JP4909294B2 - タービンバイパス制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、タービンバイパス制御に関し、特に、タービントリップ時に好適なタービンバイパス制御に関する。

タービントリップ時における蒸気圧力の制御が従来から行われている。

特許文献１は、コンバインドプラントのタービンバイパス制御方法を開示している。コンバインドプラントは、タービンバイパスと、タービンガバナを備える。タービンバイパスは、蒸気タービン入口に接続され、タービンバイパス弁を備える。タービンガバナは、タービンバイパス弁を制御する。タービンバイパス制御方法において、タービンガバナがタービンバイパス弁の自動制御を停止した時、その時のタービン入口蒸気圧力より所定値だけ高い圧力を設定圧力としてタービンバイパス弁を制御する。

特許文献２は、蒸気タービン蒸気バイパス装置を開示している。蒸気タービン蒸気バイパス装置は、タービンバイパス弁と、センサと、流量弁開度変換手段と、バイパス弁制御手段とを備える。タービンバイパス弁は、高圧蒸気だめの蒸気を流出させて、高圧蒸気だめの圧力を調節する。センサは、高圧蒸気だめから蒸気タービンへ流入する蒸気流量を測定する。流量弁開度変換手段は、測定された蒸気流量に見合うタービンバイパス弁開度の増加分を算出する。バイパス弁制御手段は、高圧蒸気だめ内圧力に基づいて得られた弁開度と算出された増加分との和に基づいてタービンバイパス弁を制御する。

特開平７−２２９４０５号公報 特開平１１−２５７０１８号公報

本発明の目的は、タービンに接続される高圧側ヘッダ及び低圧側ヘッダの両方の圧力を制御するタービンバイパス制御装置及び制御方法を提供することである。

以下に、（発明を実施するための最良の形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための最良の形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明によるタービンバイパス制御装置（４）は、バルブ開度に対応する第１操作量信号（ＭＶ１）を出力する高圧側圧力制御器（４１）と、バルブ開度に対応する第２操作量信号（ＭＶ２）を出力する低圧側圧力制御器（４２）と、第１操作量信号（ＭＶ１）及び第２操作量信号（ＭＶ２）のうち大きい開度を示す方に対応する高値操作量信号（ＭＶＨ）を出力する高値選択器（５０）と、高値操作量信号（ＭＶＨ）及び第２操作量信号（ＭＶ２）が入力され、第１バイパス弁操作量信号（ＭＶ５１）を出力する第１信号切り替え器（５１）と、高値操作量信号（ＭＶＨ）及び第１操作量信号（ＭＶ１）が入力され、第２バイパス弁操作量信号（ＭＶ５２）を出力する第２信号切り替え器（５２）と、急開制御器（４０）を具備する。

タービン（１３）のトリップ開始前において、タービン（１３）は、高圧側ヘッダ（１１）からタービン（１３）を通って低圧側ヘッダ（１２）に流れる蒸気によって駆動される。高圧側圧力制御器（４１）は、高圧側ヘッダ（１１）内の高圧側圧力と高圧側圧力設定信号（ＳＶ１）に基づいて第１操作量信号（ＭＶ１））を出力する。低圧側圧力制御器（４２）は、低圧側ヘッダ（１２）内の低圧側圧力と低圧側圧力設定信号（ＳＶ２）に基づいて第２操作量信号（ＭＶ２）を出力する。第１信号切り替え器（５１）は、高値操作量信号（ＭＶＨ）を第１バイパス弁操作量信号（ＭＶ５１）として出力する。第２信号切り替え器（５２）は、高値操作量信号（ＭＶＨ）を第２バイパス弁操作量信号（ＭＶ５２）として出力する。高圧側ヘッダ（１１）と低圧側ヘッダ（１２）を接続するタービンバイパスライン（１５）に設けられた第１バイパス弁（２１）は第１バイパス弁操作量信号（ＭＶ５１）に基づいて制御される。第１バイパス弁（２１）と並列関係を有するようにタービンバイパスライン（１５）に設けられた第２バイパス弁（２２）は第２バイパス弁操作量信号（ＭＶ５２）に基づいて制御される。

トリップ開始からＴ１時間の期間において、急開制御器（４０）は、第１バイパス弁（２１）及び第２バイパス弁（２２）の少なくとも一方を急開させる。高圧側圧力制御器（４１）は、第２バイパス弁（２２）の開度に基づいて第１操作量信号（ＭＶ１）をトラッキングする。低圧側圧力制御器（４２）は、第１バイパス弁（２１）の開度に基づいて第２操作量信号（ＭＶ２）をトラッキングする。

トリップ開始からＴ１時間経過後において、高圧側圧力制御器（４１）は、高圧側圧力と高圧側圧力設定信号（ＳＶ１）に基づいて第１操作量信号（ＭＶ１）を出力する。低圧側圧力制御器（４２）は、低圧側圧力と低圧側圧力設定信号（ＳＶ２）に基づいて第２操作量信号（ＭＶ２）を出力する。第１信号切り替え器（５１）は、第２操作量信号（ＭＶ２）を第１バイパス弁操作量信号（ＭＶ５１）として出力する。第２信号切り替え器（５２）は、第１操作量信号（ＭＶ１）を第２バイパス弁操作量信号（ＭＶ５２）として出力する。第１バイパス弁（２１）は第１バイパス弁操作量信号（ＭＶ５１）に基づいて制御され、第２バイパス弁（２２）は第２バイパス弁操作量信号（ＭＶ５２）に基づいて制御される。

Ｔ１時間経過後における低圧側圧力設定信号（ＳＶ２）が示す設定圧力値は、トリップ開始前における低圧側圧力設定信号（ＳＶ２）が示す設定圧力値より低く定められていることが好ましい。

本発明によるタービンバイパス制御装置（４）は、バルブ開度に対応する第３操作量信号（ＭＶ３）を出力する放風弁圧力制御器（４３）を更に具備することが好ましい。低圧側ヘッダ（１２）に放風ライン（１６）が接続される。放風ライン（１６）に放風弁（２０）が設けられる。放風弁（２０）は、第３操作量信号（ＭＶ３）に基づいて制御される。トリップ開始前及びトリップ開始からＴ２時間経過後において、放風弁圧力制御器（４３）は、低圧側圧力と放風弁圧力設定信号（ＳＶ３）に基づいて第３操作量信号（ＭＶ３）を出力する。上記期間において、放風弁圧力制御器（４３）は、所定の固定値に基づいて第３操作量信号（ＭＶ３）をトラッキングする。

第１バイパス弁（２１）は小弁であり、第２バイパス弁（２２）は親弁であることが好ましい。

本発明によるタービンバイパス制御方法は、タービン（１３）のタービンバイパスライン（１５）に設けられた第１バイパス弁（２１）及び第２バイパス弁（２２）の第１制御を実行するステップと、タービン（１３）のトリップ開始からＴ１時間、第１バイパス弁（２１）及び第２バイパス弁（２２）の少なくとも一方を急開するステップと、トリップ開始からＴ１時間後、第１バイパス弁（２１）及び第２バイパス弁（２２）の第２制御を実行するステップを具備する。タービン（１３）は、高圧側ヘッダ（１１）からタービン（１３）を通って低圧側ヘッダ（１２）に流れる蒸気によって駆動される。タービンバイパスライン（１５）は、高圧側ヘッダ（１１）と低圧側ヘッダ（１２）とを接続する。第１バイパス弁（２１）及び第２バイパス弁（２２）は並列関係を有する。高圧側圧力制御器（４１）は、バルブ開度に対応する第１操作量信号（ＭＶ１）を出力する。低圧側圧力制御器（４２）は、バルブ開度に対応する第２操作量信号（ＭＶ２）を出力する。

第１制御を実行するステップ及び第２制御を実行するステップにおいて、高圧側圧力制御器（４１）は、高圧側ヘッダ（１１）内の高圧側圧力と高圧側圧力設定信号（ＳＶ１）に基づいて第１操作量信号（ＭＶ１）を出力する。低圧側圧力制御器（４２）は、低圧側ヘッダ（１２）内の低圧側圧力と低圧側圧力設定信号（ＳＶ２）に基づいて第２操作量信号（ＭＶ２）を出力する。

第１制御を実行するステップにおいて、第１操作量信号（ＭＶ１）及び第２操作量信号（ＭＶ２）のうち大きい開度を示す一方に基づいて第１バイパス弁（２１）及び第２バイパス弁（２２）を制御する。

少なくとも一方を急開するステップにおいて、高圧側圧力制御器（４１）は第２バイパス弁（２２）の開度に基づいて第１操作量信号（ＭＶ１）をトラッキングする。低圧側圧力制御器（４２）は第１バイパス弁（２１）の開度に基づいて第２操作量信号（ＭＶ２）をトラッキングする。

第２制御を実行するステップにおいて、第１操作量信号（ＭＶ１）に基づいて第２バイパス弁（２２）を制御し、第２操作量信号（ＭＶ２）に基づいて第１バイパス弁（２１）を制御する。

第２制御を実行するステップにおける低圧側圧力設定信号（ＳＶ２）が示す設定圧力値は、第１制御を実行するステップにおける低圧側圧力設定信号（ＳＶ２）が示す設定圧力値より低く定められていることが好ましい。

本発明によるタービンバイパス制御方法は、低圧側ヘッダ（１２）に接続された放風ライン（１６）に設けられた放風弁（２０）の放風弁第１制御を実行するステップと、トリップ開始からＴ２時間、放風弁（２０）の開度を所定の固定値に制御するステップと、トリップ開始からＴ２時間後、放風弁（２０）の放風弁第２制御を実行するステップとを更に具備することが好ましい。放風弁圧力制御器（４３）は、バルブ開度に対応する第３操作量信号（ＭＶ３）を出力する。放風弁第１制御を実行するステップ及び放風弁第２制御を実行するステップにおいて、放風弁圧力制御器（４３）は、低圧側ヘッダ（１２）内の低圧側圧力と放風弁制御圧力設定信号（ＳＶ３）に基づいて第３操作量信号（ＭＶ３）を出力する。

第１バイパス弁（２１）は小弁であり、第２バイパス弁（２２）は親弁であることが好ましい。

本発明によれば、タービンに接続される高圧側ヘッダ及び低圧側ヘッダの両方の圧力を制御するタービンバイパス制御装置及び制御方法が提供される。

添付図面を参照して、本発明によるタービンバイパス制御装置及びタービンバイパス制御方法を実施するための最良の形態を以下に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るスチームシステム１を示す。スチームシステム１は、例えば、化学プラントや発電プラントに設けられる。スチームシステム１は、高圧側ヘッダ１１と、低圧側ヘッダ１２と、タービン１３と、ボイラ１４と、タービンバイパスライン１５と、放風ライン１６と、制御装置４と、安全弁２５と、高圧側流入量制御弁２６と、低圧側流出量制御弁２７と、圧力センサ３１〜３３、３６及び３７と、と、圧力制御器４６及び４７を備える。

タービン１３は、発電機やコンプレッサのような負荷に接続されている。タービン１３は、高圧側ヘッダ１１からタービン１３を通って低圧側ヘッダ１２に流れる蒸気によって駆動される。スチームシステム１は、タービン１３に加えて、高圧側ヘッダ１１からの蒸気によって駆動される他のタービンを備える場合がある。タービン１３は、タービン１３のトリップを示すトリップ信号ＰＳＤを制御装置４へ出力する。

安全弁２５は、低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力が作動圧力Ｐ５に達した場合に作動し、低圧側ヘッダ１２から蒸気を逃がす。作動圧力Ｐ５は、３１．５ｋｇ／ｃｍ^２ Ｇである。以下、「ｋｇ／ｃｍ^２ Ｇ」を「Ｋ／Ｇ」と記す。

高圧側流入量制御弁２６は、ボイラ１４から高圧側ヘッダ１１に流入する蒸気流量を制御する。圧力センサ３６は、高圧側ヘッダ１１内の蒸気圧力を検出し、蒸気圧力を示す圧力検出信号ＰＶ６を出力する。圧力制御器４６は、設定圧力Ｐ６を示す圧力設定信号ＳＶ６と圧力検出信号ＰＶ６とに基づいて高圧側流入量制御弁２６の開度を制御することにより、高圧側ヘッダ１１内の蒸気圧力について比例積分制御（以下、「ＰＩ制御」という）を実行する。設定圧力Ｐ６は、１０５Ｋ／Ｇである。

低圧側流出量制御弁２７は、低圧側ヘッダ１２から流出する蒸気流量を制御する。圧力センサ３７は、低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力を検出し、蒸気圧力を示す圧力検出信号ＰＶ７を出力する。圧力制御器４７は、設定圧力Ｐ７を示す圧力設定信号ＳＶ７と圧力検出信号ＰＶ７とに基づいて低圧側流出量制御弁２７の開度を制御することにより、低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力についてＰＩ制御を実行する。設定圧力Ｐ７は、２６．５Ｋ／Ｇである。

タービンバイパスライン１５は、タービンバイパスライン１５及びタービン１３が並列関係を有するように、高圧側ヘッダ１１と低圧側ヘッダ１２とを接続する。タービンバイパスライン１５にタービンバイパス弁１０が設けられている。タービンバイパス弁１０は、タービンバイパスライン１５を通って高圧側ヘッダ１１から低圧側ヘッダ１２へ流れる蒸気流量を制御する。タービンバイパスライン１５は、並列関係を有する第１ライン１５ａ及び第２ライン１５ｂを備える。タービンバイパス弁１０は、第１ライン１５ａに設けられた第２タービンバイパス弁２２と、第２ライン１５ｂに設けられた第１タービンバイパス弁２１を含む。第１タービンバイパス弁２１及び第２タービンバイパス弁２２は、並列関係を有する。第１タービンバイパス弁２１は第２ライン１５ｂを流れる蒸気流量を制御し、第２タービンバイパス弁２２は第１ライン１５ａを流れる蒸気流量を制御する。第１タービンバイパス弁２１及び第２タービンバイパス弁２２は、親弁小弁の関係を有する。第１タービンバイパス弁２１は小弁であり、第２タービンバイパス弁２２は親弁である。第１タービンバイパス弁２１及び第２タービンバイパス弁２２がともに全開の場合、第１ライン１５ａを流れる蒸気流量は第２ライン１５ｂを流れる蒸気流量より多い。第１タービンバイパス弁２１及び第２タービンバイパス弁２２の各々は、急開用のソレノイドを備える。

放風ライン１６は、低圧側ヘッダ１２に接続されている。放風ライン１６に放風弁２０が設けられている。放風弁２０は、低圧側ヘッダ１２から放風ライン１６を通って流出する蒸気流量を制御する。

圧力センサ３１は、高圧側ヘッダ１１内の蒸気圧力を検出する。圧力センサ３２及び圧力センサ３３の各々は、低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力を検出する。制御装置４は、圧力制御器４１、圧力制御器４２及び高値選択器５０を備え、これらはタービンバイパス弁１０の開度（第１タービンバイパス弁２１及び第２タービンバイパス弁２２の開度）を制御するために用いられる。制御装置４は、放風弁２０の開度を制御するために用いられる圧力制御器４３を備える。

図２を参照して、制御装置４は、信号出力器４０と、信号切り替え器５１及び５２と、関数発生器５４及び５５を備える。第１タービンバイパス弁２１は、第１タービンバイパス弁２１の開度を示す弁開度信号Ｖ１を圧力制御器４２に出力する。第２タービンバイパス弁２２は、第２タービンバイパス弁２２の開度を示す弁開度信号Ｖ２を圧力制御器４１に出力する。圧力センサ３１は、高圧側ヘッダ１１内の蒸気圧力を示す圧力検出信号ＰＶ１を圧力制御器４１に出力する。圧力センサ３２は、低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力を示す圧力検出信号ＰＶ２を圧力制御器４２に出力する。圧力センサ３３は、低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力を示す圧力検出信号ＰＶ３を圧力制御器４３に出力する。信号出力器４０は、トリップ信号ＰＳＤに基づいて、ソレノイド信号Ｓを第１タービンバイパス弁２１に、自動手動切り替え信号ＳＳ１１を圧力制御器４１及び圧力制御器４２に、自動手動切り替え信号ＳＳ１２を圧力制御器４３に、圧力制御切り替え信号ＳＳ２１を信号切り替え器５１及び信号切り替え器５２に、それぞれ出力する。

圧力制御器４１は、自動手動切り替え信号ＳＳ１１と、圧力検出信号ＰＶ１と、設定圧力Ｐ１を示す圧力設定信号ＳＶ１と、弁開度信号Ｖ２とが入力され、バルブ開度に対応する操作量信号ＭＶ１を高値選択器５０及び信号切り替え器５２に出力する。設定圧力Ｐ１は、１１０Ｋ／Ｇである。圧力制御器４２は、自動手動切り替え信号ＳＳ１１と、圧力検出信号ＰＶ２と、設定圧力Ｐ２を示す圧力設定信号ＳＶ２と、弁開度信号Ｖ１とが入力され、バルブ開度に対応する操作量信号ＭＶ２を高値選択器５０及び信号切り替え器５１に出力する。設定圧力Ｐ２は２６Ｋ／Ｇである。高値選択器５０は、操作量信号ＭＶ１及び操作量信号ＭＶ２のうち大きい開度を示す方を操作量信号ＭＶＨとして、信号切り替え器５１及び信号切り替え器５２にそれぞれ出力する。信号切り替え器５１は、圧力制御切り替え信号ＳＳ２１に基づいて、操作量信号ＭＶ５１として関数発生器５４に出力する信号を操作量信号ＭＶＨ及び操作量信号ＭＶ２の間で切り替える。信号切り替え器５２は、圧力制御切り替え信号ＳＳ２１に基づいて、操作量信号ＭＶ５２として関数発生器５５に出力する信号を操作量信号ＭＶＨ及び操作量信号ＭＶ１の間で切り替える。関数発生器５４は、所定の第１規則に基づいて、操作量信号ＭＶ５１から第１タービンバイパス弁２１の開度を示す操作量信号ＭＶ２１を生成し、操作量信号ＭＶ２１を第１タービンバイパス弁２１に出力する。関数発生器５５は、所定の第２規則に基づいて、操作量信号ＭＶ５２から第２タービンバイパス弁２２の開度を示す操作量信号ＭＶ２２を生成し、操作量信号ＭＶ２２を第２タービンバイパス弁２２に出力する。

所定の第１規則によれば、操作量信号ＭＶ５１が示す開度が０％から５０％のとき、操作量信号ＭＶ２１が示す開度は、操作量信号ＭＶ５１が示す開度が大きいほど大きく、操作量信号ＭＶ５１が示す開度が０％のとき操作量信号ＭＶ２１が示す開度は０％であり、操作量信号ＭＶ５１が示す開度が５０％のとき操作量信号ＭＶ２１が示す開度は１００％である。また、操作量信号ＭＶ５１が示す開度が５０％から１００％のとき、操作量信号ＭＶ２１が示す開度は１００％である。

所定の第２規則によれば、操作量信号ＭＶ５２が示す開度が０％から５０％のとき、操作量信号ＭＶ２２が示す開度は０％である。また、操作量信号ＭＶ５２が示す開度が５０％から１００％のとき、操作量信号ＭＶ２２が示す開度は、操作量信号ＭＶ５２が示す開度が大きいほど大きく、操作量信号ＭＶ５２が示す開度が５０％のとき操作量信号ＭＶ２２が示す開度は０％であり、操作量信号ＭＶ５２が示す開度が１００％のとき操作量信号ＭＶ２２が示す開度は１００％である。

ソレノイド信号Ｓが急開を示す場合は、第１タービンバイパス弁２１は急開する。ソレノイド信号Ｓが急開を示さない場合は、第１タービンバイパス弁２１の開度は、操作量信号ＭＶ２１に基づいて制御される。第２タービンバイパス弁２２の開度は、操作量信号ＭＶ２２に基づいて制御される。

信号出力器４０は、第１タービンバイパス弁２１を急開させるから、急開制御器でもある。

圧力制御器４３は、自動手動切り替え信号ＳＳ１２と、圧力検出信号ＰＶ３と、設定圧力Ｐ３を示す圧力設定信号ＳＶ３と、開度の固定値を示す弁開度信号Ｖ３とが入力され、放風弁２０の開度に対応する操作量信号ＭＶ３を放風弁２０に出力する。設定圧力Ｐ３は２７Ｋ／Ｇである。弁開度信号Ｖ３が示す固定値は、０％より大きく１００％より小さい開度を示す。

図３乃至５を参照して、第１の実施形態に係るタービンバイパス制御方法を説明する。

（トリップ開始前のタービンバイパス弁１０に関する制御）
図３を参照して、タービン１３のトリップ開始前におけるタービンバイパス弁１０に関する制御を説明する。トリップ開始前において、タービン１３は、高圧側ヘッダ１１からタービン１３を通って低圧側ヘッダ１２に流れる蒸気によって駆動される。トリップ信号ＰＳＤがタービン１３のトリップ開始を示す前（トリップ開始前）において、信号出力器４０は、急開を示さないソレノイド信号Ｓと、自動制御モード（ＰＩ制御モード）を示す自動手動切り替え信号ＳＳ１１と、ＯＦＦ状態を示す圧力制御切り替え信号ＳＳ２１を出力する。圧力制御器４１は、自動制御モードを示す自動手動切り替え信号ＳＳ１１が入力されているので、圧力検出信号ＰＶ１及び圧力設定信号ＳＶ１に基づいて操作量信号ＭＶ１を生成して高値選択器５０及び信号切り替え器５２に出力する。圧力制御器４２は、自動制御モードを示す自動手動切り替え信号ＳＳ１１が入力されているので、圧力検出信号ＰＶ２及び圧力設定信号ＳＶ２に基づいて操作量信号ＭＶ２を生成して高値選択器５０及び信号切り替え器５１に出力する。高値選択器５０は、操作量信号ＭＶ１及び操作量信号ＭＶ２のうち大きい開度を示す方を操作量信号ＭＶＨとして、信号切り替え器５１及び信号切り替え器５２にそれぞれ出力する。信号切り替え器５１は、ＯＦＦ状態を示す圧力制御切り替え信号ＳＳ２１が入力されているので、操作量信号ＭＶＨを操作量信号ＭＶ５１として出力する。信号切り替え器５２は、ＯＦＦ状態を示す圧力制御切り替え信号ＳＳ２１が入力されているので、操作量信号ＭＶＨを操作量信号ＭＶ５２として出力する。関数発生器５４は、操作量信号ＭＶ５１に基づく操作量信号ＭＶ２１を出力する。関数発生器５５は、操作量信号ＭＶ５２に基づく操作量信号ＭＶ２２を出力する。第１タービンバイパス弁２１に急開を示さないソレノイド信号Ｓが入力されているので、第１タービンバイパス弁２１の開度は操作量信号ＭＶ２１に基づいて制御される。第２タービンバイパス弁２２の開度は操作量信号ＭＶ２２に基づいて制御される。上述のとおり、制御装置４は、トリップ開始前において、高圧側ヘッダ１１内の蒸気圧力及び低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力についてオーバーライド制御（高値選択制御）を実行する。

（トリップ開始後のタービンバイパス弁１０に関する制御）
図３を参照して、タービン１３のトリップ開始後におけるタービンバイパス弁１０に関する制御を説明する。トリップ信号ＰＳＤがタービン１３のトリップ開始を示してからＴ１時間の期間、信号出力器４０は、急開を示すソレノイド信号Ｓと、手動制御モードを示す自動手動切り替え信号ＳＳ１１と、ＯＦＦ状態を示す圧力制御切り替え信号ＳＳ２１を出力する。第１タービンバイパス弁２１に急開を示すソレノイド信号Ｓが入力されているので、第１タービンバイパス弁２１は急開する。圧力制御器４１は、手動制御モードを示す自動手動切り替え信号ＳＳ１１が入力されているので、弁開度信号Ｖ２（第２タービンバイパス弁の開度）に基づいて操作量信号ＭＶ１をトラッキングし、操作量信号ＭＶ１を高値選択器５０及び信号切り替え器５２に出力する。圧力制御器４２は、手動制御モードを示す自動手動切り替え信号ＳＳ１１が入力されているので、弁開度信号Ｖ１（第１タービンバイパス弁の開度）に基づいて操作量信号ＭＶ２をトラッキングし、操作量信号ＭＶ２を高値選択器５０及び信号切り替え器５１に出力する。第１タービンバイパス弁２１が急開状態であるため、操作量信号ＭＶ２は図３に示すようにトラッキングされる。高値選択器５０は、操作量信号ＭＶ１及び操作量信号ＭＶ２のうち大きい開度を示す方を操作量信号ＭＶＨとして、信号切り替え器５１及び信号切り替え器５２にそれぞれ出力する。信号切り替え器５１は、ＯＦＦ状態を示す圧力制御切り替え信号ＳＳ２１が入力されているので、操作量信号ＭＶＨを操作量信号ＭＶ５１として出力する。信号切り替え器５２は、ＯＦＦ状態を示す圧力制御切り替え信号ＳＳ２１が入力されているので、操作量信号ＭＶＨを操作量信号ＭＶ５２として出力する。関数発生器５４は、操作量信号ＭＶ５１に基づく操作量信号ＭＶ２１を出力する。関数発生器５５は、操作量信号ＭＶ５２に基づく操作量信号ＭＶ２２を出力する。第２タービンバイパス弁２２の開度は操作量信号ＭＶ２２に基づいて制御される。

Ｔ１時間は、高圧側ヘッダ１１及び低圧側ヘッダ１２の体積と、第１タービンバイパス弁２１及び第２タービンバイパス弁２２の動作速度やレンジアビリティのような特性とから、高圧側ヘッダ１１内の蒸気圧力が下がり過ぎないように決定される。

トリップ信号ＰＳＤがタービン１３のトリップ開始を示してからＴ１時間経過後、信号出力器４０は、急開を示さないソレノイド信号Ｓと、自動制御モード（ＰＩ制御モード）を示す自動手動切り替え信号ＳＳ１１と、ＯＮ状態を示す圧力制御切り替え信号ＳＳ２１を出力する。圧力制御器４１は、自動制御モードを示す自動手動切り替え信号ＳＳ１１が入力されているので、圧力検出信号ＰＶ１及び圧力設定信号ＳＶ１に基づいて操作量信号ＭＶ１を生成して高値選択器５０及び信号切り替え器５２に出力する。圧力制御器４２は、自動制御モードを示す自動手動切り替え信号ＳＳ１１が入力されているので、圧力検出信号ＰＶ２及び圧力設定信号ＳＶ２に基づいて操作量信号ＭＶ２を生成して高値選択器５０及び信号切り替え器５１に出力する。高値選択器５０は、操作量信号ＭＶ１及び操作量信号ＭＶ２のうち大きい開度を示す方を操作量信号ＭＶＨとして、信号切り替え器５１及び信号切り替え器５２にそれぞれ出力する。信号切り替え器５１は、ＯＮ状態を示す圧力制御切り替え信号ＳＳ２１が入力されているので、操作量信号ＭＶ２を操作量信号ＭＶ５１として出力する。信号切り替え器５２は、ＯＮ状態を示す圧力制御切り替え信号ＳＳ２１が入力されているので、操作量信号ＭＶ１を操作量信号ＭＶ５２として出力する。関数発生器５４は、操作量信号ＭＶ５１に基づく操作量信号ＭＶ２１を出力する。関数発生器５５は、操作量信号ＭＶ５２に基づく操作量信号ＭＶ２２を出力する。第１タービンバイパス弁２１の開度は操作量信号ＭＶ２１に基づいて制御される。すなわち、第１タービンバイパス弁２１の開度は、低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力に基づいて制御される。第２タービンバイパス弁２２の開度は操作量信号ＭＶ２２に基づいて制御される。すなわち、第２タービンバイパス弁２２の開度は高圧側ヘッダ１１内の蒸気圧力に基づいて制御される。上述のとおり、制御装置４は、トリップ開始からＴ１時間経過後において、高圧側ヘッダ１１内の蒸気圧力及び低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力についての個別圧力制御を実行する。

手動制御により第１タービンバイパス弁２１をＴ１時間急開した後に個別圧力制御を実行することは、高圧側ヘッダ１１内の蒸気圧力と低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力の両方を適切に制御する上で重要である。また、操作量信号ＭＶ１及び操作量信号ＭＶ２のトラッキングを行うことで、手動制御モードから自動制御モードへの切り替えが円滑に行われる。

本実施形態によれば、タービン１３を流れる蒸気流量としてのタービン流量を用いずに、高圧側ヘッダ１１内の蒸気圧力を下げることなく、高圧側ヘッダ１１内の蒸気圧力及び低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力の急激な上昇を抑制することができる。本実施形態によれば、タービン流量を計測するためのタービン流量計が不要となる。タービン流量計の破損及びメンテナンスを考える必要がないため、スチームシステム１はタービン流量計を必要とするシステムに比べて信頼性が高い。

本実施形態においては、トリップ開始後の自動制御モードにおける設定圧力Ｐ２をトリップ開始前の自動制御モードにおける設定圧力Ｐ２より低くすることにより、更に制御が向上する。例えば信号出力器４０は、図４に示されるように、トリップ信号ＰＳＤがタービン１３のトリップ開始を示してからＴ１時間経過する時の前は、２６Ｋ／Ｇの設定圧力Ｐ２を示す圧力設定信号ＳＶ２を圧力制御器４２に出力し、トリップ信号ＰＳＤがタービン１３のトリップ開始を示してからＴ１時間経過する時の後は、２５Ｋ／Ｇの設定圧力Ｐ２を示す圧力設定信号ＳＶ２を圧力制御器４２に出力する。設定圧力Ｐ２を下げることにより、高圧側ヘッダ１１内の蒸気圧力が下がりにくくなる。更に、設定圧力Ｐ２と設定圧力Ｐ３との差が大きくなり、設定圧力Ｐ２と設定圧力Ｐ７との差が大きくなるため、圧力制御器４２による第１タービンバイパス弁２１の制御が圧力制御器４３による放風弁２０の制御や圧力制御器４７による低圧側流出量制御弁２７の制御と干渉することが防がれる。

本実施形態においては、以下に説明する放風弁２０に関する制御を追加することで、第１タービンバイパス弁２１の急開による低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力の急激な上昇を更に確実に抑制することでできる。

（トリップ開始前の放風弁２０に関する制御）
図５を参照して、タービン１３のトリップ開始前における放風弁２０に関する制御を説明する。トリップ信号ＰＳＤがタービン１３のトリップ開始を示す前（トリップ開始前）において、信号出力器４０は、自動制御モード（ＰＩ制御モード）を示す自動手動切り替え信号ＳＳ１２を出力する。圧力制御器４３は、自動制御モードを示す自動手動切り替え信号ＳＳ１２が入力されているので、圧力検出信号ＰＶ３及び圧力設定信号ＳＶ３に基づいて操作量信号ＭＶ３を生成して放風弁２０に出力する。上述のとおり、圧力制御器４３は、低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力についてＰＩ制御を実行する。

（トリップ開始後の放風弁２０に関する制御）
図５を参照して、タービン１３のトリップ開始後における放風弁２０に関する制御を説明する。トリップ信号ＰＳＤがタービン１３のトリップ開始を示してからＴ２時間の期間、信号出力器４０は、手動制御モードを示す自動手動切り替え信号ＳＳ１２を出力する。圧力制御器４３は、手動制御モードを示す自動手動切り替え信号ＳＳ１２が入力されているので、弁開度信号Ｖ３に基づいて操作量信号ＭＶ３をトラッキングし、操作量信号ＭＶ３を放風弁２０に出力する。弁開度信号Ｖ３が開度の固定値を示すため、操作量信号ＭＶ３は図５に示すようにトラッキングされる。

Ｔ２時間は、タービンバイパス弁１０及び放風弁２０の特性（例示：動作時間遅れ、レンジアビリティ）の違いを考慮して、第１タービンバイパス弁２１の急開による低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力の急激な上昇が抑制されるように決定される。Ｔ２時間がＴ１時間より短い場合、Ｔ２時間がＴ１時間と同じ場合、Ｔ２時間がＴ１時間より長い場合が考えられる。

トリップ信号ＰＳＤがタービン１３のトリップ開始を示してからＴ２時間経過後、信号出力器４０は、自動制御モード（ＰＩ制御モード）を示す自動手動切り替え信号ＳＳ１２を出力する。圧力制御器４３は、自動制御モードを示す自動手動切り替え信号ＳＳ１２が入力されているので、圧力検出信号ＰＶ３及び圧力設定信号ＳＶ３に基づいて操作量信号ＭＶ３を生成して放風弁２０に出力する。上述のとおり、圧力制御器４３は、低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力についてＰＩ制御を実行する。

図６及び７を参照して、本実施形態によるタービンバイパス制御を実行した場合におけるシミュレーション結果を説明する。ここで、Ｔ１時間及びＴ２時間はともに１秒間であり、弁開度信号Ｖ３が示す開度の固定値は３５％である。

図６は、高圧側ヘッダ１１内の蒸気圧力の変化を示す。トリップ開始は２秒である。最初１０５Ｋ／Ｇであった高圧側ヘッダ１１内の蒸気圧力は、トリップ開始後に上昇し、１０秒において１１４．１６Ｋ／Ｇに達した。高圧側ヘッダ１１内の蒸気圧力は、その後低下し、１１０Ｋ／Ｇ程度で安定した。

図７は、低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力の変化を示す。最初２６．５Ｋ／Ｇであった低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力は、トリップ開始後に上昇し、１６秒において２９．１３Ｋ／Ｇに達した。低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力は、その後低下し、２５Ｋ／Ｇから２７Ｋ／Ｇの間で安定した。低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力が作動圧力Ｐ５に達しなかったので、安全弁２５は作動しなかった。

図８及び９を参照して、本実施形態とは異なるタービンバイパス制御を実行した場合におけるシミュレーション結果を説明する。この制御においては、トリップ開始から１秒間の期間、第１タービンバイパス弁２１、第２タービンバイパス弁２２、放風弁２０を急開したのち、ＰＩ制御を再開する。再開したＰＩ制御においても、制御装置４は、第１タービンバイパス弁２１及び第２タービンバイパス弁２２についてオーバーライド制御を実行する。

図８は、高圧側ヘッダ１１内の蒸気圧力の変化を示す。トリップ開始は２秒である。最初１０５Ｋ／Ｇであった高圧側ヘッダ１１内の蒸気圧力は、１０６．４Ｋ／Ｇに達した後に低下し、最終的には２０Ｋ／Ｇより低くなった。

図９は、低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力の変化を示す。最初２６．５Ｋ／Ｇであった低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力は、上昇して作動圧力Ｐ５に達した。安全弁２５が作動した。低圧側ヘッダ１２内の蒸気圧力は、最終的には１５Ｋ／Ｇより低くなった。

上述の作動圧力Ｐ５及び設定圧力Ｐ１〜Ｐ３、Ｐ５〜Ｐ７は、下記不等式で表される大小関係を満たせばよく、上記数値に限定されない。
Ｐ２＜Ｐ７＜Ｐ３＜Ｐ５＜Ｐ６＜Ｐ１

本実施形態に係るスチームシステム１及びタービンバイパス制御方法は、適宜変更することが可能である。

例えば、トリップ開始からＴ１時間の期間、第１タービンバイパス弁２１に加えて第２タービンバイパス弁２２も急開することが可能である。

上述のとおり第１タービンバイパス弁２１及び第２タービンバイパス弁２２が親弁小弁の関係を有することが好ましいが、スチームシステム１が小規模である場合には第１タービンバイパス弁２１及び第２タービンバイパス弁２２が親弁小弁の関係を有しなくともよい。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るスチームシステムの概略図である。 図２は、第１の実施形態に係るタービンバイパス制御装置のブロック図である。 図３は、第１の実施形態に係るタービンバイパス制御方法を説明するタイミングチャートである。 図４は、第１の実施形態に係るタービンバイパス制御方法を説明する他のタイミングチャートである。 図５は、第１の実施形態に係るタービンバイパス制御方法を説明する他のタイミングチャートである。 図６は、第１の実施形態に係るタービンバイパス制御方法における高圧側ヘッダ内圧力の変化を示すグラフである。 図７は、第１の実施形態に係るタービンバイパス制御方法における低圧側ヘッダ内圧力の変化を示すグラフである。 図８は、比較例に係るタービンバイパス制御方法における高圧側ヘッダ内圧力の変化を示すグラフである。 図９は、比較例に係るタービンバイパス制御方法における低圧側ヘッダ内圧力の変化を示すグラフである。

符号の説明

１…スチームシステム
１１…高圧側ヘッダ
１２…低圧側ヘッダ
１３…タービン
１４…ボイラ
１５…タービンバイパスライン
１５ａ…第１ライン
１５ｂ…第２ライン
１６…放風ライン
１０…タービンバイパス弁
２０…放風弁
２１…第１タービンバイパス弁
２２…第２タービンバイパス弁
２５…安全弁
２６…高圧側流入量制御弁
２７…低圧側流出量制御弁
３１〜３３、３６、３７…圧力センサ
４…制御装置
４０…信号出力器（急開制御器）
４１〜４３、４６、４７…圧力制御器
５０…高値選択器
５１、５２…信号切り替え器
５４、５５…関数発生器
ＰＶ１〜ＰＶ３、ＰＶ６、ＰＶ７…圧力検出信号
ＳＶ１〜ＳＶ３、ＳＶ６、ＳＶ７…圧力設定信号
ＭＶ１〜ＭＶ３、ＭＶ２１、ＭＶ２２、ＭＶ５１，ＭＶ５２、ＭＶＨ…操作量信号
Ｖ１〜Ｖ３…弁開度信号
ＰＳＤ…トリップ信号
Ｓ…ソレノイド信号
ＳＳ１１、ＳＳ１２…自動手動切り替え信号
ＳＳ２１…圧力制御切り替え信号

Claims (10)

1. バルブ開度に対応する第１操作量信号を出力する高圧側圧力制御器と、
   バルブ開度に対応する第２操作量信号を出力する低圧側圧力制御器と、
   前記第１操作量信号及び第２操作量信号のうち大きい開度を示す方に対応する高値操作量信号を出力する高値選択器と、
   前記高値操作量信号及び前記第２操作量信号が入力され、第１バイパス弁操作量信号を出力する第１信号切り替え器と、
   前記高値操作量信号及び前記第１操作量信号が入力され、第２バイパス弁操作量信号を出力する第２信号切り替え器と、
   急開制御器と
   を具備し、
   タービンのトリップ開始前において、
   前記タービンは、高圧側ヘッダから前記タービンを通って低圧側ヘッダに流れる蒸気によって駆動され、
   前記高圧側圧力制御器は、前記高圧側ヘッダ内の高圧側圧力と高圧側圧力設定信号に基づいて前記第１操作量信号を出力し、
   前記低圧側圧力制御器は、前記低圧側ヘッダ内の低圧側圧力と低圧側圧力設定信号に基づいて前記第２操作量信号を出力し、
   前記第１信号切り替え器は、前記高値操作量信号を前記第１バイパス弁操作量信号として出力し、
   前記第２信号切り替え器は、前記高値操作量信号を前記第２バイパス弁操作量信号として出力し、
   前記高圧側ヘッダと前記低圧側ヘッダを接続するタービンバイパスラインに設けられた第１バイパス弁は前記第１バイパス弁操作量信号に基づいて制御され、
   前記第１バイパス弁と並列関係を有するように前記タービンバイパスラインに設けられた第２バイパス弁は前記第２バイパス弁操作量信号に基づいて制御され、
   前記トリップ開始からＴ１時間の期間において、
   前記急開制御器は、前記第１バイパス弁及び前記第２バイパス弁の少なくとも一方を急開させ、
   前記高圧側圧力制御器は、前記第２バイパス弁の開度に基づいて前記第１操作量信号をトラッキングし、
   前記低圧側圧力制御器は、前記第１バイパス弁の開度に基づいて前記第２操作量信号をトラッキングし、
   前記トリップ開始から前記Ｔ１時間経過後において、
   前記高圧側圧力制御器は、前記高圧側圧力と前記高圧側圧力設定信号に基づいて前記第１操作量信号を出力し、
   前記低圧側圧力制御器は、前記低圧側圧力と前記低圧側圧力設定信号に基づいて前記第２操作量信号を出力し、
   前記第１信号切り替え器は、前記第２操作量信号を前記第１バイパス弁操作量信号として出力し、
   前記第２信号切り替え器は、前記第１操作量信号を前記第２バイパス弁操作量信号として出力し、
   前記第１バイパス弁は前記第１バイパス弁操作量信号に基づいて制御され、
   前記第２バイパス弁は前記第２バイパス弁操作量信号に基づいて制御される
   タービンバイパス制御装置。
2. 前記Ｔ１時間経過後における前記低圧側圧力設定信号が示す設定圧力値は、前記トリップ開始前における前記低圧側圧力設定信号が示す設定圧力値より低く定められた
   請求項１のタービンバイパス制御装置。
3. バルブ開度に対応する第３操作量信号を出力する放風弁圧力制御器を更に具備し、
   前記低圧側ヘッダに放風ラインが接続され、
   前記放風ラインに放風弁が設けられ、
   前記放風弁は、前記第３操作量信号に基づいて制御され、
   前記トリップ開始前及び前記トリップ開始からＴ２時間経過後において、
   前記放風弁圧力制御器は、前記低圧側圧力と放風弁圧力設定信号に基づいて前記第３操作量信号を出力し、
   前記トリップ開始から前記Ｔ２時間の期間において、
   前記放風弁圧力制御器は、所定の固定値に基づいて前記第３操作量信号をトラッキングする
   請求項２のタービンバイパス制御装置。
4. 前記第１バイパス弁は小弁であり、
   前記第２バイパス弁は親弁である
   請求項３のタービンバイパス制御装置。
5. バルブ開度に対応する第３操作量信号を出力する放風弁圧力制御器を更に具備し、
   前記低圧側ヘッダに放風ラインが接続され、
   前記放風ラインに放風弁が設けられ、
   前記放風弁は、前記第３操作量信号に基づいて制御され、
   前記トリップ開始前及び前記トリップ開始からＴ２時間経過後において、
   前記放風弁圧力制御器は、前記低圧側圧力と放風弁圧力設定信号に基づいて前記第３操作量信号を出力し、
   前記トリップ開始から前記Ｔ２時間の期間において、
   前記放風弁圧力制御器は、所定の固定値に基づいて前記第３操作量信号をトラッキングする
   請求項１のタービンバイパス制御装置。
6. 前記第１バイパス弁は小弁であり、
   前記第２バイパス弁は親弁である
   請求項１のタービンバイパス制御装置。
7. タービンのトリップ開始前、前記タービンのタービンバイパスラインに設けられた第１バイパス弁及び第２バイパス弁の第１制御を実行するステップと、
   前記トリップ開始からＴ１時間、前記第１バイパス弁及び前記第２バイパス弁の少なくとも一方を急開するステップと、
   前記トリップ開始から前記Ｔ１時間後、前記第１バイパス弁及び前記第２バイパス弁の第２制御を実行するステップと
   を具備し、
   前記タービンは、高圧側ヘッダから前記タービンを通って低圧側ヘッダに流れる蒸気によって駆動され、
   前記タービンバイパスラインは、前記高圧側ヘッダと前記低圧側ヘッダとを接続し、
   前記第１バイパス弁及び前記第２バイパス弁は並列関係を有し、
   高圧側圧力制御器は、バルブ開度に対応する第１操作量信号を出力し、
   低圧側圧力制御器は、バルブ開度に対応する第２操作量信号を出力し、
   前記第１制御を実行するステップ及び前記第２制御を実行するステップにおいて、
   前記高圧側圧力制御器は、前記高圧側ヘッダ内の高圧側圧力と高圧側圧力設定信号に基づいて前記第１操作量信号を出力し、
   前記低圧側圧力制御器は、前記低圧側ヘッダ内の低圧側圧力と低圧側圧力設定信号に基づいて前記第２操作量信号を出力し、
   前記第１制御を実行するステップにおいて、前記第１操作量信号及び前記第２操作量信号のうち大きい開度を示す一方に基づいて前記第１バイパス弁及び前記第２バイパス弁を制御し、
   前記少なくとも一方を急開するステップにおいて、前記高圧側圧力制御器は前記第２バイパス弁の開度に基づいて前記第１操作量信号をトラッキングし、前記低圧側圧力制御器は前記第１バイパス弁の開度に基づいて前記第２操作量信号をトラッキングし、
   前記第２制御を実行するステップにおいて、前記第１操作量信号に基づいて前記第２バイパス弁を制御し、前記第２操作量信号に基づいて前記第１バイパス弁を制御する
   タービンバイパス制御方法。
8. 前記第２制御を実行するステップにおける前記低圧側圧力設定信号が示す設定圧力値は、前記第１制御を実行するステップにおける前記低圧側圧力設定信号が示す設定圧力値より低く定められた
   請求項７のタービンバイパス制御方法。
9. 前記低圧側ヘッダに接続された放風ラインに設けられた放風弁の放風弁第１制御を実行するステップと、
   前記トリップ開始からＴ２時間、前記放風弁の開度を所定の固定値に制御するステップと、
   前記トリップ開始から前記Ｔ２時間後、前記放風弁の放風弁第２制御を実行するステップと
   を更に具備し、
   放風弁圧力制御器は、バルブ開度に対応する第３操作量信号を出力し、
   前記放風弁第１制御を実行するステップ及び前記放風弁第２制御を実行するステップにおいて、
   前記放風弁圧力制御器は、前記低圧側ヘッダ内の低圧側圧力と放風弁制御圧力設定信号に基づいて前記第３操作量信号を出力する
   請求項７又は８のタービンバイパス制御方法。
10. 前記第１バイパス弁は小弁であり、
    前記第２バイパス弁は親弁である
    請求項７乃至９のいずれかに記載のタービンバイパス制御方法。

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