JP5320147B2

JP5320147B2 - 地下変電所の緊急時変圧器冷却システムおよびその冷却方法

Info

Publication number: JP5320147B2
Application number: JP2009106231A
Authority: JP
Inventors: 偉生橋本; 篤滝本; 誠司岩崎
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Plant Systems and Services Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Plant Systems and Services Corp
Priority date: 2009-04-24
Filing date: 2009-04-24
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2029-04-24
Also published as: JP2010258204A

Description

本発明は、変電設備の冷却設備に係り、特に、地下変電所が被災した際に必要最低限度の変圧器の運用を可能にする地下変電所の緊急時変圧器冷却システムおよびその冷却方法に関する。

都市部の市街地に設置される変電所は、一般に、建物の地下部分に設置されることが多く、地下変電所と呼ばれている。この地下変電所は、都市部の送配電において重要な設備であって、最大のものでは５００ｋＶ級の設備もある。このような地下変電所は、都市部の主要機関に電力を供給している関係から、設備停止は都市部の混乱を招く等の社会問題としてクローズアップされる傾向がある。従って、地下変電所の信頼性向上は大きな命題である。

上述した事情から、地下変電所を構成する機器（例えば、変圧器）について、高い信頼性が求められるのはもちろんのこと、その補機（例えば、変圧器の冷却システム）についても同様に高い信頼性が求められる。例えば、地下変電所を構成する変圧器の冷却システムは、冷却システムの停止が、変圧器の停止（熱による自損）に直結するため、やはり、高い信頼性が求められる。

また、地下変電所は、建物の地下階に設置されていることから、変圧器等で大量に発生した熱が拡散しにくく、発生した熱を地下階から屋外（地上）へ強制的に放出することが必要なため、地下変電所の冷却設備は屋外に設置される変電所に比べて、大型化・複雑化する。一般的な地下変電所の冷却設備システムは、変圧器で発生した熱を、変圧器に設置される一次冷却器において冷却水が温水となる過程で熱交換し、一次冷却器からの温水（一次冷却器で熱交換された冷却水）をポンプによって二次冷却器へ送り、二次冷却器で温水が冷却水となる過程で熱交換することによって放熱する仕組である。

この様な変電設備の冷却設備の一例としては、例えば、特開２００１−９１１８９号公報に記載されるような冷却システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−９１１８９号公報

例えば、想定規模以上の地震や火事等に地下変電所が被災した場合、想定外のトラブルが生じる可能性がある。例えば、一次冷却器から二次冷却器（冷却塔又は乾式冷却器）への水路が断絶する等の二次冷却器が機能しない停止状態となってしまう場合も起こり得る。特に、地震によって建物が倒壊してしまった場合には二次冷却器への水路が断絶する可能性が非常に高く、この場合の二次冷却器の機能停止が危惧されている。この様な場合であっても、変電所の切り替えや供給側で生じる問題を解決できるだけの対策時間を確保する時間（最低限半日程度、好ましくはそれ以上）は、応急処置的な運用状態となったとしても運用を停止させないようにすることが望まれる。

しかしながら、上述した引用文献１に記載されるような変圧器の冷却システムでは、二次冷却器（冷却塔又は乾式冷却器）が停止状態になると、一次冷却器および二次冷却器を循環する水が循環しなくなってしまうため、変圧器の冷却機能が停止してしまう。このため、地震等に被災したことによって、二次冷却器が停止してしまった場合、変圧器本体の温度上昇は避けられず、変圧器本体が損傷に至る温度上昇の時定数分の時間（通常、１，２時間程度）が変圧器の運用可能な限度時間となっていた。すなわち、二次冷却器が停止してしまった様な非常事態において、上述した最低限度の運用時間を確保するに至っていなかった。

一方で、近年、大地震に備えて建物の耐震化や免震化が進んでおり、建物の倒壊の可能性は従前よりも減少していることから、二次冷却器が機能停止状態に陥る可能性は従前よりも低くなっているといえるが、２００８年の地震調査委員会関係報告書によれば、東海地方の様に、今後３０年以内にＭ（マグニチュード）８以上の地震が８０％以上の確率で発生する地域もあり、上記課題の解決を建物の耐震化や免震化のみに任せるのでは十分ではないといえる。さらに、コスト等の観点から、大幅なシステム変更や機器の追加をなるべくせずに上記課題を解決したいという要請もある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、地震や火事等の災害に見舞われて二次冷却器が停止してしまった場合においても、応急処置的に必要最低限度の変圧器の運用を可能にする地下変電所の緊急時変圧器冷却システムおよびその冷却方法を提供することを目的とする。

本発明に係る地下変電所の緊急時変圧器冷却システムは、上述した課題を解決するため、地下変電所に設置される変圧器の冷却システムにおいて、前記変圧器は、この変圧器の発生熱を冷却水で冷却する一次冷却器と、前記一次冷却器とは離れた位置に設置され、前記一次冷却器を通過した後の冷却水である温水を冷却する二次冷却器とを備え、前記一次冷却器と前記二次冷却器とを冷却するための冷却水を貯水する補給水槽と、前記補給水槽に補給する補給水を貯水するとともに補給水ポンプを備える貯水槽とを接続し、前記貯水槽から前記補給水槽に補給水を送る流路を有する補給水系統と、通常運用時に前記一次冷却器および前記二次冷却器に冷却水を供給する流路として、前記一次冷却器の入力端と冷却水ポンプの出力端とが接続され、前記一次冷却器の出力端と前記二次冷却器の入力端とが接続され、前記二次冷却器の出力端と前記冷却水ポンプの入力端とが接続されることによって、前記冷却水が循環可能に形成される流路を有する冷却水供給系統とを接続し、前記貯水槽の水を前記補給水系統および冷却水供給系統を介して前記一次冷却器側に供給する流路を有する緊急冷却水供給系統と、前記一次冷却器の入力端と前記貯水槽から前記補給水槽に補給水を送る流路とを第１の弁を介して接続するとともに、前記第１の弁よりも前記補給水槽に近い個所であって、前記貯水槽から前記補給水槽に補給水を送る流路に第２の弁と、をさらに設けて構成されており、前記二次冷却器の冷却機能が停止した状態となった場合、前記補給水ポンプを停止させた状態で前記第２の弁を閉じて前記貯水槽から前記補給水槽への前記補給水の供給を停止させるとともに、前記第１の弁を開きかつ前記冷却水ポンプを停止させて前記貯水槽に貯水される前記補給水を前記冷却水として前記一次冷却器へ供給することで前記一次冷却器の冷却が可能に構成されたことを特徴とする。
本発明に係る地下変電所の緊急時変圧器冷却方法は、上述した課題を解決するため、地下変電所に設置される変圧器の冷却システムにおいて、前記変圧器は、この変圧器の発生熱を冷却水で冷却する一次冷却器と、前記一次冷却器とは離れた位置に設置され、前記一次冷却器を通過した後の冷却水である温水を冷却する二次冷却器とを備え、前記一次冷却器と前記二次冷却器とを冷却するための冷却水を貯水する補給水槽と、前記補給水槽に補給する補給水を貯水するとともに補給水ポンプを備える貯水槽とを接続し、前記貯水槽から前記補給水槽に補給水を送る流路を有する補給水系統と、通常運用時に前記一次冷却器および前記二次冷却器に冷却水を供給する流路として、前記一次冷却器の入力端と冷却水ポンプの出力端とが接続され、前記一次冷却器の出力端と前記二次冷却器の入力端とが接続され、前記二次冷却器の出力端と前記冷却水ポンプの入力端とが接続されることによって、前記冷却水が循環可能に形成される流路を有する冷却水供給系統とを接続し、前記貯水槽の水を前記補給水系統および冷却水供給系統を介して前記一次冷却器側に供給する流路を有する緊急冷却水供給系統と、前記一次冷却器の入力端と前記貯水槽から前記補給水槽に補給水を送る流路とを第１の弁を介して接続するとともに、前記第１の弁よりも前記補給水槽に近い個所であって、前記貯水槽から前記補給水槽に補給水を送る流路に第２の弁と、をさらに設けて構成される地下変電所の緊急時変圧器冷却システムを用いて行う地下変電所の緊急時変圧器冷却方法であり、通常時には、前記第１の弁を閉とし、前記第２の弁を開とし、前記冷却水ポンプを作動させて、前記冷却水ポンプが、前記冷却水供給系統に前記冷却水を循環させ、前記一次冷却器と前記二次冷却器に前記冷却水を循環供給し、前記二次冷却器の冷却機能が停止した状態となった緊急時には、前記冷却水ポンプと前記補給水ポンプとを停止させ、前記第１の弁を開とし、前記第２の弁を閉とし、前記補給水ポンプを作動させて、前記補給水ポンプが、前記貯水槽に貯水される前記補給水を前記冷却水として前記一次冷却器へ供給することで前記一次冷却器の冷却を行うことを特徴とする。

本発明によれば、大幅なシステム変更や機器の追加をすることなく、地震や火事等の災害に見舞われて二次冷却器の機能が停止してしまった場合においても、通常、補給水槽へ補給水を送る補給水ポンプを使って地下に貯えられた貯水槽の水を冷却水として一次冷却器に直接供給することができるので、応急処置的に必要最低限度の変圧器の運用が可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る地下変電所の緊急時変圧器冷却システムおよびその冷却系統を概略的に示したシステム概略図。地下変電所の変圧器冷却システムの基本構成の一例であり、二次冷却器が屋外に設置される構成例を示した説明図。地下変電所の変圧器冷却システムの基本構成の一例であり、二次冷却器が屋内に設置される構成例を示した説明図。本発明の第２の実施形態に係る地下変電所の緊急時変圧器冷却システムおよびその冷却系統を概略的に示したシステム概略図。本発明の第３の実施形態に係る地下変電所の緊急時変圧器冷却システムおよびその冷却系統を概略的に示したシステム概略図。本発明の実施形態に係る地下変電所の緊急時変圧器冷却システムの貯水槽を二系統化して構成した構成例を示した概略図。

以下、本発明に係る地下変電所の緊急時変圧器冷却システム（以下、「地下変電所緊急時変圧器冷却システム」と称する）の実施形態について添付図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る地下変電所緊急時変圧器冷却システムの一実施例である地下変電所緊急時変圧器冷却システム（以下、「第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム」と称する）１０Ａおよびその冷却系統を概略的に示したシステム概略図である。

図１に示される第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａは、大別すると、地下変電所の変圧器１１を冷却する役割を担う冷却水供給系統１２と、冷却水が減少した場合に冷却水を適宜補給する役割を担う補給水系統１３と、冷却水供給系統１２と補給水系統１３とを接続し、補給水系統１３側から冷却水供給系統１２側への冷却水の供給を可能とする緊急冷却水供給系統１４と、三つの系統を備えて構成される。

第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａの各系統１２，１３，１４について説明する。冷却水供給系統１２では、冷却水ポンプ２１によって冷却水が一次冷却器２２に運ばれ、変圧器１１を熱交換によって冷却する。続いて、一次冷却器２２で変圧器１１の発生熱を吸収した冷却水（以下、「温水」と称する）はさらに二次冷却器２３に運ばれ、二次冷却器２３で温水を熱交換して冷却する。すなわち、二次冷却器２３は、温水を熱交換する過程で温水に吸収された変圧器１１の熱を外部へ放熱する。続いて、二次冷却器２３で冷却された冷却水は冷却水ポンプ２１に戻される。

補給水系統１３は、冷却水が冷却水供給系統１２を循環する過程で減少するため、適宜補給水槽３１に貯えた補給水を補給水槽３１と冷却水供給系統１２とを連結した膨張配管３２を介して冷却水供給系統１２へ供給する。補給水槽３１の補給水は、予め水道等の水源から水を引いて貯水しておいた貯水槽３３の水を補給水ポンプ３４によって適宜送出することによって補充される。

尚、膨張配管３２は、後述する緊急時においては、一次冷却器２２で熱交換された後の温水を冷却水供給系統１２側から補給水槽３１へ送り、補給水槽３１をオーバーフローさせて、オーバーフロー管３５から屋外へ排水するのに使われる。また、図１および後述する図４では貯水槽３３が単一の水槽で示されているが、その構造は、後述する図５に示される様に例えば四つの水槽等の複数の水槽を連通管３７で連結した構造であっても良い。

緊急冷却水供給系統１４は、通常運用時に使用されない冷却水供給系統で、被災したことによって二次冷却器２３の機能が停止してしまった等の緊急時に使用される。緊急冷却水供給系統１４は、冷却水供給系統１２と補給水系統１３とを連結する流路を有し、緊急時に貯水槽３３に貯水してある補給水を補給水系統１３から冷却水供給系統１２へ導く役割を担う。

また、通常運用時の場合と緊急時の場合とに応じて、貯水槽３３の補給水の供給先を補給水槽３１と一次冷却器２２とに切り替える必要があるため、補給水系統１３と冷却水供給系統１２とを連結する緊急冷却水供給系統１４の流路には、当該流路を開閉する第１の弁４１が設けられる。一方、補給水槽３１に補給水を供給する補給水系統１３の流路には、緊急冷却水供給系統１４の流路との分岐点よりも補給水槽３１に近い側に当該流路を開閉する第２の弁４２が設けられる。

尚、図１に示される第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａは一実施例であって、図１に示される構成に限定されない。例えば、図１に示される一次冷却器２２の台数が異なる場合、図１では多重化されていない流路が多重化されている場合、または、弁４１，４２以外の弁が適宜追加されている場合等であっても良い。また、弁４１，４２は手動弁であるか電動弁であるかを問わず任意に選択できる。

このように構成される第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａについて、当該システム１０Ａがどの様に使用されるかを説明する。

第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａは、通常運用時（緊急時以外）の場合、緊急冷却水供給系統１４の流路は閉じており、補給水槽３１に補給水を供給する補給水系統１３の流路が開いている。すなわち、第１の弁４１は閉じており、第２の弁４２は開いている。この状況下において、冷却水供給系統１２では、冷却水ポンプ２１、一次冷却器２２および二次冷却器２３で構成されるループ内で冷却水を循環させる。冷却水の循環過程で、冷却水が不足してきた場合には補給水槽３１から膨張配管３２を経由して適宜冷却水を冷却水供給系統１２へ補給する。補給水槽３１の補給水が不足してきた場合には、間欠的に補給水ポンプ３４を稼動させて、貯水槽３３の水を補給水系統１３の流路を経由して補給水槽３１へ適宜送り出すことによって補充する。

一方、地震や火事等の災害に見舞われて二次冷却器２３の機能が停止してしまった場合（緊急時の場合）、第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａでは、まず、第１のステップとして冷却水ポンプ２１と補給水ポンプ３４を停止させる。

続いて、第２のステップとして緊急冷却水供給系統１４の流路への切り替えを行うべく、通常運用時には開いている第２の弁４２を閉じる一方、閉じている第１の弁４１を開く。すなわち、補給水系統１３の流路のうち第２の弁４２から補給水槽３１側の流路を閉じ、緊急冷却水供給系統１４の流路を開く。

続いて、第３のステップとして、補給水ポンプ３４を起動する。補給水ポンプ３４を起動することによって、貯水槽３３の水を補給水ポンプ３４で汲み上げて補給水系統１３のうち開いている第２の弁４２から貯水槽３３側の流路および緊急冷却水供給系統１４の流路を経由して冷却水供給系統１２へ送ることができる。

冷却水供給系統１２では、冷却水ポンプ２１は停止しているので、冷却水（貯水槽３３から供給される水）は、冷却水供給系統１２を循環せずに、一次冷却器２２で変圧器１１の熱を回収した後は、二次冷却器２３および膨張配管３２を経由して補給水槽３１へ送られ、補給水槽３１の水をオーバーフローさせてオーバーフロー管３５から外部へ排水される。この結果、変圧器１１の熱を貯水槽３３から供給される水に吸収させて屋外へ放熱することができる。

次に、従来適用される地下変電所の変圧器冷却システムに対して、第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａを適用する例について説明する。

従来適用される地下変電所の変圧器冷却システムは、二次冷却器２３が設置される場所によって後述する図２および図３に示されるような二つの方式に大別されるが、第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａは、上記何れの方式についても大幅なシステム変更や大幅な機器の追加をすることなく適応可能である。

図２および図３は、地下変電所の変圧器冷却システムの基本構成の一例であり、図２は二次冷却器２３が屋外（屋上）に設置される構成例、図３は二次冷却器２３が屋内に設置される構成例を示した説明図である。尚、図２，３においては一部構成が省略されているが、地下階には図１に示される貯水槽３３および補給水ポンプ３４が存在しているものとする。また、図３においては、図１に示される補給水槽３１が屋内に設置されているものとする。

図２に示されるような従来の地下変電所の変圧器冷却システムに対して、第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａを構成するには、緊急冷却水供給系統１４の流路と、第１の弁４１と、第２の弁４２とを追加する必要があるものの、緊急冷却水供給系統１４の流路は変電設備の規模が大きいものでも十数ｍ程度で済み、システム変更が軽微、かつ、追加する機器も配管等の緊急冷却水供給系統１４の流路構成部品と二つの弁４１，４２で済む。図２に示される地下変電所の変圧器冷却システムの場合、補給水槽３１の水をオーバーフローさせることによって、貯水槽３３から供給される水に吸収させた変圧器１１の熱を屋外へ放熱することができる。

図３に示されるような従来の地下変電所の変圧器冷却システムは、二次冷却器２３が屋内に設置されているため、二次冷却器２３を介して放熱される変圧器１１の熱を強制的に屋外へ排出する必要がある。そこで、吸気ダクトから取り込んだ冷たい空気を二次冷却器２３に通し、二次冷却器２３を介して変圧器１１の熱を吸収した空気を送風機４５で強制的に排気している。

図３に示される地下変電所の変圧器冷却システムに対して、第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａを構成する場合であっても、基本的には図２に示される場合と同様にシステムを構築でき、図３では図示されない補給水槽３１の水をオーバーフローさせ、その水を屋外へ排水することによって、貯水槽３３から供給される水に吸収させた変圧器１１の熱を屋外へ放熱することができる。

図３に示される地下変電所の変圧器冷却システムの場合、図２に示される地下変電所の変圧器冷却システムよりも、一次冷却器２２と二次冷却器２３との距離が短い分だけ建物の倒壊に対して強く、二次冷却器２３の機能が停止してしまうような事態は想定し難いようにも思われる。しかし、図３に示される地下変電所の変圧器冷却システムの場合、火災時等の発生によって吸気ダクトおよび排気ダクトを含むフロア内の全ての通気口が閉じてしまうことがある。こうなると、二次冷却器２３の熱を放熱できず、二次冷却器２３の機能が停止してしまうと考えられるため、図３に示される地下変電所の変圧器冷却システムに対しても第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａは有益なシステムといえる。

第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａによれば、地震や火事等の災害に見舞われて二次冷却器２３の機能が停止してしまった緊急時の場合においても、通常、補給水槽３１へ補給水を送る補給水ポンプ３４を使って地下に貯えられた貯水槽３３の水を冷却水として一次冷却器２２に直接供給することができるので、応急処置的に必要最低限度の変圧器１１の運用が可能となる。

また、従来の地下変電所の変圧器冷却システムに対して、第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａを構成するには、緊急冷却水供給系統１４の流路と、第１の弁４１と、第２の弁４２とを追加する必要があるものの、追加する緊急冷却水供給系統１４の流路は変電設備の規模が大きいものでも十数ｍ程度で済み、大幅なシステム変更や大幅な機器の追加が不要である。さらに地下の同一フロア内に緊急冷却水供給系統１４の流路を設置すれば、建物の倒壊等による流路の破断の発生確率をより低減させることができる。

第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａによれば、通常運用時には変圧器１１の一次冷却器２２の入口側（冷却前）の水温は約５０℃であり、出口側（冷却後）の水温は約６０℃となるのに対して、緊急時に一次冷却器２２へ供給される貯水槽３３の水は地下に貯水している関係から約２０℃と水温が低く通常運用時よりも大きな冷却効果が得られるため、供給する冷却水の水量を通常運用時よりも少なく済ませることができる。

例えば、通常運用時と同じ負荷で運転をする場合であっても、温度差が約１０℃から約４０℃に拡大するので、通常運用時と同等の冷却効果を得るためには約１／４の水量で済ませることができる。このことは、冷却水供給系統１２の流路の断面積に対して緊急冷却水供給系統１４の流路の断面積を約１／４とすることができることを意味する。

仮に補給水ポンプ３４の送水能力が冷却水ポンプ２１の送水能力に対して１／４未満の場合であっても、補給水ポンプ３４は通常、冗長化（多重化）されており、図１等に示されるように最低二台設置されているはずなので、二台を稼動させることで冷却水ポンプ２１の送水能力に対する１／４の送水能力を確保することが可能となる。尚、緊急時における負荷は通常運用時の負荷に対して１００％となることは稀であり、例えば、８０％である場合には発生する熱量は６４％（理論値）になるから冷却水の水量はさらに少なくて済み、大抵の場合、補給水ポンプ３４を二台稼動させるまでもなく、通常のプラント設計仕様であれば、この要件を十分に満足することができる。

［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係る地下変電所緊急時変圧器冷却システムの一実施例である地下変電所緊急時変圧器冷却システム（以下、「第２の地下変電所緊急時変圧器冷却システム」と称する）１０Ｂおよびその冷却系統を概略的に示したシステム概略図である。

図４に示されるように、第２の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ｂは、図１に示される第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａに対して、第３の弁５１と第４の弁５２をさらに設置して、一次冷却器２２からの温水を第３の弁５１と仮設ホース５３等の仮設管を介してグランド（地表）レベルで排水可能に構成したシステムである。

従って、第２の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ｂは、第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａに対して、第３の弁５１、第４の弁５２および仮設ホース５３をさらに具備する点で相違するが、その他の点では実質的な相違しない。そこで、本実施形態では、第３の弁５１、第４の弁５２および仮設ホース５３によって構成される流路を中心に説明し、第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａの構成要素と実質的に相違しない構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。

図４に示される第２の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ｂは、大別すると、第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａと同様に冷却水供給系統１２、補給水系統１３および緊急冷却水供給系統１４の三つの系統を備えて構成される。第２の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ｂでは、第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａに対して、一次冷却器２２からの温水を冷却水供給系統１２の流路からグランド（地表）レベルで排水する流路を確保するための第３の弁５１と、冷却水供給系統１２において二次冷却器２３の手前（一次冷却器２２）側で流路を開閉する第４の弁がさらに設置される。

第３の弁５１は、グランドレベルに設置されており、通常運用時には閉じているが、緊急時に仮設ホース５３を第３の弁５１に接続した後に開く。また、第４の弁５２は、通常運用時には開いており冷却水が循環する流路を確保するが、緊急時には、一次冷却器２２からの温水を冷却水供給系統１２の流路から仮設ホース５３へ導くために二次冷却器２３側への流路を閉じる。これによって、第２の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ｂでは、一次冷却器２２からの温水を冷却水供給系統１２の流路からグランド（地表）レベルで屋外へ排水することができる。

このように構成される第２の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ｂによれば、第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａで得られる効果に加え、大地震等で建物の地上階部分が倒壊し補給水槽３１までの流路が断絶してしまったとしても、被害を受けていない地下階の冷却水供給系統１２の流路を使って一次冷却器２２からの温水をグランドレベルから第３の弁５１と仮設ホース５３等の仮設管を介して屋外へ排水することができ、緊急時においても変圧器１１の熱を屋外に放熱することができる。

［第３の実施形態］
図５は、本発明の第３の実施形態に係る地下変電所緊急時変圧器冷却システムの一実施例である地下変電所緊急時変圧器冷却システム（以下、「第３の地下変電所緊急時変圧器冷却システム」と称する）１０Ｃおよびその冷却系統を概略的に示したシステム概略図である。

図５に示されるように、第３の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ｃは、図４に示される第２の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ｂに対して、第３の弁５１から排水される一次冷却器２２からの温水が貯水槽３３へ戻されるように構成されている点で相違するものの、実質的な構成は相違しない。そこで、本実施形態では、相違する第３の弁５１から先の温水の流路について説明し、第２の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ｂの構成要素と実質的に相違しない構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。

図５に示される第３の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ｃは、第２の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ｂと実施質的に同様に構成されているが、第３の弁５１から排出される温水の排出先を貯水槽３３となるように構成されている点で相違する。このように構成された第３の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ｃでは、貯水槽３３に水を戻すので、より長期間に亘って変圧器１１を冷却することができる。

但し、貯水槽３３が図１に示される様な単一の水槽で構成される場合には、約２０℃の貯水と約６０℃の温水とが比較的容易に混ざってしまうため、貯水している水温が上昇してしまい、緊急時運用の時間が長時間になる程、変圧器１１の冷却効果が低下していき、その冷却効果が最大限に発揮されない。

そこで、図５に示されるように、貯水槽３３を複数の水槽を連通管３７で連結する構成とし、補給水ポンプ３４で水を汲み上げる水槽と、一次冷却器２２からの温水が流入する水槽との距離を隔てておくことで、一次冷却器２２からの温水が補給水ポンプ３４で水を汲み上げる水槽へ移動するまでに一定時間を要することになり、その移動過程で貯水槽３３の壁面に温水の熱を吸収させて放熱させることができる。従って、貯水槽３３を単一の水槽で構成する場合と比較して同じ水量でも貯水槽３３の水温上昇をより抑制することができ、より長時間に亘って変圧器１１の冷却効果を維持できる。

図６は、地下変電所緊急時変圧器冷却システムにおける貯水槽３３の他の構成例を示す図であって、水の補給経路を並列に二つ設けて（二系統化して）構成した貯水槽３３の構成例を示した概略図である。尚、図６においては、貯水槽３３および補給水ポンプ３４以外の地下変電所緊急時変圧器冷却システムに関わる構成要素については省略している。

この図６に示されるように、図５に示される貯水槽３３を並列に配置して二系統化させておけば、二系統化されている補給水ポンプ３４の一方を貯水槽の第１系統５５へ配置する一方、補給水ポンプ３４の他方を貯水槽の第２系統５６へ配置することによって、貯水槽の第１系統５５の水の温度が上昇して冷却水として使用できない状況となっても、貯水槽の第１系統５５とは異なる貯水槽の第２系統５６の水を使って変圧器１１の冷却をすることができ、その間に貯水槽の第１系統５５の水を自然冷却することができる。

尚、図５および図６に示される貯水槽３３の構成は、第３の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ｃに限定されるものではなく、図１に示される第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ａや図４に示される第２の地下変電所緊急時変圧器冷却システム１０Ｂに適用しても良い。また、図６は二系統化した例であるが、これは多系統化の一例であって、二系統化に限定されない。例えば、四系統化しておき、必要に応じて系統を切り替えてこのうちの一系統又は一以上の系統を使って貯水槽３３の水を一次冷却器２２に供給するようにしても良い。

以上、地下変電所緊急時変圧器冷却システムによれば、地震や火事等の災害に見舞われて二次冷却器２３の機能が停止してしまった緊急時の場合においても、通常、補給水槽３１へ補給水を送る補給水ポンプ３４を使って地下に貯えられた貯水槽３３の水を冷却水として一次冷却器２２に直接供給することができるので、応急処置的に必要最低限度の変圧器１１の運用が可能となる。

また、従来の地下変電所の変圧器冷却システムに対して、大幅なシステム変更や大幅な機器の追加が不要であり、緊急冷却水供給系統１４の流路を地下の同一フロア内に設置すれば、建物の倒壊等による流路の破断の発生確率をより低減させることができる。

さらに、通常運用時には変圧器１１の一次冷却器２２の入口側（冷却前）の水温は約５０℃であり、出口側（冷却後）の水温は約６０℃となるのに対して、緊急時に一次冷却器２２へ供給される貯水槽３３の水は地下に貯水している関係から約２０℃と水温が低く通常運用時よりも大きな冷却効果が得られるため、供給する冷却水の水量を通常運用時よりも少なく済ませることができる。

さらにまた、第３の弁５１、第４の弁および仮設ホース５３等の仮設管をさらに設けることで、一次冷却器２２からの温水をグランドレベルで排水することができるので、大地震等で建物の地上階部分が倒壊し補給水槽３１までの流路が断絶してしまったとしても、被害を受けていない地下階の冷却水供給系統１２の流路を使って一次冷却器２２からの温水をグランドレベルから第３の弁５１と仮設ホース５３等の仮設管を介して屋外へ排水して緊急時においても変圧器１１の熱を屋外に放熱することができる。

一方、一次冷却器２２からの温水を屋外へ排出せずに貯水槽３３へ水を戻すこともでき、この場合には冷却に要する水を再利用することができるので、より長期間に亘って変圧器１１を冷却することができる。また、図５に示される貯水槽３３のように、複数の水槽を連通管３７で連結する構成とし、補給水ポンプ３４で水を汲み上げる水槽と、一次冷却器２２からの温水が流入する水槽との距離を隔てておくことで、貯水槽３３を単一の水槽で構成する場合と比較して同じ水量でも貯水槽３３の水温上昇をより抑制することができる。

さらに、図６に示されるように、貯水槽３３を二系統化させておけば、二系統化されている補給水ポンプ３４の一方を貯水槽の第１系統５５へ配置する一方、補給水ポンプ３４の他方を貯水槽の第２系統５６へ配置することによって、貯水槽の第１系統５５の水の温度が上昇して冷却水として使用できない状況となっても、貯水槽の第１系統５５とは異なる貯水槽の第２系統５６の水を使って変圧器１１の冷却をすることができ、その間に貯水槽の第１系統５５の水を自然冷却することができる。

尚、本発明は上記の各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化しても良い。すなわち、上記の各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

１０Ａ第１の地下変電所緊急時変圧器冷却システム
１０Ｂ第２の地下変電所緊急時変圧器冷却システム
１０Ｃ第３の地下変電所緊急時変圧器冷却システム
１１変圧器
１２冷却水供給系統
１３補給水系統
１４緊急冷却水供給系統
２１冷却水ポンプ
２２一次冷却器
２３二次冷却器
３１補給水槽
３２膨張配管
３３貯水槽
３４補給水ポンプ
３５オーバーフロー管
３７連通管
４１第１の弁
４２第２の弁
４５送風機
５１第３の弁
５２第４の弁
５３仮設ホース（仮設管）
５５貯水槽の第１系統
５６貯水槽の第２系統

Claims

地下変電所に設置される変圧器の冷却システムにおいて、
前記変圧器は、この変圧器の発生熱を冷却水で冷却する一次冷却器と、前記一次冷却器とは離れた位置に設置され、前記一次冷却器を通過した後の冷却水である温水を冷却する二次冷却器とを備え、
前記一次冷却器と前記二次冷却器とを冷却するための冷却水を貯水する補給水槽と、前記補給水槽に補給する補給水を貯水するとともに補給水ポンプを備える貯水槽とを接続し、前記貯水槽から前記補給水槽に補給水を送る流路を有する補給水系統と、通常運用時に前記一次冷却器および前記二次冷却器に冷却水を供給する流路として、前記一次冷却器の入力端と冷却水ポンプの出力端とが接続され、前記一次冷却器の出力端と前記二次冷却器の入力端とが接続され、前記二次冷却器の出力端と前記冷却水ポンプの入力端とが接続されることによって、前記冷却水が循環可能に形成される流路を有する冷却水供給系統とを接続し、前記貯水槽の水を前記補給水系統および冷却水供給系統を介して前記一次冷却器側に供給する流路を有する緊急冷却水供給系統と、
前記一次冷却器の入力端と前記貯水槽から前記補給水槽に補給水を送る流路とを第１の弁を介して接続するとともに、前記第１の弁よりも前記補給水槽に近い個所であって、前記貯水槽から前記補給水槽に補給水を送る流路に第２の弁と、をさらに設けて構成されており、
前記二次冷却器の冷却機能が停止した状態となった場合、前記補給水ポンプを停止させた状態で前記第２の弁を閉じて前記貯水槽から前記補給水槽への前記補給水の供給を停止させるとともに、前記第１の弁を開きかつ前記冷却水ポンプを停止させて前記貯水槽に貯水される前記補給水を前記冷却水として前記一次冷却器へ供給することで前記一次冷却器の冷却が可能に構成されたことを特徴とする地下変電所の緊急時変圧器冷却システム。
前記一次冷却器の出力端と前記二次冷却器の入力端とを接続する流路から第３の弁を介して分岐する流路と、この流路の分岐点より前記第二次冷却器の入力端に近い位置に第４の弁とをさらに設けて構成され、
前記二次冷却器の冷却機能が停止した状態となった場合、前記補給水ポンプを停止させ、前記第２の弁を閉じ、前記貯水槽から前記補給水槽への前記補給水の供給を停止させるとともに、前記第１の弁を開きかつ前記冷却水ポンプを停止させて、さらに、前記第４の弁を閉じるとともに前記第３の弁を開くことにより、前記貯水槽に貯水される水を前記一次冷却器へ供給して前記一次冷却器を冷却し、これにより暖められた前記温水を前記第３の弁を介して排出可能に構成されたことを特徴とする請求項１記載の地下変電所の緊急時変圧器冷却システム。
前記第３の弁を介して排水される前記温水を、前記貯水槽に戻すように構成されたことを特徴とする請求項２記載の地下変電所の緊急時変圧器冷却システム。
前記貯水槽は、複数個の水槽が連通管を介して連結されて構成されており、前記二次冷却器の冷却機能が停止した状態となった場合に、前記補給水を前記冷却水として前記第１の弁を介して前記一次冷却器へ供給する水槽と、前記第３の弁を介して排水される前記温水が戻される水槽とは別の水槽であることを特徴とする請求項３記載の地下変電所の緊急時変圧器冷却システム。
前記貯水槽から前記第１の弁を介して前記一次冷却器を冷却する流路は、前記変圧器が設置されている地下の同一フロア内に設置されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れか１項に記載の地下変電所の緊急時変圧器冷却システム。
地下変電所に設置される変圧器の冷却システムにおいて、前記変圧器は、この変圧器の発生熱を冷却水で冷却する一次冷却器と、前記一次冷却器とは離れた位置に設置され、前記一次冷却器を通過した後の冷却水である温水を冷却する二次冷却器とを備え、前記一次冷却器と前記二次冷却器とを冷却するための冷却水を貯水する補給水槽と、前記補給水槽に補給する補給水を貯水するとともに補給水ポンプを備える貯水槽とを接続し、前記貯水槽から前記補給水槽に補給水を送る流路を有する補給水系統と、通常運用時に前記一次冷却器および前記二次冷却器に冷却水を供給する流路として、前記一次冷却器の入力端と冷却水ポンプの出力端とが接続され、前記一次冷却器の出力端と前記二次冷却器の入力端とが接続され、前記二次冷却器の出力端と前記冷却水ポンプの入力端とが接続されることによって、前記冷却水が循環可能に形成される流路を有する冷却水供給系統とを接続し、前記貯水槽の水を前記補給水系統および冷却水供給系統を介して前記一次冷却器側に供給する流路を有する緊急冷却水供給系統と、前記一次冷却器の入力端と前記貯水槽から前記補給水槽に補給水を送る流路とを第１の弁を介して接続するとともに、前記第１の弁よりも前記補給水槽に近い個所であって、前記貯水槽から前記補給水槽に補給水を送る流路に第２の弁と、をさらに設けて構成される地下変電所の緊急時変圧器冷却システムを用いて行う地下変電所の緊急時変圧器冷却方法であり、
通常時には、前記第１の弁を閉とし、前記第２の弁を開とし、前記冷却水ポンプを作動させて、前記冷却水ポンプが、前記冷却水供給系統に前記冷却水を循環させ、前記一次冷却器と前記二次冷却器に前記冷却水を循環供給し、
前記二次冷却器の冷却機能が停止した状態となった緊急時には、前記冷却水ポンプと前記補給水ポンプとを停止させ、
前記第１の弁を開とし、前記第２の弁を閉とし、前記補給水ポンプを作動させて、前記補給水ポンプが、前記貯水槽に貯水される前記補給水を前記冷却水として前記一次冷却器へ供給することで前記一次冷却器の冷却を行うことを特徴とする地下変電所の緊急時変圧器冷却方法。