JP2009204255A - 蒸気発生器の給水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給水装置の上流側の復水ポンプがトリップしてから、トリップした復水ポンプの予備機を起動して通常の給水流量に復帰させるまでの時間を短縮する。
【解決手段】予備機を含んでそれぞれ複数台で構成されてなる復水ポンプ７，９及び給水ポンプ１１を有する給水装置において、制御装置は、運転中の復水ポンプのトリップを検知したとき、運転中の全ての給水ポンプのインバータ装置１６に設定速度による減速運転指令を出力するトリップ時制御を実行した後、トリップした復水ポンプの予備機に起動指令を出力するとともに、給水ポンプの全てのインバータ装置に通常状態への復帰指令を出力する復帰時制御を実行し、各インバータ装置は、各給水ポンプの電動機の回転速度を上昇させて、各給水ポンプを通常運転に復帰させることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発電プラントの蒸気発生器の給水装置に係り、特に、低圧又は高圧の復水ポンプのトリップから通常復帰までの給水ポンプを含む給水装置の運転制御に関する

原子力発電プラントや火力発電プラントにおいては、原子炉やボイラの蒸気発生器により発生した蒸気で蒸気タービンを駆動して発電機により発電し、蒸気タービンを駆動した蒸気を復水器で冷却して凝結させた復水を、少なくとも１段以上の復水ポンプ（例えば、低圧復水ポンプと高圧復水ポンプの２段の復水ポンプ）で昇圧し、さらに給水ポンプで昇圧して蒸気発生器に給水するようになっている。これらの、復水ポンプと給水ポンプは、それぞれ電動機により駆動され、それらの電動機は、遮断器を介して所内高圧母線より供給される電源によって、例えば全電圧起動により駆動されるようになっている。

また、復水ポンプと給水ポンプは、それぞれ予備機を含む複数台のポンプを並列接続して構成され、通常時は予備機を除く複数のポンプを運転して給水している。例えば、復水ポンプと給水ポンプをそれぞれ３台で構成した場合、発電プラントの定格給水流量を１００％としたとき、それぞれのポンプの１台あたりの容量を５０％とし、２台を通常運転とし、１台を予備機として運用している。そして、通常運転中に、復水ポンプを駆動する電動機等に故障が発生した場合、その電動機に電源を供給する遮断器を開放して、その復水ポンプを停止（トリップ）して予備機に切り替えて所定の給水流量を確保するようにしている。

しかし、故障が発生した復水ポンプをトリップすると、その復水ポンプから出力される流量が低下するため、下流側のポンプ（高圧復水ポンプ、給水ポンプ）を通常運転すると、上流側と下流側のポンプの流量がアンバランスになってキャビテーションが発生してポンプが損傷するおそれがある。

そこで、一般に、上流側に復水ポンプの1台がトリップしたとき、下流側の復水ポンプ及び給水ポンプをそれぞれ１台停止して、上流側と下流側のポンプの流量アンバランスを解消するようにしている。このようにして上流側と下流側のポンプの流量のバランスを取った後、トリップした復水ポンプの予備機を全電圧で起動するとともに、停止させた下流側の復水ポンプ及び給水ポンプの運転を復帰させて、蒸気発生器への給水流量を確保するようにしている。

一方、蒸気発生器への給水流量の制御は、例えば、給水ポンプの出口に設けられた給水流量調整弁の開度を調整することにより、発電プラントから要求される所定の給水流量に制御することができる。

しかし、給水流量調整弁による圧力損失により多くのエネルギーが消費されることから、省エネルギーの観点から給水ポンプの駆動用電動機を静止形可変電圧可変周波数電源装置（以下、インバータ装置という。）により可変速駆動することが提案されている（特許文献１）。これによれば、負荷パターンに応じて給水ポンプの回転速度を変化させて給水流量を制御することが可能になるが、特許文献１には、上流側に復水ポンプの1台がトリップした後、停止した下流側の給水ポンプの運転を復帰させる際のインバータ装置の始動方法については記載されていない。

すなわち、上流側の復水ポンプのトリップに伴って給水ポンプ駆動用のインバータ装置を一旦停止し、上流側復水ポンプの予備機の起動に伴って給水ポンプ駆動用のインバータ装置を再起動させるとき、インバータ装置の特性上から、全電圧起動により電動機を起動することができない。そのため、給水ポンプの再起動に際し、インバータ装置の出力電圧、出力周波数を一定の割合で増加させて電動機の回転速度を徐々に上昇させるいわゆるソフトスタートとなる。その結果、トリップ後の通常運転復帰時に、給水ポンプの出力流量が所定の給水流量（１００％）に達するまでに時間がかかり、その間給水流量が必要とする流量を下回るため、原子炉などの蒸気発生器の水位が低下するという問題がある。

なお、インバータ装置の容量を、電動機を全電圧始動の始動電流に対応できるものにすれば、ソフトスタートさせる必要はない。しかし、全電圧始動の始動電流は定格電流の数倍であることから、経済性を考慮すると実用的でない。

一方、特許文献２には、上流側の復水ポンプのトリップに伴って給水ポンプ駆動用のインバータ装置の出力を絞り、上流側の復水ポンプと下流側の給水ポンプの流量をバランスさせることが記載されている。

特願昭５７−１０３９４０号公報 特開平４−１３２９９６号公報

しかしながら、特許文献２には、上流側の復水ポンプのトリップに伴う給水ポンプ駆動用のインバータ装置の制御については記載されているが、上流側の予備機の復水ポンプを起動して給水流量を通常運転時の流量に復帰させるときの給水ポンプの回転速度の制御については配慮されていない。そのため、通常運転に復帰するまでの時間がかかり、その間に、原子炉などの蒸気発生器の水位が低下するおそれが残る。

本発明が解決しようとする課題は、蒸気発生器の給水装置の上流側の復水ポンプがトリップしてから、トリップした復水ポンプの予備機を起動して通常の給水流量に復帰させるまでの時間を短縮することにある。

上記課題を解決するため、本発明の蒸気発生器の給水装置は、以下のとおり構成することを特徴とする。

すなわち、本発明は、復水器の復水を電動機駆動の少なくとも１段の復水ポンプで昇圧し、該復水ポンプで昇圧された復水をさらに昇圧して蒸気発生器に給水する電動機駆動の給水ポンプと、前記復水ポンプの電動機を全電圧起動する遮断器と、前記給水ポンプの電動機を可変速駆動するインバータ装置と、前記遮断器と前記インバータ装置を制御する制御装置を備え、前記復水ポンプ及び前記給水ポンプは予備機を含んでそれぞれ複数台で構成されてなる蒸気発生器の給水装置において、前記制御装置は、運転中の前記復水ポンプのトリップを検知したとき、運転中の全ての前記給水ポンプの前記インバータ装置に設定速度による減速運転指令を出力するトリップ時制御を実行した後、トリップした前記復水ポンプの予備機に起動指令を出力するとともに、前記給水ポンプの全ての前記インバータ装置に通常状態への復帰指令を出力する復帰時制御を実行し、前記各インバータ装置は、前記各給水ポンプの電動機の回転速度を上昇させて、前記各給水ポンプを通常運転に復帰させることを特徴とする。

すなわち、上流側の復水ポンプがトリップしたとき、給水ポンプを駆動するインバータ装置を設定速度（例えば、通常時の５０％）に減速運転してトリップ時制御を実行する。これにより、運転中の全ての給水ポンプは停止せずに減速運転されているから、通常状態へ戻す復帰時は、その状態からインバータ装置により給水ポンプの電動機の回転速度を上昇させて通常運転に復帰させるので、給水ポンプの回転速度を短時間で通常運転時の速度まで復帰させることができる。これにより、上流側の復水ポンプがトリップしてから、トリップした復水ポンプの予備機を起動して通常の給水流量に復帰させるまでの時間を短縮することができ、原子炉などの蒸気発生器の水位が低下するのを抑制できる。

この場合において、前記トリップ時制御は、前記インバータ装置の出力を上流側の前記復水ポンプのトリップ時に要求される前記給水ポンプの給水流量相当まで低減させて、給水系の給水流量のアンバランスを調整することが望ましい。言い換えれば、前記トリップ時制御における前記インバータの設定速度は、前記給水ポンプの上流側の最終段の運転中の復水ポンプの総給水量を、前記給水ポンプの運転台数で分担する分担給水量に応じて設定する。

また、前記制御装置は、前記復水ポンプのトリップを、前記復水ポンプを駆動する電動機の遮断器の開放信号又は同遮断器の開放条件の成立により検知することができる。

また、前記制御装置は、前記インバータ装置の通常状態への前記復帰指令を、トリップした前記復水ポンプ（低圧復水ポンプ又は高圧復水ポンプ）の予備機の遮断器の投入信号又は同遮断器の投入条件の成立により出力するようにすることができる。ここで、前記遮断器の投入条件の成立は、トリップした前記復水ポンプの予備機の電動機の再始動条件の成立によるものとすることができる。また、 前記インバータ装置の通常状態への前記復帰指令は、トリップした前記復水ポンプの予備機の電動機の起動を検知する駆動用電動機又は当該復水ポンプの回転速度が設定値以上となった信号により出力することができる。

さらに、前記インバータ装置の通常状態への前記復帰指令は、前記復水ポンプ又は前記高圧復水ポンプの吐出圧力が設定値以上となった信号とすることができる。この場合、前記インバータ装置は前記吐出圧力の上昇にあわせて前記給水ポンプの電動機の回転速度を上昇させることが好ましい。

あるいは、また、前記インバータ装置の通常状態への前記復帰指令は、前記復水ポンプ又は前記高圧復水ポンプの給水流量が設定値以上となった信号とすることができる。この場合、前記インバータ装置は前記給水流量の上昇にあわせて前記給水ポンプの電動機の回転速度を上昇させることが好ましい。

また、前記インバータ装置は、上流側のポンプがトリップされて、前記減速運転指令が入力されたとき、当該インバータ装置をサプレイスして前記給水ポンプの電動機を自然減速させ、該電動機の回転速度が前記設定速度になったとき、当該インバータ装置を起動して前記設定速度にて保持することができる。

あるいは、前記インバータ装置は、前記減速運転指令が入力されたとき、当該インバータ装置を回生運転モードにより運転し、当該給水ポンプの電動機の回転速度が設定速度になったとき通常運転モードに変更して前記設定速度に保持することが好ましい。これによれば、トリップ時の流量バランス制御を速やかに行うことができる。この場合、前記インバータ装置は、該インバータ装置が接続されている所内高圧母線の電圧を計器用変圧器により監視し、規定の電圧値以下となっている場合のみ回生運転モードとすることが好ましい。また、前記インバータ装置は、前記復水ポンプ又は前記高圧復水ポンプがトリップした後、予備機が起動するときに、当該予備機の電動機の遮断器の投入信号を起点として、当該予備機の電動機の起動完了まで、前記回生運転モードとすることが好ましい。

本発明によれば、蒸気発生器の給水装置の上流側の復水ポンプがトリップしてから、トリップした復水ポンプの予備機を起動して通常の給水流量に復帰させるまでの時間を短縮することができる。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

図１に、本発明の一実施例を適用した原子力発電プラントの給復水系統の概略構成図を示す。図示のように、原子炉１で発生した蒸気は、減圧弁等を備えた蒸気配管２を介してタービン３に導かれ、タービン３を駆動して発電機４を回転させ、電力を発生させるようになっている。タービン３を駆動した蒸気は復水器５で冷却されて水に戻る。復水器５の水は、復水器出口管６を介して３台を並列接続した構成の低圧復水ポンプ７（Ａ〜Ｃ）に導かれて昇圧され、さらに復水管８を介して３台を並列接続した構成の高圧復水ポンプ９（Ａ〜Ｃ）に導かれて昇圧される。高圧復水ポンプ９により昇圧された復水は給水ポンプ入口管１０を介して３台を並列接続した構成の給水ポンプ１１（Ａ〜Ｃ）に供給される。給水ポンプ１１は、給水を原子炉圧力相当まで昇圧し、給水管１２を介して原子炉１に供給するようになっている。なお、原子炉１を火力ボイラに置き換えれば、図１の構成をそのまま火力発電プラントに適用できることはいうまでもない。

低圧復水ポンプ７（Ａ〜Ｃ）の駆動源は、低圧復水ポンプ駆動用電動機（以下、単に電動機という。）１３（Ａ〜Ｃ）であり、各電動機１３はそれぞれ低圧復水ポンプ駆動用電動機遮断器（以下、単に遮断器という。）２１（Ａ〜Ｃ）を介して所内高圧母線２０に接続され、同母線より電源が供給される。すなわち、各電動機１３は電源電圧で全電圧始動されるようになっている。また、高圧復水ポンプ９（Ａ〜Ｃ）の駆動源は、高圧復水ポンプ駆動用電動機（以下、単に電動機という。）１４（Ａ〜Ｃ）であり、各電動機１４はそれぞれ高圧復水ポンプ駆動用電動機遮断器（以下、単に遮断器という。）２２（Ａ〜Ｃ）を介して所内高圧母線２０に接続され、同母線より電源が供給される。すなわち、各電動機１４は低圧復水ポンプ７と同様に、電源電圧で全電圧始動されるようになっている
給水ポンプ１１（Ａ〜Ｃ）の駆動源は、給水ポンプ駆動用電動機（以下、単に電動機という。）１５（Ａ〜Ｃ）であり、各電動機１５は静止形可変電圧可変周波数電源装置（以下、単にインバータ装置という。）１６（Ａ〜Ｃ）によりそれぞれ駆動制御されるようになっている。各インバータ装置１６は、それぞれ給水ポンプ駆動用電動機遮断器（以下、単に遮断器という。）２３（Ａ〜Ｃ）を介して所内高圧母線２０に接続され、同母線より電源が供給される。つまり、給水ポンプ１１は、インバータ装置１６によって可変速駆動されるようになっている。なお、図示していないが、各電動機１３，１４の遮断器２１，２２と、遮断器２３に接続されたインバータ装置１６を制御する給水制御装置が設けられている。

ここで、低圧復水ポンプ７、高圧復水ポンプ９及び給水ポンプ１１の構成について説明する。３台を並列接続した構成の低圧復水ポンプ７及び高圧復水ポンプ９は、通常時のプラント給水量を１００％としたとき、それぞれ１台あたり５０％出力水量のポンプであり、通常時は２台を運転し、１台を予備機として運用している。給水ポンプ１１も同様に、それぞれ１台あたり５０％出力水量のポンプであり、通常時は２台運転で運用し、１台は予備機である。運転しているポンプの遮断器２１，２２，２３は閉、予備機のポンプの遮断器２１，２２，２３は開となっている。

一方、通常運転中の１台の低圧復水ポンプ７の電動機１３などに何らかの故障が発生した場合、給水制御装置は、故障した低圧復水ポンプ７に係る遮断器２１を閉から開に切換え、故障した低圧復水ポンプ７を停止（トリップ）させる。例えば、低圧復水ポンプ７Ａ、７Ｂの２台による通常運転中に、低圧復水ポンプ７Ａが故障によりトリップされると、プラント給水量は低圧復水ポンプ７Ｂから供給できる給水量である５０％に減少する。そのとき、下流側ポンプである高圧復水ポンプ９Ａ、９Ｂ及び給水ポンプ１１Ａ、１１Ｂを通常通りに合わせて１００％の給水量で運転を継続すると、上流側の低圧復水ポンプ７と下流側の高圧復水ポンプ９Ａ、９Ｂ及び給水ポンプ１１Ａ、１１Ｂの流量にアンバランスが発生する。つまり、下流側ポンプは、吸込み流量に見合う給水が供給されないため、流量のアンバランスによりキャビテーションが発生しポンプが損傷するおそれがある。

そこで、ポンプトリップ時の給水系の上流側から下流側に至る流量アンバランスを解消するため、給水制御装置は、上流側の低圧復水ポンプ７の１台がトリップしたことを示す遮断器２１が開放された信号若しくは故障信号により、下流側の高圧復水ポンプ９の電源の遮断器２２を開放して運転中の２台のうちの１台を停止させる。これにより、上流側ポンプの低圧復水ポンプ７と、下流側ポンプの高圧復水ポンプ９との間の流量アンバランスを解消する。

ところで、低圧復水ポンプ７又は高圧復水ポンプ９の１台がトリップしたことを示す遮断器２１又は２２が開放された信号若しくは故障信号により、給水ポンプ１１の電源の遮断器２３を開放するか、若しくはインバータ装置１６を停止すると、流量アンバランスを解消させることができるが、次に述べるように、低圧復水ポンプ７又は高圧復水ポンプ９の予備機が起動したときに問題が生ずる。

ここで、本実施例１の特徴構成及び動作について、例えば、低圧復水ポンプ７の予備機の起動後を例に説明する。低圧復水ポンプ７のトリップ後、給水流量は低減するから、低圧復水ポンプ７の予備機を起動し、この起動を受けて高圧復水ポンプ９を起動し、給水ポンプ１１を通常運転に戻す必要がある。ここで、予備機を起動したときの説明を分かりやすくするため、低圧復水ポンプ７、高圧復水ポンプ９及び給水ポンプ１１は、いずれもＡ、Ｂが運転中、Ｃが予備機であり、何らかの原因で低圧復水ポンプ７Ａがトリップしたものと仮定して説明する。

まず、給水流量を通常運転相当に復帰させるため、トリップした低圧復水ポンプ７Ａに代えて、低圧復水ポンプ７Ｃの予備機を起動させる。このとき、予備機の低圧復水ポンプ７Ｃの起動は、低圧復水ポンプ７Ａの故障信号若しくは遮断器２１Ａが開放された信号により、予備機の低圧復水ポンプ７Ｃの遮断器２１Ｃを投入して起動する。これにより、全電圧始動方式の低圧復水ポンプ７Ｃは比較的直ちに所定の出力水量を吐出できる状態になる。

次に、給水制御装置は、低圧復水ポンプ７Ｃの起動を遮断器２１Ｃの投入信号により検知し、流量アンバランス解消のために停止していた例えば高圧復水ポンプ９Ａの遮断器２２Ａを投入して、高圧復水ポンプ９Ａを再起動させる。高圧復水ポンプ９Ａは、全電圧始動方式であるから、比較的直ちに所定の出力水量を吐出できる状態になり、低圧復水ポンプ７と高圧復水ポンプ９の流量がバランスされる。これにより、給水ポンプ１１の入口流量が通常運転相当になる。

ここで、流量アンバランス解消のために、仮に給水ポンプ１１の１台を停止したとすると、低圧復水ポンプ７Ｃの遮断器２１Ｃの投入信号に基づいて、その給水ポンプ１１を再起動しても、直ちに所定の出力水量を吐出できる状態にならない。すなわち、インバータ装置１６により駆動される給水ポンプ１１は、インバータ装置１６の特性上から全電圧始動できないので、回転速度をゼロから徐々に上昇させるいわゆるソフトスタート方式が採用される。そのため、例えば、インバータ装置１６Ａにより可変速駆動する給水ポンプ１１Ａは、上流側の低圧復水ポンプ７Ａのトリップ時に一旦停止させてしまうと、再始動して所定のプラント給水量に達するまでに時間がかかってしまい、その間に原子炉１の水位が大きく低下してしまう。

そこで、本実施例１では、上流側の低圧復水ポンプ７Ａがトリップしたときに、運転中の給水ポンプ１１Ａ、Ｂを停止せず、インバータ装置１６Ａ、Ｂにより給水ポンプ１１Ａ、Ｂの回転速度を絞って、各給水ポンプ１１Ａ、Ｂの出力流量をそれぞれ通常時のプラント給水量１００％に対して２５％で制御し、それらの給水ポンプ１１Ａ、Ｂの合計出力流量を５０％に保持させるように制御する。つまり、給水制御装置は、低圧復水ポンプ７Ａのトリップを検知したとき、高圧復水ポンプ９Ａの遮断器２２Ｂの開放信号を出力する。また、運転中の全てのインバータ装置１６Ａ、Ｂに設定速度による減速運転指令を出力する。

これにより、インバータ装置１６Ａ、Ｂは、出力を上流側ポンプトリップ時に要求される給水流量（５０％＝２５％×２）相当まで低下させるために、給水ポンプ１１Ａ、Ｂの回転速度を低下させる。つまり、予備機の低圧復水ポンプ７Ｃが起動されるまでは、高圧復水ポンプ９の流量は、通常運転時の５０％程度になっている。また、ポンプの回転速度とポンプ出力流量の関係が比例関係にあるので、２台の給水ポンプ１１Ａ、Ｂのそれぞれのポンプにつき回転速度が５０％となるように、インバータ装置１６Ａ、Ｂの出力を低下させる。その後、２台の給水ポンプ１１Ａ、Ｂの合計出力流量が５０％となるように出力を制御し、上流側との流量アンバランスを解消させる。

次に、インバータ装置１６Ａ、Ｂにより、給水流量を通常運転相当に復帰させる制御について説明する。給水制御装置は、トリップ時制御を実行した後、トリップした低圧復水ポンプ７Ａの予備機に起動指令を遮断器２１Ｃに出力するとともに、給水ポンプ１１Ａ，Ｂのインバータ装置１６Ａ、Ｂに通常状態への復帰指令を出力して復帰時制御を実行する。つまり、給水制御装置は、一旦停止していた高圧復水ポンプ９Ａの再起動を遮断器２２Ａの投入信号（遮断器開閉状態信号２４）により検知したとき、インバータ装置１６Ａ、Ｂに復帰指令を出力して、出力電圧と周波数を上昇させて、給水ポンプ１１Ａ、Ｂの回転数を速やかに増速して、所定のプラント給水量を確保する。

なお、上記の説明では、低圧復水ポンプ７のトリップの場合を例に説明したが、高圧復水ポンプ９のトリップの場合も同様である。

これにより、本実施例１によれば、上流側の復水ポンプが故障等によりトリップした場合に、給水ポンプ１１を停止することなく、インバータ装置１６により給水ポンプ１１の出力水量を上流側の復水ポンプの給水量に合わせる制御をしていることから、上流側の復水ポンプがトリップした場合における流量のアンバランスを解消して、キャビテーションなどの問題を回避できる。

さらに、上流側の復水ポンプの予備機が起動され、これに伴い一旦停止していた上流側の復水ポンプが再起動されたとき、これを検知して、インバータ装置１６により給水ポンプ１１の回転速度を速やかに増速して、出力水量を通常時の出力水量に戻し、通常時の所定のプラント給水量を速やかに確保することができる。その結果、再起動時の原子炉１の水位の低下幅を少なくすることができる。

なお、実施例１において、上流側復水ポンプのトリップ時に、インバータ装置１６の出力を低下させるための上流側復水ポンプのトリップ信号として、高圧復水ポンプ９の遮断器２２の開放信号を用いたが、これに限らず、低圧復水ポンプ７の遮断器２１の開放信号、若しくはその遮断器２１の開放条件、若しくは高圧復水ポンプ９の遮断器２２の開放条件を適用することもできる。

また、実施例１において、給水流量を通常運転相当に復帰させるための信号として、高圧復水ポンプ９の遮断器２２が投入された信号を用いたが、これに限らず、高圧復水ポンプ９の電動機１４の再始動条件の成立信号、若しくは高圧復水ポンプ９の電動機１４の起動を検知するための駆動用電動機、若しくは同ポンプの回転速度が設定値以上となった信号を適用することもできる。

上述したように、本実施例１は、復水器５に接続された予備機を含む複数台の電動機駆動の低圧復水ポンプ７と、低圧復水ポンプ７の吐出側に共通接続された予備機を含む複数台の電動機駆動の高圧復水ポンプ９と、高圧復水ポンプ９の吐出側に共通接続された予備機を含む複数台の電動機駆動の給水ポンプ１１と、各低圧復水ポンプと各高圧復水ポンプの電動機１３，１４をそれぞれ全電圧起動する複数の遮断器２１，２２と、各給水ポンプ１１の電動機１５をそれぞれ可変速駆動する複数のインバータ装置１６と、各電動機の遮断器とインバータ装置１６を制御する給水制御装置を備え、給水ポンプ１１により原子炉１に給水する給水装置において、給水制御装置は、運転中の低圧復水ポンプ７のトリップを検知したとき、運転中の１台の高圧復水ポンプ９に停止指令を出力し、運転中の１台の高圧復水ポンプ９のトリップを検知したとき又は高圧復水ポンプの停止を検知したとき、運転中の全ての給水ポンプ１１のインバータ装置１６に設定速度によって減速運転指令を出力するトリップ時制御を実行した後、トリップした低圧復水ポンプ７又は高圧復水ポンプ９の予備機に起動指令を出力するとともに、停止指令により停止させた高圧復水ポンプ９に再起動指令を出力し、給水ポンプ１１の全てのインバータ装置１６に通常状態への復帰指令を出力する復帰時制御を実行し、各インバータ装置１６は、各給水ポンプ１１の電動機１５の回転速度を上昇させて、各給水ポンプ１１を通常運転に復帰させるようにしていることから、上流側の復水ポンプ７，９がトリップしてから、トリップした復水ポンプ７，９の予備機を起動して通常の給水流量に復帰させる復帰時制御に係る時間を短縮することができる。

なお、実施例１では、２段構成の復水ポンプを備えた給水装置に適用したが、本発明はこれに限らず、１段構成の復水ポンプを備えた給水装置に適用しても同一の効果を奏することができる。

図２に、本発明の他の実施例を適用した原子力発電プラントの給復水系統の概略構成図を示す。本実施例２が実施例１と相違する点は、上流側の復水ポンプのトリップ後に、その予備機を起動して給水ポンプ１１の運転を通常運転相当に復帰させるための条件が異なることにあり、その他は実施例１と同様である。

実施例１では、給水ポンプ１１を通常運転相当に復帰させる条件として、高圧復水ポンプ９の遮断器２２の投入信号、若しくは高圧復水ポンプ９の電動機１４の再起動条件の成立信号、若しくは高圧復水ポンプ９の電動機１４の起動を検知するための駆動用電動機、若しくは同ポンプの回転速度が設定値以上となった信号を適用した。これに対して、本実施例２では、高圧復水ポンプ９の吐出側に設けた圧力計２５により、吐出圧力が設定値以上となった信号により、インバータ装置１６の出力上昇を開始させるとともに、その吐出圧力にあわせてインバータ装置１６の出力を上昇させて、最終的に給水ポンプ１１を通常運転に戻すようにしている。

図６に、高圧復水ポンプ９の吐出圧力と、インバータ装置１６で駆動される給水ポンプ１１の吐出圧力を示す。同図に示すように、給水ポンプ１１の運転は、高圧復水ポンプ９の吐出圧力と整合するよう制御することが可能であり、本実施例２によれば、上流側復水ポンプのトリップ後の復帰時における給水流量を精度よく制御することが可能となる。

なお、図２において、高圧復水ポンプ９の吐出圧力を用いたが、これに代えて、高圧復水ポンプ９の吐出側に給水流量計を設け、その給水流量をインバータ装置１６の出力上昇の条件として使用することも可能である。

図３に、本発明の他の実施例を適用した原子力発電プラントの給復水系統の概略構成図を示し、図４、図５に本実施例のインバータ１９の内部構成を示す。

本実施例３が実施例１と相違する点は、実施例１は給水ポンプ１１の上流側復水ポンプがトリップした信号によって、給水ポンプ１１の駆動源である２台のインバータ装置１６の出力を低下させるのに対して、本実施例３は上流側復水ポンプがトリップした信号によって、インバータ装置１６を回生運転モードに切替える構成としている点にある。

すなわち、上流側の復水ポンプ（低圧復水ポンプ７、高圧復水ポンプ９）がトリップしたとき、給水ポンプ１１の流量を短時間で低下させることが、ポンプ保護の観点からは望ましい。そこで、本実施例３では、インバータ装置１６の出力を低下させるのではなく、回生運転モード運転とし、電動機１５に電気的にブレーキをかけることで、給水ポンプ１１の流量の低下を短時間で行うようにしたことを特徴とする。
つまり、図４、図５に示すように、インバータ装置１６は、通常運転時は、所内高圧母線２０から遮断器２３を介して供給される交流入力を、コンバータ回路３１を整流運転し、平滑コンデンサからなる直流回路３２で直流に平滑し、インバータ回路３３をインバータ運転して任意の電圧、周波数の交流に変換して電動機１５に出力する。

これに対し、回生運転モードは、インバータ装置１６の出力を停止して電動機１５が発電サイドになってしまった時、電動機１５の回生エネルギーをインバータ回路３３を整流運転し、電源回生機能付きのコンバータ回路３１をインバータ運転して、直流回路３２の平滑コンデンサの放電電流を交流に変換して所内高圧母線２０へ戻すものである。

通常状態で、所内高圧母線２０が定格電圧に保たれている状態で、インバータ装置１６から所内高圧母線１７に電力が回生されると、所内高圧母線２０の電圧が上昇するという問題が発生する。

しかし、インバータ装置１６が回生運転している状態では、低圧復水ポンプ７又は高圧復水ポンプ９の予備機の起動状態であり、全電圧起動の電動機には通常運転時の約６倍の電流が流れるので、所内高圧母線２０の電圧は定格よりも下がっている。したがって、インバータ装置１６から電力が回生されることにより、所内高圧母線２０の電圧低下幅を小さくすることが可能となる。

そこで、本実施例３では、図３に示すように、所内高圧母線２０の電圧を計器用変圧器２６で監視する。そして、図４に示すように、計器用変圧器２６により検出された母線電圧Ｖと定格電圧を比較器４１で比較し、所内高圧母線２０の電圧が定格電圧以下でないときであって、遮断器開閉状態信号２４の判定器４２の判定が、高圧復水ポンプ９（又は、低圧復水ポンプ７）の予備機の起動中を示す場合は、インバータ装置１６の回生運転をせず、通常運転モード４５により実施例１、２の出力低下運転をする。

一方、図５に示すように、比較器４１の比較の結果、母線電圧Ｖが定格電圧以下のときであって、遮断器開閉状態信号２４の判定器４２の判定が、高圧復水ポンプ９（又は、低圧復水ポンプ７）の予備機の起動中を示す場合は、インバータ装置１６の回生運転モード４６によりインバータ装置１６を、例えば５０％の回転速度相当に低下するように運転する。

なお、インバータ装置１６の回生運転モードは、復水ポンプトリップ時のみに限定する必要がある。この解決方法の一つとして、判定器４２にタイマを設け、予備機起動後タイマで設定された時間のみ回生運転モードとする。なお、タイマの数値は、予備機の起動完了までの時間、及び回生運転モードにより給水ポンプが所定の回転速度まで低下する時間の両者を考慮して決定する。

本実施例３によれば、母線電圧Ｖが定格電圧よりも低いときは、給水ポンプ１１のインバータ装置１６を回生運転することにより、速やかに所定の給水量まで低下させることができるから、キャビテーションの問題を速やかに回避できる。

本発明の実施例１を適用した原子力発電プラントの給復水系統の概略構成図である。 本発明の実施例２を適用した原子力発電プラントの給復水系統の概略構成図である。 本発明の実施例３を適用した原子力発電プラントの給復水系統の概略構成図である。 本発明の実施例３のインバータの要部と動作を説明する図である。 本発明の実施例３のインバータの要部と動作を説明する図である。 本発明の実施例２の高圧復水ポンプと給水ポンプの吐出圧力の変化を説明する図である。

符号の説明

１・・・原子炉、３・・・タービン、４・・・発電機、５・・・復水器、
７・・・低圧復水ポンプ、９…高圧復水ポンプ、１１・・・給水ポンプ、
１３…低圧復水ポンプ駆動用電動機、１４・・・高圧復水ポンプ駆動用電動機、
１５…給水ポンプ駆動用電動機、１６・・・静止形可変電圧可変周波数電源装置、
２０・・・所内高圧母線、２１・・・低圧復水ポンプ駆動用電動機遮断器、
２２・・・高圧復水ポンプ駆動用電動機遮断器、
２３・・・給水ポンプ駆動用電動機遮断器、
２５・・・吐出圧力計
２６・・・計器用変圧器

Claims (14)

1. 復水器の復水を電動機駆動の少なくとも１段の復水ポンプで昇圧し、該復水ポンプで昇圧された復水をさらに昇圧して蒸気発生器に給水する電動機駆動の給水ポンプと、前記復水ポンプの電動機を全電圧起動させる遮断器と、前記給水ポンプの電動機を可変速駆動するインバータ装置と、前記遮断器と前記インバータ装置を制御する制御装置を備え、前記復水ポンプ及び前記給水ポンプは予備機を含んでそれぞれ複数台で構成されてなる蒸気発生器の給水装置において、
   前記制御装置は、運転中の前記復水ポンプのトリップを検知したとき、運転中の全ての前記給水ポンプの前記インバータ装置に設定速度による減速運転指令を出力するトリップ時制御を実行した後、トリップした前記復水ポンプの予備機に起動指令を出力するとともに、前記給水ポンプの全ての前記インバータ装置に通常状態への復帰指令を出力する復帰時制御を実行し、
   前記各インバータ装置は、前記各給水ポンプの電動機の回転速度を上昇させて、前記各給水ポンプを通常運転に復帰させることを特徴とする蒸気発生器の給水装置。
2. 復水器に接続された予備機を含む複数台の電動機駆動の低圧復水ポンプと、該低圧復水ポンプの吐出側に共通接続された予備機を含む複数台の電動機駆動の高圧復水ポンプと、該高圧復水ポンプの吐出側に共通接続された予備機を含む複数台の電動機駆動の給水ポンプと、前記各低圧復水ポンプと前記各高圧復水ポンプの電動機をそれぞれ全電圧起動させる複数の遮断器と、前記各給水ポンプの電動機をそれぞれ可変速駆動する複数のインバータ装置と、前記各電動機の遮断器と前記インバータ装置を制御する制御装置を備え、前記給水ポンプにより蒸気発生器に給水する給水装置において、
   前記制御装置は、運転中の前記低圧復水ポンプのトリップを検知したとき、運転中の１台の前記高圧復水ポンプに停止指令を出力し、運転中の１台の前記高圧復水ポンプのトリップを検知したとき又は前記高圧復水ポンプの停止を検知したとき、運転中の全ての前記給水ポンプの前記インバータ装置に設定速度によって減速運転指令を出力するトリップ時制御を実行した後、
   トリップした前記低圧復水ポンプ又は前記高圧復水ポンプの予備機に起動指令を出力するとともに、前記停止指令により停止させた前記高圧復水ポンプに再起動指令を出力し、前記給水ポンプの全ての前記インバータ装置に通常状態への復帰指令を出力する復帰時制御を実行し、
   前記各インバータ装置は、前記各給水ポンプの電動機の回転速度を上昇させて、前記各給水ポンプを通常運転に復帰させることを特徴とする蒸気発生器の給水装置。
3. 請求項１又は２に記載の蒸気発生器の給水装置において、
   前記トリップ時制御は、前記インバータ装置の出力を上流側の前記復水ポンプのトリップ時に要求される前記給水ポンプの給水流量相当まで低減させて、給水系の給水流量のアンバランスを調整することを特徴とする蒸気発生器の給水装置。
4. 請求項１又は２に記載の蒸気発生器の給水装置において、
   前記トリップ時制御における前記インバータの設定速度は、前記給水ポンプの上流側の最終段の運転中の復水ポンプの総給水量を、前記給水ポンプの運転台数で分担する分担給水量に応じて設定されることを特徴とする蒸気発生器の給水装置。
5. 請求項１に記載の蒸気発生器の給水装置において、
   前記制御装置は、前記復水ポンプのトリップを、前記復水ポンプを駆動する電動機の遮断器の開放信号又は同遮断器の開放条件の成立により検知することを特徴とする蒸気発生器の給水装置。
6. 請求項２に記載の蒸気発生器の給水装置において、
   前記制御装置は、前記低圧復水ポンプ又は前記高圧復水ポンプのトリップ及び停止の検知を、当該復水ポンプを駆動する電動機の遮断器の開放信号又は同遮断器の開放条件の成立により判断することを特徴とする蒸気発生器の給水装置。
7. 請求項１又は２に記載の蒸気発生器の給水装置において、
   前記インバータ装置の通常状態への前記復帰指令は、前記復水ポンプ又は前記高圧復水ポンプの予備機の遮断器の投入信号又は同遮断器の投入条件の成立により出力することを特徴とする蒸気発生器の給水装置。
8. 請求項１又は２に記載の蒸気発生器の給水装置において、
   前記インバータ装置の通常状態への前記復帰指令は、前記復水ポンプ又は前記高圧復水ポンプの予備機の電動機の起動を検知する駆動用電動機又は当該復水ポンプの回転速度が設定値以上となった信号により出力することを特徴とする蒸気発生器の給水装置。
9. 請求項１又は２に記載の蒸気発生器の給水装置において、
   前記インバータ装置の通常状態への前記復帰指令は、前記復水ポンプ又は前記高圧復水ポンプの吐出圧力が設定値以上となった信号であり、
   前記インバータ装置は前記吐出圧力の上昇にあわせて前記給水ポンプの電動機の回転速度を上昇させることを特徴とする蒸気発生器の給水装置。
10. 請求項１又は２に記載の蒸気発生器の給水装置において、
    前記インバータ装置の通常状態への前記復帰指令は、前記復水ポンプ又は前記高圧復水ポンプの給水流量が設定値以上となった信号であり、
    前記インバータ装置は前記給水流量の上昇にあわせて前記給水ポンプの電動機の回転速度を上昇させることを特徴とする蒸気発生器の給水装置。
11. 請求項１又は２に記載の蒸気発生器の給水装置において、
    前記インバータ装置は、前記減速運転指令が入力されたとき、当該インバータ装置をサプレイスして前記給水ポンプの電動機を自然減速させ、該電動機の回転速度が前記設定速度になったとき、当該インバータ装置を起動して前記設定速度に保持することを特徴とする蒸気発生器の給水装置。
12. 請求項１又は２に記載の蒸気発生器の給水装置において、
    前記インバータ装置は、前記減速運転指令が入力されたとき、当該インバータ装置を回生運転モードにより運転し、当該給水ポンプの電動機の回転速度が設定速度になったとき通常運転モードに変更して前記設定速度に保持することを特徴とする蒸気発生器の給水装置。
13. 請求項１２に記載の蒸気発生器の給水装置において、
    前記インバータ装置は、該インバータ装置が接続されている所内高圧母線の電圧を計器用変圧器により監視し、規定の電圧値以下となっている場合のみ回生運転モードとすることを特徴とする蒸気発生器の給水装置。
14. 請求項１２に記載の蒸気発生器の給水装置において、
    前記インバータ装置は、前記復水ポンプ又は前記高圧復水ポンプがトリップした後、予備機が起動するときに、当該予備機の電動機の遮断器の投入信号を起点として、当該予備機の電動機の起動完了まで、前記回生運転モードとすることを特徴とする蒸気発生器の給水装置。

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