JP2016133392A

JP2016133392A - 循環水ポンプ制御システム及び制御方法

Info

Publication number: JP2016133392A
Application number: JP2015008040A
Authority: JP
Inventors: 健雲藤; Takeshi Kumofuji
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2015-01-19
Filing date: 2015-01-19
Publication date: 2016-07-25
Also published as: GB2535856A; GB201600780D0; GB2535856B

Abstract

【課題】原子力プラントの循環水ポンプを駆動する電動機の回転数を調整することにより、余分な電力消費を抑制し、経済的な損失を抑制することができる循環水ポンプ制御システム及び制御方法を提供する。【解決手段】原子力プラント１００内で生じた蒸気を冷却水との熱交換により復水する復水器１と、復水器１で用いる冷却水が貯留された冷却水源から復水器１に冷却水を供給する循環水ポンプ３と、循環水ポンプ３から復水器１に冷却水を送る送水経路４に配置され、循環水ポンプ３から復水器１へ送られる冷却水の流量を計測する流量計６と、流量計６の計測結果に基づいて循環水ポンプ３を駆動する循環水ポンプ駆動装置７の回転数を制御し、循環水ポンプ３から復水器１に送られる冷却水の水量を制御する制御装置８とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば原子力プラントに設置された循環水設備の循環水ポンプ制御システム及び制御方法に関する。

例えば、原子力プラントなどに用いられる蒸気タービン用復水器に供給される復水器冷却水の制御に関するものとして、例えば、特許文献１（特開平０３−１４４２８８号公報）には、タービンの復水器冷却水ポンプとして可燃翼または可変速モーター駆動の循環水ポンプを設置したプラントにおいて、冷却水を増減するため循環水ポンプの翼開度または速度を変化させる場合、復水器出口より下流側に設置した弁を循環水ポンプの翼開度または速度に連動させて変化させることにより循環水ポンプの吐出圧力を制御する技術が開示されている。

特開平０３−１４４２８８号公報

ところで、原子力プラントなどに用いられる蒸気タービン用復水器に冷却水を供給する循環水ポンプにおいて、循環水ポンプを定格出力の固定速運転とし、復水器水室出口弁や循環水ポンプ出口弁の開度、或いは可動翼の角度を、実際の流量ではなく復水器圧や復水器水室出口温度などに基づいて制御するような技術では、循環水ポンプを固定速で運転する必要があるため、余分な電力消費が必要であり、経済的に不利であった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、原子力プラントの循環水ポンプを駆動する電動機の回転数を調整することにより、余分な電力消費を抑制し、経済的な損失を抑制することができる循環水ポンプ制御システム及び制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、原子力プラント内で生じた蒸気を冷却水との熱交換により復水する復水器と、前記復水器で用いる冷却水が貯留された冷却水源から前記復水器に冷却水を供給する循環水ポンプと、前記循環水ポンプから前記復水器に前記冷却水を送る送水経路に配置され、前記循環水ポンプから前記復水器へ送られる前記冷却水の流量を計測する流量計と、前記流量計の計測結果に基づいて前記循環水ポンプを駆動する循環水ポンプ駆動装置の回転数を制御し、前記循環水ポンプから前記復水器に送られる冷却水の水量を制御する制御装置とを備えたものとする。

循環水ポンプを駆動する電動機の回転数を調整することにより、余分な電力消費を抑制し、経済的な損失を抑制することができる。

一実施の形態における循環水ポンプ制御システムの全体構成を概略的に示す図である。一実施の形態における循環水ポンプ制御システムの制御信号の流れを概略的に示す図である。一実施の形態に係る原子力プラントの循環水ポンプ制御システムの外観を模式的に示す図である。本発明の一実施の形態との比較例として挙げる従来技術の循環水ポンプ制御システムの全体構成を概略的に示す図である。

本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図３は、本発明の一実施の形態に係る原子力プラントの循環水ポンプ制御システムの外観を模式的に示す図である。また、図１は本実施の形態の循環水ポンプ制御システムの全体構成を概略的に示す図であり、図２は制御信号の流れを概略的に示す図である。

図１〜図３において、循環水ポンプ制御システムは、複数の系統（例えば本実施の形態では３つ）を備えており、原子力プラント１００内で生じた蒸気１００ａを冷却水との熱交換により復水して飽和液（水）１００ｂとする復水器１（１ａ〜１ｃ）と、復水器１で用いる冷却水として海や湖、川などの水源１１から海水や湖水を取り込んで貯留する取水槽２（冷却水源）と、取水槽２から復水器１（１ａ〜１ｃ）に冷却水を供給する循環水ポンプ３（３ａ〜３ｃ）と、復水器１（１ａ〜１ｃ）で使用され、放水経路５（５ａ〜５ｃ）を介して送水された冷却水が海や湖、河川等にされる放水槽１２と、循環水ポンプ３（３ａ〜３ｃ）から復水器１（１ａ〜１ｃ）に冷却水を送る送水経路４（４ａ〜４ｃ）に配置され、循環水ポンプ３（３ａ〜３ｃ）から復水器１（１ａ〜１ｃ）へ送られる冷却水の流量を計測する流量計６（６ａ〜６ｃ）と、流量計６（６ａ〜６ｃ）の計測結果（流量信号）に基づいて循環水ポンプ３（３ａ〜３ｃ）を駆動する循環水ポンプ用電動機７（７ａ〜７ｃ）（循環水ポンプ駆動装置）の回転数を制御し、循環水ポンプ３（３ａ〜３ｃ）から復水器１（１ａ〜１ｃ）に送られる冷却水の水量を制御する制御装置８とを概略備えている。

制御装置８は、循環水ポンプ３（３ａ〜３ｃ）から復水器１（１ａ〜１ｃ）に送られる冷却水量が予め定めた送水流量の目標値（流量設定値）となるための循環水ポンプ用電動機７（７ａ〜７ｃ）の回転数（設定された流量に必要な回転数）を計算する回転数計算部９と、回転数計算部９で算出された循環水ポンプ用電動機７（７ａ〜７ｃ）の回転数に基づいて、循環水ポンプ駆動装置７（７ａ〜７ｃ）の回転数を制御する制御信号（交流電圧）を生成する制御信号生成部１０（インバータ）とを備えている。

流量計６（６ａ〜６ｃ）は、例えば、超音波流量計であり、取水槽２から循環水ポンプ３（３ａ〜３ｃ）により取り込まれて吐出される冷却水中に混入した異物等によっても影響を受けにくい。

復水器１ａに係る系統においては、循環水ポンプ３ａによって取水槽２から復水器１ａに冷却水を供給し、循環水ポンプ３ａから復水器１ａに冷却水を送る送水経路４ａに配置された流量計６ａによって循環水ポンプ３ａから復水器１ａへ送られる冷却水の流量を計測し、流量計６ａの計測結果に基づいて循環水ポンプ３ａを駆動する循環水ポンプ用電動機７ａの回転数を制御することによって循環水ポンプ３ａから復水器１ａに送られる冷却水の水量を制御する。

循環水ポンプ用電動機７ａの出力軸には回転数検出器１３ａが設けられており、回転数の検出信号（回転数信号）が回転数計算部９に送られる。そして、回転数計算部９は、予め定めた送水流量の目標値（流量設定値）と流量信号と回転数信号とに基づいて、循環水ポンプ３ａから復水器１ａに送られる冷却水量が流量設定値となるための循環水ポンプ用電動機７ａの回転数を計算し制御信号生成部１０に送信する。

制御信号生成部１０は、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの電源から供給される交流電源の周波数を変換し、変換した周波数の交流電圧を循環水ポンプ用電動機７ａに出力するものであり、回転数計算部９で計算された回転数に基づいて制御信号（交流電圧）を生成し、循環水ポンプ用電動機７ａの回転数を制御する。

したがって、復水器１ａに供給される冷却水の流量は、回転数計算部９ａに入力する流量設定値を増減させ、制御信号生成部１０から循環水ポンプ用電動機７ａに出力される交流電圧の周波数を上下させることにより最適な流量に制御することができる。なお、回転数系細部９ａに入力される流量設定値は、図示しない計算装置により、水源の水位、復水器１から放出される冷却水の温度、復水器１で復水された飽和水（水）の温度・水量等から算出されている。

なお、他の復水器１ｂ，１ｃに係る系統に関しても同様の構成を有しており、説明を省略する。

以上のように構成した循環水ポンプ制御システムにおける循環水ポンプの動作制御においては、まず、循環水ポンプ３から復水器１に冷却水を送る送水経路４において、循環水ポンプ３から復水器１へ送られる冷却水の流量を計測する。また、循環水ポンプ用電動機７の出力軸の回転数を計測する。続いて、予め定めた流量設定値と、計測した流量及び回転数とから、循環水ポンプ３の吐出流量が流量設定値となるための循環水ポンプ用電動機７の回転数を算出する。続いて、算出した回転数に基づいて、循環水ポンプ用電動機７の回転数を制御するための交流電圧を生成する。これにより、循環水ポンプ３から復水器１に送られる冷却水の水量を制御する。

以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。

図４に示すような比較例の従来技術においては、原子力プラント１００Ａなどに用いられる蒸気タービン用復水器１に冷却水を供給する循環水ポンプ３０において、循環水ポンプ用電動機７０を定格出力の固定速運転とし、復水器水室出口弁や循環水ポンプ出口弁の開度、或いは可動翼の角度を、実際の流量ではなく復水器圧や復水器水室出口温度などに基づいて制御しており、循環水ポンプ３０を固定速で運転する必要があるため、必要揚程に係わらず余分な電力消費が必要であり、経済的に不利であった。

これに対し本実施の形態においては、原子力プラント内で生じた蒸気を復水する復水器に循環水ポンプから冷却水を供給する送水経路に、循環水ポンプから復水器へ送られる冷却水の流量を計測する流量計を配置し、流量計の計測結果に基づいて循環水ポンプを駆動する循環水ポンプ駆動装置の回転数を制御し、循環水ポンプから復水器に送られる冷却水の水量を制御するように構成したので、原子力プラントの循環水ポンプを駆動する電動機の回転数を調整することにより、余分な電力消費を抑制し、経済的な損失を抑制することができる。

また、取水槽２に冷却水を取り込む水源の水位変動（例えば海の潮位変動）に対応した最適な回転数に循環水ポンプ用電動機７を制御し、循環水ポンプ３の吐出流量を最適化する運用が出来るため、経済的に最適な運用が可能となる。

すなわち、図３に示すように、潮位が高い場合には循環水ポンプ３に求められる必要揚程は小さく、潮位が低くなるに従って必要揚程は大きくなる。したがって、本発明が適用される原子力プラントの条件として、潮位が最も高い場合（最高潮位１１ａ）と潮位が最も低い場合（最低潮位１１ｂ）の差（最大潮位差１１ｃ）が大きい原子力プラントであるほど、循環水ポンプ３の吐出流量（すなわち、循環水ポンプ用電動機７の回転数）の最適化によって、より多くの余分な電力消費が抑制されるので、経済的効果が高くなる。

１復水器
２取水槽（冷却水源）
３循環水ポンプ
４送水経路
５排水経路
６流量計
７循環水ポンプ用電動機（循環水ポンプ駆動装置）
８制御装置
９回転数計算部
１０制御信号生成部
１１水源
１２放水槽
１３回転数検出器
１００原子力プラント

Claims

原子力プラント内で生じた蒸気を冷却水との熱交換により復水する復水器と、
前記復水器で用いる冷却水が貯留された冷却水源から前記復水器に冷却水を供給する循環水ポンプと、
前記循環水ポンプから前記復水器に前記冷却水を送る送水経路に配置され、前記循環水ポンプから前記復水器へ送られる前記冷却水の流量を計測する流量計と、
前記流量計の計測結果に基づいて前記循環水ポンプを駆動する循環水ポンプ駆動装置の回転数を制御し、前記循環水ポンプから前記復水器に送られる冷却水の水量を制御する制御装置と
を備えたことを特徴とする循環水ポンプ制御システム。
請求項１記載の循環水ポンプ制御システムにおいて、
前記制御装置は、
前記循環水ポンプから前記復水器に送られる冷却水量が予め定めた送水流量の目標値となるような前記循環水ポンプ駆動装置の回転数を計算する回転数計算部と、
前記回転数計算部で算出された前記循環水ポンプ駆動装置の回転数に基づいて、前記循環水ポンプ駆動装置の回転数を制御する制御信号を生成する制御信号生成部と
を備えたことを特徴とする循環水ポンプ制御システム。
請求項１記載の循環水ポンプ制御システムにおいて、
前記制御装置は、
前記冷却水源の水位に基づいて、前記循環水ポンプから前記復水器に送られる冷却水量が予め定めた送水流量の目標値となる前記循環水ポンプ駆動装置の回転数を計算する回転数計算部と、
前記回転数計算部で算出された前記循環水ポンプ駆動装置の回転数に基づいて、前記循環水ポンプ駆動装置の回転数を制御する制御信号を生成する制御信号生成部と
を備えたことを特徴とする循環水ポンプ制御システム。
原子力プラント内で生じた蒸気を冷却水との熱交換により復水する復水器と、前記復水器で用いる冷却水が貯留された冷却水源から前記復水器に冷却水を供給する循環水ポンプとを備えた循環水ポンプ制御方法であって、
前記循環水ポンプから前記復水器に前記冷却水を送る送水経路において、前記循環水ポンプから前記復水器へ送られる前記冷却水の流量を計測するステップと、
前記冷却水の流量の計測結果に基づいて前記循環水ポンプを駆動する循環水ポンプ駆動装置の回転数を制御し、前記循環水ポンプから前記復水器に送られる冷却水の水量を制御するステップと
を有することを特徴とする循環水ポンプ制御方法。