JP2007104848A - 非常用ディーゼル発電機励磁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直流励磁電源と交流励磁電源の切り替えにスイッチング素子やゲート回路，励磁電源の電圧を検出する回路を設ける必要がなく、励磁電流を継続して供給できる非常用ディーゼル発電機励磁装置を提供する。
【解決手段】非常用ディーゼル機関１に接続されたブラシレス発電機２及び交流励磁機１３と、ブラシレス発電機２に遮断器８を介して接続された非常用負荷と、ブラシレス発電機２の出力側に接続される変圧器５から供給される交流励磁電源と、直流電源設備から供給される直流励磁電源と、交流励磁電源の出力側と直流励磁電源の出力側を接続する突合せ点Ａとを備え、突合せ点Ａを交流励磁機１３に接続したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力発電プラント等で非常用発電設備として用いられる非常用ディーゼル発電機励磁装置に関する。

従来の原子力発電プラントの非常用発電設備では、励磁用電圧変換器，励磁用電流変換器を用いた複巻励磁方式が適用されているが、この複巻励磁方式は一般的ではなく、近年では、一般産業におけるこのクラスの発電機励磁装置にはブラシレス励磁方式が適用され励磁電源を介して発電機に供給される。

ブラシレス励磁方式では、励磁電源変圧器を用いた発電機励磁装置となるが、短絡事故により発電機の出力電圧が低下すると、発電機は界磁喪失の状態となり、短絡電流を供給し続けることはできないため、原子力発電所の非常用発電設備のように多数の負荷に電源を供給する設備では、事故回路の選択遮断ができず、この結果、確実な保護動作は期待できないという問題があった。

この問題を解決するものとして、（特許文献１）に記載のように、ブラシレス交流発電機の同期発電機出力端子側に励磁電源用の変圧器を接続し、この変圧器の出力端子と交流励磁機の界磁巻線との間に電圧制御用のサイリスタを接続し、抵抗とサイリスタの直列回路からなり、直流電源から交流励磁機の界磁巻線に励磁電流を供給する励磁回路と、初期励磁時に励磁回路のサイリスタへのゲート信号の供給を開始し、発電機端子電圧が規定値以上に達した時にそのサイリスタのゲートをオフするゲート回路を設け、電圧制御用のサイリスタにゲート信号を供給して発電機端子電圧を設定値に制御する自動電圧調整器を付加したブラシレス交流発電機の制御装置がある。

特開平９−１１７０５３号公報

（特許文献１）に記載の従来の技術は、ゲート回路とサイリスタを使用し、励磁電源変圧器二次側の電圧と、直流励磁電源の電圧をゲート回路で監視する構成とし、短絡事故により、励磁電源変圧器二次側の励磁電源の電圧が低下した場合には、直流励磁電源のサイリスタをオンさせ、直流励磁電源から励磁電流が供給され、短絡電流が供給され続けることから、短絡事故の検出を確実にする構成である。

しかし、（特許文献１）に記載の技術は、サイリスタを使用するので、サイリスタをオンさせるゲート回路が必要であり、更にゲート回路用の制御電源も必要であるため、システムが複雑になるという問題があった。

本発明の第１の目的は、構成がシンプルで短絡事故発生時にも励磁電流を継続して供給できる非常用ディーゼル発電機励磁装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、直流励磁電源と交流励磁電源の切り替えにスイッチング素子やゲート回路，励磁電源の電圧を検出する回路を設ける必要がなく、励磁電流を継続して供給できる非常用ディーゼル発電機励磁装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の非常用ディーゼル発電機励磁装置は、発電機の出力側に接続された励磁電源変圧器から供給される交流励磁電源と、原子力発電プラント内に設置されている直流電源設備から供給される直流励磁電源を突合せ点で接続したものである。

又、突合せ点における直流励磁電源の電圧を交流励磁電源の電圧より若干低く設定したものである。

又、励磁電源変圧器から供給される交流励磁電源をダイオードによって直流に変換し、突合せ点で接続される直流励磁電源とともにＤＣ−ＤＣチョッパによって発電機の励磁に適切な電圧に調整するものである。

本発明によれば、短絡事故発生時は、短時間で発電機出力電圧は低下するが、励磁電源変圧器から供給される交流励磁電源による供給から、ＤＣ電源による供給に自動的に切り替わるので、非常用負荷にて短絡事故が発生した場合にも適正な励磁電流を継続して供給することができ、確実な保護動作が行える。

本発明の一実施例を図１により説明する。図１は、本実施例である原子力発電プラントの非常用ディーゼル発電機励磁装置の構成図である。

非常用ディーゼル機関１にはブラシレス発電機２（以下単に発電機２という）が接続され、発電機２には交流励磁機１３が接続されている。発電機２には界磁巻線１１が設けられ、交流励磁機１３で発生する交流を励磁用回転整流器１２により直流に変換して界磁巻線１１に励磁電流を供給するようになっている。

発電機２は遮断器１６を介して非常用母線７にケーブル１７によって接続され、非常用母線７は遮断器８を介して非常用負荷に接続されている。ケーブル１７からの分岐線には励磁電源変圧器５が接続され、励磁電源変圧器５から交流励磁電源として供給されている。励磁電源変圧器５は、界磁遮断器１０，整流器６，ＤＣ−ＤＣチョッパ１４を経由して交流励磁機用界磁巻線１５に接続される。計測用の変圧器１８，変流器１９はＡＶＲ９に接続され、ＡＶＲ９はＤＣ−ＤＣチョッパ１４に接続されている。

ＤＣ電源（直流励磁電源ともいう）は、直流界磁遮断器３，直流励磁電源整流器４を経由してＤＣ−ＤＣチョッパ１４に接続されている。図１に示す点Ａは、整流器６の出力側に整流器４の出力側を接続しており、整流器６の出力側と整流器４の出力側の突合せ点となっている。

このように構成された非常用ディーゼル発電機励磁装置の動作について説明する。発電機２の起動時には、原子力発電プラントに設置されているＤＣ電源に接続されている直流界磁遮断器３を閉じ、直流励磁電源整流器４，ＡＶＲ９の指令で励磁電源を制御するＤＣ−ＤＣチョッパ１４を経由してＤＣ電源の電力を交流励磁機用界磁巻線１５に供給する。ＤＣ−ＤＣチョッパによって発電機の励磁に適切な電圧に調整される。非常用ディーゼル機関１を運転して交流励磁機１３の回転子を回転させると、交流励磁機１３で交流電圧が発生し、交流電圧は励磁用回転整流器１２で直流に変換され、界磁巻線１１に励磁電流を供給する。非常用ディーゼル機関１の運転により発電機２の回転子が回転して発電が行われ、ケーブル１７，遮断器１６を介して非常用母線７に電力に供給が行われる。

発電機２から出力される電圧が確立され、定格電圧となると、ケーブル１７に接続された励磁電源変圧器５から出力される交流電圧が界磁遮断器１０を介して接続される整流器６によって直流に変換され、ＤＣ−ＤＣチョッパ１４を介して交流励磁機用界磁巻線１５に供給される。ここで、整流器６の出力側と整流器４の出力側の突合せ点では、発電機２から出力される電圧が定格の通常運転時には、整流器６の出力側の電圧が、ＤＣ電源から供給される整流器４の出力側の電圧より高くなるように設定されている。整流器６の出力側の電圧と整流器４の出力側の電圧との差は、わずかで良く発電機２の定格運転時に電圧が整流器６の出力側から供給され続ければよい差となっている。

このように構成することにより、起動時は、ＤＣ電源から供給される電力により交流励磁機１３の交流励磁機用界磁巻線１５に供給し、発電機２の出力電圧が定格電圧となると、突合せ点Ａでの整流器６の出力側の電圧が高くなり、ＤＣ電源からの供給から発電機２からの供給に切り替わる。

次に、非常用負荷において短絡事故が発生した場合について説明する。非常用負荷において短絡事故が発生すると、図示しない保護継電器により短絡事故が検知され、遮断器８を遮断して保護動作が行われる構成となっているが、短絡事故により発電機２の出力電圧は低下する。特に原子力発電プラントの場合、投入負荷の容量が大きいため、負荷投入時の電圧低下を防ぐ目的で発電機のリアクタンスは小さく設計されており、短絡事故発生時は、短時間で発電機出力電圧は低下する。このため、励磁電源変圧器５から界磁遮断器
１０を経由して供給される整流器６の出力電圧が低下して、整流器４の出力側の電圧より低下する。整流器６の出力電圧が整流器４の出力側の電圧より低くなると、発電機２からの供給からＤＣ電源からの供給に切り替わる。

このように、突合せ点Ａにおいて、交流励磁電源の電圧がＤＣ電源の電圧よりも低くなると、ＤＣ電源から励磁電流の供給が開始されるので、保護継電器が動作するまで適正に励磁電流を供給し続けることができる。なお、ＤＣ電源として、原子力発電プラント内に設置されている交流電源装置から供給される交流電源を整流器にて直流に変換した電力を使用しても良い。

又、発電プラントの非常用負荷は容量が大きいため、負荷投入時の電圧低下も大きく、特に原子力発電所に設置される非常用負荷には、安定した電力を供給することが望まれる。本実施例では、負荷投入時の電圧低下が発生し、交流励磁電源の電圧が低下した場合でも、ＤＣ電源からの供給が始まり、励磁電源の電圧低下を小さく抑えることができる。電圧が回復すれば、ＤＣ電源による供給から交流励磁電源による供給に切り替わり、ＤＣ電源による供給は自動的に停止するので、不必要にＤＣ電源設備の電力を消費することがない。

又、励磁装置で地絡等の事故等、発電機２を停止させる必要のある事故が発生した場合は、励磁電源の供給を停止する必要があるため、事故検出器からの指示で界磁遮断器１０，直流界磁遮断器３の両方を遮断する。

図１では、ＤＣ電源は１つ設置する例を示しているが、突合せ点Ａに、ＤＣ電源とは別に、非常用ディーゼル発電装置の起動時に使用する初期励磁用のＤＣ電源を接続するようにしてもよい。この場合は、発電機２の出力電圧が確立されると、初期励磁用の直流界磁遮断器を遮断して、初期励磁用のＤＣ電源からの供給を停止する。又、界磁遮断器１０をＤＣ−ＤＣチョッパ１４よりも交流励磁機用界磁巻線１５側に設置して、突合せ点Ａに接続されるＤＣ電源側に直流界磁遮断器３を設けないようにすることも可能である。

本実施例によれば、原子力発電プラントの場合、投入負荷の容量が大きいため、負荷投入時の電圧低下を防ぐ目的から、発電機のリアクタンスは小さく設計されており、短絡事故発生時は、短時間で発電機出力電圧は低下するが、励磁電源変圧器から供給される交流励磁電源による供給から、ＤＣ電源による供給に自動的に切り替わるので、非常用負荷にて短絡事故が発生した場合にも適正な励磁電流を継続して供給することができ、確実な保護動作が行える。

又、負荷投入時に発電機出力電圧が低下した場合でも、直流励磁電源から励磁電源の供給が継続され、発電機の励磁を安定供給することが可能となり、この結果発電機の電圧変動を抑制でき、より安定した電源を非常用負荷に供給することが可能となる。

又、突合せ点Ａにおいて、交流励磁電源の電圧よりＤＣ電源の電圧を若干低く設定することにより、通常時は、交流励磁電源から励磁電流の供給が行われ、非常用負荷にて短絡事故が発生した場合等の発電機２の出力電圧が低下した場合には、ＤＣ電源からの供給が、切替装置を設けなくても、又、特別な操作，回路を動作させなくても、ＤＣ電源からの供給が行われ、信頼性の高い励磁装置を提供することができる。又、通常時は、励磁電源変圧器からのみ励磁電源が供給され、不必要に直流電源設備の電力を消費することがない。

又、ＤＣ電源と交流励磁電源の切り替えにスイッチング素子やゲート回路及び、励磁電源の電圧を検出する回路等を設置する必要がなく、構成もシンプルになることから励磁装置を小型化することができる。又、ＤＣ電源と交流励磁電源の切り替えにスイッチング素子やゲート回路を設けていないので、確実に切り替えが行われ、信頼性の高い励磁装置を提供することができる。

本発明の一実施例である原子力発電プラントの非常用ディーゼル発電機励磁装置の構成図である。

符号の説明

１…ディーゼル機関、２…発電機、３…直流界磁遮断器、４…直流励磁電源整流器、５…励磁電源変圧器、６…整流器、７…非常用母線、８，１６…遮断器、９…ＡＶＲ、１０…界磁遮断器、１１…界磁巻線、１２…励磁用回転整流器、１３…交流励磁機、１４…
ＤＣ−ＤＣチョッパ、１５…交流励磁機用界磁巻線、１７…ケーブル。

Claims (7)

1. 非常用ディーゼル機関に接続されたブラシレス発電機及び交流励磁機と、前記ブラシレス発電機に遮断器を介して接続された非常用負荷と、前記ブラシレス発電機の出力側に接続される変圧器から供給される交流励磁電源と、直流電源設備から供給される直流励磁電源と、前記交流励磁電源の出力側と前記直流励磁電源の出力側を接続する突合せ点とを備え、該突合せ点を前記交流励磁機に接続した非常用ディーゼル発電機励磁装置。
2. 前記突合せ点において励磁電源変圧器から供給される通常の交流励磁電源の電圧が前記直流励磁電源の電圧より高くなるように設定されている請求項１に記載の非常用ディーゼル発電機励磁装置。
3. 非常用ディーゼル機関に接続されたブラシレス発電機と、該ブラシレス発電機に接続された交流励磁機と、前記交流励磁機で発生する交流を直流に変換して前記ブラシレス発電機の界磁巻線に供給する整流器と、前記ブラシレス発電機の出力側に変圧器，遮断器を介して接続された第１の整流器と、ＤＣ電源に遮断器を介して接続された第２の整流器と、前記第１の整流器の出力側と前記第２の整流器の出力側との接続点に接続されるＤＣ−
   ＤＣチョッパと、該ＤＣ−ＤＣチョッパの出力側と接続された前記交流励磁機に設けられる界磁巻線を備えた非常用ディーゼル発電機励磁装置。
4. 前記突合せ点と前記交流励磁機の間に前記交流励磁機に供給する電圧を適正な電圧に調整するためのＤＣ−ＤＣチョッパを設けた請求項１に記載の非常用ディーゼル発電機励磁装置。
5. 前記交流励磁電源及び前記直流励磁電源に遮断器が設けられるものであって、励磁装置に事故が起り、発電機を停止させる必要のある事故が発生した場合は、前記交流励磁電源及び前記直流励磁電源に設けられる両方の遮断器を遮断する請求項１に記載の非常用ディーゼル発電機励磁装置。
6. 前記直流励磁電源が、原子力発電プラント内に設置されている交流電源設備から供給される交流を整流器により直流に変換したものである請求項１に記載の非常用ディーゼル発電機励磁装置。
7. 前記直流励磁電源とは別に初期励磁用の直流励磁電源を前記突合せ点に接続した請求項１に記載の非常用ディーゼル発電機励磁装置。
   

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