JP2007232541A - 原子炉出力制御装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】選択制御棒の炉心への挿入の際、その挿入をタイミングよく段階的に行い、炉心に対し、急激な反応度の変化を与えず、不要な原子炉自動停止運転を回避する原子炉出力制御装置を提供する。
【解決手段】運転中、原子炉再循環ポンプ２Ａ，２Ｂに事故が発生したとき、原子炉再循環ポンプを駆動する再循環ポンプモータ３Ａ，３Ｂに与えられる電気量の変化に基づいて制御棒駆動機構３１に与える第１段選択制御棒挿入信号２５を演算する一方、冷却材流量の変化および炉心熱出力変化に基づいて危険運転領域に入っているかを判別する選択制御棒挿入領域判定回路１０を備え、危険運転領域に入っていることが判定されたとき、選択制御棒挿入領域判定回路からの出力と原子炉圧力容器の炉水の水位変化とに基づいて制御棒駆動機に第１段選択制御棒挿入信号に時間遅れを伴って第２段選択制御棒挿入信号３０を演算して与える選択制御棒挿入信号発生回路１５を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、原子炉出力制御装置およびその方法に係り、特にポンプトリップ時、炉心への選択制御棒の自動挿入に改良を加え、出力の安定化を図る原子炉出力制御装置およびその方法に関する。

一般に、沸騰水型原子力発電プラントは、運転出力の制御を、制御棒の位置または原子炉の炉心に流れる冷却材の流量を調節することによって行っている。

また、原子炉の炉心に供給される冷却材の流量制御は、原子炉の外部ループに設けられた再循環ポンプの回転数を可変にすることによって行われている。

このように、制御棒の位置および冷却材流量の相関から、図４に示す原子炉出力炉心流量特性が得られている。

図４は、縦軸に原子炉出力を採り、横軸に炉心流量を採る原子炉出力炉心流量特性線図である。

この原子炉出力−炉心流量特性線図において、炉心に冷却材（給水）を供給する原子炉再循環ポンプの回転数を一定にし、制御棒を炉心から引き抜いていくと、原子炉出力は、運転曲線ＯＣ１に沿って変化する。

また、制御棒の位置を一定にし、再循環ポンプの回転数を増加させ、炉心流量を増加させると、原子炉出力は、運転曲線ＯＣ_２に沿って増加する。

したがって、図４から、沸騰水型原子炉の運転状態は、炉心流量と原子炉出力との２つのパラメータに依拠していることがわかる。

尤、沸騰水型原子炉は、図４に示す運転曲線ＯＣ_１，ＯＣ_２上であれば、どの位置でも良好な運転が可能という訳ではなく、種々制限があり、その１つに炉心安定性がある。

炉心安定性は、原子炉出力の指標である中性子束の振動的な動きの収束性を示すものである。例えば、何らかの外乱によって中性子束が変化しても、１以下の減衰係数によって収束すれば、原子炉として支障はなく、特に減衰係数が小さければ小さいほど炉心安定性がよいとされている。

なお、減衰係数が１を超えると、原理的には中性子束のピーク値は、振動性を示しながら次第に大きくなる。

この炉心安定性は、定性的には原子炉高出力、低炉心流量の領域で悪くなる傾向にあり、図４上では、危険領域ＡＲで炉心安定性が良くない。このため、仮に、当初、図４の運転曲線ＯＣ_２上の運転位置ＯＰ_１で運転している場合、原子炉再循環ポンプのうち、１台がトリップすると、炉心流量は著しく減少して運転位置ＯＰ_２に移動し、安定性の良くない危険領域ＡＲに突入する虞がある。

このような場合、そのまま放置すると、中性子束信号は、振動性を示しながらピーク値が上昇し、沸騰水型原子炉に備えている保護装置の中性子束高原子炉自動停止機能の設定値に達し、原子炉は自動停止される。

しかし、このとき、運転操作によって一部の制御棒のみを炉心に挿入すれば、運転曲線ＯＣ_１に沿って運転位置ＯＰ_３にシフトし、原子炉出力は低下するものの、炉心安定性は良好になり、原子炉の自動停止は回避される。

このような事象から、例えば、原子炉再循環ポンプが何らかの事情でトリップすると、運転員は、炉心への制御棒挿入を手動操作で行っていた。

しかし、制御棒挿入の手動操作には、時間的制約を受けるため、運転操作員の労苦を伴う。操作が不十分な場合、原子炉は自動停止し、稼働率が低下する等の支障が出る。

このような支障の回避策には、予め決められている選択制御棒を一斉に自動挿入する手法がある。

図５〜図７は、この手法を用いたときの原子力発電プラントの応答線図である。

原子力発電プラントの運転中、例えば、原子炉再循環ポンプが何らかの事情でトリップすると、図５に示すように、原子炉出力Ｐおよび炉心流量ＳＱは減少していく。

原子炉出力Ｐおよび炉心流量ＳＱが予め定められた値まで低下すると、原子力発電プラントは、選択制御棒挿入運転を開始する。

選択制御棒挿入運転が行われると、図６に示すように、炉心に対し、急激な反応度の変化を与え、この反応度変化に伴ってボイドが発生し、また、主蒸気ＭＳの減少と相俟って給水流量ＦＷが波打つように大きく変動しながら減少する。

給水流量ＦＷが大きく変動しなが減少する間に、原子炉水位ＷＬは、図７に示すように、予め設定されている低水位値（原子炉低スクラム設定値）ＬＷＬおよび高水位値（原子炉高スクラム設定値）ＨＷＬのいずれかに達し、時としてこれらの値ＬＷＬ，ＨＷＬを超えて危険域に入り、保護装置（図示せず）が作動し、原子炉自体を自動停止させることがあった。

このような事象に対し、さらに改良を加えた技術として、例えば、特許文献１が開示されている。

この技術は、選択制御棒の自動挿入を段階的に行い、炉心に急激な反応度の変化を与えず、不要な原子炉自体の自動停止を防止したものである。
特開平５−２４９２７１号公報

特許文献１に開示された技術は、炉心に急激な反応度変化を与えず、選択制御棒の炉心への挿入を段階的に行うので、炉心安定性に寄与するものの、それでも幾つかの問題があり、その一つに段階的制御棒の炉心挿入時期の判断がある。

すなわち、早期に制御棒を炉心に挿入すると、原子炉水位の低下量が大きくなって、原子炉の保護装置が作動し、エネルギの無駄な浪費につながる。逆に、制御棒の炉心への挿入時期が遅れると、炉心安定性が確保、維持等ができない不安がある。

本発明は、このような点に対処してなされたもので、運転中、原子炉再循環ポンプに事故が発生し、このとき選択制御棒を炉心に挿入するにあたり、この挿入のタイミング段階的かつ効果的に行い、炉心に対し、急激な反応度の変化を与えず、不要な原子炉自動停止運転を回避する原子炉出力制御装置およびその方法を提供することを目的とする。

本発明に係る原子炉出力制御装置は、上述の目的を達成するために、原子炉再循環ポンプから原子炉圧力容器に供給される冷却材流量の変化および炉心熱出力変化に基づいて危険運転領域に入っているかを判別する選択制御棒挿入領域判定回路と、前記原子炉再循環ポンプを駆動する再循環ポンプモータに与えられる電気量の変化に基づいて第１段選択制御棒挿入信号を演算して制御棒駆動機構に与える一方、前記選択制御棒挿入領域判定回路からの出力と前記原子炉圧力容器の炉水の水位変化とに基づいて前記制御棒駆動機に前記第１段選択制御棒挿入信号に時間遅れを伴って第２段選択制御棒挿入信号を演算して与える選択制御棒挿入信号発生回路とを備えたものである。

また、本発明に係る原子炉出力制御装置は、上述の目的を達成するために、原子炉再循環ポンプから原子炉圧力容器に供給される冷却材流量の変化および炉心熱出力変化に基づいて危険運転領域に入っているかを判別する選択制御棒挿入領域判定回路と、前記原子炉再循環ポンプから原子炉圧力容器に供給される冷却材流量の変化に基づいて第１段選択制御棒挿入信号を演算して制御棒駆動機構に与える一方、前記選択制御棒挿入領域判定回路からの出力と前記原子炉圧力容器の炉水の水位変化とに基づいて前記制御棒駆動機に前記第１段選択制御棒挿入信号に時間遅れを伴って第２段選択制御棒挿入信号を演算して与える選択制御棒挿入信号発生回路とを備えたものである。

また、本発明に係る原子炉出力制御方法は、上述の目的を達成するために、原子炉再循環ポンプから原子炉圧力容器に供給される冷却材流量の変化および炉心熱出力変化に基づいて危険運転領域に入っているかを判別し、前記原子炉再循環ポンプを駆動する再循環ポンプモータに与えられる電気量の変化に基づいて第１段選択制御棒挿入信号を演算して制御棒駆動機構に与え、前記選択制御棒挿入領域判定回路からの出力と前記原子炉圧力容器の炉水の水位変化とに基づいて前記制御棒駆動機に前記第１段選択制御棒挿入信号に時間遅れを伴って第２段選択制御棒挿入信号を演算して与えるものである。

また、本発明に係る原子炉出力制御方法は、上述の目的を達成するために、原子炉再循環ポンプから原子炉圧力容器に供給される冷却材流量の変化および炉心熱出力変化に基づいて危険運転領域に入っているかを判別し、前記原子炉再循環ポンプから原子炉圧力容器に供給される冷却材流量の変化に基づいて第１段選択制御棒挿入信号を演算して制御棒駆動機構に与え、前記選択制御棒挿入領域判定回路からの出力と前記原子炉圧力容器の炉水の水位変化とに基づいて前記制御棒駆動機に前記第１段選択制御棒挿入信号に時間遅れを伴って第２段選択制御棒挿入信号を演算して与えるものである。

本発明に係る原子炉出力制御装置およびその方法は、原子炉圧力容器の炉水の水位変動を低くさせて原子炉に効率のよい、安定運転を行わせることができる。

以下、本発明に係る原子炉出力制御装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。

図１は、本発明に係る原子炉出力制御装置の第１実施形態を示す概略制御系統図である。

なお、本発明に係る原子炉出力制御装置は、選択制御棒の炉心への自動挿入を、２段階に分けて挿入することを例示として説明する。

例えば、発電用に適用する原子炉圧力容器１は、蒸気加減弁１９、発電機２０を備える蒸気タービン２１、復水器２２、給水ポンプ２３を順次直列に接続し、原子炉圧力容器１内で発生した蒸気を蒸気加減弁１９で流量制御した後、蒸気タービン２１で膨張仕事をさせて発電機２０を駆動し、膨張仕事後のタービン排気を復水器２２で凝縮して復水、給水にし、この復水、給水を給水ポンプ２３で圧送して原子炉圧力容器１に戻すランキンサイクルを構成している。

また、原子炉圧力容器１は、例えば、原子炉再循環系列をＡ系列，Ｂ系列の２系列に区分けし、各系列のそれぞれに原子炉再循環ポンプ２Ａ，２Ｂを備えるとともに、Ａ系列の原子炉再循環ポンプ２ＡおよびＢ系列の原子炉再循環ポンプ２ＢのそれぞれをＡ系列の再循環ポンプモータ３Ａと、Ｂ系列の再循環ポンプモータ３Ｂとのそれぞれで駆動させるようにしている。

また、Ａ系列の再循環ポンプモータ３ＡおよびＢ系列の再循環ポンプモータ３Ｂのそれぞれは、Ａ系列の可変周波数電源装置４ＡとＢ系列の可変周波数電源装置４Ｂとのそれぞれからの三相交流によって駆動され、その電源ラインに、再循環ポンプ停止検出手段としてのＡ系列の再循環ポンプモータ電圧検出装置５ＡとＢ系列の再循環ポンプモータ電圧検出装置５Ｂとのそれぞれを備えている。

そして、Ａ系列の再循環ポンプモータ電圧検出装置５ＡとＢ系列の再循環ポンプモータ電圧検出装置５Ｂとのそれぞれからの電圧信号は、Ａ系列の再循環ポンプ停止検出装置６ＡとＢ系列の再循環ポンプ停止検出装置６Ｂとのそれぞれに入力させる構成にしている。

すなわち、各系列の原子炉再循環ポンプ２Ａ，２Ｂのそれぞれの停止を検出するのに、各系列の再循環ポンプモータ３Ａ，３Ｂの電圧不足を検出する手法が採られ、各系列の再循環ポンプモータ電圧検出装置５Ａ，５Ｂのそれぞれからの電圧信号が予め定められた設定電圧以下になったとき、各系列の原子炉再循環ポンプ２Ａ，２Ｂのそれぞれが停止したと判断し、各系列の再循環ポンプ停止検出装置６Ａ，６Ｂのそれぞれから、各系列の再循環ポンプ停止信号７Ａ，７Ｂのそれぞれとして選択制御棒挿入信号発生回路１５に入力される。

さらに、各系列の原子炉再循環ポンプ２Ａ，２Ｂのそれぞれの吐出側ラインには、Ａ系列の再循環駆動水流量検出器８ＡとＢ系列の再循環駆動水流量検出器８Ｂが設けられ、各系列再循環駆動水流量検出器８Ａ，８Ｂのそれぞれの検出信号であるＡ系列の再循環駆動水流量信号９ＡとＢ系列の再循環駆動水流量信号９Ｂのそれぞれが選択制御棒挿入領域判定回路１０に入力される。選択制御棒挿入領域判定回路１０は、各系列の再循環駆動水流量信号９Ａ，９Ｂの論理和を演算し、再循環駆動水流量を求めている。

一方、原子炉圧力容器１内には、中性子検出器１１が設置されており、その検出信号は炉心熱出力測定装置１２に入力され、この炉心熱出力測定装置１２における演算信号が炉心熱出力信号１３として選択制御棒挿入領域判定回路１０に入力される。

選択制御棒挿入領域判定回路１０から出力される選択制御棒挿入領域判定信号１４と、上記各系列の再循環ポンプ停止検出装置６Ａ，６Ｂからの再循環ポンプ停止信号７Ａ，７Ｂとは、ともに選択制御棒装置信号発生回路１５に入力される。

選択制御棒挿入信号発生回路１５から出力される選択制御棒挿入信号１６Ａ，１６Ｂは、原子炉圧力容器１に設けた制御棒駆動機構３１に対し、それぞれ第１段制御棒、第２段制御棒の制御棒挿入指令を出力する。

また、原子炉水位検出器１７から出力される原子炉水位信号１８は、選択制御棒挿入信号発生回路１５に入力され、選択制御棒挿入判定の補助信号に用いられる。

図２は、図１に示した選択制御棒挿入信号発生回路１５の回路構成を示す制御ブロック図である。

図１で示した原子炉再循環ポンプ停止検出手段であるＡ系列，Ｂ系列それぞれの再循環ポンプ停止検出装置６Ａ，６Ｂから出力された再循環ポンプ停止信号７Ａ，７Ｂと、選択制御棒挿入領域判定回路１０から出力された選択制御棒挿入領域判定信号１４とが選択制御棒挿入信号発生回路１５に入力される。

このとき、選択制御棒挿入信号発生回路１５は、上述Ａ系列の再循環ポンプ停止信号７ＡまたはＢ系列の再循環ポンプ停止信号７Ｂを入力して再循環ポンプ停止信号を出力するＯＲ回路２４と、このＯＲ回路２４からの出力信号と上述選択制御棒挿入領域判定信号１４とが揃ったことを条件に、第１段選択制御棒挿入信号２５を出力する第１ＡＮＤ回路２６を備えている。

また、第１ＡＮＤ回路２６を出力した第１段選択制御棒挿入信号２５のうち、一部の第１段選択制御棒挿入信号２５は、時間遅れ回路２７を介して第２ＡＮＤ回路２８に入力される。

第２ＡＮＤ回路２８は、原子炉水位信号１８としての実水位Ｌが予め定められた水位設定値Ｌ_０を超えとき、ＯＮする比較器２９からの出力信号が揃ったことを条件に、第２段選択制御棒挿入信号３０を出力する構成になっている。

なお、選択制御棒挿入領域判定回路１０は、再循環駆動水流量信号９Ａ，９Ｂの和である再循環駆動水流量信号と炉心熱出力信号１３とに基づいて運転位置を判定する構成になっており、図３に示すように、再循環駆動水流量がＷ_０以下で、原子炉出力がＰ_０以上とする条件が成立し、運転位置が危険領域ＡＲ内の選択制御棒挿入領域にあると判定したときに、選択制御棒挿入領域判定信号１４を出力する。

次に、本実施形態に係る構成に基づく作用を説明する。

今、例えば、２台の原子炉再循環ポンプ２Ａ，２Ｂが運転されていて原子炉圧力容器１における冷却材が炉心に対して十分に確保され、制御棒が炉心から引き抜かれているとき、原子炉は正常の出力で運転されている。

このとき、再循環ポンプ停止検出装置６Ａ，６Ｂからは、再循環ポンプ停止信号７Ａ，７Ｂは出力されていない。また、再循環駆動水流量信号９Ａ，９Ｂは、いずれも十分に炉水流量が確保されているので、二つの流量信号が加算された再循環駆動水流量信号も大きくなっている。

この状態における原子炉圧力容器１の運転の安定性が良好であり、運転位置は図３に示す危険領域ＡＲ以外の位置であり、選択制御棒挿入領域判定信号１４は出力されない。

このときの原子炉圧力容器１は、図４に示す運転曲線ＯＣ_２上の、例えば運転位置ＯＰ_２で運転されている。

ここで、Ａ系列，Ｂ系列、合計２台の原子炉再循環ポンプ２Ａ，２Ｂのうち、例えばＡ系列の原子炉再循環ポンプ２ＡがＡ系列の可変周波数電源装置４Ａの故障によって停止した場合を仮定する。

Ａ系列の可変周波数電源装置４Ａの故障によって再循環ポンプモータ３Ａへの電圧が降下、あるいは喪失すると、原子炉再循環ポンプ２Ａは、速度の低下、あるいは停止し、Ａ系列における再循環駆動水流量が減少する。

Ａ系列の再循環ポンプモータ３Ａに供給される電圧が降下、あるいは喪失すると、再循環ポンプモータ電圧検出装置５Ａは、検出した信号を再循環ポンプ停止検出装置６Ａに送られる。この電圧信号が予め定められた設定電圧以下になると、Ａ系列の再循環ポンプ停止検出装置６Ａは、原子炉再循環ポンプ２Ａが停止したと判断し、再循環ポンプ停止信号７Ａを選択制御棒挿入信号発生回路１５に出力する。

また、原子炉圧力容器１内では、Ａ系列の原子炉再循環ポンプ２Ａの停止に伴う再循環駆動水流量の低下により、冷却材の再循環流量が減少するので原子炉出力が低下する。このため、原子炉圧力容器１は、図４に示すように、運転曲線ＯＣ_１の運転位置ＯＰ_２に移行し、炉心安定性を悪くする。

Ａ系列の再循環起動水流量の低下は、再循環駆動水流量検出器８Ａで検出し、再循環駆動水流量信号９Ａとして選択制御棒挿入領域判定回路１０に出力され、ここで、正常流量のＢ系列の再循環駆動水流量信号９Ｂに加算される。

この場合、再循環駆動水流量信号は、Ｂ系列の原子炉再循環ポンプ２Ｂからの再循環駆動水流量信号９Ｂが大部分であるから、正常運転時に較べて少なくなっている。

また、原子炉再循環ポンプ２Ａの故障に伴って低下した原子炉出力は、中性子検出器１１で検出され、炉心熱出力測定装置１２から炉心熱出力信号１３として選択制御棒挿入領域判定回路１０に出力される。

選択制御棒挿入領域判定回路１０では、再循環駆動水流量信号と低下した炉心熱出力信号１３から、運転位置が図３に示す危険領域ＡＲに入ったと判定し、その危険信号である選択制御棒挿入領域判定信号１４を選択制御棒挿入信号発生回路１５に出力する。

選択制御棒装置信号発生回路１５では、図２に示すように、先に入力したＡ系列の再循環ポンプ停止信号７ＡがＯＲ回路２４を経て第１ＡＮＤ回路２６に入力され、さらに選択制御棒挿入領域判定信号１４が第１ＡＮＤ回路２６に入力されていることから、論理積が演算され、第１段選択制御棒挿入信号２５（選択制御棒挿入信号１６Ａ）を演算する。

また、第１段選択制御棒挿入信号２５のうち、一部の第１段選択制御棒挿入信号２５は、予め定められた時間ｔ_１経過後に作動する時間遅れ回路２７を経て第２ＡＮＤ回路２８に入力される。その一方、原子炉水位信号１８が選択制御棒挿入信号発生回路１５に入力され、比較器２９で原子炉水位信号１８としての実水位Ｌが設定水位Ｌ_０と比較される。比較器２９で、実水位Ｌが設定水位Ｌ_０を超え、かつｔ_１時間経過後、時間遅れ回路２７からの第１段選択制御棒挿入信号が入力されて揃ったことを条件に、第２ＡＮＤ回路２８は第２段選択制御棒挿入信号３０（選択制御棒挿入信号１６Ｂ）を演算する。

このように、本実施形態は、Ａ系列およびＢ系列の原子炉再循環ポンプ２Ａ，２Ｂのうち、例えば、Ａ系列の原子炉再循環ポンプ２Ａがトリップしたとき、炉心に対し、選択制御棒を時間遅れを伴う２段階に分けて緊急挿入するので、図４に示すように、炉心安定性の悪い危険領域ＡＲの運転位置ＯＰ_２より運転曲線ＯＣ_１に沿って炉心安定性のよい運転位置ＯＰに段階的にシフトさせることができる。

したがって、本実施形態によれば、複数系列のうち、例えば１つの系列の原子炉再循環ポンプがトリップしても、危険領域ＡＲから安定領域に段階的にシフトさせる制御手段を備えたので、炉内に発生する急激な負の反応度の増加と、これに伴って発生するボイドの急激な減少および原子炉水位変動、給水系の外乱等を抑制し、原子炉圧力容器１に安定運転を行わせることができる。

なお、運転状態が図４に示す運転位置ＯＰ_２が運転位置ＯＰ_３まで移動すると、炉出力の低下に伴い炉心熱出力信号１３が低下し、図３に示す原子炉出力Ｐ_０を下回ることになる。このため、選択制御棒挿入領域判定回路１０内に組み込まれている図３に示す原子炉出力−再循環駆動水流量線図における危険領域ＡＲ内に運転位置があるとした判定が消滅し、第１段選択制御棒挿入信号２５（選択制御棒挿入信号１６Ａ）、第２段選択制御棒挿入信号３０（選択制御棒挿入信号１６Ｂ）はリセットされる。

通常、正常運転中の原子炉圧力容器において、選択制御棒の挿入による急激な負の反応度の増加は、ボイドの急激な減少を引き起し、原子炉圧力容器水位の変動と給水系の外乱の原因になっている。つまり、原子炉再循環ポンプ２Ａ，２Ｂのトリップ時、炉水流量の減少、ボイドの増加、原子炉圧力容器水位の上昇、給水流量の減少、選択制御棒挿入に伴う反応度低下、ボイドの減少、原子炉圧力容器水位の低下、給水流量の増加等の事象が発生する。

しかし、このような事象は、不安定な運転領域を脱するのに必要な制御棒の全数を一度に挿入するのに較べ、ある時間差を持って何段階かに分けて選択制御棒を炉心シュラウドに挿入することによって大幅に緩和される。

このような手法を採ると、制御棒の全数同時挿入に較べ、最初に挿入する制御棒の本数が少なくなることから、ボイドの急激な減少による原子炉圧力容器水位の低下量は少なくなり、また、残りの制御棒の原子炉圧力容器水位の上昇過程で挿入し、ボイドの減少に伴う原子炉圧力容器水位の上昇を抑制することができる。

なお、本実施形態では、選択制御棒の炉心シュラウドへの挿入を２段階に分けた場合について説明したが、この例に限らず、３段階以上にすることは容易であり、その回路構成として上述選択制御棒挿入信号発生回路１５に組み込む第２段制御棒設定挿入の数を増加すればよい。

また、本実施形態では、原子炉再循環ポンプ２Ａ，２Ｂの停止を検出する場合、再循環ポンプモータ３Ａ，３Ｂに供給される電圧を再循環ポンプモータ電圧検出装置５Ａ，５Ｂで検出しているが、この例に限らず、例えば、電流検出装置、電力検出装置、あるいはこれらを組み合せてもよい。

また、本実施形態では、原子炉再循環ポンプ２Ａ，２Ｂの停止を検出する場合、再循環ポンプモータ３Ａ，３Ｂに供給される電圧を再循環ポンプモータ電圧検出装置５Ａ，５Ｂで検出し、検出された電圧信号が予め定められた設定電圧以下になったとき、各系列の原子炉再循環ポンプ２Ａ，２Ｂのそれぞれが停止したと判断し、各系列の再循環ポンプ停止検出装置６Ａ，６Ｂのそれぞれから各系列の再循環ポンプ停止信号７Ａ，７Ｂのそれぞれとして選択制御棒挿入信号発生回路１５に出力し、ここで演算して選択制御棒挿入信号１６Ａ，１６Ｂ、具体的には時間遅れの伴った第１段選択制御棒挿入信号２５、第２段選択制御棒挿入信号３０を、順次、制御棒起動機構３１に与えているが、この例に限らず、例えば、図８に示すように、制御棒駆動機構３１に時間遅れを伴って第１段選択制御棒挿入信号２５（選択制御棒挿入信号１６Ａ）、第２段選択制御棒挿入信号３０（選択制御棒挿入信号１６Ｂ）を順次与える際、各系列に設けた再循環駆動水流量検出器８Ａ，８Ｂのそれぞれから検出した再循環駆動水流量信号９Ａ，９Ｂを利用し、これら流量信号９Ａ，９Ｂが予め定められた設定流量よりも低いとき、各系列の原子炉再循環ポンプ２Ａ，２Ｂのそれぞれが停止したと判断し、各系列の再循環ポンプ停止検出装置３２Ａ，３２Ｂのそれぞれから各系列の再循環ポンプ停止信号３３Ａ，３３Ｂのそれぞれとして選択制御棒手挿入信号発生回路１５に出力し、ここで図２に示した回路を用いて第１段選択制御棒挿入信号２５、第２段選択制御棒挿入信号３０を、順次、演算させてもよい。

図９は、本発明に係る原子炉出力制御装置のうち、選択制御棒挿入信号発生回路１５の第２実施形態を示す概略制御ブロック図である。

なお、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には、同一符号を付し、重複説明を省略する。

本実施形態に係る選択制御棒挿入信号発生回路１５は、Ａ系列の原子炉再循環ポンプおよびＢ系列の原子炉再循環ポンプのうち、少なくともいずれか一方の停止等があり、第１段選択制御棒挿入信号２５（選択制御棒挿入信号１６Ａ）、第２段選択制御棒挿入信号３０（選択制御棒挿入信号１６Ｂ）を順次、時間遅れを伴って制御棒駆動機構３１に送る制御系統に時間ｔ_１経過後、ＯＮする時間遅れ回路２７と、第１段選択制御棒挿入信号２５によって原子炉水位が著しく低くなり過ぎて、予め定められた設定水位Ｌ_０に回復するまで時間を要するとき、時間ｔ_２（但し、ｔ_２＞ｔ_１）経過後、ＯＮする第２時間遅れ回路３４と、この第２時間遅れ回路３４からの出力と通電させる第２段選択制御棒挿入信号３０として制御棒駆動機構３１に与える第２ＯＲ回路３５とを設けたものである。

すなわち、本実施形態は、図２で示した第１実施形態と同様に、Ａ系列の再循環ポンプ停止検出装置６Ａからの再循環ポンプ停止信号７ＡまたはＢ系列の再循環ポンプ停止検出装置６Ｂからの再循環ポンプ停止信号７Ｂのいずれかの信号と、選択制御棒挿入領域判定回路１０からの選択制御棒挿入領域判定信号１４とが揃ったことを条件に第１段選択制御棒挿入信号２５が第１ＡＮＤ回路２６から制御棒駆動機構３１に与えられる。

また、本実施形態は、第１ＡＮＤ回路２６を通電した第１段選択制御棒挿入信号２５の一部を時間ｔ_１経過後、ＯＮする時間遅れ回路２７に与える。

このとき、比較器２９に与えられた実水位Ｌである原子炉水位信号１８が設定水位Ｌ_０を超えているとき、この原子炉水位信号１８と上述時間遅れ回路２７をＯＮした第１段選択制御棒挿入信号２５とが揃ったことを条件に第２ＡＮＤ回路２８からの第２段選択制御棒挿入信号３０が制御棒起動機構３１に与えられる。

しかし、制御棒駆動機構３１に送られた第１段選択制御棒挿入信号２５によって、原子炉水位が予め定められた設定水位Ｌ_０よりも著しく低下し、設定水位Ｌ_０に回復するまで時間を要する場合、本実施形態では、第２ＡＮＤ回路２８の出力を待つまでもなく、時間ｔ２経過後、ＯＮした第２時間遅れ回路３４からの第２段選択制御棒挿入信号３０を制御棒駆動機構３１に与えている。

本実施形態は、起動運転時、原子炉圧力容器１の炉水から発生するボイドが多い場合、第１段選択制御棒挿入信号２５が制御棒駆動機構３１に与えられると、炉水の水位が著しく低下することに着目したもので、第２ＡＮＤ回路２８の出力を待つまでもなく、第２時間遅れ回路３４からの第２段選択制御棒挿入信号３０を第２ＯＲ回路３５を介して制御棒駆動機構３１に与え、炉水の水位低下をより早く設定水位に回復させたものである。

一般に、原子炉出力が不安定運転領域に入ると、中性子束から振動が発生し、この発生時間も実運転データや実験による解析からも知られている。

本実施形態は、このような情報を基に、第２時間遅れ回路３４、第２ＯＲ回路３５を選択制御棒挿入信号発生回路１５に組み入れるとともに、第２時間遅れ回路３４のＯＮ作動時間を上述の情報に基づいて設定しているので、炉水の水位安定確保とともに、中性子束からの振動の発生を確実に抑制することができる。

図１０は、本発明に係る原子炉出力制御装置のうち、選択制御棒挿入信号発生回路１５の第３実施形態を示す概略制御ブロック図である。

なお、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には、同一符号を付し、重複説明を省略する。

本実施形態に係る選択制御棒挿入信号発生回路１５は、図２に示した制御回路のうち、実水位Ｌとしての原子炉水位信号１８と、設定水位Ｌ_０とを比較する比較器２９に代えて給水ポンプ２３から原子炉圧力容器１に送られる給水ＦＷの給水流量信号と、原子炉圧力容器１から蒸気タービン２１に送られる主蒸気ＭＳの主蒸気流量信号との偏差を演算する偏差演算回路３６と、この偏差演算回路３６からの偏差流量Ｑが予め定められた設定流量Ｑ０を超えているときに出力し、この出力と時間遅れ回路２７からの出力とが揃ったことを条件に第２段選択制御棒挿入信号３０を第２ＡＮＤ回路２８から制御棒駆動機構３１に与える流量比較器３７を設けたものである。

なお、他の制御回路は、図２に示した制御回路と同じである。

このように、本実施形態は、給水ＦＷの流量と主蒸気ＭＳの流量とから偏差を演算する偏差演算回路３６と、偏差流量Ｑが設定流量Ｑ０を超えているとき、第２段選択制御棒挿入信号３０の制御駆動機構３１への出力を許可する流量比較器３７を備え、原子炉圧力容器１の炉水量のインベントリを監視しながら第２段選択制御棒挿入信号３０を制御棒駆動機構３１に出力する構成にしているので、インベントリとして炉水の降下中に許可しないことになり、不必要な原子炉圧力容器１の炉水の低下を抑制することができ、原子炉再循環ポンプ２Ａ，２Ｂに予期せぬトリップが発生しても、より早く原子炉の水位の安定確保を図ることができる。

本発明に係る原子炉出力制御装置の第１実施形態を示す概略制御系統図。 本発明に係る原子炉出力制御装置のうち、選択制御棒挿入信号発生回路の第１実施形態を示す概略制御ブロック図。 原子炉出力と再循環駆動水流量との相関から危険運転領域を示す線図。 原子炉出力と炉心流量との相関から原子炉の安全運転領域を示す原子炉出力−炉心流量特性線図。 原子炉再循環ポンプトリップ後の炉心流量および原子炉出力の変化を示す線図。 原子炉再循環ポンプトリップ後の給水（冷却材）ＦＷおよび主蒸気ＭＳの変化を示す線図。 原子炉再循環ポンプトリップ後の原子炉水位の変化を示す線図。 本発明に係る原子炉出力制御装置の第２実施形態を示す概略制御系統図。 本発明に係る原子炉出力制御装置のうち、選択制御棒挿入信号発生回路の第２実施形態を示す概略制御ブロック図。 本発明に係る原子炉出力制御装置のうち、選択制御棒挿入信号発生回路の第３実施形態を示す概略制御ブロック図。

符号の説明

１ 原子炉圧力容器
２Ａ，２Ｂ 原子炉再循環ポンプ
３Ａ，３Ｂ 再循環ポンプモータ
４Ａ，４Ｂ 可変周波数電源装置
５Ａ，５Ｂ 再循環ポンプモータ電圧検出装置
６Ａ，６Ｂ 再循環ポンプ停止検出装置
７Ａ，７Ｂ 再循環ポンプ停止信号
８Ａ，８Ｂ 再循環駆動水流量検出器
９Ａ，９Ｂ 再循環駆動水流量信号
１０ 選択制御棒挿入領域判定回路
１１ 中性子検出器
１２ 炉心熱出力測定装置
１３ 炉心熱出力信号
１４ 選択制御棒挿入領域判定信号
１５ 選択制御棒挿入信号発生回路
１６Ａ，１６Ｂ 選択制御棒挿入信号
１７ 原子炉水位検出器
１８ 原子炉水位信号
１９ 蒸気加減弁
２０ 発電機
２１ 蒸気タービン
２２ 復水器
２３ 給水ポンプ
２４ ＯＲ回路
２５ 第１段選択制御棒挿入信号
２６ 第１ＡＮＤ回路
２７ 時間遅れ回路
２８ 第２ＡＮＤ回路
２９ 比較器
３０ 第２段選択制御棒挿入信号
３１ 制御棒駆動機構
３２Ａ，３２Ｂ 再循環ポンプ停止検出装置
３３Ａ，３３Ｂ 再循環ポンプ停止信号
３４ 第２時間遅れ回路
３５ 第２ＯＲ回路
３６ 偏差演算回路
３７ 流量比較器

Claims (10)

1. 原子炉再循環ポンプから原子炉圧力容器に供給される冷却材流量の変化および炉心熱出力変化に基づいて危険運転領域に入っているかを判別する選択制御棒挿入領域判定回路と、前記原子炉再循環ポンプを駆動する再循環ポンプモータに与えられる電気量の変化に基づいて第１段選択制御棒挿入信号を演算して制御棒駆動機構に与える一方、前記選択制御棒挿入領域判定回路からの出力と前記原子炉圧力容器の炉水の水位変化とに基づいて前記制御棒駆動機に前記第１段選択制御棒挿入信号に時間遅れを伴って第２段選択制御棒挿入信号を演算して与える選択制御棒挿入信号発生回路とを備えたことを特徴とする原子炉出力制御装置。
2. 原子炉再循環ポンプから原子炉圧力容器に供給される冷却材流量の変化および炉心熱出力変化に基づいて危険運転領域に入っているかを判別する選択制御棒挿入領域判定回路と、前記原子炉再循環ポンプから原子炉圧力容器に供給される冷却材流量の変化に基づいて第１段選択制御棒挿入信号を演算して制御棒駆動機構に与える一方、前記選択制御棒挿入領域判定回路からの出力と前記原子炉圧力容器の炉水の水位変化とに基づいて前記制御棒駆動機に前記第１段選択制御棒挿入信号に時間遅れを伴って第２段選択制御棒挿入信号を演算して与える選択制御棒挿入信号発生回路とを備えたことを特徴とする原子炉出力制御装置。
3. 前記選択制御棒挿入信号発生回路は、原子炉再循環ポンプを駆動する再循環ポンプモータに与えられる電気量の変化および前記原子炉再循環ポンプから原子炉圧力容器に供給される冷却材流量変化のうち、いずれか一方と選択制御棒挿入領域判定回路からの出力とが揃ったことを条件に第１段選択制御棒挿入信号を演算する回路と、前記演算された第１段選択制御棒挿入信号と原子炉炉水の水位が予め定められた設定水位よりも高いときに比較器から出力される原子炉水位信号とが揃ったことを条件に第２段選択制御棒挿入信号を演算する回路と、この第２段選択制御棒挿入信号を前記第１段選択制御棒挿入信号よりも時間遅れを伴って演算する時間遅れ回路とを備えたことを特徴とする請求項１または２記載の原子炉出力制御装置。
4. 前記第２段選択制御棒挿入信号に優先させて前記第１段選択制御棒挿入信号を制御棒駆動機構に与える回路を備えたことを特徴とする請求項３記載の原子炉出力制御装置。
5. 前記第２段選択制御棒挿入信号に優先させて前記第１段選択制御棒挿入信号を制御棒駆動機構に与える回路は、時間遅れ回路を備えたことを特徴とする請求項４記載の原子炉出力制御装置。
6. 前記選択制御棒挿入信号発生回路は、原子炉再循環ポンプを駆動する再循環ポンプモータに与えられる電気量の変化および前記原子炉再循環ポンプから原子炉圧力容器に供給される冷却材流量変化のうち、いずれか一方と選択制御棒挿入領域判定回路からの出力とが揃ったことを条件に第１段選択制御棒挿入信号を演算する回路と、前記演算された第１段選択制御棒挿入信号と、前記原子炉圧力容器に供給される冷却材の流量と前記原子炉圧力容器から発生する主蒸気流量との偏差を演算し、この偏差演算信号が予め定められた設定流量よりも高いときに出力する信号とが揃ったことを条件に第２段選択制御棒挿入信号を演算する回路と、この第２段選択制御棒挿入信号を前記第１段選択制御棒挿入信号よりも時間遅れを伴って演算する時間遅れ回路とを備えたことを特徴とする請求項１または２記載の原子炉出力制御装置。
7. 原子炉再循環ポンプから原子炉圧力容器に供給される冷却材流量の変化および炉心熱出力変化に基づいて危険運転領域に入っているかを判別し、
   前記原子炉再循環ポンプを駆動する再循環ポンプモータに与えられる電気量の変化に基づいて第１段選択制御棒挿入信号を演算して制御棒駆動機構に与え、
   前記選択制御棒挿入領域判定回路からの出力と前記原子炉圧力容器の炉水の水位変化とに基づいて前記制御棒駆動機に前記第１段選択制御棒挿入信号に時間遅れを伴って第２段選択制御棒挿入信号を演算して与えることを特徴とする原子炉出力制御方法。
8. 原子炉再循環ポンプから原子炉圧力容器に供給される冷却材流量の変化および炉心熱出力変化に基づいて危険運転領域に入っているかを判別し、
   前記原子炉再循環ポンプから原子炉圧力容器に供給される冷却材流量の変化に基づいて第１段選択制御棒挿入信号を演算して制御棒駆動機構に与え、
   前記選択制御棒挿入領域判定回路からの出力と前記原子炉圧力容器の炉水の水位変化とに基づいて前記制御棒駆動機に前記第１段選択制御棒挿入信号に時間遅れを伴って第２段選択制御棒挿入信号を演算して与えることを特徴とする原子炉出力制御方法。
9. 原子炉再循環ポンプを駆動する再循環ポンプモータに与えられる電気量の変化および前記原子炉再循環ポンプから原子炉圧力容器に供給される冷却材流量変化のうち、いずれか一方と選択制御棒挿入領域判定回路からの出力とが揃ったことを条件に第１段選択制御棒挿入信号を演算し、
   前記演算された第１段選択制御棒挿入信号と原子炉炉水の水位が予め定められた設定水位よりも高いときに比較器から出力される原子炉水位信号とが揃ったことを条件に第２段選択制御棒挿入信号を演算し、
   この第２段選択制御棒挿入信号を前記第１段選択制御棒挿入信号よりも時間遅れを伴って演算することを特徴とする請求項７または８記載の原子炉出力制御方法。
10. 原子炉再循環ポンプを駆動する再循環ポンプモータに与えられる電気量の変化および前記原子炉再循環ポンプから原子炉圧力容器に供給される冷却材流量変化のうち、いずれか一方と選択制御棒挿入領域判定回路からの出力とが揃ったことを条件に第１段選択制御棒挿入信号を演算し、
    前記演算された第１段選択制御棒挿入信号と、前記原子炉圧力容器に供給される冷却材の流量と前記原子炉圧力容器から発生する主蒸気流量との偏差を演算し、この偏差演算信号が予め定められた設定流量よりも高いときに出力する信号とが揃ったことを条件に第２段選択制御棒挿入信号を演算し、
    この第２段選択制御棒挿入信号を前記第１段選択制御棒挿入信号よりも時間遅れを伴って演算することを特徴とする請求項７または８記載の原子炉出力制御方法。
    
    

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