(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービン設備，同期発電機などから構成される発電プラントであって、同期発電機の出力電圧を検出して、この検出値が所定の値になるように同期発電機に界磁電流を供給する励磁機の界磁電流を検出して調整する自動電圧調整装置が故障したときに、前記励磁機の界磁電流を検出して、この検出値が所定の値になるよう調整する簡易電圧調整装置に切り換えて発電プラントの運転を継続する発電プラントの制御システムにおいて、前記故障した自動電圧調整装置が修復して前記簡易電圧調整装置から前記自動電圧調整装置に切り換えるときには、前記自動電圧調整装置の調節器の出力値として前記簡易電圧調整装置の出力値に相当する値を保持させるとともに前記調節器の電圧設定値入力を電圧検出値に切り換え、前記調節器の入力偏差が所定値以下となったときに、前記簡易電圧調整装置での発電プラントの運転から該自動電圧調整装置での運転への切り換えを行うことにより、切り換えによるショックの発生を防止する切換ショック防止機能を備えたことを特徴とする発電プラントの制御システム。
【請求項２】
蒸気タービン設備，同期発電機などから構成される発電プラントであって、蒸気タービンの回転速度を検出して、この検出値が所定の値になるように蒸気加減弁の開度を検出して調節する調速制御装置が故障したときに、前記蒸気加減弁の開度を検出してこの検出値が所定の値になるよう調整する簡易調速制御装置に切り換えて発電プラントの運転を継続する発電プラントの制御システムにおいて、前記故障した調速制御装置が修復して前記簡易調速制御装置から前記調速制御装置に切り換えるときには、前記調速制御装置の調節器の出力値として前記簡易調速制御装置の出力値に相当する値を保持させるとともに前記調節器の回転速度設定値入力を回転速度検出値に切り換え、前記調節器の入力偏差が所定値以下となったときに、前記簡易調速制御装置での発電プラントの運転から前記調速制御装置での運転に切り換えを行うことにより、切り換えによるショックの発生を防止する切換ショック防止機能を備えたことを特徴とする発電プラントの制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば産業用蒸気の有効利用を目的とした発電プラントの制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の発電プラントの制御システムとして、特開平８−１６５９０６号公報に開示されているものが知られている。
図５は、上述の発電プラントの制御システムを示すブラシレス励磁方式の同期発電機の制御システム構成図である。
【０００３】
図５において、自動電圧調整装置２０は、同期発電機１の出力電圧を電圧検出用変成器（ＰＴ）２を介して検出し、この検出値が所定の値になるように同期発電機１の励磁機３の界磁巻線３ａに流す界磁電流（Ｉｆ）を電流検出器４により検出して調整する。自動電圧調整装置２０の出力は、切換リレー５の接点５ａを介して点弧角調整装置６に入力され、点弧角調整装置６ではサイリスタ７に調整された界磁電流（Ｉｆ）を流す点弧角で点弧信号を発生することで、同期発電機１の出力電圧は所定の電圧値に保たれる。
【０００４】
上述の通常運転中に、自動電圧調整装置２０に故障が発生すると、自動電圧調整装置２０より切換リレー５に故障信号を発し、切換リレー５の接点５ａで、簡易電圧調整装置３０の出力に切り換えられる。
切り換わった簡易電圧調整装置３０では、故障直前の自動電圧調整装置２０の出力値を簡易電圧調整装置３０から点弧角調整装置６へ入力しつつ、励磁機３の界磁電流（Ｉｆ）を電流検出器４により検出して、この界磁電流（Ｉｆ）を所定の値になるように調整動作をすることでショックレスに切り換えが行われ、同期発電機１の運転を継続する。
【０００５】
すなわち図５に示した自動電圧調整装置２０および簡易電圧調整装置３０で構成される従来例では、故障した自動電圧調整装置２０から簡易電圧調整装置３０に切り換わってこの発電プラントの運転を継続する際に、簡易電圧調整装置３０にはこの切り換えによるショックの発生を防止する切換ショック防止機能を備えている。
【０００６】
図６は、上述の発電プラントの制御システムを示す蒸気タービン設備の制御システム構成図である。
図６において、調速制御装置４０は、タービン１０の回転速度を回転数ピックアップ１１により検出し、この検出値が所定の値になるようにタービン１０の蒸気加減弁１２の弁開度を開度検出器１３により検出して調整する。調速制御装置４０の出力は、切換リレー１４の接点１４ａを介してアクチェータ１５に入力され、アクチェータ１５により蒸気加減弁１２の弁開度を調整することで、タービン１０の回転速度は所定の値に保たれる。
【０００７】
上述の通常運転中に、調速制御装置４０に故障が発生すると、調速制御装置４０より切換リレー１４に故障信号を発し、切換リレー１４の接点１４ａで、簡易調速制御装置５０の出力に切り換えられる。
切り換わった簡易調速制御装置５０では、調速制御装置４０が故障直前の弁開度の記憶値を設定値とし、蒸気加減弁１２の弁開度を開度検出器１３により検出して、この弁開度を前記設定値になるように調整動作をすることでショックレスに切り換えが行われ、タービン１０の運転を継続する。
【０００８】
すなわち図６に示した調速制御装置４０および簡易調速制御装置５０で構成される従来例では、故障した調速制御装置４０から簡易調速制御装置５０に切り換わってこの発電プラントの運転を継続する際に、簡易調速制御装置５０にはこの切り換えによるショックの発生を防止する切換ショック防止機能を備えている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の発電プラントの制御システムにおいて、図５または図６に示した従来の構成例ともに、故障した自動電圧調整装置２０または調速制御装置４０を修復して通常の運転状態に復旧させる際には、一旦この発電プラントを停止させるようにしていた。
【００１０】
しかしながら発電プラントを停止させることは、電力系統に影響を与えるのみならず、経済的損失が発生するという難点があった。また、蒸気タービン設備では一旦停止すると、再起動して電力の供給を開始するまでにかなりの時間を要し、煩雑な起動操作が必要であった。
この発明の目的は、上記問題点を解決する発電プラントの制御システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この第１の発明は、蒸気タービン設備，同期発電機などから構成される発電プラントであって、同期発電機の出力電圧を検出して、この検出値が所定の値になるように同期発電機に界磁電流を供給する励磁機の界磁電流を検出して調整する自動電圧調整装置が故障したときに、前記励磁機の界磁電流を検出して、この検出値が所定の値になるよう調整する簡易電圧調整装置に切り換えて発電プラントの運転を継続する発電プラントの制御システムにおいて、前記故障した自動電圧調整装置が修復して前記簡易電圧調整装置から前記自動電圧調整装置に切り換えるときには、前記自動電圧調整装置の調節器の出力値として前記簡易電圧調整装置の出力値に相当する値を保持させるとともに前記調節器の電圧設定値入力を電圧検出値に切り換え、前記調節器の入力偏差が所定値以下となったときに、前記簡易電圧調整装置での発電プラントの運転から該自動電圧調整装置での運転への切り換えを行うことにより、切り換えによるショックの発生を防止する切換ショック防止機能を備える。
【００１２】
また、第２の発明は、蒸気タービン設備，同期発電機などから構成される発電プラントであって、蒸気タービンの回転速度を検出して、この検出値が所定の値になるように蒸気加減弁の開度を検出して調節する調速制御装置が故障したときに、前記蒸気加減弁の開度を検出してこの検出値が所定の値になるよう調整する簡易調速制御装置に切り換えて発電プラントの運転を継続する発電プラントの制御システムにおいて、前記故障した調速制御装置が修復して前記簡易調速制御装置から前記調速制御装置に切り換えるときには、前記調速制御装置の調節器の出力値として前記簡易調速制御装置の出力値に相当する値を保持させるとともに前記調節器の回転速度設定値入力を回転速度検出値に切り換え、前記調節器の入力偏差が所定値以下となったときに、前記簡易調速制御装置での発電プラントの運転から前記調速制御装置での運転に切り換えを行うことにより、切り換えによるショックの発生を防止する切換ショック防止機能を備える。
【００１３】
この発明によれば、発電プラントを通常運転に復旧させる際にも、この制御システムに後述の切換ショック防止機能を備えて、該発電プラントを停止させることなく運転を継続できるようにする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の第１の実施例を示す発電プラントの制御システムの部分構成図であって、図５に示した発電プラントの制御システムの自動電圧調整装置６０の詳細回路構成図である。
図１において、自動電圧調整装置６０は電圧調整部６０ａと切換演算回路６０ｂとから構成され、電圧調整部６０ａと切換演算回路６０ｂとは個別にこの制御システムから着脱できるものとする。
【００１５】
図１に示した電圧調整部６０ａは電圧検出用変成器（ＰＴ）２からの電圧を直流値に変換する電圧検出回路６１と、通常運転時の同期発電機１の出力電圧を設定する電圧設定器６２と、電圧設定器６２の設定値と電圧検出回路６１の検出値との偏差を求める加算演算器６３と、この偏差を比例・積分（ＰＩ）演算して界磁電流設定値として出力する調節器６４と、この界磁電流設定値と電流検出器４の検出値（Ｉｆ）との偏差を求める加算演算器６５と、この偏差を所定のゲイン（ＫACR ）倍した点弧角設定値を出力する増幅器６６と、この点弧角設定値をリニアライズ（ｃｏｓα）して点弧角（α）を出力する関数演算器６７とにより、この発電プラントの通常運転状態の調整動作が行われる。
【００１６】
図１に示した電圧調整部６０ａが故障して、簡易電圧調整装置３０でのこの発電プラントの運転から前記通常運転状態に復旧させる手順を、図２に示す切換演算回路６０ｂの詳細回路構成図に基づいて以下に説明をする。
図２において、前記故障した電圧調整部６０ａが修復されて、この制御システムに装着されると、電圧調整部６０ａの故障を監視する故障監視回路７２からは正常信号が出力される。ノット回路７３の出力であるこの正常信号と、発電機１の出力電圧を監視する発電機電圧監視回路７４の出力が正常（発電機電圧：Ｖ，１１０％≧Ｖ≧８０％）である条件と、切換リレー５が簡易電圧調整装置３０側になっている条件（切換リレー５が励磁）と、外部より切換指令が発せられている条件とが成立するとアンド回路７５が動作をし、追従開始リレー６８が励磁される。
【００１７】
追従開始リレー６８が励磁されると、電圧調整部６０ａでは簡易電圧調整装置３０の出力の点弧角（α）から点弧角設定値を演算する関数（ｃｏｓ-1α）演算を関数演算器６９で行い、関数演算器６９の出力を前記ＫACR での除算を除算演算器７０で行い、この除算値と電流検出器４の検出値（Ｉｆ）との加算を加算演算器７１で行うと、この加算値は簡易電圧調整装置３０の出力の点弧角（α）に相当する調節器６４の出力値となる。
【００１８】
追従開始リレー６８の接点６８ａが電圧検出回路６１側に閉じ、調節器６４の入力はほぼ零となり、追従開始リレー６８の接点６８ｂが閉じることにより調節器６４の出力値をこの値に保持される。
次に、追従開始リレー６８が励磁され、入力監視回路回路７６による調節器６４の入力が所定の値（１％）以下になるとアンド回路７７が動作をし、この動作によりタイマ７８を起動させ、例えば５秒経過するとタイムアップし、フリップ・フロップ７９に入力され、切換リレー５が励磁から無励磁となり、切換リレー５の接点５ａにより、点弧角調整装置６の入力は電圧調整部６０ａの出力に切り換わる。
【００１９】
同時に、追従開始リレー６８も無励磁となるので、電圧設定器６２の設定値と電圧検出回路６１の検出値との偏差を比例・積分（ＰＩ）演算して界磁電流設定値を出力する調節器６４の出力値も、追従開始リレー６８の接点６８ｂを介した保持値から、ショックレスに変化しつつ該設定値に基づく調整動作に入り、この発電プラントは通常運転状態となる。
【００２０】
この通常運転中に、万一電圧調整部６０ａが故障すると、故障監視回路７２が動作をし、フリップ・フロップ７９により即時に切換リレー５が無励磁から励磁となり、簡易電圧調整装置３０側に切り換わる。
図３は、この発明の第２の実施例を示す発電プラントの制御システムの部分構成図であって、図６に示した蒸気タービン設備の制御システムの調速制御装置８０の詳細回路構成図である。
【００２１】
図３において、調速制御装置８０は調速制御部８０ａと切換演算回路８０ｂとから構成され、調速制御部８０ａと切換演算回路８０ｂとは個別にこの制御システムから着脱できるものとする。
図３に示した調速制御部８０ａは回転数ピックアップ１１からパルスを周波数に変換する周波数検出器８１と、通常運転時のタービン１０の回転速度を設定する周波数設定器８２と、周波数設定器８２の設定値と周波数検出器８１の検出値との偏差を求める加算演算器８３と、この偏差を比例・積分（ＰＩ）演算して出力する調節器８４と、調節器８４の出力値と所定のゲイン（ＫM ）倍する増幅器８５と、増幅器８５の出力値から折線特性（Ａ）の関数演算をして、弁開度設定値として出力する関数演算器８６と、この弁開度設定値と弁開度検出器１３から弁開度検出値との偏差を求める加算演算器８７と、加算演算器８７の出力をアクチュエータ１５に出力することにより、この蒸気タービン設備の通常運転状態の調整動作が行われる。
【００２２】
図３に示した調速制御部８０ａが故障して、簡易調速制御装置５０でのこの蒸気タービン設備の運転から前記通常運転状態に復旧させる手順を、図４に示す切換演算回路８０ｂの詳細回路構成図に基づいて以下に説明をする。
図４において、前記故障した調速制御部８０ａが修復されて、この制御システムに装着されると、調速制御部８０ａの故障を監視する故障監視回路９１からは正常信号が出力される。ノット回路９２の出力であるこの正常信号と、タービン１０の回転速度を監視する回転速度監視回路９３の出力が正常（タービン回転数：ｒ、ｒ≦１０３％）である条件と、切換リレー１４が簡易調速制御装置５０側になっている条件（切換リレー１４が励磁）と、外部より切換指令が発せられている条件とが成立するとアンド回路９４が動作をし、追従開始リレー８８が励磁される。
【００２３】
追従開始リレー８８が励磁されると、調速制御部８０ａでは簡易調速制御装置５０の出力値から前記折線特性（Ａ）とは逆特性の折線特性（Ｂ）の関数演算を関数演算器８９で行い、関数演算器８９の出力を前記ＫM での除算を除算演算器９０で行うと、この除算値は簡易調速制御装置５０の出力に相当する調節器８４の出力値となる。
【００２４】
追従開始リレー８８の接点８８ａが周波数検出器８１側に閉じ、調節器８４の入力はほぼ零となり、追従開始リレー８８の接点８８ｂが閉じることにより調節器８４の出力値をこの値に保持される。
次に、追従開始リレー８８が励磁され、入力監視回路９５による調節器８４の入力が所定の値（０．５％）以下になるとアンド回路９６が動作をし、この動作によりタイマ９７を起動させ、例えば５秒経過するとタイムアップし、フリップ・フロップ９８に入力され、切換リレー１４が励磁から無励磁となり、切換リレー１４の接点１４ａにより、アクチュエータ１５の入力は調速制御部８０ａの出力に切り換わる。
【００２５】
同時に、追従開始リレー８８も無励磁となるので、周波数設定器８２の設定値と周波数検出器８１の検出値との偏差を比例・積分（ＰＩ）演算して出力する調節器８４の出力値も、追従開始リレー８８の接点８８ｂを介した保持値からショックレスに変化しつつ該設定値に基づく調整動作に入り、この蒸気タービン設備は通常運転状態となる。
【００２６】
この通常運転中に、万一調速制御部８０ａが故障すると、故障監視回路９１が動作をし、フリップ・フロップ９８により即時に切換リレー１４が無励磁から励磁となり、簡易調速制御装置５０側に切り換わる。
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば、故障した自動電圧調整装置または調速制御装置を修復し、この発電プラントを通常運転に復旧させる際にも、この制御システムには上述の切換ショック防止機能を備えて、該発電プラントを停止させることなくショックレスに切り換えが行われ、冗長性を有する動作信頼性の高い発電プラントの制御システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す発電プラントの制御システムの部分構成図
【図２】図１の動作を説明する詳細回路構成図
【図３】この発明の第２の実施例を示す発電プラントの制御システムの部分構成図
【図４】図３の動作を説明する詳細回路構成図
【図５】発電プラントの制御システムを示すブラシレス励磁方式の同期発電機の制御システム構成図
【図６】発電プラントの制御システムを示す蒸気タービン設備の制御システム構成図
【符号の説明】
１…同期発電機、２…電圧検出用変成器、３…励磁機、４…電流検出器、５…切換リレー、６…点弧角調整装置、７…サイリスタ、１０…タービン、１１…回転数ピックアップ、１２…蒸気加減弁、１３…弁開度検出器、１４…切換リレー、１５…アクチェータ、２０…自動電圧調整装置、３０…簡易電圧調整装置、４０…調速制御装置、５０…簡易調速制御装置、６０…自動電圧調整装置、６０ａ…電圧調整部、６０ｂ…切換演算回路、６１…電圧検出回路、６２…電圧設定器、６３…加算演算器、６４…調節器、６５…加算演算器、６６…増幅器、６７…関数演算器、６８…追従開始リレー、６９…関数演算器、７０…除算演算器、７１…加算演算器、７２…故障監視回路、７３…ノット回路、７４…発電機電圧監視回路、７５…アンド回路、７６…入力監視回路回路、７７…アンド回路、７８…タイマ、７９…フリップ・フロップ、８０…調速制御装置、８０ａ…調速制御部、８０ｂ…切換演算回路、８１…周波数検出器、８２…周波数設定器、８３…加算演算器、８４…調節器、８５…増幅器、８６…関数演算器、８７…加算演算器、８８…追従開始リレー、８９…関数演算器、９０…除算演算器、９１…故障監視回路、９２…ノット回路、９３…回転速度監視回路、９４…アンド回路、９５…入力監視回路、９６…アンド回路、９７…タイマ、９８…フリップ・フロップ。
【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】
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