JP2005331290A - Operation control system of bwr plant - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an operation control system of a boiling water reactor (BWR) plant, capable of securing thermal margin and safety margin at the transient time, while maintaining state of nuclear validity, and maintaining soundness of a reactor recirculation pump. <P>SOLUTION: A low deceleration spectrum BWR plant with a reactor core 11 made dense is equipped with a main steam system 23, a reactor water supply system 25, a feed water heating device 26, a reactor recirculation system 17 for circulating reactor water in the reactor 13, a measuring means 37 for measuring process quantities, such as heat output from the reactor 13, a reactor pressure, a main steam flow rate, a water supply flow rate, a water supply temperature, a core flow rate or a recirculation pump flow rate, a core nuclear hydrothermal force performance operation device 40 for calculating an average void fraction and the minimum output ratio in the core by using the process quantities measured by the measuring means 37, and a core nuclear hydrothermal force control device 41 for controlling operation of the feed water heating device 26 and the reactor recirculation system, based on the average void fraction and the minimum output ratio in the core acquired by operation processing by the core nuclear hydrothermal force performance operating device 40. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、炉心を稠密化したBWRプラントの運転制御システムに係り、特に、減速材である水の体積割合を減少させ、核分裂で発生する高速中性子を低減速させ、プルトニウムの有効活用を図る低減速スペクトルBWRプラントの運転制御システムに関する。   The present invention relates to an operation control system for a BWR plant having a dense core, and in particular, a reduction in volume ratio of water as a moderator, reduction of fast neutrons generated by fission, and reduction of effective utilization of plutonium. The present invention relates to an operation control system for a fast spectrum BWR plant.

沸騰水型原子炉(BWR)には、炉心に装架される燃料集合体を稠密化し、減速材である水(冷却材)の体積割合を減少させた低減速スペクトルBWRが存在する。この低減速スペクトルBWRは、核分裂で発生する高速中性子を低減速させ、プルトニウムの有効活用を図るものである。   A boiling water reactor (BWR) has a reduced speed spectrum BWR in which a fuel assembly mounted on a core is densified and a volume ratio of water (coolant) as a moderator is reduced. This reduced-speed spectrum BWR is intended to reduce the speed of fast neutrons generated by fission and to make effective use of plutonium.

低減速スペクトルBWRでは、核分裂で発生した高速中性子を低減速させるために、炉心を従来のBWRに比べて稠密化し、減速材である水(冷却材)の体積割合を減少させている。高速中性子の低減速効果を高めるために炉心のボイド率を増加させたり、減速材である水(冷却材)を排除した原子炉炉心が開発されている。   In the low-deceleration spectrum BWR, in order to reduce fast neutrons generated by fission, the core is densified compared to the conventional BWR, and the volume ratio of water (coolant) as a moderator is reduced. In order to increase the speed reduction effect of fast neutrons, reactor cores have been developed in which the void ratio of the core is increased or the moderator water (coolant) is eliminated.

この種の原子炉炉心には、特開平6−258472号公報に記載されたように、ボイド管を採用したものや、特開平11−23765号公報記載のように、ストリーミングチャンネルを採用したものがある。   As this type of nuclear reactor core, there are those employing a void tube as described in JP-A-6-258472 and those employing a streaming channel as described in JP-A-11-23765. is there.

ボイド管を採用したBWRは、原子炉炉心にヘリウムガスを充填したガス封入管をボイド管として出入りさせ、炉心にボイドを作って炉心ボイド率を向上させ、炉出力制御、燃焼度補償および原子炉停止を行なうようになっている。   The BWR adopts a void tube. The gas-filled tube filled with helium gas in the reactor core enters and exits as a void tube, and voids are created in the core to improve the core void ratio, reactor power control, burnup compensation, and reactor It is designed to stop.

また、ストリーミングチャンネルを採用したBWRは、原子炉炉心の軸方向上方にストリーミングチャンネルによるストリーミングパスを構成し、冷却材がボイド化したときの中性子の炉心軸方向漏洩を促進させ、ボイド反応度を低減させて負の値とし、原子炉燃料の有効利用を図っている。   In addition, the BWR adopting the streaming channel forms a streaming path by the streaming channel above the axial direction of the reactor core, promotes neutron core leakage in the core direction when the coolant is voided, and reduces the void reactivity. The negative value is used to effectively use the reactor fuel.

さらに、原子炉機器の故障等に伴う過渡変化時の燃料健全性を向上させるBWRプラントの制御システムも提案されている(特開平9−304587号公報)。
特開平6−258472号公報 特開平11−23765号公報 特開平9−304587号公報
Furthermore, a control system for a BWR plant that improves fuel soundness during a transient change caused by a failure of a nuclear reactor device or the like has also been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 9-304587).
JP-A-6-258472 Japanese Patent Laid-Open No. 11-23765 Japanese Patent Laid-Open No. 9-305487

炉心を稠密化し、減速材である水の体積割合を減少させた低減速スペクトルBWRの炉心は、一般的なBWRの炉心と異なり、核的に高速中性子の低減速機能を果すために、原子炉炉心で減速材であり冷却材である水の量が少ない設計となっている。   Unlike the general BWR core, the core of the reduced-speed spectrum BWR in which the core is densified and the volume fraction of water as the moderator is reduced is different from the core of a general BWR. The core is designed to reduce the amount of water that is a moderator and coolant.

この低減速スペクトルBWRは、一般的な従来のBWRに比べて、冷却材の炉心流量が少なく、原子炉内への給水温度を上昇させて原子炉炉心内のボイド率を大きくしている。   In this reduced speed spectrum BWR, the core flow rate of the coolant is smaller than that of a general conventional BWR, and the feed water temperature into the reactor is increased to increase the void ratio in the reactor core.

このため、低減速スペクトルBWRでは、核的に炉心が成立していても、原子炉炉心で発生する熱の除去や過渡時の安全余裕など熱的観点から見ると、炉心の核的成立性が厳しい条件となっている。さらに、原子炉燃料を稠密化した原子炉炉心では、炉心内の冷却材流路面積が小さく、ボイド率が高いことから、炉心内の圧力損失が大きくなり、原子炉内での再循環流量を確保するためには、原子炉再循環系への設計余裕が小さく、厳しい条件となっている。   For this reason, in the reduced-speed spectrum BWR, even if the core is established nuclearly, from the viewpoint of heat, such as the removal of heat generated in the reactor core and the safety margin at the time of transient, It is a severe condition. Furthermore, in a nuclear reactor core in which the nuclear reactor fuel is densified, the coolant flow passage area in the core is small and the void ratio is high, so the pressure loss in the core increases, and the recirculation flow rate in the reactor is increased. In order to ensure it, the design margin for the reactor recirculation system is small, which is a severe condition.

低減速スペクトルBWRにおいて、高速中性子を低減速させる低減速の核的成立性(核的成立条件)を達成するためには、炉心平均ボイド率が約60%以上でなければならない。従来のBWRの炉心では、炉心平均ボイド率は約40%である。   In the low-deceleration spectrum BWR, the core average void ratio must be about 60% or more in order to achieve the reduction rate nuclear establishment (nucleation establishment condition) that reduces the fast neutrons. In a conventional BWR core, the core average void fraction is about 40%.

低減速スペクトルBWRの核的成立条件、すなわち炉心平均ボイド率が約60%以上の条件を確保するためには、炉心流量を少なくするか、あるいは給水温度を上昇させることが考えられている。予備評価によれば、低減速の核的成立性(核的成立条件)を確保するためには、炉心流量を従来のBWRの約50%に、給水温度を従来のBWRの給水温度490Kから530K程度に上昇させる必要がある。   In order to secure the core establishment condition of the low deceleration spectrum BWR, that is, the condition that the core average void ratio is about 60% or more, it is considered to decrease the core flow rate or raise the feed water temperature. According to the preliminary evaluation, in order to secure the nuclear feasibility (nuclear establishment condition) of the reduction speed, the core flow rate is set to about 50% of the conventional BWR, and the feed water temperature is changed from the feed water temperature 490K to 530K of the conventional BWR. It is necessary to raise it to the extent.

一方、低減速の核的成立性を確保するために、炉心平均ボイド率が60%にもなると、熱的余裕や過渡時の安全余裕が小さくなる。   On the other hand, when the core average void ratio is as high as 60% in order to secure the nuclear feasibility of the reduction speed, the thermal margin and the safety margin at the time of transition become small.

図8(A)および(B)に、低減速スペクトルBWRの核的成立条件と過渡安全成立条件をそれぞれ示す。低減速スペクトルBWRでは核的成立条件および過渡安全成立条件は、炉心平均ボイド率と限界出力比の炉心流量と給水温度と所要の依存性があることがわかる。低減速スペクトルBWRの核的成立条件では、{炉心平均ボイド率>60%}となる核的成立性を確保し、かつ過渡安全成立条件では、{運転時の限界出力比>1.07+ΔMCPR(過渡時の最小限界出力比変化)}の熱的・過渡的安全成立性を確保することが重要であり、炉心流量と給水温度の範囲に制限があることがわかる。   FIGS. 8A and 8B show the nuclear establishment condition and the transient safety establishment condition of the reduced speed spectrum BWR, respectively. It can be seen that in the low deceleration spectrum BWR, the nuclear establishment condition and the transient safety establishment condition depend on the core average void ratio, the core flow rate of the critical power ratio, the feed water temperature, and the required dependency. Under the nuclear establishment condition of the low deceleration spectrum BWR, the nuclear establishment of {core average void fraction> 60%} is secured, and under the transient safety establishment condition, {the limit output ratio during operation> 1.07 + ΔMCPR (transient It is important to ensure the thermal and transient safety feasibility of the minimum limit output ratio at the time)}, and it is understood that there are limitations on the ranges of the core flow rate and the feed water temperature.

図8(A)は、炉心平均ボイド率の炉心流量および給水温度依存性を示すもので、炉心流量が少なく、かつ給水温度が高い程炉心平均ボイド率が大きくなる。核的成立性を確保するためには、炉心平均ボイド率を60%以上とすると、炉心流量を少なく、かつ給水温度を高くする必要がある。   FIG. 8A shows the core flow rate and the feed water temperature dependence of the core average void rate. The core average void rate increases as the core flow rate decreases and the feed water temperature increases. In order to ensure nuclear feasibility, if the core average void ratio is 60% or more, it is necessary to reduce the core flow rate and raise the feed water temperature.

また、図8(B)は、運転時の限界出力比の炉心流量および給水温度依存性を示すもので、炉心流量が多く、かつ給水温度が低い程大きくなる。熱的・過渡的安全成立性を確保するためには、運転時の限界出力比を{1.07+ΔMCPR}以上とすると、炉心流量を多く、かつ給水温度を低くする必要がある。   FIG. 8B shows the dependence of the critical power ratio during operation on the core flow rate and the feed water temperature, and increases as the core flow rate increases and the feed water temperature decreases. In order to ensure the thermal / transient safety feasibility, it is necessary to increase the core flow rate and lower the feed water temperature when the limit output ratio during operation is set to {1.07 + ΔMCPR} or more.

また、原子炉への給水温度を上昇させると、炉心入口のサブクール度が低下し、原子炉再循環ポンプにキャビテーションが発生する虞が生じる。   Further, when the feed water temperature to the reactor is raised, the subcooling degree at the core inlet is lowered, and there is a possibility that cavitation occurs in the reactor recirculation pump.

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、核的成立性を維持しつつ、熱的余裕・過渡時の安全余裕を確保し、かつ原子炉再循環ポンプの健全性を維持することができるBWRプラントの運転制御システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and while maintaining the nuclear feasibility, the thermal margin and the safety margin at the time of transient are ensured, and the soundness of the reactor recirculation pump is maintained. An object of the present invention is to provide an operation control system for a BWR plant.

本発明に係るBWRプラントの運転制御システムは、上述した課題を解決するために、請求項1に記載したように、原子炉炉心を稠密化した低減速スペクトルBWRプラントにおいて、原子炉内で発生した蒸気を導く主蒸気系と、上記原子炉内に給水を案内する原子炉給水系と、この原子炉給水系に設けられて給水を加熱する給水加熱装置と、前記原子炉内の炉水を循環させる原子炉再循環系と、熱出力、炉内圧力、主蒸気流量、給水流量、給水温度、炉心流量、再循環ポンプ流量等の前記原子炉のプロセス量を測定する測定手段と、上記測定手段で測定されたプロセス量を用いて炉心内の平均ボイド率と最小限出力比を計算する炉心核熱水力性能演算装置と、この核熱水力性能演算装置で演算処理される炉心内の平均ボイド率と最小限出力比に基づき、給水加熱装置および原子炉再循環系の作動を制御する炉心核熱水力制御装置とを備えたものである。   In order to solve the above-described problem, the BWR plant operation control system according to the present invention is generated in the reactor in the reduced-speed spectrum BWR plant in which the reactor core is densified as described in claim 1. A main steam system for directing steam, a reactor water supply system for guiding feed water into the reactor, a feed water heating device for heating the feed water provided in the reactor feed water system, and circulating the reactor water in the reactor Reactor recirculation system, measurement means for measuring the process amount of the reactor such as heat output, pressure in the reactor, main steam flow rate, feed water flow rate, feed water temperature, core flow rate, recirculation pump flow rate, etc. The core nuclear hydro-hydraulic performance calculator that calculates the average void fraction and minimum power ratio in the core using the process quantity measured in step 1, and the average in the core that is processed by the nuclear thermo-hydraulic performance calculator Void rate and minimum output The basis, in which a core nuclear thermal hydraulic control device for controlling the operation of the water supply heating and the reactor recirculation system.

本発明に係るBWRプラントの運転制御システムは、核的成立性を維持しつつ、熱的余裕・過渡時の安全余裕を確保し、再循環ポンプの健全性を維持することができる。   The operation control system of the BWR plant according to the present invention can maintain thermal integrity and safety margin during transition, and maintain the soundness of the recirculation pump while maintaining nuclear feasibility.

本発明に係るBWRプラントの運転制御システムの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。   An embodiment of an operation control system for a BWR plant according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明に係るBWRプラントの運転制御システムを概略的に示す図であり、図中符号10は、原子炉炉心11を稠密化した低減速スペクトルBWRを示す。このBWR10は、原子炉格納容器12内に原子炉圧力容器13が格納され、この原子炉圧力容器13はその支持ペデスタル14上に立設される。   FIG. 1 is a diagram schematically showing an operation control system of a BWR plant according to the present invention, and reference numeral 10 in the figure indicates a reduced speed spectrum BWR in which a nuclear reactor core 11 is densified. In the BWR 10, a reactor pressure vessel 13 is stored in a reactor containment vessel 12, and the reactor pressure vessel 13 is erected on a support pedestal 14 thereof.

原子炉圧力容器13は、内部に原子炉炉心11が収納され、この炉心11は炉心シュラウド15で覆われている。原子炉圧力容器13と炉心シュラウド15との間には環状あるいはスリーブ状のダウンカマ部16が形成され、このダウンカマ部16には原子炉内再循環系17を構成する原子炉再循環ポンプとしてのインターナルポンプ18が設けられる。インターナルポンプ18はダウンカマ部16の周方向に沿って複数台、例えば10台設けられる。   The reactor pressure vessel 13 contains a reactor core 11 and is covered with a core shroud 15. An annular or sleeve-shaped downcomer portion 16 is formed between the reactor pressure vessel 13 and the core shroud 15, and this downcomer portion 16 is an inter-reactor as a reactor recirculation pump that constitutes an in-reactor recirculation system 17. A null pump 18 is provided. A plurality of, for example, ten internal pumps 18 are provided along the circumferential direction of the downcomer portion 16.

また、原子炉炉心11の下方には、炉心下部プレナム19が形成されており、インターナルポンプ18の駆動によりダウンカマ部16を下降した炉水(冷却材)が炉心下部プレナム19に導かれる。炉心下部プレナム19に導かれた炉水は、反転して原子炉炉心11に案内され、この炉心11を通る間に核分裂反応により発生した熱を吸収して気液二相流となり、炉心上部プレナム20に導かれる。   A core lower plenum 19 is formed below the reactor core 11, and the reactor water (coolant) descending the downcomer portion 16 by driving the internal pump 18 is guided to the core lower plenum 19. The reactor water led to the lower core plenum 19 is inverted and guided to the nuclear reactor core 11, absorbs heat generated by the fission reaction while passing through the core 11, and becomes a gas-liquid two-phase flow. 20 leads.

原子炉炉心11で加熱された冷却材は気液二相流となって炉心上部プレナム20に導かれ、この気液二相流は、続いて気水分離器21に導かれて気液分離される。気液分離された液分は原子炉圧力容器13内で滴下され、ダウンカマ部16に案内される。   The coolant heated in the nuclear reactor core 11 becomes a gas-liquid two-phase flow and is led to the core upper plenum 20, and this gas-liquid two-phase flow is subsequently led to the steam separator 21 for gas-liquid separation. The The liquid component separated from the gas and liquid is dropped in the reactor pressure vessel 13 and guided to the downcomer 16.

一方、気水分離器21で分離された蒸気分は、蒸気乾燥器22を通って乾燥され、乾き過熱蒸気となる。この過熱蒸気は主蒸気系23を通って図示しない蒸気タービンに導かれ、蒸気タービンを回転させて図示しない発電機を駆動させ、発電するようになっている。主蒸気系23は2系統存在するが、図1には1系統を省略して示してある。   On the other hand, the steam component separated by the steam separator 21 is dried through the steam dryer 22 to become dry superheated steam. The superheated steam is led to a steam turbine (not shown) through the main steam system 23, and the steam turbine is rotated to drive a generator (not shown) to generate power. Although there are two main steam systems 23, one system is omitted in FIG.

また、蒸気タービンで仕事をした蒸気は、図示しない復水器に導かれ、ここで冷却され、凝縮して復水となる。この復水は続いて原子炉復水・給水系を通り、原子炉給水系25から原子炉圧力容器13内に戻され、原子炉圧力容器13内の再循環流量と混合せしめられる。原子炉給水系25には給水を加熱する多段構造の給水加熱装置26が設けられ、この給水加熱装置26で原子炉圧力容器13への給水を多段階加熱している。   The steam that has worked in the steam turbine is guided to a condenser (not shown), where it is cooled and condensed to condensate. This condensate then passes through the reactor condensate / water supply system, is returned from the reactor water supply system 25 into the reactor pressure vessel 13, and is mixed with the recirculation flow rate in the reactor pressure vessel 13. The reactor water supply system 25 is provided with a multi-stage feed water heating device 26 that heats the feed water, and the feed water heating device 26 heats the feed water to the reactor pressure vessel 13 in multiple stages.

一方、低減速スペクトルBWR10は、原子炉圧力容器13内に原子炉燃料を稠密化した原子炉炉心11が設けられ、この炉心11にウラン・プルトニウム混合酸化物燃料(以下、MOX燃料)27が装荷され、プルトニウムの有効利用が図られる。   On the other hand, in the reduced-speed spectrum BWR 10, a reactor core 11 in which the reactor fuel is densified is provided in the reactor pressure vessel 13, and a uranium / plutonium mixed oxide fuel (hereinafter referred to as MOX fuel) 27 is loaded in the core 11. Therefore, effective utilization of plutonium is achieved.

低減速スペクトルBWR10には、原子炉圧力容器13に炉内圧力Pを検出する圧力計30が、原子炉内再循環系17には再循環流量Wを計測する流量計31が、また、原子炉圧力容器13内には炉心流量Wcoreを測定する炉心流量計32が、原子炉炉心11には中性子束を検出して熱出力Qを計測するLPRM検出器等の測定器33が、また、主蒸気系23には主蒸気流量Wg、主蒸気温度Tgを測定する流量計および温度計34が、さらに、原子炉給水系25には、給水流量Wfeed、給水温度Tfeedを測定する流量計および温度計35がそれぞれ設けられ、これら圧力計、流量計、温度計等の各測定器により、低減速スペクトルBWR10のプロセス量を計測する測定手段37を構成している。   The low-deceleration spectrum BWR10 includes a pressure gauge 30 for detecting the reactor pressure P in the reactor pressure vessel 13, the reactor recirculation system 17 includes a flowmeter 31 for measuring the recirculation flow rate W, and the reactor. In the pressure vessel 13, a core flow meter 32 for measuring the core flow rate Wcore, a measuring device 33 such as an LPRM detector for detecting the neutron flux and measuring the thermal output Q in the reactor core 11, and the main steam The system 23 has a flow meter and a thermometer 34 for measuring the main steam flow rate Wg and the main steam temperature Tg. Further, the reactor feed water system 25 has a flow meter and a thermometer 35 for measuring the feed water flow rate Wfeed and the feed water temperature Tfeed. Are provided, and the measuring means 37 for measuring the process amount of the reduced speed spectrum BWR10 is constituted by each measuring instrument such as a pressure gauge, a flow meter, and a thermometer.

測定手段37はBWRプラントのプロセス量を測定する測定器群を構成して、低減速スペクトルBWR10の熱出力(炉出力)Q、炉内圧力P、主蒸気流量Wg、主蒸気温度Tg、給水流量Wfeed、給水温度Tfeed、炉心流量Wcore、および再循環流量W等のプロセス量(物理量)を測定している。   The measuring means 37 constitutes a measuring instrument group for measuring the process amount of the BWR plant, and the thermal output (furnace output) Q, the furnace pressure P, the main steam flow rate Wg, the main steam temperature Tg, the feed water flow rate of the reduced speed spectrum BWR10. Process quantities (physical quantities) such as Wfeed, feed water temperature Tfeed, core flow rate Wcore, and recirculation flow rate W are measured.

測定手段37は、低減速スペクトルBWR10のプロセス量を検出する一方、検出されたプロセス量のデータは、プロセス計算機である炉心核熱出力性能演算装置40に入力され、この炉心核熱水力性能演算装置40にて三次元核熱水力計算により演算処理され、原子炉炉心11内の平均ボイド率と最小限界出力比が計算される。   The measuring means 37 detects the process amount of the reduced speed spectrum BWR10, while the data of the detected process amount is input to the core nuclear thermal output performance calculation device 40 which is a process computer, and this core nuclear thermal hydraulic performance calculation In the apparatus 40, calculation processing is performed by three-dimensional nuclear thermal hydraulic calculation, and the average void ratio and the minimum critical power ratio in the reactor core 11 are calculated.

炉心核熱水力性能演算装置40で計算された炉心内平均ボイド率と最小限界出力比に基づく演算結果信号が炉心核熱水力制御装置41に出力される。炉心核熱水力制御装置41は、炉心内平均ボイド率と最小限界出力比の演算結果信号を入力し、ここで予め設定された核的・熱的設定値と比較される。炉心核熱水力制御装置41は、炉心内平均ボイド率および最小限界出力比が核的・熱的設定値を満足するように、給水加熱装置26および原子炉内再循環系17のインターナルポンプ18の作動を制御している。   A calculation result signal based on the average void ratio in the core and the minimum limit output ratio calculated by the core nuclear thermal hydraulic performance calculation device 40 is output to the core nuclear thermal hydraulic control device 41. The core nuclear thermal hydraulic control device 41 receives calculation result signals of the average void fraction in the core and the minimum limit output ratio, and is compared with preset nuclear / thermal set values. The core nuclear thermal hydraulic control device 41 is configured so that the internal water pump 26 and the internal recirculation system 17 of the reactor recirculation system 17 have an average core void fraction and a minimum critical power ratio that satisfy the nuclear and thermal set values. The operation of 18 is controlled.

この原子炉再循環系17および給水加熱装置26の作動制御により、核的成立性を維持しつつ、熱的余裕・過渡時の安全余裕を確保できる低減速スペクトルBWRプラントの運転制御システムを提供できる。   By controlling the operation of the reactor recirculation system 17 and the feed water heater 26, it is possible to provide an operation control system for a reduced-speed spectrum BWR plant that can secure thermal margin and safety margin during transition while maintaining nuclear feasibility. .

また、炉心核熱水力性能演算装置40は、炉心核熱水力性能表示装置43に接続され、炉心核熱水力性能演算装置40で計算された炉心内の平均ボイド率と最小限界出力比が炉心核熱水力性能表示装置43に表示される。このため、炉心核的水力性能表示装置43で炉心内の平均ボイド率と最小限界出力比を監視することができるので、核的成立性、熱的・過渡時成立性の観点から、各運転状態での安全余裕を評価することができる。   Further, the core nuclear thermal hydraulic performance calculation device 40 is connected to the core nuclear thermal hydraulic performance display device 43, and the average void ratio in the core calculated by the core nuclear thermal hydraulic performance calculation device 40 and the minimum limit power ratio. Is displayed on the core nuclear thermal hydraulic performance display device 43. For this reason, since the average void ratio and the minimum limit power ratio in the core can be monitored by the core nuclear hydraulic performance display device 43, each operating state is considered from the viewpoint of nuclear feasibility, thermal / transient feasibility. The safety margin at can be evaluated.

なお、図1において、符号45は制御棒駆動機構であり、この制御棒駆動機構45の動作により、制御棒46を原子炉炉心11内に出し入れし、低減速スペクトルBWR10の出力運転を制御できるようになっている。符号48は燃料プールである。   In FIG. 1, reference numeral 45 denotes a control rod drive mechanism, and the operation of this control rod drive mechanism 45 allows the control rod 46 to be taken in and out of the reactor core 11 so that the output operation of the reduced speed spectrum BWR 10 can be controlled. It has become. Reference numeral 48 denotes a fuel pool.

低減速スペクトルBWR10の原子炉炉心11は、図2に示す平断面構造を有する。この原子炉炉心11は、例えば、132体の通常の燃料チャンネル50と、76体のストリーミングチャンネル51とが装荷される。各燃料チャンネル50(51)は既存のBWRの燃料チャンネル52の4倍程度と大きい。各燃料チャンネル50(51)に収容される燃料棒53の径は、既存のBWRの燃料チャンネル52に収納される燃料棒54より小さく、その分水排除効果を大きくとることができる。燃料棒53の内径は例えば10mmφ程度である。   The reactor core 11 of the low deceleration spectrum BWR 10 has a flat cross-sectional structure shown in FIG. The reactor core 11 is loaded with, for example, 132 normal fuel channels 50 and 76 streaming channels 51. Each fuel channel 50 (51) is as large as about four times the fuel channel 52 of the existing BWR. The diameter of the fuel rod 53 accommodated in each fuel channel 50 (51) is smaller than that of the fuel rod 54 accommodated in the fuel channel 52 of the existing BWR, and the water removal effect can be increased accordingly. The inner diameter of the fuel rod 53 is, for example, about 10 mmφ.

低減速スペクトルBWR10の燃料チャンネル50間に、横断面十字形の制御棒46が下方から出し入れ自在に設けられる一方、燃料チャンネル50(51)内には、各燃料棒53が平断面三角形配列構造に配列されて稠密化される。平断面三角形配列構造は、既存の燃料チャンネル52の燃料棒54のように、平断面四角形配列構造より稠密化され、この稠密化の程度は燃料棒53の径を既存の燃料棒54より小径ロッドとすることにより、より一層稠密化される。稠密化のために7本の燃料棒により平断面六角形配列構造としてもよい。   Between the fuel channels 50 of the low-deceleration spectrum BWR10, control rods 46 having a cross-shaped cross section are provided so as to be freely inserted and removed from below, while the fuel rods 53 have a triangular cross-sectional structure in the fuel channel 50 (51). Arranged and densified. The flat cross section triangular arrangement structure is more dense than the flat cross section quadrangular arrangement structure, like the fuel rods 54 of the existing fuel channel 52, and the degree of this densification makes the diameter of the fuel rod 53 smaller than the existing fuel rod 54. By doing so, it is further densified. For the purpose of densification, a flat hexagonal array structure with seven fuel rods may be used.

燃料チャンネル50内に収容される各燃料棒53を稠密化した配列構造とすることにより、原子炉炉心11に存在する減速材である冷却材(水)の量を少なくすることができる。原子炉炉心11内には、通常の燃料チャンネル50以外に、上部にストリーミングパスを構成したストリーミングチャンネル51を配設することにより、冷却材の量をより少なくし、冷却材(水)がボイド化した時の中性子の炉心軸方向漏洩を促進させることができる。ストリーミングチャンネル51を装荷した原子炉炉心11はボイド反応度を低減させ、負の値とすることができる。これにより、各燃料棒の健全性を向上させることができる。   By making each fuel rod 53 accommodated in the fuel channel 50 into a dense arrangement structure, the amount of coolant (water) that is a moderator present in the reactor core 11 can be reduced. In the reactor core 11, in addition to the normal fuel channel 50, a streaming channel 51, which forms a streaming path, is disposed on the upper part, so that the amount of coolant is reduced and the coolant (water) is voided. The leakage of neutrons in the axial direction of the core can be promoted. The reactor core 11 loaded with the streaming channel 51 can reduce the void reactivity and can have a negative value. Thereby, the soundness of each fuel rod can be improved.

ところで、低減速スペクトルBWRプラントの運転制御システムに備えられる炉心核熱水力性能演算装置40は、測定手段37によるプロセス量の測定データを基に、各稠密燃料集合体50,51毎に出力と流量を計算し、三次元核熱水力計算により、炉心平均ボイド率を精度よく評価している。   Incidentally, the core nuclear thermal hydraulic performance calculation device 40 provided in the operation control system of the reduced-speed spectrum BWR plant outputs the output for each dense fuel assembly 50, 51 based on the measurement data of the process amount by the measuring means 37. The flow rate is calculated, and the core average void fraction is accurately evaluated by three-dimensional nuclear thermal hydraulic calculation.

炉心平均ボイド率は、原子炉炉心11に存在する冷却材中の蒸気体積と冷却材(液)体積の比であり、一般的にはクオリティの関数である。   The core average void ratio is a ratio of the volume of steam in the coolant present in the reactor core 11 and the volume of coolant (liquid), and is generally a function of quality.

炉心平均ボイド率の計算は、図3に示すように行なわれ、測定手段37により、各測定器群のプロセス量を測定データ(プロセスデータ)として用いる。測定された測定器群30〜35のプロセスデータを基に各稠密燃料集合体50,51毎に出力と流量を計算し、炉心平均ボイド率を精度よく求めることができる。   The calculation of the core average void ratio is performed as shown in FIG. 3, and the measurement means 37 uses the process amount of each measuring instrument group as measurement data (process data). Based on the measured process data of the measuring instrument groups 30 to 35, the power and flow rate are calculated for each dense fuel assembly 50 and 51, and the core average void ratio can be obtained with high accuracy.

一方、低減速スペクトルBWRプラントの運転制御システムでは、図4に示すように、原子炉炉心11のヒートバランスとクオリティーボイド相関式から炉心平均ボイド率を概略的に求める。   On the other hand, in the operation control system of the reduced-speed spectrum BWR plant, as shown in FIG. 4, the core average void ratio is roughly determined from the heat balance of the reactor core 11 and the quality void correlation equation.

原子炉炉心11のヒートバランスは、以下に示す(1)式のように計算される。BWRプラントの熱出力をQ、主蒸気流量(=給水流量)をWg、主蒸気温度Tgから求まる主蒸気のエンタルピーをhg、給水温度Tfeedから求まる給水エンタルピーをhfeed、全炉心流量Wtotal、炉心入口エンタルピーをhin、炉心出口エンタルピーをhout、飽和水のエンタルピーをhfとすると、BWRプラントのヒートバランスから。   The heat balance of the reactor core 11 is calculated as in the following equation (1). The heat output of the BWR plant is Q, the main steam flow rate (= feed water flow rate) is Wg, the main steam enthalpy obtained from the main steam temperature Tg is hg, the feed water enthalpy obtained from the feed water temperature Tfeed is hfeed, the total core flow rate Wtotal, the core inlet enthalpy Is the heat balance of the BWR plant, where h is the core exit enthalpy and hf is the saturated water enthalpy.

[数1]
Q=Wg*(hg−hfeed)=Wtotal*(hout−hin)
Wtotal*hin=(Wtotal−Wg)*hf+Wg*hfeed
……(1)
で表わされる。
[Equation 1]
Q = Wg * (hg-hfeed) = Wtotal * (hout-hin)
Wtotal * hin = (Wtotal−Wg) * hf + Wg * hfeed
...... (1)
It is represented by

この(1)式から、炉心平均クオリティXaveを計算することができる。   From this equation (1), the core average quality Xave can be calculated.

[数2]
Xave=(hout+hin)/2*(hg−hf) ……(2)
炉心平均クオリティXaveを表わす(2)式から、炉心平均ボイド率αaveは、公知のクオリティーボイド相関式(例えば、特公昭61−28117号公報の図1参照)を用いて求めることができる。
[Equation 2]
Xave = (hout + hin) / 2 * (hg−hf) (2)
From the equation (2) representing the core average quality Xave, the core average void ratio αave can be obtained using a known quality void correlation equation (for example, refer to FIG. 1 of Japanese Patent Publication No. 61-28117).

すなわち、炉心核熱水力性能演算装置40は、BWRプラントのヒートバランスを計算することにより、炉心平均ボイド率の計算精度を容易に向上させることができ、核的成立性を維持することができる。   That is, the core nuclear thermal hydraulic performance calculation device 40 can easily improve the calculation accuracy of the core average void ratio by calculating the heat balance of the BWR plant, and can maintain the nuclear feasibility. .

次に、BWRプラントの運転制御システムにより、運転時の限界出力比MCPR1および過渡時の限界出力比MCPR2を図5に示すステップで計算する。   Next, the operation limit control ratio MCPR1 during operation and the limit output ratio MCPR2 during transition are calculated in the steps shown in FIG. 5 by the operation control system of the BWR plant.

初めに、炉心核熱水力性能演算装置40は、測定手段37の各測定器群30〜35で測定されたプロセス量のデータ(プロセスデータ)に基づき、原子炉炉心11に装架された各稠密燃料集合体50,51の出力、流量、限界出力を順次測定し、BWRプラント運転時における限界出力比MCPR1を計算する。   First, the core nuclear hydro-hydraulic performance calculation device 40 is installed in the reactor core 11 based on process amount data (process data) measured by the measuring instrument groups 30 to 35 of the measuring means 37. The outputs, flow rates, and limit outputs of the dense fuel assemblies 50 and 51 are sequentially measured, and the limit output ratio MCPR1 during operation of the BWR plant is calculated.

BWRプラントの各運転状態における運転時の限界出力比MCPR1を計算するとともに、各運転状態における異常な過渡変化を解析し、評価し、過渡時の最小限界出力比変化(ΔMCPR)を計算する。このΔMCPRをBWRプラント運転上の安全制限値と比較して、過渡時の最小限界出力比MCPR2を計算により求める。   The limit output ratio MCPR1 during operation in each operation state of the BWR plant is calculated, and abnormal transient changes in each operation state are analyzed and evaluated, and the minimum limit output ratio change (ΔMCPR) during transients is calculated. This ΔMCPR is compared with the safety limit value for operating the BWR plant, and the minimum limit output ratio MCPR2 at the time of transition is obtained by calculation.

炉心核熱水力性能演算装置40により、各運転状態での限界出力比の計算精度を向上させることができ、過渡時の安全余裕を維持することができる。   The core nuclear thermal hydraulic performance calculation device 40 can improve the calculation accuracy of the limit output ratio in each operation state, and can maintain a safety margin at the time of transition.

最小限界出力比MCPR1,MCPR2は、BWRプラントの健全性を評価するパラメータの1つである。最小限界出力比は、原子炉炉心11において、燃料棒(燃料被覆器)に接する冷却材が、膜沸騰を生じさせる限界を、現在の炉出力で除したものであり、1以上であれば、燃料棒に膜沸騰が生じない、とされている。   The minimum limit output ratios MCPR1 and MCPR2 are one of parameters for evaluating the soundness of the BWR plant. The minimum limit power ratio is obtained by dividing the limit at which the coolant in contact with the fuel rod (fuel cladding) in the reactor core 11 causes film boiling by the current reactor power. It is said that no film boiling occurs in the fuel rod.

燃料棒の99.9%が膜沸騰を起こさない制限値を安全限界最小限界出力比SLMCPRと呼ぶ。この安全限界最小限界出力比SLMCPRが1.07より大きければ、運転時に異常な過渡変化が生じても、燃料棒の99.9%が破損しないとされている。   The limit value at which 99.9% of the fuel rods do not cause film boiling is called the safety limit minimum limit output ratio SLMCPR. If this safety limit minimum limit output ratio SLMCPR is greater than 1.07, 99.9% of the fuel rods will not be damaged even if abnormal transient changes occur during operation.

このことから、柏崎刈羽原子力発電所の6号および7号原子炉でも、運転時の異常な過渡変化の判断基準は、最小限界出力比MCPRが1.07以上であることに設定されている。   Therefore, even in the No. 6 and No. 7 reactors of the Kashiwazaki-Kariwa Nuclear Power Station, the criterion for judging abnormal transient changes during operation is set such that the minimum limit output ratio MCPR is 1.07 or more.

また、炉心核熱水力性能演算装置40は、測定手段37の各測定器群からのプロセス量の測定データを演算処理し、炉心11内の平均ボイド率と最小限界出力比を計算してその演算結果信号を炉心核熱水力制御装置41に送っている。炉心核熱水力制御装置41では、炉心平均ボイド率や最小限界出力比が予め設定された核的・熱的設定値と比較される。   Further, the core nuclear thermal hydraulic performance calculation device 40 calculates the process amount measurement data from each measuring instrument group of the measuring means 37, calculates the average void ratio and the minimum limit output ratio in the core 11, and The calculation result signal is sent to the core nuclear thermal hydraulic control device 41. In the core nuclear thermal hydraulic control device 41, the core average void ratio and the minimum limit power ratio are compared with preset nuclear / thermal set values.

具体的には、炉心核熱水力制御装置41で、図6に示すように、炉心平均ボイド率が60%を超えるか否か比較判断され、炉心平均ボイド率>60%であれば、続いて運転時の限界出力比MCPR1の判断に移る。   Specifically, as shown in FIG. 6, the core nuclear thermal hydraulic control device 41 determines whether or not the core average void ratio exceeds 60%. If the core average void ratio> 60%, Then, the process proceeds to the determination of the limit output ratio MCPR1 during operation.

次に、運転時の限界出力比MCPR1が(1.07+ΔMCPR)を超えるか否か判断され、この限界出力比MCPR1>(1.07+ΔMCPR)であれば、再循環ポンプ(インターナルポンプ18)の回転数維持や給水加熱装置26の給水温度維持が図れるように、原子炉内再循環系17および給水加熱装置26の運転制御が行なわれる。なお、ΔMCPRは過渡時の最小限界出力比変化を示す。   Next, it is determined whether or not the limit output ratio MCPR1 during operation exceeds (1.07 + ΔMCPR). If this limit output ratio MCPR1> (1.07 + ΔMCPR), the rotation of the recirculation pump (internal pump 18). Operation control of the in-reactor recirculation system 17 and the feed water heater 26 is performed so that the number of the feed water heaters 26 can be maintained. ΔMCPR indicates a change in the minimum limit output ratio at the time of transition.

一方、炉心平均ボイド率≦60%のときには、炉心核熱水力制御装置41は、再循環ポンプ(インターナルポンプ18)の回転数低下、給水加熱装置26の給水温度が上昇するように、原子炉内再循環系17および給水加熱装置26の運転を制御する。   On the other hand, when the core average void ratio is ≦ 60%, the core nuclear thermal hydraulic control device 41 is configured so that the rotation speed of the recirculation pump (internal pump 18) decreases and the feed water temperature of the feed water heating device 26 rises. The operation of the in-furnace recirculation system 17 and the feed water heater 26 is controlled.

また、運転時の限界出力比MCPR1≦(1.07+ΔMCPR)のときは、炉心核熱水力制御装置41は、再循環ポンプの回転数増加、給水温度を低下させるように、原子炉再循環系17および給水加熱装置26の運転を制御するようになっている。   Further, when the critical output ratio MCPR1 ≦ (1.07 + ΔMCPR) during operation, the reactor core thermal hydraulic control device 41 increases the number of revolutions of the recirculation pump and decreases the feed water temperature. 17 and the feed water heater 26 are controlled.

炉心核熱水力制御装置41は、炉心核熱水力性能演算装置40から出力される炉心内の平均ボイド率と最小限界出力比を予め設定された核的・熱的設定値と比較判断し、核的・熱的設定値を満足するように給水加熱装置26および再循環ポンプ(インターナルポンプ18)を運転制御することにより、核的成立性を維持しつつ、熱的余裕・過渡時の安全余裕を確保する低減速スペクトルBWRプラントの運転制御システムを提供できる。   The core nuclear thermal hydraulic control device 41 compares the average void fraction in the core and the minimum limit output ratio output from the core nuclear thermal hydraulic performance calculation device 40 with a predetermined nuclear / thermal set value. By controlling the operation of the feed water heating device 26 and the recirculation pump (internal pump 18) so as to satisfy the nuclear and thermal set values, the thermal feasibility is maintained while maintaining the nuclear feasibility. It is possible to provide an operation control system for a reduced-speed spectrum BWR plant that ensures a safety margin.

他方、このBWRプラントの運転制御システムでは、炉心核熱水力性能演算装置40で、再循環ポンプのキャビテーション特性を、図7に示すステップで計算し、再循環ポンプであるインターナルポンプ18の特性評価を行なう。このポンプ特性評価により、再循環ポンプの運転余裕、すなわちキャビテーション条件への運転余裕を計算でき、再循環ポンプの健全性の維持を図ることができる。   On the other hand, in the operation control system of the BWR plant, the cavitation characteristics of the recirculation pump are calculated in the steps shown in FIG. Evaluate. By this pump characteristic evaluation, the operation margin of the recirculation pump, that is, the operation margin to the cavitation condition can be calculated, and the soundness of the recirculation pump can be maintained.

炉心核熱水力性能演算装置40は、インターナルポンプ18がキャビテーションする条件に達したとき、炉心核熱水力制御装置41から給水加熱停止信号を給水加熱装置26に出力し、給水加熱を停止させ、インターナルポンプ18にキャビテーションが発生するのを防止している。これにより、インターナルポンプ18の健全性を維持できる。   When the condition for the cavitation of the internal pump 18 is reached, the core nuclear thermal hydraulic performance calculation device 40 outputs a feed water heating stop signal from the core nuclear thermal hydraulic control device 41 to the feed water heating device 26, and stops feed water heating. Thus, cavitation is prevented from occurring in the internal pump 18. Thereby, the soundness of the internal pump 18 can be maintained.

すなわち、炉心核熱水力性能演算装置40は、図8に示すように、再循環ポンプ(インターナルポンプ18)のキャビテーション特性計算を行ない、その計算結果を炉心核熱水力制御装置41に送り、この制御装置41で、再循環ポンプの有効吸込ヘッド(有効NPSH)が必要吸込ヘッド(必要NPSH)より大きいか否かが判断され、有効NPSH>必要NPSHであれば、再循環ポンプは健全性が維持できると判断する。   That is, as shown in FIG. 8, the core nuclear thermal hydraulic performance calculation device 40 calculates the cavitation characteristics of the recirculation pump (internal pump 18), and sends the calculation result to the core nuclear thermal hydraulic control device 41. The controller 41 determines whether or not the effective suction head (effective NPSH) of the recirculation pump is larger than the required suction head (required NPSH). If effective NPSH> required NPSH, the recirculation pump is sound. Can be maintained.

また、有効NPSH≦必要NPSHであると、炉心核熱水力制御装置41が判断すれば、再循環ポンプにキャビテーションの発生する虞があると判断し、炉心核熱水力制御装置41は給水加熱装置26の運転を停止させ、給水加熱を止めるようになっている。   Further, if the core nuclear thermal hydraulic control device 41 determines that effective NPSH ≦ necessary NPSH, it is determined that cavitation may occur in the recirculation pump, and the core nuclear thermal hydraulic control device 41 The operation of the device 26 is stopped to stop heating the feed water.

ところで、再循環ポンプであるインターナルポンプ18において、キャビテーションの発生を防止するには、常にポンプの有効NPSHをインターナルポンプ18の必要NPSHより大きくすることが必要である。   By the way, in order to prevent the occurrence of cavitation in the internal pump 18 which is a recirculation pump, it is necessary to always make the effective NPSH of the pump larger than the necessary NPSH of the internal pump 18.

水温が高くなると、水温に相当する飽和蒸気圧力が高くなり、ポンプの有効NPSHは低下する。   As the water temperature increases, the saturated steam pressure corresponding to the water temperature increases and the effective NPSH of the pump decreases.

インターナルポンプ18のポンプインペラ入口におけるキャビテーションの発生を防ぐためには、インターナルポンプ18の内部である程度の圧力降下があっても、その時の水温に相当する蒸気圧力に達しないだけの余裕を持たせる必要がある。この余裕圧力を揚程で表したものが、ポンプの必要NPSHである。   In order to prevent the occurrence of cavitation at the pump impeller inlet of the internal pump 18, even if there is a certain pressure drop inside the internal pump 18, there is a margin that does not reach the steam pressure corresponding to the water temperature at that time. There is a need. The required NPSH of the pump represents this extra pressure in terms of the head.

一方、有効NPSHは、(3)式で示すように、吸込水面とインターナルポンプ18の位置とから、ポンプの吸込口において定まるNPSHである。   On the other hand, the effective NPSH is NPSH determined at the suction port of the pump from the suction water surface and the position of the internal pump 18 as shown by the equation (3).

吸込液面に作用している圧力をps[Pa]、液体の密度をρ[kg/m]、重力の加速度をg(=9.80m/s)、吸込高さをhs[m]、吸込配管系の損失ヘッドをhis[Pa]、飽和蒸気圧力をpv[Pa]とすると、ポンプ入口における液体の全圧力と飽和蒸気圧力との差が有効NPSHであり、この有効NPSHは、キャビテーション発生に対するポンプの余裕である。 The pressure acting on the suction liquid surface is ps [Pa], the liquid density is ρ [kg / m 3 ], the acceleration of gravity is g (= 9.80 m / s 2 ), and the suction height is hs [m]. If the loss head of the suction piping system is his [Pa] and the saturated vapor pressure is pv [Pa], the difference between the total liquid pressure and the saturated vapor pressure at the pump inlet is the effective NPSH, and this effective NPSH is the cavitation. It is the margin of the pump for generation.

[数3]
有効NPSH={ps/ρg+hs−his}−pv/ρg[m] ……(3)
一方、あるポンプの回転速度と流量を一定に保ったままNPSHを小さくしていくと、ある値以下でキャビテーションを起こし始め、さらに下げ続けるとキャビテーションの発生範囲が拡大する。このキャビテーション発生の限界値が必要NPSH(Required NPSH)で表わされる。
[Equation 3]
Effective NPSH = {ps / ρg + hs−his} −pv / ρg [m] (3)
On the other hand, if NPSH is reduced while keeping the rotation speed and flow rate of a certain pump constant, cavitation starts to occur below a certain value, and if it is further lowered, the cavitation generation range is expanded. The limit value of the occurrence of cavitation is expressed by required NPSH (Required NPSH).

なお、本発明の一実施形態において、低減速スペクトルBWRは、原子炉再循環系の再循環ポンプとしてインターナルポンプを設け、原子炉内再循環系の例を示したが、再循環ポンプを原子炉圧力容器外に設けた原子炉外再循環系にも適用することができる。   In one embodiment of the present invention, the reduced speed spectrum BWR is provided with an internal pump as a recirculation pump of the reactor recirculation system, and an example of the in-reactor recirculation system is shown. It can also be applied to an extra-reactor recirculation system provided outside the reactor pressure vessel.

本発明に係るBWRプラントの運転制御システムの一実施形態を示す概略図。Schematic which shows one Embodiment of the operation control system of the BWR plant which concerns on this invention. (A)は、低減速スペクトルBWRの原子炉炉心の一例を示す平断面図、(B)は稠密化原子炉炉心と、既存のBWRの原子炉炉心に装荷される燃料集合体(燃料チャンネル)を比較して示す平断面図。(A) is a plan sectional view showing an example of a reactor core having a reduced speed spectrum BWR, and (B) is a densified reactor core and a fuel assembly (fuel channel) loaded in an existing BWR reactor core. FIG. 本発明に係るBWRプラントの運転制御システムにおける炉心核熱水力性能演算装置の炉心平均ボイド率計算例を示す図。The figure which shows the core average void ratio calculation example of the core nuclear thermal-hydraulic performance calculating apparatus in the operation control system of the BWR plant which concerns on this invention. 本発明に係るBWRプラントの運転制御システムにおける炉心核熱水力性能演算装置の炉心平均ボイド率計算をヒートバランスを用いて行なう例を示す図。The figure which shows the example which performs the core average void ratio calculation of the core nuclear thermal-hydraulic performance calculating apparatus in the operation control system of the BWR plant which concerns on this invention using heat balance. 本発明に係るBWRプラントの運転制御システムにおける炉心核熱水力性能演算装置の運転時および過渡時の限界出力比の計算例を示す図。The figure which shows the example of calculation of the limit output ratio at the time of operation | movement of the core nuclear thermal-hydraulic performance calculating apparatus in the operation control system of the BWR plant which concerns on this invention, and a transient. 本発明に係るBWRプラントの運転制御システムにおける炉心核熱水力制御装置による運転制御例を示す図。The figure which shows the example of operation control by the core nuclear thermal hydraulic control apparatus in the operation control system of the BWR plant which concerns on this invention. 本発明に係るBWRプラントの運転制御システムにおける炉心核熱水力性能演算装置で再循環ポンプの健全性評価を行なう例を示す図。The figure which shows the example which performs the soundness evaluation of a recirculation pump with the core nuclear thermal-hydraulic performance calculating apparatus in the operation control system of the BWR plant which concerns on this invention. 本発明に係るBWRプラントの運転制御システムにおける炉心核熱水力性能演算装置で再循環ポンプの健全性維持のために、給水加熱装置の運転制御例を示す図。The figure which shows the operation control example of a feed water heating apparatus in order to maintain the soundness of a recirculation pump in the core nuclear thermal-hydraulic performance calculating apparatus in the operation control system of the BWR plant which concerns on this invention. (A)および(B)は低減速スペクトルBWRの核熱成立条件と過渡安全成立条件をそれぞれ示す図。(A) And (B) is a figure which respectively shows the nuclear heat establishment conditions and transient safety establishment conditions of the reduction speed spectrum BWR.

符号の説明Explanation of symbols

10 低減速スペクトルBWR
11 原子炉炉心
12 原子炉格納容器
13 原子炉圧力容器
14 原子炉圧力容器支持ペデスタル
15 炉心シュラウド
16 ダウンカマ部
17 原子炉内再循環系
18 インターナルポンプ
19 炉心下部プレナム
20 炉心上部プレナム
21 気水分離器
22 蒸気乾燥器
23 主蒸気系
25 原子炉給水系
26 給水加熱装置
27 MOX燃料
29 原子炉内再循環系
30 圧力計
31 流量計
32 炉心流量計
33 測定器
34,35 流量計および過渡計
37 測定手段
40 炉心核熱水力性能演算装置
41 炉心核熱水力制御装置
43 炉心核熱水力性能表示装置
45 制御棒駆動機構
46 制御棒
48 燃料プール
50,52 燃料チャンネル(燃料集合体)
51 ストリーミングチャンネル
53,54 燃料棒
10 Low deceleration spectrum BWR
11 Reactor Core 12 Reactor Containment Vessel 13 Reactor Pressure Vessel 14 Reactor Pressure Vessel Support Pedestal 15 Core Shroud 16 Downcomer 17 Reactor Recirculation System 18 Internal Pump 19 Core Lower Plenum 20 Core Upper Plenum 21 Air / Water Separation Equipment 22 Steam dryer 23 Main steam system 25 Reactor feed water system 26 Feed water heating device 27 MOX fuel 29 Reactor recirculation system 30 Pressure gauge 31 Flow meter 32 Core flow meter 33 Measuring instruments 34, 35 Flow meter and transient meter 37 Measuring means 40 Core nuclear thermal hydraulic performance calculation device 41 Core nuclear thermal hydraulic control device 43 Core nuclear thermal hydraulic performance display device 45 Control rod drive mechanism 46 Control rod 48 Fuel pool 50, 52 Fuel channel (fuel assembly)
51 Streaming channel 53, 54 Fuel rod

Claims (8)

原子炉炉心を稠密化した低減速スペクトルBWRプラントにおいて、
原子炉内で発生した蒸気を導く主蒸気系と、
上記原子炉内に給水を案内する原子炉給水系と、
この原子炉給水系に設けられて給水を加熱する給水加熱装置と、
前記原子炉内の炉水を循環させる原子炉再循環系と、
熱出力、炉内圧力、主蒸気流量、給水流量、給水温度、炉心流量、再循環ポンプ流量等の前記原子炉のプロセス量を測定する測定手段と、
上記測定手段で測定されたプロセス量を用いて炉心内の平均ボイド率と最小限出力比を計算する炉心核熱水力性能演算装置と、
この核熱水力性能演算装置で演算処理される炉心内の平均ボイド率と最小限出力比に基づき、給水加熱装置および原子炉再循環系の作動を制御する炉心核熱水力制御装置とを備えたことを特徴とするBWRプラントの運転制御システム。
In a reduced speed spectrum BWR plant with a densified reactor core,
A main steam system that directs steam generated in the reactor;
A reactor water supply system for guiding the water supply into the reactor,
A feed water heating device provided in the reactor water supply system for heating the feed water;
A reactor recirculation system for circulating reactor water in the reactor;
Measuring means for measuring the process amount of the nuclear reactor, such as heat output, reactor pressure, main steam flow rate, feed water flow rate, feed water temperature, core flow rate, recirculation pump flow rate,
A core nuclear hydro-hydraulic performance calculation device that calculates an average void fraction and a minimum power ratio in the core using the process amount measured by the measuring means;
A core nuclear thermal hydraulic control device that controls the operation of the feed water heating device and the reactor recirculation system based on the average void ratio in the core and the minimum output ratio that are processed by the nuclear thermal hydraulic performance calculation device. An operation control system for a BWR plant, comprising:
前記炉心核熱水力性能演算装置は、測定手段で測定されたプロセス量の測定データを入力して原子炉炉心に装荷される燃料集合体を模擬し、三次元核熱計算式により炉心内の平均ボイド率を計算するようにしたことを特徴とする請求項1記載のBWRプラントの運転制御システム。 The core nuclear thermal hydraulic performance calculation device simulates the fuel assembly loaded in the reactor core by inputting the measurement data of the process amount measured by the measuring means, and uses the three-dimensional nuclear heat calculation formula to 2. The operation control system for a BWR plant according to claim 1, wherein an average void ratio is calculated. 前記炉心核熱水力性能演算装置は、炉心平均ボイド率をBWRプラントのヒートバランスで計算により求めたことを特徴とする請求項1記載のBWRプラントの運転制御システム。 2. The operation control system for a BWR plant according to claim 1, wherein the core nuclear thermal hydraulic performance calculation device obtains a core average void ratio by calculation based on a heat balance of the BWR plant. 3. 前記炉心核熱水力性能演算装置は、測定手段で測定されたプロセス量の測定データに基づく各運転状態における運転時限界出力を計算する一方、各運転状態における運転時の過渡変化を計算して過渡時の最小限界出力変化を演算し、運転上の安全制限値と比較して過渡時最小限界出力比を計算するように設定したことを特徴とする請求項1記載のBWRプラントの運転制御システム。 The core nuclear thermal hydraulic performance calculation device calculates the operating limit output in each operating state based on the measurement data of the process amount measured by the measuring means, while calculating the transient change during operation in each operating state. 2. The operation control system for a BWR plant according to claim 1, wherein a minimum limit output change at the time of transient is calculated and set so as to calculate a transient minimum limit output ratio by comparison with an operational safety limit value. . 前記炉心核熱水力制御装置は、前記炉心核熱水力性能演算装置からの炉心内の平均ボイド率と最小限界出力比を、予め設定された核的熱的設定値と比較し、上記核的熱的設定値を満足するように、給水加熱装置および原子炉再循環系を作動制御するように構成したことを特徴とする請求項1記載のBWRプラントの運転制御システム。 The core nuclear thermal hydraulic control device compares the average void fraction and the minimum limit power ratio in the core from the core nuclear thermal hydraulic performance calculation device with a preset nuclear thermal set value, and 2. The operation control system for a BWR plant according to claim 1, wherein the operation control of the feed water heating device and the reactor recirculation system is performed so as to satisfy a thermal setting value. 前記炉心核熱水力性能演算装置は、原子炉再循環系を構成する再循環ポンプの特性評価を行ない、上記再循環ポンプのキャビテーション特性を計算にて算出するように設定したことを特徴とする請求項1記載のBWRプラントの運転制御システム。 The core nuclear thermal hydraulic performance calculation device is set to perform a characteristic evaluation of a recirculation pump constituting a nuclear reactor recirculation system and to calculate a cavitation characteristic of the recirculation pump by calculation. The operation control system for a BWR plant according to claim 1. 前記炉心核熱水力性能演算装置は、原子炉再循環系の再循環ポンプがキャビテーションする条件に達したか否かを判断し、キャビテーション発生条件に達したとき、炉心核熱水力制御装置に停止信号を出力して給水加熱装置による給水加熱を停止させ、再循環ポンプにキャビテーションの発生を防止したことを特徴とする請求項6記載のBWRプラントの運転制御システム。 The core nuclear thermal hydraulic performance calculation device determines whether or not the recirculation pump of the reactor recirculation system has reached a cavitation condition, and when the cavitation generation condition is reached, 7. The operation control system for a BWR plant according to claim 6, wherein a stop signal is outputted to stop feed water heating by the feed water heating device to prevent cavitation from occurring in the recirculation pump. 前記炉心核熱水力性能演算装置は、炉心熱水力性能表示装置に炉心内の平均ボイド率および最小限界出力比の信号を出力する一方、上記炉心熱水力性能表示装置は、炉心内のボイド率と最小限界出力比を表示し、監視可能に構成したことを特徴とする請求項1記載のBWRプラントの運転制御システム。 The core nuclear thermal hydraulic performance calculation device outputs signals of the average void ratio and the minimum critical power ratio in the core to the core thermal hydraulic performance display device, while the core thermal hydraulic performance display device The operation control system for a BWR plant according to claim 1, wherein the void ratio and the minimum limit output ratio are displayed and can be monitored.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007183268A (en) * 2005-12-30 2007-07-19 Global Nuclear Fuel Americas Llc Method for determining margin to operation limit concerning nuclear reactor operation
JP2008032696A (en) * 2006-06-27 2008-02-14 Hitachi Ltd Operation method of reactor, and nuclear power plant

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