JP2005003402A - 制御棒引抜監視装置および制御棒操作システムならびに制御棒引抜阻止方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】沸騰水型原子炉の炉心でボイドが発生する出力運転状態での制御棒引抜監視装置のシステム構成を簡素化し、原子炉内に配置する核計装管の低減を可能とする。
【解決手段】沸騰水型原子炉の制御棒引抜監視装置１において、原子炉内でボイドが発生している出力運転状態での制御棒引抜きに対し、複数の制御棒を互いに面隣接しない制御棒同士の複数のグループに分割し、同一のグループに属する制御棒の引抜き量の最小値と最大値の差があらかじめ定められた許容偏差を超過した時に制御棒の引抜きを阻止するように構成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】沸騰水型原子炉の制御棒引抜監視装置１において、原子炉内でボイドが発生している出力運転状態での制御棒引抜きに対し、複数の制御棒を互いに面隣接しない制御棒同士の複数のグループに分割し、同一のグループに属する制御棒の引抜き量の最小値と最大値の差があらかじめ定められた許容偏差を超過した時に制御棒の引抜きを阻止するように構成されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉の制御棒引抜監視装置および制御棒操作システムならびに制御棒引抜阻止方法に関し、特に、ボイドが発生している出力運転中に行なわれる制御棒操作に対し、所定の条件のもとに制御棒の引抜きを阻止する機能を有するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉の出力運転状態の制御棒引抜監視装置としては、例えば特許文献１が知られている。出力運転中では、引抜き制御棒の周辺に設置されている局所出力領域モニタ（以下ＬＰＲＭ検出器）の中性子束指示値を基に、制御棒引抜き近傍の中性子束上昇にを検知し、その上昇が一定値を超えた時に制御棒引抜き阻止信号を発生する制御棒引抜監視装置が一般に採用されている。
【０００３】
沸騰水型原子炉において、ＬＰＲＭ検出器を軸方向に複数個、通常は軸方向に４個のＬＰＲＭ検出器をほぼ等間隔で核計装管内に配置し、これを原子炉内に４行４列の合計１６体の燃料集合体、制御棒に対しては２行２列の４本の制御棒を囲むように各頂点に４本の核計装管が位置するように配置される。この配置および核計装管の軸方向の構成を図９に示す。図９（ａ）は燃料集合体１２、制御棒１０および核計装管１１の炉心の径方向（水平方向）配置を示したものであり、上述のように、４個のＬＰＲＭ検出器で４行４列の合計１６体の燃料集合体１２を囲むように、一方２行２列の合計４本の制御棒１０を囲むように核計装管１１が配置される。
【０００４】
核計装管１１内には、図９（ｂ）に示すようにＬＰＲＭ検出器が軸方向（上下方向）にほぼ等間隔で４個配置されており、またＬＰＲＭの感度校正、軸方向の出力分布の連続測定を目的に移動式の中性子検出器（ＴＩＰ）１３が挿入されるＴＩＰ案内管１４からなる。なお、ＬＰＲＭ校正、軸方向の出力分布連続測定のために、ＴＩＰ案内管１４の代わりにガンマ線発熱を利用したガンマサーモメータを軸方向に複数個配置した核計装管が使われる場合もある。
【０００５】
出力運転中の制御棒引抜監視装置は、引抜制御棒を囲む４本の核計装管１１に属する複数のＬＰＲＭ検出器信号を平均化し、これを引抜制御棒が選択された段階で原子炉熱出力相当に規格化する。この平均化および規格化されたＬＰＲＭ信号をＲＢＭ信号と言い、最大線出力密度および最小限界出力比の熱的特性値が許容限界値を超過しないように定められた値にＲＢＭ信号が到達した時に制御棒引抜阻止信号を発し、制御棒の引抜きを阻止する構成になっている。
【０００６】
図１０に、５０万ｋＷｅ級沸騰水型原子炉の炉心配置例を示す。この図１０で、丸で囲んだ数字１〜２０は核計装管１１の位置番号を示す。また、ＩＸおよびＩＹは、原子炉炉心における水平なＸ軸方向およびＹ軸方向の座標を示す。
【０００７】
例えば操作対象制御棒として図１０に示す１本の制御棒１０ａが選択されると、これを囲む核計装管番号２、３、６および７のＬＰＲＭ信号を用いる。ＬＰＲＭ検出器を、図９（ｂ）に示すように高さ方向に下からＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとすると、ＡおよびＣの高さ位置の合計８個のＬＰＲＭ検出器信号の平均処理、およびＢおよびＤの高さ位置の合計８個のＬＰＲＭ検出器信号の平均処理を実施する。そして、それぞれの平均化された信号は、原子炉の熱出力にゲイン調整された平均出力領域モニタ（以下ＡＰＲＭという）の値に規格化される。
【０００８】
ＬＰＲＭの指示値は、制御棒引抜きにより引抜制御棒近傍の出力が上昇するために、上昇する。平均化および規格化されたＡ、ＣレベルのＬＰＲＭ検出器を用いたＲＢＭ信号とＢ、ＤレベルのＬＰＲＭ検出器を用いたＲＢＭ信号の一方が、あらかじめ定められた値に到達すると制御棒引抜阻止信号が発せられる。
【０００９】
一方、原子炉停止状態から臨界および原子炉冷却材温度を上昇させ、ボイドが発生するまでの出力レベルにおいては、反応度過渡・事故を未然に防止することを目的に、制御棒の反応度価値を小さくするように制御棒引抜き手順を前もって作成し、この手順から逸脱した制御棒操作を行なおうとした場合に制御棒引抜阻止信号を発生する制御棒価値ミニマイザが用いられている。
【００１０】
原子炉停止状態から出力運転状態までの従来の制御棒引抜監視装置を含む制御棒操作システムの全体構成を図１１に示す。前記のように、制御棒引抜監視装置は、ボイドの発生が開始する低出力状態までの制御棒価値低減を目的とした制御棒引抜監視装置（制御棒価値ミニマイザ）７と、ボイドが発生した出力運転状態で、引抜制御棒近傍の中性子束上昇を基に制御棒の引抜きを阻止する制御棒引抜監視装置（ＲＢＭシステム）８からなっている。
【００１１】
制御棒操作主盤２は、中央制御室に設置され、運転員の操作により、操作対象となる制御棒の指定および挿入／引抜信号を発するものである。制御棒操作主盤２からの指令を原子炉制御システム（ＲＭＣＳ）４は受け取り、操作対象として指定された制御棒に属する制御棒駆動装置５に挿入／引抜信号を送信して、制御棒駆動装置は挿入／引抜信号に従って、制御棒の挿入／引抜きを実施する。
【００１２】
停止状態からボイドの発生が開始する低出力状態までは、制御棒引抜監視装置（制御棒価値ミニマイザ）７によって制御棒操作が監視される。運転員は、運転管理コンソール６に前もって制御棒価値が制限値以下であるように定められた制御棒グループ分け、および制御棒の引抜き手順を入力する。運転管理コンソール６より、制御棒引抜監視装置（制御棒価値ミニマイザ）７に制御棒グループ分け、引抜き手順が入力される。
【００１３】
制御棒引抜監視装置（制御棒価値ミニマイザ）７は、制御棒操作時には絶えず原子炉制御システム（ＲＭＣＳ）４からの操作対象の制御棒位置情報およびその他の制御棒位置情報を制御棒位置情報システム（ＲＰＩＳ）３から受け取り、装荷された制御棒引抜き手順と絶えず比較を行なっている。装荷された制御棒引抜き手順から逸脱した制御棒操作がなされると、制御棒引抜監視装置（制御棒価値ミニマイザ）７は、原子炉制御システム（ＲＭＣＳ）４に引抜き阻止信号を発し、原子炉制御システム（ＲＭＣＳ）４を介して操作対象の制御棒駆動機構の動作が停止する。
【００１４】
一方、ボイドが発生した以降の出力運転状態では、制御棒引抜監視装置（ＲＢＭシステム）８は原子炉制御システム（ＲＭＣＳ）４から操作対象の選択制御棒位置情報を得る、また原子炉熱出力に規格化されたＡＰＲＭ信号とＬＰＲＭ信号を絶えず受け取り、選択制御棒を囲む核計装管のＬＰＲＭ信号を選択しＲＢＭ信号を作成する。制御棒引抜きに伴い、ＲＢＭ信号が定められた値に到達すると制御棒引抜監視装置（ＲＢＭシステム）８は原子炉制御システム（ＲＭＣＳ）４に制御棒の引抜き阻止信号を発し、原子炉制御システム（ＲＭＣＳ）４を介して操作対象の制御棒駆動機構の動作が停止する。
【００１５】
一般に上述の制御棒価値ミニマイザ７による監視とＲＢＭシステム８による監視の切替えは給水流量等のセンサー値を用いて熱出力が定格出力の１０％〜３０％程度の範囲で自動で実施される。
【００１６】
【特許文献１】
特開平７−９８３９８号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の沸騰水型原子炉では、制御棒引抜監視装置として出力レベルに応じて異なった２種類の装置を使い分けており、システムとして複雑な構成になっている。すなわち低出力レベルでは、制御棒価値を制限とした制御棒価値ミニマイザ７と、ボイドが発生した出力運転レベルでは炉心の熱的特性値を基に中性子束上昇によって制限を行なうＲＢＭシステム８からなっており、何れも制御棒の異常な引抜きに対して制御棒の引抜きを阻止することが目的であるが、原理および構成が異なる２種類の装置を使い分ける必要がある。
【００１８】
本発明の目的は、ボイドが発生する出力運転状態での制御棒引抜監視装置のシステム構成を簡素化し、またこれにより、原子炉内に配置する核計装管の本数の低減を可能とすることにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記目的に沿うものであって、請求項１に記載の発明は、沸騰水型原子炉の制御棒引抜監視装置において、原子炉内でボイドが発生している出力運転状態での制御棒引抜きに対し、複数の制御棒を互いに面隣接しない制御棒同士の複数のグループに分割し、同一のグループに属する制御棒の引抜き量の最小値と最大値の差があらかじめ定められた許容偏差を超過した時に制御棒の引抜きを阻止するように構成されていること、を特徴とする。
【００２０】
また、請求項６に記載の発明は、複数の制御棒を有する沸騰水型原子炉の前記制御棒を操作する制御棒操作システムにおいて、前記制御棒の位置に基づいて制御棒位置情報を生成する制御棒位置情報システムと、前記制御棒位置情報システムから得られた制御棒位置情報に基づいて制御棒引抜き量を監視し、所定の制御棒引抜き阻止条件のもとに制御棒引抜き阻止信号を生成する制御棒引抜監視装置と、前記制御棒の少なくとも一部の挿入または引抜きを指令する挿入・引抜き信号を入力する制御棒操作主盤と、前記制御棒を駆動する制御棒駆動装置と、前記制御棒引抜き阻止信号が生成されていないときに、前記制御棒操作主盤で入力された前記挿入・引抜き信号に基づいて、前記制御棒駆動装置に制御棒挿入・引抜きを指令する挿入・引抜き信号を送る原子炉制御システムと、を有し、前記所定の制御棒引抜き阻止条件は、原子炉内でボイドが発生している出力運転状態での制御棒引抜きに対し、複数の制御棒を互いに面隣接しない制御棒同士の複数のグループに分割したうえで、同一のグループに属する制御棒の引抜き量の最小値と最大値の差があらかじめ定められた許容偏差を超過したという条件を含むこと、を特徴とする。
【００２１】
また、請求項８に記載の発明は、沸騰水型原子炉の制御棒引抜阻止方法において、原子炉内でボイドが発生している出力運転状態での制御棒引抜きに対し、複数の制御棒を互いに面隣接しない制御棒同士の複数のグループに分割し、同一のグループに属する制御棒の引抜き量の最小値と最大値の差があらかじめ定められた許容偏差を超過した時に制御棒の引抜きを阻止すること、を特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る制御棒引抜監視装置を含む制御棒操作システムの実施の形態を図面を参照して説明する。ここで、従来技術と共通または類似の部分、および相互に共通または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００２３】
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態を図１、図２および図３を使って説明する。
図２は、５０万ｋＷｅクラスの標準的な沸騰水型原子炉の制御棒１０を１２個のグループＧ１〜Ｇ１２にグループ分けした例を示したものである。各グループの制御棒１０は炉心内にほぼ対称に配置され、同一グループの制御棒１０が互いに面隣接しないように配置されている。ボイドの発生する出力運転状態では、少なくとも約５０％の制御棒は引き抜かれており、主にグループＧ５以降の制御棒の引抜きが実施される。
【００２４】
図１は、本実施の形態の出力運転状態での制御棒引抜監視装置を含む制御棒操作システムのシステム構成を示す。本実施の形態の制御棒引抜監視装置（制御棒引抜き量の監視）１は、あらかじめ図２に示すような制御棒のグループ分け情報が入力されている。制御棒引抜監視装置１へは、原子炉制御システム（ＲＭＣＳ）４からは、引抜きを行なっている選択制御棒と、その選択制御棒の位置情報（または基準位置からの引抜き量）と、制御棒位置情報システム（ＲＰＩＳ）３からは、原子炉内の制御棒の現在の位置情報（または基準位置からの引抜き量）が入力される。制御棒引抜監視装置１は、選択制御棒の属するグループの制御棒の基準位置からの引抜き量の内から、最大の引抜き量と最小の引抜き量の差を求める。制御棒引抜監視装置１は、この最大と最小の引抜き量の差があらかじめ定められた許容偏差に達した時に原子炉制御システム（ＲＭＣＳ）４にその選択制御棒の引抜きを停止させる引抜き阻止信号を送る。原子炉制御システム４は、この引抜き阻止信号が入力されることにより、引抜きを行なっている選択制御棒の引抜きを停止する。
【００２５】
この時、制御棒引抜監視装置１で求められる最大と最小の引抜き量の差は、同一グループ内の制御棒内での最大の高低差に相当する。そこで、最大引抜き量と最小引抜き量の差、選択制御棒の属するグループの選択制御棒が引抜かれた後の最大の高低差、あるいは最大の挿入量と最小の挿入量の差と等価である。
【００２６】
許容偏差については、図３を用いて説明する。図３は、従来のＲＢＭシステム８（図１１）における制御棒引抜きに伴うＲＢＭ信号、原子炉平均出力、表面熱流束（線出力密度）およびＭＣＰＲ（最小限界出力比）の推移の例を示している。本例では、制御棒は全挿入位置が０であり、全引抜き位置を「１２」とし、全挿入位置０から制御棒が引抜かれた時の推移を示している。引抜きに伴いＲＢＭ信号は上昇し、制御棒位置が「４」の所でＲＢＭシステムの制御棒引抜き阻止信号により制御棒が停止する例である。
【００２７】
これに対し、本実施の形態での同一の制御棒グループに対する引抜き量の許容偏差ａを例えば１．５の引抜き量とし、操作対象の制御棒と同一の制御棒が全挿入位置０の場合、図３に示したように制御棒位置１．５で制御棒引抜き阻止信号が発し、制御棒の引抜きが停止する。このとき、図３に示すように、従来に比べて、表面熱流束（線出力密度）はＨ１からＨ２へ幅ｂだけ低下し、ＭＣＰＲはＭ１からＭ２へ幅ｃだけ上昇する。すなわち、引抜き量の許容偏差ａを小さくすることで、制御棒引抜き時の表面熱流束（線出力密度）およびＭＣＰＲ（最小限界出力比）はＲＢＭシステムよりも大きく改善できることがわかる。
【００２８】
すなわち、従来のＲＢＭシステム８（図１１）では、制御棒周りの中性子束の上昇をある一定値以下で制御棒引抜き阻止を発する構成であるのに対して、本実施の形態の構成では、あらかじめ定めたグループ内での制御棒引抜き量の許容偏差までしか制御棒引抜きができないため、ＬＰＲＭによる中性子束の監視をしなくても、引抜き制御棒周りの中性子束の上昇を低く抑えられる。
【００２９】
本実施の形態によれば、図１の構成に示したように、従来のＬＰＲＭ信号を用いて平均化および規格化したＲＢＭ信号を用いる必要はなく、制御棒のグループ分け、制御棒の位置情報、同一グループの制御棒引抜き量の許容偏差のみから演算を行なう制御棒引抜監視装置を構成することが可能となる。
【００３０】
また、制御棒のグループ分け、制御棒の位置情報は、停止状態からボイド発生出力レベルまでの間に用いられている図１１の制御棒引抜監視装置（制御棒価値ミニマイザ）７で用いられているものと共有化することも可能である。
【００３１】
したがって、図１の変形例として、図４に示すように、制御棒引抜監視装置９は、停止状態からボイド発生出力レベルまでの間では、前もって入力された引抜き手順から逸脱した場合に引抜き阻止信号を発する制御棒引抜監視装置（制御棒価値ミニマイザ）７の機能と、ボイドが発生する出力運転状態では操作対象制御棒の属するグループの最小引抜き量と最大引抜き量を監視する機能を併せ持ち、この両機能を出力レベルによって使い分けるシステム構成も可能である。
【００３２】
本構成の制御棒引抜監視装置を既存の沸騰水型原子炉で実現するためには、すでに存在する制御棒引抜監視装置（制御棒価値ミニマイザ）７に操作対象制御棒の属するグループの最小引抜き量と最大引抜き量を監視する機能を追加し、ＲＢＭシステム８を削除すれば実現でき、大幅な改造は不要である。
【００３３】
従来の制御棒引抜監視装置として、引抜き前の制御棒引抜き量と引抜き時の制御棒引抜き量の差があらかじめ定めた設定値に到達すると引抜きを阻止する構成のものもあるが、この場合、一旦操作対象の制御棒が選択された段階で引抜き開始前の引抜き量を記憶する必要がある。それに対し本実施の形態では、引抜開始前の位置を記憶する必要がなく、操作時の制御棒の引抜き量と停止している同一グループの制御棒の引抜き量を比較するだけで良い。
したがって、記憶手段を増設したりする必要もなく、また、現実の制御棒の位置に基づいているので、その確認も容易で、信頼性も高い。
【００３４】
本実施の形態の制御棒引抜監視装置では、出力運転状態でＬＰＲＭ検出器の信号を一切用いることなく、従来に対して簡素化されたシステム構成が可能となる。また本実施の形態では、ＬＰＲＭ検出器の信号は不要なため原子炉内に配置される核計装管の本数を低減することが可能であり、核計装管の費用、および定期検査における核計装管の交換数を低減する可能となる。
また既存の沸騰水型原子炉に対して、既存の制御棒価値ミニマイザを利用することにより大きな改造を必要とせずに本実施の形態を実施することが可能である。
【００３５】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、同一グループに属する制御棒引抜き量の許容偏差をグループによって可変とし、炉心中央部に属するグループの制御棒引抜き量の許容偏差に対して、炉心外周部に属するグループの制御棒の引抜き量の許容偏差を大きくすることである。
【００３６】
図５に炉心の径方向出力分布の概略図を示す。一般に炉心の径方向の周辺部は中性子の漏れにより出力は低い。このため、この近傍の熱的特性すなわち線出力密度、限界出力比は炉心中央部に対して、許容限界値に対する余裕は大きい。このため外周近傍の制御棒のグループに対して、制御棒引抜き量の許容偏差を大きくしても、制御棒引抜きに伴う熱的特性の悪化は小さい。また炉心中央部においても、出力の低い位置の制御棒グループに対しても同様の傾向になる。
【００３７】
上述のように、熱的特性が許容限界値に対して余裕の大きい部分の制御棒グループに対して、制御棒引抜き量の許容偏差を大きくすることにより、熱的特性を許容限界値内に抑えつつ、一度に引抜き可能な引抜き量を大きくすることができる。
【００３８】
本実施の形態によれば、出力が低い部分の制御棒グループに対して、一度に引抜き可能な引抜き量が増加させることができ、制御棒操作時間の短縮が可能になり、起動時や燃焼に伴う反応度調整のために実施される制御棒パターン調整時の制御棒操作時間の短縮および設備稼働率の向上が図られる。
【００３９】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、同一グループに属する制御棒引抜き量の許容偏差をグループの制御棒の引抜き量によって可変とし、制御棒位置が全挿入位置からから１／２までの引抜き量に対する制御棒引抜き量の許容偏差が、制御棒位置が１／２の引抜き量から全引抜きに対する制御棒引抜き量の許容偏差よりも小さくすることである。
【００４０】
図６は、１本の制御棒が全挿入位置０から全引抜き状態１２まで引抜いた時の原子炉出力の変化を示している。一般に図６に示したように、制御棒の引抜き量が半分程度まで、すなわち引抜き量が６程度まで引抜かれた段階で、制御棒反応度価値の大部分は炉心に印加され、この間の引抜きにおいて出力上昇は続くが、それ以降の引抜きではほとんど出力上昇はしない傾向にある。
【００４１】
これより、制御棒反応度価値の大きい部分の引抜きに相当する部分では同一グループに属する制御棒引抜き量の許容偏差を小さくし、逆に制御棒反応度価値の小さい部分の引抜きに相当する部分の許容偏差を大きくすることにより、限界出力比の制限値に対する余裕を確保しつつ、制御棒引抜きを実施することが可能となる。
【００４２】
すなわち制御棒反応度価値の大きい部分では制御棒引抜きに伴う出力上昇が大きくなり、限界出力比もより厳しくなるため許容偏差を小さくできることで、限界出力比が異常に厳しくなることを防止できる。一方制御棒反応度価値の低い部分では、出力上昇は小さいため、許容偏差量を大きくしても限界出力比が異常に厳しくなることはない。
【００４３】
上述のように、出力上昇の大きい引抜き位置に相当する部分では許容偏差を小さくし、逆に出力上昇の小さい引抜き位置に相当する部分で許容偏差を大きくすることにより、限界出力比を許容限界値に対して余裕を確保しつつ、制御棒引抜きの操作時間を短縮することができる。
【００４４】
本実施の形態によれば、限界出力比がほとんど変化しない引抜き量に対応する部分で、一度に引抜き可能な引抜き量を増加させることができ、制御棒操作時間の短縮が可能になり、起動時や燃焼に伴う反応度調整のために実施される制御棒パターン調整時の制御棒操作時間の短縮および設備稼働率の向上が図られる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、制御棒位置が全挿入位置から１／２までの制御棒引抜き量の間において、複数の制御棒引抜き量の許容偏差が設定された場合、制御棒位置が１／２の引抜き量から全引抜きまでの制御棒引抜き量の間において、複数の制御棒引抜き量の許容偏差が設定されている場合、その両方において複数の制御棒引抜き量の許容偏差が設定された場合のいずれであっても、制御棒位置が全挿入位置から１／２までの引抜き量に対する制御棒引抜き量の許容偏差が、制御棒位置が１／２の引抜き量から全引抜きに対する制御棒引抜き量よりも小さく設定されていれば良い。
【００４６】
したがって、制御棒位置が全挿入位置から１／２までの制御棒引抜き量の間において、複数の制御棒引抜き量の許容偏差が設定された場合に、全挿入位置から１／２までの制御棒引抜き量の間の制御棒引抜き量の許容偏差において、全挿入位置に近い制御棒引抜き量に対する制御棒引抜き量の許容偏差が、１／２の制御棒引抜き量に近い制御棒引抜き量に対する制御棒引抜き量の許容偏差より大きくても良い。同様に、制御棒位置が１／２の引抜き量から全引抜きまでの制御棒引抜き量の間において、複数の制御棒引抜き量の許容偏差が設定されている場合に、制御棒位置が１／２の引抜き量に近い制御棒引抜き量に対する制御棒引抜き量の許容偏差が、全引抜きに近い制御棒引抜き量に対する制御棒引抜き量の許容偏差より大きくても良い。
【００４７】
［第４の実施の形態］
第４の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、同一グループに属する制御棒引抜き量の許容偏差を原子炉熱出力によって可変とし、原子炉熱出力が低い状態での制御棒引抜き量の許容偏差を、原子炉熱出力が高い状態での制御棒引抜き許容偏差より大きくすることである。
【００４８】
図７に原子炉起動中における熱的特性と原子炉熱出力の関係を例として示す。図７の実線ｄは最大線出力密度と線出力密度の運転制限値の比を表しており、図７の点線ｅは限界出力比の運転制限値と最小限界出力比の比を表している。したがっていずれの比も１．０の場合、それぞれの特性が運転制限値に到達したことを意味する。本図より、原子炉熱出力が低い場合は、最大線出力密度、最小限界出力比は運転制限値に対して大きな余裕を持ち、原子炉熱出力が高い場合はその余裕が小さくなることがわかる。
【００４９】
したがって、制御棒の引抜きに伴い最大線出力密度、最小限界出力比といった熱的特性は悪化するが、原子炉熱出力が低い場合には、もともと熱的特性の許容限界値に対する余裕が大きいため、引抜き量の許容偏差を大きくすることができる。
【００５０】
上述のように、原子炉熱出力に応じて、熱的特性が運転制限値に対して余裕が大きい原子炉熱出力が低い時には、許容偏差を大きくし、一方熱的特性の余裕が小さい原子炉熱出力が高い時には、許容偏差を小さくすることで、熱的特性の許容限界値に対して余裕を確保しつつ制御棒引抜きの操作時間を短くすることができる。
【００５１】
本実施の形態によれば、原子炉熱出力に応じて制御棒引抜き量の許容偏差を変えることで、熱的特性の余裕を確保しつつ、制御棒操作時間の短縮が可能になり、起動時や燃焼に伴う反応度調整のために実施される制御棒パターン調整時の制御棒操作時間の短縮および設備稼働率の向上が図られる。
【００５２】
［第５の実施の形態］
第５の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、同一グループに属する制御棒引抜き量の許容偏差を原子炉冷却材流量によって可変とし、原子炉冷却材流量が大きい状態での制御棒引抜き量の許容偏差を、原子炉冷却材流量が小さい状態での制御棒引抜き量の許容偏差より大きくすることである。
【００５３】
図８に燃料集合体当りの原子炉冷却材流量と沸騰遷移が発生し始める燃料集合体の限界出力の関係を示す。本図より、原子炉冷却材流量が大きいと限界出力が高くなることがわかる。これは、原子炉冷却材流量の増加により、燃料棒から冷却材への除熱能力が向上するため、沸騰遷移が発生し始める限界出力が上昇するためである。このことより、限界出力と現在の出力の比で定義される限界出力比は、原子炉冷却材流量が大きいほど向上し、原子炉冷却材流量が小さいほど悪化する。すなわち、同一の原子炉熱出力に対して、原子炉冷却材流量が大きいほど最小限界出力比は許容限界値に対しての余裕が大きく、原子炉冷却材流量が小さいとその余裕が小さくなる傾向を持つ。
【００５４】
本実施の形態では以上の特性を考慮し、原子炉冷却材流量に応じて、限界出力比が許容限界値に対する余裕が小さい原子炉冷却材流量に対して制御棒引抜き量の許容偏差量を小さくし、余裕が大きい原子炉冷却材流量に対して制御棒引抜き量の許容偏差を大きくするものである。
【００５５】
上述のように、原子炉冷却材流量に応じて、制御棒引抜き量の許容偏差を可変とすることで、限界出力比の許容限界値に対する余裕を確保しつつ、制御棒引抜きの操作時間を短くすることができる。
【００５６】
本実施の形態によれば、原子炉冷却材流量に応じて、制御棒引抜き量の許容偏差を変えることで、限界出力比の余裕を確保しつつ、制御棒操作時間の短縮が可能になり、起動時や燃焼に伴う反応度調整のために実施される制御棒パターン調整時の制御棒操作時間の短縮および設備稼働率の向上が図られる。
【００５７】
［第６の実施の形態］
第６の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、制御棒グループ、グループの引抜き量、原子炉熱出力および原子炉冷却材流量をパラメータとし、これらのパラメータの関数として同一グループに属する制御棒引抜き量の許容偏差を可変設定とすることである。すなわち第１から第５までの実施形態を組み合せて、制御棒引抜き量の許容偏差を定める構成である。
【００５８】
前記パラメータによって、制御棒操作時の許容限界値に対する熱的特性の余裕は異なる。これについては、制御棒グループに対しては第２の実施の形態、グループの引抜き量に対しては第３の実施の形態、原子炉熱出力に対しては第４の実施の形態、原子炉冷却材流量に対しては第５の実施の形態で説明したとおりである。
【００５９】
したがって、これらのパラメータを組み合せて、熱的特性が許容限界値を満たす範囲で制御棒引抜き量の許容偏差を大きく設定することで、制御棒操作の時間を短くすることが可能となる。
【００６０】
制御棒引抜き量の許容偏差を、制御棒グループ、グループの引抜き量、原子炉熱出力および原子炉冷却材流量に応じて、可変とすることで、制御棒操作の時間を短くすることができる。
【００６１】
本実施の形態によれば、熱的特性の余裕を確保しつつ、制御棒操作時間の短縮が可能になり、起動時や燃焼に伴う反応度調整のために実施される制御棒パターン調整時の制御棒操作時間の短縮および設備稼働率の向上が図られる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、ボイドが発生する出力運転状態での制御棒引抜監視装置の構成を簡素化でき、またこれにより、原子炉内に配置する核計装管の本数の低減も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御棒引抜監視装置を有する制御棒操作システムの一実施の形態の全体ブロック図。
【図２】本発明に係る制御棒引抜監視装置の一実施の形態において採用される沸騰水型原子炉の制御棒のグループ分割の例を示す模式的平断面図。
【図３】制御棒引抜き量とＲＢＭ信号の関係の例を示すグラフ。
【図４】本発明に係る制御棒引抜監視装置を有する制御棒操作システムの図１とは異なる実施の形態の全体ブロック図。
【図５】一般的な沸騰水型原子炉の径方向（水平方向）出力分布の例を表すグラフ。
【図６】一般的な沸騰水型原子炉の制御棒引抜きに伴う原子炉出力の上昇の例を表すグラフ。
【図７】一般的な沸騰水型原子炉の起動中の原子炉熱出力と熱的特性の関係の例を表すグラフ。
【図８】一般的な沸騰水型原子炉の燃料集合体当りの原子炉冷却材流量と限界出力の関係の例を表すグラフ。
【図９】従来の沸騰水型原子炉の核計装の配置を表す図であって、（ａ）は核計装管の炉心配置を表す部分平断面図、（ｂ）は模式的立断面図。
【図１０】従来の沸騰水型原子炉の炉心配置の例を示す模式的平断面図。
【図１１】従来の沸騰水型原子炉の制御棒操作システムの全体ブロック図。
【符号の説明】
１…制御棒引抜監視装置、２…制御棒操作主盤、３…制御棒位置情報システム、４…原子炉制御システム、５…制御棒駆動装置、６…運転管理コンソール、７…制御棒引抜監視装置（制御棒価値ミニマイザ）、８…制御棒引抜監視装置（ＲＢＭシステム）、９…本発明の第２の制御棒引抜監視装置、１０…制御棒、１１…核計装管、１２…燃料集合体、１３…ＬＰＲＭ検出器、１４…ＴＩＰ案内管。
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉の制御棒引抜監視装置および制御棒操作システムならびに制御棒引抜阻止方法に関し、特に、ボイドが発生している出力運転中に行なわれる制御棒操作に対し、所定の条件のもとに制御棒の引抜きを阻止する機能を有するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉の出力運転状態の制御棒引抜監視装置としては、例えば特許文献１が知られている。出力運転中では、引抜き制御棒の周辺に設置されている局所出力領域モニタ（以下ＬＰＲＭ検出器）の中性子束指示値を基に、制御棒引抜き近傍の中性子束上昇にを検知し、その上昇が一定値を超えた時に制御棒引抜き阻止信号を発生する制御棒引抜監視装置が一般に採用されている。
【０００３】
沸騰水型原子炉において、ＬＰＲＭ検出器を軸方向に複数個、通常は軸方向に４個のＬＰＲＭ検出器をほぼ等間隔で核計装管内に配置し、これを原子炉内に４行４列の合計１６体の燃料集合体、制御棒に対しては２行２列の４本の制御棒を囲むように各頂点に４本の核計装管が位置するように配置される。この配置および核計装管の軸方向の構成を図９に示す。図９（ａ）は燃料集合体１２、制御棒１０および核計装管１１の炉心の径方向（水平方向）配置を示したものであり、上述のように、４個のＬＰＲＭ検出器で４行４列の合計１６体の燃料集合体１２を囲むように、一方２行２列の合計４本の制御棒１０を囲むように核計装管１１が配置される。
【０００４】
核計装管１１内には、図９（ｂ）に示すようにＬＰＲＭ検出器が軸方向（上下方向）にほぼ等間隔で４個配置されており、またＬＰＲＭの感度校正、軸方向の出力分布の連続測定を目的に移動式の中性子検出器（ＴＩＰ）１３が挿入されるＴＩＰ案内管１４からなる。なお、ＬＰＲＭ校正、軸方向の出力分布連続測定のために、ＴＩＰ案内管１４の代わりにガンマ線発熱を利用したガンマサーモメータを軸方向に複数個配置した核計装管が使われる場合もある。
【０００５】
出力運転中の制御棒引抜監視装置は、引抜制御棒を囲む４本の核計装管１１に属する複数のＬＰＲＭ検出器信号を平均化し、これを引抜制御棒が選択された段階で原子炉熱出力相当に規格化する。この平均化および規格化されたＬＰＲＭ信号をＲＢＭ信号と言い、最大線出力密度および最小限界出力比の熱的特性値が許容限界値を超過しないように定められた値にＲＢＭ信号が到達した時に制御棒引抜阻止信号を発し、制御棒の引抜きを阻止する構成になっている。
【０００６】
図１０に、５０万ｋＷｅ級沸騰水型原子炉の炉心配置例を示す。この図１０で、丸で囲んだ数字１〜２０は核計装管１１の位置番号を示す。また、ＩＸおよびＩＹは、原子炉炉心における水平なＸ軸方向およびＹ軸方向の座標を示す。
【０００７】
例えば操作対象制御棒として図１０に示す１本の制御棒１０ａが選択されると、これを囲む核計装管番号２、３、６および７のＬＰＲＭ信号を用いる。ＬＰＲＭ検出器を、図９（ｂ）に示すように高さ方向に下からＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとすると、ＡおよびＣの高さ位置の合計８個のＬＰＲＭ検出器信号の平均処理、およびＢおよびＤの高さ位置の合計８個のＬＰＲＭ検出器信号の平均処理を実施する。そして、それぞれの平均化された信号は、原子炉の熱出力にゲイン調整された平均出力領域モニタ（以下ＡＰＲＭという）の値に規格化される。
【０００８】
ＬＰＲＭの指示値は、制御棒引抜きにより引抜制御棒近傍の出力が上昇するために、上昇する。平均化および規格化されたＡ、ＣレベルのＬＰＲＭ検出器を用いたＲＢＭ信号とＢ、ＤレベルのＬＰＲＭ検出器を用いたＲＢＭ信号の一方が、あらかじめ定められた値に到達すると制御棒引抜阻止信号が発せられる。
【０００９】
一方、原子炉停止状態から臨界および原子炉冷却材温度を上昇させ、ボイドが発生するまでの出力レベルにおいては、反応度過渡・事故を未然に防止することを目的に、制御棒の反応度価値を小さくするように制御棒引抜き手順を前もって作成し、この手順から逸脱した制御棒操作を行なおうとした場合に制御棒引抜阻止信号を発生する制御棒価値ミニマイザが用いられている。
【００１０】
原子炉停止状態から出力運転状態までの従来の制御棒引抜監視装置を含む制御棒操作システムの全体構成を図１１に示す。前記のように、制御棒引抜監視装置は、ボイドの発生が開始する低出力状態までの制御棒価値低減を目的とした制御棒引抜監視装置（制御棒価値ミニマイザ）７と、ボイドが発生した出力運転状態で、引抜制御棒近傍の中性子束上昇を基に制御棒の引抜きを阻止する制御棒引抜監視装置（ＲＢＭシステム）８からなっている。
【００１１】
制御棒操作主盤２は、中央制御室に設置され、運転員の操作により、操作対象となる制御棒の指定および挿入／引抜信号を発するものである。制御棒操作主盤２からの指令を原子炉制御システム（ＲＭＣＳ）４は受け取り、操作対象として指定された制御棒に属する制御棒駆動装置５に挿入／引抜信号を送信して、制御棒駆動装置は挿入／引抜信号に従って、制御棒の挿入／引抜きを実施する。
【００１２】
停止状態からボイドの発生が開始する低出力状態までは、制御棒引抜監視装置（制御棒価値ミニマイザ）７によって制御棒操作が監視される。運転員は、運転管理コンソール６に前もって制御棒価値が制限値以下であるように定められた制御棒グループ分け、および制御棒の引抜き手順を入力する。運転管理コンソール６より、制御棒引抜監視装置（制御棒価値ミニマイザ）７に制御棒グループ分け、引抜き手順が入力される。
【００１３】
制御棒引抜監視装置（制御棒価値ミニマイザ）７は、制御棒操作時には絶えず原子炉制御システム（ＲＭＣＳ）４からの操作対象の制御棒位置情報およびその他の制御棒位置情報を制御棒位置情報システム（ＲＰＩＳ）３から受け取り、装荷された制御棒引抜き手順と絶えず比較を行なっている。装荷された制御棒引抜き手順から逸脱した制御棒操作がなされると、制御棒引抜監視装置（制御棒価値ミニマイザ）７は、原子炉制御システム（ＲＭＣＳ）４に引抜き阻止信号を発し、原子炉制御システム（ＲＭＣＳ）４を介して操作対象の制御棒駆動機構の動作が停止する。
【００１４】
一方、ボイドが発生した以降の出力運転状態では、制御棒引抜監視装置（ＲＢＭシステム）８は原子炉制御システム（ＲＭＣＳ）４から操作対象の選択制御棒位置情報を得る、また原子炉熱出力に規格化されたＡＰＲＭ信号とＬＰＲＭ信号を絶えず受け取り、選択制御棒を囲む核計装管のＬＰＲＭ信号を選択しＲＢＭ信号を作成する。制御棒引抜きに伴い、ＲＢＭ信号が定められた値に到達すると制御棒引抜監視装置（ＲＢＭシステム）８は原子炉制御システム（ＲＭＣＳ）４に制御棒の引抜き阻止信号を発し、原子炉制御システム（ＲＭＣＳ）４を介して操作対象の制御棒駆動機構の動作が停止する。
【００１５】
一般に上述の制御棒価値ミニマイザ７による監視とＲＢＭシステム８による監視の切替えは給水流量等のセンサー値を用いて熱出力が定格出力の１０％〜３０％程度の範囲で自動で実施される。
【００１６】
【特許文献１】
特開平７−９８３９８号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の沸騰水型原子炉では、制御棒引抜監視装置として出力レベルに応じて異なった２種類の装置を使い分けており、システムとして複雑な構成になっている。すなわち低出力レベルでは、制御棒価値を制限とした制御棒価値ミニマイザ７と、ボイドが発生した出力運転レベルでは炉心の熱的特性値を基に中性子束上昇によって制限を行なうＲＢＭシステム８からなっており、何れも制御棒の異常な引抜きに対して制御棒の引抜きを阻止することが目的であるが、原理および構成が異なる２種類の装置を使い分ける必要がある。
【００１８】
本発明の目的は、ボイドが発生する出力運転状態での制御棒引抜監視装置のシステム構成を簡素化し、またこれにより、原子炉内に配置する核計装管の本数の低減を可能とすることにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記目的に沿うものであって、請求項１に記載の発明は、沸騰水型原子炉の制御棒引抜監視装置において、原子炉内でボイドが発生している出力運転状態での制御棒引抜きに対し、複数の制御棒を互いに面隣接しない制御棒同士の複数のグループに分割し、同一のグループに属する制御棒の引抜き量の最小値と最大値の差があらかじめ定められた許容偏差を超過した時に制御棒の引抜きを阻止するように構成されていること、を特徴とする。
【００２０】
また、請求項６に記載の発明は、複数の制御棒を有する沸騰水型原子炉の前記制御棒を操作する制御棒操作システムにおいて、前記制御棒の位置に基づいて制御棒位置情報を生成する制御棒位置情報システムと、前記制御棒位置情報システムから得られた制御棒位置情報に基づいて制御棒引抜き量を監視し、所定の制御棒引抜き阻止条件のもとに制御棒引抜き阻止信号を生成する制御棒引抜監視装置と、前記制御棒の少なくとも一部の挿入または引抜きを指令する挿入・引抜き信号を入力する制御棒操作主盤と、前記制御棒を駆動する制御棒駆動装置と、前記制御棒引抜き阻止信号が生成されていないときに、前記制御棒操作主盤で入力された前記挿入・引抜き信号に基づいて、前記制御棒駆動装置に制御棒挿入・引抜きを指令する挿入・引抜き信号を送る原子炉制御システムと、を有し、前記所定の制御棒引抜き阻止条件は、原子炉内でボイドが発生している出力運転状態での制御棒引抜きに対し、複数の制御棒を互いに面隣接しない制御棒同士の複数のグループに分割したうえで、同一のグループに属する制御棒の引抜き量の最小値と最大値の差があらかじめ定められた許容偏差を超過したという条件を含むこと、を特徴とする。
【００２１】
また、請求項８に記載の発明は、沸騰水型原子炉の制御棒引抜阻止方法において、原子炉内でボイドが発生している出力運転状態での制御棒引抜きに対し、複数の制御棒を互いに面隣接しない制御棒同士の複数のグループに分割し、同一のグループに属する制御棒の引抜き量の最小値と最大値の差があらかじめ定められた許容偏差を超過した時に制御棒の引抜きを阻止すること、を特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る制御棒引抜監視装置を含む制御棒操作システムの実施の形態を図面を参照して説明する。ここで、従来技術と共通または類似の部分、および相互に共通または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００２３】
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態を図１、図２および図３を使って説明する。
図２は、５０万ｋＷｅクラスの標準的な沸騰水型原子炉の制御棒１０を１２個のグループＧ１〜Ｇ１２にグループ分けした例を示したものである。各グループの制御棒１０は炉心内にほぼ対称に配置され、同一グループの制御棒１０が互いに面隣接しないように配置されている。ボイドの発生する出力運転状態では、少なくとも約５０％の制御棒は引き抜かれており、主にグループＧ５以降の制御棒の引抜きが実施される。
【００２４】
図１は、本実施の形態の出力運転状態での制御棒引抜監視装置を含む制御棒操作システムのシステム構成を示す。本実施の形態の制御棒引抜監視装置（制御棒引抜き量の監視）１は、あらかじめ図２に示すような制御棒のグループ分け情報が入力されている。制御棒引抜監視装置１へは、原子炉制御システム（ＲＭＣＳ）４からは、引抜きを行なっている選択制御棒と、その選択制御棒の位置情報（または基準位置からの引抜き量）と、制御棒位置情報システム（ＲＰＩＳ）３からは、原子炉内の制御棒の現在の位置情報（または基準位置からの引抜き量）が入力される。制御棒引抜監視装置１は、選択制御棒の属するグループの制御棒の基準位置からの引抜き量の内から、最大の引抜き量と最小の引抜き量の差を求める。制御棒引抜監視装置１は、この最大と最小の引抜き量の差があらかじめ定められた許容偏差に達した時に原子炉制御システム（ＲＭＣＳ）４にその選択制御棒の引抜きを停止させる引抜き阻止信号を送る。原子炉制御システム４は、この引抜き阻止信号が入力されることにより、引抜きを行なっている選択制御棒の引抜きを停止する。
【００２５】
この時、制御棒引抜監視装置１で求められる最大と最小の引抜き量の差は、同一グループ内の制御棒内での最大の高低差に相当する。そこで、最大引抜き量と最小引抜き量の差、選択制御棒の属するグループの選択制御棒が引抜かれた後の最大の高低差、あるいは最大の挿入量と最小の挿入量の差と等価である。
【００２６】
許容偏差については、図３を用いて説明する。図３は、従来のＲＢＭシステム８（図１１）における制御棒引抜きに伴うＲＢＭ信号、原子炉平均出力、表面熱流束（線出力密度）およびＭＣＰＲ（最小限界出力比）の推移の例を示している。本例では、制御棒は全挿入位置が０であり、全引抜き位置を「１２」とし、全挿入位置０から制御棒が引抜かれた時の推移を示している。引抜きに伴いＲＢＭ信号は上昇し、制御棒位置が「４」の所でＲＢＭシステムの制御棒引抜き阻止信号により制御棒が停止する例である。
【００２７】
これに対し、本実施の形態での同一の制御棒グループに対する引抜き量の許容偏差ａを例えば１．５の引抜き量とし、操作対象の制御棒と同一の制御棒が全挿入位置０の場合、図３に示したように制御棒位置１．５で制御棒引抜き阻止信号が発し、制御棒の引抜きが停止する。このとき、図３に示すように、従来に比べて、表面熱流束（線出力密度）はＨ１からＨ２へ幅ｂだけ低下し、ＭＣＰＲはＭ１からＭ２へ幅ｃだけ上昇する。すなわち、引抜き量の許容偏差ａを小さくすることで、制御棒引抜き時の表面熱流束（線出力密度）およびＭＣＰＲ（最小限界出力比）はＲＢＭシステムよりも大きく改善できることがわかる。
【００２８】
すなわち、従来のＲＢＭシステム８（図１１）では、制御棒周りの中性子束の上昇をある一定値以下で制御棒引抜き阻止を発する構成であるのに対して、本実施の形態の構成では、あらかじめ定めたグループ内での制御棒引抜き量の許容偏差までしか制御棒引抜きができないため、ＬＰＲＭによる中性子束の監視をしなくても、引抜き制御棒周りの中性子束の上昇を低く抑えられる。
【００２９】
本実施の形態によれば、図１の構成に示したように、従来のＬＰＲＭ信号を用いて平均化および規格化したＲＢＭ信号を用いる必要はなく、制御棒のグループ分け、制御棒の位置情報、同一グループの制御棒引抜き量の許容偏差のみから演算を行なう制御棒引抜監視装置を構成することが可能となる。
【００３０】
また、制御棒のグループ分け、制御棒の位置情報は、停止状態からボイド発生出力レベルまでの間に用いられている図１１の制御棒引抜監視装置（制御棒価値ミニマイザ）７で用いられているものと共有化することも可能である。
【００３１】
したがって、図１の変形例として、図４に示すように、制御棒引抜監視装置９は、停止状態からボイド発生出力レベルまでの間では、前もって入力された引抜き手順から逸脱した場合に引抜き阻止信号を発する制御棒引抜監視装置（制御棒価値ミニマイザ）７の機能と、ボイドが発生する出力運転状態では操作対象制御棒の属するグループの最小引抜き量と最大引抜き量を監視する機能を併せ持ち、この両機能を出力レベルによって使い分けるシステム構成も可能である。
【００３２】
本構成の制御棒引抜監視装置を既存の沸騰水型原子炉で実現するためには、すでに存在する制御棒引抜監視装置（制御棒価値ミニマイザ）７に操作対象制御棒の属するグループの最小引抜き量と最大引抜き量を監視する機能を追加し、ＲＢＭシステム８を削除すれば実現でき、大幅な改造は不要である。
【００３３】
従来の制御棒引抜監視装置として、引抜き前の制御棒引抜き量と引抜き時の制御棒引抜き量の差があらかじめ定めた設定値に到達すると引抜きを阻止する構成のものもあるが、この場合、一旦操作対象の制御棒が選択された段階で引抜き開始前の引抜き量を記憶する必要がある。それに対し本実施の形態では、引抜開始前の位置を記憶する必要がなく、操作時の制御棒の引抜き量と停止している同一グループの制御棒の引抜き量を比較するだけで良い。
したがって、記憶手段を増設したりする必要もなく、また、現実の制御棒の位置に基づいているので、その確認も容易で、信頼性も高い。
【００３４】
本実施の形態の制御棒引抜監視装置では、出力運転状態でＬＰＲＭ検出器の信号を一切用いることなく、従来に対して簡素化されたシステム構成が可能となる。また本実施の形態では、ＬＰＲＭ検出器の信号は不要なため原子炉内に配置される核計装管の本数を低減することが可能であり、核計装管の費用、および定期検査における核計装管の交換数を低減する可能となる。
また既存の沸騰水型原子炉に対して、既存の制御棒価値ミニマイザを利用することにより大きな改造を必要とせずに本実施の形態を実施することが可能である。
【００３５】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、同一グループに属する制御棒引抜き量の許容偏差をグループによって可変とし、炉心中央部に属するグループの制御棒引抜き量の許容偏差に対して、炉心外周部に属するグループの制御棒の引抜き量の許容偏差を大きくすることである。
【００３６】
図５に炉心の径方向出力分布の概略図を示す。一般に炉心の径方向の周辺部は中性子の漏れにより出力は低い。このため、この近傍の熱的特性すなわち線出力密度、限界出力比は炉心中央部に対して、許容限界値に対する余裕は大きい。このため外周近傍の制御棒のグループに対して、制御棒引抜き量の許容偏差を大きくしても、制御棒引抜きに伴う熱的特性の悪化は小さい。また炉心中央部においても、出力の低い位置の制御棒グループに対しても同様の傾向になる。
【００３７】
上述のように、熱的特性が許容限界値に対して余裕の大きい部分の制御棒グループに対して、制御棒引抜き量の許容偏差を大きくすることにより、熱的特性を許容限界値内に抑えつつ、一度に引抜き可能な引抜き量を大きくすることができる。
【００３８】
本実施の形態によれば、出力が低い部分の制御棒グループに対して、一度に引抜き可能な引抜き量が増加させることができ、制御棒操作時間の短縮が可能になり、起動時や燃焼に伴う反応度調整のために実施される制御棒パターン調整時の制御棒操作時間の短縮および設備稼働率の向上が図られる。
【００３９】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、同一グループに属する制御棒引抜き量の許容偏差をグループの制御棒の引抜き量によって可変とし、制御棒位置が全挿入位置からから１／２までの引抜き量に対する制御棒引抜き量の許容偏差が、制御棒位置が１／２の引抜き量から全引抜きに対する制御棒引抜き量の許容偏差よりも小さくすることである。
【００４０】
図６は、１本の制御棒が全挿入位置０から全引抜き状態１２まで引抜いた時の原子炉出力の変化を示している。一般に図６に示したように、制御棒の引抜き量が半分程度まで、すなわち引抜き量が６程度まで引抜かれた段階で、制御棒反応度価値の大部分は炉心に印加され、この間の引抜きにおいて出力上昇は続くが、それ以降の引抜きではほとんど出力上昇はしない傾向にある。
【００４１】
これより、制御棒反応度価値の大きい部分の引抜きに相当する部分では同一グループに属する制御棒引抜き量の許容偏差を小さくし、逆に制御棒反応度価値の小さい部分の引抜きに相当する部分の許容偏差を大きくすることにより、限界出力比の制限値に対する余裕を確保しつつ、制御棒引抜きを実施することが可能となる。
【００４２】
すなわち制御棒反応度価値の大きい部分では制御棒引抜きに伴う出力上昇が大きくなり、限界出力比もより厳しくなるため許容偏差を小さくできることで、限界出力比が異常に厳しくなることを防止できる。一方制御棒反応度価値の低い部分では、出力上昇は小さいため、許容偏差量を大きくしても限界出力比が異常に厳しくなることはない。
【００４３】
上述のように、出力上昇の大きい引抜き位置に相当する部分では許容偏差を小さくし、逆に出力上昇の小さい引抜き位置に相当する部分で許容偏差を大きくすることにより、限界出力比を許容限界値に対して余裕を確保しつつ、制御棒引抜きの操作時間を短縮することができる。
【００４４】
本実施の形態によれば、限界出力比がほとんど変化しない引抜き量に対応する部分で、一度に引抜き可能な引抜き量を増加させることができ、制御棒操作時間の短縮が可能になり、起動時や燃焼に伴う反応度調整のために実施される制御棒パターン調整時の制御棒操作時間の短縮および設備稼働率の向上が図られる。
【００４５】
なお、本実施の形態では、制御棒位置が全挿入位置から１／２までの制御棒引抜き量の間において、複数の制御棒引抜き量の許容偏差が設定された場合、制御棒位置が１／２の引抜き量から全引抜きまでの制御棒引抜き量の間において、複数の制御棒引抜き量の許容偏差が設定されている場合、その両方において複数の制御棒引抜き量の許容偏差が設定された場合のいずれであっても、制御棒位置が全挿入位置から１／２までの引抜き量に対する制御棒引抜き量の許容偏差が、制御棒位置が１／２の引抜き量から全引抜きに対する制御棒引抜き量よりも小さく設定されていれば良い。
【００４６】
したがって、制御棒位置が全挿入位置から１／２までの制御棒引抜き量の間において、複数の制御棒引抜き量の許容偏差が設定された場合に、全挿入位置から１／２までの制御棒引抜き量の間の制御棒引抜き量の許容偏差において、全挿入位置に近い制御棒引抜き量に対する制御棒引抜き量の許容偏差が、１／２の制御棒引抜き量に近い制御棒引抜き量に対する制御棒引抜き量の許容偏差より大きくても良い。同様に、制御棒位置が１／２の引抜き量から全引抜きまでの制御棒引抜き量の間において、複数の制御棒引抜き量の許容偏差が設定されている場合に、制御棒位置が１／２の引抜き量に近い制御棒引抜き量に対する制御棒引抜き量の許容偏差が、全引抜きに近い制御棒引抜き量に対する制御棒引抜き量の許容偏差より大きくても良い。
【００４７】
［第４の実施の形態］
第４の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、同一グループに属する制御棒引抜き量の許容偏差を原子炉熱出力によって可変とし、原子炉熱出力が低い状態での制御棒引抜き量の許容偏差を、原子炉熱出力が高い状態での制御棒引抜き許容偏差より大きくすることである。
【００４８】
図７に原子炉起動中における熱的特性と原子炉熱出力の関係を例として示す。図７の実線ｄは最大線出力密度と線出力密度の運転制限値の比を表しており、図７の点線ｅは限界出力比の運転制限値と最小限界出力比の比を表している。したがっていずれの比も１．０の場合、それぞれの特性が運転制限値に到達したことを意味する。本図より、原子炉熱出力が低い場合は、最大線出力密度、最小限界出力比は運転制限値に対して大きな余裕を持ち、原子炉熱出力が高い場合はその余裕が小さくなることがわかる。
【００４９】
したがって、制御棒の引抜きに伴い最大線出力密度、最小限界出力比といった熱的特性は悪化するが、原子炉熱出力が低い場合には、もともと熱的特性の許容限界値に対する余裕が大きいため、引抜き量の許容偏差を大きくすることができる。
【００５０】
上述のように、原子炉熱出力に応じて、熱的特性が運転制限値に対して余裕が大きい原子炉熱出力が低い時には、許容偏差を大きくし、一方熱的特性の余裕が小さい原子炉熱出力が高い時には、許容偏差を小さくすることで、熱的特性の許容限界値に対して余裕を確保しつつ制御棒引抜きの操作時間を短くすることができる。
【００５１】
本実施の形態によれば、原子炉熱出力に応じて制御棒引抜き量の許容偏差を変えることで、熱的特性の余裕を確保しつつ、制御棒操作時間の短縮が可能になり、起動時や燃焼に伴う反応度調整のために実施される制御棒パターン調整時の制御棒操作時間の短縮および設備稼働率の向上が図られる。
【００５２】
［第５の実施の形態］
第５の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、同一グループに属する制御棒引抜き量の許容偏差を原子炉冷却材流量によって可変とし、原子炉冷却材流量が大きい状態での制御棒引抜き量の許容偏差を、原子炉冷却材流量が小さい状態での制御棒引抜き量の許容偏差より大きくすることである。
【００５３】
図８に燃料集合体当りの原子炉冷却材流量と沸騰遷移が発生し始める燃料集合体の限界出力の関係を示す。本図より、原子炉冷却材流量が大きいと限界出力が高くなることがわかる。これは、原子炉冷却材流量の増加により、燃料棒から冷却材への除熱能力が向上するため、沸騰遷移が発生し始める限界出力が上昇するためである。このことより、限界出力と現在の出力の比で定義される限界出力比は、原子炉冷却材流量が大きいほど向上し、原子炉冷却材流量が小さいほど悪化する。すなわち、同一の原子炉熱出力に対して、原子炉冷却材流量が大きいほど最小限界出力比は許容限界値に対しての余裕が大きく、原子炉冷却材流量が小さいとその余裕が小さくなる傾向を持つ。
【００５４】
本実施の形態では以上の特性を考慮し、原子炉冷却材流量に応じて、限界出力比が許容限界値に対する余裕が小さい原子炉冷却材流量に対して制御棒引抜き量の許容偏差量を小さくし、余裕が大きい原子炉冷却材流量に対して制御棒引抜き量の許容偏差を大きくするものである。
【００５５】
上述のように、原子炉冷却材流量に応じて、制御棒引抜き量の許容偏差を可変とすることで、限界出力比の許容限界値に対する余裕を確保しつつ、制御棒引抜きの操作時間を短くすることができる。
【００５６】
本実施の形態によれば、原子炉冷却材流量に応じて、制御棒引抜き量の許容偏差を変えることで、限界出力比の余裕を確保しつつ、制御棒操作時間の短縮が可能になり、起動時や燃焼に伴う反応度調整のために実施される制御棒パターン調整時の制御棒操作時間の短縮および設備稼働率の向上が図られる。
【００５７】
［第６の実施の形態］
第６の実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、制御棒グループ、グループの引抜き量、原子炉熱出力および原子炉冷却材流量をパラメータとし、これらのパラメータの関数として同一グループに属する制御棒引抜き量の許容偏差を可変設定とすることである。すなわち第１から第５までの実施形態を組み合せて、制御棒引抜き量の許容偏差を定める構成である。
【００５８】
前記パラメータによって、制御棒操作時の許容限界値に対する熱的特性の余裕は異なる。これについては、制御棒グループに対しては第２の実施の形態、グループの引抜き量に対しては第３の実施の形態、原子炉熱出力に対しては第４の実施の形態、原子炉冷却材流量に対しては第５の実施の形態で説明したとおりである。
【００５９】
したがって、これらのパラメータを組み合せて、熱的特性が許容限界値を満たす範囲で制御棒引抜き量の許容偏差を大きく設定することで、制御棒操作の時間を短くすることが可能となる。
【００６０】
制御棒引抜き量の許容偏差を、制御棒グループ、グループの引抜き量、原子炉熱出力および原子炉冷却材流量に応じて、可変とすることで、制御棒操作の時間を短くすることができる。
【００６１】
本実施の形態によれば、熱的特性の余裕を確保しつつ、制御棒操作時間の短縮が可能になり、起動時や燃焼に伴う反応度調整のために実施される制御棒パターン調整時の制御棒操作時間の短縮および設備稼働率の向上が図られる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、ボイドが発生する出力運転状態での制御棒引抜監視装置の構成を簡素化でき、またこれにより、原子炉内に配置する核計装管の本数の低減も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御棒引抜監視装置を有する制御棒操作システムの一実施の形態の全体ブロック図。
【図２】本発明に係る制御棒引抜監視装置の一実施の形態において採用される沸騰水型原子炉の制御棒のグループ分割の例を示す模式的平断面図。
【図３】制御棒引抜き量とＲＢＭ信号の関係の例を示すグラフ。
【図４】本発明に係る制御棒引抜監視装置を有する制御棒操作システムの図１とは異なる実施の形態の全体ブロック図。
【図５】一般的な沸騰水型原子炉の径方向（水平方向）出力分布の例を表すグラフ。
【図６】一般的な沸騰水型原子炉の制御棒引抜きに伴う原子炉出力の上昇の例を表すグラフ。
【図７】一般的な沸騰水型原子炉の起動中の原子炉熱出力と熱的特性の関係の例を表すグラフ。
【図８】一般的な沸騰水型原子炉の燃料集合体当りの原子炉冷却材流量と限界出力の関係の例を表すグラフ。
【図９】従来の沸騰水型原子炉の核計装の配置を表す図であって、（ａ）は核計装管の炉心配置を表す部分平断面図、（ｂ）は模式的立断面図。
【図１０】従来の沸騰水型原子炉の炉心配置の例を示す模式的平断面図。
【図１１】従来の沸騰水型原子炉の制御棒操作システムの全体ブロック図。
【符号の説明】
１…制御棒引抜監視装置、２…制御棒操作主盤、３…制御棒位置情報システム、４…原子炉制御システム、５…制御棒駆動装置、６…運転管理コンソール、７…制御棒引抜監視装置（制御棒価値ミニマイザ）、８…制御棒引抜監視装置（ＲＢＭシステム）、９…本発明の第２の制御棒引抜監視装置、１０…制御棒、１１…核計装管、１２…燃料集合体、１３…ＬＰＲＭ検出器、１４…ＴＩＰ案内管。
Claims (8)
- 沸騰水型原子炉の制御棒引抜監視装置において、
原子炉内でボイドが発生している出力運転状態での制御棒引抜きに対し、複数の制御棒を互いに面隣接しない制御棒同士の複数のグループに分割し、同一のグループに属する制御棒の引抜き量の最小値と最大値の差があらかじめ定められた許容偏差を超過した時に制御棒の引抜きを阻止するように構成されていること、を特徴とする制御棒引抜監視装置。 - 請求項１に記載の制御棒引抜監視装置において、前記許容偏差が、前記グループごとに可変設定できるように構成されていること、を特徴とする制御棒引抜監視装置。
- 請求項１または２に記載の制御棒引抜監視装置において、前記許容偏差が、前記制御棒の引抜き量に応じて可変設定できるように構成されていること、を特徴とする制御棒引抜監視装置。
- 請求項１ないし３のいずれかに記載の制御棒引抜監視装置において、前記許容偏差が、前記原子炉の熱出力に応じて可変設定できるように構成されていること、を特徴とする制御棒引抜監視装置。
- 請求項１ないし４のいずれかに記載の制御棒引抜監視装置において、前記許容偏差が、前記原子炉の冷却材流量に応じて可変設定できるように構成されていること、を特徴とする制御棒引抜監視装置。
- 複数の制御棒を有する沸騰水型原子炉の前記制御棒を操作する制御棒操作システムにおいて、
前記制御棒の位置に基づいて制御棒位置情報を生成する制御棒位置情報システムと、
前記制御棒位置情報システムから得られた制御棒位置情報に基づいて制御棒引抜き量を監視し、所定の制御棒引抜き阻止条件のもとに制御棒引抜き阻止信号を生成する制御棒引抜監視装置と、
前記制御棒の少なくとも一部の挿入または引抜きを指令する挿入・引抜き信号を入力する制御棒操作主盤と、
前記制御棒を駆動する制御棒駆動装置と、
前記制御棒引抜き阻止信号が生成されていないときに、前記制御棒操作主盤で入力された前記挿入・引抜き信号に基づいて、前記制御棒駆動装置に制御棒挿入・引抜きを指令する挿入・引抜き信号を送る原子炉制御システムと、
を有し、
前記所定の制御棒引抜き阻止条件は、原子炉内でボイドが発生している出力運転状態での制御棒引抜きに対し、複数の制御棒を互いに面隣接しない制御棒同士の複数のグループに分割したうえで、同一のグループに属する制御棒の引抜き量の最小値と最大値の差があらかじめ定められた許容偏差を超過したという条件を含むこと、
を特徴とする制御棒操作システム。 - 請求項６に記載の制御棒操作システムにおいて、前記制御棒引抜監視装置は、局所出力領域モニタの出力を利用しないように構成されていること、を特徴とする制御棒操作システム。
- 沸騰水型原子炉の制御棒引抜阻止方法において、
原子炉内でボイドが発生している出力運転状態での制御棒引抜きに対し、複数の制御棒を互いに面隣接しない制御棒同士の複数のグループに分割し、同一のグループに属する制御棒の引抜き量の最小値と最大値の差があらかじめ定められた許容偏差を超過した時に制御棒の引抜きを阻止すること、を特徴とする制御棒引抜阻止方法。
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|---|---|---|---|---|
| KR100655055B1 (ko) | 2005-12-16 | 2006-12-06 | 두산중공업 주식회사 | 노심보호연산기계통의 제어봉 위치 검증 방법 |
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-
2003
- 2003-06-10 JP JP2003164541A patent/JP2005003402A/ja active Pending
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