JP6713840B2 - 電源系統システム - Google Patents

Description

この発明は、交流の電源系統において、高圧から低圧に降圧して負荷に電力を供給する部分の電源系統システムの構成に関するものである。

原子力や火力等の発電プラントでは、発生電力を電力送電系統へ送り込むための電気設備と、所内の補機動力および制御のための所内補機電源設備から構成される。所内補機電源設備は、大容量電動機等の負荷へ電力供給する高圧スイッチギヤと、その高圧スイッチギヤから変圧器を介して中・小容量の電動機等の負荷へ電力供給するパワーセンタおよびコントロールセンタ等から構成される。これらの電源設備は、代表的な母線電圧として、高圧スイッチギヤでは発電機電圧を所内変圧器で降圧した高圧電力を供給し、パワーセンタおよびコントロールセンタでは変圧器で降圧した低圧電力を供給している（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に示された構成を概略単線図で示せば、図７のような構成となる。図７は、高圧スイッチギヤより下流の構成を示している。高圧スイッチギヤからの高圧電力を変圧器２１で受け、降圧された低圧電力はパワーセンタ２２へ送られる。パワーセンタ２２には、パワーセンタ２２に直接接続されるパワーセンタ負荷２３と、コントロールセンタ２４を介して接続される複数の低圧負荷２５がある。
変圧器２１以外の機器で下位側に負荷が接続されている場合、その負荷を事故電流から保護するため、一般的には、パワーセンタ２２には気中遮断器を有し、コントロールセンタ２４には配線用遮断器が搭載されている。

パワーセンタに搭載された気中遮断器は、事故時の事故電流を遮断すると共に通常運用中の負荷の電源の入切をする役目も担っている。
これに対し、コントロールセンタについては、事故時の事故電流は配線用遮断器で遮断されるが、通常運用中の負荷の電源の入切は、別途設けられている負荷開閉器により行われている。
パワーセンタを必要とする理由は、配線用遮断器と比較して、気中遮断器は定格短時間電流に優れており、気中遮断器のみしか適用できない場合があったためである。特に原子力発電プラントのように非常に高い信頼性を要求されるような施設では、パワーセンタを備えることが必須であった。
また、一般的に、高圧スイッチギヤおよびパワーセンタに搭載されている真空遮断器や気中遮断器等は開閉回数の寿命が長いので通常の負荷の入切にも対応できるが、コントロールセンタに搭載されている配線用遮断器は開閉回数の寿命が短く、通常の負荷の入切には適さないことから、コントロールセンタには負荷開閉器が設けられている。

また、低圧側の機器に供給される電流についていえば、高圧金属閉鎖形スイッチギヤに印加されていた電圧が変圧器で降圧されることから、パワーセンタには大電流が発生するため、それに応じた主回路母線を選定する必要がある。パワーセンタで受けた電流はパワーセンタの負荷およびコントロールセンタへ分流されるため、一般的にコントロールセンタの主回路母線はパワーセンタに比べて小さい電流容量になっており、それに応じて、外形がコンパクトになっている。

特開２００１−２３１１５９号公報（段落［０００３］等）

従来の、電源系統システムにおいて、特に高い信頼性を要求される原子力プラント等の設備の場合には、図７のように、高圧から低圧へかけての電源系統の構成として、高圧金属閉鎖形スイッチギヤ（図示せず）、変圧器、パワーセンタ、コントロールセンタを必要としていた。したがって、この場合、当然その分の設置スペースの確保が必要であった。
また、原子力プラント等では、一般産業用と比較して、耐震性能についても非常に高い要求があり、個々の機種で筐体を構成するフレームを強化する等の措置が必要であることに加え、個々の機種の耐震性能の確保のために、大がかりな試験や解析が必要であることから、結果的にコストアップの要因となっていた。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、変圧器を含めた構成を見直して設置面積の縮小、適用する機種の削減を図った電源系統システムを提供することを目的とする。

この発明に係る電源系統システムは、高圧金属閉鎖形スイッチギヤに接続されて高圧を低圧に降圧する変圧器と、変圧器の低圧側に接続されて低圧の電力を受電し複数の負荷に低圧電力を供給する複数のコントロールセンタとを備え、複数のコントロールセンタは、変圧器の低圧側に並列に接続され、複数のコントロールセンタの内部に配置されたコントロールセンタ主母線の電流容量の合計値は、変圧器の低圧側に接続された変圧器主母線の電流容量より大きく設定されているものである。

この発明の電源系統システムによれば、変圧器と複数のコントロールセンタとを備え、複数のコントロールセンタは、変圧器の低圧側に並列に接続され、複数のコントロールセンタの内部に配置されたコントロールセンタ主母線の電流容量の合計値は、変圧器の低圧側に接続された変圧器主母線の電流容量より大きく設定されているので、例えば、原子力プラントなどの設備に適用する場合でも、パワーセンタを経由することなく、変圧器から直接コントロールセンタに受電でき、システムの構成が簡素化され、設置面積の縮小を図った電源系統システムを得ることができる。

この発明の実施の形態１による電源系統システムの概略単線図である。 この発明の実施の形態１による電源系統システムの概略平面図である。 図２の正面図である。 図２の変圧器収納部の内部側面図である。 図２の母線変換部の内部平面図である。 図２の母線変換部の内部側面図である。 従来の電源系統システムの概略単線図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る電源系統システムを図に基づいて説明する。
図１は、実施の形態１による電源系統システムの概略単線図である。図２は、実施の形態１による電源系統システムの概略平面図であり、図３は、図２の正面図である。また、図４は、図２の変圧器収納部５の内部側面図、図５は、図２の母線変換部２の内部平面図、図６は、図２の母線変換部２の内部側面図である。

実施の形態１で示す電源系統システムは、高圧から低圧に降圧して負荷に電力を供給する部分を対象としているので、例えば、交流の電源系統から６．６ｋＶの高圧を高圧金属閉鎖形スイッチギヤ（図示せず）で受電した電力が変圧器１に入力される。図１は、その変圧器１より以降を示している。
図１のように、変圧器１は、例えば６．６ｋＶの高圧を４４０Ｖの低圧に降圧する。変圧器１の２次側は、背景技術の項で説明したようなパワーセンタ２２を介さずに、母線変換部２を介して、複数のコントロールセンタ３が並列に接続されている。各コントロールセンタ３には、例えば、モータなどの負荷４が接続される。

図２は、図１の変圧器１からコントロールセンタ３の部分を構成する実際の機器配置を示す平面図であり、模式的に図示している。図２の下部側を正面側として説明する。また、図３は、図２を正面側から見た正面図である。図２および図３により全体の配置構成について説明する。
変圧器１は、変圧器収納部５に変圧器主母線６と共に収容されている。変圧器収納部５は、正面に扉を有し、変圧器１は正面側から内部に収容されている。
母線変換部２は、筐体７の内部に分岐母線８が収容されて構成されている。図２に示すように、筐体７は、変圧器収納部５の正面から見て左右の側面に左右対称に配置されている。筐体７の変圧器収納部５とは反対側に、複数のコントロールセンタ３が配置されている。

複数のコントロールセンタ３は、更に複数の群に分けられている。図２では、コントロールセンタ群３ａ，３ｂ，３ｃ、３ｄと４群に分けた場合を示している。
左側の母線変換部２の筐体７の前方側と後方側の２箇所に、コントロールセンタ群３ａとコントロールセンタ群３ｂが、左右方向外側に延在させて配置されている。同様に、右側の母線変換部２の筐体７の前方側と後方側の２箇所に、コントロールセンタ群３ｃとコントロールセンタ群３ｄが配置されている。

変圧器１の２次側（低圧側）は、変圧器１の上方において左右方向に伸びる変圧器主母線６に接続されている。
母線変換部２において、変圧器主母線６の電流は分岐母線８で分岐されて、前後の各コントロールセンタ群３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに分配され、それぞれのコントロールセンタ主母線９に接続される。
このように、実施の形態１の電源系統システムは、変圧器収納部５を中心にして、母線変換部２を介して、低圧フィーダ盤であるコントロールセンタ３を両側に４箇所列盤した構成に特徴を有する。

ただし、設備規模によっては、母線変換部２およびそれに接続されるコントロールセンタ３を変圧器収納部５の片側にのみ配置する場合もある。
また、図では１群に３面のコントロールセンタ３を接続し例を示しているが、この数も設備規模により異なる。

次に、各部を更に詳しく説明する。
図４は、変圧器収納部５の内部側面図である。１次側は、高圧受電端子１０に外部から高圧ケーブル１１が接続される。２次側は、図示は省略しているが、端子が上方に引き出され、変圧器１の上方において、正面側から見て左右方向に伸延するように配置された３相の変圧器主母線６に接続されている。
変圧器収納部５の内部の正面側上部には、制御線収容室５ａが設けられており、ここに制御線（図示せず）が収容される。また、背面側の下部には、接地母線１２ａが配置され、この接地母線１２ａは、後述する母線変換部２に収容した接地母線１２ｂと取り合われる。

図５および図６は、母線変換部２の詳細を示す図であり、このうち図６は、内部側面図、図５は、図６の矢視Ｖ−Ｖの内部平面図である。変圧器収納部５の左右に配置される母線変換部２は、内部が対称に配置されている以外は基本的に同じなので、正面側から見て左側に配置された母線変換部２で説明する。

図５，図６に示すように、変圧器収納部５から３相の変圧器主母線６が側壁を貫通して母線変換部２の筐体７の内部まで伸びている。また、前方のコントロールセンタ群３ａと後方のコントロールセンタ群３ｂのそれぞれから、側壁を貫通して３相のコントロールセンタ主母線９が伸びてきている。なお、実際は、輸送や組み立ての観点から、貫通壁部分で切り離し可能に構成されている。すなわち、貫通壁近傍が取合点と成っている。
筐体７の内部において、変圧器主母線６と前方のコントロールセンタ主母線９とが、分岐母線８ａで接続され、変圧器主母線６と後方のコントロールセンタ主母線９とが、分岐母線８ｂで接続されている。なお、分岐母線８ａ，８ｂは、図２の分岐母線８に相当する部分である。

変圧器主母線６から分岐した３相の分岐母線８ａ，８ｂに計器用変圧器１３が貫通配置されている。また、筐体７の内部の前方に制御線経路７ａが、上方に制御線収容部７ｂが確保されている。
変圧器収納部５からの制御線は、制御線経路７ａおよび制御線収容部７ｂに取り込まれ、制御線取合口７ｃを介してコントロールセンタ群３ａ，３ｂのそれぞれに受け渡される。
また、変圧器収納部５の接地母線１２ａが、取合部で接地母線１２ｂに接続され、筐体７内で分配されて、コントロールセンタ３との取合部でコントロールセンタ群３ａ，３ｂ側のそれぞれの接地母線１２ｃに接続される。

コントロールセンタ３については詳細な図示は省略するが、金属筐体内に、複数の制御ユニットが多段に配置されており、それぞれの制御ユニットには、配線用遮断器または負荷開閉器、およびそれらを制御する制御機器が収容されている。また最上段には３相のコントロールセンタ主母線９が水平方向に配置され、その主母線から分岐した分岐導体によって各制御ユニットが並列に接続されている。各制御ユニットの下位側には、例えばモータなどの負荷４（図１参照）が接続されている。複数のコントロールセンタ３が列盤される場合、コントロールセンタ主母線９は、その列に対して共通となっている。
ここで、コントロールセンタ主母線９の電流容量の合計は、変圧器主母線６の電流容量より大きく設定されている。

次に、実施の形態１の電源系統システムの作用効果について説明する。
変圧器１は、高圧金属閉鎖形スイッチギヤからの高圧電力を受けて降圧するので、変圧器１の２次側すなわち低圧側には大きな電流が流れる。そこで、変圧器１の低圧側の電流を分配する母線変換部２を設け、複数の分配先には、複数のコントロールセンタ３が列盤されたコントロールセンタ群３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを配置接続し、コントロールセンタ主母線９に低圧側電流を略均等に分流させるようにしたので、個々のコントロールセンタ３では流せる電流量は限られているが、複数のコントロールセンタ群３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの主母線に流れる電流容量と変圧器１の２次側の電流容量との整合をとることで、変圧器１から流れ込む電流を直接コントロールセンタ３で受けることが可能となる。
このような観点から、複数のコントロールセンタ群３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、できるだけ均等に配置するのが望ましい。

また、全体の配置構成を、変圧器収納部５を中心にし、その両サイドに母線変換部２を配置し、それぞれの母線変換部２の前後２箇所、合計４箇所から左右に伸びるようにコントロールセンタ群３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを配置したので、構造物全体の剛性が高められ、例えば、原子力発電プラント設備のような高い信頼性と耐震性を要求されるような設備にも対応が可能となる。
したがって、原子力発電プラントに適用して、背景技術の項で説明したパワーセンタを無くすことが可能となる。

従来のような、パワーセンタを介した場合では、変圧器の近くにパワーセンタを配置し、パワーセンタからコントロールセンタまでは動力ケーブルで接続されていた。これに対し、実施の形態１の構成では、変圧器収納部５に母線変換部２を介して直接コントロールセンタ３が接続されているので、システム全体の据え付け面積の縮小化が可能となる。
また構成が簡単となることで、保守性も向上する。

通常運用中の負荷の電源の入切は、コントロールセンタ３に搭載した負荷開閉器で行われる。変圧器１以降の負荷側で事故が発生した場合、事故時の事故電流はコントロールセンタ３の配線用遮断器で遮断される。これは、負荷開閉器は大電流の遮断には適さないが開閉回数の寿命が長く、配線用遮断器は事故電流の遮断はできるが開閉回数の寿命が短いためである。なお、負荷の入切頻度が多くない場合は、コントロールセンタ３に搭載された負荷開閉器を省き配線用遮断器で代用することも可能である。
また、背景技術の項で説明したパワーセンタに直接接続されていた負荷でも、本実施の形態のコントロールで対応可能となる。

以上までの説明では、変圧器１の低圧側にコントロールセンタ３を接続した構成であった。接続される個々の負荷が比較的大きい場合には、コントロールセンタ３に替えて、低圧金属閉鎖形スイッチギヤを用いた構成とすることも可能である。低圧金属閉鎖形スイッチギヤの開閉部には、気中遮断器が搭載されている。
この場合も、変圧器１の低圧側の電流容量を考慮して低圧金属閉鎖形スイッチギヤの主母線の電流容量を設定する。

以上のように、実施の形態１の電源系統システムによれば、高圧金属閉鎖形スイッチギヤに接続されて高圧を低圧に降圧する変圧器と、変圧器の低圧側に接続されて低圧の電力を受電し複数の負荷に低圧電力を供給する複数のコントロールセンタとを備え、複数のコントロールセンタは、変圧器の低圧側に並列に接続され、複数のコントロールセンタの内部に配置されたコントロールセンタ主母線の電流容量の合計値は、変圧器の低圧側に接続された変圧器主母線の電流容量より大きく設定されているので、例えば、原子力プラントなどの設備に適用する場合でも、パワーセンタを経由することなく、変圧器から直接コントロールセンタに受電でき、システムの構成が簡素化され、設置面積の縮小、機種削減を図った電源系統システムを得ることができる。

また、変圧器主母線の電流を分配する分岐母線を有する母線変換部を備え、変圧器主母線とコントロールセンタ主母線とは、母線変換部の分岐母線を介して接続されているので、変圧器主母線からコントロールセンタ主母線への電流の分配と、変圧器主母線とコントロールセンタ主母線との母線位置の変更を容易にでき、母線変換部を介して複数のコントロールセンタに、容易に電力を分配することが可能となる。

また、変圧器は、変圧器主母線と共に変圧器収納部に収容され、母線変換部は、筐体に分岐母線が収容されて構成され、コントロールセンタは、複数のコントロールセンタ群に分けられており、変圧器収納部の側面に隣接して母線変換部の筐体が配置され、母線変換部の筐体の側面に複数のコントロールセンタ群が接続されているので、変圧器収納部と母線変換部の筐体とコントロールセンタ群とが組み合わされることで、耐震性に優れた電源系統システムを得ることができる。

また、母線変換部は２つの母線変換部からなり、変圧器収納部の左右の側面に隣接して配置され、コントロールセンタ群は４群からなり、２つの母線変換部の筐体の変圧器収納部側とは反対側に２群ずつ接続されているので、多数のコントロールセンタの負荷に対応しながら、耐震性に優れ、コンパクトな電源系統システムを提供できる。

また、母線変換部の筐体には、更に、変圧器収納部からコントロールセンタ群へ繋がる接地母線と制御線が収容され、接地母線と制御線は、筐体の内部においてコントロールセンタ群へ分配されているので、母線変換部を利用して、主回路母線に加えて、接地母線と制御線も容易に位置変更して分配できるため、接地母線を接地に落とすための接地線、制御電源用電線、警報等を上位システムに連絡する制御等の本数を減らすことができ、据付作業の省力化により、コストダウンが可能となる。

なお、本願発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変更、省略することができる。

１ 変圧器、２ 母線変換部、３ コントロールセンタ、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ コントロールセンタ群、４ 負荷、５ 変圧器収納部、５ａ 制御線収容室、６ 変圧器主母線、７ 筐体、７ａ 制御線経路、７ｂ 制御線収容部、７ｃ 制御線取合口、８，８ａ，８ｂ 分岐母線、９ コントロールセンタ主母線、１０ 高圧受電端子、１１ 高圧ケーブル、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 接地母線、１３ 計器用変圧器

Claims (5)

1. 高圧金属閉鎖形スイッチギヤに接続されて高圧を低圧に降圧する変圧器と、前記変圧器の低圧側に接続されて前記低圧の電力を受電し複数の負荷に低圧電力を供給する複数のコントロールセンタとを備え、
   前記複数のコントロールセンタは、前記変圧器の低圧側に並列に接続され、
   前記複数のコントロールセンタの内部に配置されたコントロールセンタ主母線の電流容量の合計値は、前記変圧器の低圧側に接続された変圧器主母線の電流容量より大きく設定されていることを特徴とする電源系統システム。
2. 請求項１に記載の電源系統システムにおいて、
   前記変圧器主母線の電流を分配する分岐母線を有する母線変換部を備え、
   前記変圧器主母線と前記コントロールセンタ主母線とは、前記母線変換部の前記分岐母線を介して接続されていることを特徴とする電源系統システム。
3. 請求項２に記載の電源系統システムにおいて、
   前記変圧器は、前記変圧器主母線と共に変圧器収納部に収容され、前記母線変換部は、筐体に前記分岐母線が収容されて構成され、前記コントロールセンタは、複数のコントロールセンタ群に分けられ、一つの前記分岐母線に複数の前記コントロールセンタ群が配置され、前記変圧器収納部の側面に隣接して前記母線変換部の前記筐体が配置され、前記母線変換部の前記筐体の側面に複数の前記コントロールセンタ群が接続されていることを特徴とする電源系統システム。
4. 請求項３に記載の電源系統システムにおいて、
   前記母線変換部は２つの母線変換部からなり、前記変圧器収納部の左右の側面に隣接して配置され、前記コントロールセンタ群は４群からなり、前記２つの母線変換部の前記筐体の前記変圧器収納部側とは反対側に２群ずつ接続されていることを特徴とする電源系統システム。
5. 請求項３または請求項４に記載の電源系統システムにおいて、
   前記母線変換部の前記筐体には、更に、前記変圧器収納部から前記コントロールセンタ群へ繋がる接地母線と制御線が収容され、前記接地母線と前記制御線は、前記筐体の内部において前記コントロールセンタ群へ分配されていることを特徴とする電源系統システム。

Images