JP2023131538A - 制御棒操作監視装置および制御棒操作監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】原子力プラント建設時の初期設備を合理化することが可能な制御棒操作監視装置および制御棒操作監視方法を提供する。【解決手段】制御棒２と同数設けられている制御棒駆動モータ６と、制御棒２より少ない数設けられている駆動用インバータ電源７と、制御棒２を駆動する際に、制御棒駆動モータ６と駆動用インバータ電源７とを接続するスイッチング部２０と、駆動用インバータ電源７のうちいずれの駆動用インバータ電源７を用いるかを決定し、スイッチング部２０を制御するインバータ選択制御部１７と、スイッチング部２０を切り替える際に制御棒駆動モータ６の回転軸角度から換算される制御棒２の軸方向の位置を制御棒２ごとに記憶する制御棒座標・位置記憶装置１６と、を備える。【選択図】 図３

Description

本発明は、制御棒操作監視装置および制御棒操作監視方法に関する。

システムの小型化を図る制御棒駆動システムの一例として、特許文献１には、９本の制御棒を９台のモータで駆動するときに、制御棒を３つのギャンググループに分け、３台のインバータの分担すべきモータを３つのグループに分け、リレー、リレー接点の作動によってインバータが分担すべきモータを３台ずつ切り替えて駆動し、インバータを共用化する、ことが記載されている。

特開平１０－１７７０８４号公報

沸騰水型原子炉では、電動駆動を用いた制御棒の挿入や引抜により原子炉出力を変更する機能を設けている。この電動駆動を用いた制御棒の挿入や引抜操作は、自動出力制御装置等を用いた自動操作、または運転員の手動操作にて制御棒操作監視装置にて実施される。

制御棒の挿入には通常の運転で用いる通常挿入操作と緊急時に用いる緊急制御棒挿入操作との２種類があり、前者は通常運転時の原子炉出力調整時に使用される。一方、後者はスクラムなどの水圧駆動による制御棒挿入動作のバックアップとして電動駆動による緊急挿入機能として使用される。

改良型の沸騰水型原子炉では、計２０５本の制御棒に対して駆動モータ及び電源は１体の制御棒にそれぞれ１台ずつ装備されており、制御棒ごとに電動駆動できるようにしている。

現状の設備構成では、原子炉の通常運転時における制御棒挿入引抜動作において、同時に操作できる制御棒の本数が全２０５本の内２６本に制限されているため、全制御棒が同時に駆動する動作は無い。一方、緊急挿入信号が成立した場合には全制御棒に全挿入の信号が出力され、全制御棒が同時に駆動する動作となる。

上記の技術では、原子炉の通常運転時においては、同時に操作できる制御棒の本数は最大でも２６本であることから、制御棒駆動用インバータ電源の多くが待機状態にあるため稼働率は低く、さらに制御棒の駆動電源は１体の制御棒にそれぞれ１台ずつ装備されているため、設備コストが大きい。

これに対し、上述の特許文献１のように、インバータを共用することが一案として考えられるが、インバータを複数の制御棒で共用するために必要な具体的構成が明確でなく、改良の余地があることが明らかとなった。

本発明は、原子力プラント建設時の初期設備を合理化することが可能な制御棒操作監視装置および制御棒操作監視方法を提供する。

本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、プラントの運転時に電動駆動により制御棒を挿入もしくは引き抜きする制御棒操作監視装置であって、前記制御棒と同数設けられている制御棒駆動モータと、前記制御棒より少ない数設けられている駆動用インバータ電源と、前記制御棒を駆動する際に、前記制御棒駆動モータと前記駆動用インバータ電源とを接続するスイッチング部と、前記駆動用インバータ電源のうちいずれの前記駆動用インバータ電源を用いるかを決定し、前記スイッチング部を制御するインバータ選択制御部と、前記スイッチング部を切り替える際に前記制御棒駆動モータの回転軸角度から換算される前記制御棒の軸方向の位置を前記制御棒ごとに記憶する第１記憶部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、原子力プラント建設時の初期設備を合理化することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

制御棒が２０５体の場合の参考技術の制御棒操作監視装置の構成の一例を示す図。 本発明の実施例の制御棒操作監視装置を含む原子炉の全体概略構成の一例を示す図。 制御棒が２０５体の場合の本発明の実施例の制御棒操作監視装置の構成の一例を示す図。 本発明の実施例の制御棒操作監視装置における、駆動用インバータ電源が８台の場合のインバータ選択論理回路の処理の流れを示す図。

本発明の制御棒操作監視装置および制御棒操作監視方法の実施例について図１乃至図４を用いて説明する。なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一、または類似の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。

まず、制御棒操作監視装置の参考構成について図１を用いて説明する。

図１に示すように、参考技術の制御棒操作監視装置１０８では、制御棒挿入引抜論理回路１１で生成された制御棒挿入引抜信号を受信した個別制御棒挿入引抜論理回路１２内で個々の制御棒の状態を確認して挿入・引き抜きするかを決定してインバータ電源制御部１３に対して駆動指令信号を出力し、制御棒２を駆動する制御棒駆動モータ６の全てに１台ずつ設置された駆動用インバータ電源１０７を通して、制御棒２を駆動していた。

しかしながら、原子炉の通常運転時においては、同時に操作できる制御棒の本数は最大でも２６本であることから、駆動用インバータ電源１０７の多くが待機状態にあるため稼働率は低く、さらに制御棒の駆動電源は１体の制御棒にそれぞれ１台ずつ装備されているため設備コストが大きい。

これに対する本発明の制御棒操作監視装置の構成について図２乃至図４を用いて説明する。図２は実施例の制御棒操作監視装置を含む原子炉の全体概略構成の一例を示す図、図３は制御棒が２０５体の場合の実施例の制御棒操作監視装置の構成の一例を示す図、図４は実施例の制御棒操作監視装置における、駆動用インバータ電源が８台の場合のインバータ選択論理回路の処理の流れを示す図である。

最初に、本実施例の制御棒操作監視装置を含めた原子炉の全体構成について図２を用いて説明する。

図２に示すように、制御棒操作監視装置８は、運転員操作部９、自動出力制御装置１０並びに原子炉緊急停止装置５からの制御棒挿入引抜指令信号Ｓ５、制御棒緊急挿入信号Ｓ４の信号により原子炉１内に配置された制御棒２を電動駆動させる構成である。

原子炉緊急停止装置５では原子炉１内に配置された原子炉出力検出器３や原子炉水位・圧力検出器４からの原子炉出力信号Ｓ１や原子炉水位・圧力信号Ｓ２等を受け、原子炉の状態を常に監視している。

原子炉出力信号Ｓ１が異常に上昇した場合や原子炉水位・圧力信号Ｓ２が異常に低下・上昇した場合には、原子炉１や燃料の健全性を確保するため、原子炉緊急停止信号Ｓ３を発信して制御棒２を水圧駆動により緊急挿入する。この時、原子炉緊急停止装置５は同時に制御棒緊急挿入信号Ｓ４を制御棒操作監視装置８に発信し、電動駆動によるバックアップの制御棒挿入動作を行う。

次いで、制御棒操作監視装置８の構成を図３に基づいて説明する。

図３に示すように、制御棒操作監視装置８はプラントの運転時に電動駆動により制御棒２を挿入もしくは引き抜きするための装置であって、制御棒挿入引抜論理回路１１、個別制御棒挿入引抜論理回路１２、インバータ電源制御部１３、制御棒駆動モータ６、駆動用インバータ電源７、スイッチング部２０、制御棒座標・位置記憶装置１６、インバータ選択制御部１７、緊急時用インバータ制御部１４、大型駆動用インバータ電源１５から構成される。

制御棒駆動モータ６は、制御棒２と同数設けられている。これに対し、駆動用インバータ電源７は、制御棒２より少ない数設けられている。スイッチング部２０は、制御棒２を駆動する際に、制御棒駆動モータ６と駆動用インバータ電源７とを接続する。

次いで、インバータ選択制御部１７の構成を図４を用いて説明する。

インバータ選択制御部１７は、従来は１体の制御棒２につき１台ずつ装備されていた駆動用インバータ電源７を複数台の制御棒２で共用化するために設けられており、複数台の駆動用インバータ電源７のうちいずれの駆動用インバータ電源７を用いるかを決定し、スイッチング部２０を制御する部分であり、インバータ使用量記憶装置１８及びインバータ選択論理回路１９から構成される。

このインバータ選択制御部１７は、インバータ使用量記憶装置１８に記憶された駆動情報に基づいて、使用頻度の低い駆動用インバータ電源７を優先的に用いるようにする。

インバータ使用量記憶装置１８は、駆動用インバータ電源７の駆動情報として、駆動用インバータ電源７の入り切り回数、あるいは駆動用インバータ電源７の積算電力消費量を記憶する。

インバータ選択論理回路１９は、インバータ使用量記憶装置１８からのインバータ使用量の情報を入力として、以下の２つの判定を行うことで使用する駆動用インバータ電源７を選択するとともに、使用する駆動用インバータ電源７と駆動すべき制御棒２に接続された制御棒駆動モータ６とをつなげるためのスイッチング部２０の切り替え選択を行う。

図４に示すように、はじめに、インバータ選択論理回路１９は、電源の入り切り回数が最小の駆動用インバータ電源７が１台のみ存在するかどうかを確認する（判定１）。存在すると判定された場合は、当該の電源入り切り回数が最小の駆動用インバータ電源７を選択し、その駆動用インバータ電源７を使用する信号を駆動用インバータ電源７に送信するとともに、駆動対象の制御棒２を駆動させる制御棒駆動モータ６と駆動用インバータ電源７とをつなげるためのスイッチング部２０の切り替え信号を出力する（出力１）。

判定１において電源の入り切り回数が最小の駆動用インバータ電源７が１台のみ存在しないと判定された場合は、判定２に移行する。次いで、インバータ選択論理回路１９は、積算電力消費量が最小の駆動用インバータ電源７が１台のみ存在するかどうかを確認する（判定２）。
存在すると判定された場合は、当該の積算電力消費用が最小の駆動用インバータ電源７を選択し、その駆動用インバータ電源７を使用する信号を該当の駆動用インバータ電源７に送信するとともに、駆動対象の制御棒２を駆動させる制御棒駆動モータ６と駆動用インバータ電源７とをつなげるためのスイッチング部２０の切り替え信号を出力する（出力２）。

これに対し、判定２において積算電力消費量が最小の駆動用インバータ電源７が１台のみ存在しないと判定された場合は、各々の駆動用インバータ電源７に振られたインバータ番号のうち最も小さい番号の駆動用インバータ電源７を選択し、その駆動用インバータ電源７を使用する信号を、該当する駆動用インバータ電源７に送信するとともに、駆動対象の制御棒２を駆動させる制御棒駆動モータ６と駆動用インバータ電源７とをつなげるためのスイッチング部２０の切り替え信号を出力する（出力３）。

選択された駆動用インバータ電源７を使用して駆動対象の制御棒駆動モータ６に電力を供給する。

また、出力１、出力２、あるいは出力３の信号を受けて、駆動用インバータ電源７が運転されるたびにインバータ使用量をインバータ使用量記憶装置１８に送信し、各々の駆動用インバータ電源７の電源入り切り回数と積算電力消費量を記憶する。

なお、図４の判定１（電源入り切り回数に基づく判定）と判定２（電力消費量に基づく判定）の順序は入れ替え可能であり、制御棒２の挿入に想定以上の負荷がかかる場合は逆になることもあり得る。

図３に戻り、制御棒座標・位置記憶装置１６は、スイッチング部２０を切り替える際に制御棒駆動モータ６の回転軸角度から換算される制御棒２の軸方向の位置を制御棒２ごとに記憶する。

大型駆動用インバータ電源１５は、駆動用インバータ電源７よりも大型の電源であり、駆動用インバータ電源７とは別に全ての制御棒２の一斉挿入を可能とするための電源である。緊急時用インバータ制御部１４は、緊急時に大型駆動用インバータ電源１５を制御して、原子炉緊急停止時の制御棒一斉挿入を実現する。

次いで、制御棒操作監視装置８での処理の流れについて説明する。

制御棒２が挿入されるような場合、制御棒挿入引抜論理回路１１では原子炉緊急停止装置５からの制御棒緊急挿入信号Ｓ４や運転員操作部９、自動出力制御装置１０からの制御棒挿入引抜指令信号Ｓ５を受け、どの制御棒２をどのように挿入引抜するかを判断し、その結果が個別制御棒挿入引抜論理回路１２に受け渡される。

個別制御棒挿入引抜論理回路１２で個々の制御棒２に対する信号を生成する。生成された信号はインバータ電源制御部１３を通して駆動用インバータ電源７に受け渡される。

その際に、インバータ選択制御部１７では、インバータ使用量記憶装置１８に記憶された情報を用いてインバータ選択論理回路１９が制御棒２の駆動に使用する駆動用インバータ電源７を選択する（インバータ選択制御工程）。

選択された駆動用インバータ電源７からスイッチング部２０により指定された制御棒駆動モータ６に電源が供給され（スイッチング工程）、制御棒２が駆動する。この結果、制御棒２が挿入される仕組みとなる。

この駆動用インバータ電源７を切り替える際に、制御棒駆動モータ６の回転軸角度から換算されるからの制御棒２の座標とその制御棒２の軸方向の位置情報、移動量の情報を制御棒座標・位置記憶装置１６に送信し、各々の制御棒２の挿入位置を記憶する（第１記憶工程）。

また、使用した駆動用インバータ電源７の駆動情報、例えばＯＮ，ＯＦＦの回数情報、および／あるいは電力消費量をインバータ使用量記憶装置１８に記憶する（第２記憶工程）。

次に、本実施例の効果について説明する。

上述した本実施例の制御棒操作監視装置８はプラントの運転時に電動駆動により制御棒２を挿入もしくは引き抜きするものであって、制御棒２と同数設けられている制御棒駆動モータ６と、制御棒２より少ない数設けられている駆動用インバータ電源７と、制御棒２を駆動する際に、制御棒駆動モータ６と駆動用インバータ電源７とを接続するスイッチング部２０と、駆動用インバータ電源７のうちいずれの駆動用インバータ電源７を用いるかを決定し、スイッチング部２０を制御するインバータ選択制御部１７と、スイッチング部２０を切り替える際に制御棒駆動モータ６の回転軸角度から換算される制御棒２の軸方向の位置を制御棒２ごとに記憶する制御棒座標・位置記憶装置１６と、を備える。

よって、１体の制御棒２につき１台ずつ装備されていた駆動用インバータ電源７を複数台の制御棒２で共用化することができ、駆動用インバータ電源７の個数を最小限に抑え、設備の合理化を図ることができる。また、制御棒２の位置管理のために制御棒２の軸方向位置も記憶することで駆動用インバータ電源７の切り替えを行っても制御棒２の軸方向位置をロストすることが無く、具体的な実現も可能となる。

また、駆動用インバータ電源７の駆動情報を記憶するインバータ使用量記憶装置１８を更に備え、インバータ選択制御部１７は、インバータ使用量記憶装置１８に記憶された駆動情報に基づいて、使用頻度の低い駆動用インバータ電源７を優先的に用いるようにする、特に駆動用インバータ電源７の入り切り回数、あるいは積算電力消費量を記憶するため、使用頻度あるいは使用量の低い駆動用インバータ電源７から使用でき、共用化した駆動用インバータ電源７それぞれの使用頻度、使用量を平均化することができる。このため、設備の長寿命化が可能となるともに、メンテナンスや交換作業の頻度を同じような時期にあわせることができ、作業を省力化できる。

更に、駆動用インバータ電源７よりも大型の大型駆動用インバータ電源１５を更に備えることで、原子炉緊急挿入時に全ての制御棒２に対して電力を供給することができる。このため、従来の機能が損なわれることを防ぐことができる。

＜その他＞
なお、本発明は上記の実施例に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。

１：原子炉
２：制御棒
３：原子炉出力検出器
４：原子炉水位・圧力検出器
５：原子炉緊急停止装置
６：制御棒駆動モータ
７：駆動用インバータ電源
８：制御棒操作監視装置
９：運転員操作部
１０：自動出力制御装置
１１：制御棒挿入引抜論理回路
１２：個別制御棒挿入引抜論理回路
１３：インバータ電源制御部
１４：緊急時用インバータ制御部
１５：大型駆動用インバータ電源（緊急駆動用インバータ電源）
１６：制御棒座標・位置記憶装置（第１記憶部）
１７：インバータ選択制御部
１８：インバータ使用量記憶装置（第２記憶部）
１９：インバータ選択論理回路
２０：スイッチング部
１０７：駆動用インバータ電源
１０８：制御棒操作監視装置
Ｓ１：原子炉出力信号
Ｓ２：原子炉水位・圧力信号
Ｓ３：原子炉緊急停止信号（水圧駆動）
Ｓ４：制御棒緊急挿入信号
Ｓ５：制御棒挿入引抜指令信号（電動駆動）
Ｓ６：制御棒緊急挿入指令信号（電動駆動）

Claims (9)

1. プラントの運転時に電動駆動により制御棒を挿入もしくは引き抜きする制御棒操作監視装置であって、
   前記制御棒と同数設けられている制御棒駆動モータと、
   前記制御棒より少ない数設けられている駆動用インバータ電源と、
   前記制御棒を駆動する際に、前記制御棒駆動モータと前記駆動用インバータ電源とを接続するスイッチング部と、
   前記駆動用インバータ電源のうちいずれの前記駆動用インバータ電源を用いるかを決定し、前記スイッチング部を制御するインバータ選択制御部と、
   前記スイッチング部を切り替える際に前記制御棒駆動モータの回転軸角度から換算される前記制御棒の軸方向の位置を前記制御棒ごとに記憶する第１記憶部と、を備える
   ことを特徴とする制御棒操作監視装置。
2. 請求項１に記載の制御棒操作監視装置において、
   前記駆動用インバータ電源の駆動情報を記憶する第２記憶部を更に備え、
   前記インバータ選択制御部は、前記第２記憶部に記憶された前記駆動情報に基づいて、使用頻度の低い前記駆動用インバータ電源を優先的に用いるようにする
   ことを特徴とする制御棒操作監視装置。
3. 請求項２に記載の制御棒操作監視装置において、
   前記第２記憶部は、前記駆動情報として前記駆動用インバータ電源の入り切り回数を記憶する
   ことを特徴とする制御棒操作監視装置。
4. 請求項２に記載の制御棒操作監視装置において、
   前記第２記憶部は、前記駆動情報として前記駆動用インバータ電源の積算電力消費量を記憶する
   ことを特徴とする制御棒操作監視装置。
5. 請求項１に記載の制御棒操作監視装置において、
   前記駆動用インバータ電源よりも大型の緊急駆動用インバータ電源を更に備える
   ことを特徴とする制御棒操作監視装置。
6. プラントの運転時に電動駆動により制御棒を挿入もしくは引き抜きする制御棒操作監視方法であって、
   前記制御棒より少ない数だけ設けられている駆動用インバータ電源のうちいずれの前記駆動用インバータ電源を用いるかを決定するインバータ選択制御工程と、
   前記制御棒を駆動する際に、前記駆動用インバータ電源と前記制御棒と同数設けられている制御棒駆動モータとを接続するスイッチング工程と、
   前記スイッチング工程において用いる前記駆動用インバータ電源を切り替える際に、前記制御棒駆動モータの回転軸角度から換算される前記制御棒の軸方向の位置を前記制御棒ごとに記憶する第１記憶工程と、を有する
   ことを特徴とする制御棒操作監視方法。
7. 請求項６に記載の制御棒操作監視方法において、
   前記駆動用インバータ電源の駆動情報を記憶する第２記憶工程を更に備え、
   前記インバータ選択制御工程では、前記第２記憶工程において記憶された前記駆動情報に基づいて、使用頻度の低い前記駆動用インバータ電源を優先的に用いるようにする
   ことを特徴とする制御棒操作監視方法。
8. 請求項７に記載の制御棒操作監視方法において、
   前記第２記憶工程では、前記駆動情報として前記駆動用インバータ電源の入り切り回数を記憶する
   ことを特徴とする制御棒操作監視方法。
9. 請求項７に記載の制御棒操作監視方法において、
   前記第２記憶工程では、前記駆動情報として前記駆動用インバータ電源の積算電力消費量を記憶する
   ことを特徴とする制御棒操作監視方法。

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