JP2007057249A - 原子炉出力制御方法及びその出力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原子炉において、給水ポンプがトリップした場合においても、炉水位が急激に低下することを防止して原子炉緊急停止を回避することができる原子炉出力制御方法及びその出力制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】原子炉の炉心５に冷却材を供給する再循環ポンプ４と、炉心５に挿入され原子炉の出力を制御する複数の制御棒３を炉心５に出入れ駆動する制御棒駆動装置２と、前記原子炉に給水する給水ポンプ１０と、給水流量を監視する給水ポンプ監視部１６と、この給水ポンプ監視部１６から出力された給水ポンプ容量不足信号を受信して前記再循環ポンプ４の流量を低下させる再循環ポンプ制御装置１７と、前記給水ポンプ容量不足信号を受信して前記制御棒３を炉心５に時間差をつけて挿入する制御棒挿入司令部１９とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原子炉において給水ポンプがトリップした際に原子炉出力を制御する出力制御方法及びその出力制御装置に関する。

従来原子炉において給水ポンプがトリップした時には、再循環ポンプのポンプ速度を最低速度にランバックさせて炉出力を下げていた。この際、給水流量が不足すると原子炉水位が低下するため原子炉緊急停止に至ってしまうことがあった。

そのため、再循環ポンプのランバックに加えて炉心に制御棒を挿入することにより原子炉の出力を下げて、給水流量不足を解消する方法が提案されてきた（例えば特許文献１及び２等）。

しかし、上記再循環ポンプのランバックに加えて炉心に制御棒を挿入する方法では、選御棒が炉心へ挿入される時に出力が急激に低下するためボイドが急激につぶれ、出力が急激に上がるため炉水位が急激に低下して原子炉緊急停止に至る恐れがあるという問題があった。
特許第３０１１４５１号公報 特開平２−２４４０００号公報

本発明は、上記問題を鑑みなされたもので、原子炉において、給水ポンプがトリップした場合においても、炉水位が急激に低下することを防止して原子炉緊急停止を回避することができる原子炉出力制御方法及びその出力制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明では、原子炉の炉心に冷却材を供給する再循環ポンプと、炉心に挿入され原子炉の出力を制御する複数の制御棒を炉心に出入れ駆動する制御棒駆動装置と、前記原子炉に給水する給水ポンプと、給水流量を監視する給水ポンプ監視部と、この給水ポンプ監視部から出力された給水ポンプ容量不足信号を受信して前記再循環ポンプの流量を低下させる再循環ポンプ制御装置と、前記給水ポンプ容量不足信号を受信して前記制御棒を炉心に時間差をつけて挿入する制御棒挿入司令部と、を有することを特徴とする。

また、請求項６に係る発明では、原子炉の炉心に給水する給水ポンプがトリップした際に、炉心に冷却材を供給する再循環ポンプの流量を低下させるとともに、原子炉の出力を制御する複数の制御棒を炉心に時間差をつけて挿入することにより原子炉の出力を低下させることを特徴とする。

原子炉において給水ポンプがトリップした場合に、炉水位低による原子炉緊急停止を回避することが可能となる。

以下、本発明の第１実施形態について図１〜図８に基づいて説明する。

本発明の第１実施形態における原子炉出力制御装置１は、原子炉の炉出力や炉心の給水流量等を監視し制御する装置である。原子炉出力制御装置１の構成図である図１に示すように、原子炉出力制御装置１は、炉心５を収容して蒸気を作り出す原子炉圧力容器１１を備える。また、原子炉出力制御装置１は、炉心５に挿入され原子炉の出力を制御する制御棒３を駆動する制御棒駆動装置２と、炉心５に冷却材を供給する再循環ポンプ４と、炉出力に応じて発生する蒸気の流れを調整する蒸気加減弁６と、蒸気の圧力を回転エネルギーに変換する蒸気タービン７と、回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機８と、蒸気を等圧冷却して水に戻す復水器９と、復水器９で得られた復水を炉心５に給水する給水ポンプ系１０とを備えている。

給水ポンプ系１０は、通常状態で炉心５に給水する通常運転給水ポンプ１２、１３、及び通常運転給水ポンプ１２、１３がトリップした際に炉心５に給水する予備給水ポンプ１４、１５で構成される。なお第１実施形態では、２台の通常運転給水ポンプ１２、１３と２台の予備給水ポンプ１４、１５とを備えているが、台数は状況に応じて適宜決定される。

上記構成により、原子炉圧力容器１１内で炉出力に応じて発生する蒸気を、蒸気加減弁６の開度を調節して蒸気タービン７に供給し、発電機８にて電気エネルギーに変換する。そして、復水器９にて蒸気タービン７を通過した蒸気は復水となり、復水は給水ポンプ系１０にて原子炉圧力容器１１内に給水として供給される。

さらに、原子炉出力制御装置１は、給水ポンプ監視部１６と、再循環ポンプ制御部１７と、多段階制御棒グループ時間差設定算出部１８と、制御棒挿入司令部１９とを備えている。

給水ポンプ監視部１６は、給水ポンプ系１０から給水ポンプ系１０の運転状態を表すプロセス量情報ｃを受信し、通常運転給水ポンプ１２、１３のうち１台がトリップした際に予備給水ポンプ１４、１５が共に起動しなかった場合は、再循環ポンプ制御部１７及び制御棒挿入司令部１９に給水ポンプ容量不足信号ｄを出力する。

再循環ポンプ制御部１７は、給水ポンプ監視部１６からその給水ポンプ容量不足信号ｄを受け取ると、再循環ポンプ４にランバック指令信号ｂを出力し、再循環ポンプ４に予め設定してある速度まで給水速度を低下させるシステムを有する（このシステムをランバックインターロックシステムと言う）。

多段階制御棒グループ時間差設定算出部１８は、炉心流量や炉出力等のプロセス量ｅを受信する。通常運転給水ポンプ１２、１３のうちの１台がトリップする直前の炉心流量と炉出力と炉心制御特性図から、予備給水ポンプ１４が２台とも起動しなかった場合のランバックだけでは不足する給水容量不足分を補償するのに必要な出力低下量を算出する。複数の制御棒３を挿入時間毎に区別された複数の制御棒グループに分けるとともに、各々の制御棒グループが時間差をつけて炉心に挿入された場合に、最終的に必要出力低下量分だけ炉出力を低下させて原子炉水位低に至らない制御棒グループの挿入時間差を算出する。そして、制御棒挿入指令部１９にその多段階制御棒挿入グループ情報ｆ及び多段階挿入時間差情報ｇとを出力する。

なお、多段階制御棒挿入グループと多段階挿入時間差とは、オフラインで算出しておき運転員がその時の運転点に応じて制御棒挿入司令部１９に手動で設定しても、オンラインで制御棒挿入司令部１９に逐次自動設定されてもよい。

制御棒挿入指令部１９は、給水ポンプ容量不足信号ｄと、各制御棒の多段階制御棒挿入グループ情報ｆと多段階挿入時間差情報ｇとを受信し、各制御棒駆動装置２に制御棒挿入指令信号ａを出力して炉心５に制御棒３を挿入させる。

ここで、一般的な沸騰水型原子炉では、炉出力を制御する手段として、制御棒３の炉心５への出し入れを調整する方法と再循環ポンプ４の再循環流量を調整する方法とが用いられる。すなわち、制御棒駆動装置２により炉心５内の制御棒３の位置を変えたり再循環ポンプ４の再循環流量を調整して炉心流量を変えたりすることで、炉心５で発生する熱量（炉出力）が制御される。

原子炉出力制御装置１による炉出力の制御特性は、図２に示すような特性を有している。すなわち、再循環ポンプ４の速度を一定に保ちながら制御棒３を引抜くと、上昇曲線２１ａ、２１ｂに従って出力が上昇し（ポンプ速度は、上昇曲線２１ｂの方が上昇曲線２１ａよりも高い）、また、制御棒３の位置を一定にしつつ再循環ポンプ４の速度を上げて炉心流量を増加させると、傾斜曲線２２ａ、２２ｂのように出力が上昇する。

まず、再循環ポンプ４の速度を変える方法について説明する。沸騰水型原子炉の給水ポンプ系１０が故障やトリップに至り、所要の給水流量が得られない状態に陥った場合に、炉出力を最大給水可能流量に相当する出力より小さくするために、再循環ポンプ４のポンプ速度を予め設定した速度（通常最低速度）に急速に低下させる。

例えば、図３に示すように、通常運転時５０％定格給水流量で、１台運転時の最大給水可能流量が例えば６８％定格流量の給水ポンプが２台設置されている場合、１台がトリップし予備の２５％容量給水ポンプの起動に失敗した場合には、再循環ポンプ速度を最低速度に急速に低下させ、炉出力が６８％未満になるようにしている。

この方法では、再循環流量を変えるだけで原子炉の出力を変えられるので、前者の制御棒３を用いて炉出力を変える方法に比べて、迅速な出力変更が可能なことが特色である。

次に、制御棒３の炉心５内での位置を変える方法について説明する。沸騰水型原子炉では、低炉心流量／高炉出力にするほど炉心５の熱水力安定性が悪くなる性質がある。そこで、より確実な熱水力安定性を有する運転を行なう為、図４に示すように、炉心安定性制限ライン２４ａ−２４ｂを設け、炉心安定性制限ライン２４ａ−２４ｂの左上の領域での運転を制限する為に選択制御棒挿入システムを設けるようにしている。運転中の再循環ポンプ４が停止し炉心流量が低下するにも関わらず、炉出力が十分低下しない場合は、この炉心安定性制限ラインを２４ａ−２４ｂ超える場合が考えられるが、選択制御棒挿入設定ライン２３ａ−２３ｂ−２３ｃを設け、炉心流量と炉出力がこの設定ラインに達した場合には、必ず安定性制限ライン２４ａ−２４ｂの右下（高炉心流量／低炉出力）の状態で安全性を確保して運転するために、予め選択しておいた制御棒３を水圧駆動にて全挿入し炉出力を低下させるようにしている。

また、電力系統全体の電力量を増加させるために、各原子炉の定格発電容量を増加させる方法もある。この場合、図５に示すように、ランバックインターロックが働いた後の炉出力も増加する。

本発明の第１実施形態では、再循環ポンプ制御部１７において、再循環ポンプ４のポンプ速度を低下させるとともに、制御棒挿入司令部１９において、複数の制御棒３を炉心５に順に時間差をつけて挿入することにより、原子炉の出力を低下させて炉水位低による原子炉緊急停止を回避する。

図６に示すように、制御棒挿入指令部１９は、給水ポンプ容量不足信号ｄと、各制御棒３の多段階制御棒挿入グループ情報ｆと多段階制御棒挿入グループ情報ｆに対応する多段階挿入時間差情報ｇとを入力し、各制御棒駆動装置２に制御棒挿入指令信号ａを出力して制御棒３を挿入させる。第１実施形態では、３つの制御棒グループを設定できる構成の場合を示すが、設定グループ数は状況に応じて適宜決定される。

制御棒挿入指令部１９は、制御棒３一本毎に制御棒個別挿入指令部３０を有し、各制御棒個別挿入指令部３０はＡＮＤ回路３１、３２、３３、タイマ３４、３５、ＯＲ回路３６を有している。

ＡＮＤ回路３１は給水ポンプ容量不足信号ｄ及び多段階制御棒グループＡ信号ｈｆを入力し、これらの信号が共に論理「１」の時に論理「１」を出力する。この論理「１」はＯＲ回路３６に入力される。

ＡＮＤ回路３２は給水ポンプ容量不足信号ｄ及び多段階制御棒グループＢ信号ｉｆを入力し、これらの信号が共に論理「１」の時に論理「１」を出力する。この論理「１」はＯＲ回路３６に入力される。但し、タイマ３４の働きにより多段階制御棒グループＡの時間差情報ｉｇの時間遅れの後においてもＡＮＤ回路３２が論理「１」を出力している場合に、この時間遅れの後、論理「１」がＯＲ回路３６に伝えられる。

ＡＮＤ回路３３は給水ポンプ容量不足信号及び多段階制御棒グループＣ信号ｊｆを入力し、これらの信号が共に論理「１」の時に論理「１」を出力する。この論理「１」はＯＲ回路３６に入力される。但し、タイマ３５の働きにより多段階制御棒グループＢの時間差情報ｊｇの時間遅れの後においてもＡＮＤ回路３３が論理「１」を出力している場合に、この時間遅れの後、論理「１」がＯＲ回路３６に伝えられる。

ＯＲ回路３６はＡＮＤ回路３１が論理「１」を出力した時、もしくはＡＮＤ回路３２が論理「１」を出力した時、もしくはＡＮＤ回路３３が論理「１」を出力した時に論理「１」を出力し、すなわち対応する制御棒駆動装置２に制御棒挿入指令信号ａを出力して制御棒３を挿入させる。

つまり、多段階制御棒グループＡが設定されている複数の制御棒３は、給水ポン容量不足信号ｄを受信すると即挿入され、多段階制御棒グループＢが設定されている複数の制御棒３は多段階制御棒グループＡに設定された制御棒３が挿入されたあとに時間差をもって挿入され、多段階制御棒グループＣが設定された複数の制御棒３はさらに時間差をもって挿入される。全ての多段階制御棒グループが挿入されると、１台の通常運転給水ポンプ１２（または１３）での最大給水流量に相当する出力未満となるまで出力は低下することとなる。

ところで、炉心５の熱水力安定性確保を目的とした選択制御棒挿入装置を既に有する原子炉であれば、その選択制御棒挿入装置に本インターロックは簡単に追加できる為、改造コストを抑えることができる。なお、選択制御棒挿入装置とは、予め選んでおいた制御棒３を複数緊急挿入する装置である。

第１実施形態において効果的な特性を示す場合として、図７に示す制御特性図における初期運転点で運転中に通常運転給水ポンプ１２（または１３）がトリップした場合の作用を説明する。

通常運転給水ポンプ１２（または１３）がトリップしたのに予備給水ポンプ１４、１５が２台とも起動しなかった場合、給水ポンプ系１０の運転状態を監視している給水ポンプ監視部１６は、給水ポンプ容量不足信号ｄを再循環ポンプ制御部１７及び制御棒挿入指令部１９へ出力する。給水ポンプ容量不足信号ｄを受信した再循環ポンプ制御部１７は、再循環ポンプ４をランバックさせ、炉出力を低下させる。

また、給水ポンプ容量不足信号ｄを受信した制御棒挿入指令部１９は、多段階制御棒グループＡに設定されている複数の制御棒３を、給水ポンプ容量不足信号が成立すると同時に炉心に挿入し出力が低下する。さらに、多段階制御棒グループＢが設定されている複数の制御棒３は多段階制御棒グループＡが設定された制御棒３が挿入された後、時間差を持って挿入され出力が低下する。そして、多段階制御棒グループＣが設定されている複数の制御棒３は、多段階制御棒グループＢが設定された制御棒３が挿入された後、時間差を持って挿入され出力が低下する。

ランバック及び多段階制御棒挿入時の運転点の軌跡を表した制御特性図を図８に示す。図８（ａ）は、第１実施形態を実施した際の炉水位と炉出力と給水流量と主蒸気流量の挙動を示している。

ランバックによる炉心流量の低下で初期運転点は低炉心流量側に移動を始める一方、炉心流量の低下により炉出力も低下する為、運転点は低出力側へ移動する。また、ランバックによる炉心流量と炉出力低下に相俟って、制御棒３が段階的に挿入される為、段階的な炉出力低下が加わり図８に示す軌跡で運転点が移動する。多段階制御棒グループ時間差設定算出部１８により、最終的な出力が給水ポンプ系１０の１台の最大給水流量に相当する出力未満に整定されるよう、制御棒３の挿入数である多段階制御棒グループＡ〜Ｃが設定されるため、図８中のランバック及び多段階制御棒挿入後の運転点にて整定する。

ところで、制御棒３が挿入されると炉出力が低下する為、炉心で生成されるボイドの割合が低下し、炉水位が低下する性質がある。多段階制御棒グループ時間差設定算出部１８で設定される多段階制御棒グループ及び多段階挿入時間差は、急激な炉出力低下で炉水位が急低下し炉水位低による原子炉緊急停止に至らないようシミュレーションされて算出される。そして、予め原子炉解析モデルにてシミュレーションされた時間差をもって制御棒３を複数本ずつ多段階で挿入し、１台の給水ポンプ系１０の最大給水流量に相当する出力未満にまで炉出力を低下させるため、炉出力を低下させるのに必要な制御棒３を一斉に挿入する従来の手法に比べて、炉出力は緩やかに低下する。急激な炉出力低下は炉水位も急激に低下させることを留意し提案された第１実施形態による方法であれば、炉水位の低下は緩やかになるとともに、給水流量の制御性も良くなるため、その点からも炉水位低下は抑制される。よって、炉水位は炉水位低設定到達による原子炉緊急停止に至ることなく運転継続される。

これに対し、従来手法のように制御棒３を一斉に挿入した場合の炉水位と炉出力と給水流量と主蒸気流量の挙動を図８（ｂ）に示している。図８（ｂ）に示すように制御棒３を炉心５に一斉挿入させると、図８（ａ）に示すように複数本ずつの制御棒３を段階的に炉心５に挿入させた場合に比べて、水位変動が大きいことがわかる。

図８（ｂ）では、炉水位低による原子炉緊急停止を解除した場合の挙動を示しているが、原子炉緊急停止を動作させる炉水位低に至る可能性が高いことがわかる。

第１実施形態によると、原子炉の給水ポンプがトリップし且つ予備給水ポンプが起動失敗した場合に、炉水位低による原子炉緊急停止を回避することが可能となる。

次に、本発明の第２実施形態を図９及び図１０に基づいて説明する。

図９に示すように、第２実施形態の原子炉出力制御装置１Ａは、制御棒３の挿入グループ数を判定する制御棒挿入グループ数判定部４８を有する点が第１実施形態に示された原子炉出力制御装置１と異なり、他の構成及び作用は第１実施形態に示された原子炉出力制御装置１と同様なので、同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。

制御棒挿入グループ数判定部４８は、予備給水ポンプ１４、１５のうちの１台が起動した場合において必要となる制御棒挿入による炉出力低下量に対し、最低限必要な制御棒挿入グループ数を算出する。そして、制御棒挿入司令部１６にワイプアウト信号ｌを出力して、不要な制御棒グループには制御棒挿入指令をワイプアウトするロジックをランバックインターロックに追加する。

制御棒３一本毎に制御棒個別挿入指令部４０を有し、各制御棒個別挿入指令部４０はＡＮＤ回路４１、４２、４３、タイマ４４、４５、ＯＲ回路４６、ワイプアウト処理部４７を有している。

ＡＮＤ回路４１は給水ポンプ容量不足信号ｄ及び多段階制御棒グループＡ信号ｈｆを入力し、これらの信号が共に論理「１」の時に論理「１」を出力する。この論理「１」はＯＲ回路４６に入力される。

ＡＮＤ回路４２は給水ポンプ容量不足信号ｄ及び多段階制御棒グループＢ信号ｉｆを入力し、これらの信号が共に論理「１」の時に論理「１」を出力する。この論理「１」はＯＲ回路４６に入力される。但し、タイマ４４の働きにより多段階制御棒グループＡの時間差情報ｈｇの時間遅れの後においてもＡＮＤ回路４２が論理「１」を出力している場合に、この時間遅れの後、論理「１」がＯＲ回路４６に伝えられる。

ＡＮＤ回路４３は給水ポンプ容量不足信号ｄ及び多段階制御棒グループＣ信号ｊｆを入力し、これらの信号が共に論理「１」の時に論理「１」を出力する。この論理「１」はＯＲ回路４６に入力される。但し、タイマ４５の働きにより多段階制御棒グループＢの時間差情報ｉｇの時間遅れの後においてもＡＮＤ回路４３が論理「１」を出力している場合に、この時間遅れの後、論理「１」がＯＲ回路４６に伝えられる。また、ワイプアウト処理部（Ｗ．Ｏ．）４７の働きにより、ワイプアウト処理部４７の入力信号であるワイプアウト信号ｌが論理「１」の時には、ワイプアウト処理部（Ｗ．Ｏ．）は強制的に論理「０」を出力する。ワイプアウト処理部７７の入力信号である１台のワイプアウト信号ｌの時には、ワイプアウト処理部４７は、入力信号と同じ論理を出力する。

ＯＲ回路４６はＡＮＤ回路４１が論理「１」を出力した時、もしくはＡＮＤ回路４２が論理「１」を出力した時、もしくはＡＮＤ回路４３が論理「１」を出力した時に論理「１」を出力し制御棒３を挿入させる。

通常運転給水ポンプ１２（または１３）がトリップし予備給水ポンプ１４、１５が１台のみ起動した場合、各給水ポンプの運転状態を監視している給水ポンプ監視部１６は、給水ポンプ容量不足信号ｄを再循環ポンプ制御部１７及び制御棒挿入グループ数判定部４８へ出力する。また給水ポンプ監視部１６は給水ポンプ１台起動信号ｋを制御棒挿入グループ数判定部４８へ出力する。

給水ポンプ容量不足信号が成立すると再循環ポンプ制御部１７は再循環ポンプ４をランバックさせるため、炉出力は低下を始める。

また、制御棒挿入指令部１９は給水ポンプ容量不足信号ｄを受信すると、多段階制御棒グループＡに設定されている複数の制御棒３が炉心に挿入され出力が低下する。また、多段階制御棒グループＢが設定されている複数の制御棒３は多段階制御棒グループＡに設定された制御棒５が挿入された後、時間差を持って挿入され出力が低下する。但し、給水ポンプ１台起動信号が成立している為、多段階制御棒グループＣが設定されている多段階制御棒グループの制御棒３は挿入されない。

第２実施形態の場合、予備給水ポンプが１台起動していることから１台の通常運転給水ポンプ１２（または１３）と１台の予備給水ポンプ１４（または１５）での給水可能最大流量に相当する炉出力も高くなる。したがって、給水容量不足を解消するのに必用な炉出力低下量は、予備給水ポンプ１４、１５が２台とも起動しなかった場合に比べ少なくて済むため、不要な制御棒３の挿入を行なわないよう、挿入する多段階制御棒グループを途中で減らしている。

第２実施形態では、３つの多段階制御棒グループを設定できる構成の場合で、１台の予備給水ポンプ１４（または１５）起動時には、多段階棒制御棒挿入グループＡ及びＢのみを挿入する場合を示すが、設定される多段階制御棒グループ数は３つでない場合もあり、また、多段階棒制御棒挿入グループＡ及びＢのみでない場合もある。

第２実施形態によると、通常運転給水ポンプ１２（または１３）がトリップし且つ予備給水ポンプ１４、１５のうちの１台が起動した場合において、起動した予備給水ポンプ１４（または１５）の台数に応じ時間差で挿入する多段階制御棒グループ数を可変とすることで、不要な制御棒３の挿入による出力低下を回避しつつ炉水位低による原子炉緊急停止を回避することができる。

次に、本発明の第３実施形態を図１１及び図１２に基づいて説明する。図１１に第３実施形態の原子炉出力制御装置１Ｂの構成を示す。原子炉出力制御装置１Ｂは、第１実施形態に示された制御棒挿入司令部１９の代わりに制御棒位置手動制御装置５２を有し、第１実施形態に示された多段階制御棒グループ時間差設定算出部１８の代わりにタービン駆動給水ポンプ異常監視部５１を有する点が、第１実施形態に示された原子炉出力制御装置１と異なる。他の構成及び作用は第１実施形態に示された原子炉出力制御装置１と同様なので、同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。

制御棒位置手動制御装置５２は、挿入スイッチと引抜きスイッチを備え、挿入スイッチを押すと制御棒３は微小距離である１ステップ挿入され、引抜きスイッチを押すと制御棒３は１ステップ引抜くよう制御棒３の位置を制御する。

タービン駆動給水ポンプ異常監視部５１は、タービン駆動給水ポンプの異常監視手段を備え、タービン駆動給水ポンプの運転継続に支障をきたす恐れのあるパラメータを監視し、パラメータ値が予め設定した警報設定値に到達した場合は警報を発し、さらにパラメータが変動し予め設定したトリップ設定値に到達した場合には通常運転給水ポンプ１２（または１３）をトリップさせる。

監視するパラメータとしては、給水ポンプ軸受部の給油圧力や給水タービン排気室圧力等があるが、この他にも蒸気タービン７の運転継続不能をまねくパラメータの変動を監視する場合もある。

一般的な沸騰水型原子炉は、上述の給水ポンプ監視部１６や再循環ポンプ制御部１７、制御棒位置手動制御装置５２、タービン駆動給水ポンプ異常監視部５１を既に備えている。

給水ポンプトリップの前兆の一つである給水ポンプ軸受部給油圧が低下を始め、予め設定された警報設定値に到達すると、タービン駆動給水ポンプ異常監視部５１は警報を発する。運転員は警報が発報されたことを確認すると、給水ポンプがトリップする可能性のあることを検知し、制御棒位置手動制御装置５２により手動制御で制御棒３を挿入し、炉出力を増出力前の定格出力まで低下させる。

この時の制御特性図上の運転点の軌跡を図１２に示す。図１２において、警報発報後の制御棒３の手動制御挿入により、初期運転点から運転点ａに移動する。その後、給水ポンプ軸受部給油圧がさらに低下し、給水ポンプトリップ設定値まで到達すると通常運転給水ポンプ１２（または１３）はトリップする。通常運転給水ポンプ１２（または１３）がトリップし、予備給水ポンプ１４、１５が起動しなかった場合、再循環ポンプ制御部１７は再循環ポンプ４をランバックさせるが、炉出力が増出力前の定格出力からランバックするので出力は十分低下し、１台の給水ポンプ系１０の最大給水流量に相当する出力未満まで低下するので給水流量が不足することがなく、炉水位低による原子炉緊急停止を回避することができる。なお、図１２の制御特性図上は、運転点ａから運転点ｂに移動する。

以上のように、原子炉において、一般的な沸騰水型原子力発電所が備える装置に、新たな設備導入や改造を行なうことなく、通常運転給水ポンプ１２（または１３）がトリップし且つ予備給水ポンプ１４、１５の起動に失敗した場合においても、炉水位低による原子炉緊急停止を回避することができる。

本発明の原子炉出力制御装置に係る第１実施形態の構成図。 炉心流量と制御棒挿入による炉出力の制御特性図。 原子炉におけるランバック後の運転点の軌跡を示す図。 制御特性図における炉心安定性制限領域を示す図。 炉出力によるランバック後炉出力の違いを示す制御特性図。 第１実施形態に示された原子炉出力制御におけるインターロックを示す図。 第１実施形態に示された原子炉出力制御における制御特性図上の軌跡を示す図。 （ａ）は従来手法に係わる原子炉の挙動を示す図、（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る原子炉の挙動を示す図。 本発明に係る原子炉出力制御装置の第２実施形態の構成図。 第２実施形態に示された原子炉出力制御におけるインターロックを示す図。 本発明に係る原子炉出力制御装置の第３実施形態の構成図。 第３実施形態に示された原子炉出力制御における制御特性図上の軌跡を示す図。

符号の説明

１ 原子炉出力制御装置
２ 制御棒駆動装置
３ 制御棒
４ 再循環ポンプ
５ 炉心
６ 蒸気加減弁
７ 蒸気タービン
８ 発電機
９ 復水器
１０ 給水ポンプ
１１ 原子炉圧力容器
１２、１３ 通常運転給水ポンプ
１４、１５ 予備給水ポンプ
１６ 給水ポンプ監視部
１７ 再循環ポンプ制御部
１８ 多段階制御棒グループ時間差設定算出部
１９ 制御棒挿入司令部
２１ａ、２１ｂ 上昇曲線
２２ａ、２２ｂ 傾斜曲線
３０ 制御棒個別挿入指令部
３１、３２、３３、４１、４２、４３ ＡＮＤ回路
３４、３５、４４、４５ タイマ
３６、４６ ＯＲ回路
４０ 制御棒個別挿入指令部
４７ ワイプアウト処理部
４８ 制御棒挿入グループ数判定部
５１ タービン駆動給水ポンプ異常監視部
５２ 制御棒位置手動制御装置

Claims (9)

1. 原子炉の炉心に冷却材を供給する再循環ポンプと、
   炉心に挿入され原子炉の出力を制御する複数の制御棒を炉心に出入れ駆動する制御棒駆動装置と、
   前記原子炉に給水する給水ポンプと、
   給水流量を監視する給水ポンプ監視部と、
   この給水ポンプ監視部から出力された給水ポンプ容量不足信号を受信して前記再循環ポンプの流量を低下させる再循環ポンプ制御装置と、
   前記給水ポンプ容量不足信号を受信して前記制御棒を炉心に時間差をつけて挿入する制御棒挿入司令部と、
   を有することを特徴とする原子炉出力制御装置。
2. 前記給水ポンプは、通常状態で原子炉に給水する通常運転給水ポンプと前記通常運転給水ポンプがトリップした際に原子炉に給水する予備給水ポンプとからなり、前記給水ポンプ監視部は、前記通常運転給水ポンプがトリップしたのに前記予備給水ポンプが起動しなかった場合に給水ポンプ容量不足信号を出力する請求項１記載の原子炉出力制御装置。
3. 前記複数の制御棒を、炉心への挿入時間毎に区別された複数の制御棒グループに分け、前記複数の制御棒グループの各制御棒を炉心に挿入する時間差を算出し、制御棒グループ及び挿入時間差を前記制御棒挿入司令部に出力する多段階制御棒グループ時間差設定算出部を有する請求項１記載の原子炉出力制御装置。
4. 前記給水ポンプ監視部は、前記通常運転給水ポンプのトリップ後の予備給水ポンプの起動台数を監視し、起動台数に応じて挿入する制御棒の数を決定する請求項２記載の原子炉出力制御装置。
5. 前記多段階制御棒グループ時間差設定算出部は、ランバック直前の炉出力とランバックによる出力低下量と制御棒の挿入による出力低下量とを用いて、挿入する制御棒の数と前記制御棒を挿入する時間差とを求める請求項３記載の原子炉出力制御装置。
6. 原子炉の炉心に給水する給水ポンプがトリップした際に、炉心に冷却材を供給する再循環ポンプの流量を低下させるとともに、原子炉の出力を制御する複数の制御棒を炉心に時間差をつけて挿入することにより原子炉の出力を低下させることを特徴とする原子炉出力制御方法。
7. 給水ポンプを、通常状態で炉心に給水する通常運転給水ポンプと前記通常運転給水ポンプがトリップした際に炉心に給水する予備給水ポンプとから構成し、通常運転給水ポンプがトリップしたのにも関わらず予備給水ポンプが動作しなかった際に、再循環ポンプ流量を低下させるとともに複数の制御棒を炉心に順に時間差をつけて挿入することにより原子炉の出力を低下させる請求項６記載の原子炉出力制御方法。
8. ランバック直前の炉出力とランバックによる出力低下量と制御棒の挿入による出力低下量とを用いて、複数の制御棒を炉心への挿入時間毎に区別された複数の制御棒グループに分け前記制御棒グループの挿入タイミングの時間差を設定する請求項７記載の原子炉出力制御方法。
9. トリップの要因となる給水ポンプ給油圧力等のパラメータが予め設定した設定値を超えた場合に警報を発して運転員に制御棒の挿入を促し、運転員は、手動制御による制御棒の炉心への挿入及び引抜を行う請求項６〜８のいずれか記載の原子炉出力制御方法。

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