JP2008002865A - 制御棒制御装置及び制御棒制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導電動機型制御棒駆動機構において、制御棒の停止位置の位置決め精度を向上すること。
【解決手段】制御棒１２にかかる負荷によって、誘導電動機２０への電力供給を停止させるための停止位置パラメータ、及び電磁ブレーキ２１をかけるタイミングを決定する停止時間パラメータを切替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、制御棒制御装置及び制御棒制御方法に係り、原子力発電所に用いられるに好適な制御棒制御装置及び制御棒制御方法に関する。

原子力発電プラントの出力制御は、電動駆動型の制御棒駆動装置で原子炉内に配置された複数の制御棒を引抜・挿入することによって行われる。駆動モータとしてステップモータを採用した電動駆動型の制御棒駆動装置は、各制御棒を往復動自在に配置された制御棒駆動機構に接続し、各制御棒駆動機構をそれぞれ制御棒駆動用モータ，制動用ブレーキに連結し、各モータをそれぞれインバータ部を介してインバータ制御装置に接続し、各インバータ制御装置をそれぞれ信号伝送路を介して制御棒制御装置に接続したシステムとなっている。このため、駆動モータとしてステップモータを採用した場合、駆動モータの回転を制御するためのインバータ及びインバータ制御装置が駆動モータと同数分必要となり、システム全体が複雑なものとなっている。そこで、ステップモータの替りに誘導電動機の適用が検討されている。駆動モータとして誘導電動機を採用した場合、駆動モータの回転の制御をオンオフ制御で行うことができ、ステップモータを駆動モータとして適用した場合に必要であったインバータ及びインバータ制御装置が不要になりシステム全体を簡略化，コンパクトに構成することができ、保守性が向上し、かつコストダウンも図ることができる。誘導電動機による制御棒駆動に関する技術としては、例えば、特開平１１−１７４１８８号公報（特許文献１）に記載されているものがある。この従来技術は、誘導電動機の停止時において、誘導電動機への電力供給を停止する位置を、制御棒停止目標位置から、誘導電動機への電力供給の停止から誘導電動機の回転停止までの制御棒の移動量を減じた値に設定している。

特開平１１−１７４１８８号公報

ステップモータ型制御棒駆動装置における制御棒の引抜・挿入駆動は、制御棒制御装置からの引抜・挿入指令に基づいたインバータからのパルス信号に従ったモータの駆動により行われる。制御棒停止時は、周波数の低いパルス信号を出力して駆動モータの回転数を下げることで制御棒の駆動速度を低下させ、制御棒位置検出器で検出された制御棒現在位置が制御棒停止目標位置に達した時点で駆動モータを停止させる。ここで、制御棒停止目標位置とは、制御棒が駆動するストロークを原子炉の軸方向に対して等間隔に分割された位置であり、制御棒は制御棒制御装置からの指令に従った制御棒停止目標位置の許容停止誤差範囲内に停止されることを要求される。

誘導電動機型制御棒駆動装置における引抜・挿入駆動は、制御棒制御装置からの引抜・挿入指令に基づいて誘導電動機をオンオフ制御することで行われる。

制御棒制御装置からの駆動指令により誘導電動機への電力供給を開始することで誘導電動機は回転を開始し、同時に制御棒は引抜・挿入駆動を開始する。駆動開始後、誘導電動機は定格回転速度まで達する。その後誘導電動機は定格回転速度で回転し、制御棒はこの定格回転速度に応じた速度で定速度駆動される。制御棒位置が制御棒停止目標位置のある距離手前の位置に達したら、制御棒制御装置からの指令により誘導電動機への電力供給を停止する。誘導電動機への電力供給を停止しても、誘導電動機は慣性モーメントにより速度を下降させながらも回転を続ける。誘導電動機への電力供給停止後、ある時間が経過したら制御棒の自重による制御棒位置の下降を阻止するために、電磁ブレーキをかけ誘導電動機の回転を確実に停止させ制御棒位置を保持する。このため、誘導電動機への電力供給を停止した後の誘導電動機の回転速度と、誘導電動機への電力供給を停止してから誘導電動機の回転が停止するまでの時間の積算値が誘導電動機への電力供給停止後の制御棒移動量となる。従って、誘導電動機への電力供給を停止するタイミング及び電磁ブレーキをかけるタイミングは、この移動距離に大きく関わり、すなわち実際の制御棒停止位置に大きく依存し、電力供給を停止するタイミング及び電磁ブレーキをかけるタイミングは、制御棒停止目標位置に対する制御棒停止精度における重要な要素となる。

しかし、たとえ電力供給を停止するタイミング及び電磁ブレーキをかけるタイミングをある適切な値に設定したとしても、制御棒にかかる負荷条件が誘導電動機の回転速度に直接影響するため、この負荷条件の違いによって制御棒停止位置の停止精度が流動的になる。

原子炉内には核分裂反応で生じた熱を取出すための冷却水が存在する。この冷却水の循環状態に依存して制御棒にかかる負荷が変わり、誘導電動機にかかる負荷条件が変わる。つまり、誘導電動機を用いた制御棒駆動装置により制御棒を操作する際に、原子炉内の冷却水の循環状態にかかわらず、電力供給を停止するタイミング及び電磁ブレーキをかけるタイミングを一定にした場合、原子炉内の冷却水の循環状態によって停止精度にバラツキが生じる。

本発明の目的は、誘導電動機を有する制御棒駆動装置を用いた場合において、例えば、冷却水が循環している状態と循環していない状態における等の負荷状態に応じて、制御棒停止目標位置に対する許容誤差範囲内での制御棒停止位置の位置決め精度を向上させ、高精度な位置決めを行うことができる制御棒制御装置（及び、制御棒制御方法）を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、前記制御棒に対する負荷の状態を判定し、制御棒停止目標情報、及び、前記負荷判定の結果に基づいて、制御棒を駆動する誘導電動機を制御し、前記制御棒を制止させるためのブレーキを制御するように構成した。

あるいは、前記制御棒に対する負荷の状態を判定し、制御棒停止目標情報に制御棒が停止するように、制御棒を駆動する誘導電動機を制御し、前記負荷判定の結果に基づいて、前記制御棒を制止させるためのブレーキを制御するように構成した。

より具体的には、制御棒に連結された誘導電動機により制御棒を駆動し、前記誘導電動機の回転を制止させる電磁ブレーキを持つ制御棒駆動装置において、前記制御棒に対する操作指令を出力する制御棒操作指令出力手段と、原子炉内の冷却水の循環状態を判定する冷却水循環状態判定手段と、前記冷却水循環状態判定手段の判定結果及び測定された制御棒位置に基づいて前記誘導電動機への電力供給を停止する誘導電動機電力供給停止決定手段、及び前記冷却水循環状態判定手段の判定結果及び前記誘導電動機電力供給停止決定手段に基づいて前記電磁ブレーキヘの電力供給を停止する電磁ブレーキ電力供給停止決定手段を備えたことにある。

原子炉内の冷却水の循環状態に従って、前記誘導電動機への電力供給を停止するタイミングを決定するためのパラメータ、及び前記誘導電動機への電力供給を停止してから前記電磁ブレーキをかけるまでのタイミングを決定するためのパラメータを切り替えるので、つまり制御棒を介して誘導電動機にかかる負荷条件を考慮するので、制御棒停止目標位置に対する実際の制御棒停止位置の位置決め精度を向上することができる。

さらに、前記誘導電動機への電力供給を停止させるためのパラメータ、及び前記電磁ブレーキヘの電力供給を停止し電磁ブレーキをかけるタイミングを決定するパラメータを外部から任意に設定することができるパラメータ設定器を備えたことにある。

前記パラメータ設定器を設けることにより、ソフトウェアの改造等を行うこと無しに制御棒へのあらゆる負荷条件に対応することができ、制御棒停止目標位置に対する実際の制御棒停止位置の位置決め精度を向上することができる。

本発明によれば、制御棒にかかる負荷を考慮して、例えば、誘導電動機への電力供給を停止するタイミングを決定するためのパラメータ、及び誘導電動機への電力供給を停止した後、電磁ブレーキをかけるまでのタイミングを決定するためのパラメータを切り替える等なので、制御棒停止目標位置に対する実際の制御棒停止位置の位置決め精度を向上することができる。

以下、本発明の実施例である制御棒制御装置を図１を用いて説明する。図１において、原子力発電プラントに設置された原子炉１０内には、複数本の制御棒１２が往復動自在に配置されている。各制御棒１２は独立して制御棒駆動機構１４に接続されており、制御棒駆動機構１４の駆動によって制御棒１２が原子炉の軸方向に動作される。制御棒１２が挿入動作されることで原子炉の出力が低下し、引抜動作されることで原子炉の出力が上昇するようになっている。制御棒駆動機構１４は制御棒駆動用モータユニット１５，電磁ブレーキ２１に接続されている。制御棒駆動用モータユニット１５には制御棒位置検出器１８，誘導電動機２０が内蔵されている。そして各制御棒駆動機構１４はロッドａ２４ａ，ロッドｂ２４ｂを備えており、ロッドａ２４ａの端部が制御棒１２に連結され、ロッドｂ２４ｂの端部が制御棒駆動用モータユニット１５に内蔵されている誘導電動機２０の回転軸に連結されている。ロッドａ２４ａ，ロッドｂ２４ｂは、誘導電動機２０の回転力を制御棒１２の往復運動に変換して制御棒１２に伝達するモータ電力伝達部の要素として構成されている。

制御棒駆動用モータユニット１５は制御棒１２に対応して複数個設置され、各制御棒駆動用モータユニット１５は制御棒駆動制御部３０に接続されている。誘導電動機２０は制御棒制御装置３８からの制御指令に従った制御棒駆動制御部３０のオンオフ制御に応答して回転し、この回転力はロッドｂ２４ｂに伝達するようになっている。そして誘導電動機２０が正転または逆転駆動することでロッドａ２４ａが往復運動し、制御棒１２の挿入動作または引抜動作が行われるようになっている。つまり制御棒駆動機構１４と制御棒駆動用モータユニット１５は制御棒駆動手段として構成されている。さらに誘導電動機２０の回転位置つまり制御棒１２の位置は制御棒位置検出器１８によって検出され、位置検知信号が制御棒位置検出器１８から制御棒制御装置３８に出力される。

また、電磁ブレーキ２１も制御棒１２に対応して複数個設置され、各電磁ブレーキ２１は電磁ブレーキ制御部３１に接続されている。電磁ブレーキ２１は制御棒制御装置３８からの制御指令に従いブレーキをオン，オフされる。

つまり制御棒制御装置３８は、誘導電動機２０への電力供給による誘導電動機２０の回転、誘導電動機２０への電力供給停止による誘導電動機の回転停止、電磁ブレーキ２１への電力供給によるブレーキオフ、電磁ブレーキ２１への電力供給停止によるブレーキオンを行う制御指令出力手段として構成されている。

原子炉給水ポンプ制御装置４０は制御棒制御装置３８に接続され、給水ポンプが起動中かどうかの給水ポンプ起動信号を制御棒制御装置３８に出力する。この給水ポンプ起動信号によって制御棒制御装置３８は原子炉内の冷却水が循環中かどうかを認識することが可能となる。誘導電動機型制御棒駆動機構においてオンオフ制御で制御棒１２を制御棒停止目標位置で停止させるには、挿入駆動時を例にとると、制御棒位置検出器１８で検出された制御棒現在位置から制御棒停止目標位置を減じた値が、予め設定されるパラメータα
（α：誘導電動機への電力供給を停止するタイミングを決定する制御定数）以下になった瞬間に誘導電動機２０への電力供給を停止し、電力供給を停止した瞬間から予め設定されるパラメータβ（β：電磁ブレーキをかけるタイミングを決定する制御定数）に従った時間の経過後、電磁ブレーキ２１への電力供給を停止しブレーキをかけて制御棒１２を停止させる。このため、誘導電動機２０への電力供給を停止してから電磁ブレーキ２１への電力供給を停止してブレーキをかけ、制御棒１２が停止するまでの間に制御棒１２が移動する量は、パラメータα及びβに依存する。また、制御棒１２にかかる負荷条件が誘導電動機２０の回転速度に直接影響するため、この負荷条件の違いによっても実際の制御棒１２の停止位置に違いが生じてくる。

そこで、図２に示すように、パラメータα及びβを、原子炉給水ポンプ制御装置４０からの給水ポンプ起動信号で切替える機能をもった構成としている。原子炉給水ポンプ制御装置４０からの給水ポンプ起動信号によって、使用するパラメータα，βとしてα１またはα２、β１またはβ２をそれぞれパラメータα切替回路６２、パラメータβ切替回路
６４で切替える。ここで、α１，β１は給水ポンプ停止時に使用されるパラメータ、α２，β２は給水ポンプ起動時に使用されるパラメータで、α１とα２、β１とβ２はそれぞれ異なる値が設定される。切替後のパラメータをそれぞれα，βとしてセットする。制御棒１２挿入駆動時には、制御棒位置演算処理部６１で、制御棒位置検出器１８よりの制御棒現在位置から制御棒停止目標位置決定部５７よりの制御棒停止目標位置を減じた値（引抜駆動時には、制御棒停止目標位置決定部５７よりの制御棒停止目標位置から制御棒位置検出器１８よりの制御棒現在位置を減じた値）がパラメータα以下に達したかどうかを誘導電動機オフタイミング判定回路５８で判定する。パラメータα以下に達したら制御棒駆動制御部３０へ誘導電動機オフ指令を出力し、誘導電動機２０への電力供給を停止する。誘導電動機２０への電力供給停止後、電磁ブレーキオンタイミングタイマー６０にて時間計測を開始し、パラメータβとして設定された時間が経過したら電磁ブレーキ制御部３１へ電磁ブレーキオン指令を出力し、電磁ブレーキをかけ誘導電動機２０の回転を停止する。

また、パラメータα１，α２，β１，β２は、それぞれパラメータ入力装置７８により、パラメータα１設定器５０のパラメータα１設定値格納部７０、パラメータα２設定器５２のパラメータα２設定値格納部７２、パラメータβ１設定器５４のパラメータβ１設定値格納部７４、パラメータβ２設定器５６のパラメータβ２設定値格納部７６の各設定値を書換え可能な構成としている。

このように、制御棒１２にかかる負荷によって、誘導電動機２０への電力供給を停止させるための停止位置パラメータ、及び電磁ブレーキ２１をかけるタイミングを決定する停止時間パラメータを切り替えるので、制御棒停止目標位置に対する実際の制御棒停止位置の位置決め精度を向上することができる。

制御棒駆動機構の要部構成図である。 本発明の一実施形態を示す制御棒制御装置の回路構成図である。

符号の説明

１０…原子炉、１２…制御棒、１４…制御棒駆動機構、１５…制御棒駆動用モータユニット、１８…制御棒位置検出器、２０…誘導電動機、２１…電磁ブレーキ、２４ａ…ロッドａ、２４ｂ…ロッドｂ、３０…制御棒駆動制御部、３１…電磁ブレーキ制御部、３８…制御棒制御装置、４０…原子炉給水ポンプ制御装置、５０…パラメータα１設定器、５２…パラメータα２設定器、５４…パラメータβ１設定器、５６…パラメータβ２設定器、５７…制御棒停止目標位置決定部、５８…誘導電動機オフタイミング判定回路、６０…電磁ブレーキオンタイミングタイマー、６１…制御棒位置演算処理部、６２…パラメータα切替回路、６４…パラメータβ切替回路、７０…パラメータα１設定値格納部、７２…パラメータα２設定値格納部、７４…パラメータβ１設定値格納部、７６…パラメータβ２設定値格納部、７８…パラメータ入力装置、１００−１…引抜・挿入駆動回路共通構成部。

Claims (9)

1. 制御棒を駆動する誘導電動機を制御する誘導電動機制御手段と、前記制御棒を制止させるためのブレーキを制御するブレーキ制御手段を有する制御棒制御装置において、前記制御棒に対する負荷の状態を判定する負荷判定手段を有し、前記誘導電動機制御手段は、制御棒停止目標情報、及び、前記負荷判定手段の出力に基づいて、前記誘導電動機を制御することを特徴とする制御棒制御装置。
2. 制御棒を駆動する誘導電動機を制御する誘導電動機制御手段と、前記制御棒を制止させるためのブレーキを制御するブレーキ制御手段を有する制御棒制御装置において、前記制御棒に対する負荷の状態を判定する負荷判定手段を有し、前記誘導電動機制御手段は、制御棒停止目標情報に基づいて前記誘導電動機を制御し、前記ブレーキ制御手段は、前記負荷判定手段の出力に基づいてブレーキを制御することを特徴とする制御棒制御装置。
3. 請求項１あるいは請求項２のいずれかにおいて、前記負荷判定手段は、少なくとも負荷の状態として、原子炉内の冷却水の循環状態を判定する冷却水循環状態判定手段を含んでなる、ことを特徴とする制御棒制御装置。
4. 請求項３において、前記ブレーキは前記誘導電動機の回転を制止させる電磁ブレーキとして構成されており、前記ブレーキ制御手段は、前記電磁ブレーキを制御するように構成されることを特徴とする制御棒制御装置。
5. 請求項４において、制御棒に対する操作指令を出力する制御棒操作指令出力手段を有し、前記誘導電動機制御手段は、前記操作指令に基づいて前記制御棒を駆動させるように制御すると共に、前記冷却水循環状態判定手段の判定結果及び測定された制御棒位置に基づいて前記誘導電動機への電力供給を停止することを特徴とする制御棒制御装置。
6. 請求項５において、前記ブレーキ制御手段は、誘導電動機への電力供給停止に関する制御の状態、及び前記冷却水循環状態の判定結果に基づいて前記電磁ブレーキヘの電力供給を停止することを特徴とする制御棒制御装置。
7. 請求項６において、誘導電動機への電力供給を停止させるためのパラメータ、及び電磁ブレーキヘの電力供給を停止し電磁ブレーキをかけるタイミングを決定するパラメータを外部から任意に設定することができるパラメータ設定手段を有することを特徴とする制御棒制御装置。
8. 前記制御棒に対する負荷の状態を判定し、制御棒停止目標情報、及び、前記負荷判定の結果に基づいて、制御棒を駆動する誘導電動機を制御し、前記制御棒を制止させるためのブレーキを制御する制御棒制御方法。
9. 前記制御棒に対する負荷の状態を判定し、制御棒停止目標情報に制御棒が停止するように、制御棒を駆動する誘導電動機を制御し、前記負荷判定の結果に基づいて、前記制御棒を制止させるためのブレーキを制御する制御棒制御方法。
   
   

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