(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気発生器と復水器とを結ぶ流体通路中に配置されて発電機を駆動する複数のタービンの負荷が遮断されたときに、前記複数のタービンのうち少なくとも前記発電機の回転数に対する影響の大きいタービンに流入する蒸気の量を制御する制御弁を閉止するとともに、前記制御弁下流側の蒸気を前記復水器へ排出し、低圧側のタービンの最終段より前側に、前記低圧側のタービンに流入する蒸気よりも圧力の高い蒸気を導入することを特徴とする蒸気タービンの運転方法。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸気タービンの運転方法において、前記制御弁下流のタービンに設けられた抽気管から蒸気を抽気して前記復水器へ排出することを特徴とする蒸気タービンの運転方法。
【請求項３】
蒸気発生器と復水器とを結ぶ流体通路中に配置されて発電機を駆動する複数のタービンの負荷が遮断されたときに、前記複数のタービンのうちいずれかのタービンに流入する蒸気の量を制御する制御弁を閉止するとともに、前記複数のタービンにそれぞれ流入する蒸気を前記復水器へ排出し、低圧側のタービンの最終段より前側に、前記低圧側のタービンに流入する蒸気よりも圧力の高い蒸気を導入することを特徴とする蒸気タービンの運転方法。
【請求項４】
請求項３に記載の蒸気タービンの運転方法において、前記複数のタービンにそれぞれ設けられた抽気管から蒸気を抽気して前記復水器へ排出することを特徴とする蒸気タービンの運転方法。
【請求項５】
蒸気発生器と復水器とを結ぶ流体通路中に配置されて発電機を駆動する高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンの負荷が遮断されたときに、前記高圧タービンに流入する蒸気の量を制御する蒸気加減弁を閉止するとともに、前記蒸気加減弁下流側の蒸気を前記復水器へ排出し、前記高圧タービンに設けられた抽気管から蒸気を抽気して前記復水器へ排出し、前記低圧タービンの最終段より前側に、前記低圧タービンに流入する蒸気よりも圧力の高い蒸気を導入することを特徴とする蒸気タービンの運転方法。
【請求項６】
蒸気発生器と復水器とを結ぶ流体通路中に配置されて発電機を駆動する高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンの負荷が遮断されたときに、前記中圧タービンに流入する蒸気の量を制御するインタセプト弁を閉止するとともに、前記インタセプト弁下流側の蒸気を前記復水器へ排出し、前記中圧タービンに設けられた抽気管から蒸気を抽気して前記復水器へ排出し、前記低圧タービンの最終段より前側に、前記低圧タービンに流入する蒸気よりも圧力の高い蒸気を導入することを特徴とする蒸気タービンの運転方法。
【請求項７】
蒸気発生器と復水器とを結ぶ流体通路中に配置されて発電機を駆動する高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンの負荷が遮断されたときに、前記中圧タービン下流側の蒸気を前記復水器へ排出し、前記低圧タービンに設けられた抽気管から蒸気を抽気して前記復水器へ排出し、前記低圧タービンの最終段より前側に、前記低圧タービンに流入する蒸気よりも圧力の高い蒸気を導入することを特徴とする蒸気タービンの運転方法。
【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方法に係り、特に、発電機の駆動軸に連結された複数のタービンの負荷が遮断されたときに、タービンの回転速度の上昇を抑制するための運転を行うに好適な蒸気タービンの運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電プラントにおいては、蒸気発生器と復水器とを結ぶ流体流路中に配置された高圧タービンと中圧タービン及び低圧タービンをそれぞれ発電機の駆動軸に連結し、各タービンによって発電機を回転駆動するシステムが採用されている。
【０００３】
この種のシステムにおいては、発電機に接続された電力系統などで事故が発生したときに、タービンの負荷を遮断することが行われている。タービンの負荷が遮断されたときに、そのままタービンによって発電機を回転駆動すると、タービンの回転数が上昇し、タービンが破損する恐れがあるため、タービンの負荷が遮断されたときにはタービンの最大速度上昇率を低減する手法が採用されている。
【０００４】
例えば、タービンの負荷が遮断されたときに、ボイラと高圧タービンとの間に配置された蒸気加減弁および再熱器と中圧タービンとの間に配置されたインターセプト弁を極力早く閉止し、各タービンに流入する蒸気量を低減したり、蒸気タービンと高圧タービンとを結ぶ配管、インターセプト弁と中圧タービンとを結ぶ配管および中圧タービンと低圧タービンとを結ぶ配管の長さをそれぞれ短くして、各配管の体積を極力小さくし、各配管に残留する蒸気の量を低減することで、蒸気タービンを過速する蒸気の量を少なくすることが行われている。
【０００５】
しかし、蒸気加減弁およびインターセプト弁の閉止速度を上げるにも、機械の摩擦や慣性を考慮すると、ほぼ極限の状態にあり、これ以上閉止速度を上げることは困難である。
【０００６】
また、蒸気加減弁と高圧タービンとを結ぶ配管、インターセプト弁と中圧タービンとを結ぶ配管および中圧タービンと低圧タービンとを結ぶ配管の体積を極力小さくするにしても、配置上の制約により、各配管の長さを短くすることは困難である。
【０００７】
一方、蒸気タービンの翼長を短縮したり、蒸気タービンのロータ径を短縮したりして、蒸気タービンのコストを低減することが行われているが、同じ出力を発生する蒸気タービンを比較した場合、蒸気タービンの翼長およびロータ径の短縮によって慣性重量が小さくなったものは、コスト低減には寄与するが、タービンの負荷が遮断されたときには、慣性重量が小さくなった分、タービンの回転数が過度に上昇することになる。
【０００８】
そこで、タービンに流入する蒸気の量を低減するために、例えば、特開昭５１４６６０２号公報、特開昭５５−１４６２０４号公報、特開昭６１−５５３０３号公報に記載されているように、高圧タービンに流入する蒸気を復水器に排出するようにしたものが提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術においは、タービンの負荷遮断後、蒸気タービンに流入する蒸気の量を低減するために、蒸気加減弁を閉止するとともに、高圧タービンに流入する蒸気を復水器に排出するようにしているため、高圧タービンに流入する蒸気の量を低減することができ、蒸気タービンの速度が上昇するのを抑制することができる。
【００１０】
しかし、蒸気タービンの回転速度を抑制するために、タービンの負荷遮断後、蒸気加減弁を閉止するとともに、高圧タービンに流入する蒸気を復水器に排出するだけでは、蒸気タービンの回転速度の上昇を抑制するには十分ではない。
【００１１】
本発明の課題は、単一のタービンに流入する蒸気の量のみを低減するときよりも、蒸気タービンの回転速度の上昇をより抑制することができる蒸気タービンの運転方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、蒸気発生器と復水器とを結ぶ流体通路中に配置されて発電機を駆動する複数のタービンの負荷が遮断されたときに、前記複数のタービンのうち少なくとも前記発電機の回転数に対する影響の大きいタービンに流入する蒸気の量を制御する制御弁を閉止するとともに、前記制御弁下流側の蒸気を前記復水器へ排出する蒸気タービンの運転方法を採用したものである。
【００１３】
前記蒸気タービンの運転方法を採用するに際しては、前記制御弁下流のタービンに設けられた抽気管から蒸気を抽気して前記復水器へ排出することができる。
【００１４】
また、本発明は、蒸気発生器と復水器とを結ぶ流体通路中に配置されて発電機を駆動する複数のタービンの負荷が遮断されたときに、前記複数のタービンのうちいずれかのタービンに流入する蒸気の量を制御する制御弁を閉止するとともに、前記複数のタービンにそれぞれ流入する蒸気を前記復水器へ排出する蒸気タービンの運転方法を採用したものである。
【００１５】
この場合、前記複数のタービンにそれぞれ設けられた抽気管から蒸気を抽気して前記復水器へ排出することができる。
【００１６】
前記各蒸気タービンの運転方法を採用するに際しては、前記複数のタービンのうち低圧側のタービンの最終段より前側に、前記低圧側のタービンに流入する蒸気よりも圧力の高い蒸気を導入することができる。
【００１７】
また、本発明は、蒸気タービンとして、高圧タービンと中圧タービンおよび低圧タービンを有するシステムにおいて、蒸気発生器と復水器とを結ぶ流体通路中に配置されて発電機を駆動する高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンの負荷が遮断されたときに、前記高圧タービンに流入する蒸気の量を制御する蒸気加減弁を閉止するとともに、前記蒸気加減弁下流側の蒸気を前記復水器へ排出し、前記高圧タービンに設けられた抽気管から蒸気を抽気して前記復水器へ排出する蒸気タービンの運転方法を採用したものである。
【００１８】
高圧タービンと中圧タービンおよび低圧タービンを有するシステムにおいて、蒸気タービンの負荷が遮断されたときに、中圧タービンに流入する蒸気の量を制御するインターセプト弁を閉止するとともに、前記インターセプト弁下流側の蒸気を復水器へ排出し、前記中圧蒸気タービンに設けられた抽気管から蒸気を抽気して前記復水器へ排出するか、あるいは、前記中圧タービン下流側の蒸気を前記復水器へ排出し、前記低圧タービンに設けられた抽気管から蒸気を抽気して前記復水器へ排出したりする方法を採用することができる。
【００１９】
蒸気タービンとして、高圧タービンと中圧タービンおよび低圧タービンを有するシステムにおいて、前記低圧タービンの最終段より前側に、前記低圧タービンに流入する蒸気よりも圧力の高い蒸気を導入する運転方法を採用することができる。
【００２０】
前記した手段によれば、複数のタービンのうち少なくとも発電機の回転数に対する影響、例えば、回転数の上昇に対して影響の大きいタービンに流入する蒸気の量を制御する制御弁を閉止するとともに、制御弁下流側の蒸気を復水器へ排出するようにしているため、単一のタービンに流入する蒸気のみを復水器に排出するときよりも、タービン全体の仕事量を低減することができ、負荷遮断後の最大速度到達回転数を低く抑えることが可能になる。
【００２１】
また、タービンに流入する蒸気の量を制御する制御弁を閉止するとともに、複数のタービンにそれぞれ流入する蒸気を復水器へ排出するようにしているため、単一のタービンに流入する蒸気を復水器に排出するときよりも、タービン全体の仕事量を低減することができるとともに、蒸気タービンの回転速度の上昇を抑制することができ、負荷遮断後の最大速度到達回転数を低く抑えることが可能になる。
【００２２】
また、タービンに設けられた抽気管から蒸気を抽気して復水器へ排出したり、低圧側のタービンの最終段より前側に、低圧側のタービンに流入する蒸気よりも圧力の高い蒸気を導入することで、タービン間の差圧を減少させてタービンの仕事量を低減させることができるため、蒸気タービンの回転速度の上昇をより抑制することができる。
【００２３】
また、高圧タービンと中圧タービンおよび低圧タービンを有するシステムにおいては、負荷遮断後に、蒸気加減弁を閉止するとともに、蒸気加減弁下流側の蒸気を復水器へ排出し、高圧タービンの抽気管から蒸気を抽気して復水器へ排出したり、インターセプト弁を閉止するとともに、インターセプト弁下流側の蒸気を復水器へ排出し、中圧タービンの抽気管から蒸気を抽気して復水器へ排出したり、あるいは中圧タービン下流側の蒸気を復水器へ排出し、低圧タービンの抽気管から蒸気を抽気して復水器へ排出したりすることで、単一のタービンに流入する蒸気の量を低減するときよりも、蒸気タービン全体の仕事量を低減することができるとともに、蒸気タービンの回転速度の上昇を抑制することができ、負荷遮断後の最大速度到達回転数を低く抑えることが可能になる。
【００２４】
さらに、低圧タービンの最終段より前側に、低圧タービンに流入する蒸気よりも圧力が高い蒸気を導入することで、蒸気タービン全体の仕事量をより低減することができ、蒸気タービンの回転速度の上昇をより抑制することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明が適用された発電プラントの系統図である。図１において、発電プラントは、ボイラ１０、高圧タービン１２、中圧タービン１４、ダブルフローの低圧タービン１６、発電機１８、復水器２０を備えており、高圧タービン１２、中圧タービン１４、低圧タービン１６は蒸気タービンとして、ボイラ１０と復水器２０とを結ぶ流体流路中に配置されているとともに、発電機１８の駆動軸２２に連結されている。
【００２６】
蒸気発生器としてのボイラ１０内には再熱器２４が収納されており、ボイラ１０は配管２６を介して高圧タービン１２の入口側に接続されている。高圧タービン１２の出口側は配管２８を介してボイラ１０の再熱器２４に接続されている。再熱器２４は配管３０を介して中圧タービン１４の入口側に接続され、中圧タービン１４の出口側は配管３２を介して低圧タービン１６の入口側に接続されている。
【００２７】
配管２６の管路途中には蒸気加減弁３４が設置され、配管３０の管路途中にはインタセプト弁３６が設置されている。蒸気加減弁３４は高圧タービン１２に流入する蒸気の量を制御するための制御弁として、インタセプト弁３６は中圧タービン１４に流入する蒸気の量を制御する制御弁として構成されている。配管２６の蒸気加減弁３４下流側には、配管２６から分岐した配管３８が接続され、配管３０のインタセプト弁３６下流側には、配管３０から分岐した配管４０が接続され、配管３２には、配管３２から分岐した配管４２が接続されており、各配管３８、４０、４２はそれぞれ復水器２０に接続されている。各配管３８、４０、４２の管路途中には各配管を開閉するダンプ弁４４、４６、４８が配置されている。
【００２８】
また、配管２８の管路途中には、配管２８から分岐した配管５０が接続されており、配管５０は復水器２０に接続されている。この配管５０の管路途中には、ベンチレータ弁５２が設置されている。このベンチレータ弁５２は、インタセプト弁３６が全閉（閉止）されたときに、蒸気加減弁３４下流側からインタセプト弁３６までの間に閉じ込められた蒸気によって高圧タービン１２に風損が生じ、この風損によってタービン翼が加熱されるのを抑制するために設けられている。すなわち、インタセプト弁３６の全閉時に、ベンチレータ弁５２を開くことで、タービン翼が加熱されるの抑制するようになっている。
【００２９】
蒸気加減弁３４、インタセプト弁３６、ダンプ弁４４、４６、４８、ベンチレータ弁５２の開閉動作を制御するために制御装置５４が設けられている。制御装置５４は、発電機１８の電流を監視し、系統事故時など蒸気タービンの負荷が遮断されたときには、発電機１８の電流を基に負荷が遮断されたことを検知し、負荷遮断に伴って蒸気加減弁３４、インターセプト弁３６を全閉状態に制御するとともにダンプ弁４４、４６、４８を全開状態に制御するように構成されている。
【００３０】
上記構成において、蒸気タービンを駆動するための蒸気は、ボイラ１０によって生成され、ボイラ１０から発生した蒸気は蒸気加減弁３４を介して高圧タービン１２に導入され、導入された蒸気によって高圧タービン１２が仕事をし、高圧タービン１２で仕事をした蒸気は再熱器２４に流入する。このとき高圧タービン１２に流入する蒸気の量は蒸気加減弁３４の開度により、発電機１８の負荷に見合った蒸気量に制御される。
【００３１】
再熱器２４に流入した蒸気は再熱器２４で加熱され、加熱された蒸気は、通常、運転中は全開状態に保持されているインタセプト弁３６を通過して中圧タービン１４に流入する。中圧タービン１４に流入した蒸気は中圧タービン１４で仕事をしたあと、配管３２を通過したあと、低圧タービン１６に流入し、低圧タービン１６で仕事をし、最終的には復水器２０に流入する。蒸気が各タービンに流入して仕事をすることで、発電機１８が回転駆動され、発電機１８は、例えば、５０Ｈｚの電力系統では定格３０００ｒｐｍで回転する。なお、通常時には、ダンプ弁４４、４６、４８は全閉状態にある。
【００３２】
発電機１８に接続された電力系統などで事故が発生し、蒸気タービンの負荷が遮断されたときには、蒸気加減弁３４、インタセプト弁３６が全閉状態に制御される。この場合、蒸気加減弁３４、インタセプト弁３６のみを全閉状態としたのでは、蒸気加減弁３４下流側およびインタセプト弁３６下流側に残留する蒸気によって蒸気タービンの回転速度が上昇することになる。
【００３３】
例えば、高圧タービン１２に着目すると、図２に示すように、負荷遮断後、蒸気加減弁３４を全閉状態に制御しても、高圧タービン１２に流入する蒸気によって蒸気タービンの回転速度を上昇させるエネルギーには、負荷遮断時に、既に蒸気加減弁３４下流側にある蒸気量Ｑ１に起因するエネルギーと、負荷遮断後、蒸気加減弁３４を急速に全閉状態（閉止状態）としても、この全閉状態となるまでの時間遅れにより、高圧タービン１２に流入する蒸気の量Ｑｃｖに起因するエネルギーがある。これらのエネルギーは次の（１）式で表され、この過速に寄与するエネルギーＵＯｈによって蒸気タービンの回転速度が上昇する。
【００３４】
ＵＯｈ＝ΔＳｈ×（Ｑｃｖ＋Ｑ１）・・・（１）
ここで、
ＵＯｈ＝負荷遮断後、高圧タービン１２に与えられ、高圧タービンの過速に寄与するエネルギー
Ｑｃｖ＝負荷遮断後、蒸気加減弁３４が全閉状態になるまでの時間遅れによって高圧タービン１２に流入する蒸気の量
Ｑ１＝負荷遮断時、既に蒸気加減弁３４の下流側に残留する蒸気の量
ΔＳｈ＝高圧タービン１２の入口側と出口側との差圧により決定される熱落差そこで、本実施形態においては、ＵＯｈを低減するために、蒸気加減弁３４を全閉状態にするとともに、ダンプ弁４４を全開状態に制御することとしている。
【００３５】
具体的には、図３（ａ）に示すように、負荷遮断に伴って、蒸気加減弁３４を全閉状態に制御するとともに、ダンプ弁４４を全開状態に制御する。このような制御を行うと、破線で示すように、ダンプ弁４４を全開状態とすることで、蒸気加減弁３４が全閉状態となるまでに、高圧タービン１２に流入する蒸気を復水器２０に排出することができ、高圧タービン１２に流入する蒸気の量を低減することができる。これに対して、ダンプ弁４４を全開状態にしないときには実線で示すように、蒸気加減弁３４を全閉状態にしたあとも蒸気タービン１２に流入する蒸気の量が存在することになる。
【００３６】
すなわち、従来、図３（ｂ）に示すように、負荷遮断後、蒸気加減弁が閉じ始めた瞬間には、蒸気加減弁下流側に、定格状態の蒸気流れがあるため、蒸気加減弁が閉じ始めたあと、ある時間遅れＴ後に蒸気量が減少している。
【００３７】
これに対して、本実施形態によれば、図３（ａ）に示すように、負荷遮断後、蒸気加減弁３４を全閉状態に制御するとともに、ダンプ弁４４を全開状態にして、蒸気加減弁３４下流側の蒸気を瞬間に抜き出すようにしているため、負荷遮断後、蒸気加減弁３４下流側の蒸気の量が急激に減少し始め、結果的には、負荷遮断後、高圧タービン１２に流入する蒸気の量を低減することができる。
【００３８】
上述したことを考慮し、本実施形態においては、蒸気タービンの負荷遮断後、蒸気加減弁３４、インタセプト弁３６を全閉状態に制御するとともに、ダンプ弁４４、４６、４８を全開状態に制御し、蒸気加減弁３４下流側、インタセプト弁３６下流側、中圧タービン１４下流側の蒸気を復水器２０に排出することとしている。
【００３９】
蒸気タービンの負荷遮断後、蒸気加減弁３４、インタセプト弁３６を全閉状態に制御するとともに、ダンプ弁４４、４６、４８を全開状態に制御し、蒸気加減弁３４下流側、インタセプト弁３６下流側、中圧タービン１４下流側の蒸気を復水器２０に排出する制御を行うことで、高圧タービン１２、中圧タービン１４、低圧タービン１６に流入する蒸気の量を低減することができるとともに、蒸気タービン全体の仕事量を減らすことができ、蒸気タービンの回転速度の上昇を抑制し、負荷遮断後の最大速度到達回転数を低く抑えることが可能になる。
【００４０】
本実施形態においては、蒸気タービンの負荷遮断後、蒸気加減弁３４、インタセプト弁３６を全閉状態に制御するとともに、ダンプ弁４４、４６、４８を全開状態に制御することについて述べたが、全てのダンプ弁を全開状態にする代わりに、発電機１８の回転数の上昇に対する影響の大きいタービンに流入する蒸気の量を制御する制御弁、例えば、インタセプト弁３６を閉止（全閉）するとともに、蒸気加減弁３４を閉止し、ダンプ弁４４、４６を全開状態に制御することによっても、単一のタービンに流入する蒸気のみを復水器に排出するときよりは、蒸気タービン全体の仕事量を低減することができる。
【００４１】
特に、蒸気タービン１２、中圧タービン１４、低圧タービン１６の仕事量をそれぞれ３０：３０：４０とした場合、蒸気加減弁３４、インタセプト弁３６を全閉状態にするとともにダンプ弁４４、４６を全開状態に制御することで、蒸気タービン全体の仕事量を低減することができる。
【００４２】
また、中圧タービン１４と低圧タービン１６とが一体となったタービンを用いたときには、蒸気タービン３４とインタセプト弁３６を全閉状態にするとともにダンプ弁４４、４６を全開状態に制御することで、蒸気タービン全体の仕事量を低減することができる。
【００４３】
また、高圧タービン１２、中圧タービン１４、低圧タービン１６にそれぞれ抽気管が設けられているときには、各抽気管から蒸気を抽気して復水器２０へ排出することで蒸気タービン全体の仕事量をより低減することができる。
【００４４】
さらに、低圧タービン１６の最終段の翼より前側に、低圧タービン１６に流入する蒸気よりも圧力の高い蒸気、例えば、インタセプト弁３６下流側の蒸気を導入することで、中圧タービン１４・低圧タービン１６間の差圧を低くし、蒸気タービン全体の仕事量をより低減することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数のタービンのうち少なくとも発電機の回転数に対して影響数の大きいタービンに流入する蒸気の量を制御する制御弁を閉止するとともに、制御弁下流側の蒸気を復水器へ排出するようにしているため、単一のタービンに流入する蒸気のみを復水器に排出するときよりも、タービン全体の仕事量を低減することができ、負荷遮断後の最大速度到達回転数を低く抑えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された発電プラントの系統図である。
【図２】負荷遮断後に高圧タービンに作用するエネルギーを説明するための図である。
【図３】負荷遮断後タービンに流入する蒸気の量を説明するための図であって、（ａ）は本発明に係る特性図、（ｂ）は従来の特性図である。
【符号の説明】
１０  ボイラ
１２  高圧タービン
１４  中圧タービン
１６  低圧タービン
１８  発電機
２０  復水器
２４  再熱器
３４  蒸気加減弁
３６  インタセプト弁
４４、４６、４８  ダンプ弁
５４  制御装置
【図１】
0003909466.tif 000002
【図２】
0003909466.tif 000003
【図３】
0003909466.tif 000004