発電プラントの所内電源設備
【課題】所内母線の受電先切り替えの際における一時停電時での所内母線の電圧低下幅をさらに低減できる発電プラントの所内電源設備を提供する。
【解決手段】発電機１、及び送電回路２の主変圧器４等で電気事故が発生した場合には、保護装置２７によってその電気事故が検知される。保護装置２７は、主変圧器遮断器５及び受電遮断器１４を開放し、発電機１を停止させる。保護装置２７は、同時に、電源制御装置２３に回生モード開始指令を出力する。電源制御装置２３は、その指令に基づいて静止形可変電圧可変周波数電源装置１９を通常運転モードから回生モードに切り替える。静止形可変電圧可変周波数電源装置１９は、回生モードで静止形可変電圧可変周波数電源装置１９に接続される電動機７の慣性エネルギーを電気エネルギーに変換して所内高圧母線１１に電力として供給する。
【解決手段】発電機１、及び送電回路２の主変圧器４等で電気事故が発生した場合には、保護装置２７によってその電気事故が検知される。保護装置２７は、主変圧器遮断器５及び受電遮断器１４を開放し、発電機１を停止させる。保護装置２７は、同時に、電源制御装置２３に回生モード開始指令を出力する。電源制御装置２３は、その指令に基づいて静止形可変電圧可変周波数電源装置１９を通常運転モードから回生モードに切り替える。静止形可変電圧可変周波数電源装置１９は、回生モードで静止形可変電圧可変周波数電源装置１９に接続される電動機７の慣性エネルギーを電気エネルギーに変換して所内高圧母線１１に電力として供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電プラントの所内電源設備に係り、特に、沸騰水型原子力発電プラント等の原子力発電プラントの適用するのに好適な発電プラントの所内電源設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラント等の発電プラントは、プラントの運転に必要な電力を供給する所内電源設備を備えている。この所内電源設備の例が、特開平６−５４４４２号公報に記載されている。原子力発電プラントでは、原子炉で発生した蒸気を用いてタービンを駆動し、タービンに連結された発電機を回転させて電力を発生する。発生した電力は、主変圧器を介して外部の送電線に供給される。発電機で発生した電力の一部は、所内変圧器及び第１受電遮断器を介して所内常用交流母線に供給され、この交流母線に接続された各電動機を回転させる。
【０００３】
原子力発電プラントでは、原子炉の炉心に冷却水を供給する再循環ポンプを電動機で駆動している。この電動機は静止形可変電圧可変周波数電源装置を介して所内常用交流母線に接続される。静止形可変電圧可変周波数電源装置は、所内常用交流母線から供給される電力の電圧の周波数を制御することによって電動機の回転数を調節し、再循環ポンプの回転数を変え、炉心に供給する冷却水の流量を調節する機能を有する。
【０００４】
例えば、発電機が停止される事故が発生して主変圧器も異常状態になった場合には、所内常用交流母線への電力の供給が途絶えてしまう。このような事態を避けるため、発電プラントの所内電源設備は、バックアップ用として、外部の送電線から電力の供給を受ける所内共用交流母線に、連絡遮断器を介して所内常用交流母線を接続できるように構成されている。所内共用交流母線は、変圧器及び第２受電遮断器を介して送電線に接続される。
【０００５】
発電機が停止される事故が発生して主変圧器も異常状態になった場合、特開平６−５４４４２号公報記載の所内電源設備では、第１受電遮断器が開放され、連絡遮断器が閉じられる母線切り替えが行われる。この母線切り替えによって、所内常用交流母線には、第１受電遮断器からではなく連絡遮断器を通して電力が供給される。所内常用交流母線に接続される電動機等の所内負荷に電力を供給することが可能になる。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−５４４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開平６−５４４４２号公報に記載の所内電源設備は、原子力発電プラントの発電機周りに何らかの異常が発生したとき、所内常用交流母線を所内共用交流母線に接続する母線切り替えが行われる。この母線切り替えにおいては、所内常用交流母線に接続される受電遮断器が開放された後に連絡遮断器が閉じられので、所内常用交流母線は一時停電状態になる。このとき、特開平６−５４４４２号公報では、静止形可変電圧可変周波数電源装置が所内常用交流母線から切り離され、所内常用交流母線に接続された他の電動機が有する慣性エネルギーに基づいて所内常用交流母線に電気エネルギーが供給されるので、母線切り替え時における一時停電において所内常用交流母線の残留電圧が急激に減少することを防止している。
【０００８】
しかしながら、特開平６−５４４４２号公報では、静止形可変電圧可変周波数電源装置に接続された再循環ポンプの慣性エネルギーに基づいて発生する電気エネルギーを所内常用交流母線に戻すことはできない。
【０００９】
本発明の目的は、所内母線の受電先切り替えの際における一時停電時での所内母線の電圧低下幅をさらに低減できる発電プラントの所内電源設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、発電機で発生された電力及び送電線からの電力のいずれかを降圧する第１変圧器及び第１受電遮断器を有する第１給電系統と、送電線からの電力を降圧する第２変圧器及び第２受電遮断器を有するバックアップの第２給電系統と、第１受電遮断器及び第２受電遮断器に接続される所内母線と、所内母線に接続される静止形可変電圧可変周波数電源装置と、発電機、発電機と送電線を接続して主変圧器を含む送電回路、及び所内変圧器のいずれかで電気事故が発生したとき、又は発電機の駆動が停止される発電プラントの事故が発生したとき、静止形可変電圧可変周波数電源装置を、静止形可変電圧可変周波数電源装置に接続される電動機の慣性エネルギーから生成された電気エネルギーを電力として所内母線に供給する回生モードに切り替える電源制御装置とを備えたことにある。
【００１１】
電気事故または発電プラントの事故が発生して所内母線の受電先を第１変圧器から第２変圧器に切り替える際、電気事故発生信号または発電プラント事故信号により、静止形可変電圧可変周波数電源装置を回生モードに切り替えるので、静止形可変電圧可変周波数電源装置に接続された電動機の慣性エネルギー及び残留磁束を電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを電力として静止形可変電圧可変周波数電源装置から所内母線に給電することができる。したがって、電気事故または発電プラントの事故が発生した場合において、所内母線の受電先切り替えの際における一時停電時での所内母線の電圧低下幅を、従来の所内電源設備よりもさらに低減することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、所内母線の受電先切り替えの際における一時停電時での所内母線の電圧低下幅をさらに低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
発明者らは、所内母線の受電先切り替えの際における一時停電時での所内母線の電圧低下幅をさらに低減する方策を検討した。このとき、負荷遮断器及び静止形可変電圧可変周波数電源装置を介して所内母線に接続される電動機（例えば、炉心に冷却水を供給する再循環ポンプを駆動する電動機）の回転エネルギーに基づいて得られる電気エネルギーを所内母線に供給すれば、その一時停電時において所内母線の電圧低下幅をさらに低減できることを発明者らは見出した。そして、静止形可変電圧可変周波数電源装置に接続される電動機の慣性エネルギーを電気エネルギーに変換するため、発明者らは静止形可変電圧可変周波数電源装置を回生モードに切り替えるという技術的思想を適用することを考え付いたのである。
【００１４】
このような技術的思想を適用した本発明の実施例を、以下に説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明の好適な一実施例である実施例１の発電プラントの所内電源設備を、図１及び図２を用いて説明する。発電プラント、例えば、沸騰水型原子力発電プラント（以下、ＢＷＲプラントという）は、原子炉で発生した蒸気を用いて回転される発電機１を備えている。送電回路２が発電機１に接続されている。負荷開閉器３、主変圧器４及び主変圧器遮断器５を接続する送電回路２は、外部の送電線６に接続される。ＢＷＲプラントは、原子炉の原子炉圧力容器内の炉心に冷却水を供給する再循環ポンプ（例えば、インターナルポンプ）（図示せず）を有し、この再循環ポンプを駆動する電動機７を備えている。複数のインターナルポンプは、原子炉圧力容器の底部に設けられている。
また、原子炉圧力容器に再循環系を設置しているＢＷＲプラントでは、その再循環ポンプは、再循環系を構成する再循環系配管に設置された再循環ポンプである。ＢＷＲプラントは、各系統（炉水浄化系、補機冷却系等）に設けられた各ポンプを駆動する電動機（例えば、電動機８Ａ，８Ｂ）を有する。
【００１６】
本実施例の発電プラントの所内電源設備１０は、所内母線である所内高圧母線１１、送電回路２及び所内高圧母線１１に接続される所内側常時給電回路１２、送電線６及び所内高圧母線１１に接続されるバックアップ回路１５、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９、電源制御装置２３、保護装置２７、所内側常時給電回路１２に設けられた所内変圧器１３及び受電遮断器１４、及びバックアップ回路１５に設けられた遮断器１６、変圧器１７及び受電遮断器１８を備えている。計器用変圧器２８が所内高圧母線１１に接続され、計器用変圧器２９が変圧器１７と受電遮断器１８の間でバックアップ回路１５に接続される。負荷給電用遮断器３０，３１Ａ，３１Ｂが所内高圧母線１１に接続されている。電動機８Ａが負荷給電用遮断器３１Ａに、電動機８Ｂが負荷給電用遮断器３１Ｂにそれぞれ接続される。静止形可変電圧可変周波数電源装置１９が負荷給電用遮断器３０に接続され、電動機７が静止形可変電圧可変周波数電源装置１９に接続される。電源制御装置２３は、受電遮断器１８、保護装置２７及び計器用変圧器２８，２９に接続される。所内電源設備１０は低圧同期方式の発電プラントの所内電源設備である。
【００１７】
静止形可変電圧可変周波数電源装置１９の詳細な構成を、図２を用いて説明する。静止形可変電圧可変周波数電源装置１９は、整流器２０、平滑回路２１及びインバータ２２を有する。ＢＷＲプラントの通常運転時で所内電源設備１０が正常に機能しているとき、整流器２０、平滑回路２１及びインバータ２２は以下の機能を発揮する。整流器２０は所内高圧母線１１からの入力電圧（交流）を直流電圧に変換する。平滑回路２１は整流器２０から出力された直流電圧のリップルを低減する。インバータ２２は、平滑回路２１から出力された直流電圧をある周波数の交流電圧に変換し、この交流電圧を電動機７に供給する。これにより、電動機７に接続された再循環ポンプ（例えば、インターナルポンプまたは再循環系ポンプ）が駆動され、炉心に冷却水を供給することができる。
【００１８】
ＢＷＲプラントが正常に運転されている状態では、発電機１で発生した電力が、負荷開閉器３、主変圧器４及び主変圧器遮断器５を介して送電回路２により、送電線６に導かれ、送電線６により工場及び家庭等に送られる。発電機負荷開閉器３及び主変圧器遮断器５は閉じている。発電機１で発生した電力の一部は、所内変圧器１３及び閉じている受電遮断器１４を介して所内側常時給電回路１２により所内高圧母線１１に供給される。所内変圧器１３は所内高圧母線１１側の二次側電圧を送電回路２側の一次側電圧よりも所定値だけ降下させる。負荷給電用遮断器３１Ａ，３１Ｂが閉じられているので、所内高圧母線１１の電力が電動機８Ａ，８Ｂに供給され、これらの電動機が回転される。この結果、これらの電動機に連結された各ポンプも回転される。
【００１９】
負荷給電用遮断器３０も閉じられているので、所内高圧母線１１の電力は、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９に供給される。静止形可変電圧可変周波数電源装置１９は電源制御装置２３により通常運転モードで制御されており（図２参照）、この通常運転モードでは整流器２０、平滑回路２１及びインバータ２２は前述したように作用する。このとき、電力は図２に示す矢印のように流れ、電動機７にはインバータ２２から周波数が調節された交流電圧が供給される。このため、電動機７で駆動される再循環ポンプの回転数を制御することができ、炉心に供給する冷却水流量を調節することができる。ＢＷＲプラントの原子炉の出力は、その冷却水流量の調節により制御することができる。
【００２０】
発電機１が停止したとき、負荷開閉器３が開放され、主変圧器遮断器４、主変圧器３、所内変圧器５及び受電遮断器６を介して所内側常時給電回路１２によって、外部の送電線６から所内高圧母線１１への給電が行われる。
【００２１】
もし、発電機１、若しくは送電回路２の主変圧器４等で電気事故が発生すると、発電機１及び主変圧器４等の状態を監視する保護装置２７によってその電気事故が検知される。保護装置２７は、電気事故を検知すると、主変圧器遮断器５及び受電遮断器１４に開放指令を出力し、発電機１に停止指令を出力する。開放指令を入力した主変圧器遮断器５及び受電遮断器１４は開放され、停止指令の出力によって発電機界磁遮断器（図示せず）が開放されて発電機１の回転が停止される。このとき、主蒸気配管に設けられた蒸気供給用の弁（例えば主蒸気隔離弁等）が閉じられ、タービンへの上記の供給が停止される。保護装置２７は、停止指令及び開放指令を出力すると同時に、電源制御装置２３にモード切り替え指令である回生モード開始指令（電気事故発生信号）（図２〜図４では「回生運転開始指令」と記載）を出力する。その電気事故の影響は、主変圧器遮断器４の開放によって除去される。しかしながら、保護装置２７は、一旦、電気事故を検知した場合には電気事故の要因が除去されたことを確認してオペレータがリセット操作を行うまでその状態を保持する構成になっている。
【００２２】
電源制御装置２３は、入力した回生モード開始指令に基づいて静止形可変電圧可変周波数電源装置１９を通常運転モードの運転から回生モードの運転に切り替える。通常運転モードは所内高圧母線１１から受電した電力を電動機７に出力するモードであり（図２参照）、回生モードは電動機７の慣性エネルギーを電気エネルギーに変換して所内高圧母線１１に電力を供給するモードである（図３参照）。具体的には、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９の「通常運転モード」では、整流器２０で所内高圧母線１１から給電される交流電圧を直流電圧に変換し、インバータ２２によりその直流電圧をある周波数の交流電圧に変換して電動機７に供給する。静止形可変電圧可変周波数電源装置１９の「回生モード」では、インバータ２２を整流器として動作させ、整流器２０にインバータとして動作させることにより、誘導発電機として振舞っている電動機７で発生する電力が、図３に示す矢印のように流れ、所内高圧母線１１に供給される。インバータ２２は、回生モード開始指令の入力によって電源制御装置２３で生成される回生モード指令に基づいて整流器として動作する。整流器２０はその回生モード指令に基づいてインバータとして動作する。整流器２０及びインバータ２２は、交流−直流変換及び直流−交流変換の２象限で動作可能である。
【００２３】
本実施例は、電動機８Ａ，８Ｂの慣性エネルギー及び残留磁束からだけでなく電動機７の慣性エネルギー及び残留磁束から発生する電気エネルギーも所内高圧母線１１に供給することができる。したがって、発電機１、及び送電回路２の主変圧器４等で電気事故が発生し、受電遮断器１４が開放されて受電遮断器１８が閉じるまでの間、所内高圧母線１１の電圧の低減幅は、特開平６−５４４４２号公報に記載された所内電源設備におけるそれよりも小さくなる。
【００２４】
電動機７，８Ａ，８Ｂの慣性エネルギー及び残留磁束は電気エネルギーへの変換に伴って低下し、所内高圧母線１１の電圧値及び電圧位相が変化する。しかしながら、本実施例では、計器用変圧器２８により得られる所内高圧母線１１の電圧位相の情報（母線電圧位相信号）、及び計器用変圧器２９により得られる変圧器１７の二次側の電圧位相の情報（変圧器二次電圧位相信号）が、電源制御装置２３に入力される。電源制御装置２３は、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９の回生モードにおいて、インバータとして機能している整流器２０を所内高圧母線１１の電圧位相及び変圧器１７の二次側の電圧位相に基づいて制御し、回生モード終了時において、所内高圧母線１１の電圧位相を変圧器１７の二次側の電圧位相と同期させるように、回生により整流器２０から出力される交流電圧の位相を制御する。このように、電源制御装置２３によって電圧位相が調節された電力がインバータとして機能している整流器２０から所内高圧母線７に供給される。
【００２５】
保護装置２７は、開放指令の出力後に受電遮断器１４の開放が検知されたとき、受電遮断器１８に対して閉路指令を出力する。受電遮断器１８は閉路指令を入力することによって閉じられる。受電遮断器１４は開放及び閉路時に動作する接点（図示せず）を有しており、この接点の動作により受電遮断器１４の開放及び閉路が検知される。送電線６の電力が、閉じられた遮断器１６、変圧器１７及び閉じられた受電遮断器１８を介してバックアップ回路１５により所内高圧母線１１に供給される。変圧器１７は所内高圧母線１１側の二次側電圧を送電線６側の一次側電圧よりも所定値だけ降下させる。受電遮断器１８が閉じられることによって、所内高圧母線１１への電力の供給先がバックアップ回路１５に切り替えられ、電動機８Ａ，８Ｂが再起動される。受電遮断器１８が閉じられたときに発生する閉信号（回生モード終了指令）（図２〜図４では「回生運転終了指令」と記載）が電源制御装置２３に入力される。受電遮断器１８も開放及び閉路時に動作する接点（図示せず）を有しており、この接点の動作により受電遮断器１８の開放及び閉路が検知される。回生モード終了指令はその接点が閉じられたときに発生する。電源制御装置２３は、入力した回生モード終了指令に基づいて静止形可変電圧可変周波数電源装置１９を回生モードから通常運転モードに切り替える（図４参照）。このモード切り替えによって、電力は図４に示す矢印のように流れる。すなわち、整流器２０は所内高圧母線１１からの交流電圧を直流電圧に変換し、インバータ２２はその直流電圧をある周波数の交流電圧に変換する。電動機７はその交流電圧を入力して回転され、電動機７に接続された再循環ポンプが再起動される。
【００２６】
本実施例は、発電機１、若しくは送電回路２の主変圧器４等で電気事故が発生して所内高圧母線１１の受電先を所内変圧器１３から変圧器１７に切り替える際、電気事故発生信号により、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９を通常運転モードから回生モードに切り替えることができる。このため、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９に接続された電動機７の慣性エネルギー及び残留磁束を電気エネルギーに変換し、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９より所内高圧母線１１に給電することができるので、電気事故時の所内高圧母線１１の受電先切り替えの際における一時停電時での所内高圧母線１１の電圧低下幅を、特開平６−５４４４２号公報に記載された所内電源設備よりもさらに低減することができる。
【００２７】
本実施例は、その一時停電時において所内高圧母線１１の電圧低下幅を低減できるので、所内高圧母線１１に接続されている補助継電器（図示せず）が開放され、所内高圧母線１１から電力の供給を受けている補機の予定外の停止及び電源喪失による警報の発報を防止することができる。上記した補機としては、所内高圧母線１１に接続されて所内高圧母線１１から給電されている低圧母線に配線用遮断器（ＭＣＣＢ）を介して接続された負荷（小型の空調機器、大型補機の油供給用のポンプ等）がある。受電先の切り替え完了後におけるＢＷＲプラントの状態維持に対する悪影響を解消することができる。
【００２８】
電源制御装置２３が、所内高圧母線１１に接続した計器用変圧器２８、及びバックアップ回路１５に接続された計器用変圧器２９のそれぞれから得られる各電圧位相の情報に基づいて、回生モード終了時において、所内高圧母線１１の電圧位相が変圧器１７の二次側の電圧位相と同期するように、整流器２０から出力される交流電圧の位相を制御するので、本実施例は、バックアップ回路１５から所内高圧母線１１への給電が開始されたとき、所内高圧母線１１の電圧位相と変圧器１７の二次側の電圧位相の位相差によって発生する過渡電圧及び突入電流の発生を抑制することができる。このため、本実施例の所内電源設備では、電動機及び関連設備における過渡電圧及び突入電流に対する対応策が不要になる。
【実施例２】
【００２９】
本発明の他の実施例である実施例２の発電プラントの所内電源設備を、図５を用いて説明する。本実施例の発電プラントの所内電源設備１０Ａも、ＢＷＲプラントに適用される低圧同期方式の発電プラントの所内電源設備である。所内電源設備１０Ａは、所内電源設備１０において電源制御装置２３を電源制御装置２３Ａに替え、さらに計器用変圧器２９を削除した構成を有する。電源制御装置２３Ａは、受電遮断器１８、保護装置２７及び計器用変圧器２８に接続される。所内電源設備１０Ａの他の構成は所内電源設備１０と同じである。
【００３０】
本実施例も、発電機１、及び送電回路２の主変圧器４等で電気事故が発生して所内高圧母線１１の受電先を所内変圧器１３から変圧器１７に切替える際において、保護装置２７から回生モード開始指令が出力されたとき、実施例１と同様に、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９が回生モードに切り替えられる。これによって、電動機７の慣性エネルギー及び残留磁束を電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９を介して所内高圧母線１１に供給することができる。
【００３１】
この回生モードにおいて、電源制御装置２３Ａは、計器用変圧器２８で得られた所内高圧母線１１の電圧位相を入力する。電源制御装置２３Ａは、実施例１における電源制御装置２３のように計器用変圧器２９で得られる電圧位相の情報を入力していない。電源制御装置２３Ａは、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９が回生モードになっているとき、計器用変圧器２８で得られた電圧位相に基づいて、インバータとして機能している整流器２０を制御する。その電圧位相と同期した電圧位相を有する電力がインバータとして機能している整流器２０から所内高圧母線１１に給電される。
【００３２】
本実施例は、実施例１と同様に、電気事故時の所内高圧母線１１の受電先切り替えの際における一時停電時での所内高圧母線１１の電圧低下幅を、特開平６−５４４４２号公報に記載された所内電源設備よりもさらに低減することができる。
【実施例３】
【００３３】
本発明の他の実施例である実施例３の発電プラントの所内電源設備を、図６を用いて説明する。本実施例の発電プラントの所内電源設備１０Ｂも、ＢＷＲプラントに適用される低圧同期方式の発電プラントの所内電源設備である。所内電源設備１０Ｂは、所内電源設備１０において電源制御装置２３を電源制御装置２３Ｂに替え、さらに計器用変圧器２８を削除した構成を有する。電源制御装置２３Ｂは、受電遮断器１８、保護装置２７及び計器用変圧器２９に接続される。所内電源設備１０Ｂの他の構成は所内電源設備１０と同じである。
【００３４】
本実施例も、保護装置２７から回生モード開始指令が出力されたとき、実施例１と同様に、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９が回生モードに切り替えられ、電動機７の慣性エネルギー及び残留磁束から生成された電気エネルギーが、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９を介して所内高圧母線１１に供給される。
【００３５】
この回生モードにおいて、電源制御装置２３Ｂは、計器用変圧器２９で得られた変圧器１７の二次側の電圧位相を入力する。電源制御装置２３Ｂは、実施例１における電源制御装置２３のように計器用変圧器２８で得られる電圧位相の情報を入力していない。電源制御装置２３Ｂは、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９が回生モードになっているとき、計器用変圧器２９で得られた電圧位相に基づいて、インバータとして機能している整流器２０を制御する。この結果、その電圧位相と同期した電圧位相を有する電力がインバータとして機能している整流器２０から所内高圧母線１１に給電される。
【００３６】
本実施例は、実施例１と同様に、電気事故時の所内高圧母線１１の受電先切り替えの際における一時停電時での所内高圧母線１１の電圧低下幅を、特開平６−５４４４２号公報に記載された所内電源設備よりもさらに低減することができる。
【００３７】
所内高圧母線１１に接続されている電動機が少ない場合、所内高圧母線１１への給電先を所内側常時給電回路１２からバックアップ回路１５に切り替えている間、（１）所内高圧母線１１の電圧位相が、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９の回生モードによって供給される電力に大きく支配されており、及び（２）その切り替え操作の前において所内高圧母線１１が受電していた所内変圧器１３の二次側の電圧位相が変圧器１７の二次側の電圧位相にほぼ同期するので、切り替え後に接続されるバックアップ回路１５の変圧器１７の二次側の電圧位相を計器変圧器２９によって検知し、その電圧位相と同期した電圧位相を有する電力がインバータとして機能している整流器２０から所内高圧母線１１に給電される。
【００３８】
したがって、本実施例は、バックアップ回路１５から所内高圧母線１１への電力の供給が開始されたときにおける所内高圧母線１１の電圧位相と変圧器１７の二次側の電圧位相の位相差によって発生する過渡電圧及び突入電流の発生を抑制することができる。本実施例は、実施例１と同様に、電動機及び関連設備における過渡電圧及び突入電流に対する対応策が不要になる。
【実施例４】
【００３９】
本発明の他の実施例である実施例４の発電プラントの所内電源設備を、図７を用いて説明する。本実施例の発電プラントの所内電源設備１０Ｃは、実施例１〜３と異なり、ＢＷＲプラントに適用される高圧同期方式の発電プラントの所内電源設備である。所内電源設備１０Ｃは、所内電源設備１０において電源制御装置２３を電源制御装置２３Ｃに替えた構成を有する。電源制御装置２３Ｃは、受電遮断器１８及び保護装置２７に接続される。電源制御装置２３Ｃは、実施例１で述べた回生モード開始指令及び閉路指令だけでなく、ＢＷＲプラントの保護装置２７から出力されるプラント事故信号を入力する。所内電源設備１０Ｃの他の構成は所内電源設備１０と同じである。
【００４０】
高圧同期方式の所内電源設備は、発電機１、及び送電回路２の主変圧器４等での電気事故以外に、発電機１が停止する発電プラントの事故（発電機１を駆動するタービンの回転を停止させる事故、及びタービンに蒸気を供給する原子炉（火力発電プラントではボイラ）の運転を停止させる事故）が発生した場合に、所内高圧母線１１の受電先を所内変圧器１３から変圧器１７に切り替える。
【００４１】
上記の発電プラントの事故、すなわちＢＷＲプラントでの事故発生を示すプラント事故信号が、保護装置２７から出力されたとき、そのプラント事故信号は電源制御装置２３Ｃに入力される。電源制御装置２３Ｃは、入力したプラント事故信号に基づいて回生モード指令を生成し、この回生モード指令を静止形可変電圧可変周波数電源装置１９の整流器２０及びインバータ２２に出力する。回生モード指令を入力した静止形可変電圧可変周波数電源装置１９は、実施例１と同様に、通常運転モードから回生モードに切り替えられる。電源制御装置２３Ｃは回生モード開始指令及びプラント事故信号のいずれかを入力したとき、回生モード指令を静止形可変電圧可変周波数電源装置１９に出力する。
【００４２】
本実施例は、電気事故のときだけでなく、タービンが回転できなくなるＢＷＲプラントの事故においても、所内高圧母線１１の受電先切り替えの際における一時停電時での所内高圧母線１１の電圧低下幅をさらに低減することができる。本実施例は、実施例１と同様に、所内高圧母線１１の電圧位相と変圧器１７の二次側の電圧位相の位相差によって発生する過渡電圧及び突入電流の発生を抑制することができる。
【００４３】
実施例２において電源制御装置２３Ａを電源制御装置２３Ｃに替え、実施例３において電源制御装置２３Ｂを電源制御装置２３Ｃに替え、それぞれの電源制御装置２３Ｃにプラント事故信号を入力させる構成を採用することによって、それぞれの実施例に対応した高圧同期方式の発電プラントの所内電源設備を得ることができる。
【００４４】
以上に述べた各実施例は、ＢＷＲプラントに適用した例であるが、加圧水型原子力発電プラント等の他の原子力発電プラント、火力発電プラント及び水力発電プラントにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の発電プラントの所内電源設備の構成図である。
【図２】図１に示す静止形可変電圧可変周波数電源装置の詳細構成、及び通常運転時における電源制御装置の制御状態を示す説明図である。
【図３】回生モードにおける電源制御装置の制御状態を示す説明図である。
【図４】所内高圧母線の受電先の切り替えが完了した後における電源制御装置の制御状態を示す説明図である。
【図５】本発明の他の実施例である実施例２の発電プラントの所内電源設備の構成図である。
【図６】本発明の他の実施例である実施例３の発電プラントの所内電源設備の構成図である。
【図７】本発明の他の実施例である実施例４の発電プラントの所内電源設備の構成図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…発電機、２…送電回路、３，３０，３１Ａ，３１Ｂ…負荷開閉器、４…主変圧器、５…主変圧器遮断器、７，８Ａ，８Ｂ…電動機、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…発電プラントの所内電源設備、１１…所内高圧母線、１２…所内側常時給電回路、１３…所内変圧器、１４，１８…受電遮断器、１５…バックアップ回路、１７…変圧器、１９…静止形可変電圧可変周波数電源装置、２０…整流器、２２…インバータ、２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ…電源制御装置、２７…保護装置、２８，２９…計器用変圧器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電プラントの所内電源設備に係り、特に、沸騰水型原子力発電プラント等の原子力発電プラントの適用するのに好適な発電プラントの所内電源設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラント等の発電プラントは、プラントの運転に必要な電力を供給する所内電源設備を備えている。この所内電源設備の例が、特開平６−５４４４２号公報に記載されている。原子力発電プラントでは、原子炉で発生した蒸気を用いてタービンを駆動し、タービンに連結された発電機を回転させて電力を発生する。発生した電力は、主変圧器を介して外部の送電線に供給される。発電機で発生した電力の一部は、所内変圧器及び第１受電遮断器を介して所内常用交流母線に供給され、この交流母線に接続された各電動機を回転させる。
【０００３】
原子力発電プラントでは、原子炉の炉心に冷却水を供給する再循環ポンプを電動機で駆動している。この電動機は静止形可変電圧可変周波数電源装置を介して所内常用交流母線に接続される。静止形可変電圧可変周波数電源装置は、所内常用交流母線から供給される電力の電圧の周波数を制御することによって電動機の回転数を調節し、再循環ポンプの回転数を変え、炉心に供給する冷却水の流量を調節する機能を有する。
【０００４】
例えば、発電機が停止される事故が発生して主変圧器も異常状態になった場合には、所内常用交流母線への電力の供給が途絶えてしまう。このような事態を避けるため、発電プラントの所内電源設備は、バックアップ用として、外部の送電線から電力の供給を受ける所内共用交流母線に、連絡遮断器を介して所内常用交流母線を接続できるように構成されている。所内共用交流母線は、変圧器及び第２受電遮断器を介して送電線に接続される。
【０００５】
発電機が停止される事故が発生して主変圧器も異常状態になった場合、特開平６−５４４４２号公報記載の所内電源設備では、第１受電遮断器が開放され、連絡遮断器が閉じられる母線切り替えが行われる。この母線切り替えによって、所内常用交流母線には、第１受電遮断器からではなく連絡遮断器を通して電力が供給される。所内常用交流母線に接続される電動機等の所内負荷に電力を供給することが可能になる。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−５４４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開平６−５４４４２号公報に記載の所内電源設備は、原子力発電プラントの発電機周りに何らかの異常が発生したとき、所内常用交流母線を所内共用交流母線に接続する母線切り替えが行われる。この母線切り替えにおいては、所内常用交流母線に接続される受電遮断器が開放された後に連絡遮断器が閉じられので、所内常用交流母線は一時停電状態になる。このとき、特開平６−５４４４２号公報では、静止形可変電圧可変周波数電源装置が所内常用交流母線から切り離され、所内常用交流母線に接続された他の電動機が有する慣性エネルギーに基づいて所内常用交流母線に電気エネルギーが供給されるので、母線切り替え時における一時停電において所内常用交流母線の残留電圧が急激に減少することを防止している。
【０００８】
しかしながら、特開平６−５４４４２号公報では、静止形可変電圧可変周波数電源装置に接続された再循環ポンプの慣性エネルギーに基づいて発生する電気エネルギーを所内常用交流母線に戻すことはできない。
【０００９】
本発明の目的は、所内母線の受電先切り替えの際における一時停電時での所内母線の電圧低下幅をさらに低減できる発電プラントの所内電源設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、発電機で発生された電力及び送電線からの電力のいずれかを降圧する第１変圧器及び第１受電遮断器を有する第１給電系統と、送電線からの電力を降圧する第２変圧器及び第２受電遮断器を有するバックアップの第２給電系統と、第１受電遮断器及び第２受電遮断器に接続される所内母線と、所内母線に接続される静止形可変電圧可変周波数電源装置と、発電機、発電機と送電線を接続して主変圧器を含む送電回路、及び所内変圧器のいずれかで電気事故が発生したとき、又は発電機の駆動が停止される発電プラントの事故が発生したとき、静止形可変電圧可変周波数電源装置を、静止形可変電圧可変周波数電源装置に接続される電動機の慣性エネルギーから生成された電気エネルギーを電力として所内母線に供給する回生モードに切り替える電源制御装置とを備えたことにある。
【００１１】
電気事故または発電プラントの事故が発生して所内母線の受電先を第１変圧器から第２変圧器に切り替える際、電気事故発生信号または発電プラント事故信号により、静止形可変電圧可変周波数電源装置を回生モードに切り替えるので、静止形可変電圧可変周波数電源装置に接続された電動機の慣性エネルギー及び残留磁束を電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを電力として静止形可変電圧可変周波数電源装置から所内母線に給電することができる。したがって、電気事故または発電プラントの事故が発生した場合において、所内母線の受電先切り替えの際における一時停電時での所内母線の電圧低下幅を、従来の所内電源設備よりもさらに低減することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、所内母線の受電先切り替えの際における一時停電時での所内母線の電圧低下幅をさらに低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
発明者らは、所内母線の受電先切り替えの際における一時停電時での所内母線の電圧低下幅をさらに低減する方策を検討した。このとき、負荷遮断器及び静止形可変電圧可変周波数電源装置を介して所内母線に接続される電動機（例えば、炉心に冷却水を供給する再循環ポンプを駆動する電動機）の回転エネルギーに基づいて得られる電気エネルギーを所内母線に供給すれば、その一時停電時において所内母線の電圧低下幅をさらに低減できることを発明者らは見出した。そして、静止形可変電圧可変周波数電源装置に接続される電動機の慣性エネルギーを電気エネルギーに変換するため、発明者らは静止形可変電圧可変周波数電源装置を回生モードに切り替えるという技術的思想を適用することを考え付いたのである。
【００１４】
このような技術的思想を適用した本発明の実施例を、以下に説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明の好適な一実施例である実施例１の発電プラントの所内電源設備を、図１及び図２を用いて説明する。発電プラント、例えば、沸騰水型原子力発電プラント（以下、ＢＷＲプラントという）は、原子炉で発生した蒸気を用いて回転される発電機１を備えている。送電回路２が発電機１に接続されている。負荷開閉器３、主変圧器４及び主変圧器遮断器５を接続する送電回路２は、外部の送電線６に接続される。ＢＷＲプラントは、原子炉の原子炉圧力容器内の炉心に冷却水を供給する再循環ポンプ（例えば、インターナルポンプ）（図示せず）を有し、この再循環ポンプを駆動する電動機７を備えている。複数のインターナルポンプは、原子炉圧力容器の底部に設けられている。
また、原子炉圧力容器に再循環系を設置しているＢＷＲプラントでは、その再循環ポンプは、再循環系を構成する再循環系配管に設置された再循環ポンプである。ＢＷＲプラントは、各系統（炉水浄化系、補機冷却系等）に設けられた各ポンプを駆動する電動機（例えば、電動機８Ａ，８Ｂ）を有する。
【００１６】
本実施例の発電プラントの所内電源設備１０は、所内母線である所内高圧母線１１、送電回路２及び所内高圧母線１１に接続される所内側常時給電回路１２、送電線６及び所内高圧母線１１に接続されるバックアップ回路１５、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９、電源制御装置２３、保護装置２７、所内側常時給電回路１２に設けられた所内変圧器１３及び受電遮断器１４、及びバックアップ回路１５に設けられた遮断器１６、変圧器１７及び受電遮断器１８を備えている。計器用変圧器２８が所内高圧母線１１に接続され、計器用変圧器２９が変圧器１７と受電遮断器１８の間でバックアップ回路１５に接続される。負荷給電用遮断器３０，３１Ａ，３１Ｂが所内高圧母線１１に接続されている。電動機８Ａが負荷給電用遮断器３１Ａに、電動機８Ｂが負荷給電用遮断器３１Ｂにそれぞれ接続される。静止形可変電圧可変周波数電源装置１９が負荷給電用遮断器３０に接続され、電動機７が静止形可変電圧可変周波数電源装置１９に接続される。電源制御装置２３は、受電遮断器１８、保護装置２７及び計器用変圧器２８，２９に接続される。所内電源設備１０は低圧同期方式の発電プラントの所内電源設備である。
【００１７】
静止形可変電圧可変周波数電源装置１９の詳細な構成を、図２を用いて説明する。静止形可変電圧可変周波数電源装置１９は、整流器２０、平滑回路２１及びインバータ２２を有する。ＢＷＲプラントの通常運転時で所内電源設備１０が正常に機能しているとき、整流器２０、平滑回路２１及びインバータ２２は以下の機能を発揮する。整流器２０は所内高圧母線１１からの入力電圧（交流）を直流電圧に変換する。平滑回路２１は整流器２０から出力された直流電圧のリップルを低減する。インバータ２２は、平滑回路２１から出力された直流電圧をある周波数の交流電圧に変換し、この交流電圧を電動機７に供給する。これにより、電動機７に接続された再循環ポンプ（例えば、インターナルポンプまたは再循環系ポンプ）が駆動され、炉心に冷却水を供給することができる。
【００１８】
ＢＷＲプラントが正常に運転されている状態では、発電機１で発生した電力が、負荷開閉器３、主変圧器４及び主変圧器遮断器５を介して送電回路２により、送電線６に導かれ、送電線６により工場及び家庭等に送られる。発電機負荷開閉器３及び主変圧器遮断器５は閉じている。発電機１で発生した電力の一部は、所内変圧器１３及び閉じている受電遮断器１４を介して所内側常時給電回路１２により所内高圧母線１１に供給される。所内変圧器１３は所内高圧母線１１側の二次側電圧を送電回路２側の一次側電圧よりも所定値だけ降下させる。負荷給電用遮断器３１Ａ，３１Ｂが閉じられているので、所内高圧母線１１の電力が電動機８Ａ，８Ｂに供給され、これらの電動機が回転される。この結果、これらの電動機に連結された各ポンプも回転される。
【００１９】
負荷給電用遮断器３０も閉じられているので、所内高圧母線１１の電力は、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９に供給される。静止形可変電圧可変周波数電源装置１９は電源制御装置２３により通常運転モードで制御されており（図２参照）、この通常運転モードでは整流器２０、平滑回路２１及びインバータ２２は前述したように作用する。このとき、電力は図２に示す矢印のように流れ、電動機７にはインバータ２２から周波数が調節された交流電圧が供給される。このため、電動機７で駆動される再循環ポンプの回転数を制御することができ、炉心に供給する冷却水流量を調節することができる。ＢＷＲプラントの原子炉の出力は、その冷却水流量の調節により制御することができる。
【００２０】
発電機１が停止したとき、負荷開閉器３が開放され、主変圧器遮断器４、主変圧器３、所内変圧器５及び受電遮断器６を介して所内側常時給電回路１２によって、外部の送電線６から所内高圧母線１１への給電が行われる。
【００２１】
もし、発電機１、若しくは送電回路２の主変圧器４等で電気事故が発生すると、発電機１及び主変圧器４等の状態を監視する保護装置２７によってその電気事故が検知される。保護装置２７は、電気事故を検知すると、主変圧器遮断器５及び受電遮断器１４に開放指令を出力し、発電機１に停止指令を出力する。開放指令を入力した主変圧器遮断器５及び受電遮断器１４は開放され、停止指令の出力によって発電機界磁遮断器（図示せず）が開放されて発電機１の回転が停止される。このとき、主蒸気配管に設けられた蒸気供給用の弁（例えば主蒸気隔離弁等）が閉じられ、タービンへの上記の供給が停止される。保護装置２７は、停止指令及び開放指令を出力すると同時に、電源制御装置２３にモード切り替え指令である回生モード開始指令（電気事故発生信号）（図２〜図４では「回生運転開始指令」と記載）を出力する。その電気事故の影響は、主変圧器遮断器４の開放によって除去される。しかしながら、保護装置２７は、一旦、電気事故を検知した場合には電気事故の要因が除去されたことを確認してオペレータがリセット操作を行うまでその状態を保持する構成になっている。
【００２２】
電源制御装置２３は、入力した回生モード開始指令に基づいて静止形可変電圧可変周波数電源装置１９を通常運転モードの運転から回生モードの運転に切り替える。通常運転モードは所内高圧母線１１から受電した電力を電動機７に出力するモードであり（図２参照）、回生モードは電動機７の慣性エネルギーを電気エネルギーに変換して所内高圧母線１１に電力を供給するモードである（図３参照）。具体的には、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９の「通常運転モード」では、整流器２０で所内高圧母線１１から給電される交流電圧を直流電圧に変換し、インバータ２２によりその直流電圧をある周波数の交流電圧に変換して電動機７に供給する。静止形可変電圧可変周波数電源装置１９の「回生モード」では、インバータ２２を整流器として動作させ、整流器２０にインバータとして動作させることにより、誘導発電機として振舞っている電動機７で発生する電力が、図３に示す矢印のように流れ、所内高圧母線１１に供給される。インバータ２２は、回生モード開始指令の入力によって電源制御装置２３で生成される回生モード指令に基づいて整流器として動作する。整流器２０はその回生モード指令に基づいてインバータとして動作する。整流器２０及びインバータ２２は、交流−直流変換及び直流−交流変換の２象限で動作可能である。
【００２３】
本実施例は、電動機８Ａ，８Ｂの慣性エネルギー及び残留磁束からだけでなく電動機７の慣性エネルギー及び残留磁束から発生する電気エネルギーも所内高圧母線１１に供給することができる。したがって、発電機１、及び送電回路２の主変圧器４等で電気事故が発生し、受電遮断器１４が開放されて受電遮断器１８が閉じるまでの間、所内高圧母線１１の電圧の低減幅は、特開平６−５４４４２号公報に記載された所内電源設備におけるそれよりも小さくなる。
【００２４】
電動機７，８Ａ，８Ｂの慣性エネルギー及び残留磁束は電気エネルギーへの変換に伴って低下し、所内高圧母線１１の電圧値及び電圧位相が変化する。しかしながら、本実施例では、計器用変圧器２８により得られる所内高圧母線１１の電圧位相の情報（母線電圧位相信号）、及び計器用変圧器２９により得られる変圧器１７の二次側の電圧位相の情報（変圧器二次電圧位相信号）が、電源制御装置２３に入力される。電源制御装置２３は、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９の回生モードにおいて、インバータとして機能している整流器２０を所内高圧母線１１の電圧位相及び変圧器１７の二次側の電圧位相に基づいて制御し、回生モード終了時において、所内高圧母線１１の電圧位相を変圧器１７の二次側の電圧位相と同期させるように、回生により整流器２０から出力される交流電圧の位相を制御する。このように、電源制御装置２３によって電圧位相が調節された電力がインバータとして機能している整流器２０から所内高圧母線７に供給される。
【００２５】
保護装置２７は、開放指令の出力後に受電遮断器１４の開放が検知されたとき、受電遮断器１８に対して閉路指令を出力する。受電遮断器１８は閉路指令を入力することによって閉じられる。受電遮断器１４は開放及び閉路時に動作する接点（図示せず）を有しており、この接点の動作により受電遮断器１４の開放及び閉路が検知される。送電線６の電力が、閉じられた遮断器１６、変圧器１７及び閉じられた受電遮断器１８を介してバックアップ回路１５により所内高圧母線１１に供給される。変圧器１７は所内高圧母線１１側の二次側電圧を送電線６側の一次側電圧よりも所定値だけ降下させる。受電遮断器１８が閉じられることによって、所内高圧母線１１への電力の供給先がバックアップ回路１５に切り替えられ、電動機８Ａ，８Ｂが再起動される。受電遮断器１８が閉じられたときに発生する閉信号（回生モード終了指令）（図２〜図４では「回生運転終了指令」と記載）が電源制御装置２３に入力される。受電遮断器１８も開放及び閉路時に動作する接点（図示せず）を有しており、この接点の動作により受電遮断器１８の開放及び閉路が検知される。回生モード終了指令はその接点が閉じられたときに発生する。電源制御装置２３は、入力した回生モード終了指令に基づいて静止形可変電圧可変周波数電源装置１９を回生モードから通常運転モードに切り替える（図４参照）。このモード切り替えによって、電力は図４に示す矢印のように流れる。すなわち、整流器２０は所内高圧母線１１からの交流電圧を直流電圧に変換し、インバータ２２はその直流電圧をある周波数の交流電圧に変換する。電動機７はその交流電圧を入力して回転され、電動機７に接続された再循環ポンプが再起動される。
【００２６】
本実施例は、発電機１、若しくは送電回路２の主変圧器４等で電気事故が発生して所内高圧母線１１の受電先を所内変圧器１３から変圧器１７に切り替える際、電気事故発生信号により、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９を通常運転モードから回生モードに切り替えることができる。このため、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９に接続された電動機７の慣性エネルギー及び残留磁束を電気エネルギーに変換し、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９より所内高圧母線１１に給電することができるので、電気事故時の所内高圧母線１１の受電先切り替えの際における一時停電時での所内高圧母線１１の電圧低下幅を、特開平６−５４４４２号公報に記載された所内電源設備よりもさらに低減することができる。
【００２７】
本実施例は、その一時停電時において所内高圧母線１１の電圧低下幅を低減できるので、所内高圧母線１１に接続されている補助継電器（図示せず）が開放され、所内高圧母線１１から電力の供給を受けている補機の予定外の停止及び電源喪失による警報の発報を防止することができる。上記した補機としては、所内高圧母線１１に接続されて所内高圧母線１１から給電されている低圧母線に配線用遮断器（ＭＣＣＢ）を介して接続された負荷（小型の空調機器、大型補機の油供給用のポンプ等）がある。受電先の切り替え完了後におけるＢＷＲプラントの状態維持に対する悪影響を解消することができる。
【００２８】
電源制御装置２３が、所内高圧母線１１に接続した計器用変圧器２８、及びバックアップ回路１５に接続された計器用変圧器２９のそれぞれから得られる各電圧位相の情報に基づいて、回生モード終了時において、所内高圧母線１１の電圧位相が変圧器１７の二次側の電圧位相と同期するように、整流器２０から出力される交流電圧の位相を制御するので、本実施例は、バックアップ回路１５から所内高圧母線１１への給電が開始されたとき、所内高圧母線１１の電圧位相と変圧器１７の二次側の電圧位相の位相差によって発生する過渡電圧及び突入電流の発生を抑制することができる。このため、本実施例の所内電源設備では、電動機及び関連設備における過渡電圧及び突入電流に対する対応策が不要になる。
【実施例２】
【００２９】
本発明の他の実施例である実施例２の発電プラントの所内電源設備を、図５を用いて説明する。本実施例の発電プラントの所内電源設備１０Ａも、ＢＷＲプラントに適用される低圧同期方式の発電プラントの所内電源設備である。所内電源設備１０Ａは、所内電源設備１０において電源制御装置２３を電源制御装置２３Ａに替え、さらに計器用変圧器２９を削除した構成を有する。電源制御装置２３Ａは、受電遮断器１８、保護装置２７及び計器用変圧器２８に接続される。所内電源設備１０Ａの他の構成は所内電源設備１０と同じである。
【００３０】
本実施例も、発電機１、及び送電回路２の主変圧器４等で電気事故が発生して所内高圧母線１１の受電先を所内変圧器１３から変圧器１７に切替える際において、保護装置２７から回生モード開始指令が出力されたとき、実施例１と同様に、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９が回生モードに切り替えられる。これによって、電動機７の慣性エネルギー及び残留磁束を電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９を介して所内高圧母線１１に供給することができる。
【００３１】
この回生モードにおいて、電源制御装置２３Ａは、計器用変圧器２８で得られた所内高圧母線１１の電圧位相を入力する。電源制御装置２３Ａは、実施例１における電源制御装置２３のように計器用変圧器２９で得られる電圧位相の情報を入力していない。電源制御装置２３Ａは、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９が回生モードになっているとき、計器用変圧器２８で得られた電圧位相に基づいて、インバータとして機能している整流器２０を制御する。その電圧位相と同期した電圧位相を有する電力がインバータとして機能している整流器２０から所内高圧母線１１に給電される。
【００３２】
本実施例は、実施例１と同様に、電気事故時の所内高圧母線１１の受電先切り替えの際における一時停電時での所内高圧母線１１の電圧低下幅を、特開平６−５４４４２号公報に記載された所内電源設備よりもさらに低減することができる。
【実施例３】
【００３３】
本発明の他の実施例である実施例３の発電プラントの所内電源設備を、図６を用いて説明する。本実施例の発電プラントの所内電源設備１０Ｂも、ＢＷＲプラントに適用される低圧同期方式の発電プラントの所内電源設備である。所内電源設備１０Ｂは、所内電源設備１０において電源制御装置２３を電源制御装置２３Ｂに替え、さらに計器用変圧器２８を削除した構成を有する。電源制御装置２３Ｂは、受電遮断器１８、保護装置２７及び計器用変圧器２９に接続される。所内電源設備１０Ｂの他の構成は所内電源設備１０と同じである。
【００３４】
本実施例も、保護装置２７から回生モード開始指令が出力されたとき、実施例１と同様に、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９が回生モードに切り替えられ、電動機７の慣性エネルギー及び残留磁束から生成された電気エネルギーが、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９を介して所内高圧母線１１に供給される。
【００３５】
この回生モードにおいて、電源制御装置２３Ｂは、計器用変圧器２９で得られた変圧器１７の二次側の電圧位相を入力する。電源制御装置２３Ｂは、実施例１における電源制御装置２３のように計器用変圧器２８で得られる電圧位相の情報を入力していない。電源制御装置２３Ｂは、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９が回生モードになっているとき、計器用変圧器２９で得られた電圧位相に基づいて、インバータとして機能している整流器２０を制御する。この結果、その電圧位相と同期した電圧位相を有する電力がインバータとして機能している整流器２０から所内高圧母線１１に給電される。
【００３６】
本実施例は、実施例１と同様に、電気事故時の所内高圧母線１１の受電先切り替えの際における一時停電時での所内高圧母線１１の電圧低下幅を、特開平６−５４４４２号公報に記載された所内電源設備よりもさらに低減することができる。
【００３７】
所内高圧母線１１に接続されている電動機が少ない場合、所内高圧母線１１への給電先を所内側常時給電回路１２からバックアップ回路１５に切り替えている間、（１）所内高圧母線１１の電圧位相が、静止形可変電圧可変周波数電源装置１９の回生モードによって供給される電力に大きく支配されており、及び（２）その切り替え操作の前において所内高圧母線１１が受電していた所内変圧器１３の二次側の電圧位相が変圧器１７の二次側の電圧位相にほぼ同期するので、切り替え後に接続されるバックアップ回路１５の変圧器１７の二次側の電圧位相を計器変圧器２９によって検知し、その電圧位相と同期した電圧位相を有する電力がインバータとして機能している整流器２０から所内高圧母線１１に給電される。
【００３８】
したがって、本実施例は、バックアップ回路１５から所内高圧母線１１への電力の供給が開始されたときにおける所内高圧母線１１の電圧位相と変圧器１７の二次側の電圧位相の位相差によって発生する過渡電圧及び突入電流の発生を抑制することができる。本実施例は、実施例１と同様に、電動機及び関連設備における過渡電圧及び突入電流に対する対応策が不要になる。
【実施例４】
【００３９】
本発明の他の実施例である実施例４の発電プラントの所内電源設備を、図７を用いて説明する。本実施例の発電プラントの所内電源設備１０Ｃは、実施例１〜３と異なり、ＢＷＲプラントに適用される高圧同期方式の発電プラントの所内電源設備である。所内電源設備１０Ｃは、所内電源設備１０において電源制御装置２３を電源制御装置２３Ｃに替えた構成を有する。電源制御装置２３Ｃは、受電遮断器１８及び保護装置２７に接続される。電源制御装置２３Ｃは、実施例１で述べた回生モード開始指令及び閉路指令だけでなく、ＢＷＲプラントの保護装置２７から出力されるプラント事故信号を入力する。所内電源設備１０Ｃの他の構成は所内電源設備１０と同じである。
【００４０】
高圧同期方式の所内電源設備は、発電機１、及び送電回路２の主変圧器４等での電気事故以外に、発電機１が停止する発電プラントの事故（発電機１を駆動するタービンの回転を停止させる事故、及びタービンに蒸気を供給する原子炉（火力発電プラントではボイラ）の運転を停止させる事故）が発生した場合に、所内高圧母線１１の受電先を所内変圧器１３から変圧器１７に切り替える。
【００４１】
上記の発電プラントの事故、すなわちＢＷＲプラントでの事故発生を示すプラント事故信号が、保護装置２７から出力されたとき、そのプラント事故信号は電源制御装置２３Ｃに入力される。電源制御装置２３Ｃは、入力したプラント事故信号に基づいて回生モード指令を生成し、この回生モード指令を静止形可変電圧可変周波数電源装置１９の整流器２０及びインバータ２２に出力する。回生モード指令を入力した静止形可変電圧可変周波数電源装置１９は、実施例１と同様に、通常運転モードから回生モードに切り替えられる。電源制御装置２３Ｃは回生モード開始指令及びプラント事故信号のいずれかを入力したとき、回生モード指令を静止形可変電圧可変周波数電源装置１９に出力する。
【００４２】
本実施例は、電気事故のときだけでなく、タービンが回転できなくなるＢＷＲプラントの事故においても、所内高圧母線１１の受電先切り替えの際における一時停電時での所内高圧母線１１の電圧低下幅をさらに低減することができる。本実施例は、実施例１と同様に、所内高圧母線１１の電圧位相と変圧器１７の二次側の電圧位相の位相差によって発生する過渡電圧及び突入電流の発生を抑制することができる。
【００４３】
実施例２において電源制御装置２３Ａを電源制御装置２３Ｃに替え、実施例３において電源制御装置２３Ｂを電源制御装置２３Ｃに替え、それぞれの電源制御装置２３Ｃにプラント事故信号を入力させる構成を採用することによって、それぞれの実施例に対応した高圧同期方式の発電プラントの所内電源設備を得ることができる。
【００４４】
以上に述べた各実施例は、ＢＷＲプラントに適用した例であるが、加圧水型原子力発電プラント等の他の原子力発電プラント、火力発電プラント及び水力発電プラントにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の発電プラントの所内電源設備の構成図である。
【図２】図１に示す静止形可変電圧可変周波数電源装置の詳細構成、及び通常運転時における電源制御装置の制御状態を示す説明図である。
【図３】回生モードにおける電源制御装置の制御状態を示す説明図である。
【図４】所内高圧母線の受電先の切り替えが完了した後における電源制御装置の制御状態を示す説明図である。
【図５】本発明の他の実施例である実施例２の発電プラントの所内電源設備の構成図である。
【図６】本発明の他の実施例である実施例３の発電プラントの所内電源設備の構成図である。
【図７】本発明の他の実施例である実施例４の発電プラントの所内電源設備の構成図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…発電機、２…送電回路、３，３０，３１Ａ，３１Ｂ…負荷開閉器、４…主変圧器、５…主変圧器遮断器、７，８Ａ，８Ｂ…電動機、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…発電プラントの所内電源設備、１１…所内高圧母線、１２…所内側常時給電回路、１３…所内変圧器、１４，１８…受電遮断器、１５…バックアップ回路、１７…変圧器、１９…静止形可変電圧可変周波数電源装置、２０…整流器、２２…インバータ、２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ…電源制御装置、２７…保護装置、２８，２９…計器用変圧器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機で発生された電力及び送電線からの電力のいずれかを降圧する第１変圧器及び第１受電遮断器を有する第１給電系統と、
送電線からの電力を降圧する第２変圧器及び第２受電遮断器を有するバックアップの第２給電系統と、
前記第１受電遮断器及び前記第２受電遮断器に接続される所内母線と、
前記所内母線に接続される静止形可変電圧可変周波数電源装置と、
前記発電機、前記発電機と前記送電線を接続して主変圧器を含む送電回路、及び前記第１変圧器のいずれかで電気事故が発生したとき、又は前記発電機の駆動が停止される発電プラントの事故が発生したとき、前記静止形可変電圧可変周波数電源装置を、前記静止形可変電圧可変周波数電源装置に接続される電動機の慣性エネルギーから生成された電気エネルギーを電力として前記所内母線に供給する回生モードに切り替える電源制御装置とを備えたことを特徴とする発電プラントの所内電源設備。
【請求項２】
前記所内母線の第１電圧位相を検知する第１計器用変圧器と、前記第２受電遮断器の二次側における前記第２給電系統の第２電圧位相を検知する第２計器用変圧器とを備え、
前記電源制御装置は、前記静止形可変電圧可変周波数電源装置が前記回生モードになっているとき、入力した前記第１電圧位相及び前記第２電圧位相に基づいて前記第１電圧位相が前記第２電圧位相と同期するように、前記静止形可変電圧可変周波数電源装置から前記所内母線に供給する電力の電圧位相を制御する請求項１に記載の発電プラントの所内電源設備。
【請求項３】
前記所内母線の電圧位相を検知する計器用変圧器を備え、
前記電源制御装置は、前記静止形可変電圧可変周波数電源装置が前記回生モードになっているとき、前記静止形可変電圧可変周波数電源装置から前記所内母線に供給する電力の電圧位相を、入力した前記電圧位相に同期するように制御する請求項１に記載の発電プラントの所内電源設備。
【請求項４】
前記第２受電遮断器の二次側における前記第２給電系統の電圧位相を検知する計器用変圧器を備え、
前記電源制御装置は、前記静止形可変電圧可変周波数電源装置が前記回生モードになっているとき、前記静止形可変電圧可変周波数電源装置から前記所内母線に供給する電力の電圧位相を、入力した前記電圧位相に同期するように制御する請求項１に記載の発電プラントの所内電源設備。
【請求項１】
発電機で発生された電力及び送電線からの電力のいずれかを降圧する第１変圧器及び第１受電遮断器を有する第１給電系統と、
送電線からの電力を降圧する第２変圧器及び第２受電遮断器を有するバックアップの第２給電系統と、
前記第１受電遮断器及び前記第２受電遮断器に接続される所内母線と、
前記所内母線に接続される静止形可変電圧可変周波数電源装置と、
前記発電機、前記発電機と前記送電線を接続して主変圧器を含む送電回路、及び前記第１変圧器のいずれかで電気事故が発生したとき、又は前記発電機の駆動が停止される発電プラントの事故が発生したとき、前記静止形可変電圧可変周波数電源装置を、前記静止形可変電圧可変周波数電源装置に接続される電動機の慣性エネルギーから生成された電気エネルギーを電力として前記所内母線に供給する回生モードに切り替える電源制御装置とを備えたことを特徴とする発電プラントの所内電源設備。
【請求項２】
前記所内母線の第１電圧位相を検知する第１計器用変圧器と、前記第２受電遮断器の二次側における前記第２給電系統の第２電圧位相を検知する第２計器用変圧器とを備え、
前記電源制御装置は、前記静止形可変電圧可変周波数電源装置が前記回生モードになっているとき、入力した前記第１電圧位相及び前記第２電圧位相に基づいて前記第１電圧位相が前記第２電圧位相と同期するように、前記静止形可変電圧可変周波数電源装置から前記所内母線に供給する電力の電圧位相を制御する請求項１に記載の発電プラントの所内電源設備。
【請求項３】
前記所内母線の電圧位相を検知する計器用変圧器を備え、
前記電源制御装置は、前記静止形可変電圧可変周波数電源装置が前記回生モードになっているとき、前記静止形可変電圧可変周波数電源装置から前記所内母線に供給する電力の電圧位相を、入力した前記電圧位相に同期するように制御する請求項１に記載の発電プラントの所内電源設備。
【請求項４】
前記第２受電遮断器の二次側における前記第２給電系統の電圧位相を検知する計器用変圧器を備え、
前記電源制御装置は、前記静止形可変電圧可変周波数電源装置が前記回生モードになっているとき、前記静止形可変電圧可変周波数電源装置から前記所内母線に供給する電力の電圧位相を、入力した前記電圧位相に同期するように制御する請求項１に記載の発電プラントの所内電源設備。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−７７４８９（Ｐ２００９−７７４８９Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４２３０９（Ｐ２００７−２４２３０９）
【出願日】平成１９年９月１９日（２００７．９．１９）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１９日（２００７．９．１９）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
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