JP2015222230A - 原子力プラントの出力制御方法及び出力制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】大幅な負荷変更要求に対し、一定速度で原子力プラントの出力を目標の負荷まで安定的かつ迅速に低減する。
【解決手段】原子炉出力を制御する原子炉出力制御装置１２と、前記原子炉出力制御装置からの出力信号に基づいて、再循環流量を制御する再循環流量制御装置５と、制御棒を駆動制御する制御棒駆動制御装置４と、原子炉より発生した蒸気の主タービンへの供給量を加減弁１０及びバイパス弁１１により制御する主タービン制御装置９と、を有する原子力プラントの出力制御方法において、原子力プラントの負荷低減要求があった場合に、前記再循環流量制御装置５により原子力プラントの出力を減少させた後、前記制御棒駆動制御装置４による制御棒の駆動制御と前記主タービン制御装置９による前記加減弁１０及び／又はバイパス弁１１の制御により原子力プラントの出力を低減させる。
【選択図】図１

Description

本発明は大幅な負荷変更要求に追従することができる原子力プラントの出力制御方法及び出力制御システムに関する。

原子力プラントでは、従来から大幅な負荷変更要求に対応することができる原子力プラントの出力制御手段が提案されている。例えば、大幅な負荷変更要求に対し、まず再循環流量調整及び制御棒操作を用いて実質的に出力変更前の原子炉出力を保ちながら、炉心流量を変化させることにより再循環流量調整による変更可能な出力変更幅を拡大し、その後、再循環流量調整と制御棒操作を別々に行うことにより目標となる原子炉出力まで原子炉出力を変化させる出力制御手段が提案されている（特許文献１）。

また、負荷急減事象が発生した場合、すなわち原子炉出力を急激に低下させる必要が生じた場合に、インターナルポンプのランバックと選択制御棒の挿入を組み合わせることで出力を急減させる原子炉出力制御手段も提案されている（特許文献２）。

特公平８−２０５５５号公報 特開平５−１６４８９１号公報

大幅な負荷変更要求に対し負荷追従運転を可能とする従来の原子炉出力制御手段では、再循環流量制御と制御棒制御を組み合わせた多数の方式が検討されているが、再循環流量制御と制御棒制御の組み合わせでは出力変更幅に制限があり、例えば特許文献１に開示の原子炉出力制御手段では、５０％出力から１００％出力までの幅でのみ負荷追従運転が可能としている。

しかしながら、電力系統が脆弱な場合では、負荷追従の幅をより大きく要求されるケースがある。例えば、原子力プラントの出力を１００％出力から２０％出力まで５％／分もしくは２０％／分で変化させるような要求がある場合、従来の原子炉出力制御手段では対応することができないという課題があった。

また、特許文献２に開示の原子炉出力制御手段では、負荷急減事象が発生した際に、原子炉出力を２０％出力まで急減させることは可能であるが、一定の速度で出力を減少させることができないという課題があった。

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、大幅な負荷変更要求に対し、原子力プラントの出力を目標の負荷まで一定速度で安定的かつ迅速に低減することができる原子力プラントの出力制御方法及び出力制御システム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、本発明の実施形態に係る原子力プラントの出力制御方法は、原子炉出力を制御する原子炉出力制御装置と、前記原子炉出力制御装置からの出力信号に基づいて、再循環流量を制御する再循環流量制御装置と、制御棒を駆動制御する制御棒駆動制御装置と、原子炉より発生した蒸気の主タービンへの供給量を加減弁及びバイパス弁により制御する主タービン制御装置と、を有する原子力プラントの出力制御方法において、原子力プラントの負荷低減要求があった場合に、前記再循環流量制御装置により原子力プラントの出力を減少させた後、前記制御棒駆動制御装置による制御棒の駆動制御と前記主タービン制御装置による前記加減弁及び／又はバイパス弁の制御により原子力プラントの出力を低減させることを特徴とする。

また、本発明の実施形態に係る原子力プラントの制御システムは、本実施形態に係る原子力プラントの出力制御方法を実施するために、原子炉出力を制御する原子炉出力制御装置と、前記原子炉出力制御装置からの出力信号に基づいて、再循環流量を制御する再循環流量制御装置と、制御棒を駆動制御する制御棒駆動制御装置と、原子炉より発生した蒸気の主タービンへの供給量を加減弁及びバイパス弁により制御する主タービン制御装置と、を備えたことを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、大幅な負荷変更要求に対し、原子力プラントの出力を目標の負荷まで一定速度で安定的かつ迅速に低減することができる。

第１の実施形態に係る原子力プラントの出力制御システムの構成図。 第１の実施形態に係る原子炉出力制御装置の構成図。 第２の実施形態に係る原子炉出力制御装置の構成図。

以下、本発明に係る原子力プラントの出力制御方法及び出力制御システムの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、本実施形態を沸騰水型原子力プラントに適用した例について説明する。

［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る原子力プラントの出力制御方法及び出力制御システムについて、図１及び図２により説明する。

（構成）
まず、本実施形態に係る原子力プラントの出力制御システムの構成を図１により説明する。
本実施形態において、原子炉１の出力制御は、図１に示すように、制御棒駆動装置２により調整される制御棒の位置と、インターナルポンプ３により調整される冷却水の再循環流量とにより行われる。制御棒駆動装置２は制御棒駆動制御装置４により制御され、インターナルポンプ３は再循環流量制御装置５により制御される。

原子炉１内で発生した蒸気は主蒸気系を通って主タービン６に送られ、ここで主発電機７より電力を取り出した後、復水器８で復水にされ、給水系統及び給水ポンプを経て原子炉１に戻される（図示せず）。主蒸気系より主タービン６に供給される蒸気量は主タービン制御装置９により加減弁１０及びバイパス弁１１の開度を調節することによって制御される。

原子炉出力制御装置１２には、プロセス計算機１３を介して送られてくる指令信号又は運転員から直接入力される手動操作指令信号、発電機出力信号、原子炉圧力信号及び圧力制御器信号が入力され、制御棒駆動制御装置４、再循環流量制御装置５及び主タービン制御装置９にそれぞれ指令信号を出力する。

次に、原子炉出力制御装置１２について図２を用いて説明する。
原子炉出力制御装置１２は、発電機出力設定部１４、発電機出力制御器１５、炉心流量制御器１６及び制御棒制御器１７から構成される。

発電機出力設定部１４は、プロセス計算機１３を介して又は運転員からの直接の手動操作により入力された発電機出力の目標値及び出力変化率に基づいて、目標発電機出力を演算する。

発電機出力制御器１５は、発電機出力設定部１４で演算された目標発電機出力と発電機出力の偏差から原子炉出力設定信号を生成し、炉心流量制御器１６、制御棒制御器１７及び主タービン制御装置９に出力する。

炉心流量制御器１６は、発電機出力制御器１５から入力された原子炉出力設定信号とタービン制御装置９から入力された圧力制御器信号との偏差に基づき炉心流量指令信号を生成し、再循環流量制御装置５に出力する。

制御棒制御器１７は、発電機出力制御器１５から入力された原子炉出力設定信号と圧力制御器信号との偏差に基づき制御棒の引抜又は挿入指令信号を生成し、制御棒駆動制御装置４に出力する。

主タービン制御装置９は、発電機出力制御器１５から入力された原子炉出力設定信号と、主タービン速度及び原子炉圧力信号より、加減弁１０及び／又はバイパス弁１１の開度指令信号を生成し、加減弁１０及び／又はバイパス弁１１に出力する。

（作用）
上記のように構成された原子力プラントの出力制御システムにおいて、負荷を急激に減少させる場合、例えば１００％出力から２０％出力まで５％／分で減少させる要求が発生した場合について説明する。

原子炉出力制御装置１２は、まず、再循環流量制御装置５を用いて原子炉出力を減少させる。再循環流量の応答は比較的早いため、発電機出力を５％／分で減少させることが可能であるが、再循環流量を制御するインターナルポンプ３が最低速度まで到達した後はそれ以上の調整は不可能である。再循環流量により到達可能な出力減少幅はその時の炉心の状態により異なるが概略６０％出力程度までである。

再循環流量が減少し、インターナルポンプ３が最低速度まで到達した後は、制御棒駆動制御装置４による出力減少を開始する。そのため再循環流量制御装置５よりインターナルポンプ３が最低速度に到達したことを示す信号が原子炉出力制御装置１２に入力され、炉心流量制御器１６から再循環流量制御装置５への出力を停止するとともに制御棒制御器１７による出力減少を開始する。

制御棒挿入による出力応答は比較的遅く、制御棒挿入のみで発電機出力を５％／分で減少させることは不可能である。そのため発電機出力制御器１５は、原子炉出力設定信号を制御棒制御器１７に出力し制御棒駆動制御を行うとともに、主タービン制御装置９に対しても原子炉出力設定信号を出力し、加減弁１０を所定の速度で閉じることにより、発電機出力を所定の速度で所定の値まで減少させる。このときに発生する原子炉出力と発電機出力のミスマッチを解消するため、主タービン制御装置９はバイパス弁１１を開くことにより余分に発生した蒸気を復水器８へ逃がす。

発電機出力が所定の値まで到達した後、制御棒駆動制御装置４による出力減少によって原子炉出力と発電機出力のミスマッチが解消した段階でバイパス弁１１を閉じる。

これにより、発電機出力を主タービン制御装置９により所定の速度で所定の値まで変化させることが可能となり、かつ制御棒制御器１７により制御棒を挿入制御することにより、原子炉出力もあわせて減少させることが可能となる。

（効果）
本実施形態によれば、原子力プラントにおいて大幅な負荷変更要求が生じた場合、原子炉出力制御装置１２は、原子力プラントの出力、並びに再循環流量制御装置５、制御棒駆動制御装置４及び主タービン制御装置９の制御特性に応じて、各制御装置を協働して制御することにより、原子力プラントの負荷を所定の速度で所定の値まで安定的かつ速やかに減少させることができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る原子力プラントの出力制御方法及び出力制御システムについて、図３により説明する。なお、上記実施形態と同一又は類似の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（構成）
本実施形態に係る原子炉出力制御装置１２は、図３に示すように、発電機出力設定部１４、発電機出力制御器１５、炉心流量制御器１６、制御棒制御器１７、制御棒パターン設定器１８及び制御棒パターン判定器１９から構成される。

制御棒パターン設定器１８には目標制御棒パターンが入力される。ここで目標制御棒パターンとは発電機出力の目標値に対応する原子炉出力に合致する制御棒パターンである。

制御棒パターン判定器１９は、制御棒パターン設定器１８から入力された目標制御棒パターンと制御棒駆動制御装置４から入力された実際の制御棒パターン（実制御棒パターン）とを比較し、その比較結果に基づき制御棒の引抜又は挿入指令信号を生成し、制御棒駆動制御装置４に出力する。

また、制御棒パターン判定器１９は、目標制御棒パターンと実制御棒パターンに大幅な相違がある場合等、制御棒制御器１７からの引抜又は挿入指令信号の出力を阻止する挿入／引抜阻止信号を制御棒制御器１７に出力する。

したがって、制御棒制御器１７は、制御棒パターン判定器１９からの挿入／引抜阻止信号がない場合に限り、制御棒駆動制御装置４へ制御棒の引抜又は挿入指令信号を出力し、挿入／引抜阻止信号がある場合は信号出力を行わない。

なお、挿入／引抜阻止信号が出力された場合には、制御棒パターン設定器１８に異なる目標制御棒パターンを入力し、再入力された目標制御棒パターンと実制御棒パターンとを比較し、上記手順を繰り返すようにしてもよい。

発電機出力設定部１４、発電機出力制御器１５、炉心流量制御器１６、及び主タービン制御装置９は第１の実施形態と同様の機能を有する。

（作用）
上記のように構成された原子力プラントの出力制御システムにおいて、負荷を急激に減少させる場合、例えば１００％出力から２０％出力まで５％／分で減少させる要求が発生した場合について説明する。

まず、原子炉出力制御装置１２は再循環流量制御装置５を用いて原子炉出力を減少させる。その際、インターナルポンプ３が最低速度に到達するまでの動作は第１の実施形態と同様である。

その後の主タービン制御装置９によるバイパス弁の開度制御も第１の実施形態と同様であるが、本実施形態においては、そのときの制御棒への引抜／挿入指令信号は制御棒パターン判定器１９からの出力により行われる。

制御棒パターン判定器１９の目標制御棒パターンはあらかじめ制御棒パターン設定器１８により２０％出力に対応する制御棒パターンに設定されており、当該パターンに到達するまで制御棒は連続で挿入又引抜操作される。

これにより、上記第１の実施形態と同様に、発電機出力を主タービン制御装置９により所定の速度で所定の値まで変化させることが可能となり、かつ、目標制御棒パターンを設定することで制御棒を目標制御棒パターンまで連続かつ迅速に挿入することが可能となるため、原子炉出力を目標とする出力に最速で減少させることが可能となる。

（効果）
本実施形態によれば、上記第１の実施形態に作用効果のほか、目標制御棒パターンを設定することで、制御棒を目標制御棒パターンまで連続かつ迅速に挿入することが可能となる。その結果、原子炉出力を目標とする出力に最速で減少させることが可能となるとともに、原子力プラントの負荷を所定の速度で所定の値まで安全かつ速やかに減少させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…原子炉、２…制御棒駆動装置、３…インターナルポンプ、４…制御棒駆動制御装置、５…再循環流量制御装置、６…主タービン、７…主発電機、８…復水器、９…主タービン制御装置、１０…加減弁、１１…バイパス弁、１２…原子炉出力制御装置、１３…プロセス計算機、１４…発電機出力設定部、１５…発電機出力制御器、１６…炉心流量制御器、１７…制御棒制御器、１８…制御棒パターン設定器、１９…制御棒パターン判定器。

Claims (6)

1. 原子炉出力を制御する原子炉出力制御装置と、前記原子炉出力制御装置からの出力信号に基づいて、再循環流量を制御する再循環流量制御装置と、制御棒を駆動制御する制御棒駆動制御装置と、原子炉より発生した蒸気の主タービンへの供給量を加減弁及びバイパス弁により制御する主タービン制御装置と、を有する原子力プラントの出力制御方法において、
   原子力プラントの負荷低減要求があった場合に、前記再循環流量制御装置により原子力プラントの出力を減少させた後、前記制御棒駆動制御装置による制御棒の駆動制御と前記主タービン制御装置による前記加減弁及び／又はバイパス弁の制御により原子力プラントの出力を低減させることを特徴とする原子力プラントの出力制御方法。
2. 前記原子炉出力制御装置は、目標制御棒パターン信号が入力される制御棒パターン設定器を備え、前記制御棒駆動制御装置は当該目標制御棒パターン信号に基づいて制御棒を駆動制御することを特徴とする請求項１記載の原子力プラントの出力制御方法。
3. 前記再循環流量制御装置は、インターナルポンプの速度が設定された最低速度になるまで再循環流量を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の原子力プラントの出力制御方法。
4. 前記原子力プラントの出力を一定の割合で低減させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の原子力プラントの出力制御方法。
5. 前記請求項１乃至４のいずれか１項に記載の原子力プラントの出力制御方法を実施するために、原子炉出力を制御する原子炉出力制御装置と、前記原子炉出力制御装置からの出力信号に基づいて、再循環流量を制御する再循環流量制御装置と、制御棒を駆動制御する制御棒駆動制御装置と、原子炉より発生した蒸気の主タービンへの供給量を加減弁及びバイパス弁により制御する主タービン制御装置と、を備えたことを特徴とする原子力プラントの制御システム。
6. 前記原子炉出力制御装置は、目標制御棒パターン信号が入力される制御棒パターン設定器を備えたことを特徴とする請求項５記載の原子力プラントの制御システム。

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