JP2001238368A - 発電プラントの非常用電源装置 - Google Patents
発電プラントの非常用電源装置Info
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Abstract
設備におけるポンプ運転の動力源の改良をはかりたい。 【解決手段】 従来、非常時直流電源設備では、非常時用
のポンプ運転を直流電動機によって行う。しかし、直流
電動機では回転速度の変化に伴って電流が変化し、サー
ベイラインス試験時に過負荷傾向となる恐れがあった。
そこで、直流電動機に代わって誘導電動機を使用するも
のとし、そのためにインバータを介在させた。
Description
常用電源装置、例えば全交流電源喪失時及び外部電源喪
失時の非常用ディーゼル発電機起動までの間に運転を要
求され、従来、直流電動機を使用していた非常用油ポン
プや原子炉隔離時冷却設備におけるその非常用電源装置
に関する。
用電源設備を示す。図において、直流電源設備30Aの
上流側である非常用低圧母線1は受電遮断器2、降圧変
圧器3、非常用高圧母線4、常用高圧母線5、所内変圧
器6及び発電機負荷開閉器7を介して、原子炉26Aと
そのターピン26につながる発電機8に接続され、一
方、主変圧器9、開閉所10Aを介して外部電源である
電力系統10に接続している。通常時の電力を発電機8
の発生電力から、そして発電機停止時及び起動時の電力
は電力系統から供給される。また、交流電源の喪失やそ
れに伴う原子炉冷却材喪失事故時は非常用高圧母線4に
接続される非常用ディーゼル発電設備(DE)11が始
動し、非常用高圧母線4に接続される負荷(直流電源設
備30A、30B、30を含む)に給電を行う。
より直流電源設備用受電遮断器12と、これに接続され
た充電器13と、充電器13出力側に直流電源を要求す
る負荷30Bに電力を供給する直流母線14と、蓄電池
15とこの蓄電器15出力側に設けた蓄電池用遮断器1
6と、蓄電池15の入出力電流を監視する電流計17
と、から成る。蓄電池15は、通常時は浮動充電され、
全交流電源喪失時には直流電力の供給源となる。タービ
ン非常用油ポンプ、発電機非常用油ポンプ及び原子炉隔
離時冷却設備への電力供給用の非常用電動機用電源設備
30は、始動器31A、31B、直流電動機(DCM)
32、33、安全系(プラント緊急停止設備)である原
子炉隔離時冷却設備専用と財産保護用であるタービン非
常用油ポンプ34、発電機非常用油ポンプ35等より成
る。
を含めた運転制御のための直流制御回路及び交流電源喪
失時の非常用動力回路として設置している。実際には、
プラント通常運用時は直流電源設備30Aから遮断器等
の制御、及び計装制御機器用等への電源供給、プラント
非常時は、前記補機に加えて、直流電源設備30Aから
タービン非常用油ポンプ34及び原子力発電所において
は原子炉隔離時冷却設備等に電源を供給する。タービン
非常用油ポンプ34はプラント非常時にタービンの各軸
受への給油等のために設置している。プラント通常時、
タービンの各軸受には主油ポンプ(タービン軸直結駆動
方式がほとんど)によって給油するが、タービン始動停
止時は吐出圧と油量が不十分なので、補助油ポンプによ
り給油を補助する。補助油ポンプには前記始動時用の油
ポンプのほかに、通常ターニング中に軸受油を供給する
交流電動機駆動のターニング油ポンプ、及び非常保護用
として、直流電動機駆動の前記タービン非常用油ポンプ
を設けて、軸受油圧が低下した場合に自動始動させるよ
うにしている。
時に、原子炉26Aがタービン26と隔離されても、引
き続き冷却水を原子炉に供給し燃料の冷却を行うことを
目的に設置している。本設備は、原子炉の崩壊熱により
発生した蒸気及び弁の制御を直流電源により行うこと
で、交流電源喪失時にも原子炉への冷却材注入が可能と
なっている。
う。通常運用時、低圧母線1に接続される充電器13
は、交流電源を直流電源に変換し、蓄電池15を常時充
電するとともに、直流母線14を介して、プラント通常
運用時に直流電源を必要とする制御機器30Bに電源を
供給する。通常、蓄電池15は浮動充電状態とし、負荷
への電力供給は充電器13により行い、蓄電池15は常
時充電状態となる。
なくなるため、充電器13出力も喪失する。この結果、
蓄電池15より電力が供給され、交流電源喪失時に直流
電源を必要とする制御機器、タービン非常用油ポンプ、
発電機非常用油ポンプ及び原子力発電所においては原子
炉隔離時冷却設備等に直流電源を供給する。
油ポンプ等及び原子力発電所においては原子炉隔離時冷
却設備等に使用される駆動電動機は、直流電動機32、
33を使用している。直流電動機32、33は、蓄電池
容量を過度に大きくしないよう、放電電流を制限するこ
とを目的に始動抵抗器31A、31Bを備えている。始
動抵抗器31A、31Bは3ないし4つの切替タップを
備えており、その最大抵抗値は、直流電動機始動時に流
れる電流を定格電流の3倍程度(最大出力電流値)に抑
制する様に値を選定している。始動抵抗器31A、31
Bが最大抵抗値において、電動機の電流が定格電流まで
下がると始動抵抗器のタップを下げて、再度始動抵抗器
31A、31Bの抵抗値を小さくし、電流値を再度最大
出力電流値まで増大させる。以後この動作を繰り返し、
直流電源設備と直流電動機の間の抵抗値が0になると、
直流電源設備30Aから直流電動機32、33に全電圧
が印加されることとなる。
るように、端子電圧により回転速度が変化する。
出力電圧と同等)から放電終了電圧まで低下するため、
蓄電池15に接続される直流電動機32、33はその回
転速度が変化することとなる。一方、ポンプ34、35
等の負荷は、回転速度の2乗トルク特性であるため、回
転速度が変化すると負荷トルクが変化し、これに伴い必
要となる電流も変化する。この結果、事故発生直後等蓄
電池放電直後の電圧低下時や放電終了電圧近傍における
直流電動機32、33の電流と直流電動機サーベイラン
ス試験(プラント通常時に待機している非常用機器の健
全性確認試験)等浮動充電中の電圧となる時の直流電動
機32、33の電流は相違し、サーマル保護の整定が困
難となるとともに、サーベイランス試験時に過負荷傾向
となるなどの問題があった。
に比べ、構造が複雑なため、コスト大、保守作業大とい
う問題もあった。本発明の目的は、非常用としての動力
源として、直流電動機を排し、代わりに交流電動機を使
用した電源装置を提供するものである。
の非常時用電源装置において、交流系統の母線につなが
る充電・蓄電機能を持つ直流電源設備と、非常時用直流
負荷と、非常時用交流負荷と、上記直流電源設備からの
直流設備からの直流電源を上記直流制御負荷に提供する
第1の供給手段と、上記直流電源設備からの直流電源を
上記交流制御負荷に提供する第2の供給手段と、より成
り、上記第2の供給手段は、インバータと、このインバ
ータの出力側に設けられ上記交流制御負荷を駆動する誘
導電動機と、を備えた発電プラントの非常時用電源装置
を開示する。
系統の母線につながる充電器と、この充電器につなが
り、通常時は浮動充電され、全交流喪失時には直流電源
供給源となる蓄電池と、この蓄電池の入出力電流を監視
する電流計と、を備えた請求項1の発電プラントの非常
用電源装置を開示する。
所内の所内補機に給電する高圧交流母線と、前記高圧交
流母線に接続されプラント外部電源喪失時に交流電源を
供給する非常用ディーゼル発電機と、前記高圧交流母線
より降圧変圧器を介して接続される低圧交流母線と、前
記低圧交流母線に接続され、充電器、蓄電池及び直流母
線から構成される直流電源設備と、プラント通常運用時
に運転する交流電動機と、プラント非常時に運転する非
常用電動機と、から構成される発電プラントの電源装置
において、プラント非常時に前記直流母線に接続され上
記蓄電池からの直流電力を交流電力へ逆変換するインバ
ータと、このインバータからの交流電力が供給される交
流母線と、この母線より給電される非常用交流電動機
と、前記インバータの入力電流を蓄電池の容量を最適と
するように制御する制御部と、を備えた発電プラントの
非常用電源装置を開示する。
インバータには、並行駆動できるように、交流電動機と
して複数台の誘導電動機を並列に接続するものとした請
求項3の発電プラントの非常用電源装置を開示する。
ータに接続される複数台の交流負荷のうち、一台がサー
ベイランス試験する場合においても、前記サーベイラン
ス試験される負荷と同時始動する負荷が運転されている
と想定して前記の制御を実施する手段を備えた請求項3
の発電プラントの非常用電源装置を開示する。
子力発電所非常用電動機用電源設備を示す。また図2に
原子炉隔離時冷却系の系統構成図、図3にタービンの系
統構成図、図4にタービン油ポンプ運転シーケンスを示
す。以下、本図に沿って実施の形態を説明する。図1に
おいて、直流電源設備30Aの上流側である非常用低圧
母線1は受電遮断器2、降圧変圧器3、非常用高圧母線
4、常用高圧母線5、所内変圧器6及び発電機負荷開閉
器7を介して原子炉26Aとそのタービン26につなが
る発電機8に接続され、一方、主変圧器9、開閉所10
Aを介して外部電源である電力系統10に接続してい
る。通常時の電力を発電機8の発生電力から、そして発
電機停止時及び起動時の電力は電力系統から供給され
る。また、交流電源の喪失やそれを伴う原子炉冷却材喪
失事故時は非常用高圧母線4に接続される非常用ディー
ゼル発電設備(DE)11が始動し、非常用高圧母線4
に接続される負荷(直流電源設備30A、負荷30C、
30Dを含む)に給電を行う。
より直流電源設備用受電遮断器12と、これに接続され
た充電器13と、充電器13出力側に直流電源を要求す
る負荷30Cに電力を供給する直流母線14と、蓄電池
15と、この蓄電器出力側に設けた蓄電池用遮断器1
6、蓄電池15の入出力電流を監視する電流計17と、
より成る。蓄電池15は、通常時は浮動充電され、全交
流電源喪失時には直流電力の供給源となる。
30Cと交流負荷30Dとがある。直流負荷30Cは図
5の従来例と同じくこの設備30Aによる直流電源によ
って駆動されるものであり、交流負荷30Dは、直流電
動機32、33に代わって誘導電動機20、25によっ
て駆動される負荷である。誘導電動機20、25用の交
流電源を得るために、直流/交流逆変換装置(インバー
タ)18を設け、この交流供給のために非常用電動機用
交流母線19を設けた。
ービン非常用油ポンプ、発電機非常用油ポンプ及び原子
炉隔離時冷却設備への電力供給用の非常用電動機用交流
負荷(電源設備30D)は、直流誘導電動機25、20
によって、安全系(プラント緊急停止設備)である原子
炉隔離時冷却設備専用と財産保護用であるタービン非常
用油ポンプ34、発電機非常用油ポンプ35、とを駆動
する。
を説明する。前記設備は非常用炉心冷却設備であり冷却
材喪失事故時に原子炉が隔離されても、引き続き冷却水
を原子炉に供給し、燃料の冷却を行うことを目的として
設置し、原子炉冷却材喪失事象により原子炉水位レベル
2(通常水位の58cm下)若しくはレベル1.5(通
常水位の203cm下)で自動起動する。本設備は、原
子炉の崩壊熱により発生した蒸気の一部でRCICター
ビン21を駆動し、RCICタービン21に直結された
RCICポンプ23によりサプレションチャンバ24の
水をくみ上げ、且つ、注入弁の制御を直流電源により行
うことで、交流電源喪失時にも原子炉1への冷却材注入
が可能となっている。
ビン油ポンプ運転シーケンスによりタービン非常用油ポ
ンプ35について説明する。タービン非常用油ポンプ3
5はプラント非常時にタービン26の各軸受27への給
油等のために設置している。プラント通常時、タービン
26の各軸受27には主油ポンプ28(タービン軸直結
駆動方式がほとんど)によって給油するが、タービン始
動停止時は吐出圧と油量が不十分なので、補助油ポンプ
29により給油を補助する。補助油ポンプには前記始動
時補助用の補助油ポンプ29以外に、通常ターニング中
に軸受油を供給する交流電動機駆動のターニング油ポン
プ50、及び財産保護用として直流電動機駆動の前記タ
ービン非常用油ポンプ25を設けて、軸受27油圧が低
下した場合に自動始動させるようにしている。
明する。なお、本ケースはタービン起動時の給油として
ターニング油ポンプによる給油を想定して記載してい
る。(補助油ポンプ29による給油は無しを想定。) タービン停止中は、タービン自重による軸の変形を防ぐ
ことを目的にターニング装置によりタービン28は毎分
1〜2回転で回転させる。このときタービン28の各軸
受27への給油は交流電動機(図1には図示せず)駆動
のターニング油ポンプ50により行われる。タービンの
起動により、主油ポンプ28の吐出圧が増加すると、タ
ービン各軸受27の給油は主油ポンプ28により行わ
れ、ターニング油ポンプ50は停止する。プラント事故
等によりタービンの回転が低下する(タービンは慣性が
非常に大きい為、瞬時に停止することはない。)と軸直
結の主油ポンプ28の吐出圧が減少する。この条件の基
で、交流電源喪失事象が発生すると、交流電動機駆動で
あるターニング油ポンプ50の始動ができない為、蓄電
池15からインバータ18,母線19を介して供給され
る交流電源により誘導電動機25が駆動して、非常用油
ポンプ34が起動し、タービン各軸受27への給油を行
う。そして非常用ディーゼル発電設備11が始動し、タ
ーニング装置及びターニング油ポンプ50に電源が供給
されると、タービン各軸受27の給油はターニング油ポ
ンプ50が担うことになり、非常用油ポンプ35は停止
する。
時冷却設備の弁駆動用電動機、非常用油ポンプの駆動電
動機として従来適用していた直流電動機に代わり誘導電
動機を適用することができる。
いて、以下説明を行う。この制御は、制御部50によっ
て行われる。蓄電池15の容量は、放電時間と放電電流
により決定される。放電時間は、プラント側の要求によ
り決定される為、蓄電池15の容量の低減は放電電流に
よるところが大きい。このため、従来構成(図5)では
放電電流を抑える方法として始動抵抗器31A、31B
を設け直流電動機32、33の始動電流を低減してい
た。本発明では、蓄電池の出力電流を常時監視し、蓄電
池の出力電流を制限する様にインバータ18の制御を行
うものとする。誘導電動機25、26を全電圧始動する
と定格電流の数倍の始動電流が流れる。しかし、誘導始
動時の始動電流は印加電圧に比例し、始動トルクは周波
数に反比例するため、インバータ18を適用することで
始動トルクを有したまま、始動電流をあまり大きくする
こと無く誘導電動機25、26を始動できる。本実施の
形態では誘導電動機25、26を始動時に蓄電池15の
出力電流(即ちインバータ18の入力電流)が制限値を
越えた場合、インバータ18の電動機昇速指令をロック
しし、制限値以下となった場合、再度電動機昇速を行う
制御方式を採用する。本制御方式の制御部50での制御
フローを図6に示す。以下図6に従い制御方法を説明す
る。電動機始動条件52、インバータ始動条件53が共
に成立、且つインバータ停止条件51が不成立のもと
で、電動機始動指令54が入力されると、アンドゲート
60、オアゲート61、ワイアードオア62、アンドゲ
ート63が全てオンとなり、アンドゲート62の出力に
より電動機は始動し昇速を開始する。電動機昇速により
始動電流が増加し蓄電池出力電流が制限値を越えると、
アンドゲート63がオフとなる一方、アンドゲート64
がオンになると電動機昇速がロックされる。この結果、
電動機に供給される電流が小さくなる。蓄電池出力電流
が制限値以下となると再度、アンドゲート63がオンと
なり電動機は再度昇速を開始する。本制御を繰り返すこ
とにより、電動機の始動が行われる。尚、65は符号反
転器である。
いて図7を利用して行う。蓄電池の要領算出の一般式を
(数2)に示す(電池工業規格 据置蓄電池の要領算出
方法 SBA S 0601-1996参照)。発電プラントの蓄電池
は、放電電流が時間と共に増減する特性をもった負荷に
給電する。このため本蓄電池容量は、放電電流が減少す
る直前までの負荷特性に区切って各々必要な容量を評価
した上で、これらの値の最大値ら求められる。
給する蓄電池容量の検討を行う。まず、A地点までの電
流(放電時間T1)、B地点までの電流(放電時間T
2)、C地点までの電流(放電時間Tn−1)、そして
D地点までの電流(放電時間Tn)の各々の負荷特性に
ついて必要容量を検討する。(数1)より求められたC
1、C2、…、Cn−1、Cnの中で一番大きな値が、
図7に示す放電電流を持つ負荷に供給できる。蓄電池容
量となる。ここで発電プラントの蓄電池負荷場合、D1
が最大値となる場合が多い。これはI1に電動機の始動
電流、遮断器の操作電流等のラッシュ電流が流れること
から、他の電流(I1、I2、…、In−1、In)と
比較し大きくなることによる。
の蓄電池容量の検討方法において、負荷の放電電流にお
いてC1からCnまでの容量を検討した上で、C1がC
2からCnの値と同等かそれ以下となる電流となるよう
にI1を評価し、これを蓄電池出力電流15aの制限値
とする。これによりインバータ18を適用することによ
る蓄電池容量の最適化を図る事が可能となる。以上の検
討フローを図8に示す。
電源を供給するタービン非常用油ポンプ34,発電機非
常用油ポンプ35及び原子炉隔離時冷却設備が、サーベ
イランス試験(プラント通常時に待機している非常用機
器の健全性確認試験)時に本設備により運転される場合
には1台ずつが運転される。このため、サーベイランス
試験ではインバータ18の制御方式は、インバータ18
の出力電流制限値を停電時に運転される負荷の合計電流
から前記サーベイランス試験される負荷電流分に低減さ
せることにより、本設備を採用した場合においてもサー
ベイランス試験が実際の停電時と同じ条件で実施でき
る。こうした検討結果を反映するように制御部50は形
成されている。
スト大、保守作業大という問題もあった直流電動機の変
わりに、誘導電動機を使用することができる。また、よ
り簡易な制御方法にて、複数台の誘導電動機を一台のイ
ンバータで運転できるとともに、蓄電池の容量を低減す
ることも可能となる。
電源設備である。
ある。
Claims (5)
- 【請求項1】 発電プラントの非常時用電源装置におい
て、 交流系統の母線につながる充電・蓄電機能を持つ直流電
源設備と、 非常時用直流負荷と、 非常時用交流負荷と、 上記直流電源設備からの直流設備からの直流電源を上記
直流制御負荷に提供する第1の供給手段と、 上記直流電源設備からの直流電源を上記交流制御負荷に
提供する第2の供給手段と、 より成り、上記第2の供給手段は、インバータと、この
インバータの出力側に設けられ上記交流制御負荷を駆動
する誘導電動機と、を備えた発電プラントの非常時用電
源装置。 - 【請求項2】 上記直流電源設備は、交流系統の母線に
つながる充電器と、この充電器につながり、通常時は浮
動充電され、全交流喪失時には直流電源供給源となる蓄
電池と、この蓄電池の入出力電流を監視する電流計と、
を備えた請求項1の発電プラントの非常用電源装置。 - 【請求項3】 発電プラントにおける発電所内の所内補
機に給電する高圧交流母線と、前記高圧交流母線に接続
されプラント外部電源喪失時に交流電源を供給する非常
用ディーゼル発電機と、前記高圧交流母線より降圧変圧
器を介して接続される低圧交流母線と、前記低圧交流母
線に接続され、充電器、蓄電池及び直流母線から構成さ
れる直流電源設備と、プラント通常運用時に運転する交
流電動機と、プラント非常時に運転する非常用電動機
と、から構成される発電プラントの電源装置において、
プラント非常時に前記直流母線に接続され上記蓄電池か
らの直流電力を交流電力へ逆変換するインバータと、こ
のインバータからの交流電力が供給される交流母線と、
この母線より給電される非常用交流電動機と、前記イン
バータの入力電流を蓄電池の容量を最適とするように制
御する制御部と、を備えた発電プラントの非常用電源装
置。 - 【請求項4】 前記直流母線に接続されるインバータに
は、並行駆動できるように、交流電動機として複数台の
誘導電動機を並列に接続するものとした請求項3の発電
プラントの非常用電源装置。 - 【請求項5】 上記制御部は、前記インバータに接続さ
れる複数台の交流負荷のうち、一台がサーベイランス試
験する場合においても、前記サーベイランス試験される
負荷と同時始動する負荷が運転されていると想定して前
記の制御を実施する手段を備えた請求項3の発電プラン
トの非常用電源装置。
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JP2000051472A JP4455715B2 (ja) | 2000-02-28 | 2000-02-28 | 発電プラントの非常用電源装置 |
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