JP2012230028A - 代替電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】苛酷事故時においても高い信頼性を有する代替発電システムを提供する。
【解決手段】原子力発電プラントの建屋Ｂ外部の津波の影響を受けない高台Ｈに設けられ、原子力発電プラントとは独立して起動可能な発電機１３ａ〜１３ｃと、発電機１３ａ〜１３ｃから少なくとも建屋Ｂ内部に布設されたケーブル１５と、発電機１３ａ〜１３ｃからケーブル１５の接続先への給電を原子力発電プラントとは独立して制御可能な制御装置１２とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原子力発電プラントに設けられる代替電源システムに関する。

原子力発電プラントは、想定されうる事故事象に対して、冗長性を持たせた設計を行っている。例えば、原子力発電プラントは、外部電源が喪失した場合に対応する非常用電源として、安全系設備の区分毎に非常用ディーゼル発電装置を有する。

また、非常用ディーゼル発電装置の他に、原子力発電プラント内で非常用ディーゼル発電装置と分離壁で区画された領域に原子力発電補助電源装置を設ける技術も知られている（例えば特許文献１参照。）。この技術は、非常用ディーゼル発電装置の全台が機能喪失となり、全交流電源喪失に至った場合であっても、信頼性の高い補助電源装置から給電することにより苛酷事故時および全交流電源喪失時の安全性を向上させるものである。

特開平９−２４７８７２号公報

従来の原子力発電プラントは、例えば建屋の耐震性や電源系統の多重化により、地震に起因する苛酷事故時に高い信頼性が得られていた。その一方、沿岸部に設けられる原子力発電プラントは、津波に起因する苛酷事故時には建屋内外の破壊や浸水により非常用電源およびその関連設備が機能しない可能性がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、苛酷事故時においても高い信頼性を有する代替発電システムを提供することを目的とする。

本発明に係る代替電源システムは、上述した課題を解決するために、原子力発電プラントの建屋外部の津波の影響を受けない場所に設けられ、前記原子力発電プラントとは独立して起動可能な発電機と、前記発電機から少なくとも前記建屋内部に布設されたケーブルと、前記発電機から前記ケーブルの接続先への給電を前記原子力発電プラントとは独立して制御可能な制御装置とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る代替電源システムは、苛酷事故時においても高い信頼性を有することができる。

本発明に係る代替電源システムの一実施形態を示す系統線図。 本発明に係る代替電源システムの変形例を示す系統線図。

本発明に係る代替電源システムの一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る代替電源システムの一実施形態を示す系統線図である。

代替電源システム１は、例えば沿岸部に設けられる原子力発電プラントに付随するシステムである。

原子力発電プラントは、複数の建屋（原子炉建屋やタービン建屋など）を有する。本実施形態においては、それら建屋の１つを建屋Ｂとして説明する。図１においては、本実施形態における建屋Ｂの説明に必要な既設電源設備２ａ、２ｂのみを示し、他の構成については図示を省略する。既設電源設備２ａ、２ｂは、２系統設けられるが、１または３系統以上であってもよい。

代替電源システム１は、代替電源設備１１内に収容される制御装置１２および発電機１３ａ〜１３ｃと、この発電機１３ａ〜１３ｃと建屋Ｂ内部の既設電源設備２ａ、２ｂなどとを接続するためのケーブル１５（電線）とを有する。代替電源設備１１、発電機１３ａ〜１３ｃは、所要の耐震性を有する。ケーブル１５は、ケーブルトレイに収容され、ケーブルルートに布設される。

制御装置１２は、遮断器１６の切替などを行い、代替電源システム１の給電先を制御する。制御装置１２は、操作員より受け付ける指示や原子力発電プラントの中央制御室（プラント制御装置）から供給される制御指示に基づいて代替電源システム１の制御を行う。また、制御装置１２は、一定条件下においては自動で制御を行うこともできる。

代替電源設備１１は、原子力発電プラントの建屋Ｂ外部であって、津波の影響を受けない場所に設けられる建屋内に収容される。例えば、代替電源設備１１は、原子力発電プラントが設けられる土地に応じた、津波の影響を受けない高さの高台Ｈ（例えば２０ｍ）に設けられる。

発電機１３ａ〜１３ｃは、例えばディーゼル発電機であり一または複数台設けられる。発電機１３ａ〜１３ｃは、例えば原子力発電プラントの建屋数に応じた台数設けられる。また、発電機１３ａ〜１３ｃは、多重化の観点から予備用の発電機も有する。図１においては、発電機１３ａは、建屋Ｂに給電するために設けられる。発電機１３ｃは、建屋Ｂとは異なる他の建屋に給電するために設けられる。発電機１３ｂは、発電機１３ａ、１３ｃの予備として設けられる。

各発電機１３ａ〜１３ｃは、例えば原子炉建屋内部の原子炉および使用済み燃料プールの冷却機能や冷却監視機能を１台の発電機で賄うことのできる電源容量を少なくとも有する。以下、発電機１３ａ〜１３ｃを区別する必要がない場合には、まとめて発電機１３という。

ケーブル１５は、発電機１３と給電先とを接続する。ケーブル１５には、電源制御を行うための所要の遮断器１６が設けられる。

発電機１３ａは、母線１７ａと接続され、さらに母線１７ａには、ケーブル１５ａ〜１５ｃが接続される。

ケーブル１５ａは、発電機１３ａから建屋Ｂ内部に布設されるケーブルの一例である。建屋内部に布設されるケーブルは、異なる安全系区分にそれぞれ布設され、安全系区分の一部（１区分または複数区分）が使用不可能な場合であっても、使用可能な安全系区分へ給電することができるようになっている。

ケーブル１５ａは、建屋Ｂ内部の母線１７ｂと接続される。母線１７ｂは、例えば６．９ｋＶの高圧母線であり、母線１７ｂから分岐する各ケーブル１８ａ〜１８ｄと接続される。ケーブル１８ａ、１８ｂは、既設電源設備２ａ、２ｂとそれぞれ接続され、発電機１３からの電源（代替電源）を供給する。

ここで、既設電源設備２ａ、２ｂには、原子力発電プラントの交流電源喪失を検出するためのセンサ５ａ、５ｂが設けられる。センサ５ａ、５ｂは、原子力発電プラントの中央制御室や、代替電源システム１の制御装置１２に接続されており、交流電源喪失を検出した場合には通知する。

ケーブル１８ｃと接続される母線１７ｃは、変圧器１９により降圧された低圧電源（例えば４８０Ｖ）を供給する。排水ポンプ２０は、低圧母線１７ｃを介して供給される代替電源により稼働する。排水ポンプ２０は、例えば津波により建屋Ｂ内に海水が浸入した場合に、建屋Ｂ外に海水を排水する。

建屋Ｂ内の各種ケーブルは、建屋Ｂ内の浸水防止対策が施された部屋または上位階（オペレーションフロアなど）に配置することで、津波発生時においても代替電源システム１を稼働させることができる。

代替電源設備１１内の母線１７ａから分岐するケーブル１５ｂは、可搬式装置３０に接続される。可搬式装置３０は、代替電源システム１の配電盤の一部を収容する。可搬式装置３０は、通常時は高台Ｈ（代替電源設備１１）に配置され、必要に応じて高台Ｈ以外の建屋Ｂの近傍などにおいて移動可能である。

代替電源システム１は、既設電源設備２ａ、２ｂや排水ポンプ２０に接続されるケーブル以外にも、ケーブル１５ｃやケーブル１８ｄなどの予備用のケーブルを有する。例えば、ケーブル１５ｃを設けることにより、既設電源設備に接続されるケーブル１５ａが切断するなど給電不可能となった場合に、母線１７ｂとケーブル１５ｃとを接続する作業のみで、速やかに給電を再開することができる。

また、建屋Ｂ内のケーブル１８ｄは、ケーブル１５ｃと同様に、給電不可能となったケーブル１８ａ〜１８ｃの代わりに利用されることにより、新たに代替電源設備１１からケーブルを布設することなく、建屋Ｂ内で配線作業を行うことができる。さらに、予備用のケーブルを設けることと同様の趣旨から、予備フィーダ３５を設けることにより、多重化が図られている。

なお、発電機１３ｃと接続される母線１７ｄ以降の接続構成は、母線１７ａに接続されるケーブル１５ａ〜１５ｃとほぼ同様であるため、ここでは説明および図示を省略する。

次に、本実施形態における代替電源システム１の作用について説明する。

通常時、原子力発電プラントは、既設の発電設備より各設備・機器に給電する。例えば、地震や津波などに起因する苛酷事故が発生し、既存の発電設備（非常用発電設備含む）が機能せず原子力発電プラント内の電源が喪失した場合、代替電源システム１が機能する。

代替電源システム１の制御装置１２は、操作員の手動操作や中央制御室からの指示を受付けた場合、またはセンサ５ａ、５ｂなどから電源喪失を検知した場合、代替電源システム１の運転を開始する。代替電源システム１は、原子力発電プラントとは制御系統や電源系統が独立しているため、代替電源システム１自身で起動し、発電を開始することができる。

発電機１３は、ケーブル１５を介して建屋Ｂの各設備へ給電を開始する。既設電源設備２ａ、２ｂは、原子力発電プラントの全電源が喪失した場合であっても、この発電機１３から供給される電源を各設備に供給する。

制御装置１２は、操作員の操作による手動または自動で、各設備への電源供給を切り替えることができる。例えば、制御装置１２は、全ての設備に対して同時に電源を供給したり、必要な設備に対してのみ電源を供給したりする。

代替電源システム１は、制御装置１２に代えて、原子力発電プラントの中央制御室からも制御されうる。このため、通常時は運転員のいる原子力発電プラントの中央制御室から代替電源システム１を制御し、建屋内の放射線量が高い場合など建屋外へ退避せざるを得ない場合には、制御装置１２から制御することができる柔軟性を有する。

各発電機１３は、原子炉建屋内部の原子炉および使用済み燃料プールの冷却機能や冷却監視機能を１台で賄うことのできる電源容量を有する。このため、仮に原子力発電プラントの全電源が喪失した場合であっても、必要な冷却を行うことができる。また、安全系区分の一部（１区分または複数区分）が使用不可能でも、使用可能な区分へ給電することにより、原子炉の冷温停止・使用済み燃料プールの冷却を達成する柔軟性を有する。

建屋Ｂに対して津波に起因する浸水が発生した場合、制御装置１２は排水ポンプ２０を起動し、建屋Ｂ内の海水を建屋Ｂ外へ排水する。

代替電源システム１の稼働時において、電源を必要とする機器が新たに生じた場合には、可搬式装置３０をその機器の近傍に移動することで、配電盤・機器間のケーブル布設時間を短縮させることができる。また、電源復旧時において新規な電気負荷が必要となった際に、予備用のケーブルや予備用のフィーダを使用することで、ケーブル布設作業を短縮することができ、速やかに電源供給でき、復旧期間を短縮することができる。

本実施形態における代替電源システム１は、特に巨大地震に付随した津波発生時においても、津波による機能喪失リスクが排除されており、原子炉の冷温停止・使用済み燃料プールの冷却を達成することができる。

また、原子力発電プラントに対する代替電源システム１の設置時においても、過不足のない適切な容量設計を行うため、適切なコスト・工期で目的を達成することができる。

さらに、代替電源システム１は、多重性を有するため、原子力発電プラントの単一電源の故障・保守時においても代替電源システムの機能を維持することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、高圧母線である母線１７ｂと既設電源設備２ａ、２ｂとを接続したが、既設発電設備を低圧母線である母線１７ｃに接続してもよい。

図２は、本発明に係る代替電源システムの変形例を示す系統線図である。

図１の代替電源システム１に対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

既設電源設備の低圧母線４１に接続される、ポンプ等の機器（図示省略）を接続する低圧系統４０は、代替電源システム１００の母線１７ｃと接続される。低圧系統４０は、既設電源からの給電が不可能である場合においても、母線１７ｃと接続されるケーブル１５ｅを介して代替電源が給電され得る。このように、建屋Ｂ内の既設電源設備との接続先は、電圧の高低に限らず自由に決定することができるため、代替電源システム１、１００は高い自由度を備えることができる。

また、ケーブル１５は、既設電源設備や排水ポンプ２０に予め接続することなく、接続可能な状態であってもよい。例えば、ケーブルをプラント内まで布設しておき、既設電源設備２ａ、２ｂに代替電源を供給する必要が生じた場合に、ケーブルの接続を行うようにしてもよい。この場合、ケーブルがプラント内まで布設されているので、接続作業を短時間で行うことが可能となる。

また、ケーブル１５は、ケーブルルートに対して余裕を持った長さを有するのが好ましい。例えば、地震に起因してケーブル１５に引っ張りが作用する場合であっても、ケーブル長に余裕を持たせることでケーブルの切断を回避することができる。

１、１００ 代替電源システム
２ａ、２ｂ 既設電源設備
５ａ センサ
１１ 代替電源設備
１２ 制御装置
１３ａ〜１３ｃ（１３） 発電機
１５ａ〜１５ｃ、１５ｅ ケーブル
１６ 遮断器
１７ａ〜１７ｄ 母線
１８ａ〜１８ｄ ケーブル
２０ 排水ポンプ
３０ 可搬式装置
Ｈ 高台
Ｂ 建屋

Claims (10)

1. 原子力発電プラントの建屋外部の津波の影響を受けない場所に設けられ、前記原子力発電プラントとは独立して起動可能な発電機と、
   前記発電機から少なくとも前記建屋内部に布設されたケーブルと、
   前記発電機から前記ケーブルの接続先への給電を前記原子力発電プラントとは独立して制御可能な制御装置とを備えたことを特徴とする代替電源システム。
2. 前記発電機は、前記建屋内部に設けられる冷却設備に必要とする電源容量を少なくとも有する請求項１記載の代替電源システム。
3. 前記ケーブルは、前記建屋内部の冷却設備に給電可能なように前記建屋内部の既設電源設備と接続される請求項１または２記載の代替電源システム。
4. 前記発電機は、複数台設けられ、前記制御装置の制御に基づいて一または複数の発電機により前記原子力発電プラントに対して給電する請求項１〜３のいずれか一項記載の代替電源システム。
5. 前記発電機から前記ケーブルの接続先への給電制御は、前記原子力発電プラント内部に設けられるプラント制御装置により制御可能である請求項１〜４のいずれか一項記載の代替電源システム。
6. 前記ケーブルは、前記原子力発電プラント内の複数の建屋に対して布設される請求項１〜５のいずれか一項記載の代替電源システム。
7. 前記制御装置は、前記原子力発電プラントの交流電源喪失が発生した場合、前記発電機からの給電に自動的に切り替える請求項１〜６のいずれか一項記載の代替電源システム。
8. 前記建屋内に設けられ、前記発電機からの給電により駆動する排水ポンプをさらに備えた請求項１〜７のいずれか一項記載の代替電源システム。
9. 前記津波の影響を受けない場所から移動可能な可搬式の配電盤をさらに備えた請求項１〜８のいずれか一項記載の代替電源システム。
10. 前記発電機から少なくとも前記建屋内部に布設可能な予備ケーブルを前記発電機側にさらに備えた請求項１〜９のいずれか一項記載の代替電源システム。

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