TWI565173B - 可容錯渦輪速度控制系統 - Google Patents

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Description

可容錯渦輪速度控制系統
圖1係商業核電站中之一習用渦輪控制系統之一示意圖。如圖1中所展示，一渦輪100接納源蒸汽101、自源蒸汽101提取熱力能量且輸出較低壓飽和蒸汽102。源蒸汽101可來自一核反應器、一熱交換器、一蒸汽產生器、一較高壓渦輪等。渦輪100可係核電廠中存在之任何渦輪，包含(舉例而言)一較低輸出反應器核心隔離冷卻(RCIC)渦輪或較高輸出高壓噴射冷卻(HPIC)渦輪。使用所提取能量105來給期望之組件供電；舉例而言，在一RCIC及HPIC之情形中，所提取能量105將電力提供至維持一反應器中之流量位準及水位準之相關聯RCIC及HPIC冷卻泵。
當(諸如)在一瞬態情景中使用一渦輪100來運行冷卻系統以維持反應器冷卻劑位準且自該電廠移除衰變熱時，渦輪100由一速度控制器60控制。渦輪100基於負載及輸出而產生速度資訊且將速度資訊61傳輸至速度控制器60。速度控制器基於所接收速度資訊61產生速度控制信號62以向回傳輸至渦輪100。速度資訊61准許渦輪100以規定速度及負載操作以避免跳脫並將足夠電力105提供至期望之目的地。速度控制器60與電廠控制室中之一流量控制器55習用地網路連線，流量控制器55與速度控制器60交換流量控制信號56。以此方式，電廠操作者可透過控制室流量控制器55監視及輸入由速度控制器60轉譯成速度控制信號62之速度命令，且最終控制渦輪100根據控制室命令來執行。
控制室流量控制器55及速度控制器60以及藉此產生之資料及信號習用地由廠外或電廠電源供電。如圖1中所展示，當此電源不可用時(諸如，在一電站停電事件期間)，一電廠緊急配電源50(諸如，一本地柴油發電機或蓄電池)可將電力51提供至控制室流量控制器55及速度控制器60。藉由提供本地電源，緊急配電源50可准許操作者連續地控制渦輪100之一速度及使用渦輪100來管理瞬態及/或將電力提供至安全系統，包含核心隔離及高壓噴射冷卻泵。
實例性實施例包含用於使用渦輪之自身電源來控制渦輪速度以使得不需要廠外電源或本地緊急電源來操作該渦輪之方法及系統。實例性系統包含連接至該渦輪且由其產生電力且連接至用於該渦輪之一控制器(諸如，管控渦輪行為之一速度控制器或控制室流量控制器)之一發電機。該發電機可具有任何適當功率、電壓、頻率等以給控制器及任何其他期望之系統供電。實例性實施例可進一步包含在每一電源與一濾波器之間連接發電機、控制器及電廠緊急電源與隔離二極體以提供具有給控制器供電所需之性質之電力之電路。
藉由在一核電廠中之一渦輪上安裝一發電機且使用該發電機來給渦輪控制器供電，可在不關注廠外電源或本地電源之情形下透過該渦輪之自身電源來操作及控制該渦輪。若該渦輪驅動如RCIC或HPIC之安全相關之泵，則只要該渦輪可由衰變熱或其他蒸汽源驅動，即可由電廠操作者透 過實例性實施例及方法來操作及控制至少該渦輪以給已失去廠外及廠內緊急電源之一反應器提供緊急冷卻。此可在某些事故情景中極大地擴展核心冷卻能力同時消除對用以操作安全相關之渦輪之人工介入之任何需要。
藉由詳細闡述隨附圖式，實例性實施例將變得更顯而易見，其中相似元件由相似元件符號表示，該等元件符號僅以圖解說明方式給出且因此不限制其繪示之術語。
此係一專利文件，且當閱讀並理解該專利文件時不應應用解釋之一般廣泛規則。此文件中所闡述及展示之每一事物係歸屬於隨附申請專利範圍之範疇內之標的物之一實例。本文中所揭示之任何特定結構及功能細節僅出於闡述如何製作及使用實例性實施例之目的。本文中未具體揭示之數項不同實施例歸屬於請求項範疇內；如此，申請專利範圍可以諸多替代形式體現且不應理解為限於本文中所陳述之僅實例性實施例。
將理解，雖然本文中可使用術語第一、第二等來闡述各種元件，但此等元件不應由此等術語限制。此等術語僅用來區分一個元件與另一元件。舉例而言，在不背離實例性實施例之範疇之情形下，可將一第一元件稱作一第二元件，且類似地，可將一第二元件稱作一第一元件。如本文中所使用，術語「及/或」包含相關聯之所列舉物項中之一或多者之任一組合及所有組合。
將理解，當稱一元件「連接」、「耦合」、「配合」、「附 接」或「固定」至另一元件時，其可直接連接或耦合至另一元件，或可存在介入元件。相比而言，當稱一元件「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，則不存在介入元件。用來闡述元件之間的關係之其他措辭應以一相似方式解釋(例如，「在...之間」對「直接在...之間」、「毗鄰」對「直接毗鄰」等)。類似地，諸如「以通信方式連接」之一術語包含兩個裝置(包含以有線方式或非有線方式連接之中間裝置、網路等)之間的資訊交換路線之所有變化形式。
如本文中所使用，單數形式「一(a)」、「一(an)」及「該(the)」意欲包含單數形式及複數形式兩者，除非語言藉助如「僅」、「單個」及/或「一個」之措辭另有明確指示。將進一步理解，當本文中使用術語「包括(comprise)」、「包括(comprising)」、「包含(includes)」及/或「包含(including)」時，其規定存在所述特徵、步驟、操作、元件、概念及/或組件，但並不自身排除存在或添加一或多個其他特徵、步驟、操作、元件、組件、概念及/或其群組。
亦應注意，下文所論述之結構及操作可不以圖中所闡述及/或所述之次序出現。舉例而言，取決於所涉及之功能性/動作，可事實上同時執行或有時可以相反次序執行連續展示之兩個操作及/或圖。類似地，可重複地、個別地或順序地執行下文所闡述之實例性方法內之個別操作以便提供除下文所闡述之若干單個操作以外之循環操作或其他 系列之操作。應假定，具有下文所闡述之特徵及功能性(以任何可行組合形式)之任何實施例歸屬於實例性實施例之範疇內。
申請人已認識到，在電廠瞬態期間電廠緊急配電系統50可變得不可用。實際上，切斷廠外電源之相同瞬態事件可使得緊急配電系統50不可用可係可能的。在此一情形中，不可由電廠操作者在控制室中監視、控制或潛在地甚至使用渦輪100來將電力輸出105提供至緊急系統或其他，此乃因渦輪速度控制器60及/或控制室流量控制器55缺乏緊急電源。申請人已進一步認識到，若失去所有其他廠外及廠內電源，則渦輪100自身可提供緊急電輸出，且認識到，若正確轉移，則此電源可用於給速度控制器60及控制室流量控制器55供電，以使得甚至在失去所有其他電源之事件中操作者亦可使用渦輪100來管理一電廠瞬態。下文所論述之實例性實施例及方法使得申請人所瞭解之此等及其他優點以及情形之解決方案成為可能。
圖2係一實例性實施例可容錯渦輪速度控制系統1000之一示意圖。如圖2中所展示，一發電機500安裝於渦輪100上且電連接至速度控制器60及控制室流量控制器55。發電機500可係能夠由渦輪100之機械能量515產生電壓之任何類型之發電機，包含AC或DC發電機。發電機500可沿著渦輪100之一渦輪軸而安裝且由在軸上輸出之機械能量515產生電力551。現有機械輸出105仍可由實例性實施例中之渦輪100產生。
發電機500可能夠遞送足以給所連接系統(諸如，速度控制器60及/或控制室流量控制器55)供電之任何量之電力551。舉例而言，發電機500可係可給習用地安裝於核電廠中之速度控制器60及控制室流量控制器55兩者供電之一200 W DC發電機。當然，發電機500可具有一大得多或小得多之瓦特數，此取決於需要及渦輪100之機械功率輸出。若期望渦輪100之功能性用於其他組件(諸如，由渦輪輸出105供電之冷卻劑泵)，則發電機500可以小於渦輪100之容量與所需輸出105之間的一差之一電力來定額。舉例而言，一1 kW DC發電機可給額外系統供電同時不干擾一較大渦輪100之操作。
如圖2中所展示，發電機500電連接至渦輪控制器，以使得若來自緊急配電系統50之電輸出51變得不可靠或不可用(如圖2中之「X」所指示)，則來自發電機500之電輸出551可補充或替代來自緊急系統之電輸出51。可藉由在發電機500與網路之間安裝一電連接或電路而將發電機500電連接至一電廠電力網路且因此給電廠組件電供電。
可視需要安裝或組態隔離二極體505及/或濾波器501以將有效電流、電壓、功率、頻率、時序等提供至連接至網路之所有組件。隔離二極體505及/或濾波器501可確保補充或替代來自緊急配電系統50之電力之此電力匹配安全運行緊急系統(如發電機500、速度控制器60、控制室流量控制器55及/或可由來自發電機500之電力供電之任何其他電廠組件)所需之電壓及功率特性。隔離二極體505亦可確保 來自發電機500之電力可到達電網路上之消耗組件，無論緊急配電系統50之故障或完全損失如何。舉例而言，隔離二極體505可防止或減少至發電機500及/或緊急配電系統50之反向電流浪湧以便防止彼等組件中之損壞或無效。可係一電容器或蓄電池之濾波器501(舉例而言)可接地且平滑電流及電壓施加至速度控制器60、控制室流量控制器55及由發電機500供電之任何其他組件。
另一選擇係，發電機500可直接電連接至期望之組件(諸如，速度控制器60及/或控制室流量控制器55)以使得在電廠緊急配電系統50之失敗之例項中彼等組件可自身切換至發電機500之電力551。
如圖2中所展示，當速度控制器60及/或控制室流量控制器55由渦輪100透過發電機500供電時，電廠操作者可藉由自控制室監視並經由信號61、62及/或56控制渦輪100之速度而連續地操作渦輪100。以此方式，甚至在電廠緊急配電系統50之一完全失敗之情形下可使用渦輪100及其輸出105。若渦輪100係一RCIC、HPIC或其他瞬態相關或安全相關渦輪，則機械功率輸出105可透過使用發電機500之實例性系統而維持至緊急系統(諸如，一RCIC或HPIC泵)。只要一蒸汽源101(諸如，自來自一反應器之衰變熱或其他源)可用，渦輪100即在實例性系統中可操作且係可控制的，無論電站電力之完全損失及緊急電備用如何。如此，實例性系統1000可在一瞬態事件期間准許渦輪100之延長使用及控制以給保護反應器或電廠完整性之其他緊急系統 供電。
因此闡述實例性實施例及方法，熟習此項技術者將瞭解，實例性實施例可透過常規實驗而變化及替代同時仍歸屬於以下申請專利範圍之範疇內。舉例而言，儘管與核電廠中之RCIC或HPIC渦輪一起闡述實例性實施例，但應理解，可與其中電力之損失影響用以控制及/或使用渦輪之能力之任何渦輪一起使用實例性實施例及方法。此等變化形式不應視為背離以下申請專利範圍之範疇。
50‧‧‧電廠緊急配電源/緊急配電源/電廠緊急配電系統/緊急配電系統
51‧‧‧電力/電輸出/緊急配電系統電輸出
55‧‧‧流量控制器/控制室流量控制器/控制器
56‧‧‧流量控制信號/信號
60‧‧‧速度控制器/渦輪速度控制器/控制器
61‧‧‧速度資訊/信號
62‧‧‧速度控制信號/信號
100‧‧‧渦輪/較大渦輪/反應器冷卻劑泵渦輪
101‧‧‧源蒸汽
102‧‧‧飽和蒸汽
105‧‧‧現有機械輸出/所提取能量/電力/電力輸出/渦輪輸出/輸出/機械功率輸出
500‧‧‧發電機
501‧‧‧濾波器
505‧‧‧隔離二極體
515‧‧‧機械能量
551‧‧‧電力/電輸出
1000‧‧‧實例性實施例可容錯渦輪速度控制系統/實例性系統
圖1係一習用商業核反應器渦輪流量控制系統之一示意圖。
圖2係一實例性實施例可容錯渦輪速度控制系統之一示意圖。
50‧‧‧電廠緊急配電源/緊急配電源/電廠緊急配電系統/緊急配電系統
51‧‧‧電力/電輸出/緊急配電系統電輸出
55‧‧‧流量控制器/控制室流量控制器/控制器
56‧‧‧流量控制信號/信號
60‧‧‧速度控制器/渦輪速度控制器/控制器
61‧‧‧速度資訊/信號
62‧‧‧速度控制信號/信號
100‧‧‧渦輪/較大渦輪/反應器冷卻劑泵渦輪
101‧‧‧源蒸汽
102‧‧‧飽和蒸汽
105‧‧‧現有機械輸出/所提取能量/電力/電力輸出/渦輪輸出/輸出/機械功率輸出
500‧‧‧發電機
501‧‧‧濾波器
505‧‧‧隔離二極體
515‧‧‧機械能量
551‧‧‧電力/電輸出
1000‧‧‧實例性實施例可容錯渦輪速度控制系統/實例性系統

Claims (5)

  1. 一種核電廠緊急配電系統，其包括：一渦輪，其經組態以供電給用於一核反應器之一冷卻劑泵；一速度控制器，其經組態以監視該渦輪之速度及控制該渦輪之速度；一控制室流量控制器，其經組態以從該速度控制器接收渦輪速度資訊及傳輸渦輪速度命令至該速度控制器；及一渦輪速度控制系統，其包括：一發電機，其安裝於一渦輪上，其中該發電機由該渦輪產生電力；一直接電連接，其在該發電機與用於該渦輪之一速度控制器及用於該速度控制器之一控制室流量控制器之間，其中該電連接准許該速度控制器及控制室流量控制器藉助該電力之操作；及一緊急配電系統，其連接至該電連接，其中該速度控制器及控制室流量控制器經組態以使得該速度控制器及控制室流量控制器藉助該電力之該操作准許在該緊急配電系統失敗的情形下控制該渦輪。
  2. 如請求項1之系統，其中該發電機係一AC或DC200瓦特發電機。
  3. 如請求項1或2之系統，其中該電連接包含至少一個隔離二極體及濾波器以調節提供至該速度控制器及/或控制室流量控制器之該電力。
  4. 如請求項3之系統，其中該濾波器係一電容器。
  5. 如請求項1或2之系統，其中該渦輪係一核電廠中之一反應器核心隔離冷卻(RCIC)渦輪及一高壓噴射冷卻(HPIC)渦輪中之一者。
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