(57)【要約】【課題】大容量負荷投入時の電圧降下、周波数低下を抑制し、更に技術継承、信頼性および保守性の問題の少ない非常用発電設備を提供する。【解決手段】非常時に非常用発電機３−１から非常用電源母線１を介して負荷４，５に電力を供給するようにした非常用電源設備において、非常用電源母線１に電力用半導体素子およびリアクトルあるいはコンデンサを備えた静止型無効電力補償装置６を接続し、非常用電源母線１と非常用発電機３−１との接続回路に７電流検出器を設け、この電流検出器の検出信号を制御回路部９に導入し、その出力信号１３に基づいて静止型無効電力補償装置６内に設けられた電力用半導体素子をゲート制御し、非常用電源母線１の電圧降下を軽減させることを特徴とする。【選択図】図１
2005185042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非常時に非常用発電機から電源母線を介して負荷に電力を供給するようにした非常用電源設備において、
前記電源母線に電力用半導体素子およびリアクトルあるいはコンデンサを備えた静止型無効電力補償装置を接続し、前記電源母線と前記非常用発電機との接続回路に電流検出器を設け、この電流検出器の検出信号を制御回路部に導入し、その出力信号に基づいて前記静止型無効電力補償装置内に設けられた電力用半導体素子をゲート制御し、前記非常用電源母線の電圧降下を軽減させることを特徴とする非常用電源設備。
【請求項２】
前記電流検出器の検出信号を前記制御回路部内で有効電流成分および無効電流成分に分離し、これら有効電流成分出力信号および無効電流成分出力信号に応じて静止型無効電力補償装置に設けられた電力用半導体素子をゲート制御することを特徴とする請求項１記載の非常用電源設備。
【請求項３】
前記制御回路部内の演算器に予め決められた負荷パターンに基づいた設定値を与える設定器を設け、静止型無効電力補償装置の制御を予め決められた負荷パターンに基づき設定することを特徴とする請求項１または２記載の非常用電源設備。
【請求項４】
非常時に非常用発電機から電源母線を介して負荷に電力を供給するようにした非常用電源設備において、
前記電源母線に電力用半導体素子およびリアクトルあるいはコンデンサを備えた静止型無効電力補償装置を接続し、前記電源母線と前記負荷との接続回路に電流検出器を設け、この電流検出器の検出信号を制御回路部に導入し、その出力信号に基づいて前記静止型無効電力補償装置内に設けられた電力用半導体素子をゲート制御し、前記電源母線の電圧降下を軽減させることを特徴とする非常用電源設備。
【請求項５】
前記静止型無効電力補償装置の制御を予め決められた負荷パターンに基づき設定することを特徴とする請求項４記載の非常用電源設備。
【請求項６】
非常時に非常用発電機から電源母線を介して負荷に電力を供給するようにした非常用電源設備において、
前記電源母線に電力用半導体素子およびリアクトルあるいはコンデンサを備えた静止型無効電力補償装置を接続し、前記電源母線と前記負荷との接続回路および前記電源母線と前記静止型無効電力補償装置との接続回路にそれぞれ電流検出器を設け、
前記電源母線と前記負荷との接続回路に設けた電流検出器の検出信号を前記制御回路部に導入し、その出力信号に基づいて前記静止型無効電力補償装置内に設けられた電力用半導体素子をゲート制御し、
前記電源母線と前記静止型無効電力補償装置との接続回路に設けた電流検出器の出力信号および前記静止型無効電力補償装置内に設けられた電力用半導体素子をゲート制御する信号を比較演算回路で比較し、静止型無効電力補償装置の健全性を確認するようにしたことを特徴とする非常用電源設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非常用発電設備から非常用電源母線を介して非常用負荷に電力を供給する非常用電源設備に係り、特に非常用電源母線の電圧降下を軽減するようにした非常用電源設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所においては、外部電源喪失時あるいは原子炉冷却材喪失事故を伴う外部電源喪失時に工学的安全施設に係る補機電動機等の負荷や、その他原子炉停止に引き続き必要となる系統を運転するために必須の負荷群に対して、電力を供給するための非常用ディーゼル発電設備を設置している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この非常用ディーゼル発電設備は、設備費および維持費等の経済的な理由から一般的には負荷容量に対して発電容量にあまり余裕を持たせていないため、非常用電源母線の電圧変動および周波数変動を考慮して、全ての負荷を一度に投入せずに、予め定めた順序に従って各負荷を投入するようにしている。
【特許文献１】特開平７−１３２０００号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、順序投入してもなお大容量負荷を投入した時には約２５％の電圧降下、約１７％の周波数低下等を考慮する必要がある。これはディーゼル発電設備および負荷側にとって過酷な仕様条件となっている。
【０００５】
また、これまで非常用ディーゼル発電機の励磁装置として、前記順序投入時の大きな電圧降下に対して影響が比較的小さい自励複巻励磁方式を採用していたが、この自励複巻励磁方式は現在ほかの発電設備としてはあまり使用されていない。このためこの励磁装置の技術継承、信頼性および保守性が懸念されており、今後も継続して自励複巻励磁方式を使用することが困難な状況になってきている。
【０００６】
そこで、本発明は大容量負荷投入時の電圧降下、周波数低下を抑制し、更に非常用発電設備に関する技術継承、信頼性および保守性に問題の生じない非常用電源設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１記載の非常用電源設備の発明は、非常時に非常用発電機から電源母線を介して負荷に電力を供給するようにした非常用電源設備において、前記電源母線に電力用半導体素子およびリアクトルあるいはコンデンサを備えた静止型無効電力補償装置を接続し、前記非常用電源母線と前記非常用発電機との接続回路に電流検出器を設け、この電流検出器の検出信号を制御回路部に導入し、その出力信号に基づいて前記静止型無効電力補償装置内に設けられた電力用半導体素子をゲート制御し、前記電源母線の電圧降下を軽減させることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項４記載の非常用電源設備の発明は、非常時に非常用発電機から電源母線を介して負荷に電力を供給するようにした非常用電源設備において、前記電源母線に電力用半導体素子およびリアクトルあるいはコンデンサを備えた静止型無効電力補償装置を接続し、前記電源母線と前記負荷との接続回路に電流検出器を設け、この電流検出器の検出信号を制御回路部に導入し、その出力信号に基づいて前記静止型無効電力補償装置内に設けられた電力用半導体素子をゲート制御し、前記非常用電源母線の電圧降下を軽減させることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項６記載の非常用電源設備の発明は、非常時に非常用発電機から電源母線を介して負荷に電力を供給するようにした非常用電源設備において、前記電源母線に電力用半導体素子およびリアクトルあるいはコンデンサを備えた静止型無効電力補償装置を接続し、前記電源母線と前記負荷との接続回路および前記電源母線と前記静止型無効電力補償装置との接続回路にそれぞれ電流検出器を設け、前記電源母線と前記負荷との接続回路に設けた電流検出器の検出信号を前記制御回路部に導入し、その出力信号に基づいて前記静止型無効電力補償装置内に設けられた電力用半導体素子をゲート制御し、前記非常用電源母線と前記静止型無効電力補償装置との接続回路に設けた電流検出器の出力信号および前記静止型無効電力補償装置内に設けられた電力用半導体素子をゲート制御する信号を比較演算回路で比較し、静止型無効電力補償装置の健全性を確認するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、非常用電源母線に静止型無効電力補償装置を接続し、この静止型無効電力補償装置を非常用発電機の出力電気量あるいは負荷の入力電気量に応じて制御するようにしたので、大容量負荷を接続した時の電圧降下、周波数降下を軽減することができ、かつ非常用電源母線には標準的な励磁方式を採用した非常用発電設備を接続するようにしたので、発電設備に関する技術継承、信頼性および保守性に問題の生じない非常用電源設備を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明に係る非常用電源設備の実施例について説明する。なお、各図を通じて共通する部分については同一符号を付けて重複した説明を省略する。
【実施例１】
【００１２】
図１は本発明の非常用電源設備に係る実施例１を示す構成図であり、特に、図１（Ａ）は主回路部を、図１（Ｂ）は制御回路部をそれぞれ示す。  
まず、図１において、１は非常用電源母線であり、遮断器２ａを介して非常用発電設備３を接続するとともに、遮断器２ｂ、２ｃをそれぞれ介して変圧器負荷４、補機電動機負荷５を接続し、更に遮断器２ｄを介して非常用電源母線１の電圧降下、周波数低下を抑制するための静止型無効電力補償装置（Static  Var  Compensator；図中、ＳＶＣと表記）６を接続している。
【００１３】
前記非常用発電設備３は、前述した原子力発電所の外部電源喪失時あるいは原子炉冷却材喪失事故を伴う外部電源喪失時等に自動起動するように構成されており、ディーゼル発電機（図中、ＤＧと表記）３−１およびこの発電機３−１を駆動するディーゼルエンジン（図中、ＤＥと表記）を備えている。なお、ディーゼル発電機３−１の励磁方式は従来技術で述べたような自励複巻励磁方式ではなく、現在最も一般的な励磁方式、例えばサイリスタ励磁方式を採用している。
【００１４】
一方、前記静止型無効電力補償装置６については、内部の主回路構成は周知であるので図示していないが、リアクトル、コンデンサおよびサイリスタあるいはＩＧＢＴ等の電力用半導体素子を備えており、後述する図１（Ｂ）の制御回路部９から出力されるゲート信号１３で前述の電力用半導体素子の点弧位相角を制御することによって、高速度にかつ連続的に無効電力を制御し、非常用電源母線１の電圧の安定化を図るものである。  
なお、７は前記発電機３−１の出力端子側に設けられ、発電機出力を検出するための電流検出器であり、その出力信号８を後述する図１（Ｂ）の変換器１０に入力する。
【００１５】
次に、図１（Ｂ）の制御回路部９において、前記電流検出器７から出力された電流検出信号８は変換器１０を経て演算回路１１に入力される。この演算回路１１は、電流検出信号８を有効電流成分Ip（電圧と同相）と無効電流成分Iq（電圧から９０度遅れ）とに分離して演算を行い、それらの演算結果をゲート制御回路１２に出力する。ゲート制御回路１２は演算回路１１の演算結果に見合った適正な電力補償信号をゲート信号１３として出力する。この結果、前記静止型無効電力補償装置６によって非常用電源母線１の無効電力を変化させ、非常用電源母線１の電圧が大きく変動しないように調整する。
【００１６】
以上述べたように、本実施例１によれば、発電機３−１の出力端子側に電流検出器７を設け、電流検出信号８を変換器１０、演算回路１１およびゲート制御回路１２を介して得られた適正な電力補償信号であるゲート信号１３を静止型無効電力補償装置６に入力することにより、非常用電源母線の電圧降下に対して適正な電力補償を行い、非常用電源母線３の電圧降下を高速度にかつ連続的に低減することができる。  
なお、上記非常用発電設備３はディーゼル発電設備に限る必要はなく、ガスタービン発電設備等の他の電源装置でも差し支えない。
【実施例２】
【００１７】
図２は、本発明の非常用電源設備に係る実施例２の構成図であり、主回路部は図１と変わらないので、制御回路部のみを示す。  
本実施例２の制御回路９１は、前記実施例１の制御回路９を改良したものであり、前記演算回路１１に負荷投入指令に応じて予め設定された設定値１４を入力するようにしたものである。
【００１８】
この実施例２によれば、静止型無効電力補償装置の制御を負荷の投入パターンから予め最適化された制御パターンにより演算回路１１で演算処理を行うようにしたので、制御応答遅れを最小限に留めることができる。
【実施例３】
【００１９】
図３は本発明の非常用電源設備に係る実施例３の構成図であり、図３（Ａ）は主回路部、図３（Ｂ）は制御回路部を示す。  
前述した実施例１および２の場合、発電機（ＤＧ）３−１の出力端子側に設けた電流検出器７より電流検出信号８を得るようにしたが、本実施例３では変圧器負荷４および電動機負荷５の入力端子側にそれぞれ新たに電流検出器１５ａおよび１５ｂを設け、この電流検出器１５ａおよび１５ｂそれぞれの電流検出信号１６ａ、１６ｂを制御回路部９２の変換器１０に入力するようにしたものである。  
この変換器１０以降の処理は実施例１の制御回路部９と同じであるので、実施例１と同様な作用・効果を奏することができる。
【実施例４】
【００２０】
図４は、本発明の非常用電源設備に係る実施例４の構成図であり、図４（Ａ）は主回路部、図４（Ｂ）は制御回路部である。  
本実施例４の制御回路部９３は、前記実施例３の制御回路部９２を改良したもので、静止型無効電力補償装置６の出力端子側に新たに電流検出器１７を設け、この電流検出器１７の出力信号１８を制御回路部９３内に新たに設けた変換器１０１を介して健全性評価のための比較演算回路１９に入力するように構成したものである。
【００２１】
本実施例では、この比較演算回路１９に前記演算回路１１の出力信号、変換器１０１の出力信号およびテスト指令を入力することにより、各々の負荷すなわち、変圧器負荷４、電動機負荷５の試験運転時に合わせて静止型無効電力補償装置６の試験運転を同時に行い、静止型無効電力補償装置６の目標補償電力量と計測結果である静止型無効電力補償装置電流検出信号１８とを比較演算回路１９により処理し、静止型無効電力補償装置６の健全性確認を行うことができる。
【００２２】
なお、以上述べた実施例は、非常時に非常用電源母線１を介して非常用発電機３−１から負荷４，５に電力を供給するようにしたが、非常時に確実に負荷４，５に電力を供給することができれば、非常用電源母線１の代わりに他の所内母線を使用するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の非常用電源設備に係る実施例１の構成図であり、（Ａ）は主回路部、（Ｂ）は制御回路部。
【図２】本発明の非常用電源設備に係る実施例２の制御回路部。
【図３】本発明の非常用電源設備に係る実施例３の構成図であり、（Ａ）は主回路部、（Ｂ）は制御回路部。
【図４】本発明の非常用電源設備に係る実施例４の構成図であり、（Ａ）は主回路部、（Ｂ）は制御回路部。
【符号の説明】
【００２４】
１…非常用電源母線、２…遮断器、３…非常用発電設備、３−１…発電機、３−２…エンジン、４…変圧器負荷、５…電動機負荷、６…静止型無効電力補償装置、７…電流検出器（非常用発電機出力）、８…電流検出信号（非常用ディーゼル発電機出力）、９、９１，９２，９３…制御回路部、１０…変換器、１１…演算回路、１２…ゲート制御回路、１３…ゲート信号、１４…負荷投入指令に応じて設定された設定値、１５ａ、１５ｂ…負荷電流検出器、１６ａ、１６ｂ…負荷電流検出信号、１７…静止型無効電力補償装置電流検出器、１８…静止型無効電力補償装置電流検出信号、１９…比較演算回路。
【図１】
2005185042.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005185042.tif 000006