JP2011085528A - 炉心流量校正装置および炉心流量校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炉心支持板差圧測定法による炉心流量の校正に必要な校正係数を自動で算出し、人間系による算出ミスを未然に防止する。
【解決手段】改良型沸騰水型原子力発電プラントの複数の運転点に関するポンプ部差圧測定法による炉心流量、炉心支持板差圧測定法による炉心流量、炉心支持板差圧および原子炉出力を登録するデータ登録手段２５と、ポンプ部差圧測定法による炉心流量と炉心支持板差圧測定法による炉心流量との偏差が判定基準値内であるか否かを判定する偏差判定手段２６と、前記偏差が判定基準値外である場合、炉心流量を求める式における炉心支持板差圧および原子炉出力の校正係数をそれぞれ最小二乗法により算出する校正係数算出手段２７とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、改良型沸騰水型原子力発電プラント（以下、ＡＢＷＲプラントという。）における炉心流量の値を校正するための炉心流量校正装置および炉心流量校正方法に関する。

現在の沸騰水型原子炉発電プラントにおいては、原子炉圧力容器に設けられた原子炉燃料内で発生するウランなどの核燃料の核分裂量を制御し、かつ核分裂によって発生した熱を有効に除去するために、冷却材である水を強制的に循環させる方式を採用している。

原子炉冷却材の循環量、すなわち炉心流量が多いと原子炉炉心部で発生する気泡（ボイド）の量が少なくなり、このため核分裂によって生成される高速中性子に対する減速効果が増大して核分裂が促進され、原子炉の出力が増加する。一方、炉心流量が少ない場合には、これとは逆に気泡の量が多くなり、原子炉出力は低下する。このように、沸騰水型原子力発電プラントにおいて原子炉の炉心流量は、原子炉の冷却という安全上の観点ばかりでなく、原子炉出力の制御の観点からも極めて重要な物理量であり、高い精度で計測または計算することが要求されている。

また、将来の原子炉の一つとして自然循環型の沸騰水型原子炉が想定されており、この原子炉の場合には、炉心流量が原子炉出力の制御に直接用いられることはないが、安全上の観点と、燃料の燃焼管理といった効率的な運転管理の観点とから重要な物理量であることに変わりはなく、強制循環型原子炉の場合と同様に高い精度で計測あるいは計算することが要求される。

炉心に冷却材を循環させるための再循環ポンプを原子炉圧力容器に内蔵する形式のＡＢＷＲプラントがある。この内蔵形式の再循環ポンプは、原子炉インターナルポンプ（ＲＩＰ）と呼ばれる。ＡＢＷＲプラントにおいて、タービン系から送り込まれる給水は、給水配管を通して原子炉圧力容器（ＲＰＶ）へ注入される。この注入された給水は、気水分離器で分離された飽和水と混合してサブクール水となり、このサブクール水がシュラウドと原子炉圧力容器の内壁との間のダウンカマを流下する。

上記ダウンカマを流下した冷却材は、複数の原子炉再循環ポンプによって加圧され、下部格子板を通り炉心の燃料で加熱されて沸騰する。これにより蒸気と水との二相流体となって気水分離器へ流れ、そこで飽和水と飽和蒸気に分離される。この飽和水はアニュラスへと流れ再び給水と混合される一方、飽和蒸気はさらに蒸気乾燥器および主蒸気配管を通ってタービンへ送られる。

ここで、ＡＢＷＲプラントの炉心流量計測方法は大きく分けて２種類ある。そのうちの一つはポンプ部差圧測定法（以下、ＰｄＰ法という。）であり、もう一つは炉心支持板差圧測定法（以下、ＣＰｄＰ法という。）である。

上記ＰｄＰ法は、再循環ポンプのポンプ吸込部圧力と炉心入口部圧力との圧力差（ポンプ部差圧）を計測し、そのポンプ部差圧に基づいて予め求めておいた再循環ポンプのＱ−Ｈ（流量−揚程）特性曲線から炉心流量を求めるものである。

この方法を、図４を参照して説明する。図４において、原子炉圧力容器３の下部には、再循環ポンプ１が配置されている。シュラウド５外の冷却材が下方に流れると、再循環ポンプ１を通った冷却材は、炉心支持板６に対して上方に向かって通り、その上方に設置された炉心部へ送られる。

図４に示すように、原子炉圧力容器３内のポンプ部差圧計測配管９によって再循環ポンプ１の入口部圧力と再循環ポンプ１により加圧された炉心入口圧力との差圧（ポンプ部差圧ΔＰｐ）が検出され、ポンプ部差圧発信器１０に入力される。このポンプ部差圧発信器１０によって計測されたポンプ部差圧ΔＰｐはプロセス計算機１１に入力される。また、プロセス計算機１１には再循環ポンプ１の回転数を検出するＲＩＰ回転数検出器１２からのＲＩＰ回転数Ｒｉが入力されるとともに、ＲＰＶボトムドレン温度検出器１３で検出された再循環ポンプ１を通る原子炉冷却材の温度（ＲＰＶボトムドレン温度）Ｔｂが入力される。

プロセス計算機１１には、再循環ポンプ１のポンプ性能として各再循環ポンプ１についてポンプＱ−Ｈ特性曲線が予め記憶されている。このポンプＱ−Ｈ特性曲線は工場試験で得られた特性曲線であり、式（１）に示すような高次の線型方程式によるフィッティング式として保持される。測定したＲＰＶボトムドレン温度Ｔｂ、ＲＩＰ回転数Ｒｉ、ポンプ部差圧ΔＰｐを式（１）に代入し、再循環ポンプ１の各号機の流量Ｑｉを求め、式（２）に示すように炉心流量Ｗｐｄｐを求める。

Ｑｉ＝ｆｉ（ΔＰｐ，Ｒｉ，Ｔｂ）…（１）
Ｗｐｄｐ＝Ｋｐ・ΣＱｉ…（２）
ここで、Ｋｐは校正係数である。

次に、もう一つの炉心流量計測方法であるＣＰｄＰ法は、炉心入口部圧力と炉心出口部圧力との圧力差（炉心支持板差圧）を計測し、その炉心支持板差圧と原子炉平均出力とから炉心流量を求めるものである。

すなわち、図４に示すように、炉心支持板差圧計測配管１４により炉心支持板６の上下の差圧を検出して炉心支持板差圧発信器１５に入力し、この炉心支持板差圧発信器１５で計測された炉心支持板差圧（下部格子板差圧）ΔＰｃｐは、核計装系１６に入力される。また、この核計装系１６には、炉内中性子検出器１７によって検出された原子炉内の中性子束Φが入力されている。核計装系１６では、検出された中性子束Φに基づいて原子炉内の局部出力の平均値を求め、原子炉の平均出力Ａを求める。そして、測定した炉心支持板差圧ΔＰｃｐと原子炉の平均出力Ａを式（３）に代入して炉心流量Ｗｃｐｄｐを求める。

Ｗｃｐｄｐ
＝Ｋｃ・〔ａ＋ｂ（ΔＰｃｐ）^１／２＋ｃ・ΔＰｃｐ〕・（ｄ＋ｅ・Ａ＋ｆ・Ａ^２）…（３）
ここで、Ｋｃ，ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは校正係数であり、ΔＰｃｐは炉心支持板差圧であり、Ａは原子炉の平均出力である。

一方、沸騰水型原子力発電プラントにおいては、原子炉の運転に伴って原子炉冷却材中に含まれる金属イオンやクラッドなどの不純物が炉内構造物の表面に付着し、これにより原子炉炉心部分の流動抵抗係数の増加が経時的に発生する可能性がある。

すなわち、ＣＰｄＰ法で得られた炉心流量Ｗｃｐｄｐは、炉心支持板差圧ΔＰｃｐおよび原子炉出力により求めた炉心流量であるので、原子炉出力分布の変化や経時的な原子炉内へのクラッドなどの付着によって、炉心支持板差圧ΔＰｃｐと実際の炉心流量との関係が変化する。

このため、ＣＰｄＰ法で得た炉心流量Ｗｃｐｄｐについては、次のような校正を行うことによって所定の精度を得るようにしている。すなわち、炉心状態の影響を受けないＰｄＰ法で求めた炉心流量Ｗｐｄｐを基準として、炉心流量Ｗｐｄｐと炉心流量Ｗｃｐｄｐとの偏差が所定値を超えたような場合、炉心流量Ｗｃｐｄｐを炉心流量Ｗｐｄｐに合わせるべく、式（３）の校正係数Ｋｃ，ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを設定し直している。これによって、ＣＰｄＰ法で得る炉心流量Ｗｃｐｄｐも十分に精度の良い炉心流量となるようにしている。

そして、ＰｄＰ法で得られる炉心流量Ｗｐｄｐは炉心性能計算に用いられ、ＣＰｄＰ法で得られた炉心流量Ｗｃｐｄｐは表示装置（ＣＲＴや液晶表示装置など）に表示して監視に用いるとともに、安全保護系でスクラムのインターロックを動作させるための変数として用いられている。

このように上記ＰｄＰ法は、最も正しい炉心流量の値を求める方法であって、ポンプ速度や炉水温度から収束計算させて求めている（例えば、特許文献１参照）。このＰｄＰ法による炉心流量計測方法は、イテレーション（iteration：反復）演算を実行するため、収束時間がかかるという問題がある。そこで、現在では炉心流量指示値を適時に確認するため、炉心支持板差圧、原子炉出力を入力データとする上述したＣＰｄＰ法による炉心流量計測方法が用いられている。

特開平１１−１９０７９１号公報

ところで、上述したＡＢＷＲプラントにおいて、上記ＣＰｄＰ法による炉心流量計測方法は、定期的な校正を必要とする性質のものであるが、校正方法について具体的な校正方法が定まっていないのが現状である。また、ＣＰｄＰ法による炉心流量計測方法は、計算も煩雑で、ＣＰｄＰ法の校正に必要な係数を操作員などの人間系が算出し、ＣＰｄＰ法による炉心流量計測装置に操作員が手動で校正係数を入力して校正している。その結果、校正に必要な係数の算出ミスや、校正係数の入力操作ミスを引き起こす場合がある。

また、上記ＣＰｄＰ法による炉心流量計測方法は、原子炉の運転範囲に相当する炉心流量の測定範囲内（炉心流量、原子炉出力）であり、上記ＰｄＰ法による炉心流量計測方法に対してある判定基準値内になければならない。そのため、ＣＰｄＰ法において炉心流量を校正するには、校正しようとしている運転点でのＰｄＰ法と比較してＣＰｄＰ法の炉心流量を校正するだけではなく、現在校正しようとしている運転点（炉心流量、原子炉出力）と異なる運転点を考慮して校正しなければならない。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、いかなる運転点でもＣＰｄＰ法による炉心流量が判定基準値内に入るようなＣＰｄＰ法による炉心流量の適切な校正係数を求めて炉心流量の校正を行うことのできる炉心流量校正装置および炉心流量校正方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、ＣＰｄＰ法による炉心流量の校正に必要な校正係数を自動で算出することのできる炉心流量校正装置および炉心流量校正方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る炉心流量校正装置は、改良型沸騰水型原子力発電プラントの炉心支持板差圧および原子炉出力に基づいて炉心流量を求める式を用いて前記炉心流量の値を校正する炉心流量校正装置であって、前記改良型沸騰水型原子力発電プラントの複数の運転点に関するポンプ部差圧測定法による炉心流量、炉心支持板差圧測定法による炉心流量、前記炉心支持板差圧および前記原子炉出力を登録するデータ登録手段と、前記ポンプ部差圧測定法による炉心流量と前記炉心支持板差圧測定法による炉心流量との偏差が判定基準値内であるか否かを判定する偏差判定手段と、前記偏差が判定基準値外である場合、前記炉心流量を求める式における前記炉心支持板差圧および前記原子炉出力の校正係数をそれぞれ最小二乗法により算出する校正係数算出手段と、を有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る炉心流量校正方法は、改良型沸騰水型原子力発電プラントの炉心支持板差圧および原子炉出力に基づいて炉心流量を求める式を用いて前記炉心流量の値を校正する炉心流量校正方法であって、前記改良型沸騰水型原子力発電プラントの複数の運転点に関するポンプ部差圧測定法による炉心流量、炉心支持板差圧測定法による炉心流量、前記炉心支持板差圧および前記原子炉出力を登録するデータ登録ステップと、前記データ登録ステップの後に、前記ポンプ部差圧測定法による炉心流量と前記炉心支持板差圧測定法による炉心流量との偏差が判定基準値内であるか否かを判定する偏差判定ステップと、前記偏差判定ステップの後に、前記偏差が判定基準値外である場合、前記炉心流量を求める式における前記炉心支持板差圧および前記原子炉出力の校正係数をそれぞれ最小二乗法により算出する校正係数算出ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、いかなる運転点でもＣＰｄＰ法による炉心流量が判定基準値内に入るようなＣＰｄＰ法による炉心流量の適切な校正係数を求めて炉心流量の校正を行うことができる。また、本発明によれば、ＣＰｄＰ法による炉心流量の校正に必要な校正係数を自動で算出することができるため、人間系による算出ミスを未然に防止することができる。

本発明に係る炉心流量校正装置の一実施形態を示すブロック図である。 図１の校正演算部の処理を示すフローチャートである。 図１の炉心流量校正部の処理を示すフローチャートである。 一般の沸騰水型原子力発電プラントの炉心流量計測に関する計測システムを示す縦断面説明図である。

以下に、本発明に係る炉心流量校正装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る炉心流量校正装置の一実施形態を示すブロック図である。図２は図１の校正演算部の処理を示すフローチャートである。図３は図１の炉心流量校正部の処理を示すフローチャートである。

本実施形態の炉心流量校正装置は、ＡＢＷＲプラントにおける炉心流量を校正するための装置であり、図１に示すようにデータ入力部２１，２２と、炉心流量校正部２３と、校正演算部２４とを備えている。

データ入力部２１は、ＣＰｄＰ法による炉心流量を算出するために必要な入力データを入力する。具体的には、データ入力部２１は、炉心支持板差圧および原子炉出力を、炉心流量校正部２３を経て入力データとして校正演算部２４のデータ登録手段としてのデータベース２５に入力する。一方、データ入力部２２は、ＰｄＰ法による炉心流量計測データを入力データとして校正演算部２４のデータベース２５に入力する。

このデータベース２５では、複数の運転点に関するＰｄＰ法による炉心流量計測データと、ＣＰｄＰ法による炉心流量計測データおよびその関連データを記録している。すなわち、データベース２５では、データ入力部２２から得られた運転点毎のＰｄＰ法による炉心流量計測データと、データ入力部２１から炉心流量校正部２３を経て入力された炉心支持板差圧データおよび原子炉出力データがそれぞれ登録されている。

校正演算部２４は、上記データベース２５の他、偏差判定手段としての校正係数判定部２６と、校正係数算出手段としての校正係数算出部２７を備えている。校正係数判定部２６は、ＰｄＰ炉心流量とＣＰｄＰ炉心流量の偏差が判定基準値内に入っているか否かを判定する。

ここで、判定基準値とは、定格炉心流量に対するＰｄＰ炉心流量とＣＰｄＰ炉心流量との偏差であり、例えば２％に設定されている。具体的には、定格炉心流量が５２２００ｔ／ｈとし、判定基準値が２％と仮定すると、５２２００×０．０２＝１０４４ｔ／ｈである。また、校正係数とは、上述した式（３）におけるＫｃ，ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの値のことをいう。

校正係数算出部２７は、ＣＰｄＰ炉心流量の校正係数を自動により算出する。

炉心流量校正部２３は、校正係数書換判定部２３ａおよび校正係数書換部２３ｂを有し、校正係数算出部２７により算出された校正係数を得て、この校正係数が書換えすべきデータであるか否かを校正係数書換判定部２３ａで判定し、書換えすべきデータである場合に校正係数書換部２３ｂにより自動で書換えし、この書き換えた校正係数データを校正演算部２４のデータベース２５に出力する。

次に、図２のフローチャートに従って校正演算部２４による炉心流量校正処理を説明する。

本実施形態では、ＰｄＰ法による炉心流量とＣＰｄＰ法による炉心流量との偏差を管理し、この偏差に対して校正を行う基準を定義する。ＰｄＰ法による炉心流量とＣＰｄＰ法による炉心流量のデータは、後の校正時に履歴として確認する必要がある。

すなわち、図２に示すステップＳ１では、現在校正しようとしている校正点（炉心流量、原子炉出力）と異なる運転点を考慮して校正するため、運転点のパラメータ（ＰｄＰ法による炉心流量、炉心支持板差圧、原子炉出力）の入力データを校正演算部２４のデータベース２５に登録する。つまり、ステップＳ１では、データベース２５に複数の運転点に関するＰｄＰ法による炉心流量と、ＣＰｄＰ法による炉心流量とその関連データ（炉心支持板差圧，原子炉出力）を設定する。

ここで、ＣＰｄＰ法による炉心流量は、炉心支持板差圧および原子炉出力の関数であり、上述した式（３）の二次のフィッティング式で成り立っている。

ステップＳ２では、ステップＳ１における登録したい運転点は、複数登録可能であり、実際の校正を行う際に登録されたデータについても、校正係数判定部２６は、ＰｄＰ法による炉心流量およびＣＰｄＰ法による炉心流量の偏差が判定基準値内に入っているか否かを判定する。すなわち、ステップＳ２では、校正係数判定部２６は、ＰｄＰ法による炉心流量およびＣＰｄＰ法による炉心流量の偏差が判定基準値である、例えば２％以内であるかを判定する。

炉心支持板差圧の項のみで上記判定基準値内に入った場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）は、原子炉出力の項はそのままで、校正計算は終了する。一方、炉心支持板差圧の項が上記判定基準値内に入らない場合、つまり上記判定基準値外の場合（ステップＳ２：Ｎｏ）は、次のステップＳ３に進む。

そして、ステップＳ３では、校正係数算出部２７は、まず炉心支持板差圧の項に関して自動により最小二乗法で校正係数を算出する。

次に、ステップＳ４では、校正係数判定部２６は、ＰｄＰ法による炉心流量およびＣＰｄＰ法による炉心流量の偏差が判定基準値内に入っているか否かを判定する。すなわち、ステップＳ２では、校正係数判定部２６は、ＰｄＰ法による炉心流量およびＣＰｄＰ法による炉心流量の偏差が判定基準値である、例えば２％以内であるかを判定する。

そして、原子炉出力の項で上記判定基準値内に入った場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）は、ＣＰｄＰ法による炉心流量の校正処理を終了する。一方、原子炉出力の項が上記判定基準値内に入らない場合（ステップＳ４：Ｎｏ）は、次のステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、校正係数算出部２７は原子炉出力の項に関して自動により最小二乗法で校正係数を算出する。

次に、図３のフローチャートに従って炉心流量校正部２３による校正係数データ書換処理を説明する。

まず、ステップＳ１１では、炉心流量校正部２３は、校正演算部２４の校正係数算出部２７から出力された校正係数データをセットする。

次いで、ステップＳ１２では、炉心流量校正部２３の校正係数書換判定部２３ａは、セットされた校正係数データが書換えするデータであるか否かを判定する。ステップＳ１２において、書換えする校正係数データでない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）は、校正係数データ書換処理を終了する。また、書換えする校正係数データである場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）は、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、校正係数書換部２３ｂは予め記録されていた校正係数データを新たな校正係数データに書換え、その校正係数データを校正演算部２４のデータベース２５に入力させる。

このように本実施形態の校正係数データ書換処理によれば、校正演算部２４から出力された校正係数データが自動で転送されても、この校正係数データが書換えする校正係数データであるか否かを一旦判定することにより、書換えするべき校正係数データだけを書換えすることができる。これにより、書換えした校正係数データの信頼性を向上させることが可能となる。

以上説明した本実施形態による炉心流量校正装置および方法によれば、いかなる運転点でもＣＰｄＰ法による炉心流量が判定基準値内に入るようなＣＰｄＰ法による炉心流量の適切な校正係数を求めて炉心流量の校正を行うことができる。

また、本実施形態によれば、ＣＰｄＰ法による炉心流量の校正に必要な校正係数を自動で算出することができるため、人間系による算出ミスを未然に防止することができ、校正係数データの信頼性を向上させることが可能となる。

２１…入力部
２２…入力部
２３…炉心流量校正部
２３ａ…校正係数書換判定部（校正係数書換判定手段）
２３ｂ…校正係数書換部
２４…校正演算部
２５…データベース（データ登録手段）
２６…校正係数判定部（偏差判定手段）
２７…校正係数算出部（校正係数算出手段）

Claims (4)

1. 改良型沸騰水型原子力発電プラントの炉心支持板差圧および原子炉出力に基づいて炉心流量を求める式を用いて前記炉心流量の値を校正する炉心流量校正装置であって、
   前記改良型沸騰水型原子力発電プラントの複数の運転点に関するポンプ部差圧測定法による炉心流量、炉心支持板差圧測定法による炉心流量、前記炉心支持板差圧および前記原子炉出力を登録するデータ登録手段と、
   前記ポンプ部差圧測定法による炉心流量と前記炉心支持板差圧測定法による炉心流量との偏差が判定基準値内であるか否かを判定する偏差判定手段と、
   前記偏差が判定基準値外である場合、前記炉心流量を求める式における前記炉心支持板差圧および前記原子炉出力の校正係数をそれぞれ最小二乗法により算出する校正係数算出手段と、
   を有することを特徴とする炉心流量校正装置。
2. 前記校正係数算出手段により算出された校正係数が書き換える校正係数であるか否かを判定する校正係数書換判定手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の炉心流量校正装置。
3. 改良型沸騰水型原子力発電プラントの炉心支持板差圧および原子炉出力に基づいて炉心流量を求める式を用いて前記炉心流量の値を校正する炉心流量校正方法であって、
   前記改良型沸騰水型原子力発電プラントの複数の運転点に関するポンプ部差圧測定法による炉心流量、炉心支持板差圧測定法による炉心流量、前記炉心支持板差圧および前記原子炉出力を登録するデータ登録ステップと、
   前記データ登録ステップの後に、前記ポンプ部差圧測定法による炉心流量と前記炉心支持板差圧測定法による炉心流量との偏差が判定基準値内であるか否かを判定する偏差判定ステップと、
   前記偏差判定ステップの後に、前記偏差が判定基準値外である場合、前記炉心流量を求める式における前記炉心支持板差圧および前記原子炉出力の校正係数をそれぞれ最小二乗法により算出する校正係数算出ステップと、
   を有することを特徴とする炉心流量校正方法。
4. 前記校正係数算出ステップの後に、前記算出された校正係数が書き換える校正係数であるか否かを判定する校正係数書換判定ステップを設けたことを特徴とする請求項３に記載の炉心流量校正方法。

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