(57)【要約】【課題】蒸気タービンの加熱蒸気流量主・副流量調節弁の開度制御について手動操作を介さない、シンプルな自動制御を実現する。【解決手段】低圧タービンを駆動する湿分分離加熱器の加熱蒸気系統を、主・副流量調節弁の開度を連続的に開閉して加熱蒸気の流量を制御する場合に、前記副流量調節弁の全開領域と主流量調節弁の全閉領域が重なるようにヒステリシスを設け、主・副流量調節弁を連続的に開閉制御しながら、ヒステリシス域では副流量調節弁で流量制御を行い、かつこの制御を一つの弁開度指令信号で制御する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気発生器により蒸気を発生させ、発生した蒸気により高圧タービンを駆動し、湿分分離加熱器により高圧タービン排気蒸気中に含まれる湿分を分離除去すると共に高圧タービン排気を加熱して低圧タービンを駆動するものであって、
前記湿分分離加熱器の加熱蒸気系統を、主・副流量調節弁の開度を連続的に開閉して加熱蒸気の流量を制御する蒸気タービンの運転制御方法において、
前記副流量調節弁の全開領域と主流量調節弁の全閉領域が重なるようにヒステリシスを設け、主・副流量調節弁を連続的に開閉制御しながら、ヒステリシス域では副流量調節弁で流量制御を行い、かつこの制御を一つの弁開度指令信号で制御することを特徴とする蒸気タービンの運転制御方法。
【請求項２】
請求項１において、弁開度指令の増加に伴い副流量調節弁を全開にした後、主流量調節弁をステップ状に開き、流量の要求値に対し実流量が大きくなって弁開度指令信号が減となった場合、主流量調節弁はヒステリシスに従い、ステップ状の開度を維持したまま副流量調節弁を閉じることで流量を減らし、ヒステリシス領域で実流量と要求流量をマッチさせ、その後、流量要求値が増加して弁開度指令が増加した場合、主流量調節弁をステップ状に開いた際の開度のまま、副流量調節弁を再び開動作させて実流量を増加させ、さらに流量要求値が増加して弁開度指令が増加した場合、副流量調節弁を全開とした後、主流量調節弁をステップ状に開いた状態から徐々に開動作させ、以降は主流量調節弁が流量制御を行うことを特徴とする蒸気タービンの運転制御方法。
【請求項３】
蒸気を発生させる蒸気発生器と、蒸気発生器により発生した蒸気により駆動される高圧タービンと、高圧タービン排気蒸気中に含まれる湿分を分離除去すると共に高圧タービン排気を加熱して低圧タービンを駆動する湿分分離加熱器とを備え、
さらに前記湿分分離加熱器の加熱蒸気系統を、主・副流量調節弁の開度を連続的に開閉して加熱蒸気の流量を制御する加熱蒸気流量調節手段を備える蒸気タービンの運転制御装置において、
前記副流量調節弁の全開領域と主流量調節弁の全閉領域が重なるようにヒステリシスを設け、主・副流量調節弁を連続的に開閉制御しながら、ヒステリシス域では副流量調節弁で流量制御を行い、かつこの制御を一つの弁開度指令信号で制御する構成としたことを特徴とする蒸気タービンの運転制御装置。
【請求項４】
請求項３において、弁開度指令の増加に伴い副流量調節弁を全開にし、主流量調節弁をステップ状に開き、流量の要求値に対し実流量が大きくなって弁開度指令信号が減となった場合、主流量調節弁はヒステリシスに従い、ステップ状の開度を維持したまま副流量調節弁を閉じることで流量を減らし、ヒステリシス領域で実流量と要求流量をマッチさせ、流量要求値が増加して弁開度指令が増加した場合、主流量調節弁をステップ状に開いた際の開度のまま、副流量調節弁を再び開動作させて実流量を増加させ、流量要求値が増加して弁開度指令が増加した場合、副流量調節弁を全開とし、主流量調節弁をステップ状に開いた状態から徐々に開動作させ、以降は主流量調節弁が流量制御を行う構成としたことを特徴とする蒸気タービンの運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気タービンの運転制御方法及び装置に係り、さらに詳細には、タービン用湿分分離加熱器の蒸気流量制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気タービン用湿分分離加熱器の蒸気流量制御に関する従来技術は、例えば特開昭５８−１０６３１１号公報に記載されている。
【０００３】
その内容は、予め決められたシーケンスでプログラムされた冷機起動信号、暖機起動信号及び主蒸気負荷信号を関数発生器に出力することにより、関数発生器から前記プログラムに基づいて制御弁を開閉する信号を出力するというものである。
【０００４】
ただし、同公報には、加熱蒸気流量調節弁を複数個備えている場合に、これらをどのように制御するのかについては述べられていない。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５８−１０６３１１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、加熱蒸気流量を調節すべき範囲が、タービンの低負荷（小流量）〜定格負荷（大流量）に渡る広い範囲に及ぶ場合、加熱蒸気系統を並列に複数系統に分けて設置し、各系統に調節弁を配置することが行われる。この場合、各系統の容量に差を設け、所要流量に応じて使用する系統を変えることが行われる。
【０００７】
加熱蒸気の必要流量が少ない場合、大容量の系統は閉じたままとし、容量の小さい系統の流量調節弁（副流量調節弁と称す）のみで制御を行い、逆に、加熱蒸気の必要流量が多い場合、小容量の系統は全開或いは全閉とし、容量の大きい系統の流量調節弁（主流量調節弁と称す）で制御が行われる。
【０００８】
このため、プラントの起動・停止過程の途中で、加熱蒸気流量の増減に従って副流量調節弁と主流量調節弁の制御切替が必要となる。
【０００９】
例えば、従来の制御においては、以下の切替制御を自動で行っている。
タービン負荷がＸ％に至ると、主流量調節弁は一定レートでプログラム開動作を行う。これにより、副流量調節弁は流量制御により自動的に閉動作を行う。つまり、主流量調節弁と副流量調節弁の流量がほぼ同一になった時点で、主流量調節弁と副流量調節弁を同時にＴ分間流量制御投入し、流量制御を安定させる。その後、副流量調節弁は一定レートで閉動作を行い、主流量調節弁によって制御を行う。
【００１０】
以上のように、必要蒸気流量に比例して流量調節弁が開動作あるいは閉動作するのではなく、副調節弁の場合は流量制御による開動作→主流量調節弁開に伴う流量一定制御による開動作→一定レートによる閉動作、主調節弁の場合は一定レートによる開動作→副流量調節弁を併用した流量一定制御→流量制御による開動作、のように複数の異なる制御動作を行うことになり、制御全体が煩雑になる。
【００１１】
また、定格負荷運転中で加熱蒸気流量制御が必要ない場合、加熱蒸気圧力の損失を低減するためには、全閉している副流量調節弁を全開させる必要がある。これを自動で行うためには副流量調節弁全開に必要な条件を捉えた後、副流量調節弁を一定レートで開く制御ロジックの追加を要するが、現状でさえ煩雑な弁の開閉動作制御がより一層複雑なものとなる。あるいは、副流量調節弁の制御モードのみを一旦手動モードとすることで、遠隔操作にて副流量調節弁を全開とすることも可能であるが、手動操作を介するステップが存在するため、制御全体が自動化されない。
【００１２】
本発明の目的は、加熱蒸気流量主・副流量調節弁の開度制御について手動操作を介さない、シンプルな自動制御を実現することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的は、低圧タービンを駆動する湿分分離加熱器の加熱蒸気系統を、主・副流量調節弁の開度を連続的に開閉して加熱蒸気の流量を制御する場合に、前記副流量調節弁の全開領域と主流量調節弁の全閉領域が重なるようにヒステリシスを設け、主・副流量調節弁を連続的に開閉制御しながら、ヒステリシス域では副流量調節弁で流量制御を行い、かつこの制御を一つの弁開度指令信号で制御することによって達成させる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明の適用例の一つである、原子力発電プラントの系統図を示したものである。
【００１６】
図１に示す原子力発電プラントでは、蒸気を発生させる蒸気発生器１、蒸気発生器１で発生した蒸気の持つ熱エネルギをタービンロータの回転エネルギへと変換するため高圧タービン３に流入する蒸気量を加減し、高圧タービン３の速度、出力及び高圧タービン３の入口蒸気圧力等を制御する蒸気加減弁２、高圧タービン３の排気を用いて再加熱する加熱器４、再加熱された蒸気の熱エネルギを回転エネルギに変換する低圧タービン５、低圧タービン５の排気蒸気を冷却する復水器６、加熱器４に流れる加熱蒸気流量を低流領域で制御する副流量調節弁７、同加熱蒸気流量を高流領域で制御する主流量調節弁８、加熱器４で凝縮した加熱蒸気のドレンを回収するドレンタンク９、タービン回転速度とタービン入口蒸気圧力を検出し、タービン出力を制御する出力制御装置１０、加熱器４の入口において検出される被加熱蒸気温度の信号１１と出力制御装置１０からの出力要求信号１２と加熱蒸気圧力信号１３とを入力信号として加熱蒸気流量主・副調節弁７及び８の開度を制御する加熱蒸気流量調節装置１４から構成される。
【００１７】
蒸気発生器１で発生した蒸気は、蒸気加減弁２で流量制御された後、高圧タービン３に流入する。高圧タービン３で仕事をして排出された蒸気は、加熱器４の加熱管外を流れる被加熱蒸気として、加熱器４の加熱管内を流れる加熱蒸気と熱交換することで再加熱され、低圧タービン５に流入する。一方、蒸気発生器１の発生蒸気の一部を副流量調節弁７及び主流量調節弁８で流量制御されて加熱器４に導かれる加熱蒸気は、加熱器４の中で被加熱蒸気と熱交換しながらその熱エネルギを失い、ドレンとなって加熱器４の出口からドレンタンク９に排出される。
【００１８】
本タービンの出力は、タービン出力を制御する出力制御装置１０で制御される。出力制御装置１０は高圧タービン入口蒸気圧力及びタービン回転速度を検出し、高圧タービン３の入口に設けられた蒸気加減弁２の開度を調節し、タービン流入蒸気量を加減することでタービン出力を制御している。また、低圧タービン５の入口蒸気温度は加熱器４の加熱管内を流れる加熱蒸気流量を調節することにより制御される。前述の如く、加熱蒸気源は蒸気発生器１の出口の高温の蒸気を用いているため、加熱器４と被加熱蒸気温度とのミスマッチを低減する目的で、加熱蒸気流量調節装置１４はタービン負荷に応じて加熱蒸気流量を調節する。かつ、低圧タービン５のロータの発生熱応力を低減する目的で低圧タービン５の入口蒸気温度変化率を制限値内とすべく加熱蒸気流量を調節する。タービンの所要の加熱蒸気流量すなわち副流量調節弁７及び主流量調節弁８の弁開度を求めるロジックについては、例えば、特開昭５８−１０６３１１に示されるように、加熱蒸気流量制御弁の出口圧力を検出器で検出し、検出値を関数演算器で温度変換させて流量制御弁出口の飽和蒸気温度を求める。次にこの飽和蒸気温度を減算器に入力し、加熱器のターミナルディファレンスで差引くことにより、低圧タービン入口蒸気温度を求める。次いでこの温度と第一関数発生器からの目標温度とを減算器で減算し、その偏差に従ってＰＩ制御器を介して流量制御弁の弁開度を制御するものが知られている。
【００１９】
加熱蒸気はタービンの低負荷から高負荷まで制御されるものであるため、加熱蒸気流量は低負荷運転時の小流量から、高負荷運転時の大流量まで大きく変化する。仮りに加熱蒸気系統を加熱器一基あたり１系統とした場合、１台となった加熱蒸気流量調節弁で小流量から大流量までを制御する必要がある。流量調節弁の容量は系統を流れうる最大流量を考慮して選定されるので、必然的に弁口径は大きくなる。容量の大きな弁では弁開度の変化に対する弁通過流量の変化が大きいため、小流量の加熱蒸気を制御しなくてはならない低負荷域の制御は困難となる。
【００２０】
このため、加熱蒸気系統を容量の異なる複数系統に並列に分け、小流量域では容量の小さな副流量調節弁で流量を制御し、大流量域では容量の大きな主流量調節弁で流量を制御する方法がとられる。
【００２１】
この副流量調節弁と主流量調節弁の制御切替時の各々の弁動作について、従来技術での制御における場合の弁開度特性を図２に示す。横軸は加熱蒸気流量調節装置からの弁開度指令信号、縦軸は弁開度を示す。副流量調節弁の制御領域と主流量調節弁の制御領域とはあるタービン出力（その際の弁開度指令信号Ｓ１）によって区別されている。
【００２２】
この弁開度特性で前述の制御を行った場合の、各流量調節弁の動作即ち開度の変化を、タービン出力の上昇を例として図３に示す。
【００２３】
前述の如くタービン出力の増加に伴い、加熱蒸気流量の必要量は増大し、弁開度指令も増加するが、あるタービン出力の前後で主流量調節弁の一定レート開、及びその後の副流量調節弁の全閉動作が行われるため、図２の開度特性によらない弁動作となる。これは図２の弁開度特性曲線だけでは弁の制御動作を表現できないことを意味するから、表現されない弁動作を主・副流量調節弁について個別に別の制御ロジックを与えなくてはならず、煩雑なロジック構成となる。
【００２４】
これに対し、本発明における弁開度特性を図４に示す。副流量調節弁が全開となる領域と主流量調節弁の開き始めは重なっており、主流量調節弁の開き始めにはヒステリシスが設けてある。
【００２５】
弁開度指令が増のとき、副流量調節弁が全開しても主流量調節弁は全閉のままである。流量要求の増加に対して主流量調節弁が開せず流量が増加しないため、弁開度指令はさらに増加し、Ｓ１１点に至ると主流量常設弁は開動作する。その際、主流量調節弁は徐開するのではなく、図４の如くある開度までステップ状に開動作する。このステップ状の弁開度は、弁の低開度域での流量制御性の悪さを回避するために、主流量調節弁の定格点の数％流量となるように決定する。なお、Ｓ１１点以降の流量制御は主流量調節弁のみが行う。
【００２６】
また逆に弁開度指令が減のとき、主流量調節弁はステップ状の開度まで閉動作するとその開度を維持し、流量制御は副流量調節弁のみが行う。さらに弁開度指令が減すると、主流量調節弁はＳ１２点でステップ状に閉動作し、以降の流量制御は副流量調節弁が行う。
【００２７】
以上の特性を与えた系統において、流量を増加させるべく弁開度指令信号を増加させた場合の各弁の動作を図５に示す。
【００２８】
弁開度指令の増加に伴い流量は増加するが、副流量調節弁が全開した後、主流量調節弁がステップ状に開すると、流量もステップ状に増加する。ここで、流量の要求値に対して実流量が大きくなるため、弁開度指令信号は減となる。その際、主流量調節弁はヒステリシスに従い、ステップ状の開度を維持したまま副流量調節弁が閉じることで流量が減り、ヒステリシス領域で実流量と要求流量をマッチさせる。その後、流量要求値が増加すると弁開度指令も増加するが、その際、主流量調節弁はステップ状に開いた際の開度のまま、副流量調節弁が再び開動作して実流量を増加させる。さらに流量要求値が増加して弁開度指令も増加すると、副流量調節弁は全開した後、主流量調節弁はステップ状に開いた状態から徐々に開動作を行い、以降は主流量調節弁が流量制御を行う。
【００２９】
以上に述べた本実施例によれば、副流量調節弁の全開領域と主流量調節弁の全閉領域が重なるようにヒステリシスを設けることにより、主・副流量調節弁を連続的に開閉制御しながら、ヒステリシス域では副流量調節弁で流量制御を行い、かつこの制御を一つの弁開度指令信号のみで制御することが可能となり、シンプルなロジック構成を実現できる。
【００３０】
また、加熱蒸気の圧力損失の低減を図るべく、副流量調節弁を全開させるための手動操作も必要なく自動での制御が可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、加熱蒸気流量主・副流量調節弁の開度制御について手動操作を介さない、シンプルな自動制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】原子力発電プラントの系統図である。
【図２】従来技術における副流量調節弁と主流量調整弁の弁開度特性を示す図である。
【図３】図２における系統流量増加時の各弁動作例を示す図である。
【図４】本実施例における副流量調節弁と主流量調整弁の弁開度特性を示す図である。
【図５】図４における系統流量増加時の各弁動作例を示す図である。
【符号の説明】
１…蒸気発生器、２…蒸気加減弁、３…高圧タービン、４…加熱器、５…低圧タービン、６…復水器、７…副流量調節弁、８…主流量調節弁、９…ドレンタンク、１０…出力制御装置、１１…被加熱蒸気温度信号、１２…出力要求信号、１３…加熱蒸気流量要求信号、１４…加熱蒸気流量調節装置、Ｓ１，Ｓ１１，Ｓ１２…弁開度指令信号。
【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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