(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の冷却ポンプに動力を供給するタービン（１００）と、
前記タービン（１００）の速度を監視および制御する速度制御器（６０）と、
前記速度制御器（６０）からタービン速度情報を受信し、前記速度制御器（６０）にタービン速度命令を送信する、制御室の流量制御器（５５）と、
タービン速度制御システム（１０００）と、
を備え、
前記タービン速度制御システム（１０００）が、
前記タービン（１００）から電力（５５１）を生成する、前記タービン（１００）に設置された発電機（５００）と、
前記発電機（５００）と、タービン用の前記速度制御器（６０）および前記速度制御器（６０）用の前記制御室の流量制御器（５５）との間の直接電気的な接続であって、前記速度制御器（６０）および前記制御室の流量制御器（５５）の動作を前記電力（５５１）で可能にする電気的な接続と、
前記電気的な接続に接続された緊急配電システム（５０）と、
を備え、
前記速度制御器（６０）および前記制御室の流量制御器（５５）が、前記緊急配電システム（５０）の障害の場合に、前記電力（５５１）による前記速度制御器（６０）および前記制御室の流量制御器（５５）の動作によって、前記タービン（１００）が制御されるように構成された、
原子力発電所の緊急電力供給システム。
【請求項２】
前記発電機（５００）がＡＣまたはＤＣの２００ワットの発電機である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記電気的な接続が、前記速度制御器（６０）および制御室の前記流量制御器（５５）に供給される前記電力（５５１）を調整する少なくとも１つの分離ダイオード（５０５）およびフィルタ（５０１）を含む、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記フィルタ（５０１）が、コンデンサである、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記タービン（１００）が、原子力発電所の中の炉心隔離冷却（ＲＣＩＣ）タービンおよび高圧注入冷却（ＨＰＩＣ）タービンのうちの１つである、請求項１から４のいずれかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン速度制御システム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、商用原子力発電所の中の従来のタービン制御システムの概略図である。図１に示したように、タービン１００は、蒸気源１０１を受け、蒸気源１０１から熱力学的エネルギーを抽出し、低圧の飽和蒸気１０２を出力する。蒸気源１０１は、原子炉、熱交換器、蒸気発生器、高圧タービンなどから来ることがある。タービン１０１は、例えば低出力の炉心隔離冷却（ＲＣＩＣ）タービンまたはより高出力の高圧注入冷却（ＨＰＩＣ）タービンを含む、原子力発電所の中で見られる任意のタービンであり得る。抽出エネルギー１０５は、所望の構成部品に電源供給するために使用される。例えば、ＲＣＩＣおよびＨＰＩＣの場合、抽出エネルギー１０５は、原子炉内の流量レベルおよび水位を維持する、関連のＲＣＩＣおよびＨＰＩＣの冷却ポンプに電力を供給する。
【０００３】
過渡的なシナリオなどで、冷却システムを起動して原子炉冷却剤のレベルを維持し、発電所から崩壊熱を除去するためにタービン１００が使用されるとき、タービン１００は速度制御器６０によって制御される。タービン１００は、負荷および出力に基づいて速度情報を生成し、速度情報６１を速度制御器６０に送信する。速度制御器は、受信した速度情報６１に基づいて速度制御信号６２を生成して、タービン１００に返信する。速度情報６１によって、タービン１００が指定された速度および負荷で動作して、遮断を回避し適切な電力１０５を所望の目的地に供給することが可能になる。従来、速度制御器６０は発電所制御室の中の流量制御器５５とネットワーク接続し、流量制御器５５は流量制御信号５６を速度制御器６０と交換する。このようにして、発電所のオペレータは監視し、速度制御器６０により速度制御信号６２に変換される速度命令を制御室の流量制御器５５を介して入力し、最終的に制御室命令に従って機能するように制御タービン１００を制御することができる。
【０００４】
従来、制御室の流量制御器５５および速度制御器６０、ならびに、それらによって生成されたデータおよび信号は、オフサイトまたは発電所の電力によって電源供給される。図１に示したように、発電所の停電事象中など、そのような電力が利用できないとき、ローカルのディーゼル発電機またはバッテリなどの発電所の緊急配電源５０は、制御室の流量制御器５５および速度制御器６０に電力５１を供給することができる。ローカルな電力を提供することにより、緊急配電源５０は、オペレータがタービン１００の速度を継続的に制御し、タービン１００を使用して過渡状態を管理し、および／または、炉心隔離冷却ポンプおよび高圧注入冷却ポンプを含む安全システムに電力を供給することを可能にする。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＷＯＯＤＷＡＲＤ，５０５  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｇｏｖｅｒｎｏｒ  ｆｏｒ  Ｓｔｅａｍ  Ｔｕｒｂｉｎｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ  Ｍａｎｕａｌ，１９８６
【発明の概要】
【０００６】
例示的な実施形態は、オフサイト電力またはローカルな緊急電力がタービンを運転するのに必要とならないように、タービン自体の電力を使用してタービン速度を制御するための方法およびシステムを含む。例示的なシステムは、タービンに接続してそこから電力を生成し、タービンの動作を制御する速度制御器または制御室の流量制御器などのタービン用の制御器に接続する、発電機を含む。発電機は、制御器およびその他の所望のシステムに電源供給する任意の適切な電力、電圧、周波数などのものであり得る。さらに、例示的な実施形態は、発電機、制御器、および発電所の緊急電力を各電力源とフィルタの間の分離ダイオードに接続して、制御器に電源供給するのに必要な特性を有する電力を供給する電気回路を含むことができる。
【０００７】
原子力発電所の中のタービンに発電機を設置し使用してタービン制御器に電源供給することにより、タービンはオフサイトまたはローカルの電力への配慮なしにそれ自体の電力によって操作および制御することができる。タービンがＲＣＩＣまたはＨＰＩＣのような安全に関係するポンプを駆動する場合、少なくともそのタービンはオペレータによって例示的な実施形態および方法を介して操作および制御され、タービンが崩壊熱または他の蒸気源によって駆動することができるかぎり、オフセットおよびオンサイトの緊急電力を喪失した原子炉に緊急冷却を行うことができる。これは、安全に関係するタービンを操作するための手動介入に対するいかなる必要性も排除しながら、いくつかの事故シナリオの中での冷却能力を大いに拡張することができる。
【０００８】
例示的な実施形態は、そこでは同じ構成要素が同じ参照数字によって表されるが、添付図面を詳細に説明することによってより明白になり、添付図面は例示によって与えられるにすぎず、したがってそれらが描写する条件を限定しない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来の商用原子炉タービン流量制御システムの概略図である。
【図２】例示的な実施形態のフォールトトレラントなタービン速度制御システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
これは特許文書であり、それを読み理解するときは、一般的で広範囲の構成規則を適用すべきである。本文書に記載され例示されたすべては、添付特許請求の範囲の範囲内に含まれる主題の例である。本明細書に記載したいかなる特定の構造的および機能的な詳細も、例示的な実施形態をいかにして作成し使用するかを記載するためにすぎない。本明細書において詳細には開示されないいくつかのさまざまな実施形態が特許請求の範囲の範囲内に入り、そのため、特許請求の範囲は多くの代替の形態で具現化することができ、本明細書において説明した例示的な実施形態に限定されるものとして解釈すべきではない。
【００１１】
本明細書において第１、第２などの用語をさまざまな構成要素を記載するために使用する場合があるが、これらの構成要素はこれらの用語によって限定すべきでないことが理解されよう。これらの用語は、１つの構成要素を別の構成要素から区別するために使用されるにすぎない。例示的な実施形態の範囲から逸脱することなく、例えば、第１の構成要素は第２の構成要素と呼ばれてもよいし、同様に第２の構成要素は第１の構成要素と呼ばれてもよい。本明細書では、用語「および／または」は、１つまたは複数の関連する列記された項目のありとあらゆる組合せを含む。
【００１２】
構成要素が別の構成要素に「接続した」、「結合した」、「はめ合わせた」、「取り付けた」、または「固定した」と呼ばれるとき、直接その他の構成要素に接続もしくは結合してもよいし、または間に入る構成要素が存在してもよいことが理解されよう。対照的に、構成要素が別の構成要素に「直接接続した」または「直接結合した」と呼ばれるとき、間に入る構成要素は存在しない。構成要素の間の関係を説明するために使用される他の単語は、同じやり方（例えば「間の」対「間で直接に」、「近傍の」対「直接に近傍の」、など）で解釈すべきである。同様に、「通信結合した」などの用語は、中継装置、ネットワークなどを含む、無線または有線で接続した２つの装置の間の情報交換経路のすべての変形形態を含む。
【００１３】
本明細書では、単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、言葉が「ｏｎｌｙ」、「ｓｉｎｇｌｅ」および／または「ｏｎｅ」などの単語を伴って明確に他を示さないかぎり、単数形と複数形のどちらも含むものとする。さらに、用語「備える」、「備えている」、「含む」および／または「含んでいる」は、本明細書において使用されるとき、記載した特徴、工程、動作、構成要素、概念、および／または構成部品の存在を指定するが、それら自体で１つまたは複数の他の特徴、工程、動作、構成要素、構成部品、概念および／もしくはそれらの集合の存在または追加を排除しないことが理解されよう。
【００１４】
また、下記構造および動作は、図の中で説明および／または注記した順序以外で起こる場合があることに留意すべきである。例えば、連続して示された２つの動作および／または図は、関係する機能／動作に応じて、実際には同時に実行される場合があるか、または時々逆の順序で実行される場合がある。同様に、それぞれの、下記例示的な方法の中の個別の動作は、反復的に、個別的にまたは連続的に実行することができ、結果として、下記単一動作とは別にループ化または他の連続動作を提供する。下記特徴および機能を有する任意の実施形態が、任意の実現可能な組合せにおいて、例示的な実施形態の範囲内に入ることを想定すべきである。
【００１５】
出願人は、発電所の緊急配電システム５０が発電所の過渡期間中は利用できなくなる可能性があることを認識した。実際、オフサイト電力を切断するのと同じ過渡的な事象が緊急配電システム５０を使用不可にすることは起こり得る。そのような状況では、タービン速度制御器６０および／または制御室の流量制御器５５は緊急電力を欠いているので、タービン１００は、制御室の中の発電所オペレータによって、もしくは別の方法で、監視、制御、または、ことによると緊急システムに出力１０５を供給するために使用することさえできなくなる。さらに、出願人は、すべての他のオフサイトおよびオンサイトの電力が失われた場合、タービン１００自体が緊急電気出力を供給することができ、そのような電力は適切に流用された場合、速度制御器６０および制御室の流量制御器５５に電源供給するために使用することができ、その結果、オペレータはタービン１００を使用して、すべての他の電力が失われる事象の中でさえ発電所の過渡状態を管理することを認識した。下記に記載する例示的な実施形態および方法によって、出願者が認識した状況に対する上記その他の利点および状況に対する解決策が可能になる。
【００１６】
図２は、例示的な実施形態のフォールトトレラントなタービン速度制御システム１０００の概略図である。図２に示したように、発電機５００はタービン１００に設置され、速度制御器６０および制御室の流量制御器５５に電気的に接続される。発電機５００は、タービン１００の力学的エネルギー５１５から電圧を生成する能力があるＡＣまたはＤＣの発電機を含む、任意のタイプの発電機であり得る。発電機５００は、タービン１００のタービンシャフトに沿って設置され、シャフト上の力学的エネルギー５１５の出力から電力５５１を生成することができる。例示的な実施形態において、既存の力学的出力１０５は、依然タービン１００によって生成することができる。
【００１７】
発電機５００は、速度制御器６０および／または制御室の流量制御器５５などの接続システムに電源供給するのに十分な、大量の電力５５１を配送する能力がある。例えば、発電機５００は、従来原子力発電所の中に設置された速度制御器６０と制御室の流量制御器５５のどちらにも電源供給できる、２００ＷのＤＣ発電機であり得る。当然、発電機５００は、必要性およびタービン１００の力学的出力に応じて、より大きな、または小さなワット数を有することができる。タービン１００の機能が、タービン出力１０５によって電源供給される冷却ポンプなどの他の構成部品用に求められる場合、発電機５００はタービン１００の容量と必要な出力１０５との間の差異より小さい電力を定格とすることができる。例えば、１ｋＷのＤＣ発電機は、より大きなタービン１００の動作を妨害しないで、別のシステムに電源供給することができる。
【００１８】
図２に示したように、発電機５００はタービン制御器に電気的に接続し、その結果、緊急配電システム５０からの電気出力５１が（図２の中で「Ｘ」によって示したように）信頼できないか、または利用できなくなった場合、発電機５００からの電気出力５５１は、緊急システムからの電気出力５１を補足または交換することができる。発電機５００は、発電機５００とネットワークの間に電気的な接続または回路を設置することにより、発電所の電力ネットワークに電気的に接続し、したがって、発電所の構成部品に電源供給することができる。
【００１９】
分離ダイオード５０５および／またはフィルタ５０１は、所望により設置または構成されて、効果的な電流、電圧、電力、周波数、タイミングなどを、ネットワークに接続したすべての構成部品に供給することができる。分離ダイオード５０５および／またはフィルタ５０１は、緊急配電システム５０からの電力を補足または交換するような電力が、発電機５００、速度制御器６０、制御室の流量制御器５５、および／または、発電機５００からの電気によって電源供給することができるその他の発電所の構成部品のような緊急システムを安全に動作させるのに必要な電圧および電力の特性に適合することを保証することができる。また、分離ダイオード５０５は、緊急配電システム５０の機能不全または完全喪失にかかわらず、発電機５００からの電力が電気ネットワーク上の消費する構成部品に達することができることを保証することができる。例えば、分離ダイオード５０５は、発電機５００および／または緊急配電システム５０への逆過電流を防止または削減し、その結果、それらの構成部品の中の損傷または無効性を防止することができる。フィルタ５０１は、コンデンサまたはバッテリであり得るが、例えば、速度制御器６０、制御室の流量制御器５５、および発電機５００によって電源供給されるその他の構成部品に適用された、接地され滑らかな電流および電圧であり得る。
【００２０】
あるいは、発電機５００は、速度制御器６０および／または制御室の流量制御器５５などの所望の構成部品に直接電気的に接続することができ、その結果、発電所の緊急配電システム５０の障害の場合、それらの構成部品は、それら自体で発電機５００の電力５５１に切り替えることができる。
【００２１】
図２に示したように、速度制御器６０および／または制御室の流量制御器５５が発電機５００を介してタービン１００によって電源供給されると、発電所のオペレータは、信号６１、６２、および／または５６を介して制御室からその速度を監視および制御することによって、タービン１００を継続的に運転することができる。このようにして、タービン１００、およびその出力１０５は、発電所の緊急配電システム５０の全体的な障害においてさえ、使用することができる。タービン１００がＲＣＩＣ、ＨＰＩＣ、または他の過渡状態もしくは安全に関係するタービンである場合、力学的出力１０５は、発電機５００を使用する例示的なシステムを介して、ＲＣＩＣまたはＨＰＩＣのポンプなどの緊急システムに対して維持することができる。原子炉からの崩壊熱または他のソースなどからの蒸気源１０１が利用できるかぎり、タービン１００は、発電所の電力および緊急の電気的バックアップの完全喪失にかかわらず、例示的なシステムにおいて動作し制御可能であることができる。そのため、例示的なシステム１０００は、タービン１００の長期の使用および制御を可能にして、過渡事象中に原子炉または発電所の完全性を保持する他の緊急システムに電源供給することができる。
【００２２】
例示的な実施形態および方法をこのように記載したので、例示的な実施形態が、以下の特許請求の範囲の範囲内に依然入りながら、日常の実験によって変更および置換できることが当業者によって理解されよう。例えば、例示的な実施形態を原子力発電所の中のＲＣＩＣまたはＨＰＩＣのタービンと関連して記載したが、例示的な実施形態および方法は、電力の喪失がタービンを制御および／または使用する能力に影響する任意のタービンと関連して使用できることが理解される。そのような変形形態は、以下の特許請求の範囲から逸脱するとみなされるものではない。
【符号の説明】
【００２３】
５０  発電所緊急配電源
５１  緊急配電システム電気的出力
５５  流量制御器
５６  流量制御信号
６０  速度制御器
６１  速度情報
６２  速度制御信号
１００  タービン
１０１  蒸気源
１０２  飽和蒸気
１０５  既存の力学的出力
５００  発電機
５０１  フィルタ
５０５  分離ダイオード
５１５  力学的エネルギー
５５１  電力
１０００  例示的な実施形態のフォールトトレラントなタービン速度制御システム
【図１】
0005837867.tif 000002
【図２】
0005837867.tif 000003