JP4434630B2

JP4434630B2 - 原子炉給水システム

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Publication number: JP4434630B2
Application number: JP2003163580A
Authority: JP
Inventors: 広明冨木; 剛生浅香
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-06-09
Filing date: 2003-06-09
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2023-06-09
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は原子力プラントの原子炉給水システムに係り、特に給水ポンプ駆動電動機の電源として半導体電力変換回路を採用した原子炉給水システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、原子力プラントで従来の技術で採用されている原子炉給水システムの概念図であり、また、図１１はその原子炉給水ポンプ制御装置のブロック構成図である。
【０００３】
まず、図１０を参照して従来の原子炉給水システムの概念について説明する。１は原子炉圧力容器であり、２は再循環ポンプである。この原子炉圧力容器１で発生した主蒸気は主蒸気止め弁３や図示していない蒸気加減弁を経て蒸気タービン４に至り、ここで膨張仕事をして蒸気タービンを回転させたのち復水器５によって凝縮され復水にされる。この復水は、原子炉給水ポンプ７によって加圧されて原子炉圧力容器１内に給水されるように構成されている。なお、６は蒸気タービン３に軸直結して駆動されるタービン発電機である。
【０００４】
ここで、原子炉給水ポンプ７は一般にタービン８Ｔによって駆動されるタービン駆動原子炉給水ポンプ（以下、タービン駆動給水ポンプという）８および電動機９Ｍによって駆動される電動機駆動原子炉給水ポンプ（以下、電動機駆動給水ポンプという）９による２種類のポンプ系列を備えているが、原子力プラントの構成によっては電動機駆動給水ポンプ９のみを備える場合もある。
【０００５】
前者のタービン駆動給水ポンプ８の場合は、タービン８Ｔでポンプ８の速度を制御することにより給水流量を制御し、後者の電動機駆動給水ポンプ９の場合は、電動機９Ｍによってポンプ９を一定速度で駆動し、出口側に設置した給水調整弁１０の開度を調整することにより給水流量を制御するようにしている。
【０００６】
そして、これらタービン８Ｔおよび給水調整弁１０に与える給水流量指令は、原子炉給水ポンプ制御装置１１から出力される。図中１２はタービン駆動給水ポンプ速度制御回路、１３は給水調整弁制御回路であり、これらの詳細は図１１で説明する。
【０００７】
次に図１１を参照して原子炉給水ポンプ制御装置１１について説明する。１４は原子炉水位を検出する原子炉水位検出器、１５は主蒸気流量を検出する主蒸気流量検出器そして１６は原子炉給水流量を検出する給水流量検出器である。これらの検出器１４，１５および１６からそれぞれ出力された水位検出信号１４ｓ、主蒸気流量信号１５ｓおよび給水流量信号１６ｓを加減演算器１７に入力して演算し、給水流量要求信号１７ｓを算出する。
【０００８】
１８は給水流量制御を三要素（原子炉水位、主蒸気流量および原子炉給水流量）で行うかそれとも単要素（原子炉水位）で行うかによって、入力信号を切替える三要素／単要素切替スイッチであり、単要素制御の場合前記水位検出器１４から入力された水位検出信号１４ｓに基づく給水流量要求信号を選択出力し、三要素制御の場合は三要素の検出信号を演算することによって算出した給水流量要求信号１７ｓを選択出力する。この三要素／単要素切替スイッチ１８の出力信号１８ｓは水位制御器１９に入力されて原子炉水位設定器２０の原子炉水位設定値２０ｓと比較される。この水位制御器１９は原子炉水位設定値２０ｓに合うような給水流量指令値１９ｓを出力する。前記タービン駆動給水ポンプ速度制御回路１２および給水調整弁制御回路１３はこの給水流量指令値１９ｓによってポンプ駆動タービンの回転数制御や給水調整弁の弁開度制御を行い、原子炉給水流量を制御する（例えば、特許文献１あるいは特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平５−１５７８９１号公報（第２頁、図６，７）
【特許文献２】
特開平６−３０８２８８号公報（第２−３頁、図１，２）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電動機駆動給水ポンプ９の出口に設置された給水調整弁１０による給水流量制御では次のような事項が懸念されている。
まず一つ目は、給水流量指令値が小さい場合でも電動機９Ｍは定格運転を続けて給水調整弁１０の開度によって流量を調節することから、実際に流れる量が少ない場合でも電動機９Ｍは定格運転時の電力を消費するため、給水量に見合った電力以上の電力を消費することになり、所内電力の有効活用の課題の一因となっている。
【００１１】
二つ目は、原子炉水位の変動範囲は図示しない気水分離器の機能上および炉の安全上の要求から決定されるが、給水調整弁１０の持つ不感帯により給水流量がハンチングし、原子炉水位の変動を引き起こすために原子炉水位を適切な設定水位に保持することが困難となるおそれがある。
【００１２】
三つ目は、給水調整弁１０のエロージョンにより原子炉への給水特性が変動するため、所定の原子炉水位が得られず、設定水位に保持することが困難となるおそれがある。
【００１３】
本発明の目的は、以上述べた従来技術の課題に鑑みてなされたもので、給水調整弁を用いずに電動機駆動給水ポンプによる原子炉給水制御を行って安定した原子炉水位に保持するとともに、ポンプ駆動電動機の必要以上の電力消費を抑制することのできる原子炉給水システムを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る原子炉給水システムの発明は、原子炉圧力容器に給水を原子炉給水ポンプにより供給するように構成した原子炉給水システムであって、前記原子炉圧力容器内の原子炉水位を設定する原子炉水位設定信号を原子炉水位検出値、前記原子炉圧力容器から蒸気タービンに導入される主蒸気の流量である主蒸気流量検出値および前記原子炉圧力容器に供給される給水の量である原子炉給水流量検出値を加減演算して得られた信号あるいは前記原子炉水位検出値のいずれかと比較し、その比較結果に基づいて電流指令値を演算し出力する電流指令値演算手段と、この電流指令値を入力して前記原子炉給水ポンプの回転数指令値およびトルク指令値を演算し出力する回転数およびトルク演算手段と、前記原子炉給水ポンプを駆動する給水ポンプ駆動電動機と、前記給水ポンプ駆動電動機に流れる電流を検出する負荷電流検出手段と、前記給水ポンプ駆動電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、前記給水ポンプ駆動電動機に対して可変周波数の電力を供給するインバータを有する半導体電力変換回路とを備え、前記インバータに前記回転数およびトルク演算手段から回転数指令値およびトルク指令値を与えることにより、前記給水ポンプ駆動電動機を制御して原子炉圧力容器への給水流量を制御するようにした原子炉給水システムにおいて、前記回転数およびトルク演算手段は、前記電流指令値と前記負荷電流検出値との偏差を演算する手段と、この偏差および前記回転数検出値を入力するパルス幅変調スイッチングパターン回路とを備え、かつ、前記パルス幅変調スイッチングパターン回路から出力される信号によって前記半導体電力変換回路のインバータを構成する自励式スイッチング素子をオンオフ制御して前記給水ポンプ駆動電動機を制御することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図を通して共通する部分には同一符号または関連符号を付けて重複する説明を省くものとする。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態による原子炉給水システムの構成図、図２は本実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置のブロック構成図、そして図３は本実施の形態による給水ポンプ駆動電動機の電源装置を示す回路図である。
【００１７】
この第１の実施の形態が従来の技術と基本的に異なるところは、原子炉給水調整弁１０を省く代わりに、給水ポンプ駆動電動機９Ｍを可変周波数および可変電圧を出力する半導体電力変換装置によって駆動するようにしたことにある。
【００１８】
図１に示す原子炉給水システムの概念構成について説明する。２１は本実施の形態で新たに設けた原子炉給水ポンプ制御装置であり、従来の技術における原子炉給水ポンプ制御回路１１の代わりに設けたものである。２２は前記給水調整弁制御回路１３の代わりに設けたインバータを有する半導体電力変換回路であり、インバータを構成するスイッチング素子に与えられるトリガー信号によって出力周波数および出力電圧を可変とすることのできるように構成されている。この半導体電力変換回路２２の詳細は図３で説明する。図１中のその他の構成は図１０と変わるところがないので、説明は省略する。
【００１９】
次に図２を参照して原子炉給水ポンプ制御装置２１について説明する。この原子炉給水ポンプ制御装置２１が従来例（図１１の１１）に対して異なるところは、前述したように、給水調整弁制御回路１３を設ける代わりに給水ポンプ駆動電動機９Ｍの駆動電源として半導体電力変換回路２２を設けたことにともない、従来個々に設けていた加減演算器１７、三要素／単要素切替スイッチ１８および水位制御器１９等の要素の機能および半導体電力変換回路２２に回転数指令・トルク指令を与える回転数・トルク演算回路３０を一つの制御演算回路２３として集約するように構成したものであるが、これら要素の集約化は発明の必須要件ではない。
【００２０】
なお、水位制御器１９における三要素／単要素切替スイッチ１８の出力１８ｓと原子炉水位設定値２０ｓとの比較制御を演算して得た給水流量指令値１９ｓを従来技術では給水流量要求信号と称したが、本実施の形態以降は前記インバータの電流指令値と称する。
【００２１】
この制御演算回路２３は前記タービン駆動給水ポンプ速度制御回路１２に速度指令Ａを出力すること以外に、回転数・トルク演算回路３０によって半導体電力変換回路２２に対して給水ポンプ駆動電動機９Ｍの回転数指令・トルク制御指令Ｂを出力するように構成されている。その他の要素については図１１と同じなので説明を省略する。
【００２２】
次に図３を参照して半導体電力変換回路２２について説明する。半導体電力変換回路２２はダイオードを三相ブリッジ接続して構成したコンバータ（ＣＯＮＶ）２４、直流平滑コンデンサ２５およびサイリスタ等の自励式半導体スイッチング素子を三相ブリッジ接続して構成したインバータ（ＩＮＶ）２６を主要部として構成され、コンバータ２４の電源側端子はリアクトル２７を介して所内電源２８に接続されている。そしてインバータ２６のスイッチング素子に電流指令値に応じたトリガー信号を与えることによって、前記給水ポンプ駆動電動機９Ｍを給水流量指令値に応じた周波数およびトルクによって運転するように機能する。
【００２３】
このように、給水ポンプ駆動電動機９Ｍは給水流量指令値に応じたインバータ２６の出力によって駆動されるため、電動機駆動給水ポンプ９は給水流量指令値通りに原子炉圧力容器１に給水する。
【００２４】
以上述べたように、本実施の形態による原子炉給水システムは、給水調整弁１０を省いて給水ポンプ駆動電動機９Ｍを半導体電力変換回路２２のインバータ２６によって駆動するように構成したので、従来技術のように給水調整弁１０の不感帯により給水流量がハンチングして原子炉水位が変動するようなことや、給水調整弁１０のエロージョンによる原子炉への給水特性の変動が生じる惧れはない。さらに、給水ポンプ駆動電動機は必要とする給水量に応じて可変速運転するので、従来技術のように定格速度で運転する場合に比べ必要以上に電力を消費することはない。
【００２５】
またさらに、制御演算回路２３内にて従来の検出値の演算や水位制御演算を含めて行うようにしたので制御演算の効率を高めることができる。
なお、本実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置２１は説明の便宜上、制御対象すなわち、給水ポンプ駆動電動機９Ｍおよびこの給水ポンプ駆動電動機９Ｍの駆動電源である半導体電力変換回路２２を１組とした場合を描いたが、制御対象が複数個存在する場合は、制御対象切替回路を別途追加する必要がある。これは以下述べる第２の実施の形態以外の全ての実施の形態についても同様にいえることである。
【００２６】
（第２の実施の形態）
図４は本発明の第２の実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置のブロック構成図である。
【００２７】
本実施の形態は、制御対象が複数個（一例として３台）存在する場合の原子炉給水ポンプ制御装置に関するもので、制御演算回路２３Ａに制御対象切替回路を追加し、制御演算回路２３Ａを電動機駆動給水ポンプ９の台数分設置せずに一箇所のマスター制御装置として統括制御するように構成したことを特徴とするものである。なお、本実施の形態以降、三要素／単要素切替スイッチは省略して説明する。
【００２８】
図４において、２１Ａは本実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置である。２９は制御対象切替回路であり、水位制御器１９から出力された給水流量指令値１９ｓに対応して電動機駆動給水ポンプ９あるいはタービン駆動給水ポンプ速度制御回路１２を選択するものである。しかも、この制御対象切替回路２９は給水流量が多い場合には複数台の電動機駆動給水ポンプ９を運転するように後述する回転数・トルク制御演算回路３０_１〜３０_３に給水流量指令値１９ｓを与え、給水流量が少ない場合には複数台の電動機駆動給水ポンプ９を切替選択して１台の回転数・トルク制御演算回路３０_１（または３０_２または３０_３）に与える。
【００２９】
なお、この制御対象切替回路２９は、予備の電動機駆動給水ポンプの待機情報をあらかじめ登録するかあるいはオンラインで入力するようにし、さらに運転中の電動機駆動給水ポンプ９に異常が発生した場合、その異常検出結果についても入力するように構成している。
【００３０】
前記回転数・トルク制御演算回路３０_１〜３０_３は、前記制御対象切替回路２９からの電流指令を受けて、その指令に応じて回転数指令およびトルク指令Ｂ_１〜Ｂ_３を演算し、それぞれに接続された半導体電力変換回路２２_１〜２２_３にトリガー信号を与える。なお、制御対象切替回路２９には前述したように予備の電動機駆動給水ポンプの待機情報をあらかじめ登録するかあるいはオンラインで入力するようにしてあるので、運転中の電動機駆動給水ポンプ９が異常により停止した場合、予備機として待機中の電動機駆動給水ポンプ９を起動させることができる。
【００３１】
この第２の実施の形態は以上のように構成したので、以下述べる効果を奏することができる。まず一つ目は、複数台ある電動機駆動給水ポンプ９の原子炉水位検出器１４や原子炉給水流量検出器１６等の制御部分を１ヵ所で管理することができることから全体のシステム構成の簡素化が可能となる。そして二つ目は、給水流量が少ない状態で複数台の電動機駆動給水ポンプ９を並列に駆動すると軽負荷状態で給水ポンプ駆動電動機９Ｍを駆動することになって運転効率が悪く経済的でないため、その必要流量に見合う台数の給水ポンプ駆動電動機９Ｍを運転し、流量制御することで所内の消費電力を低減することができる。
【００３２】
三つ目は、二つ目と同様に給水流量が少ない状態で並列に給水ポンプ駆動電動機９Ｍを運転すると半導体電力変換回路２２のスイッチング素子におけるスイッチング損失が回路台数分発生するが、そのスイッチング損失を極力抑えるために給水流量が少ない場合は運転する給水ポンプ駆動電動機９Ｍを選択して給水流量を制御することによって、合計のスイッチング回数を低減し、所内の消費電力を低減する構成とすることができる。
【００３３】
四つ目は、運転中の原子炉給水ポンプ９が故障発生等により予定外の停止となった場合に、待機中の予備機を起動させることから稼働率を向上させることができる。
【００３４】
（第３の実施の形態）
図５は本発明の第３の実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置のブロック構成図である。
【００３５】
図５において、２１Ｂは本実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置であり、タービン駆動給水ポンプ速度制御回路１２を省略して描いている。この第３の実施の形態は、上述した第１あるいは第２の実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置において、電動機駆動給水ポンプ９の入口側と出口側との間にバイパス弁３１を備えたバイパス配管３２を接続したものである。半導体電力変換回路２２を用いた給水ポンプ駆動電動機９Ｍの制御で、起動時の低速度領域における最低流量確保が困難な場合は、起動時にある程度の速度が得られるまでの領域のみバイパス配管３２のバイパス弁３１を開けるようにする。
この結果、電動機駆動給水ポンプ９の起動時に最低流量の確保が困難な場合でも、給水不能とならないように原子炉給水システムを構築することができる。
【００３６】
（第４の実施の形態）
図６は本発明の第４の実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置のブロック構成図である。
【００３７】
図６において、２１Ｃは本実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置であり、タービン駆動給水ポンプ速度制御回路１２を省略して描いている。この第４の実施の形態は、既に述べた第１、第２および第３の実施の形態の半導体電力変換回路２２において、インバータ２６と給水ポンプ駆動電動機９Ｍとを接続する主回路に負荷電流検出器３３を設けて電動機９Ｍに流れる負荷電流を検出し、更に電動機９Ｍに回転速度検出器３４を設けてその回転速度を検出し、これらの電流検出値３３ｓ、回転数検出値３４ｓを前述した回転数・トルク制御演算回路３０に入力するように構成したものである。
【００３８】
図６中、３６は水位制御器１９から出力される電流指令値１９ｓと負荷電流検出器３３から出力された負荷電流検出値とを比較演算する比較部、３７はこの比較演算部３６の出力に応じた最適なパルス幅変調（以下、ＰＷＭという）スイッチングパターンのトリガー信号Ｃをインバータ２６に与えるＰＷＭスイッチングパターン回路である。
【００３９】
本実施の形態は、第１の実施の形態で示したように原子炉水位信号１４ｓ、主蒸気流量信号１５ｓおよび原子炉給水流量信号１６ｓ(単要素制御の場合は、原子炉水位信号１４ｓのみ)を入力し、加減演算器１７の水位指令１７ｓおよび原子炉水位設定値２０の検出信号２０ｓとの比較制御結果１９ｓをインバータ２６の電流指令値とし、比較部３６で検出した電流値３３ｓと比較演算を行う。
【００４０】
この比較演算結果３６ｓと回転速度の検出値３４ｓとから最適なＰＷＭスイッチングパターンを選択し、このＰＷＭスイッチングパターンのトリガー信号Ｃを半導体スイッチング素子のドライブ回路となるインバータ２６へ入力して半導体スイッチング素子をオンオフ制御しＰＷＭ制御する。
【００４１】
これにより、インバータ２６の出力波形を正弦波にすることができることから、給水ポンプ駆動電動機９Ｍの高調波による電力損失を低減でき、更に最適なスイッチングパターンを選択することで半導体デバイスのスイッチングによる電力損失を低減することが可能となる。
【００４２】
（第５の実施の形態）
図７は本発明の第５の実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置のブロック構成図である。
【００４３】
図７において、２１Ｄは本実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置であり、タービン駆動給水ポンプ速度制御回路１２を省略して描いている。この第５の実施の形態は、上述した第４の実施の形態において、水位制御器１９と比較演算部３６との間にベクトル制御演算器３８を付加し、水位制御器１９から得られた電流指令値と回転速度検出値３４ｓとをベクトル制御演算器３８へ入力し、その演算結果３８ｓと検出した負荷電流検出値３３ｓとを比較し、この比較演算結果３６ｓと回転速度の検出値３４ｓとから最適なＰＷＭスイッチングパターンを選択し、このＰＷＭスイッチングパターンのトリガー信号Ｃを半導体スイッチング素子のドライブ回路となるインバータ２６へ入力して半導体スイッチング素子をオンオフ制御しＰＷＭ制御する。
【００４４】
このようにベクトル制御演算器３８を付加することで制御性が改善され、制御対象の電動機９Ｍを瞬時値制御することが可能となり、給水流量の瞬間的な変動に対しても瞬時に追従した電動機制御が可能となり、原子炉給水をより安定に行うことが可能となる。
【００４５】
なお、この第５の実施の形態の場合、半導体電力変換回路２２の電源側が瞬間的に停電（瞬停）になった場合は、給水ポンプ駆動電動機９Ｍはフリーラン状態となる。そのため、半導体電力変換回路２２に原子炉給水指令が入力されても電動機駆動給水ポンプ９を駆動することができず、原子炉水位１４ｓに変動が生じる。
【００４６】
このような瞬停による原子炉への影響を極力抑えるために、ベクトル制御回路３８でその瞬停期間中は電動機９Ｍのトルク電流成分を零制御し、電動機９Ｍの励磁電流成分を定格値に合わせるように制御する。
【００４７】
このように制御すれば、瞬停期間中も電動機９Ｍを励磁し続けているため、電源系統が復旧した場合の給水ポンプ駆動電動機９Ｍのトルク制御を速やかに回復することができ、その給水ポンプ駆動電動機９Ｍの挙動をより安定化させて速度追従性を向上させることが可能となる。
【００４８】
この結果、原子炉水位設定値２０に対する原子炉水位１４のオーバシュート量を少なくすることができ、瞬停による原子炉給水変動および原子炉水位変動への影響を抑えることが可能となる。
【００４９】
（第６の実施の形態）
図８は本発明の第６の実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置のブロック構成図である。
【００５０】
図８において、２１Ｅは本実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置であり、タービン駆動給水ポンプ速度制御回路１２を省略して描いている。この第６の実施の形態は、上述した第４および第５の実施の形態の１部に変更を加えたものである。すなわち、第４および第５の実施の形態では、給水ポンプ駆動電動機９Ｍの回転速度検出器３４が必要なため、既設の電動機設備に対して回転速度検出器３４を追加する必要がある。
【００５１】
これに対して第６の実施の形態は図８で示すように、給水ポンプ駆動電動機９Ｍの回転数を検出せずに、電動機９Ｍの内部定数と負荷電流検出器３３で検出した負荷電流値３３ｓとから回転速度演算器３９によって回転速度を推定するようにし、この推定値３９ｓをＰＷＭスイッチングパターン発生部３７およびベクトル制御演算器３８に入力することにより、ベクトル制御(速度センサレスベクトル制御)を行うようにしたものである。なお、回転数の推定にはベクトル制御演算器３８と回転速度演算器３９に推定演算式を組み込んで制御に使用する構成とする。
【００５２】
以上述べたように、第６の実施の形態によれば給水ポンプ駆動電動機９Ｍに速度検出器３４を取付ける必要がなく、その分、故障要因の低減、従来設備への検出器追加および配線数の低減が可能となり、速度検出器３４を用いずに第５の実施の形態と同等の制御性を有することが可能となる。
【００５３】
なお、本実施の形態においても系統電源の瞬停期間中ベクトル制御回路３８で給水ポンプ駆動電動機９Ｍのトルク電流成分を零制御し、給水ポンプ駆動電動機９Ｍの励磁電流成分を定格値に合わせるように制御する点は第５の実施の形態の場合と同じである。
【００５４】
（第７の実施の形態）
図９は本発明の第７の実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置のブロック構成図である。
【００５５】
この第９の実施の形態は、半導体電力変換回路２２Ａの入力側であるコンバータ２４Ａにもインバータ２６と同様に自励式半導体スイッチング素子による三相ブリッジ構成とし、このコンバータ２４Ａを電流指令値で制御するようにしたものである。
【００５６】
図９において、２１Ｆは本実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置であり、タービン駆動給水ポンプ速度制御回路１２を省略して描いている。４０および４１は電源側の電圧、電流を検出する電圧検出器および電流検出器である。４２は電圧検出信号４０ｓおよび直流平滑コンデンサ２５の検出電圧２５ｓから電流指令値４２ｓを作成する位相ロックループ（ＰＬＬ)回路であり、４３は電流指令値４２ｓを電流検出信号４１ｓで補正する加算器である。４４は補正された電流指令値４３ｓを入力して周波数キャリア変調方式や電流の瞬時値比較方式等の方法により前記コンバータ２４Ａにトリガー信号４４ｓを与えるＰＷＭ制御回路である。
【００５７】
コンバータ２４Ａの制御回路をこのように構成することによって入力電流位相４１ｓを電源電圧位相４０ｓに合わせることが可能となり、また、入力電流の波形も正弦波状になることから入力側の力率を１とすることができる。
【００５８】
従って、電源側の電流値４１ｓに含まれる低次高調波成分を抑制できるため、電源系統側への高調波電流の漏えいを低減することができる。また、入力側の力率を１に制御することにより入力側の無効電力が零すなわち、有効電力と皮相電力とが同値になるため原子炉給水ポンプ制御装置２１Ｆの設備としての電源容量を低減することができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば原子炉給水システムにおける電動機駆動給水ポンプからの給水流量を制御するに際し、流量調整弁に代えてインバータを有する半導体電力変換回路を設け、このインバータを電流指令に基づいて制御し、給水ポンプ駆動電動機の回転数・トルクを制御するようにしたので、給水流量要求に見合って電動機運転が可能となるために、従来技術のように定格速度で運転する場合に比べて必要以上に電力を消費することはなく、且つ、流量調整弁なるが故の給水流量のハンチング、エロージョン等も防ぐことができ、原子炉水位制御をより安定化することのできる原子炉給水システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による原子炉給水システムの構成図。
【図２】第１の実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置のブロック構成図。
【図３】第１の実施の形態によるポンプ駆動電動機の電源装置の回路図。
【図４】第２の実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置のブロック構成図。
【図５】第３の実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置のブロック構成図。
【図６】第４の実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置およびポンプ駆動電動機の電源装置の構成図。
【図７】第５の実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置およびポンプ駆動電動機の電源装置の構成図。
【図８】第６の実施の形態による原子炉給水ポンプ制御装置およびポンプ駆動電動機の電源装置の構成図。
【図９】本発明の請求項目第７項を説明する回路構成図
【図１０】従来の原子炉給水システムの構成図。
【図１１】従来の原子炉給水制御装置のブロック構成図。
【符号の説明】
１…原子炉圧力容器、２…再循環ポンプ、３…主蒸気止め弁、４…蒸気タービン、５…復水器、６…タービン発電機、７…原子炉給水ポンプ、８…タービン駆動原子炉給水ポンプ、９…電動機駆動原子炉給水ポンプ、９Ｍ…原子炉給水ポンプ駆動用電動機、１０原子炉給水調整弁、１４…原子炉水位検出器、１５…主蒸気流量検出器、１６…原子炉給水流量検出器、１７…加減演算器、１８…三要素／単要素切替スイッチ、１９…水位制御器、２０…原子炉水位設定器、２１，２１Ａ〜２１Ｆ…原子炉給水ポンプ制御装置、２２，２２Ａ…半導体電力変換回路、２３…制御演算回路、２４，２４Ａ…コンバータ、２５…直流平滑コンデンサ、２６…インバータ、２７…リアクトル、２８…所内電源、２９…制御対象切替回路、３０，３０_１〜３０_３…回転数・トルク制御演算回路、３１…バイパス弁、３２…バイパス配管、３３…負荷電流検出器、３４…回転速度検出器、３６…比較部、３７…パルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチングパターン部、３８…ベクトル制御演算部、３９…回転速度演算部、４０…電源電圧検出器、４１…電源電流検出器、４２…位相ロックループ（ＰＬＬ）回路、４３…加算部、４４…パルス幅変調（ＰＷＭ）制御回路。

Claims

原子炉圧力容器に給水を原子炉給水ポンプにより供給するように構成した原子炉給水システムであって、
前記原子炉圧力容器内の原子炉水位を設定する原子炉水位設定信号を原子炉水位検出値、前記原子炉圧力容器から蒸気タービンに導入される主蒸気の流量である主蒸気流量検出値および前記原子炉圧力容器に供給される給水の量である原子炉給水流量検出値を加減演算して得られた信号あるいは前記原子炉水位検出値のいずれかと比較し、その比較結果に基づいて電流指令値を演算し出力する電流指令値演算手段と、
この電流指令値を入力して前記原子炉給水ポンプの回転数指令値およびトルク指令値を演算し出力する回転数およびトルク演算手段と、
前記原子炉給水ポンプを駆動する給水ポンプ駆動電動機と、
前記給水ポンプ駆動電動機に流れる電流を検出する負荷電流検出手段と、
前記給水ポンプ駆動電動機の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記給水ポンプ駆動電動機に対して可変周波数の電力を供給するインバータを有する半導体電力変換回路とを備え、
前記インバータに前記回転数およびトルク演算手段から回転数指令値およびトルク指令値を与えることにより、前記給水ポンプ駆動電動機を制御して原子炉圧力容器への給水流量を制御するようにした原子炉給水システムにおいて、
前記回転数およびトルク演算手段は、前記電流指令値と前記負荷電流検出値との偏差を演算する手段と、この偏差および前記回転数検出値を入力するパルス幅変調スイッチングパターン回路とを備え、かつ、前記パルス幅変調スイッチングパターン回路から出力される信号によって前記半導体電力変換回路のインバータを構成する自励式スイッチング素子をオンオフ制御して前記給水ポンプ駆動電動機を制御することを特徴とする原子炉給水システム。
前記給水ポンプ駆動電動機を複数台設置し、前記電流指令値に応じて複数台の給水ポンプ駆動電動機の中から任意の給水ポンプ駆動電動機を選択する制御対象切替手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の原子炉給水システム。
前記電動機駆動給水ポンプの入口側と出口側との間にバイパス配管を設置し、このバイパス配管を通して電動機駆動給水ポンプ起動時の低速領域における通水を確保することを特徴とする請求項１記載の原子炉給水システム。
前記電流指令値および前記回転数検出値を入力するベクトル制御演算器を設け、このベクトル制御演算器の出力と前記負荷電流との偏差を前記パルス幅変調スイッチングパターン回路に入力し、前記半導体電力変換回路のインバータを構成する自励式スイッチング素子をパルス幅変調スイッチングパターンによりオンオフ制御することを特徴とする請求項１記載の原子炉給水システム。
前記負荷電流検出手段で得られた負荷電流検出値を入力し回転速度を推定する回転速度演算器と、前記電流指令値と前記回転速度演算器で得られた回転速度推定値を入力するベクトル制御演算器と、このベクトル制御演算器の出力と前記負荷電流との偏差を演算する手段と、この偏差および前記回転速度演算器で得られた回転速度推定値を入力するパルス幅変調スイッチングパターン回路とを備え、
このパルス幅変調スイッチングパターン回路から出力される信号によって前記半導体電力変換回路のインバータを構成する自励式スイッチング素子をオンオフ制御することを特徴とする請求項１記載の原子炉給水システム。
前記半導体電力変換回路をコンバータ、直流平滑コンデンサおよびインバータとから構成し、かつ、前記コンバータを自励式スイッチング素子によって構成し、前記半導体電力変換回路の電源側から検出した電圧検出と直流平滑コンデンサの電圧とから電流指令値を作成する位相ロックループ回路を設け、この位相ロックループ回路から出力される電流指令値と電源側から検出された電流との比較結果を入力して前記コンバータにパルス幅変調制御信号を与えるパルス幅変調制御回路を設けたことを特徴とする請求項１記載の原子炉給水システム。
前記ベクトル制御演算器は、電源系統側が瞬間的に停電になった場合、その瞬停期間中は電動機のトルク電流成分を零制御し、電動機の励磁電流成分を定格値に制御するようにしたことを特徴とする請求項４または請求項５記載の原子炉給水システム。