JP2010032246A - 原子炉制御棒制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御棒引抜監視装置に代わる制御棒の駆動量を制限する機能を有し、かつ、運転員による制御棒動作確認時の操作性を向上させることができる原子炉制御棒制御装置を提供することである。
【解決手段】制御棒動作確認時に、原子炉手動操作系３１において、モードスイッチ９ｂにより制御棒動作確認モードを選択すると、制御棒制御モード切替回路１０は制御棒駆動制御盤８の制御棒駆動回路を制御棒駆動通常回路８ａから制御棒動作確認時専用回路８ｂに切り替える。制御棒動作確認時専用回路８ｂが機能し、御棒引抜監視装置１４による制御棒２の監視を除外する。制御棒動作確認時専用回路８ｂは、制御棒２の挿入、引抜を、挿入、引抜の順番しか許容せず、かつ、挿入および引抜それぞれの駆動量を１ノッチに制限する。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子力発電所の原子炉手動操作系を有する原子炉制御棒制御装置に係り、特に制御棒の動作確認時に制御棒駆動量を制限する原子炉制御棒制御装置に関する。

原子炉制御棒制御装置は制御棒駆動系を制御するものであり、一般に、原子炉手動操作系（以後ＲＭＣＳと称する）と、制御棒引抜監視装置とを備えている。

ＲＭＣＳは制御棒操作・監視パネルを有し、制御棒操作・監視パネルにある制御棒の挿入、引抜ボタン操作に応じて挿入時の挿入指示信号、引抜時の引抜指示信号を出力して制御棒駆動系を制御し、制御棒の挿入、引抜を行う（特許文献1）。

制御棒引抜監視装置は、制御棒の過剰な引抜によって原子炉に急激な出力上昇が発生し、燃料が損傷するのを防止するため、原子炉内に均等に配置している複数の制御棒周りの局部出力領域モニタ（以後ＬＰＲＭと称する）から原子炉内の中性子束に関するＬＰＲＭ信号、原子炉内に設置される炉心流量検出器から炉心流量信号、及びＲＭＣＳから操作制御棒の位置信号を入力し、制御棒引抜の監視を行うものであり、ＬＰＲＭ信号に基づく監視値が制限値に達すると、制御棒引抜阻止信号を出力し、制御棒の誤引抜等による異常な引抜を防止する（特許文献２）。

特開２００４−２５７８６３号公報 特開２０００−５６０６８号公報

しかしながら、上記の従来技術には次のような問題があった。

原子力発電プラントにおいては、原子炉の状態が運転または起動において、制御棒の１ノッチ挿入、引抜が可能であることを１ヶ月に１回動作確認する必要がある。従来は、制御棒の動作確認時においても、制御棒を選択した時点から、制御棒引抜監視装置によりＬＰＲＭ信号を使って中性子束を監視することにより、制御棒の誤引抜等による異常な引抜を防止している。一方、他の制限装置による運転員の誤操作等に対する制御棒駆動量の制限機能は無かった。

制御棒引抜監視装置はＬＰＲＭ信号による監視であるため、ＬＰＲＭ信号が制限値に達した後、プラントの運転状態によっては制御棒引抜阻止信号が発生する場合が有り、そのような場合において制御棒の駆動確認を行う場合は、運転員の熟練が必要であり、制御棒動作確認時の操作性について更なる改善の余地があった。

本発明の目的は、制御棒引抜監視装置に代わる制御棒動作確認時の制御棒駆動量を制限する機能を有し、かつ、運転員による制御棒動作確認時の操作性を向上させることができる原子炉制御棒制御装置を提供することである。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、挿入指示信号及び引抜指示信号を出力し、それらの指示信号に基づいて制御棒の挿入、引抜を行わせる原子炉手動操作系を有する原子炉制御棒制御装置において、前記挿入指示信号及び引抜指示信号が出力されたときに、制御棒動作確認時に限定して、制御棒の駆動量を制限する制御棒駆動制限手段を備える。

このように構成した本発明においては、制御棒動作確認時には制御棒駆動制限手段が制御棒駆動量を制限し、制御棒引抜監視装置による制御棒の監視を除外することで、運転員による制御棒動作確認時の操作性を向上させることができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記原子炉手動操作系は、前記挿入指示信号及び引抜指示信号に基づいて制御棒の挿入、引抜を行わせる第１制御棒駆動制御回路と、前記制御棒駆動制限手段として機能する第２制御棒駆動制御回路と、制御棒動作確認選択手段と、前記制御棒動作確認選択手段から制御棒動作確認モード信号が出力されていないときは、前記第１制御棒駆動制御回路に制御棒の挿入、引抜を行わせ、前記制御棒動作確認モード信号が出力されると、前記第２制御棒駆動制御回路に制御棒の挿入、引抜を行わせる切替手段とを有する。

これにより、制御棒動作確認選択手段が制御棒動作確認モード信号を出力すると、切替手段は第１制御棒駆動制御回路から第２制御棒駆動制御回路に切替え、第２制御棒駆動制御回路は制御棒駆動制限手段として機能し、制御棒駆動量を制限することができる。

（３）上記（１）または（２）において、好ましくは、前記制御棒駆動制限手段は、前記制御棒の挿入方向、引抜方向のそれぞれにおいて、前記制御棒の駆動量を１ノッチに制限する。

これにより、制御棒駆動制限手段は制御棒駆動量を制限し、制御棒動作確認時における運転員の制御棒誤操作による誤作動を防止することができる。

（４）上記（１）〜（３）のいずれかにおいて、好ましくは、前記制御棒駆動制限手段は、前記制御棒の駆動する方向を、挿入から引抜の順番しか許容しない。

これにより、制御棒駆動制限手段は制御棒の駆動を制限し、制御棒動作確認時における運転員の制御棒誤操作による誤作動を防止することができる。

本発明によれば、制御棒引抜監視装置に代わる制御棒動作確認時の制御棒の駆動量を制限する機能を有し、かつ、運転員による制御棒動作確認時の操作性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係わる原子炉制御棒制御装置の全体構成を示す図である。

原子力発電所は、原子炉１内で核燃料の核分裂反応により熱出力を取り出している。その核燃料の核分裂反応の制御を行うものとして、制御棒２にて原子炉１内の熱中性子量の制御を行う。制御棒２は中性子吸収材により構成され、原子炉１内への挿入量により、中性子の吸収量が変わることにより、核分裂反応による熱出力制御が可能となる。この制御棒２は、原子炉出力にもよるが、１１０万ｋＷ級の原子炉に対しては、１８５本が設置されている。

制御棒２は原子炉１の底部に設けられた制御棒駆動機構１９により原子炉１の炉心に挿入または引抜される。御棒駆動機構１９は水圧駆動であり、制御棒水圧制御ユニット（ＨＣＵ）４により水圧の供給が制御される。

本実施の形態の原子炉制御棒制御装置は、そのようなＨＣＵ４と制御棒駆動機構１９とを備えた制御棒駆動系を制御するものであり、原子炉手動操作系（ＲＭＣＳ）３１と制御棒引抜監視装置１４とを備え、原子炉手動操作系３１は、制御棒位置指示系盤７と、制御棒駆動制御盤８と、原子炉制御盤９と、制御棒制御モード切替回路１０とを有している。また、制御棒駆動制御盤８は、通常使用する制御棒駆動通常回路（第１制御棒駆動制御回路）８ａと制御棒動作確認時専用回路（第２制御棒駆動制御回路）８ｂを備えている。

制御棒の通常の手動制御時は制御棒制御モード切替回路１０は図示のＡ位置にあり、原子炉制御盤９上の制御棒操作・監視パネル９ａの制御棒選択スイッチと「挿入」または「引抜」スイッチを押すことにより、制御棒制御モード切替回路１０を介して制御棒駆動制御盤８の制御棒駆動通常回路８ａに制御棒の挿入指示信号１１ａまたは引抜指示信号１１ｂが入力される。制御棒操作・監視パネル９ａの「挿入」または「引抜」スイッチは押しボタンスイッチであり、挿入指示信号１１ａと引抜指示信号１１ｂはその押しボタンスイッチによるＯＮ、ＯＦＦ信号である。

制御棒駆動通常回路８ａは、その挿入指示信号１１ａと引抜時の引抜指示信号１１ｂを入力すると、「挿入」または「引抜」する時間分の制御棒駆動信号(弁動作指示信号)の挿入信号５ａ、または引抜信号５ｂを出力する。また、制御棒駆動通常回路８ａでは、挿入指示信号１１ａまたは引抜指示信号１１ｂにより、ＨＣＵ４のそれぞれの駆動弁（挿入排出弁（４ｂ１）、引抜供給弁（４ｂ２）、引抜排出弁（４ｂ３）、挿入供給弁（４ｂ４））に対する一定の駆動弁開閉パターンが選択され、駆動弁を開閉する。制御棒駆動信号(弁動作指示信号)の挿入信号５ａ、または引抜信号５ｂはそれぞれの弁の開閉時間を時系列で定めているＯＮ、ＯＦＦ信号である。

ＨＣＵ４は、制御棒挿入時は図２に示すように、制御棒駆動機構１９の制御棒挿入側の圧力を上げるため、挿入供給弁４ｂ４を「開」、引抜供給弁４ｂ２を「閉」、引抜排出弁４ｂ３を「閉」とすることで、高圧供給管４ａ２より挿入用の高圧を供給し、かつ引抜側の圧力を下げるため、挿入排出弁４ｂ１を「開」することで、制御棒引抜側の圧力を低圧排出管４ａ１に逃がし、制御棒２の挿入を行う。低圧排出管４ａ１および高圧供給管４ａ２は、制御棒駆動ポンプ４ａ３に接続され、制御棒駆動ポンプ４ａ３にて加圧された制御棒駆動水を、挿入、引抜時に高圧供給管４ａ２から入れて低圧排出管４ａ１へ抜けるようにしている。

また、制御棒引抜時は図３に示すようには、引抜排出弁４ｂ３を「開」することで、制御棒挿入側の圧力を低圧排出管４ａ１に逃がし、かつ、引抜側の圧力を上げるため、引抜供給弁４ｂ２を「開」、挿入供給弁４ｂ４を「閉」、挿入排出弁４ｂ１を「閉」することで、高圧供給管４ａ２より引抜用の高圧を供給することで制御棒２の引抜を行う。

制御棒２の位置は、制御棒引抜ガイド上に設置された複数の制御棒位置検出プローブ３により検出され、その位置信号６ａを制御棒位置指示系盤７に有る制御棒位置検出回路７ａに入力し、制御棒位置表示信号６ｂを原子炉制御盤９に入力し、原子炉制御盤９上の制御棒操作・監視パネル９ａの表示器に表示する。

制御棒引抜監視装置１４は、制御棒２の過剰な引抜によって原子炉１に急激な出力上昇が発生し、燃料が損傷するのを防止するため、原子炉１内に均等に配置される複数の局所出力領域モニタ（以下、ＬＰＲＭという）からの中性子束に関するＬＰＲＭ信号２１と、原子炉１内に設置された炉心流量検出器（図示せず）からの炉心流量信号２２と、原子炉手動操作系３１からの制御棒の位置信号を入力し、制御棒２の引抜きを監視する。また、ＬＰＲＭ信号が制限値に達し、制御棒２の引抜を阻止すべき状況になったと判断すると制御棒引抜阻止信号１５を制御棒駆動制御盤８に出力する。

本発明においては、制御棒操作・監視パネル９ａに制御棒動作確認時専用のモードスイッチ９ｂが新たに設られており、そのモードスイッチ９ｂを選択することにより、制御棒制御切替回路１０を図示のＢ位置に切り替え、制御棒駆動制御盤８の制御棒駆動回路を、通常使用する制御棒駆動通常回路８ａから制御棒動作確認時専用回路８ｂに切り替える。制御棒駆動制御盤８の制御棒駆動回路を制御棒動作確認時専用回路８ｂに切替えることにより、駆動量を１ノッチに制限し、制御棒の駆動する方向を、挿入、引抜の順番しか許容しない（最初に引抜は出来ない）ようにする。

具体的には、１ヶ月に１回確認が必要な制御棒動作確認実施時においては、原子炉制御盤９上の制御棒操作・監視パネル９ａに新たに設けた制御棒動作確認時専用のモードスイッチ９ｂにより制御棒動作確認モード信号１３を発生させ、この信号を制御棒制御モード切替回路１０に入力し、制御棒駆動制御盤８の制御回路を、通常使用する通常回路８ａから制御棒動作確認時専用回路８ｂに切り替えることにより、制御棒動作確認時の制御棒駆動量を制限する。

通常使用する制御棒駆動通常回路８ａの具体例の一つを図４に示す。制御棒駆動通常回路８ａは、制御棒操作・監視パネル９ａにある挿入ボタンまたは引抜ボタンの操作に応じて出力される挿入時の挿入指示信号１１ａまたは引抜時の引抜指示信号１１ｂを入力し、ＨＣＵ４の駆動弁（挿入排出弁４ｂ１、引抜供給弁４ｂ２、引抜排出弁４ｂ３、挿入供給弁４ｂ）の開閉指令である挿入信号５ａまたは引抜信号５ｂをＨＣＵ４に出力し、この挿入信号５ａまたは引抜信号５ｂにより制御棒２の挿入または引抜が行われる。これにより、制御棒操作・監視パネル９ａにある制御棒の挿入、引抜ボタン操作に応じて、指示通りに制御棒２の挿入、引抜が行われる。

また、そのときの挿入時間、引抜時間はそれぞれ、挿入タイマ８７ａ，引抜タイマ８７ｂにより設定され、１回の要求指令（挿入ボタン，引抜ボタンを１回押す）に対して１ノッチだけ制御棒２が駆動される。ただし、挿入ボタン，引抜ボタンを設定時間以上長押した場合は、長押した時間だけ、制御棒２は駆動される。

また、制御棒引抜監視装置１４から制御棒引抜阻止信号１５が制御棒駆動通常回路８ａに入力されると、制御棒駆動通常回路８ａに設けられたワイプアウト回路８６により、引抜指示信号１１ｂの入力が除外（ワイプアウト）され、これにより制御棒２の引抜が阻止される。

制御棒動作確認時専用回路８ｂの具体例の一つを図５に示す。制御棒動作確認時専用回路８ｂは、制御棒操作・監視パネル９ａにある挿入、引抜ボタンの操作により、最初は挿入側の指令「挿入指示信号１１ａ」のみ受け付けるロジックを有し、挿入信号５ａにより制御棒２を挿入する。また、一度挿入指令を受け付けた後は、次の指令は引抜側の「引抜指示信号１１ｂ」のみ受け付けるロジックを有し、引抜信号５ｂにより制御棒を引抜く。ここでは、挿入タイマ８８ａと引抜タイマ８８ｂは１回の要求指令に対して１ノッチの駆動量に相当する挿入時間、引抜時間を設定することにより、制御棒動作確認時の挿入および引抜のそれぞれの駆動量を１ノッチに制限することが可能となる。以下、その詳細を説明する。

制御棒動作確認時専用回路８ｂは、ＡＮＤ回路（挿入側）８１と、ＡＮＤ回路（引抜側）８２と、ＯＲ回路８３と、ＮＯＴ回路８４と、ワイプアウト回路８５と、挿入タイマ８８ａおよび引抜タイマ８８ｂを有している。

ＡＮＤ回路８１は、挿入指示信号１１ａの入力とＮＯＴ回路８４からの出力信号の入力とでＡＮＤ論理を構成し、両方の信号がＯＮであるときのみ、挿入タイマ８８ａにＯＮ信号を出力し、それ以外のときはＯＦＦ信号を出力する。

ＡＮＤ回路８２は、引抜指示信号１１ｂの入力とＯＲ回路８３からの出力信号の入力とでＡＮＤ論理を構成し、両方の信号がＯＮであるときのみ、引抜タイマ８８ｂにＯＮ信号を出力し、それ以外のときはＯＦＦ信号を出力する。

ＯＲ回路８３は、挿入タイマ８８ａからの出力信号の入力と自身の出力信号の入力とでＯＲ論理を構成し、いずれかの信号がＯＮであるときは、ＯＮ信号を出力し、いずれもＯＦＦであるときは、ＯＦＦ信号を出力する。ＯＲ回路８３の自身の出力信号の入力部分は、自身の出力信号が一旦ＯＮになるとその状態を保持するホールド回路を構成する。

ＮＯＴ回路８４は、ＯＲ回路８３からの出力信号の入力を反転（ＯＮ→ＯＦＦ；ＯＦＦ→ＯＮ）して出力する。

ワイプアウト回路８５は、ＯＲ回路８３の出力信号がＯＮであるとき、引抜タイマ８８ｂからの出力信号がＯＦＦからＯＮに変化すると、ＯＲ回路８３の自身の出力信号の入力を除外し、ＯＲ回路８３の出力信号をＯＮからＯＦＦに切替える。すなわち、ＯＲ回路８３のホールドを解除（ワイプアウト）する。

以上のような構成において、最初に挿入ボタンを押し、挿入指示信号１１ａがＯＮになると、ＮＯＴ回路８４の出力はＯＮであるので、ＡＮＤ回路８１の出力はＯＮとなり、挿入タイマ８８ａは１ノッチに相当する時間だけＯＮ信号（挿入信号５ａ）を出力し、制御棒２は1ノッチ分だけ挿入される。

一方、最初に引抜ボタンを押した場合は、ＯＲ回路８３の出力はＯＦＦであるため、ＡＮＤ回路８２の出力はＯＦＦのままであり、引抜タイマ８８ｂがＯＮ信号を出力することはない。

最初に挿入ボタンを押し、挿入タイマ８８ａがＯＮ信号を出力すると、ＯＲ回路８３の出力はＯＮとなり、ＯＲ回路８３は自身のＯＮの出力信号も入力しているため、制御棒２の1ノッチ分の挿入完了後も（挿入タイマ８８ａの出力がＯＮからＯＦＦに切替わった後も）、ＯＲ回路８３の出力はＯＮに保持される。この状態で引抜ボタンを押すと、ＡＮＤ回路８２の出力はＯＮとなり、引抜タイマ８８ｂは、１ノッチに相当する時間だけＯＮ信号（引抜信号５ｂ）を出力し、制御棒２は1ノッチ分だけ引抜かれる。

引抜タイマ８８ｂの出力がＯＦＦとなり、制御棒２の1ノッチ分の引抜が完了すると、ＯＲ回路８３の自身の出力信号の入力はワイプアウトされ、ＯＲ回路８３の出力はＯＦＦとなる。これにより制御棒動作確認時専用回路８ｂは初期状態に復帰する。

以上において、制御棒動作確認時専用回路８ｂは、挿入指示信号１１ａおよび引抜指示信号１１ｂが出力されたときに、制御棒動作確認時に限定して、制御棒の駆動量を制限する制御棒駆動制限手段を構成する。また、制御棒制御モード切替回路１０は、モードスイッチ９ｂ（制御棒動作確認選択手段）から制御棒動作確認モード信号１３が出力されていないときは、制御棒駆動通常回路８ａに制御棒の挿入、引抜を行わせ、制御棒動作確認モード信号１３が出力されると、制御棒動作確認時専用回路８ｂに制御棒の挿入、引抜を行わせる切替手段を構成する。

以上のように構成した本実施の形態によれば、制御棒動作確認時には原子炉手動操作系３１の制御棒動作確認時専用回路８ｂが機能し、制御棒引抜監視装置１４による制御棒２の監視が除外されるので、これにより運転員による制御棒動作確認時の操作性を向上させることができる。

また、制御棒２の挿入、引抜を、挿入、引抜の順番しか許容せず、かつ、挿入および引抜それぞれの駆動量を１ノッチに制限するので、制御棒動作確認時における運転員の制御棒誤操作による誤作動を防止することができる。

以上に本発明の一実施の形態を説明したが、本発明はこの実施の形態に制限されず、本発明の精神の範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態においては、制御棒引抜監視装置１４からの制御棒引抜阻止信号１５を制御棒駆動制御盤８の制御棒駆動通常回路８ａに入力し、制御棒駆動通常回路８ａの入力側にワイプアウト回路８６を設けて、引抜指示信号１１ｂの入力を除外（ワイプアウト）したが、制御棒制御モード切替回路１０の入力側にワイプアウト回路を設け、制御棒引抜監視装置１４からの制御棒引抜阻止信号１５をそのワイプアウト回路に入力して引抜指示信号１１ｂの入力を除外（ワイプアウト）してもよく、その場合は、制御棒動作確認モード信号１３を制御棒引抜監視装置１４にも入力し、制御棒動作確認モード信号１３により制御棒動作確認時専用回路８ｂが選択されたときに制御棒引抜監視装置１４からの制御棒引抜阻止信号１５の出力を停止することにより、上記実施の形態と同様に制御棒引抜監視装置１４による制御棒２の監視を除外し、同様の効果を得ることができる。

本発明の一実施の形態に係わる原子炉制御棒制御装置の全体構成を示す図である。 制御棒挿入時のＨＣＵの弁動作を示す図である。 制御棒引抜時のＨＣＵの弁動作を示す図である。 制御棒駆動通常回路の具体例の一つを示す図である。 制御棒動作確認時専用回路の具体例の一つを示す図である。

符号の説明

１ 原子炉
２ 制御棒
３ 制御棒位置検出プローブ
４ ＨＣＵ（制御棒水圧制御ユニット）
４ａ１ 低圧排出管
４ａ２ 高圧供給管
４ａ３ 制御棒駆動ポンプ
４ｂ１ 挿入排出弁
４ｂ２ 引抜供給弁
４ｂ３ 引抜排出弁
４ｂ４ 挿入供給弁
５ａ 挿入信号
５ｂ 引抜信号
６ａ，ｂ 位置信号
７ 制御棒位置指示系盤
７ａ 制御棒位置検出回路
８ 制御棒駆動制御盤
８ａ 制御棒駆動通常回路
８ｂ 制御棒動作確認時専用回路
９ 原子炉制御盤
９ａ 制御棒操作・監視パネル
９ｂ モードスイッチ
１０ 制御棒制御モード切替回路、
１１ａ 挿入指示信号
１１ｂ 引抜指示信号
１３ 制御棒動作確認モード信号
１４ 制御棒引抜監視装置
１５ 制御棒引抜阻止信号
１９ 制御棒駆動機構
２１ ＬＰＲＭ信号
２２ 炉心流量信号
３１ 原子炉手動操作系
８１ ＡＮＤ回路
８２ ＡＮＤ回路
８３ ＯＲ回路
８４ ＮＯＴ回路
８５ ワイプアウト回路
８６ ワイプアウト回路
８７ａ 挿入タイマ
８７ｂ 引抜タイマ
８８ａ 挿入タイマ（１ノッチ制限）
８８ｂ 引抜タイマ（１ノッチ制限）

Claims (4)

1. 挿入指示信号及び引抜指示信号を出力し、それらの指示信号に基づいて制御棒の挿入、引抜を行わせる原子炉手動操作系を有する原子炉制御棒制御装置において、
   前記挿入指示信号及び引抜指示信号が出力されたときに、制御棒動作確認時に限定して、制御棒の駆動量を制限する制御棒駆動制限手段を備えることを特徴とする原子炉制御棒制御装置。
2. 請求項１記載の原子炉制御棒制御装置において、
   前記原子炉手動操作系は、
   前記挿入指示信号及び引抜指示信号に基づいて制御棒の挿入、引抜を行わせる第１制御棒駆動制御回路と、
   前記制御棒駆動制限手段として機能する第２制御棒駆動制御回路と、
   制御棒動作確認選択手段と、
   前記制御棒動作確認選択手段から制御棒動作確認モード信号が出力されていないときは、前記第１制御棒駆動制御回路に制御棒の挿入、引抜を行わせ、前記制御棒動作確認モード信号が出力されると、前記第２制御棒駆動制御回路に制御棒の挿入、引抜を行わせる切替手段とを有することを特徴とする原子炉制御棒制御装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の原子炉制御棒制御装置において、
   前記制御棒駆動制限手段は、前記制御棒の挿入方向、引抜方向のそれぞれにおいて、前記制御棒の駆動量を１ノッチに制限することを特徴とする原子炉制御棒制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の原子炉制御棒制御装置において、
   前記制御棒駆動制限手段は、前記制御棒の駆動する方向を、挿入から引抜の順番しか許容しないことを特徴とする原子炉制御棒制御装置。

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