KR101281351B1 - Assistant DC Power Supplying Apparatus for Nuclear Power Plant and Method thereof - Google Patents

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Abstract

원자력발전소용 보조전원공급장치가 개시된다. 본 발명의 보조전원 공급장치는 증기 발생기에서 배출되어 주-발전 시스템으로 공급되는 고온, 고압의 증기를 보조-증기배관을 통해 보조-터빈에게 공급하고, 보조-터빈이 축 연결된 보조-발전기를 구동하여 보조 발전을 수행한다. 보조-발전기가 생성한 전력은 전력변환기에 의해 직류 전원으로 변경된 다음, 축전지부에 저장된다. 본 발명의 보조전원 공급장치는 교류전원 완전상실과 같은 비상 시에도 계속적으로 직류 전원을 축전지에 충전할 수 있기 때문에, 비상 시에도 원자로를 안전하게 유지할 수 있다. An auxiliary power supply for a nuclear power plant is disclosed. The auxiliary power supply device of the present invention supplies the high-temperature, high-pressure steam discharged from the steam generator to the main-generation system to the sub-turbine through the sub-steam pipe, and the sub-turbine drives the sub-generator connected to the shaft. To perform secondary development. The power generated by the sub-generator is converted into direct current power by the power converter and then stored in the battery unit. The auxiliary power supply device of the present invention can continuously charge the DC power supply to the storage battery even in an emergency such as the complete loss of AC power, so that the reactor can be safely maintained even in an emergency.

Description

원자력발전소용 보조전원공급장치 및 그 보조전원공급방법{Assistant DC Power Supplying Apparatus for Nuclear Power Plant and Method thereof}ASSISTANT DC POWER SUPPLY APPARATUS FOR NUCLEAR POWER PLANT AND METHODS

본 발명은, 원자력 발전소의 완전 정전(SBO: Station Black Out)에 대처하기 위한 보조 전원공급장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an auxiliary power supply and method for coping with a station black out (SBO) of a nuclear power plant.

원자로는 농축 우라늄으로 제조된 다수의 연료봉을 연소(핵분열)시킬 때 발생하는 열에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다. 열은 증기를 발생시키고, 그 증기는 터어빈 및 발전기를 회전시켜 전기를 생산하는 것이다. A nuclear reactor is a device that converts thermal energy generated by combustion (nuclear fission) of a plurality of fuel rods made of enriched uranium into electrical energy. Heat generates steam, which in turn rotates turbines and generators to produce electricity.

한편, 원자력 발전에는 외부로부터 전원이 필수적이며, 외부에서 공급되는 전원을 이용하여 핵 붕괴를 일으키고 증기를 발생시키기 위한 냉각수를 공급한다. 따라서 원자력 발전소에서 전력시설은 매우 중요한 구성이고, 전력시설에 문제가 생겨 냉각수를 공급하지 못하는 경우에 냉각수 부족으로 인한 핵 연료봉의 용융 및 방사선 물질의 방출 등의 문제가 발생할 수 있다.On the other hand, power is required from the outside for nuclear power generation, and supplies coolant for generating nuclear collapse and generating steam by using an externally supplied power. Therefore, the power plant is a very important configuration in the nuclear power plant, if there is a problem in the power plant can not supply the cooling water may cause problems such as melting of nuclear fuel rods and the release of radioactive material due to the lack of cooling water.

다시 말해, 지진, 해일 또는 침수 등의 이유로 발전소 내부, 외부의 교류전원 모두가 비정상적인 문제가 생겨 교류전원 완전상실(SBO: Station Black Out)상태에서도 냉각수 및 필수 전력계통의 전기는 안정적으로 공급되어야 하는 것이다. In other words, the AC power inside and outside the power plant is abnormal due to earthquakes, tsunamis or flooding, so that cooling water and essential power system electricity must be supplied stably even in the state of SBO (Station Black Out). will be.

근래 원자력 발전소, 예컨대 출원인의 CE형 및 APR1400 모델의 경우는 교류전원 완전 상실의 상태시 8~12 시간 사용할 수 있는 배터리를 이용하여 비상시의 대체 전력으로 사용하고 있다.
Recently, nuclear power plants, such as Applicant's CE and APR1400 models, are used as an alternative power source in an emergency by using a battery that can be used for 8 to 12 hours in the state of complete loss of AC power.

본 발명의 목적은 원자력 발전소의 완전 정전(SBO: Station Black Out)에 대처하기 위한 보조 전원공급장치 및 방법을 제공함에 있다.
An object of the present invention is to provide an auxiliary power supply apparatus and method for coping with a station black out (SBO) of a nuclear power plant.

목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라 원자력 발전소의 비상 전력을 공급하는 보조전원 공급장치는, 증기 발생기와 주 발전 시스템 사이의 주-증기배관에 연결되어 상기 증기 발생기에서 배출되는 증기를 공급받는 보조-증기배관; 상기 보조-증기배관을 통해 공급되는 증기에 의해 구동되는 보조-터빈; 상기 보조-터빈에 축 연결되어 회전하면서 발전하는 보조-발전기; 상기 보조-발전기의 교류 출력을 직류 전기로 변환하는 전력변환기; 및 상기 전력변환기에서 출력되는 직류 전기를 저장하는 축전지부를 포함한다. The auxiliary power supply for supplying emergency power of the nuclear power plant according to the present invention for achieving the object is connected to the main-steam piping between the steam generator and the main power generation system is supplied auxiliary steam supplied from the steam generator- Steam piping; A sub-turbine driven by steam supplied through the sub-steam pipe; A sub-generator axially connected to the sub-turbine to generate power; A power converter converting the AC output of the sub-generator into direct current electricity; And a battery unit for storing the direct current electricity output from the power converter.

나아가, 본 발명의 보조전원 공급장치는 상기 주-증기배관과 보조-증기배관 사이에 마련된 분기 밸브와, 충전 여부에 따라 상기 분기 밸브의 개폐를 보조전원 제어 모듈을 더 포함할 수 있다. In addition, the auxiliary power supply of the present invention may further include a branch valve provided between the main-vapor pipe and the auxiliary-vapor pipe, and the auxiliary power control module for opening and closing the branch valve according to whether or not the charge.

여기서, 상기 보조전원 제어 모듈은, 상기 축전지부에 충전된 전기의 방전 여부에 따라 상기 분기 밸브의 개폐를 제어한다.Here, the auxiliary power supply control module controls the opening and closing of the branch valve according to whether the electricity charged in the battery unit is discharged.

다른 실시 예에 따라, 상기 축전지부에 저장된 직류 전기는, 상기 원자력 발전소의 교류 전원 완전 상실(SBO: Station Black Out) 시에 상기 비상 전력으로 방전되는 것이 바람직하다.According to another embodiment, the direct current electricity stored in the battery unit is discharged to the emergency power at the time of complete AC power loss (SBO: Station Black Out) of the nuclear power plant.

본 발명의 다른 실시 예에 따라, 원자력 발전소의 비상 전력을 공급하는 보조전원 공급방법은, 증기 발생기와 주 발전 시스템 사이를 연결하는 주-증기배관으로부터 상기 증기 발생기에서 배출되는 증기를 공급받아 보조-터빈을 구동하는 단계; 상기 보조-터빈에 축 연결된 보조-발전기가 회전하면서 발전하는 단계; 전력변환기가 상기 보조-발전기의 교류 출력을 직류 전기로 변환하는 단계; 및 상기 전력변환기에서 출력되는 직류 전기를 축전지부에 저장하는 단계를 포함한다.
According to another embodiment of the present invention, the auxiliary power supply method for supplying emergency power of the nuclear power plant, the auxiliary steam received from the steam generator from the main-steam pipe connecting between the steam generator and the main power generation system- Driving a turbine; Generating by rotating the sub-generator axially connected to the sub-turbine; A power converter converting the AC output of the sub-generator into direct current electricity; And storing direct current electricity output from the power converter in a storage unit.

본 발명에 따른 보조전원 공급장치는 증기 발생기에서 생성되는 고온, 고압의 증기를 사용하여 발전하기 때문에, 교류전원 완전상실의 상태에서도 계속적으로 축전지를 충전할 수 있으므로, 사용할 교류전력이 없는 비상 시에도 안정적으로 원자로를 냉각시킬 수 있다.
Since the auxiliary power supply according to the present invention generates power by using high-temperature and high-pressure steam generated by the steam generator, the battery can be continuously charged even in the state of complete loss of AC power, so even in an emergency without AC power to be used. The reactor can be cooled stably.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 보조전원 공급장치를 구비한 원자력 발전시스템을 도시한 도면이다.1 is a view showing a nuclear power generation system having an auxiliary power supply according to an embodiment of the present invention.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 원자력발전소용 보조전원 공급장치(100)는 분기 밸브(101), 보조-증기배관(103), 보조-터빈(105), 보조-발전기(107), 전력변환기(Inverter)(109) 및 축전지부(111)를 구비하며, 주-발전 시스템에 결합되어 원자력발전소의 교류전원 완전상실(SBO: Station Black Out)시에도 직류 전력을 생산하여 원자로에 냉각수를 공급할 수 있다. Referring to FIG. 1, the auxiliary power supply device 100 for a nuclear power plant according to the present invention includes a branch valve 101, an auxiliary-steam pipe 103, an auxiliary-turbine 105, an auxiliary-generator 107, and electric power. Inverter 109 and battery unit 111, which is coupled to the main-generation system to produce direct current power even in the case of SBO (Station Black Out) of nuclear power plants to supply cooling water to the reactor. Can be.

주-발전 시스템은 종래에 알려진 가압수형 원자로(PWR: Pressurized Water Reactor)나 비등수형 경수로(BWR: Boiling Water Reactor) 형태의 원자력발전소의 발전계통이 모두 해당하며, 도 1은 그 가압수형 원자로의 일 예를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 주-발전 시스템은 증기발생기(11), 주-증기배관(13), 주-터빈(15), 주-발전기(17) 및 응축기(Condensor)(19)로 구성되며, 주-발전 시스템의 동작을 간단히 설명한다. The main power generation system is a conventional power generation system of a nuclear power plant in the form of a pressurized water reactor (PWR) or a boiling water reactor (BWR), and FIG. 1 is one of the pressurized water reactors. An example is shown. The main-generation system shown in FIG. 1 is composed of a steam generator 11, a main-steam piping 13, a main-turbine 15, a main-generator 17 and a condenser 19. -Briefly describe the operation of the power generation system.

증기발생기(11)는 원자로(미도시)로부터 배출되는 냉각재를 이용하여 물을 가열하여 증기를 발생시키는 장치로서, 고온 고압의 증기를 주-터빈(15)으로 공급한다. 주-터빈(15)이 주-증기배관(13)을 통해 증기발생기(11)로부터 증기를 공급받아 회전하면, 주-터빈(15)과 축으로 연결된 주-발전기(17)가 회전하면서 교류 전력을 생성한다. 주-발전기(17)에서 생산된 교류 전력은 주-변압기 계통에서 송전에 적합한 전압으로 변환되고, 스위치 야드(Switch Yard)에 의해 적어도 하나의 수전계통으로 송전된다. The steam generator 11 is a device for generating steam by heating water by using a coolant discharged from a reactor (not shown), and supplies high temperature and high pressure steam to the main turbine 15. When the main turbine 15 receives steam from the steam generator 11 through the main steam pipe 13 and rotates, the main generator 17 connected to the main turbine 15 and the shaft rotates to supply AC power. Create The alternating current power produced by the main-generator 17 is converted into a voltage suitable for power transmission in the main-transformer system and is transmitted to at least one power receiving system by a switch yard.

주-터빈(15)에서 사용된 배기증기는 응축기(19)로 배출되고, 응축기(19)는 주-터빈(15)에서 배출된 증기로부터 열을 빼앗아 물로 변환시킨다. 가압수형 원자로의 경우, 응축기(19)에서 변환된 물은 다시 증기 발생기(11)로 공급된다. The exhaust steam used in the main-turbine 15 is discharged to the condenser 19, and the condenser 19 takes heat from the steam discharged from the main-turbine 15 and converts it into water. In the case of a pressurized water reactor, the water converted in the condenser 19 is supplied to the steam generator 11 again.

본 발명의 보조전원 공급장치(100)는 직류 전원을 축전하였다가 방전함으로써 교류전력 완전 정전과 같은 비상 시에 원자로의 안전한 운행을 위한 보조전력을 공급할 수 있다. 대표적으로, 증기 발생기(11)나 원자로를 순환하는 냉각수를 순환 공급하는 냉각수 펌프나 응축기(19)의 동작에 필요한 냉각수를 순환 공급하는 냉각수 펌프로 직류 전원이 공급될 것이다. The auxiliary power supply device 100 of the present invention may supply auxiliary power for safe operation of the nuclear reactor in an emergency such as full AC power failure by accumulating and discharging the DC power. Typically, DC power will be supplied to the steam generator 11 or the cooling water pump for circulating and supplying the cooling water circulating in the reactor or the cooling water pump for circulating the cooling water required for the operation of the condenser 19.

보조전원 공급장치(100)의 보조-증기배관(103)은 주-증기배관(13)에 연결되며, 그 분기 부분에 분기 밸브(101)가 마련된다. 분기 밸브(101)는 보조전원 제어모듈(113)의 제어에 따라 개폐되어 증기발생기(11)에서 배출되는 고온, 고압의 증기를 보조-증기배관(103)을 거쳐 보조-터빈(105)에게 공급한다. The auxiliary-steam pipe 103 of the auxiliary power supply 100 is connected to the main-steam pipe 13, and a branch valve 101 is provided at the branch portion thereof. The branch valve 101 is opened and closed under the control of the auxiliary power control module 113 to supply the high-temperature, high-pressure steam discharged from the steam generator 11 to the auxiliary-turbine 105 via the auxiliary-vapor pipe 103. do.

보조-터빈(105)은 보조-증기배관(103)을 통해 공급되는 고압의 증기에 의해 회전함으로써 축 연결된 보조-발전기(107)를 회전시키며, 보조-발전기(107)는 보조-터빈(105)에 의해 회전하면서 교류 전기를 생산한다.The sub-turbine 105 rotates the axially connected sub-generator 107 by rotating by the high pressure steam supplied through the sub-steam pipe 103, and the sub-generator 107 is the sub-turbine 105. Rotate by to produce alternating current electricity.

전력변환기(109)는 보조-발전기(107)가 생산한 교류 전기를 직류 전기로 변환하여 축전지부(111)에 공급한다. 축전지부(111)는 배터리를 구비하여 전력변환기(109)에서 출력되는 직류 전기를 저장함과 동시에 필요한 경우에 배터리에 저장된 직류 전기를 냉각수 계통의 냉각수 펌프로 방전하여 원자로, 증기 발생기(11) 또는 응축기(19)를 순환하는 냉각수가 안정적으로 순환 및 냉각되도록 할 뿐만 아니라, 기타 원자력 발전소의 전체 발전 제어시스템의 동작 전원을 포함하여 원자력 발전소의 비상 전력으로 공급될 수 있다. The power converter 109 converts the alternating current produced by the sub-generator 107 into direct current electricity and supplies it to the storage unit 111. Storage unit 111 is provided with a battery to store the direct current electricity output from the power converter 109 and at the same time discharge the direct current stored in the battery to the cooling water pump of the cooling water system to the reactor, steam generator 11 or condenser In addition to ensuring that the coolant circulating (19) reliably circulates and cools, it can be supplied to the emergency power of the nuclear power plant, including the operating power of the overall power generation control system of other nuclear power plants.

보조전원 제어모듈(113)은 분기 밸브(101)의 개폐 제어뿐만 아니라, 축전지부(111)에 저장된 직류 전원의 충전 및 방전을 제어할 수 있다. 한편, 보조전원 제어모듈(113)은 원자력 발전소의 전체 발전 제어시스템의 일부로 구비될 수 있다. The auxiliary power control module 113 may control the charging and discharging of the DC power stored in the battery unit 111 as well as the opening and closing control of the branch valve 101. On the other hand, the auxiliary power control module 113 may be provided as part of the overall power generation control system of the nuclear power plant.

이상에서 설명된 본 발명의 보조전원 공급장치는, 원자력발전소의 교류전원 완전 상실 상태(SBO: Station Black Out)와 같은 비상 시에도 냉각수의 안정적인 공급 등을 포함하는 원자력 발전소의 안정적 운행에 필요한 전력을 공급할 수 있다.
The auxiliary power supply device of the present invention described above, the power required for the stable operation of the nuclear power plant, including the stable supply of cooling water in the event of emergency, such as the station black out (SBO: Station Black Out) of the nuclear power plant. Can supply

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.

Claims (8)

원자력 발전소의 비상 전력을 공급하는 보조전원 공급장치에 있어서,
증기 발생기와 주 발전 시스템 사이의 주-증기배관에 연결되어 상기 증기 발생기에서 배출되는 증기를 공급받는 보조-증기배관;
상기 보조-증기배관을 통해 공급되는 증기에 의해 구동되는 보조-터빈;
상기 보조-터빈에 축 연결되어 회전하면서 발전하는 보조-발전기;
상기 보조-발전기의 교류 출력을 직류 전기로 변환하는 전력변환기;
상기 주-증기배관과 보조-증기배관 사이에 마련된 분기 밸브;
상기 전력변환기에서 출력되는 직류 전기를 저장하는 축전지부; 및
상기 축전지부에 충전 및 방전 여부에 따라 상기 분기 밸브의 개폐를 제어하는 보조전원 제어 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 보조전원 공급장치.
In the auxiliary power supply for supplying emergency power of the nuclear power plant,
An auxiliary-steam pipe connected to the main-steam pipe between the steam generator and the main power generation system to receive steam discharged from the steam generator;
A sub-turbine driven by steam supplied through the sub-steam pipe;
A sub-generator axially connected to the sub-turbine to generate power;
A power converter converting the AC output of the sub-generator into direct current electricity;
A branch valve provided between the main steam pipe and the auxiliary steam pipe;
A battery unit for storing direct current electricity output from the power converter; And
And an auxiliary power supply control module for controlling the opening and closing of the branch valve according to whether the battery unit is charged or discharged.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 축전지부에 저장된 직류 전기는, 상기 원자력 발전소의 교류 전원 완전 상실(SBO: Station Black Out) 시에 상기 비상전력으로 방전되는 것을 특징으로 하는 보조전원 공급장치.
The method of claim 1,
The direct current electricity stored in the battery unit, the auxiliary power supply, characterized in that discharged to the emergency power at the time of complete AC power loss (SBO: Station Black Out) of the nuclear power plant.
원자력 발전소의 비상전력을 공급하는 보조전원 공급방법에 있어서,
증기 발생기와 주 발전 시스템 사이를 연결하는 주-증기배관으로부터 상기 증기 발생기에서 배출되는 증기를 공급받아 보조-터빈을 구동하는 단계;
상기 보조-터빈에 축 연결된 보조-발전기가 회전하면서 발전하는 단계;
상기 주-증기배관과 보조-증기배관 사이에 마련된 분기 밸브가 개폐됨으로써 상기 보조-터빈으로 증기가 공급되는 단계;
전력변환기가 상기 보조-발전기의 교류 출력을 직류 전기로 변환하는 단계;
상기 전력변환기에서 출력되는 직류 전기를 축전지부에 저장하는 단계; 및
상기 축전지부에 충전된 전기의 방전 여부에 따라 상기 분기 밸브의 개폐가 제어되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 보조전원 공급방법.
In the auxiliary power supply method for supplying emergency power of the nuclear power plant,
Driving a sub-turbine by receiving steam discharged from the steam generator from a main-steam pipe connecting a steam generator and a main power generation system;
Generating by rotating the sub-generator axially connected to the sub-turbine;
Supplying steam to the sub-turbine by opening and closing a branch valve provided between the main-steam pipe and the sub-steam pipe;
A power converter converting the AC output of the sub-generator into direct current electricity;
Storing direct current electricity output from the power converter in a storage unit; And
And controlling the opening and closing of the branch valve according to whether or not the electricity charged in the battery unit is discharged.
삭제delete 삭제delete 제5항에 있어서,
상기 축전지부에 저장된 직류 전기는, 상기 원자력 발전소의 교류 전원 완전 상실 시에 상기 비상 전력으로 방전되는 것을 특징으로 하는 보조전원 공급방법.


The method of claim 5,
The direct current electricity stored in the battery unit is discharged to the emergency power when the AC power of the nuclear power plant is completely lost.


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