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報告書

JT-60SAクエンチ保護回路の欧州による現地据付・調整試験と作業安全管理

山内 邦仁; 岡野 潤; 島田 勝弘; 大森 栄和; 寺門 恒久; 松川 誠; 小出 芳彦; 小林 和容; 池田 佳隆; 福本 雅弘; et al.

JAEA-Technology 2015-053, 36 Pages, 2016/03

JAEA-Technology-2015-053.pdf:8.33MB

JT-60SA計画は、日本の実施機関である原子力機構と欧州の実施機関であるFusion for Energy(F4E)が物納貢献により共同で進める国際事業である。欧州側では超伝導トロイダル磁場コイルの他、磁場コイル用電源の主要機器や極低温システム等を分担するが、F4Eの総括のもとで各国の指定研究機関が欧州のメーカーと契約し、その欧州のメーカーが那珂研での現地据付・調整試験までを行う。このため、原子力機構にとっては直接の契約がないにも係らず、欧州の作業員に対する作業管理や安全管理を行わなければならないという非常に難しい課題があった。本報告は、JT-60SA計画において、欧州の作業員による最初の那珂研での現地作業であるクエンチ保護回路の据付・調整試験を遂行するにあたって、欧州側との事前の密な交渉の結果として合意し、構築・実施した作業管理や安全管理の取組み、およびそれらをもとに完遂した欧州作業についてまとめたものである。これらの取組みの結果、欧州作業員によるクエンチ保護回路の現地据付調整作業を無事故で完遂させることができ、日欧双方にとって非常に大きな成果となった。

報告書

JT-60SAにおける直流電源系の初期設計検討

島田 勝弘; 大森 栄和; 岡野 潤; 松川 達哉; 寺門 恒久; 栗原 研一

JAEA-Technology 2008-031, 38 Pages, 2008/03

JAEA-Technology-2008-031.pdf:10.84MB

臨界プラズマ試験装置JT-60の次期装置としてJT-60SA(Super Advanced)の設計検討が進められている。JT-60SAでは、トロイダル磁場コイル(TFコイル),ポロイダル磁場コイル(PFコイル)が超伝導化され、100s以上のフラットトップを持つ長時間プラズマ運転が可能となる。このようなプラズマ運転,コイルの超伝導化に対応するために新しい直流系電源システムの構築を行う必要がある。これらの超伝導コイルに直流電力を供給する電源は、既存のJT-60電源を有効に再利用した電源機器と新規製作による電源機器を組合せた構成とし、コストの低減を図った。また、超伝導コイルを用いるため、コイルクエンチ時にコイル蓄積エネルギーを急速に消費させるクエンチ保護回路を新規に導入した。本報告書では、JT-60SAの直流系電源(TFコイル電源,PFコイル電源)の回路構成やそれらの制御手法の検討結果及びPSCAD/EMTDCを用いた設計した電源システムでの初期電源制御シミュレーション結果について報告する。

論文

電力用油入変圧器における無電圧タップ切換器の不具合対応

大森 栄和; 栗原 研一; 松川 誠; 寺門 恒久; 古川 弘

第17回分子科学研究所技術研究会報告集(CD-ROM), 4 Pages, 2006/03

大型核融合実験装置JT-60用電源設備の油入変圧器の油中ガス分析にて、1台の変圧器に管理値を超える可燃性ガスの発生が認められた。この変圧器(28MVA, 11kV/17kV)は電圧調整用の無電圧タップ切換器を備えており、タップ切換器接触部分の局所的な過熱によって可燃性ガスが発生した。このタップ切換器は20年以上切換えることなく運転され、そのことが不具合につながった一つの要因と考えられる。この不具合の現象,推定原因,対策について報告する。

論文

A New intelligent coil current control system combined with a synchronous generator and a diode rectifier

島田 勝弘; 大森 栄和; 古川 弘*; 寺門 恒久; 松川 誠; 栗原 研一

Proceedings of International Conference on Electrical Engineering 2004 (ICEE 2004), p.777 - 781, 2004/00

同期発電機とダイオード整流器で構成される電源を用いてトカマク型核融合装置JT-60のトロイダル磁場コイル電流を制御する新しいシステムの開発を行った。このコイル電流制御では、状態フィードバック制御手法を採用し、高精度でほぼ任意のパターンで電流を変化させることを可能とした。さらに、発電機界磁電流,発電機端子電圧及びトロイダル磁場コイル電圧のリミタ機能や、安全のためにリアルタイムでのコイル異常検出機能も設けている。開発された新しいコイル電流制御システムの動作試験及びコイル通電試験を行い、システムの健全性を確認した。本発表では、新しいコイル電流制御システムの設計・製作・試験について報告する。

論文

Development and operational experiences of the JT-60U tokamak and power supplies

細金 延幸; 二宮 博正; 松川 誠; 安東 俊郎; 閨谷 譲; 堀池 寛*; 櫻井 真治; 正木 圭; 山本 正弘; 児玉 幸三; et al.

Fusion Science and Technology (JT-60 Special Issue), 42(2-3), p.368 - 385, 2002/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:80.93(Nuclear Science & Technology)

本論文ではJT-60U装置及びコイル電源の開発とこれまでの運転経験についてレビューする。JT-60Uは高プラズマ電流,大体積プラズマ,高非円形プラズマを得るため、当初のJT-60装置から大型化された装置である。改造においては、トロイダル磁場コイルの内側の全ての構成機器が新しく製作された。さらに、ダイバータタイルには炭素材の化学スパッタリングを低減するためボロン変換CFC材が使用された。後には、当初の開ダイバータに代わって、NBI用クライオ排気パネルをダイバータ排気装置に用いた排気装置付の半閉ダイバータを設置した。これらの構成機器の開発に導入されたさまざまな技術や工夫,及びそれらの運転経験は、将来のトカマク装置の設計のための貴重なデータを提供するものである。一方、JT-60Uの運転に影響を与えた主要な故障についても述べる。さらに、重水素を燃料に使用するトカマク装置の保守の重要な課題として、容器内作業者の被ばくを抑えるための方策についても紹介する。

論文

JT-60電源設備の長期保管計画

大森 栄和; 松川 誠; 大森 俊造; 寺門 恒久; 岡野 潤; 野田 政明*

NIFS-MEMO-36, p.358 - 361, 2002/06

大型核融合実験装置JT-60は、数年以内に運転を終了し、その後大規模な改修作業を行う予定である。新しい装置の磁場コイルには超伝導コイルが使用され、その構成や定格も現在の装置とは大幅に異なるため、これに電力を供給するコイル電源設備も新しい装置にあわせた改造が行われる。コイル電源設備の改造にあたっては、機器のすべてを新規に製作するのではなく、既存の機器を最大限再利用する手法を採る。このため、改修が行われる数年の間、それらの機器を健全な状態に維持し、改修後の運転においても十分な機能と信頼性を得られるよう保管しなければならない。保管にあたっては、機器を健全に保つことも当然ながら、経済性も考慮する必要がある。今回、これらのことを念頭に置き、今までの運転実績などを踏まえた上での保管の方法などについて計画したので、トロイダル磁場コイル電源を例に取り報告する。

論文

A Design study of the power supply system for superconducting JT-60

松川 誠; 石田 真一; 逆井 章; 栗田 源一; 三浦 友史; 寺門 恒久; 大森 栄和; 大森 俊造; 岡野 潤; 島田 勝弘; et al.

Fusion Technology, 39(2-Part2), p.1106 - 1110, 2001/03

JT-60装置において定常化研究をより一層進展させるためには、プラズマ電流駆動時間をいかに長時間化するかが重要である。ところが、現在の電源システムはプラズマ電流駆動時間5秒を基本に設計製作されていることから、長時間化を実現するためには改造する必要がある。本文では、等価矩形波通電時間が約40秒の現トロイダル磁場コイル電源をサイリスタ変換器化して再構成し、新プロイダル磁場コイル電源のベース電圧電源とする改造案を提案する。そして、ほかの交直変換器を短時間のの補助電源として活用すれば、新規製作が必要な変換器がほとんど不要であることを示す。また、運転に必要な交流電源は、プラズマ電流4MAを100秒程度維持し、追加熱を40MW-10秒とするならば加熱用発電機1台で、10MW-100秒とするならばトロイダル用発電器1台で十分な見通しであることを示す。

論文

JT-60トロイダル磁場コイル電流制御装置の高性能化

大森 栄和; 松川 誠; 戸塚 俊之; 古川 弘*

KEK Proceedings 99-16, p.361 - 364, 1999/11

JT-60トロイダル磁場コイル電源の発電機励磁制御システムは、サイリスタ駆動装置で運転される一般の交流発電機の励磁制御装置が有する機能の他に、トロイダル磁場コイル電流の制御という極めて特殊かつ重要な役割がある。既設の励磁制御システムは製作から15年以上経過するため、計算機技術が飛躍的に進歩した現在では、代替モジュールの手配やプログラムのメインテナンスが困難な状況となっている。このため、現システムを、汎用バス規格の一つであるVMEバス規格に基づく制御システムに更新することとした。新システムでは、運転経験を踏まえて既存の機能を合理化する一方、安全性向上のためのリミタ機能やトロイダル磁場コイルの異常をリアルタイムに検出可能な監視機能を追加するとともに、設備データ収集機能の充実を図る。講演では、本システムの構成、機能及びこれまでに行った試験の結果等について発表する。

論文

JT-60トロイダル磁場コイル電源の新コイル電流制御システム

松川 誠; 大森 栄和; 戸塚 俊之; 古川 弘*

平成10年電気学会産業応用部門全国大会講演論文集, p.103 - 106, 1998/00

本論文は、JT-60トロイダル磁場コイル電源の発電機励磁制御システムの更新に伴う制御機能の高度化や、計算機システム構成などについてまとめたものである。本発電機励磁制御システムには、サイリスタ駆動装置で運転される一般の交流発電機の励磁制御装置が有する機能の他に、トロイダル磁場コイル電流の制御という極めて特殊かつ重要な役割があり、使用機器の最大定格を越えることなく、定められた時間内に所望の電流値に制御する機能が求められている。今回の改造では、運転経験を踏まえた制御機能の合理化によるシステムの大幅な簡素化を行うとともに、新たに安全性向上のためリミタ機能の充実を図った。また、運転開始から10年が経過したコイルの異常をリアルタイムに検出可能な監視機能を追加し、設備データの収集機能を充実させた。論文では、新機能の設計やシミュレーション、及び試験結果などについて述べられている。

論文

Modifications and operational experience of JT-60 power supplies

松川 達哉; 大森 憲一郎; 高橋 春次; 大森 俊造; 寺門 恒久; 柳生 純一; 大森 栄和; 宮地 謙吾; 竹下 明*; 池田 幸治; et al.

Fusion Technology 1988, p.1444 - 1448, 1989/00

昨年度、JT-60の実験領域の拡大、つまり、リミター運転時あるいはダイバータ運転時におけるプラズマ電流の最大値がそれぞれ3.2MA、2.7MAに変更されたことに伴い、JT-60電源設備の改造が行われた。その主な内容としては、10kAの増設電源によるQ電源の増力、ディスラプション時に誘起される電流による応力から本体コイルを保護するために設置したVコイルの外部インダクタンス、あるいは、Vコイル電流とMコイル電流を組み合わせた二次元のインターロック、その他Fコイル電源及びTコイル電源の増力などがあげられる。本発表はこれらの改造内容と改造後の運転実績について報告するものである。

論文

Modifications and operational experience of JT-60 power supplies

松川 達哉; 大森 憲一郎; 高橋 春次; 大森 俊造; 寺門 恒久; 柳生 純一; 大森 栄和; 宮地 謙吾; 竹下 明*; 池田 幸治; et al.

Fusion Technology 1988, p.1444 - 1448, 1989/00

JT-60電源設備は1985年に運転を開始した。その後プラズマ実験の要求を満足させるため、JT-60の休止期間中、幾つかの改造を行った。特に1987年には、プラズマ電流がリミタ配位で3.2MA、磁気リミタ配位で2.7MAを達成するため、JT-60電源の出力を、サイリスタ変換器の増強等で増やした。この論文では、これ迄のJT-60電源の改造及び運転経験について述べる。更に1988年現在における電源設備の現状について述べる。

口頭

大容量フライホイール付電動発電機の運転経験; 20年の実績とトラブル事例

大森 栄和; 栗原 研一; 松川 誠; 寺門 恒久; 岡野 潤; 古川 弘

no journal, , 

日本原子力研究開発機構の大型核融合実験装置JT-60は、実験運転において約130万kVAもの大電力をパルス的に必要とするため、商用電力系統からすべての電力を受電することができない。このため、フライホイール効果を持つ総容量約110万kVAの電動発電機3台を設置し、JT-60の実験運転に必要なパルス電力を供給している。JT-60の電動発電機は、1985年の供用開始以来20年以上にわたり運転を継続してきた。その間、オーバーホールや細密点検などの保守に加え、幾つかのトラブルも経験してきた。世界最大級のフライホイール付電動発電機やその周辺機器について、20年以上にわたる運転経験を発表する。

口頭

JT-60SA電源システムの設計検討

島田 勝弘; 寺門 恒久; 大森 栄和; 岡野 潤; 古川 弘; 柴田 一之; 寺門 祐之; 柴田 孝俊; 松川 誠; 栗原 研一

no journal, , 

トカマク国内重点化装置JT-60SAでは、コイルの超伝導化,加熱装置の増力,運転時間の伸長に向け新しい電源システムが必要となる。JT-60SA電源システムは、既存の電源設備を有効に利用し、新規製作する電源と組合せたシステムとする予定である。そのため、標準運転パターンからコイル電源構成の基本仕様を検討し、コイル電源及び加熱装置への新しい給電システムの設計検討を行った。その結果、5つのEFコイル電源は、新規製作するベース電源と既存電源を再利用したブースタ電源で構成し、2つのEFコイル電源は、ベース電源とブースタ電源のほかに、既存電源を再利用したアシスト電源で構成し、CSコイル電源は、ベース電源と遮断器と抵抗による高電圧発生回路で構成する必要があることがわかった。また、加熱装置の増力により、供給電力の一部を商用系統から直接受電する必要があるので、シミュレーションにより、受電点での高調波電流及び電圧降下を評価した。その結果、275kV受電点における電圧変動率約1%,等価妨害電流は5.17Aとなり、受電条件を満たしていないことから、高調波フィルタ及び無効電力補償装置が必要であることがわかった。

口頭

JT-60SAにおけるプラズマ着火・立ち上げ用高電圧電源システムの設計検討

山内 邦仁; 島田 勝弘; 岡野 潤; 大森 栄和; 寺門 恒久; 栗原 研一

no journal, , 

ITERのサテライトトカマクとして計画されているJT-60SAのポロイダル磁場コイルでは、プラズマの着火と立ち上げの際に高電圧を必要とする一方で、運転の大部分を占める定常時にはほとんど電圧を必要としない。したがって、長時間ないし連続定格の低電圧電源と短時間定格の高電圧電源の組合せが価格と大きさの面で合理的である。ただし、このためにはコイルの通電中に最大20kAの直流大電流を適切かつ滑らかに転流し、短時間定格の高電圧電源をバイパスする機構が不可欠である。そこで、実用性と経済性の観点からこれらの要求を満たすバイパススイッチを新たに提案し、回路シミュレーションにより妥当性を評価した。本講演では、これらの設計検討の結果について報告する。

口頭

JT-60SAにおける超電導コイル電源の設計検討

島田 勝弘; 寺門 恒久; 大森 栄和; 岡野 潤; 山内 邦仁; 栗原 研一

no journal, , 

ITERのブローダーアプローチの一つであるJT-60SA計画では、トロイダル磁場コイル及びポロイダル磁場コイルが超電導化される。コイルの超電導化により、定常時では低電圧制御が可能となるが、プラズマ着火及び立ち上げ時には高電圧を必要とする。このような特殊な運転を実現するために、既存のJT-60U電源を有効に再利用した新しいコイル電源の回路設計検討を行い、併せてそれらの制御手法について検討も行った。検討の結果、トロイダル磁場コイル電源は、急速な励磁・消磁の必要がないので低電圧大電流電源とした。ポロイダル磁場コイル電源は、定常的に制御を行う低電圧のベース電源とプラズマ着火及び立ち上げ用の高電圧電源により構成し、高電圧電源として、既存JT-60ポロイダル磁場コイル電源を再利用したブースター/アシスト電源あるいは抵抗に電流を転流させて高電圧を発生させる高電圧発生回路を採用した。本講演では、超電導コイル電源の回路構成及びその制御手法について発表する。

口頭

JT-60SA装置における交流電源システムの概念設計の現状

松川 誠; 島田 勝弘; 寺門 恒久; 山内 邦仁; 大森 栄和; 岡野 潤

no journal, , 

JT-60SA装置の交流電源システムに関する発表である。JT-60SAの負荷は、大幅な無効電力変動を伴うポロイダル磁場コイル電源と、力率の変動は比較的少ないが消費エネルギーの大きいプラズマ加熱・電流駆動装置に大別できる。前者を直接電力系統に接続するには、大容量のアクティブフィルタなどを準備する必要があり、極めて高コストとなる。そこで、JT-60SAの運転シナリオを検討し、現有のH-MG(400MVA-2.6GJ)をおもにポロイダル磁場コイル電源に使用することにした。しかし、JT-60SAのプラズマ加熱・電流駆動入力は、初期実験段階ではせいぜい20MW-100sもしくは30MW-60sであるが、最終的には41MW-100sの実験運転が計画されている。これを実現するには、現有の連続励磁が可能な2台の電動発電機のエネルギーでは不足するため、新たなエネルギー蓄積要素を設けるか、電力系統からの受電を増大する必要がある。さらに、P-NBI, N-NBI及びECRF装置で、それぞれエネルギー変換効率も力率も異なるので、電力系統への影響に関しては障害電力の流出に細心の注意が必要となる。講演では概念設計の現状を報告するとともに、技術的な制約条件や実現への課題について述べる。

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