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論文

澁澤賞を受賞して; JT-60電源設備の運転保守

大森 俊造

産業と電気, (629), p.1 - 2, 2005/02

JT-60プラズマ実験においてはパルス的に大電力を使うため、商用幹線に電圧及び周波数変動の影響を与えないようにシステムに工夫が施されている。大きいはずみ車効果を有する縦軸型電動発電機に回転エネルギ-を蓄え、それを利用して発電する。その電力は変圧器により降圧しサイリスタ変換器またはダイオ-ド整流器により直流に変換してJT-60トロイダル磁場コイル,ポロイダル磁場コイルへ大電流を給電し、プラズマの発生・維持,形状制御を行っている。プラズマ加熱装置へは交流を給電している。このような電源システムの運転保守に従事してまた著者にとって、特に電気保安上の貢献が大きかったものは、以下の通りである。(1)電動発電機細密点検,(2)電動発電機セルビウス装置絶縁劣化対策,(3)電動発電機の中性点接地抵器の加熱現象の対策、以上の経験を総括して電気を取り扱う関係者に役立つ情報を紹介する。

論文

高温ガス炉ガスタービン発電システム(GTHTR300)の磁気軸受支持ロータダイナミクス試験計画

高田 昌二; 滝塚 貴和; 國富 一彦; 小杉山 真一; Yan, X.; 松本 岩男*

日本原子力学会和文論文誌, 2(4), p.525 - 531, 2003/12

GTHTR300のターボマシンを支持する磁気軸受設計の妥当性を検証するために、試験装置を設計するとともに試験計画を作成した。ターボマシンは、フレキシブルカップリングにより接続したターボ圧縮機と発電機ロータで構成され、それぞれ2個のラジアル磁気軸受で支持する。両ロータは、定格回転数以下に曲げモード危険回転数を持つ弾性ロータである。磁気軸受負荷容量は、弾性ロータを支持する既存の軸受に比べ10倍程度大きい。試験装置は、フレキシブルカップリングにより接続した実機の1/3スケールの試験ロータにより構成される。磁気軸受負荷容量は、既存技術で製作可能な値として、実機の1/10とした。試験ロータは実機の危険速度と振動モードを模擬できるように設計した。本件は、文部科学省から原研への委託により実施している電源特会「核熱利用システム技術開発」の「高温発電システム」の内容に関するものである。

論文

確率論的手法による機器免震性能設計及び有効性評価手法

堤 英明*; 蛯沢 勝三*; 山田 博幸*; 柴田 勝之; 藤本 滋*

日本材料学会JCOSSAR 2003論文集, p.829 - 836, 2003/11

原研では、原子力関連機器に免震技術を適用する際の有効性を確率論的手法に基づいて評価する手法について研究を実施している。本報では、炉心損傷頻度(CDF)の低減効果を設計目標として、CDFの低減に寄与する安全上重要な機器を選定して免震設計を行い、地震PSA手法を応用してその有効性を評価する手法を提案した。また、本手法及び機器免震化の有効性を検証するために、モデルプラントを想定して、外部電源喪失事象について応答係数法を用いて炉心損傷頻度(CDF)の試評価を行い、重要機器を免震化した場合の非免震プラントに対するCDFの低減効果を算定した。その結果、がい管付き起動変圧器と非常用ディーゼル発電機を免震化した場合に、炉心損傷頻度の低減効果が大きく、免震化によりこれらの機器の加速度応答が非免震機器の1/5に低減されると、1/100程度まで炉心損傷頻度が低減する可能性があることが明らかになった。さらに、非常用ディーゼル発電機について免震設計を行い、地震応答解析によって1/6程度に加速度応答を低減できることを確認した。

論文

多数台並行運転されるフライホイル付同期発電機の安定化制御

井上 毅彦*; 小笠原 悟司*; 松川 誠

電気学会研究会資料,半導体電力変換・産業電力電気応用合同研究会, p.45 - 50, 2002/11

核融合試験装置の電源には、短時間に大電力を供給するのに適するフライホイル付同期発電機が使用されている。次期核融合炉用電源ではさらに大電力を供給するために、複数台のフライホイル付同期発電機を並行運転する電源システムの開発が望まれている。筆者らはすでに二台のフライホイル付同期発電機を並行運転した場合の乱調現象についての解析を行ない、乱調現象を生じないフライホイル付同期発電機のパラメータの条件を導出した。また、この乱調を抑制する直列補償器の制御法を提案し、これら乱調現象を生じない条件及び乱調を抑制する直列補償器の制御法の妥当性をを用いたシミュレーションにより確認した。本論文では、これらの理論解析及び安定化制御を多数台のフライホイル付同期発電機を並行運転した場合に拡張して、シミュレーションによりその妥当性・有用性を確認する。

論文

並行運転されるフライホイル付同期発電機の乱調現象の解析と安定化制御

井上 毅彦*; 小笠原 悟司*; 松川 誠

平成14年電気学会産業応用部門大会講演論文集, p.1375 - 1378, 2002/08

核融合試験装置JT-60の電源には、短時間に大電力を供給するのに適するフライホイル付同期発電機が使用されている。次期核融合炉用電源ではさらに大電力を供給するために、複数台のフライホイル付同期発電機を並行運転する電源システムの開発が望まれている。本論文では、二台のフライホイル付同期発電機を並行運転した場合の乱調現象についての解析を行ない、乱調現象を生じないフライホイル付同期発電機のパラメータの条件を導出する。また、ここではこの乱調を抑制する直列補償器の制御法を提案し、これら乱調現象を生じない条件及び乱調を抑制する直列補償器の制御法の妥当性をEMTDCを用いたシミュレーションにより確認する。

論文

並行運転されるフライホイル付同期発電機の安定化制御

井上 毅彦*; 小笠原 悟司*; 松川 誠

平成14年電気学会全国大会講演論文集, p.183 - 184, 2002/00

次期核融合炉用電源として、複数台のフライホイル付同期発電機を並列接続した大容量電源システムの開発が望まれている。このような電源システムでは、過度な負荷急変時には横流による乱調が発生する危険性があるが、設備利用率の観点からのメリットは大きい。筆者らは、先にこのような乱調現象の生じない発電機パラメータと運転条件の関係を解析的に導出したが、本論文では能動的に乱調を抑制する直列補償器の制御法を提案する。電力システム汎用解析コードEMTDCによるシミュレーションの結果、発電機定格の2%以下の変換器容量しか有しない補償器を用いて、原理的には電力損失なしに、乱調現象の安定化が可能となることを確認した。

論文

フライホイル付同期電動機の並列運転における乱調現象の解析とその防止

井上 毅彦*; 小笠原 悟司*; 松川 誠

平成13年電気学会全国大会講演論文集, p.1427 - 1428, 2001/03

核融合炉の電源には、フライホイル付同期発電機を使用することが考えられているが、複数台の発電機を並列運転した場合には、乱調現象の発生が懸念されている。本論文では、このような乱調現象の生じない発電機パラメータと運転条件の関係を解析的に導出し、それをシミュレーションによって確認した。

論文

Improvement in the design of helium turbine for the HTGR-GT power plant

武藤 康; 石山 新太郎; 猪亦 麻子*; 岸部 忠晴*; 皆月 功*; 松本 岩男*; Levet, F.*

Proceedings of ASME Turbo Expo 2001 (CD-ROM), 8 Pages, 2001/00

本報告は科学技術庁から原研に委託された「高温発電システムフィージビリティスタディ」の成果をまとめたものである。熱出力600MW、原子炉出口温度850$$^{circ}C$$、圧力6MPaの高温ガス炉に接続するヘリウムガスタービン発電系統についての予備設計からの改良点につきまとめた。改良の目標はガスタービンロータのコンパクト化であり、タービンについては負荷係数とコード長さの変更により、圧縮機については詳細な応力解析によりコンパクト化に成功した。また軸系についても、磁気軸受の設計による改良を行い、高圧圧縮機とタービン間の軸受の削除及び発電機ロータの応答倍率の縮少に成功した。さらに、遠隔保守により、ガスタービンロータを収納容器から引抜き、検査の上、再組立できることを示した。これらの改良設計の結果、正味46%の高い熱効率の魅力的な設計概念を構築できた。

論文

Design study of helium turbine for the 300MW HTGR-GT power plant

武藤 康; 石山 新太郎; 福山 佳孝*; 納本 淳司*; 岸部 忠晴*; 山田 誠也*

Proceedings of 45th ASME International Gas Turbine & Aeroengine Technical Congress, Exposition and Users Symposium (CD-ROM), 8 Pages, 2000/00

本報告は科学技術庁から原研に委託された高温ガス炉ガスタービンのフィージビリティスタディの中で実施された熱出力300MW発電プラントの設計結果をまとめたものである。ヘリウムガスの比熱が空気の5倍と大きいことに起因して、ヘリウムタービンの段数が多く翼長が短くなる傾向がある。特に300MWクラスの比較的小容量機では、このことが設計上の大きな課題となっている。これに関し、まず回転数を高くして周波数変換器をつけた場合と同期回転数の設計結果の予備検討につき記し、後者について詳しい設計結果を述べる。得られた効率は、タービン、低圧圧縮機、高圧圧縮機に対して、各々93.09%,89.92%,90.25%であり、十分高性能であった。発電機設計及び軸系設計とも問題はなく、本プラントの技術的成立性及び熱効率が48.2%の高い値が期待できることが確認された。

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。

報告書

非常用発電設備保守計画書

狩野 元信; 都所 昭雄; 石黒 信治; 照井 新之助; 松井 典夫; 川野辺 俊夫; 菊池 明夫

JNC-TN8520 99-002, 56 Pages, 1999/04

JNC-TN8520-99-002.pdf:4.31MB

本保守計画書は、平成10年11月6日に発生した高レベル放射性物質研究施設(CPF)のの非常用発電設備におけるトラブルを教訓とし、トラブルの再発防止と非常用発電設備の信頼性の維持、向上を目的として、建設工務管理部内にワーキンググループを設置し、従来の点検要領を全面的に見直し、新たに「非常用発電設備保守計画書」として作成したものである。

論文

Design study of helium turbine for the 600MWt HTGR-GT power plant

武藤 康; 石山 新太郎; 田沼 唯士*; 岸部 忠晴*; 松本 岩男*

Proceedings of International Gas Turbine Congress 1999 Kobe, I, p.313 - 320, 1999/00

本報告は、電源特別会計予算として科学技術庁より原研に委託された高温発電フィージビリティスタディの成果である。熱出力600MWtの高温ガス炉(原子炉出入口ガス温度=850$$^{circ}C$$/460$$^{circ}C$$)に直接再生サイクルヘリウムガスタービンを接続した発電プラントのガスタービン系統の設計結果について述べる。タービンについては、段数、負荷係数及び流量係数の選定、圧縮機については、段数の選定及び設計結果としてのディフュージョンファクター及び負荷係数について述べる。設計の結果、タービン、低圧圧縮機及び高圧圧縮機の断熱効率は、それぞれ93.3%、89.3%、89.2%となった。発電機については本体の設計及び起動用電動機としての役割について記す。さらに、ダイアフラムカップリングにより3分割されたローターの軸系計算結果を記す。以上の設計結果として、正味発電効率として46.7%の値が得られた。

論文

世界最大容量5万kW直流発電機

中西 悠二*; 谷 孝志

電気学会誌, 118(2), p.108 - 111, 1998/00

JFT-2M(高性能トカマク開発試験装置)のトロイダル磁場コイル電源の更新にて大容量の直流発電機を開発、平成7年5月に納入現在稼動中である。1996年度、直流発電機出力51300kWがギネスブックに認定された。(1)直流機を採用した理由、(2)構造、概要、(3)特性と性能、及び、(4)製作に当たっての技術的課題、などについて解説記事を発表する。

論文

核融合環境における電気設備,20; ITER非常用電源建家免震化と非常用発電機設備の検討

大川 慶直; 薬研地 彰; 涌井 俊秋*; 村野 佳大*; 河上 邦雄*; 山倉 秀樹*

平成10年度(第16回)電気設備学会全国大会講演論文集, p.175 - 176, 1998/00

現在、ITER/EDAでは最終報告書の段階にきている。それと同時に我が国への誘致立地の議論も出ている。本件はそのITER/EDAで設計検討されている表題の非常用発電機設備について、我が国の強地震帯へ設置する場合、建家免震装置を適用し、その効果、有益性について検討を行った。その結果を報告する。

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。

報告書

JT-60電動発電機セルビウス装置の絶縁性能劣化対策

大森 俊造; 日下 誠*

JAERI-Tech 97-025, 20 Pages, 1997/07

JAERI-Tech-97-025.pdf:1.26MB

大型核融合装置JT-60の加熱用発電設備の電動発電機セルビウス装置に使用されているFRP(繊維強化プラスチック)電気絶縁材の絶縁性能劣化について、その原因究明と対策を実施した。絶縁性能の劣化したFRPの表面には、X線光電子分光法等による分析から、CaCl$$_{2}$$,Ca(NO$$_{3}$$)$$_{2}$$等の潮解性物質の存在が確認された。絶縁性能の劣化は、これら潮解性物質が湿度の高い時に水分を吸収するためと結論付けられる。なお、これらの潮解性物質は、冷却のために取り込んだ外気中に含まれる酸性物質がFRP表面に付着・侵入し、FRPの充填剤である炭酸カルシウムと反応して生成されたものと推定できる。また酸性物質の発生源も確認した。この対策としてカルシウムを含まないポリエステル系のFRP絶縁材に交換し、電気絶縁性能の健全性確保を図った。

論文

トロイダル磁場コイル電源用フライホイール付き直流発電電動機の制御特性

岸本 健*; 平山 博英*; 加茂 秀樹*; 中西 悠二*; 谷 孝志

電気学会論文誌,D, 117-D(5), p.579 - 588, 1997/05

平成8年3月に電気学会回転機研究会において、トロイダルコイルを負荷とする直流発電電動機の制御特性と題して設計時に行ったシミュレーション結果及び実負荷試験で実施した本発電機の主要特性である電圧・電流フィードバック制御、発電機の制動制御、発電電動機の回路切換のための零電圧制御および切換器の機種選択等について口頭発表を行った。今回、この論文をベースに制御パラメータと特性との関係を明らかにするため数式による特性解析などを追加したものを論文として発表するものである。

論文

世界最大容量直流発電機の開発

中西 悠二*; 堀田 剛*; 河瀬 千春*; 大薮 勲*; 谷 孝志

産業と電気, 535(0), p.1 - 6, 1997/04

高性能トカマク開発試験装置(JFT-2M)では、平成7年5月にトロイダル磁場コイル電源の発生磁場を1.4Tから2.2Tに増強して更新した。更新に当たっては既設建家を有効利用とするため、直流発電機方式を選定した。この直流発電機は出力で51.3MWとなり、三菱電機と共同で開発・整備したものである。先に出力51.3MWが直流発電機では世界記録(ギネス)に認定された。直流発電機の開発内容、現状および核融合開発の背景などを入れた。

論文

電動発電機セルビウス装置FRP絶縁材の絶縁劣化とその対策

大森 俊造; 日下 誠*

技術研究会報告 (文部省国立天文台・電気通信大学), p.111 - 114, 1997/03

加熱用電動発電機の加速制御には、セルビウス装置が使用されている。セルビウス装置の電気絶縁材は、FRPが使用されている。平成2年にセルビウス装置の点検を行ったところ、絶縁抵抗が0.4M$$Omega$$(湿度91%)と低かった。原因は塩害であり、対策としてリアクトル冷却ファンの直接屋外吸気をやめて屋内吸気方式に改造した。しかし、その後も絶縁抵抗が低下し続け、平成6年に0.8M$$Omega$$と管理目標値の1M$$Omega$$を下回った。そのため、FRPの表面汚染物質の光電子分光分析を行った。その結果、CaCl$$_{2}$$、CaNO$$_{3}$$、CaSO$$_{4}$$が検出された。このことからFRPに添加されているカルシウムと空気中の酸性物質とが反応して、これらの吸湿性化合物が生成され、高湿度時に絶縁が劣化することが判明した。また環境分析により酸性物質の発生源も確認した。対策として、カルシウムの含まないポリエステル系のFRP絶縁材に更新した。

報告書

定常炉心試験装置の設計研究,第5編; 電源設備

青柳 哲雄; 永島 圭介; 北井 達也*; 森 活春*; 中川 勝二*; 栗田 源一; 菊池 満; 永見 正幸

JAERI-Research 97-010, 58 Pages, 1997/02

JAERI-Research-97-010.pdf:1.7MB

コイル電源設備は、18個のトロイダル磁場コイル(超伝導コイル)に定常的に電流を流すトロイダル磁場コイル電源、10個のポロイダル磁場コイル(超伝導コイル)にパルス的に電流を流すポロイダル磁場コイル電源、プラズマ垂直位置を高速に制御する高速位置制御コイル(常電導コイル)に電流を流す高速位置制御コイル電源、ロックドモードの原因となる非軸対称エラー磁場を補正するエラー磁場補正コイル(超伝導コイル)に電流を流すエラー磁場補正コイル電源、およびそれらに電力を供給する電動発電機から構成される。本報告書では、これらの概念検討結果を示すものである。

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