JPH05142382A - 電磁ポンプ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、プラントの通常運転時には
電磁ポンプの低力率を改善し、またプラントの異常時に
は、プラントの熱過渡を緩和するフローコーストダウン
特性を補償し得る電磁ポンプを提供することにある。 【構成】 本発明に係る電磁ポンプ制御装置は、冷却材
を循環させる電磁ポンプ１と、この電磁ポンプの運転時
に通電される超電導マグネット13を具備し電力変換器14
を介して電磁ポンプ１に給電可能に接続された超電導エ
ネルギ貯蔵装置４と、通常運転時には無効電力を低減し
更に異常時には異常電力の変化率に応じて電力を調整す
る電力変換器制御装置５とから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速増殖炉の冷却材循
環系等に使用される電磁ポンプの制御装置に係り、特に
電磁ポンプの力率を改善し、冷却材の冷却特性を多様に
調整することが可能な電磁ポンプ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】導電性を有する液体金属ナトリウムを冷
却材とする高速増殖炉においては、冷却材を循環させる
ために従来より機械式ナトリウムポンプが使用されてき
た。この機械式ナトリウムポンプの駆動源は、他の汎用
ポンプと同様に誘導電動機が一般に採用されており、そ
の運転制御方法は確立されている。

【０００３】そして誘導電動機は一般に力率が0.8 〜0.
9 と極めて優れているため、力率改善装置等を設置しな
くとも、効率的な運転を行うことができる。また電動機
容量及び効率によって、その駆動電源容量も一義的に決
定される。尚電動機の力率がすぐれているためその駆動
電源容量も比較的小さくて済む。

【０００４】ところで運転中の高速増殖炉に於いて異常
が発生した場合には、制御棒が原子炉炉心に急速に挿入
される。このため炉心出入口に於ける冷却材に過渡的な
温度差が生じ、炉心周辺の構造材に大きな熱衝撃を与え
る場合がある。このような熱過渡現象を緩和し、構造材
の健全性を維持するためにナトリウムポンプの駆動電源
が遮断された後に於いても、しばらくの間、冷却材を流
通させる機能、いわゆるフローコーストダウン特性を持
たせることが望ましい。

【０００５】従来の機械式ナトリウムポンプでは、電動
機の回転子が保持する慣性力や電動機の回転軸に一体的
に取付けられたフライホイール等の慣性力によって、ポ
ンプインペラを暫くの間、回転させ、フローコーストダ
ウン特性を得ていた。

【０００６】回転子またはフライホイールの仕様は一義
的に定められている為、１種類のフローコーストダウン
特性しか保持し得ない。またその指定のフローコースト
ダウン特性に対応するように、炉心構造材および周辺機
器の設計条件が定められており、多様な異常現象に対し
て、個別にフローコーストダウン特性を持たせることは
困難であった。

【０００７】一方、上記従来の機械式ナトリウムポンプ
に代えて、近年電磁ポンプが採用される場合が多い。こ
の電磁ポンプは液体金属ナトリウムが電気の良導体であ
ることを利用し、電流が流れる導体を磁界内に置くと磁
界強度に比例してその直角方向に力を受けるという原理
に基づいて、ナトリウム冷却材を移送するものである。
この電磁ポンプは従来の機械式ナトリウムポンプと比較
して、冷却材流量を容易に直線的に加減できること、完
全に密封とすることができること、小型であるため設定
位置についての制約を受けないこと、可動部分がなく保
守管理が容易であること、高い吐出力を得ることができ
ること等の優れた特徴を有している。尚高速増殖炉のナ
トリウム補助系に配置されてきた比較的小容量の電磁ポ
ンプにおいては、一般に定流量条件で使用され、流量制
御の必要性は少ない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電磁ポ
ンプは、極端なインダクタンス負荷があるため、力率は
0.5 程度であり、機械式ナトリウムポンプと比べて極め
て悪い。このため高速増殖炉の冷却材循環ポンプのよう
に、大容量を必要とするポンプとして電磁ポンプを使用
する場合には、低力率負荷の電磁ポンプの無効電力を補
償する何らかの力率改善手段を設けないと、その駆動電
源容量が膨大なものとなる。また電源設備が大きくな
り、この配置が困難となってしまう課題があった。

【０００９】また回転部を有していないため、原子炉ス
クラム時等で駆動電源が遮断された場合には、従来の機
械ポンプの様に運動エネルギを保存することが不可能で
あり、冷却材流量が急激に減少する。従って、異常時に
おける熱過渡に充分に耐える様に、炉心構造材の設計基
準に大幅に余裕を持たせる必要があり、過大な設計基準
を採用することを余儀なくされていた。また上記熱過渡
を緩和するフローコーストダウン特性を付与させる為に
は、何らかのエネルギー蓄積手段を装備する必要があっ
たが、効果的な手段を見出すことは困難であった。

【００１０】なお高速増殖炉プラントに設けられる冷却
材循環ポンプとしての電磁ポンプは、タービンに供給す
る蒸気条件を一定に保持するため、原子炉出力に比例し
て、ナトリウム冷却材流量を定格流量の100 ％から30％
程度まで連続的に変更することができる制御系を備える
ことが必要である。

【００１１】本発明は上記の点を考慮してなされたもの
で、プラントの通常運転時には電磁ポンプの低力率を改
善し、またプラントの異常時には、プラントの熱過渡を
緩和するフローコーストダウン特性を補償し得る電磁ポ
ンプを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、冷却材を循環させる電磁ポンプ
と、この電磁ポンプの運転時に通電される超電導マグネ
ットを具備しこの超電導マグネットに蓄積されたエネル
ギから電力変換器を介して前記電磁ポンプに給電可能に
接続された超電導エネルギ貯蔵装置と、通常運転時には
前記電磁ポンプの無効電力を検出し制御率および制御角
を制御することにより無効電力を低減し更に異常時には
異常電力の変化率に応じて前記超電導エネルギ貯蔵装置
から電磁ポンプに供給する電力を調整する電力変換器制
御装置とから成ることを特徴とする電磁ポンプ制御装置
を提供する。

【００１３】

【作用】このように構成することにより、プラントの正
常運転の場合、超電導エネルギ貯蔵装置の電力変換器制
御装置の無効電力調整制御により進み電流を超電導マグ
ネットからとり、電磁ポンプに給電し調相機動作を行
う。これにより電磁ポンプ駆動電源からみた負荷率が改
善され、付設する電磁ポンプ駆動電源装置の設備容量を
小さくすることができる。また電磁ポンプに接続する電
源回路が遮断するような異常が発生した場合、超電導マ
グネットに蓄積された磁気エネルギが電力変換器により
変換されて、電磁ポンプに電力が供給される。このとき
電力変換器制御装置により必要なフローコーストダウン
特性を付与するため、熱過渡現象等が効果的に抑制され
る。超電導エネルギ貯蔵装置の電力変換器制御装置は、
予め異常原因別にプログラムされた関数の出力信号に対
応して最適な電力を電磁ポンプに送給する。従って異常
原因別に最適なフローコーストダウン特性を与えること
が可能となり、プラント系内の安全性を効果的に維持す
ることができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例につ
いて説明する。図１は本発明に係る電磁ポンプ制御装置
を高速増殖炉の冷却材循環系に適用した系統図である。

【００１５】本実施例に係わる電磁ポンプ制御装置は、
電磁ポンプ１にて冷却材である液体金属ナトリウム２を
循環させる電源主回路３と、通常運転時には無効電力を
低減して力率向上に寄与し、異常時には異常電力の変化
率に応じて前記電磁ポンプ１に電力を供給する超電導エ
ネルギ貯蔵装置４とから構成される。この超電導エネル
ギ貯蔵装置４から前記電磁ポンプ１へ供給する電力は電
力変換器制御装置５によって調整される。

【００１６】前記電源主回路３は、交流高圧正常用母線
６と電磁ポンプ１との間を接続するためのものである。
この電源主回路３には、上流側に主断路器である遮断器
７が設定されている。この遮断器７の下流には、図示し
ないプラント制御系からの流量指令信号８を受信して電
磁ポンプ１の電源電圧、周波数を調整して流量制御動作
を行う可変電圧・可変周波数電源装置９が設置されてい
る。この可変電圧・可変周波数電源装置９の下流には、
遮断器10が挿入され、電子炉トリップ信号23によって開
動作するように構成される。

【００１７】超電導エネルギ貯蔵装置４は、前記電磁ポ
ンプ１の運転時に、遮断器25を介して交流無停電電源母
線11に接続される。この超電導エネルギ貯蔵装置４によ
り調整された電力は、トランス12にて降圧して、前記電
源主回路３の下流側に接続される。

【００１８】超電導エネルギ貯蔵装置４は、超電導マグ
ネット13と電力変換器14とから構成される。この電力変
換器14は、２個の整流器15，16より形成される。前記交
流無停電電源母線11は、整流器15を介して超電導マグネ
ット13に接続される。この回路によって、超電導マグネ
ット13に電気エネルギが磁気エネルギに変換されて蓄積
される。この超電導マグネット13は蓄積された磁気エネ
ルギは、整流器16により電気エネルギに調整し変換され
て、更にトランス12によって降圧されて、電源主回路３
の下流側に接続される。図２は図１に記載した電力変換
器制御装置５の詳細系統図を示したものである。この電
力変換器制御装置５は、制御部17と関数変換部18，19と
から構成される。

【００１９】この制御部17には、図１に示すように前記
可変電圧・可変周波数電源装置９及び前記電力変換器14
の出力ラインに設置された変成器・変流器20，21からそ
れぞれ有効電力（Ｐ）20ｐ，21ｐ及び無効電力（Ｑ）20
ｑ，21ｑが信号として入力される。また前記電力変換器
14の直流検出器22からの信号22ａも、前記制御部17に入
力される。この制御部17より取出した信号15ａ，16ａは
それぞれ前記整流器15，16に入力され、電力変換器14の
制御率（Ｍ）及び制御角（α）を調整するのに使用され
る。

【００２０】プラント異常時において、原子炉トリップ
信号23が関数変換部18に入力される。この原子炉トリッ
プ信号23に対応して送給電力を急速に減少させるように
関数18ａが選定され、制御部17に入力される。この関数
18ａにより電磁ポンプ１への送給電力を急激に減少させ
ることが可能となる。

【００２１】また制御棒挿入失敗信号24が関数変換部19
に入力される。この制御棒挿入失敗信号24に対応して送
給電力を緩慢に減少させるように関数19ａが選定され、
制御部17に入力される。この関数19ａにより電磁ポンプ
１への送給電力を緩慢に減少させることが可能となる。
次にこのような構成からなる本実施例の作用について説
明する。

【００２２】原子炉の通常運転時にあっては、可変電圧
・可変周波数電源装置９はプラント制御系からの流量指
令信号８を受けて必要な電圧および周波数に調整した電
流を電磁ポンプ１および超電導エネルギ貯蔵装置４に与
え、液体金属ナトリウム２の流量調整を行う。

【００２３】可変電圧・可変周波数電源装置９及び電力
変換器14の出力ラインに設置した変成器・変流器20，21
からそれぞれ有効電力（Ｐ）及び無効電力（Ｑ）が信号
20ｐ，20ｑ，21ｐ，21ｑとして制御部17に入力される。
この制御部17にて演算されて取出された信号15ａ，16ａ
はそれぞれ整流器15，16に入力される。この信号15ａ，
16ａは、電力変換器14の制御率（Ｍ）及び制御角（α）
を調整し、無効電力（Ｑ）を低減するために使用され、
同時に精密な流量制御を可能としている。

【００２４】原子炉スクラム時にあっては、原子炉トリ
ップ信号23によって電源主回路３の遮断機10が開動作す
る。同時に電力変換器制御装置５の関数変換部18に入力
される。この関数変換部18でこの原子炉トリップ信号23
に対応した関数18ａが選定され、制御部17に入力され
る。この関数18ａに対応した信号15ａ，16ａが電力変換
器制御装置５から取出され、それぞれ電力変換器14の整
流器15，16に入力される。一方、電磁ポンプ１の運転と
同時に通電された超電導エネルギ貯蔵装置４には電磁エ
ネルギが保持されている。この超電導エネルギ貯蔵装置
４は、内蔵する電力変換器14よりその蓄積された磁気エ
ネルギを電気エネルギに変換する。このとき前記電力変
換器制御装置５の関数変換器18により取出された関数15
ａ，16ａに対応した電気エネルギが電磁ポンプ１に供給
される。この結果、電磁ポンプ１は、所用流量に調整さ
れた冷却材を流し続け、フローコーストダウン特性を発
揮することができる。

【００２５】ここで、前記冷却材流量のフローコースト
ダウン特性は、電力変換器制御装置５の関数変換部18，
19からの関数18ａ，19ａを選択し、この選択により電力
を変化させることにより可能となる。

【００２６】原子炉スクラム時には、電力変換器制御装
置５は原子炉トリップ信号23に基づいて関数18ａを選択
することにより、比較的急速な変化率を有する冷却材フ
ローコーストダウン特性が冷却材循環系に付与される。

【００２７】一方、制御棒挿入失敗時においては、制御
棒挿入失敗信号24が関数変換部19に入力される。この制
御棒挿入失敗信号24に対応して送給電力を緩慢に減少さ
せるような関数19ａが選定され、制御部17に入力され
る。この関数19ａにより電磁ポンプ１への送給電力を緩
慢に減少させることが可能となる。このことにより、制
御棒挿入失敗時においては、電磁ポンプ１のフローコー
ストダウン特性は、比較的緩慢となり、プラントの熱過
渡現象が効果的に抑制される。

【００２８】このように本実施例によれば、可変電圧・
可変周波数電源装置９及び電力変換器14の出力ラインに
設置した変流器・変流器20，21からそれぞれ有効電力
（Ｐ）及び無効電力（Ｑ）の信号を電力変換器制御装置
５に入力し、演算された信号15ａ，16ａを取出し、電力
変換器14に入力する。この信号15ａ，16ａにより電力変
換器14の制御率（Ｍ）及び制御角（α）を調整し、無効
電力（Ｑ）を低減させ電磁ポンプ１の力率を改善するこ
とができる。また、原子炉スクラム時又は制御棒挿入失
敗時等のプラント異常時には、それぞれの信号が電力変
換器制御装置５に入力される。この電力変換器制御装置
５内において、これ等の信号に従い、関数変換部18，19
より関数を取出し、前記電力変換器14に入力することに
よって、制御率（Ｍ）及び制御角（α）を調整する。こ
の調整によって電磁ポンプ１には最適な電力を供給する
ことができる。これにより、異常別に最適なフローコー
ストダウン特性を与えることが可能となり、プラントの
熱過渡現象を効果的に抑制し、プラント系内の安全性を
維持することができる。

【００２９】以上の実施例においては、電磁ポンプ制御
装置をナトリウム冷却型高速増殖炉の冷却材を循環させ
る電磁ポンプに適用した例で示しているが、本発明は上
記用途に限定されず、例えば銃鉄移送用の電磁ポンプ
等、過渡時における熱衝撃を緩和することが必要なプラ
ントに使用される電磁ポンプにも適用することができ
る。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電磁
ポンプ制御装置によれば、プラント正常運転時において
は、精密な流量制御を可能とすると同時に電磁ポンプの
低力率を改善し、またプラント異常時においては、超電
導エネルギ貯蔵装置の超電導マグネットに蓄積された磁
気エネルギを電磁ポンプに供給し、必要なフローコース
トダウン特性を付与するため、熱過渡現象が効果的に抑
制され、プラント系内の安全性を維持することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電磁ポンプ制御装置の一実施例を
高速増殖炉の冷却材循環系に適用した例を示す系統図。

【図２】図１の電力変換器制御装置の詳細系統図。

【符号の説明】

１…電磁ポンプ ４…超電導エネルギ貯蔵装置 ５…電力変換器制御装置 13…超電導マグネット 14…電力変換器 15…整流器 16…整流器 20…変成器・変流器 21…変成器・変流器 22…直流検出器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却材を循環させる電磁ポンプと、この
   電磁ポンプの運転時に通電される超電導マグネットを具
   備しこの超電導マグネットに蓄積されたエネルギから電
   力変換器を介して前記電磁ポンプに給電可能に接続され
   た超電導エネルギ貯蔵装置と、通常運転時には前記電磁
   ポンプの無効電力を検出し制御率および制御角を制御す
   ることにより無効電力を低減し更に異常時には異常電力
   の変化率に応じて前記超電導エネルギ貯蔵装置から電磁
   ポンプに供給する電力を調整する電力変換器制御装置と
   から成ることを特徴とする電磁ポンプ制御装置。