JP3212701B2 - 静止形可変電圧可変周波数電源装置および電源システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば沸騰水型原
子炉の主発電機からの電力を直接所内変圧器を用いて降
圧し受電する所内常用母線に接続された、原子炉冷却材
再循環ポンプをサイリスタインバータの出力で駆動する
静止形可変電圧可変周波数電源装置の、当該所内常用母
線の上位電源系が故障した際の母線切替に係り、特に母
線切替時における電気的過渡変動を低減する事故母線切
替制御装置を備えた静止形可変電圧可変周波数電源装置
および電源システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば沸騰水型原子炉の所内電源系統と
しては、発電所の主発電機の発生電力を直接所内変圧器
および受電遮断器を介して、所内電源として設定された
電圧まで降圧し、所内常用交流母線に給電して運用され
る所内常用電源系がある。

【０００３】また発電所の起動・停止時で前記主発電機
が所内電源系に電力を供給できない時の電源として、外
部電力系統より電力を起動変圧器および受電遮断器を介
して所内電源として設定された電圧まで降圧し、これを
所内共用交流母線に給電して運用される所内共用電源系
がある。

【０００４】さらに、主発電機並びに外部電力系統から
の電力が期待できない場合にも原子力発電所を安全に停
止するために、非常用ディーゼル発電設備を具備した所
内非常用電源系の３系統に大別される。

【０００５】一般に、原子力発電プラントにおける通常
運転時に必要となる各種補機の電力は、前記所内常用電
源系の所内常用交流母線より供給されている。また、こ
の所内常用交流母線は、発電所の起動・停止時に所内共
用交流母線と連絡遮断器により連通することのできる母
線連絡電路を設備している。

【０００６】起動・停止時においては、所内変圧器と所
内常用交流母線間の受電遮断器は開路しており、前記所
内常用交流母線は所内共用交流母線と接続する母線連絡
電路の連絡遮断器を閉路して、所内共用交流母線からの
電力により運用される。

【０００７】発電所の起動が完了すると、所内常用交流
母線に発電所の主発電機の発生電力を給電するために、
所内変圧器と所内常用交流母線間の受電遮断器を閉路
し、所内共用交流母線と連結する母線連絡電路の連絡遮
断器を開路する。

【０００８】以上の母線切替動作は、切替時の電気的過
渡変動を最小限にするように、切替時に発電所の主発電
機の発生電力、および所内共用交流母線の位相を一致さ
せ、一時的に連絡遮断器および受電遮断器の両遮断器が
閉路する期間が重なるようにしている。

【０００９】ところで、原子力発電プラントの通常運転
中に、発電所の主発電機まわりに何らかの故障が発生し
た場合は、主発電機の発生電力を直接所内変圧器および
受電遮断器を介して供給されている所内常用交流母線
は、直ちにこの供給電力を失うこととなる。従って所内
常用交流母線においては、主発電機まわりの故障時にお
ける所内負荷に対する電力の確保をするために、前記所
内共用交流母線から電力の供給を受けるための母線切替
を実施する。

【００１０】この事故時母線切替においては、一般に事
故の波及を防止するために所内変圧器と所内常用交流母
線間の受電遮断器を確実に開路し、その後に所内共用交
流母線と接続する母線連絡電路の連絡遮断器を閉路する
方法がとられる。なお、この時には所内常用交流母線は
一時停電の切替がされることになる。

【００１１】ところで沸騰水型原子炉では、プラントの
出力を制御する一手段として原子炉冷却材の再循環流量
を制御する方式がある。具体的には、冷却材再循環ポン
プを可変電圧可変周波数電源装置で駆動するようにし、
この電源装置の出力周波数を変化させることによって行
われている。

【００１２】この可変電圧可変周波数電源装置として
は、従来すべりが可変である流体継手を備えたＭ−Ｇセ
ット（電動発電機電源装置）が使用されていた。しかし
ながら、最近では効率および応答性等の面において優れ
ている静止形可変電圧可変周波数電源装置が使用される
傾向にある。

【００１３】この静止形可変電圧可変周波数電源装置
は、サイリスタをブリッジ結線してなる変換要素を主体
に構成されたＤＣ−ＡＣ変換器、つまりインバータであ
り、各サイリスタの点弧位相を制御することによって所
望の電圧と周波数の交流出力が得られるものである。

【００１４】前記冷却材再循環ポンプ駆動用の可変電圧
可変周波数電源装置は、原子力発電プラントの通常運転
時に必要とされる重要な補機であることから、所内常用
電源系の所内常用交流母線に接続されて、電力を主発電
機より供給されるようになっている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】この静止形可変電圧可
変周波数電源装置の採用に際しては、次のような支障が
あった。すなわち、前記Ｍ−Ｇセットの場合には、所内
常用交流母線に接続される機器は発電機を駆動する電動
機であり、事故時における母線切替を停電切替とされて
も、この際に電動機は自己の有している慣性エネルギー
を電気エネルギーとして所内常用交流母線に供給するこ
とから、これが停電切替期間における所内常用交流母線
の残留電圧を維持する効果となり、所内常用交流母線の
残留電圧が急激に低下することはない。

【００１６】しかしながら、静止形可変電圧可変周波数
電源装置の場合には、Ｍ−Ｇセットと異なり電気エネル
ギーの蓄積がされないため、Ｍ−Ｇセットの場合と逆に
停電期間において同一所内常用交流母線に接続されてい
る他の補機電動機が有する慣性エネルギーから所内常用
交流母線に供給される電気エネルギーを消費して、静止
形可変電圧可変周波数電源装置の負荷の運転を継続しよ
うとするため、所内常用交流母線の残留電圧は急激に減
少することが起こり得る。

【００１７】もし事故時母線切替で停電切替がされた時
に、所内常用交流母線の残留電圧が急激に減少すると、
母線切替後に接続される所内共用交流母線に対して、切
替前の所内常用交流母線の残留電圧と同レベルで端子電
圧が低下している所内常用交流母線に接続されている補
機電動機等が、所定電圧の所内共用交流母線に接続され
ることとなり、両者の電位差により大きな過渡電流が流
れて、所内常用交流母線はもとより他の補機電動機等の
関連設備にも多大な影響を与える可能性がある。

【００１８】すなわち、前記過渡電流により電気的保護
装置が動作して、この結果、所内常用交流母線並びに所
内共用交流母線の給電ができなくなるような事故の拡大
も予想される。

【００１９】従って、上記のように所内常用電源系の所
内常用交流母線に静止形可変電圧可変周波数電源装置が
接続されている場合においても、所内電源系の事故時母
線切替に際して、残留電圧の急激な減少を生ずることの
ない母線切替対策が課題とされていた。

【００２０】本発明の目的とするところは、所内電源系
の事故時母線切替に際して、この母線切替を検出し、静
止形可変電圧可変周波数電源装置を一時的に母線より切
り離して、母線切替時の停電母線における残留電圧の急
激な減少を防止すると共に、母線切替が支障なく、かつ
母線切替後の各種機器の運用に支障が生じず、事故によ
る影響の拡大を防止した静止形可変電圧可変周波数電源
装置および電源システムを提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の静止形可変電圧可変周波数電源装置は、主
発電機からの電力を所内変圧器で降圧し受電遮断器を介
して供給される所内常用母線とこの所内常用母線と別系
統から電力を供給される所内共用母線を連絡遮断器を介
して連結した電源系統の前記所内常用母線に接続された
静止形可変電圧可変周波数電源装置において、前記電源
系統の受電遮断器および連絡遮断器の開閉動作状態と所
内常用母線の電圧状態を入力され前記所内常用母線の上
位電源系の故障時に行う母線の切替を検知してこの母線
切替に際して静止形可変電圧可変周波数電源装置の運転
を一時停止すると共に母線切替完了後に再運転を開始さ
せる事故母線切替制御装置を具備した構成とする。また
請求項２の電源システムは、主発電機からの電力を所内
変圧器で降圧し受電遮断器を介して供給される所内常用
母線とこの所内常用母線と別系統から電力を供給される
所内共用母線を連絡遮断器を介して連結した電源系統の
前記所内常用母線に接続された静止形可変電圧可変周波
数電源装置と、前記電源系統の受電遮断器および連絡遮
断器の開閉動作状態と所内常用母線の電圧状態を入力さ
れ前記所内常用母線の上位電源系の故障時に行う母線の
切替を検知してこの母線切替に際して前記静止形可変電
圧可変周波数電源装置の運転を一時停止すると共に母線
切替完了後に再運転を開始させる事故母線切替制御装置
とを具備した構成とする。

【００２２】

【作用】事故時母線切替に際して事故母線切替制御装置
は、所内常用母線の受電遮断器と所内共用交流母線と連
結する連絡遮断器の動作状態信号と、所内常用母線の状
態信号を監視し、連絡遮断器の開路と受電遮断器の開路
により、事故時母線切替を検知し、母線切替期間中は静
止形可変電圧可変周波数電源装置を瞬時停止させて、所
内常用母線から静止形可変電圧可変周波数電源装置に流
入する電力を停止し、所内常用母線における残留電圧の
減少を抑制する。

【００２３】その後、連絡遮断器が閉路されて所内常用
母線は、連絡遮断器を介して所内共用交流母線からの電
力供給により静止形可変電圧可変周波数電源装置以外の
機器が運用される。所内常用母線において所定電圧が復
活すると、事故母線切替制御装置は、これを検知して事
故時母線切替完了を確認し、静止形可変電圧可変周波数
電源装置の瞬時停止を解除して再運転を行う。これによ
り、事故時母線切替時における所内常用母線の残留電圧
の急激な減少が生じることなく、切替後の各種機器の運
用を容易とする。

【００２４】

【実施例】本発明の一実施例を沸騰水型原子炉における
原子炉冷却材再循環ポンプ用の静止形可変電圧可変周波
数電源装置を例に図面を参照して説明する。図１の系統
構成図に示すように、発電所の主発電機１が出力する電
力は、主変圧器２を介して外部電力系統３に供給されて
いる。なお、主発電機１からの電力の一部は、所内変圧
器４および受電遮断器５を介して所内常用交流母線６に
供給される。

【００２５】また所内共用交流母線７には、外部電力系
統３からの電力を起動用変圧器８、および受電遮断器９
を介して供給されている。前記所内常用交流母線６は、
所内共用交流母線７、連絡電路10、連絡遮断器11の経路
にて、所内共用交流母線７の電力を給電できるように構
成されている。

【００２６】さらに、所内常用交流母線６には、負荷遮
断器12を介して、静止形可変電圧可変周波数電源装置13
が接続されており、この静止形可変電圧可変周波数電源
装置13の出力側は、図示しない沸騰水型原子炉の冷却材
再循環ポンプの駆動源であるポンプ電動機14に接続され
ている。

【００２７】なお、この所内常用交流母線６には、別の
負荷遮断器15を介して他の所内常用補機駆動用の電動機
16が複数台接続されている。これと同様に、前記所内共
用交流母線７にも負荷遮断器17を介して、その他の所内
常用補機駆動用の電動機18が複数台接続されている。

【００２８】前記受電遮断器５の開状態信号５ａ、並び
に前記連絡遮断器11の開状態信号11ａは、静止形可変電
圧可変周波数電源装置13を制御する事故母線切替制御装
置20に導入されている。さらに、前記所内常用交流母線
６の母線電圧は、電圧変成器19により母線電圧検出信号
19ａとして前記事故母線切替制御装置20に導入してい
る。

【００２９】この事故母線切替制御装置20は、前記受電
遮断器５の開状態信号５ａ、並びに連絡遮断器11の開状
態信号11ａに基づき、前記所内常用交流母線６と所内共
用交流母線７における事故時の母線切替を検出して、静
止形可変電圧可変周波数電源装置13に対して瞬時停止信
号20ａを出力する。また母線切替完了後は、所内常用交
流母線６の母線電圧の復活を電圧変成器19を介して確認
し、静止形可変電圧可変周波数電源装置13の再運転信号
20ｂを出力すると共に瞬時停止を解除するように構成さ
れている。

【００３０】図２のロジック構成図は、事故母線切替制
御装置20の構成を示すもので、第１のＡＮＤ回路21、第
２のＡＮＤ回路22、第３のＡＮＤ回路23と、フリップフ
ロップ回路24および比較器25で構成されている。この事
故母線切替制御装置20には、図示しない制御系統から静
止形可変電圧可変周波数電源装置13に対する運転指示信
号26が第２のＡＮＤ回路22に接続され、また前記受電遮
断器５の開状態信号５ａと、連絡遮断器11の開状態信号
11ａが第１のＡＮＤ回路21に接続される。

【００３１】第１のＡＮＤ回路21では、前記２つの開状
態信号５ａ，11ａの入力により信号出力がされ、この信
号はフリップフロップ回路24のセット信号入力端子Ｓに
導入される。フリップフロップ回路24では、セット信号
入力端子Ｓに信号が入力された時に出力信号Ｑを出力
し、リセット信号入力端子Ｒに信号が入力された時に
は、この出力信号Ｑの出力を停止する。

【００３２】またフリップフロップ回路24の出力側は第
２のＡＮＤ回路22に接続されていて、この出力信号は前
記静止形可変電圧可変周波数電源装置13の運転指示信号
26と共に第２のＡＮＤ回路22に入力されると、第２のＡ
ＮＤ回路22は前記静止形可変電圧可変周波数電源装置13
の瞬時停止信号20ａを出力する。なお、瞬時停止信号20
ａは分岐して第３のＡＮＤ回路23にも入力される。

【００３３】第３のＡＮＤ回路23には、前記瞬時停止信
号20ａが入力されると共に、前記連絡遮断器11の開状態
信号11ａがＮＯＴ回路を介して導入され、さらに前記所
内常用交流母線６の母線電圧検出信号19ａが比較器25を
介して入力されるようになっている。

【００３４】比較器25は母線電圧検出信号19ａが予め定
められた値を超えた時に、母線電圧正常信号を第３のＡ
ＮＤ回路23に対して出力するように構成されている。ま
た第３のＡＮＤ回路23の出力は、前記静止形可変電圧可
変周波数電源装置13の再運転信号20ｂとして出力される
と共に、この再運転信号20ｂは分岐してフリップフロッ
プ回路24のリセット信号入力端子Ｒに入力される。

【００３５】次に上記構成による作用について説明す
る。通常時で、静止形可変電圧可変周波数電源装置13
が、所内変圧器４および閉路された受電遮断器５を介し
て供給される主発電機１からの電力で運用されている。
この所内常用交流母線６による運転状態においては、運
転指示信号26は事故母線切替制御装置20の第２のＡＮＤ
回路22に入力されているが、受電遮断器５の開状態信号
５ａは入力されていない。

【００３６】また連絡遮断器11は開状態にあるため、こ
の開状態信号11ａが第１のＡＮＤ回路21に入力されてお
り、電圧変成器19からの母線電圧検出信号19ａも正常電
圧の信号を比較器25に入力して、比較器25は母線電圧正
常信号を第３のＡＮＤ回路23に出力している。従って、
第１のＡＮＤ回路21および第３のＡＮＤ回路23の出力は
なく、静止形可変電圧可変周波数電源装置13に対する、
瞬時停止信号20ａおよび再運転信号20ｂは出力されてい
ない。

【００３７】ここで所内電源系に事故が生じて母線切替
が行われた場合には、別途制御系統より与えられた事故
時母線切替指令により、受電遮断器５は閉状態より開状
態に移行し、開状態信号５ａが前記第１のＡＮＤ回路21
に入力されることになる。受電遮断器５の開状態に移行
に伴い、所内常用交流母線６は一時停電状態となり、比
較器25への母線電圧検出信号19ａは低下して比較器25か
ら第３のＡＮＤ回路23へ母線電圧正常信号の出力はなく
なる。

【００３８】前記受電遮断器５の開状態信号５ａ、およ
び前記連絡遮断器11の開状態信号11ａの入力により、第
１のＡＮＤ回路21は出力信号をフリップフロップ回路24
のセット信号入力端子Ｓに入力し、これによりフリップ
フロップ回路24は出力信号を第２のＡＮＤ回路22に送出
し、セットされる。

【００３９】第２のＡＮＤ回路22では、フリップフロッ
プ回路24からの信号と前記静止形可変電圧可変周波数電
源装置13の運転指示信号26とから、静止形可変電圧可変
周波数電源装置13へ瞬時停止信号20ａを出力し、静止形
可変電圧可変周波数電源装置13の運転を一時的に停止さ
せると共に、瞬時停止信号20ａの一部が第３のＡＮＤ回
路23に出力される。

【００４０】この静止形可変電圧可変周波数電源装置13
の一時停止により、事故時母線切替に際して静止形可変
電圧可変周波数電源装置13が、同一所内常用交流母線６
に接続されている補機電動機16が自己の保有する慣性エ
ネルギーから、停電時に所内常用交流母線６に供給して
いる電気エネルギーを消費することはなく、従って、所
内常用交流母線６における残留電圧を急激に減少させる
現象は生じない。

【００４１】次に、連絡遮断器11が開状態から閉状態に
移行して母線が切替られると、所内常用交流母線６に所
内共用交流母線７からの電力供給を受ける所内共用交流
母線７、連絡電路10、連絡遮断器11の経路が構成され
る。ここでは受電遮断器５は開状態のままとなり、連絡
遮断器11は閉状態となるため開状態信号11ａの出力は停
止する。

【００４２】これにより、連絡遮断器11の開状態信号11
ａをＮＯＴ回路を介して導入している第３のＡＮＤ回路
23に信号が入力されることとなる。しかしながら、この
時点では、第３のＡＮＤ回路23に対する比較器25からの
母線電圧正常信号は停止しているため、第３のＡＮＤ回
路23からの再運転信号20ｂは出力されない。

【００４３】事故時母線切替が完了し、静止形可変電圧
可変周波数電源装置13以外の機器が運用されて、所内共
用交流母線７からの電力供給により所内常用交流母線６
の電圧が復活すると、停電切替期間に低下していた母線
電圧検出信号19ａも上昇し、比較器25において予め定め
られた値以上となる。これにより、比較器25は事故時母
線切替完了を確認して、母線電圧正常信号を第３のＡＮ
Ｄ回路23に対して送出する。

【００４４】ここで第３のＡＮＤ回路23は、比較器25よ
りの母線電圧正常信号と、前記開状態信号11ａの停止信
号、および静止形可変電圧可変周波数電源装置13の瞬時
停止信号20ａが入力されたことを条件に、静止形可変電
圧可変周波数電源装置13に対する再運転信号20ｂを出力
し、これにより事故時母線切替完了後で、所内共用交流
母線７からの健全な電力が供給されている所内常用交流
母線６に静止形可変電圧可変周波数電源装置13が接続さ
れて運転を再開する。

【００４５】なお、ここで前記再運転信号20ｂの一部
は、フリップフロップ回路24のリセット信号入力端子Ｒ
に入力されるのでフリップフロップ回路24はリセットさ
れ、第２のＡＮＤ回路22への出力信号が停止するため、
静止形可変電圧可変周波数電源装置13への瞬時停止信号
20ａは停止し、これに伴い第３のＡＮＤ回路23への出力
もなくなるので、第３のＡＮＤ回路23は再運転信号20ｂ
の出力を停止して、事故母線切替制御装置20の動作は完
了する。

【００４６】以上の静止形可変電圧可変周波数電源装置
13の運転再開により、事故時母線切替後における静止形
可変電圧可変周波数電源装置13の運転継続が電源条件の
良好な状態で可能となり、かつ静止形可変電圧可変周波
数電源装置13が接続されている所内常用母線系における
事故母線切替期間における残留電圧および位相の急激な
減少や変化が極力抑制できる。

【００４７】また静止形可変電圧可変周波数電源装置13
以外の各種機器に対する事故母線切替の条件も改善され
る。従って、静止形可変電圧可変周波数電源装置13を含
めて事故時母線切替に起因する影響が拡大することはな
い。

【００４８】

【発明の効果】以上のように、本発明においては、事故
時母線切替が発生した場合にも、接続母線の停電切替時
における残留電圧の急激な減少を防止し、母線切替を支
障なく実施させると共に、事故時母線切替後の静止形可
変電圧可変周波数電源装置を含む、各必要補機の正常な
運用を容易に可能とし、事故拡大の抑制と運転信頼性を
向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の系統構成図。

【図２】本発明に係る一実施例の事故母線切替制御装置
のロジック構成図。

【符号の説明】

１…主発電機、２…主変圧器、３…外部電力系統、４…
所内変圧器、５，９…受電遮断器、５ａ，11ａ…開状態
信号、６…所内常用交流母線、７…所内共用交流母線、
８…起動用変圧器、10…連絡電路、11…連絡遮断器、1
2，15，17…負荷遮断器、13…静止形可変電圧可変周波
数電源装置、14…ポンプ電動機、16，18…電動機、19…
電圧変成器、19ａ…母線電圧検出信号、20…事故母線切
替制御装置、20ａ…瞬時停止信号、20ｂ…再運転信号、
21…第１のＡＮＤ回路、22…第２のＡＮＤ回路、23…第
３のＡＮＤ回路、24…フリップフロップ回路、25…比較
器、26…運転指示信号。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主発電機からの電力を所内変圧器で降圧
   し受電遮断器を介して供給される所内常用母線とこの所
   内常用母線と別系統から電力を供給される所内共用母線
   を連絡遮断器を介して連結した電源系統の前記所内常用
   母線に接続された静止形可変電圧可変周波数電源装置に
   おいて、前記電源系統の受電遮断器および連絡遮断器の
   開閉動作状態と所内常用母線の電圧状態を入力され前記
   所内常用母線の上位電源系の故障時に行う母線の切替を
   検知してこの母線切替に際して静止形可変電圧可変周波
   数電源装置の運転を一時停止すると共に母線切替完了後
   に再運転を開始させる事故母線切替制御装置を具備した
   ことを特徴とする静止形可変電圧可変周波数電源装置。
2. 【請求項２】 主発電機からの電力を所内変圧器で降圧
   し受電遮断器を介して供給される所内常用母線とこの所
   内常用母線と別系統から電力を供給される所内共用母線
   を連絡遮断器を介して連結した電源系統の前記所内常用
   母線に接続された静止形可変電圧可変周波数電源装置
   と、前記電源系統の受電遮断器および連絡遮断器の開閉
   動作状態と所内常用母線の電圧状態を入力され前記所内
   常用母線の上位電源系の故障時に行う母線の切替を検知
   してこの母線切替に際して前記静止形可変電圧可変周波
   数電源装置の運転を一時停止すると共に母線切替完了後
   に再運転を開始させる事故母線切替制御装置とを具備し
   たことを特徴とする電源システム。