しない場合は、従来の技術である蒸気加減弁位置信号、主蒸気止め弁前後差圧等を併用して蒸気加減弁絞込み速度を変更することも可能である。
【００４４】
以上、本発明の実施形態の例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含むことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４５】
１…発電機、２…蒸気タービン、３…タービン制御装置、４…蒸気加減弁、５…主蒸気止め弁、７…ボイラ、８…タービン第一段後圧力検出器、１０…ピークホールド回路、１１…前回値出力回路、１２〜１５…比較器、１６，１７…速度制御回路、１８…一次遅れ回路、２０…弁切替制御開始指令、２１…蒸気加減弁全開操作量、２２…蒸気加減弁絞り込み操作量、２３…弁全開操作量、３１…タービン第一段後圧力検出信号、３２…タービン第一段後圧力規定値、３３…弁切替点検出信号、３４…タービン第一段後圧力前回規定値、１０１…弁切替点検出回路、１０２…操作量出力回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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