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JP4435056B2 - Power supply device for recirculation pump and control method thereof - Google Patents

Power supply device for recirculation pump and control method thereof Download PDF

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JP4435056B2 JP2005247066A JP2005247066A JP4435056B2 JP 4435056 B2 JP4435056 B2 JP 4435056B2 JP 2005247066 A JP2005247066 A JP 2005247066A JP 2005247066 A JP2005247066 A JP 2005247066A JP 4435056 B2 JP4435056 B2 JP 4435056B2
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Description

本発明は、沸騰水型原子炉の原子炉冷却材を再循環させる再循環ポンプを駆動する電動機の電源装置およびその制御方法に係り、特に、可変電圧可変周波数電源装置およびその制御方法に関する。   The present invention relates to a power supply device for an electric motor that drives a recirculation pump that recirculates a reactor coolant of a boiling water reactor and a control method thereof, and more particularly, to a variable voltage variable frequency power supply device and a control method thereof.

一般の沸騰水型原子炉は、原子炉冷却材再循環系により原子炉圧力容器内の冷却材の循環量を変化させることで、原子炉出力を制御している。原子炉冷却材再循環系は、再循環ポンプ、再循環ポンプ駆動電源装置、再循環流量制御装置などを含む。   In a general boiling water reactor, the reactor output is controlled by changing the circulation amount of the coolant in the reactor pressure vessel by the reactor coolant recirculation system. The reactor coolant recirculation system includes a recirculation pump, a recirculation pump drive power supply device, a recirculation flow rate control device, and the like.

再循環ポンプは、ループ配管を介して原子炉圧力容器に接続されている。再循環流量制御装置から発信される速度要求信号により再循環ポンプ駆動電源装置の出力を増減し、電動機を制御することにより、再循環ポンプの速度を制御する。これにより、原子炉圧力容器内の冷却材の循環量を変化させ、原子炉出力を制御する。   The recirculation pump is connected to the reactor pressure vessel via a loop pipe. The speed of the recirculation pump is controlled by controlling the electric motor by increasing / decreasing the output of the recirculation pump drive power supply apparatus according to the speed request signal transmitted from the recirculation flow rate control apparatus. Thereby, the circulation amount of the coolant in the reactor pressure vessel is changed, and the reactor output is controlled.

再循環ポンプの回転速度を制御する方法の一つとして、再循環ポンプ用駆動電源装置として可変電圧可変周波数電源装置を用い、電源電圧および電源周波数を制御する方法がある。   One method for controlling the rotational speed of the recirculation pump is to use a variable voltage variable frequency power supply device as a drive power supply device for the recirculation pump and control the power supply voltage and the power supply frequency.

従来の再循環ポンプ用可変電圧可変周波数電源装置は、半導体電力変換回路と速度制御装置とから構成される。半導体電力変換回路は、所内電源系統から受電した3相交流を直流に変換する半導体電力順変換回路と、直流を任意の周波数を持つ交流に変換する半導体電力逆変換回路とを有する。   A conventional variable voltage variable frequency power supply device for a recirculation pump includes a semiconductor power conversion circuit and a speed control device. The semiconductor power conversion circuit includes a semiconductor power forward conversion circuit that converts three-phase alternating current received from the in-house power supply system into direct current, and a semiconductor power reverse conversion circuit that converts direct current into alternating current having an arbitrary frequency.

そして、再循環流量制御装置からの速度要求信号に応じて、半導体電力逆変換回路の出力電圧と出力周波数の比が一定となるよう制御する。これにより、再循環ポンプを駆動する電動機の可変速制御を行ない、再循環ポンプの速度制御を行なう。再循環ポンプと電動機の動作は連動する。   Then, according to the speed request signal from the recirculation flow rate control device, control is performed so that the ratio between the output voltage and the output frequency of the semiconductor power inverse conversion circuit becomes constant. Thereby, the variable speed control of the electric motor that drives the recirculation pump is performed, and the speed control of the recirculation pump is performed. The operation of the recirculation pump and the motor is linked.

可変電圧可変周波数電源装置では、半導体電力変換回路を構成する半導体素子が単一故障して短絡状態になった場合、半導体電力変換回路内に過電流が発生することが考えられる。その際、過電流発生を示す半導体素子故障信号を速度制御装置が検知した場合に、速度制御装置は半導体電力変換回路に対する半導体素子制御信号を停止し可変電圧可変周波数電源装置を停止する。そのため、再循環ポンプは停止となる。これにより、他の素子および電動機の保護を図っている。   In the variable voltage variable frequency power supply device, it is considered that an overcurrent is generated in the semiconductor power conversion circuit when a semiconductor element constituting the semiconductor power conversion circuit is in a short circuit state due to a single failure. At this time, when the speed control device detects a semiconductor element failure signal indicating the occurrence of overcurrent, the speed control device stops the semiconductor element control signal for the semiconductor power conversion circuit and stops the variable voltage variable frequency power supply device. Therefore, the recirculation pump is stopped. As a result, other elements and the motor are protected.

また、半導体電力変換回路に対して保守点検を行なう場合、半導体電力変換回路に電圧を印加した状態では保守点検を行なうことができないため、可変電圧可変周波数電源装置を停止する必要が生じる。そのため、半導体電力変換回路の保守点検を行なう際にも再循環ポンプは停止となる。   In addition, when performing maintenance inspection on the semiconductor power conversion circuit, it is necessary to stop the variable voltage variable frequency power supply device because maintenance inspection cannot be performed in a state where a voltage is applied to the semiconductor power conversion circuit. Therefore, the recirculation pump is also stopped when performing maintenance and inspection of the semiconductor power conversion circuit.

上記の原子炉冷却材再循環系は、通常、2系統からなっていて、それぞれに再循環ポンプを有する。このうち1台の再循環ポンプが可変電圧可変周波数電源装置の半導体素子単一故障または半導体電力変換回路の保守点検等の要因による再循環ポンプ駆動用電動機の停止に伴い停止した場合でも、残りの1台が継続して運転する。これにより、条件により冷却材循環量を低減することもあるが、原子炉圧力容器内の冷却材を循環させることができる。
米国特許第5,625,545号公報
The above reactor coolant recirculation system usually consists of two systems, each having a recirculation pump. Even if one of the recirculation pumps is stopped due to the stoppage of the motor for driving the recirculation pump due to a single failure of the semiconductor element of the variable voltage variable frequency power supply device or maintenance of the semiconductor power conversion circuit, the remaining One unit will continue to operate. Thereby, the coolant circulation amount may be reduced depending on conditions, but the coolant in the reactor pressure vessel can be circulated.
US Pat. No. 5,625,545

しかしながら、1台の再循環ポンプが停止した場合、再循環ポンプが停止した側のループ配管内において冷却材の循環が止まることにより、そのループ配管内の冷却材温度が下がり、原子炉圧力容器内温度との差が大きくなる。この温度差により、原子炉圧力容器とループ配管の接続部付近における熱的疲労が増加し、プラント寿命に悪影響が生じる。   However, when one recirculation pump is stopped, the coolant circulation in the loop pipe on the side where the recirculation pump is stopped stops, so that the coolant temperature in the loop pipe decreases, and the reactor pressure vessel The difference with temperature increases. This temperature difference increases thermal fatigue in the vicinity of the connection between the reactor pressure vessel and the loop piping, which adversely affects the plant life.

また、再循環ポンプが1台停止した際、炉心における冷却材循環量が低減する場合は、原子炉出力が低下する。   Moreover, when one recirculation pump stops, when the amount of coolant circulation in the core decreases, the reactor output decreases.

したがって再循環ポンプは停止しないことが望まれるが、従来の再循環ポンプ用可変電圧可変周波数電源装置は、半導体電力変換回路の半導体素子単一故障発生時または半導体電力変換回路の保守点検時には電源装置停止となり、再循環ポンプ停止に至る。   Therefore, it is desired that the recirculation pump does not stop. However, the conventional variable voltage variable frequency power supply device for the recirculation pump is a power supply device when a semiconductor element single failure of the semiconductor power conversion circuit occurs or when a maintenance check of the semiconductor power conversion circuit is performed. Stopped and the recirculation pump stopped.

特許文献1に開示された技術では、半導体素子単一故障による装置停止を防止するため、半導体電力逆変換回路を直列冗長化し、半導体電力逆変換回路ごとにバイパスする回路を設けて、そのバイパス回路にスイッチを設ける。これにより、半導体素子単一故障が発生した場合には故障素子を含む半導体電力逆変換回路をバイパスに切り替え、電源装置の運転を継続する。しかし、この特許文献1の技術では、半導体素子単一故障発生時には再循環ポンプ駆動用電動機が停止とならなくても、故障部位を修復する際は再循環ポンプ用可変電圧可変周波数電源装置を停止する必要があるため、再循環ポンプが停止する。   In the technique disclosed in Patent Document 1, in order to prevent a device stop due to a single failure of a semiconductor element, a semiconductor power reverse conversion circuit is provided in series redundancy, and a circuit that bypasses each semiconductor power reverse conversion circuit is provided. Provide a switch. Thus, when a single failure of the semiconductor element occurs, the semiconductor power reverse conversion circuit including the failed element is switched to bypass, and the operation of the power supply device is continued. However, in the technique of this Patent Document 1, the variable voltage variable frequency power supply device for the recirculation pump is stopped when the failure portion is repaired even if the motor for driving the recirculation pump does not stop when the single failure of the semiconductor element occurs. The recirculation pump will stop.

本発明の目的は、再循環ポンプ用電源装置の単一故障発生時または電源装置の保守点検時に、再循環ポンプを停止することなく故障箇所の修理または半導体電力変換回路の保守点検を可能とすることにある。   An object of the present invention is to enable repair of a faulty part or maintenance of a semiconductor power conversion circuit without stopping the recirculation pump when a single failure of the power supply for the recirculation pump occurs or during maintenance and inspection of the power supply. There is.

上記目的を達成するために、本発明に係る再循環ポンプ用電源装置は、沸騰水型原子炉の再循環ポンプを駆動する電動機に交流電力を供給する再循環ポンプ用電源装置において、電気的に互いに直列に接続された交流・直流順変換器および直流・交流逆変換器を有し、入力された交流の電圧および周波数とは異なる電圧および周波数の交流を出力する第1のバンクと、電気的に互いに直列に接続された交流・直流順変換器および直流・交流逆変換器を有し、入力された交流の電圧および周波数とは異なる電圧および周波数の交流を出力し、前記第1のバンクに並列に接続された第2のバンクと、前記第1および第2のバンクを制御して前記電動機の速度を制御する速度制御装置と、前記第1および第2のバンクそれぞれに電気的に直列に接続されて前記第1および第2のバンクを個別に電気的に断続することができる遮断機構と、を有し、前記速度制御装置は、前記第1のバンクのみが不動作状態にある場合に、前記第1および第2のバンク全体の動作を一時的に停止して前記再循環ポンプを空転させ、前記再循環ポンプの空転中に、前記第1のバンクに接続された前記遮断機構により当該第1のバンクを切り離し、前記再循環ポンプの空転中で前記第1のバンクの切り離し後に、前記電動機の速度が所定の速度に達したときに前記第2のバンクのみを再始動して前記第2のバンクのみにより前記電動機の速度を制御し、前記第2のバンクのみにより前記電動機の速度を制御した後に、前記第1のバンクを再始動して前記第1および第2のバンク全体により前記電動機の速度を制御するものである、ことを特徴とする。   To achieve the above object, a recirculation pump power supply according to the present invention is a recirculation pump power supply that supplies AC power to an electric motor that drives a recirculation pump of a boiling water reactor. A first bank having an AC / DC forward converter and a DC / AC reverse converter connected in series with each other, and outputting an alternating current having a voltage and frequency different from the inputted alternating voltage and frequency; And an AC / DC forward converter and a DC / AC reverse converter connected in series to each other, and outputs an alternating current having a voltage and frequency different from the inputted alternating current voltage and frequency, to the first bank. A second bank connected in parallel; a speed controller for controlling the speed of the motor by controlling the first and second banks; and electrically in series with each of the first and second banks Connection And the speed control device, when only the first bank is in a non-operating state. The operation of the entire first and second banks is temporarily stopped to cause the recirculation pump to idle, and during the idling of the recirculation pump, the shutoff mechanism connected to the first bank causes the first The first bank is disconnected, and after the first bank is disconnected during the idling of the recirculation pump, only the second bank is restarted when the speed of the electric motor reaches a predetermined speed. The speed of the motor is controlled only by the bank, and the speed of the motor is controlled only by the second bank, and then the first bank is restarted and the motor is controlled by the entire first and second banks. Control the speed of A it shall, characterized in that.

また、本発明に係る再循環ポンプ用電源制御方法は、沸騰水型原子炉の再循環ポンプを駆動する電動機に交流電力を供給する再循環ポンプ用電源を制御する再循環ポンプ用電源制御方法において、前記再循環ポンプ用電源は、電気的に互いに直列に接続された交流・直流順変換器および直流・交流逆変換器を有し、入力された交流の電圧および周波数とは異なる電圧および周波数の交流を出力する第1のバンクと、電気的に互いに直列に接続された交流・直流順変換器および直流・交流逆変換器を有し、入力された交流の電圧および周波数とは異なる電圧および周波数の交流を出力し、前記第1のバンクに並列に接続された第2のバンクと、前記第1および第2のバンクを制御して前記電動機の速度を制御する速度制御装置と、前記第1および第2のバンクそれぞれに電気的に直列に接続されて前記第1および第2のバンクを個別に電気的に断続することができる遮断機構と、を有し、前記再循環ポンプ用電源制御方法は、前記第1のバンクのみが不動作状態にある場合に、前記第1および第2のバンク全体の動作を一時的に停止して前記再循環ポンプを空転させる空転工程と、前記空転工程の途中で、前記第1のバンクに接続された前記遮断機構により当該第1のバンクを切り離す第1バンク切り離し工程と、前記第1バンク切り離し工程の後で前記空転工程の途中に、前記電動機の速度が所定の速度に達したときに、前記第2のバンクのみを再始動して前記第2のバンクのみにより前記電動機の速度を制御する第2バンク運転工程と、前記第2のバンク運転工程の後に、前記第1のバンクを再始動して前記第1および第2のバンク全体により前記電動機の速度を制御する回復運転工程と、を有することを特徴とする。   The recirculation pump power supply control method according to the present invention is a recirculation pump power supply control method for controlling a recirculation pump power supply that supplies AC power to an electric motor that drives a recirculation pump of a boiling water reactor. The power supply for the recirculation pump has an AC / DC forward converter and a DC / AC reverse converter electrically connected in series with each other, and has a voltage and frequency different from the input AC voltage and frequency. A first bank that outputs alternating current, and an alternating current / direct current forward converter and an alternating current / direct current inverter that are electrically connected in series with each other, and a voltage and frequency that are different from the input alternating current voltage and frequency A second bank connected in parallel to the first bank, a speed control device for controlling the speed of the electric motor by controlling the first and second banks, and the first bank And A shut-off mechanism electrically connected in series to each of the second banks and capable of electrically connecting and disconnecting the first and second banks individually, and the power supply control method for the recirculation pump includes: An idling process for temporarily stopping the operation of the entire first and second banks and idling the recirculation pump when only the first bank is in an inoperative state; In the first bank separating step of separating the first bank by the shut-off mechanism connected to the first bank, and during the idling step after the first bank separating step, the speed of the electric motor is A second bank operation step of restarting only the second bank when the predetermined speed is reached and controlling the speed of the electric motor only by the second bank; and after the second bank operation step. The first Wherein the restarting the bank having a recovery operation step of controlling the speed of the motor by the overall first and second banks.

本発明によれば、再循環ポンプ用電源装置の単一故障発生時または電源装置の保守点検時に、再循環ポンプを停止することなく故障箇所の修理または半導体電力変換回路の保守点検が可能となる。   According to the present invention, when a single failure occurs in the power supply device for the recirculation pump or when the power supply device is inspected and repaired, it is possible to repair the faulty part or perform maintenance and inspection of the semiconductor power conversion circuit without stopping the recirculation pump. .

本発明に係る再循環ポンプ用電源装置およびその制御装置の第1の実施形態を、図1〜5を参照しながら説明する。   A first embodiment of a power supply device for a recirculation pump and its control device according to the present invention will be described with reference to FIGS.

沸騰水型原子炉は、原子炉冷却材再循環系により図1に示す原子炉圧力容器1内の冷却材の循環量を変化させることで、原子炉出力を制御している。原子炉冷却材再循環系は図1に示すように、再循環ポンプ2、再循環ポンプ駆動電源装置7、再循環流量制御装置4を有する。   The boiling water reactor controls the reactor output by changing the circulation amount of the coolant in the reactor pressure vessel 1 shown in FIG. 1 by the reactor coolant recirculation system. As shown in FIG. 1, the reactor coolant recirculation system includes a recirculation pump 2, a recirculation pump drive power supply device 7, and a recirculation flow rate control device 4.

再循環ポンプ2は駆動用電動機15によって駆動されるものであって、ループ配管5を介して原子炉圧力容器1に接続されている。再循環流量制御装置4から発信される速度要求信号6により再循環ポンプ駆動電源装置7の出力を増減し、電動機15を制御することによって、再循環ポンプ2の速度を制御する。これにより、原子炉圧力容器1内の冷却材の循環量を変化させ、原子炉出力を制御する。   The recirculation pump 2 is driven by a drive motor 15 and is connected to the reactor pressure vessel 1 via a loop pipe 5. The speed of the recirculation pump 2 is controlled by increasing / decreasing the output of the recirculation pump drive power supply device 7 according to the speed request signal 6 transmitted from the recirculation flow rate control device 4 and controlling the electric motor 15. Thereby, the circulation amount of the coolant in the reactor pressure vessel 1 is changed, and the reactor output is controlled.

再循環ポンプ2の制御のために、再循環ポンプ用駆動電源装置7として可変電圧可変周波数電源装置を用いて、電源電圧および電源周波数を制御し、再循環ポンプ速度を制御する。   In order to control the recirculation pump 2, a variable voltage variable frequency power supply device is used as the drive power supply device 7 for the recirculation pump, the power supply voltage and the power supply frequency are controlled, and the recirculation pump speed is controlled.

この原子炉冷却材再循環系は、図1に示すように通常、2系統からなっていて、それぞれに再循環ポンプ2を有する。このうち1台の再循環ポンプ2が可変電圧可変周波数電源装置7の故障または保守点検等によって仮に停止した場合でも、残りの1台が継続して運転できる。これにより、条件により冷却材循環量を低減することもあるが、原子炉圧力容器1内の冷却材を循環させることができる。   As shown in FIG. 1, this reactor coolant recirculation system is usually composed of two systems, each having a recirculation pump 2. Even if one of the recirculation pumps 2 is temporarily stopped due to failure of the variable voltage variable frequency power supply device 7 or maintenance inspection, the remaining one can continue to operate. Thereby, the coolant circulation amount may be reduced depending on conditions, but the coolant in the reactor pressure vessel 1 can be circulated.

図2に示すように、再循環ポンプ用電源装置7は、互いに並列の2バンクの半導体電力変換回路16、17と、速度制御装置12とを有する。半導体電力変換回路の各バンク16、17はそれぞれ、所内電源系統8から受電した3相交流を直流に変換する半導体電力順変換回路9と、これによって得られた直流を任意の周波数の交流に変換する半導体電力逆変換回路10とを有する。また各バンク16、17それぞれに直列に、遮断器、半導体スイッチ等の電気的遮断機構18が接続されている。   As shown in FIG. 2, the recirculation pump power supply device 7 includes two banks of semiconductor power conversion circuits 16 and 17 and a speed control device 12 which are parallel to each other. Each of the banks 16 and 17 of the semiconductor power conversion circuit converts the three-phase alternating current received from the in-house power supply system 8 into direct current, and converts the direct current obtained thereby into alternating current of an arbitrary frequency. And a semiconductor power reverse conversion circuit 10. In addition, an electrical cutoff mechanism 18 such as a circuit breaker or a semiconductor switch is connected in series to each of the banks 16 and 17.

半導体電力変換回路16、17は、再循環流量制御装置4からの速度要求信号6に応じて、出力電圧と出力周波数の比が一定となるよう制御される。これにより、再循環ポンプ2を駆動する電動機15の速度が制御される。   The semiconductor power conversion circuits 16 and 17 are controlled according to the speed request signal 6 from the recirculation flow rate control device 4 so that the ratio between the output voltage and the output frequency is constant. Thereby, the speed of the electric motor 15 that drives the recirculation pump 2 is controlled.

半導体電力変換回路のバンク16、17は、静止型の電圧型インバータ装置であって、半導体電力順変換回路9および半導体電力逆変換回路10を含む。これにより、所内電源系統8からの交流電力を直流電力に変換したうえで、適切な電圧と周波数の交流電力に変換して、電動機15に供給する。そして、速度制御装置12は、バンク16、17に対して、再循環流量制御装置4(図1)からの速度要求信号6に応じて電圧と周波数を発生させる制御を行なう。   The banks 16 and 17 of the semiconductor power conversion circuit are static voltage type inverter devices, and include a semiconductor power forward conversion circuit 9 and a semiconductor power reverse conversion circuit 10. As a result, the AC power from the in-house power supply system 8 is converted into DC power, and then converted into AC power having an appropriate voltage and frequency and supplied to the motor 15. Then, the speed control device 12 controls the banks 16 and 17 to generate a voltage and a frequency according to the speed request signal 6 from the recirculation flow rate control device 4 (FIG. 1).

可変電圧可変周波数電源装置7運転中に、第1のバンク16内に半導体素子単一故障が発生した場合、速度制御装置12は半導体素子故障信号13を受ける。また、バンク16の保守点検を行なう場合には、半導体素子制御信号停止指令を受ける。これにより、各バンク16、17に対して半導体素子制御信号14を出すことを停止し、可変電圧可変周波数電源装置7を停止する。このとき再循環ポンプは慣性によるフリーラン状態になり徐々に減速する。   If a single semiconductor element failure occurs in the first bank 16 during operation of the variable voltage variable frequency power supply device 7, the speed control device 12 receives the semiconductor element failure signal 13. When performing maintenance and inspection of the bank 16, a semiconductor element control signal stop command is received. Thus, the semiconductor element control signal 14 is stopped from being output to the banks 16 and 17, and the variable voltage variable frequency power supply device 7 is stopped. At this time, the recirculation pump enters a free-run state due to inertia and gradually decelerates.

半導体素子単一故障判定のために、可変電圧可変周波数電源装置7内の1バンクごとに電流検出装置30を設ける。これらの電流検出装置30は、各バンクへの入力電流または出力電流のいずれを検出するものであってもよい。図2では、入力電流を検出する例を示している。予め設定した入力電流または出力電流の制限値と比較して、単独のバンクにおいて入力電流または出力電流が制限値を越える場合には、当該バンク内の半導体素子に異常が発生したものと判定する。なお、通常の半導体素子の故障ではその素子が短絡状態になり、過大電流が流れることで故障を検出できる。その素子を流れる電流が過小であることにより素子の異常発生を判定することも可能である。   A current detection device 30 is provided for each bank in the variable voltage variable frequency power supply device 7 for determining a single failure of the semiconductor element. These current detection devices 30 may detect either input current or output current to each bank. FIG. 2 shows an example in which the input current is detected. If the input current or output current exceeds a limit value in a single bank as compared with a preset limit value of input current or output current, it is determined that an abnormality has occurred in the semiconductor element in the bank. Note that when a normal semiconductor element fails, the element is short-circuited, and an excessive current flows, so that the failure can be detected. It is also possible to determine the occurrence of an abnormality of the element by the fact that the current flowing through the element is too small.

速度制御装置12は、たとえば第1のバンク16内に半導体素子単一故障が発生した場合、または第1のバンク16の保守点検を行なう場合には、各バンク16、17に対する半導体素子制御信号14を停止し、可変電圧可変周波数電源装置7を停止する。これと同時に、遮断信号19を、故障素子を含むまたは保守点検対象となる第1のバンク16の前後に備えられた電気的遮断機構18に送り、電気的遮断機構18を動作させる。これにより、第1のバンク16を、回路より切り離す。   For example, when a single failure of the semiconductor element occurs in the first bank 16 or when maintenance of the first bank 16 is performed, the speed control device 12 performs the semiconductor element control signal 14 for each bank 16, 17. And the variable voltage variable frequency power supply device 7 is stopped. At the same time, the cutoff signal 19 is sent to the electrical cutoff mechanism 18 provided before and after the first bank 16 including the faulty element or subject to maintenance and inspection, thereby operating the electrical cutoff mechanism 18. As a result, the first bank 16 is separated from the circuit.

可変電圧可変周波数電源装置7において、故障素子を含むまたは保守点検対象である第1のバンク16を回路より切り離し、故障素子を含まないまたは保守点検対象でない第2のバンク17のみで運転する際は、第2のバンク17に対する半導体素子制御信号14を一度停止し、再循環ポンプ2をフリーランさせる。そして、速度検出装置(図示せず)により検出した再循環ポンプ速度が第2のバンク17のみでの運転に適した速度に到達したときに、第2のバンク17に対して、速度に見合った半導体素子制御信号20を再出力する。再循環ポンプ2を速度低減して運転することで、原子炉再循環ポンプ2を停止させないこととする。   In the variable voltage variable frequency power supply device 7, when the first bank 16 including the faulty element or the object of maintenance inspection is disconnected from the circuit and operated only by the second bank 17 not including the faulty element or not the object of maintenance inspection. Then, the semiconductor element control signal 14 for the second bank 17 is once stopped, and the recirculation pump 2 is free-runned. Then, when the recirculation pump speed detected by the speed detection device (not shown) reaches a speed suitable for operation only in the second bank 17, the second bank 17 corresponds to the speed. The semiconductor element control signal 20 is output again. By operating the recirculation pump 2 at a reduced speed, the reactor recirculation pump 2 is not stopped.

ここで、図3に示すポンプ速度(すなわち電動機速度)の時間変化を参照しながら、上記再循環ポンプ用電源装置の第1の実施の形態の動作例を説明する。   Here, an operation example of the first embodiment of the power supply device for the recirculation pump will be described with reference to the time change of the pump speed (that is, the motor speed) shown in FIG.

初めに第1および第2のバンクとも動作して通常運転を行なっている。時刻t1で第1のバンク16で故障が起こり、第1のバンク16の電流検出装置30で過大電流が検出される。時刻t2で、過電流信号に基づく速度制御装置12からの指令により、両方のバンク16、17の運転が停止され、電動機15はフリーランを始める。また、故障した第1のバンク16が電気的に切り離される。その後、単一バンクの運転が可能な速度まで電動機15の回転速度が低下した時刻t3で、第2のバンク17の運転を再開し、単一バンク運転を始める。この第2のバンク17による単独運転中に、故障修理対象となって電気的に切り離されている第1のバンク16の修理を行なう。   First, the first and second banks operate to perform normal operation. At time t1, a failure occurs in the first bank 16, and an excessive current is detected by the current detection device 30 in the first bank 16. At time t2, the operation of both banks 16 and 17 is stopped by the command from the speed control device 12 based on the overcurrent signal, and the electric motor 15 starts free run. Further, the failed first bank 16 is electrically disconnected. Thereafter, the operation of the second bank 17 is resumed at the time t3 when the rotation speed of the electric motor 15 is reduced to a speed at which the operation of the single bank is possible, and the single bank operation is started. During the single operation by the second bank 17, the first bank 16 which is the object of failure repair and is electrically disconnected is repaired.

その後、第1のバンク16の故障修理が終了したときに、時刻t4で、第2のバンク17の運転を再度停止し、再び一時的なフリーランを開始する。そして、両方のバンク16、17で同期可能な速度にまで回転が低下した時点t5で、第1、第2のバンク16、17を再投入し、その後は両バンク運転により回転速度を徐々に上昇する。そして、時刻t6で再び定格運転に戻る。   Thereafter, when the failure repair of the first bank 16 is completed, the operation of the second bank 17 is stopped again at time t4, and a temporary free run is started again. Then, at the time t5 when the rotation is reduced to a speed that can be synchronized with both banks 16, 17, the first and second banks 16, 17 are turned on again, and then the rotational speed is gradually increased by the operation of both banks. To do. And it returns to rated operation again at time t6.

なお、単一バンク運転で、電動機15の定格回転の何%の回転速度が得られるようにするかは任意に設計できる。たとえば、単一バンク運転で電動機15の定格回転の100%の回転速度が得られるように設計することもできる。図3の例では単一バンク運転で70%の速度が得られるように設計されている。   Note that it is possible to arbitrarily design what percentage of the rated speed of the electric motor 15 can be obtained in the single bank operation. For example, it can be designed so that a rotation speed of 100% of the rated rotation of the electric motor 15 can be obtained in a single bank operation. The example of FIG. 3 is designed to obtain a speed of 70% in a single bank operation.

次に、図4を参照しながら、第1の実施の形態の他の動作例を説明する。この例では、図3の時刻t4の直前までは、図3の場合と同様である。図4の場合は、第2のバンク17による単一バンク運転中に第1のバンク16の故障修理が終了したら、第2のバンク17の運転の再度停止(時刻t4)によるフリーランを行なわず、第2のバンク17を運転継続しながら、時刻t7で、第1のバンク16を再投入して2バンク運転を開始する。この場合、同期を取るために、第1のバンク16の電圧はゼロから次第に高めていく。この場合、時刻t8で再び定格運転に戻る。   Next, another operation example of the first embodiment will be described with reference to FIG. In this example, the process is the same as that in FIG. 3 until immediately before time t4 in FIG. In the case of FIG. 4, when the failure repair of the first bank 16 is completed during the single bank operation by the second bank 17, a free run is not performed by stopping the operation of the second bank 17 again (time t4). While continuing to operate the second bank 17, at time t7, the first bank 16 is turned on again to start the two-bank operation. In this case, in order to achieve synchronization, the voltage of the first bank 16 is gradually increased from zero. In this case, the rated operation is resumed again at time t8.

図3および図4の説明では、第1のバンク16で故障が起こることを仮定したが、第1のバンク16を計画的に点検するために第1のバンク16を切り離す場合は、時刻t1と時刻t2が同時になる。その後は図3または図4と同様である。   In the description of FIG. 3 and FIG. 4, it is assumed that a failure occurs in the first bank 16. However, when the first bank 16 is separated in order to check the first bank 16 in a planned manner, Time t2 becomes simultaneous. The subsequent steps are the same as those in FIG.

本実施の形態によれば、可変電圧可変周波数電源装置7が停止する要因となりうる第1のバンク16内の半導体素子単一故障発生時または第1のバンク16に対する保守点検時においても、その第1のバンク16を電気的に切り離し、故障素子を含まないまたは保守点検対象でない第2のバンク17のみを動作させることができる。   According to the present embodiment, even when a single failure of the semiconductor element in the first bank 16 or a maintenance check on the first bank 16 that may cause the variable voltage variable frequency power supply device 7 to stop is performed. One bank 16 can be electrically disconnected, and only the second bank 17 that does not include a faulty element or is not subject to maintenance inspection can be operated.

これにより、可変周波数電源装置7を停止せず、速度維持もしくは速度低減にて再循環ポンプを継続運転することが可能となる。再循環ポンプの停止を避けることにより、たとえ流量を低減したとしてもループ配管内における冷却材の循環を維持することができ、ループ配管内の冷却材の温度を維持し、ループ配管と原子炉圧力容器との接続部付近の熱的疲労の増加を抑えることが可能となる。   As a result, the recirculation pump can be continuously operated with the speed maintained or reduced without stopping the variable frequency power supply device 7. By avoiding the stoppage of the recirculation pump, it is possible to maintain the circulation of the coolant in the loop piping even if the flow rate is reduced, maintaining the temperature of the coolant in the loop piping, and the loop piping and reactor pressure. It is possible to suppress an increase in thermal fatigue in the vicinity of the connection portion with the container.

なお、各バンクの容量を50%より大きくして余裕を持たせることにより、単一バンク運転時の原子炉出力の低下を抑制することもできる。さらに、各バンク単独で再循環ポンプの定格速度運転ができるように冗長性を持たせる設計も可能である。   In addition, the capacity | capacitance of each bank is made larger than 50%, and the fall of the reactor power at the time of single bank operation can also be suppressed. Furthermore, it is also possible to design redundancy so that each bank can operate at the rated speed of the recirculation pump.

半導体素子単一故障が発生した場合、またはバンクの保守点検を行なう場合において、故障素子を含まないまたは保守点検対象でないバンク17のみで可変電圧可変周波数電源装置7を運転継続しつつ、故障素子を含むまたは保守点検対象であるバンク16を可変電圧可変周波数電源装置7より取り外すことが可能となる。   When a single failure of a semiconductor element occurs, or when maintenance inspection of a bank is performed, the variable voltage variable frequency power supply device 7 is continuously operated only in the bank 17 that does not include the failure element or is not subject to maintenance inspection. The bank 16 that is included or that is the object of maintenance inspection can be removed from the variable voltage variable frequency power supply device 7.

次に、図5を参照して、本発明に係る再循環ポンプ用電源装置の第2の実施形態を説明する。ここで、第1実施の形態と共通の部分については、重複説明は省略する。   Next, a second embodiment of the power supply device for the recirculation pump according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, overlapping description of parts common to the first embodiment is omitted.

図5のブロック回路構成図に示すように、再循環ポンプ用電源装置7において、可変電圧可変周波数電源装置7と、半導体電力変換回路の並列の各バンク16、17との連結部21は、機械的に簡易に着脱可能な構造である。これにより、故障修復もしくは保守点検を行なうバンク16の交換作業を簡略化し復旧に要する時間を短縮することが可能となる。   As shown in the block circuit configuration diagram of FIG. 5, in the recirculation pump power supply device 7, the connecting portion 21 between the variable voltage variable frequency power supply device 7 and the parallel banks 16 and 17 of the semiconductor power conversion circuit The structure is detachable easily. As a result, it is possible to simplify the replacement work of the bank 16 for repairing the failure or performing maintenance and to shorten the time required for the restoration.

本発明に係る沸騰水型原子炉の原子炉冷却材再循環系の模式的機器構成図である。It is a typical equipment block diagram of the reactor coolant recirculation system of the boiling water reactor which concerns on this invention. 本発明に係る再循環ポンプ用電源装置の第1の実施の形態のブロック図である。1 is a block diagram of a first embodiment of a power supply device for a recirculation pump according to the present invention. 本発明に係る再循環ポンプ用電源装置の第1の実施の形態の動作例におけるポンプ速度の変化を模式的に示すタイムチャートである。It is a time chart which shows typically the change of the pump speed in the operation example of 1st Embodiment of the power supply device for recirculation pumps which concerns on this invention. 本発明に係る再循環ポンプ用電源装置の第1の実施の形態の他の動作例におけるポンプ速度の変化を模式的に示すタイムチャートである。It is a time chart which shows typically the change of the pump speed in the other operation example of 1st Embodiment of the power supply device for recirculation pumps which concerns on this invention. 本発明に係る再循環ポンプ用電源装置の第2の実施の形態のブロック図である。It is a block diagram of 2nd Embodiment of the power supply apparatus for recirculation pumps which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…原子炉圧力容器、2…再循環ポンプ、4…再循環流量制御装置、5…ループ配管、6…速度要求信号、7…再循環ポンプ用電源装置、8…所内電源系統、9…半導体電力順変換回路、10…半導体電力逆変換回路、11…半導体電力変換回路、12…速度制御装置、13、14…半導体素子故障信号、14…半導体素子制御信号、15…電動機、16…第1のバンク(半導体電力変換回路)、17…第2のバンク(半導体電力変換回路)18…電気的遮断機構、19…遮断信号、20…第2のバンクへの制御信号、21…連結部、30…電流検出装置沸騰水型原子炉原子炉冷却材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Reactor pressure vessel, 2 ... Recirculation pump, 4 ... Recirculation flow control device, 5 ... Loop piping, 6 ... Speed request signal, 7 ... Power supply device for recirculation pumps, 8 ... In-house power supply system, 9 ... Semiconductor Power forward conversion circuit, 10 ... Semiconductor power reverse conversion circuit, 11 ... Semiconductor power conversion circuit, 12 ... Speed controller, 13, 14 ... Semiconductor element failure signal, 14 ... Semiconductor element control signal, 15 ... Electric motor, 16 ... First Bank (semiconductor power conversion circuit), 17 ... second bank (semiconductor power conversion circuit) 18 ... electrical cut-off mechanism, 19 ... cut-off signal, 20 ... control signal to second bank, 21 ... connecting section, 30 ... Current detector Boiling water reactor reactor coolant

Claims (12)

沸騰水型原子炉の再循環ポンプを駆動する電動機に交流電力を供給する再循環ポンプ用電源装置において、
電気的に互いに直列に接続された交流・直流順変換器および直流・交流逆変換器を有し、入力された交流の電圧および周波数とは異なる電圧および周波数の交流を出力する第1のバンクと、
電気的に互いに直列に接続された交流・直流順変換器および直流・交流逆変換器を有し、入力された交流の電圧および周波数とは異なる電圧および周波数の交流を出力し、前記第1のバンクに並列に接続された第2のバンクと、
前記第1および第2のバンクを制御して前記電動機の速度を制御する速度制御装置と、
前記第1および第2のバンクそれぞれに電気的に直列に接続されて前記第1および第2のバンクを個別に電気的に断続することができる遮断機構と、
を有し、
前記速度制御装置は、
前記第1のバンクのみが不動作状態にある場合に、前記第1および第2のバンク全体の動作を一時的に停止して前記再循環ポンプを空転させ、
前記再循環ポンプの空転中に、前記第1のバンクに接続された前記遮断機構により当該第1のバンクを切り離し、
前記再循環ポンプの空転中で前記第1のバンクの切り離し後に、前記電動機の速度が所定の速度に達したときに前記第2のバンクのみを再始動して前記第2のバンクのみにより前記電動機の速度を制御し、
前記第2のバンクのみにより前記電動機の速度を制御した後に、前記第1のバンクを再始動して前記第1および第2のバンク全体により前記電動機の速度を制御するものである、
ことを特徴とする再循環ポンプ用電源装置。
In the power supply for the recirculation pump that supplies AC power to the electric motor that drives the recirculation pump of the boiling water reactor,
A first bank having an AC / DC forward converter and a DC / AC reverse converter electrically connected in series with each other, and outputting an alternating current having a voltage and frequency different from the input alternating voltage and frequency; ,
An AC / DC forward converter and a DC / AC reverse converter electrically connected in series to each other, and outputs an alternating current having a voltage and frequency different from the input alternating voltage and frequency; A second bank connected in parallel to the bank;
A speed controller for controlling the speed of the electric motor by controlling the first and second banks;
A shut-off mechanism electrically connected in series to each of the first and second banks and capable of electrically interrupting the first and second banks individually;
Have
The speed control device includes:
When only the first bank is in a non-operating state, the operation of the entire first and second banks is temporarily stopped to idle the recirculation pump,
During the idling of the recirculation pump, the first bank is separated by the shut-off mechanism connected to the first bank,
After the first bank is disconnected during idling of the recirculation pump, when the speed of the electric motor reaches a predetermined speed, only the second bank is restarted, and the electric motor is driven only by the second bank. Control the speed of
After controlling the speed of the electric motor only by the second bank, the first bank is restarted and the speed of the electric motor is controlled by the entire first and second banks.
A power supply device for a recirculation pump.
前記所定の速度は、前記第2のバンクのみにより前記電動機の速度を制御できる速度であること、を特徴とする請求項1に記載の再循環ポンプ用電源装置。   2. The power supply device for a recirculation pump according to claim 1, wherein the predetermined speed is a speed at which the speed of the electric motor can be controlled only by the second bank. 前記速度制御装置は、前記第1のバンクを再始動するときに、前記第1のバンクの出力電圧がゼロの状態から次第に増大させていくように制御するものであること、を特徴とする請求項1または2に記載の再循環ポンプ用電源装置。   The speed control device controls the output voltage of the first bank to gradually increase from a zero state when restarting the first bank. Item 3. The power supply device for the recirculation pump according to Item 1 or 2. 前記速度制御装置は、前記第2のバンクのみにより前記電動機の速度を制御した後で、前記第1および第2のバンク全体により前記電動機の速度を制御する前に、前記第2のバンクの動作を一時的に停止して前記再循環ポンプを再び空転させ、その後、前記再循環ポンプが空転している間に前記第1および第2のバンクを同時に再始動するものであること、を特徴とする請求項1または2に記載の再循環ポンプ用電源装置。   The speed controller operates the second bank after controlling the speed of the electric motor only by the second bank and before controlling the speed of the electric motor by the entire first and second banks. Is temporarily stopped, the recirculation pump is idling again, and then the first and second banks are restarted simultaneously while the recirculation pump is idling. The power supply device for a recirculation pump according to claim 1 or 2. 前記第1および第2のバンクのそれぞれの電流を検出する電流検出器を有し、
前記速度制御装置は、前記電流検出器によって検出された前記第1または第2のバンクの一方の電流が所定の範囲からはずれた場合に、その電流検出器の位置により第1または第2のバンクのどちらが不動作状態であるかを判断するものであること、
を特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の再循環ポンプ用電源装置。
A current detector for detecting a current of each of the first and second banks;
When the current of one of the first or second bank detected by the current detector deviates from a predetermined range, the speed control device may change the first or second bank depending on the position of the current detector. To determine which is inactive,
The power supply device for recirculation pumps according to any one of claims 1 to 4.
前記第1および第2のバンクは、それぞれが前記電動機の定格運転に必要な電力の50%を超える電力供給能力を有するものであること、を特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の再循環ポンプ用電源装置。   The said 1st and 2nd bank has the electric power supply capability which respectively exceeds 50% of the electric power required for the rated operation of the said motor, The one of Claim 1 thru | or 5 characterized by the above-mentioned. Power supply for recirculation pump. 前記第1および第2のバンクをそれぞれ個別に機械的に断続可能な連結部を有すること、を特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の再循環ポンプ用電源装置。   The power supply device for a recirculation pump according to any one of claims 1 to 6, further comprising a connecting portion capable of mechanically connecting and disconnecting the first and second banks individually. 沸騰水型原子炉の再循環ポンプを駆動する電動機に交流電力を供給する再循環ポンプ用電源を制御する再循環ポンプ用電源制御方法において、
前記再循環ポンプ用電源は、
電気的に互いに直列に接続された交流・直流順変換器および直流・交流逆変換器を有し、入力された交流の電圧および周波数とは異なる電圧および周波数の交流を出力する第1のバンクと、
電気的に互いに直列に接続された交流・直流順変換器および直流・交流逆変換器を有し、入力された交流の電圧および周波数とは異なる電圧および周波数の交流を出力し、前記第1のバンクに並列に接続された第2のバンクと、
前記第1および第2のバンクを制御して前記電動機の速度を制御する速度制御装置と、
前記第1および第2のバンクそれぞれに電気的に直列に接続されて前記第1および第2のバンクを個別に電気的に断続することができる遮断機構と、
を有し、
前記再循環ポンプ用電源制御方法は、
前記第1のバンクのみが不動作状態にある場合に、前記第1および第2のバンク全体の動作を一時的に停止して前記再循環ポンプを空転させる空転工程と、
前記空転工程の途中で、前記第1のバンクに接続された前記遮断機構により当該第1のバンクを切り離す第1バンク切り離し工程と、
前記第1バンク切り離し工程の後で前記空転工程の途中に、前記電動機の速度が所定の速度に達したときに、前記第2のバンクのみを再始動して前記第2のバンクのみにより前記電動機の速度を制御する第2バンク運転工程と、
前記第2のバンク運転工程の後に、前記第1のバンクを再始動して前記第1および第2のバンク全体により前記電動機の速度を制御する回復運転工程と、
を有することを特徴とする再循環ポンプ用電源制御方法。
In a power control method for a recirculation pump that controls a power supply for a recirculation pump that supplies AC power to an electric motor that drives a recirculation pump of a boiling water reactor,
The power supply for the recirculation pump is:
A first bank having an AC / DC forward converter and a DC / AC reverse converter electrically connected in series with each other, and outputting an alternating current having a voltage and frequency different from the input alternating voltage and frequency; ,
An AC / DC forward converter and a DC / AC reverse converter electrically connected in series to each other, and outputs an alternating current having a voltage and frequency different from the input alternating voltage and frequency; A second bank connected in parallel to the bank;
A speed controller for controlling the speed of the electric motor by controlling the first and second banks;
A shut-off mechanism electrically connected in series to each of the first and second banks and capable of electrically interrupting the first and second banks individually;
Have
The recirculation pump power control method includes:
When only the first bank is in an inoperative state, an idling step of temporarily stopping the operation of the entire first and second banks and idling the recirculation pump;
A first bank separating step of separating the first bank by the blocking mechanism connected to the first bank in the middle of the idling step;
When the speed of the electric motor reaches a predetermined speed during the idling process after the first bank disconnecting process, only the second bank is restarted and the electric motor is operated only by the second bank. A second bank operation process for controlling the speed of
After the second bank operation step, a recovery operation step of restarting the first bank and controlling the speed of the electric motor by the entire first and second banks;
A power supply control method for a recirculation pump, comprising:
前記所定の速度は、前記第2のバンクのみにより前記電動機の速度を制御できる速度であること、を特徴とする請求項8に記載の再循環ポンプ用電源制御方法。   The power supply control method for a recirculation pump according to claim 8, wherein the predetermined speed is a speed at which the speed of the electric motor can be controlled only by the second bank. 前記回復運転工程は、前記第1のバンクの出力電圧がゼロの状態から次第に増大させていくように制御するものであること、を特徴とする請求項8または9に記載の再循環ポンプ用電源制御方法。   The recirculation pump power supply according to claim 8 or 9, wherein the recovery operation step is controlled so that the output voltage of the first bank gradually increases from a zero state. Control method. 前記第2のバンク運転工程の後で前記回復運転工程の前に、前記第2のバンクの動作を一時的に停止して前記再循環ポンプを空転させる第2の空転工程を有し、
前記回復運転工程は前記第1および第2のバンクを同時に再始動するものであること、
を特徴とする請求項8または9に記載の再循環ポンプ用電源制御方法。
A second idling step of temporarily stopping the operation of the second bank and idling the recirculation pump after the second bank operation step and before the recovery operation step;
The recovery operation step restarts the first and second banks simultaneously;
The power supply control method for recirculation pumps of Claim 8 or 9 characterized by these.
前記第1および第2のバンクのそれぞれの電流を検出し、
検出された前記第1または第2のバンクの一方の電流が所定の範囲からはずれた場合に、その電流検出器の位置により第1または第2のバンクのどちらが不動作状態であるかを判断すること、
を特徴とする請求項8ないし11のいずれかに記載の再循環ポンプ用電源制御方法。
Detecting respective currents of the first and second banks;
When one of the detected currents of the first or second bank deviates from a predetermined range, it is determined whether the first or second bank is in an inoperative state according to the position of the current detector. thing,
The power supply control method for a recirculation pump according to any one of claims 8 to 11.
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