JPH0670551A - 静止形可変電圧可変周波数電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】静止形可変電圧可変周波数電源装置の制御手段
を冗長化し、制御系等が故障した場合に自動的に健全側
制御手段に切替えて、負荷における不具合発生を未然に
防止し、かつ適用したプラントの稼働率を低下させるこ
とのない静止形可変電圧可変周波数電源装置を提供す
る。 【構成】サイリスタインバータによる静止形可変電圧可
変周波数電源装置において、前記インバータを制御する
複数系の制御手段９ａ，９ｂと、前記インバータ６の出
力周波数の異常を検出する周波数異常検出手段18と、こ
の周波数異常検出手段18からの周波数異常信号22により
前記制御手段を切替える切替手段22を具備したことを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば沸騰水型原子炉
の冷却材再循環ポンプを駆動するサイリスタインバータ
による静止形可変電圧可変周波数電源装置に係り、特に
制御系の故障等により出力周波数が急変した時に予想さ
れる負荷変動等を未然に防止できる静止形可変電圧可変
周波数電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉に採用した場合を例にし
て、従来のサイリスタインバータによる静止形可変電圧
可変周波数電源装置について説明する。沸騰水型原子炉
の出力制御の一手段としては、原子炉における冷却材の
再循環流量を制御する方式が採用されている。

【０００３】具体的には、冷却材の再循環ポンプを駆動
する電動機に可変電圧可変周波数電源装置より電力を供
給し、再循環ポンプによる再循環流量制御を、この可変
電圧可変周波数電源装置の出力周波数を可変して電動機
の回転速度を可変することにより行なっている。

【０００４】この可変電圧可変周波数電源装置として
は、すべりが可変である流体継手を備えたＭ−Ｇセット
（電動発電機セット）を使用することもある。しかしな
がら、最近は効率および応答性等の面において優れてい
る静止形可変電圧可変周波数電源装置が多用される傾向
にある。

【０００５】この静止形可変電圧可変周波数電源装置
は、サイリスタをブリッジ結線してなる変換要素を主体
に構成されたＤＣ−ＡＣ変換器、つまりインバータであ
り、各サイリスタの点弧位相を制御手段から出力するパ
ルス信号で制御することによって所望の周波数の交流出
力が得られるように構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】再循環ポンプの駆動電
源が従来のＭ−Ｇセットの場合は、その構造上から出力
周波数は駆動電動機の同期回転数以上になることはな
く、従って、発電機から出力される電力の周波数の上限
も大幅に上昇することはない。しかるに、静止形可変電
圧可変周波数電源装置の場合には、サイリスタインバー
タの制御系等に故障が発生すると、出力周波数が急激に
増加したり変動することが起こり得る。

【０００７】もしも運転中に出力周波数が規定以上に増
加すると、原子炉はもとより関連設備に多大な悪影響を
与える可能性がある。すなわち、再循環ポンプの回転数
が急上昇することにより、原子炉における冷却材の再循
環流量が急激に増加し、原子炉出力の上昇を招いて中性
子束や原子炉圧力の増加につながる。

【０００８】この中性子束の量および原子炉圧力は、原
子力プラント運転中において常時監視されており、これ
らの数値が予め設定されている値を大幅に超えたり、急
激に変化すると、原子力プラントは異常発生と判断し
て、原子炉の緊急停止であるスクラムを行うよう保護シ
ステムが構築されている。

【０００９】このため一般的な対策としては、出力周波
数の急激な増加を検知して静止形可変電圧可変周波数電
源装置を停止する方法が考えられる。しかしながら、直
ちに再循環ポンプの電源装置の停止を行うと、原子炉の
健全性は確保できるが、原子炉出力が大幅に低下して、
原子力プラントの稼働率を著しく低下させることにな
る。

【００１０】従って、再循環ポンプ駆動用の静止形可変
電圧可変周波数電源装置における出力周波数の大幅な増
加と急激な変化は、原子炉の安定した運転を行う観点か
らは好ましくなく、この出力周波数の急激な増加を防止
する適切な対策が課題とされていた。

【００１１】本発明の目的とするところは、静止形可変
電圧可変周波数電源装置の制御手段を冗長化し、制御系
等が故障した場合に自動的に健全側制御手段に切替え
て、負荷における不具合発生を未然に防止し、かつ適用
プラントの稼働率を低下させることのない静止形可変電
圧可変周波数電源装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】サイリスタインバータに
よる静止形可変電圧可変周波数電源装置において、前記
インバータを制御する複数系の制御手段と、前記インバ
ータの出力周波数の異常を検出する周波数異常検出手段
と、この周波数異常検出手段からの周波数異常信号によ
り前記制御手段を切替える切替手段を具備したことを特
徴とする。

【００１３】

【作用】静止形可変電圧可変周波数電源装置におけるイ
ンバータを構成するサイリスタを駆動する運転側の制御
手段等に故障が発生して、出力周波数が急激に増加、あ
るいは変動した場合に、前記インバータの出力周波数を
検出する周波数異常検出手段は、この周波数あるいは周
波数変化率が設定値を超えた場合に周波数異常信号を制
御手段の切替手段に出力する。

【００１４】この周波数異常信号と運転側制御手段の制
御系運用中信号から、制御手段の切替手段は運転側制御
手段に停止信号を発して、一旦インバータを停止すると
共に、前記運転側制御手段の制御系運用中信号の消滅に
より、待機側制御手段に対して制御系運用許可信号を出
力する。

【００１５】これにより、異常が発生した運転側制御手
段は自動的に待機側制御手段に切替わり、以降は健全な
待機側制御手段により前記インバータが制御されるの
で、静止形可変電圧可変周波数電源装置は所定周波数の
電力を安定して出力する。

【００１６】

【実施例】本発明の一実施例を沸騰水型原子炉の再循環
ポンプ駆動用を例に図面を参照して説明する。図１の回
路構成図に示すように、所内交流母線１から遮断器２と
入力変圧器３を介して逓降された電力は、静止形可変電
圧可変周波数電源装置の整流回路４の交流入力端に供給
される。さらに整流回路４の直流出力端は、直流リアク
トル５を介してインバータ本体６の直流入力端に接続さ
れている。

【００１７】このインバータ本体６は、例えばサイリス
タを三相ブリッジ結線して形成されたもので、その交流
出力端は出力変圧器７を介して図示しない沸騰水型原子
炉の再循環ポンプの駆動源である電動機８の入力端に接
続されている。また前記インバータ本体６には、各サイ
リスタの点弧位相制御による導通を行う制御手段である
同じ仕様の２組の制御装置９ａ，９ｂが設けられてい
て、この２組の制御装置９ａ，９ｂは、運転側あるいは
待機側として使用される。

【００１８】さらに制御装置９ａ，９ｂは、いずれも速
度指令変換器10ａ，10ｂ、Ｖ／Ｆ変換器11ａ，11ｂ、リ
ングカウンタ12ａ，12ｂと、ゲートブロック回路13ａ，
13ｂおよびパルス増幅器14ａ，14ｂから形成されてい
て、図示しない上位速度指令系から与えられた速度指令
信号15を夫々の速度指令変換器10ａ，10ｂに導入して周
波数信号に変換し、この周波数信号をＶ／Ｆ変換器11
ａ，11ｂにて前記インバータ本体６の出力周波数の６倍
の周波数のパルス列に変換している。

【００１９】このＶ／Ｆ変換器11ａ，11ｂからの出力
は、リングカウンタ12ａ，12ｂでインバータ本体６の各
サイリスタを点弧するパルス信号に分配し、これら分配
されたパルス信号を別途インバータ本体６の停止指令信
号16ａ，16ｂが入力された時にブロック動作するゲート
ブロック回路13ａ，13ｂを介して、前記インバータ本体
６の各サイリスタに対するゲート信号を発生するパルス
増幅器14ａ，14ｂに導入するようになっている。

【００２０】また前記出力変圧器７の出力側には電圧変
成器17が接続され、この出力側は本静止形可変電圧可変
周波数電源装置の周波数異常検出手段である周波数異常
検出装置18を経由して前記制御手段の切替手段である制
御系運転指令装置23に接続されている。

【００２１】前記周波数異常検出装置18は、周波数検出
器19と周波数変化率検出器20および比較器21で形成され
ていて、周波数検出器19と周波数変化率検出器20は、夫
々電圧変成器17からの電力信号を入力してインバータ本
体６が出力する周波数、および周波数変化率を検出し、
これらを比較器21に導入する。比較器21では前記周波数
検出器19の出力が予め定められた値を超えた時、および
周波数変化率検出器20の出力が予め定められた値を超え
た時に、出力周波数異常信号22を制御系運転指令装置23
に送出する。

【００２２】制御系運転指令装置23は、図２のロジック
構成図に示すように４つのＡＮＤ回路24ａ，24ｂ，25
ａ，25ｂと、２つのＯＲ回路26ａ，26ｂ等から形成さ
れ、前記出力周波数異常信号22の他に、前記制御装置９
ａ，９ｂからの制御系運用中信号27ａ，27ｂ、および図
示しない制御系統からの制御装置選択運転指示信号29
ａ，29ｂと、インバータ本体６の運転指令信号30が導入
されると共に、制御装置９ａ，９ｂに対してインバータ
本体６の停止指令信号16ａ，16ｂおよび制御系運用許可
信号28ａ，28ｂを出力する。

【００２３】さらに、制御装置９ａ，９ｂは、制御系運
転指令装置23より制御系運用許可信号28ａ，28ｂが入力
された時に、前記インバータ本体６の各サイリスタの導
通制御を行い、また前記制御系運転指令装置23に対して
当該制御装置９ａ，９ｂが運転中には、夫々制御系運用
中信号27ａ，27ｂを出力するようにして構成されてい
る。

【００２４】次に上記構成による作用について説明す
る。先ず当初は、静止形可変電圧可変周波数電源装置に
おける２組の制御手段である制御装置９ａ，９ｂの内、
制御装置９ａを運転側とし、一方の制御装置９ｂを待機
側としてインバータ本体６は制御装置９ａにより制御す
るものとする。

【００２５】図示しない制御系統からのインバータ運転
指令信号30、および制御装置９ａを運転側に選定する制
御装置選択運転指示信号29ａが制御手段の切替手段であ
る制御系運転指令装置23に導入されて、上位速度指令系
からの速度指令信号15が適正であり、制御装置９ａに異
常がなければ、制御系運転指令装置23では、前記インバ
ータ運転指令信号30と制御装置選択運転指示信号29ａが
入力され、前記周波数異常検出装置18からの出力周波数
異常信号22の入力がないことから、制御系運用許可信号
28ａを制御装置９ａに出力する。

【００２６】これにより制御装置９ａは運転側となり、
パルス増幅器14ａが出力するパルス信号によりインバー
タ本体６を制御して、前記速度指令信号15により設定さ
れた出力周波数による運転を行う。また制御装置９ａは
制御系運用中信号27ａを制御系運転指令装置23に出力す
る。

【００２７】従って、電動機８は図示しない負荷である
再循環ポンプを適正速度で駆動し、原子炉では所定の再
循環流量と原子炉出力が得られて、安定した原子力プラ
ントの運転が行われる。一方、制御装置９ｂにおいて
は、速度指令信号15は入力されているが、制御系運転指
令装置23から制御系運用許可信号28ｂの出力がされず、
このため待機状態とされる。

【００２８】次に、速度指令信号15が異常であったり、
制御装置９ａ内の回路速度指令変換器10ａやＶ／Ｆ変換
器11ａが故障したりして、インバータ本体６の出力周波
数が異常に上昇、あるいは急激に変化した場合には、こ
の変化は直ちに電圧変成器17を介して周波数異常検出装
置18において検出される。すなわち、周波数検出器19お
よび周波数変化率検出器20の出力信号は、比較器21にて
予め定められている夫々の設定値と比較され、いずれか
一方が設定値を超えた時には周波数異常信号22が制御系
運転指令装置23に出力される。

【００２９】制御系運転指令装置23においては、周波数
異常信号22が入力されると前記運転側の制御装置９ａの
ゲートブロック回路13ａに停止指令信号16ａを出力す
る。これにより、ゲートブロック回路13ａはブロック動
作を行い、パルス増幅器14ａへのパルス信号の供給を停
止する。従って、インバータ本体６の動作が一旦停止
し、再循環ポンプの駆動源である電動機８への電力供給
が断たれて電動機８と再循環ポンプは、保有する慣性に
より自然降速することとなる。

【００３０】一方、待機側の制御装置９ｂにおいては、
運転側の制御装置９ａが停止すると制御系運用中信号27
ａの出力がなくなり、制御系運転指令装置23より制御系
運用許可信号28ｂが待機側の制御装置９ｂに出力され
る。従って再びインバータ本体６は、健全な制御装置９
ｂからのパルス増幅器14ｂによるパルス信号により運転
制御されて、設定された適正な出力周波数で運転され
る。

【００３１】この結果、一旦自然降速した電動機８は停
止することなく、再び運転されて前記速度指令信号15に
よる回転速度で制御される。これに駆動された再循環ポ
ンプによる再循環流量は速かに適正値に復帰し、原子炉
出力も安定しているため原子炉圧力の上昇も発生せず、
原子炉の安全運転が確保され、原子力プラントの稼働率
を低下させることはない。

【００３２】なお、上記周波数異常検出装置18の作動に
伴う制御装置９ａ，９ｂの切替えについては、その後に
制御装置９ａを含む制御系統の異常について、別途原因
調査と復旧保全を行なった上で制御装置９ａを待機側に
しておく。また当初の制御装置９ａ，９ｂの運転側選択
は、制御装置選択運転指示信号29ａ，29ｂにより任意に
行え、上記動作は、制御装置９ｂを運転側、制御装置９
ａを待機側としても同様の作用を行うものである。

【００３３】制御系運転指令装置23においては図２で示
すように、前記周波数異常検出装置18からの周波数異常
信号22と制御装置９ａからの制御系運用中信号27ａが、
ＡＮＤ回路24ａに導入されると停止指令信号16ａを制御
装置９ａに送出する。同様に、周波数異常信号22および
制御装置９ｂの制御系運用中信号27ｂにより、ＡＮＤ回
路24ｂは停止指令信号16ｂを制御装置９ｂに送出する。

【００３４】また制御装置９ｂが運転側で、前記インバ
ータ本体６の制御に用いられている時に送出される制御
系運用中信号27ｂは、分岐されてＮＯＴ回路、時限遅延
回路を介し、制御装置９ａへの制御装置選択運転指示信
号29ａとＯＲ回路26ｂにおいて接続される。このＯＲ回
路26ｂの出力信号は前記運転指令信号30とのＡＮＤ回路
25ｂに導入され、制御装置９ａへの制御系運用許可信号
28ａが出力される。

【００３５】同じく、制御装置９ａが運転側で、インバ
ータ本体６の制御に用いられているときに送出される制
御系運用中信号27ａは分岐されて、ＮＯＴ回路、時限遅
延回路を介し、制御装置９ｂへの制御装置選択運転指示
信号29ｂとＯＲ回路26ａにおいて接続される。これによ
りＯＲ回路26ａからの出力信号は、前記運転指令信号30
と共に、ＡＮＤ回路25ａに導入され、制御装置９ｂに対
する運用許可信号28ｂが送出される。

【００３６】このために、例えば、インバータ本体６の
運転指令信号30が出力されており、図示しない制御系統
より与えられた前記制御装置９ａへの制御装置選択運転
指示信号29ａが出力されると、ＡＮＤ回路25ｂより制御
装置９ａに運用許可信号28ａが出力される。これにより
制御装置９ａは、インバータ本体６の各サイリスタの導
通制御を行い運転を開始すると共に、制御系運転指令装
置23のＡＮＤ回路24ａに対して制御系運用中信号27ａを
出力する。

【００３７】ここで、制御装置９ａ内の回路故障等によ
りインバータ本体６からの出力周波数異常が発生して、
前記周波数異常検出装置18からの出力周波数異常信号22
がＡＮＤ回路24ａ，24ｂに導入される。ＡＮＤ回路24ａ
においては、この周波数異常信号22と先に入力されてい
た制御系運用中信号27ａにより、制御装置９ａに対して
停止指令信号16ａを送出する。

【００３８】停止指令信号16ａが制御系運転指令装置23
より導入された時、ブロック動作するゲートブロック回
路13ａにより、制御装置９ａでのインバータ本体６の各
サイリスタの導通制御は停止され、このため、インバー
タ本体６の動作が一旦停止し、電動機８への電力供給が
断たれた電動機８と図示しない再循環ポンプは自然降速
することとなる。

【００３９】次に、制御装置９ａでのインバータ本体６
の各サイリスタ導通制御が停止することにより、ＡＮＤ
回路24ａに対する制御系運用中信号27ａは停止される。
この制御系運用中信号27ａが停止したことにより、ＮＯ
Ｔ回路、時限遅延回路を介してＯＲ回路26ａよりＡＮＤ
回路25ａに信号が出力されるので、ＡＮＤ回路25ａは、
先に入力していた運転指令信号30とから運用許可信号28
ｂを制御装置９ｂに送出する。

【００４０】これにより、故障等で作動を停止した制御
装置９ａに代わり、待機していた制御装置９ｂにより再
びインバータ本体６の運転制御が開始され、正常な出力
周波数による電力が電動機８に供給され、一時自然降速
となった電動機８および再循環ポンプは再び正常運転に
復することとなる。

【００４１】従って、静止形可変電圧可変周波数電源装
置の制御系で故障による不具合時に懸念される炉心流量
と原子炉出力、および原子炉圧力等の上昇や急激な変化
を容易に防止できると共に、これらの事象が発生した場
合において直ちに冷却材の再循環ポンプを停止すること
なく、原子力プラントの稼働率を低下させることなく運
用することができる

【００４２】

【発明の効果】以上本発明によれば、静止形可変電圧可
変周波数電源装置において、一方の制御系が故障した場
合においても負荷に対して、設定以上の出力周波数の上
昇、および急激な変化による不具合を与えることがない
ため、静止形可変電圧可変周波数電源装置と、これを採
用したプラント等の運転の信頼性と安全性が向上する効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の回路構成図。

【図２】本発明に係る一実施例の制御系運転指令装置の
ロジック構成図。

【符号の説明】

１…所内交流母線、２…遮断器、３…入力変圧器、４…
整流回路、５…直流リアクトル、６…インバータ本体、
７…出力変圧器、８…電動機、９ａ，９ｂ…制御装置、
10ａ，10ｂ…速度指令変換器、11ａ，11ｂ…Ｖ／Ｆ変換
器、12ａ，12ｂ…リングカウンタ、13ａ，13ｂ…ゲート
ブロック回路、14ａ，14ｂ…パルス増幅器、15…速度指
令信号、16ａ，16ｂ…停止指令信号、17…電圧変成器、
18…周波数異常検出装置、19…周波数検出器、20…周波
数変化率検出器、21…比較器、22…周波数異常信号、23
…制御系運転指令装置、24ａ，24ｂ，25ａ，25ｂ…ＡＮ
Ｄ回路、26ａ，26ｂ…ＯＲ回路、27ａ，27ｂ…制御系運
用中信号、28ａ，28ｂ…運用許可信号、29ａ，29ｂ…制
御装置選択運転指示信号、30…運転指令信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サイリスタインバータによる静止形可変
   電圧可変周波数電源装置において、前記インバータを制
   御する複数系の制御手段と、前記インバータの出力周波
   数の異常を検出する周波数異常検出手段と、この周波数
   異常検出手段からの周波数異常信号による前記制御手段
   を切替える切替手段を具備したことを特徴とする静止形
   可変電圧可変周波数電源装置。