JP2902779B2 - 沸騰水型原子力発電プラント - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は沸騰水型原子力発電プラントに係り、特
に、制御系を改良した沸騰水型原子力発電プラントに関
する。

（従来の技術） 従来、この種の沸騰水型原子力発電プラントは第３図
に示すように構成され、原子炉１で発生した主蒸気を複
数本の主蒸気管２を通して蒸気タービン３に与えてこれ
を駆動し、蒸気タービン３に連結された発電機４を駆動
して発電する。

また、沸騰水型原子力発電プラントは、制御系として
原子炉圧力（主蒸気圧）を制御する原子炉圧力制御系５
と、蒸気タービン２の出力を制御するタービン出力制御
系６と、原子炉１の炉心1aに流れる炉水の炉心流量を制
御して発生蒸気量を制御する再循環制御系７とを有す
る。

再循環制御系７は再循環ポンプ８の回転速度を変える
ことにより、炉心流量を制御している。

つまり、このポンプ速度を高速にすると、炉心流量が
増えて発生蒸気量が増大し、原子炉熱出力が増大する。

一方、ポンプ速度を減少させると、これとは逆のプロ
セスで原子炉熱出力が低減する。

再循環ポンプ８は、これを駆動する再循環ポンプモー
タ９を可変周波数交流電源であるMGセット10により回転
数制御自在に駆動されるものであり、このMGセット10は
一定周波数交流電源により駆動される駆動モータ11の回
転軸を、変速装置である流体継手12を介して交流発電機
13の回転軸により連結している。

交流発電機13の回転速度は流体継手12の図示しない掬
い管の位置を掬い管駆動装置14により変えることにより
制御される。

したがって、原子炉１の出力を任意に安定に制御する
ためには、MGセット10の可変周波数交流の周波数、つま
りMGセット10の発電機速度を制御すればよく、このた
め、MGセット10の発電機速度に関し、フィードバック制
御系が構成されている。

これは、再循環制御系主制御器15の出力もしくは手動
速度設定器16の出力を切り換える自動／手動切換器17を
介してMGセット10の速度設定値17と、MGセット10の発電
機速度13aとの偏差を求めて、速度制御器18に与える。

この速度制御器18はこの偏差信号を解消せしめる制御
信号、つまり、MGセット10の発電機速度13aをMGセット1
0の速度設定値17aに一致させる制御信号を掬い管駆動装
置14に与えて、掬い管の位置を変えて、交流発電機13の
回転速度を制御する。

一方、原子炉圧力制御系５は、原子炉１からの主蒸気
圧力を圧力検出器20により検出し、これを設定圧力21と
比較して両者の偏差を求める。

この偏差を解消させる、つまり主蒸気圧力検出信号20
aを設定圧力21に一致させる圧力制御信号P1を主蒸気圧
力調整器22にて求める。例えば、この値は原子炉の熱出
力に一致した量（％オーダ）となり、100％熱出力運転
時には100％の値となり、主蒸気を「100％流せ」との指
令信号となる。

そして、タービン出力制御系６は蒸気タービン３の速
度／負荷設定信号23aを受けるタービン速度／負荷制御
回路23から、蒸気タービン３の回転速度および負荷を制
御する速度／負荷制御信号S1が出力される。

蒸気タービン３は通常、電力系統の周波数に同期して
いる発電機４の速度に一致しており、この場合は圧力制
御信号P1が低値優先ゲート24により優先的に通過するよ
うに原子炉出力に対して例えば通常10％程度のバイアス
量を加算するようになっている。

低値優先ゲート24を通過した信号を加減弁流量指令信
号C1として加減弁サーボ25に与えられ、タービン蒸気加
減弁26の開度を制御する。

なお、低値優先ゲート24を通過した信号が圧力制御信
号P1である場合にはタービン蒸気加減弁26は圧力制御信
号P1の要求している蒸気流量全量を流しているが、速度
／負荷制御信号S1が圧力制御信号P1を下回った場合には
低値の速度／負荷制御信号S1に基づいて蒸気タービン加
減弁26の開度が制御される。

したがって原子炉圧力は（速度／負荷制御信号S1−圧
力制御信号P1）の分不足するが、この不足分はバイパス
弁流量指令信号C2としてバイパス弁サーボ27に与えら
れ、タービンバイパス弁28の開度を制御する。

一方、速度／負荷制御信号S1＜圧力制御信号P1の場合
はタービンバイパス弁28の開度制御により余剰の主蒸気
流量を復水器29へバイパスさせることにより設定圧力一
定制御が継続される。

このような原子炉圧力制御系５とタービン出力制御系
６は再循環制御系主制御器30の自動モード（Master−Co
ntroller Autoモード、以下M/Aモードという）により統
合されて原子炉再循環制御系７に連係される。

つまり、まず、速度／負荷制御信号S1より通常10％の
バイアス値を差し引いて原子炉出力設定信号S2とする。

次に、この原子炉出力設定信号S2と圧力制御信号P1と
の偏差を求めて、これを負荷要求偏差信号S3として再循
環制御系主制御器30に与え、この負荷要求偏差信号S3を
ゼロにするような信号、つまり、偏差を解消させる信号
を速度設定値17aとして自動／手動切換器17を介してMG
セット10の速度制御器18に与える。

これにより、速度／負荷制御信号S1より例えば10％分
を差し引いた原子炉出力で一定するように自動的に制御
される。

ところで、M/Aモード位置に、速度／負荷設定を変更
すると、MGセット10、原子炉１、圧力制御系５がそれぞ
れ応答したとき、タービン蒸気加減弁26が応答し、ター
ビン出力が応答するので、かなりの遅れ時定数を有する
ことになる。

そこで、この応答遅れを改善するために、M/Aモード
時に速度／負荷設定を変更したときは、一時的に設定圧
力21を変更し、原子炉１が応答するよりも速くタービン
蒸気加減弁26の開度をフィードフォワード制御する圧力
設定点変更回路31を設けている。

圧力設定点変更回路31は、原子炉出力設定信号S2を不
完全微分処理するものであり、M/Aモードの条件で、そ
の出力を圧力設定変更信号P3として、設定圧力21に加え
る。

したがって、速度／負荷設定を増加させると、原子炉
設定出力信号S2が圧力設定点変更回路31で不完全微分さ
れて一時的に正値の圧力設定変更信号P3を出力する。

この圧力設定変更信号P3が加算器21aに加えられ、一
時的に圧力設定点を下げることとなる。

圧力設定点が下がると、この設定圧と圧力検出圧との
偏差が増大して、圧力制御信号P1が一時的に増加し、タ
ービン蒸気加減弁26の開度が一時的に拡大し、蒸気ター
ビン出力も一時的に増加する。

圧力設定点変更回路31は不完全微分回路であるので、
この効果はあくまで一時的であるが、その頃には原子炉
１が応答し、出力が増大している。

この効果を第５図に示しており、第４図で示す圧力設
定点変更回路31がない場合に比して、その応答遅れを改
善している。

そして、速度／負荷設定を下げたときは前記上げたと
きと逆のプロセスで、原子炉１が応答する。

なお、以上の説明は沸騰水型原子力発電プラントの一
例であり、主蒸気圧力の検出に代えて、原子炉出力を検
出するものや、再循環ポンプ８の代りに原子炉内蔵型の
インターナルポンプを用いるもの、さらには可変周波数
交流電源としてMGセット10に代えてインバータを用いる
もの等がある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の沸騰水型原子力発電
プラントでは圧力設定点変更回路除外回路33を第６図に
示すように、M/Aモード時に出力される信号をNot回路ｎ
により反転させ、M/Aモード時以外のモード（手動モー
ド）のときに、除外信号33aを接点34に与えて、これを
開き、圧力設定点変更回路31を原子炉圧力制御系５から
除外するように構成しているので、次の問題がある。

まず、M/Aモードを除外したとき、つまり、自動／手
動切換器17を手動設定器16側に切り換えたときに、圧力
設定変更回路除外回路33からの除外信号33aにより接点3
4を開とする。

このとき、もし圧力設定変更信号P3信号がゼロでな
く、出力大であれば、接点34を開いたときに、第７図に
示すように圧力設定点をステップ状にゼロに変更するこ
ととなり、圧力制御上不要で急峻な外乱を急激に加える
こととなり、制御系の安定性上好ましくない。

また、第８図で示すようにM/Aモードで運転中、発電
機４の負荷手段が発生した場合には、タービン出力制御
系６では蒸気タービン３の過速を防止するために、速度
／負荷制御信号S1をゼロにするようにステップ状に下げ
るセットバックを行なうので、設定圧力21を上げる圧力
設定変更信号P3が出力され、原子炉出力が上昇する。

一方、再循環制御系７側では、原子炉スクラムまたは
原子炉出力急速抑制の場合には再循環制御系主制御器30
の自動モードを除外し、圧力設定変更回路除外回路33か
らの除外信号33aにより接点34を開いて圧力設定点変更
回路31を加算器21aから切り離して除外する。

しかし、一般にタービン出力制御系６と再循環制御系
７とは遅れ時間に差があり、速度／負荷制御信号S1をゼ
ロにするタイミングの方が再循環制御系７でM/Aモード
を除外するタイミングよりも速い。

このため、圧力設定点変更回路31が除外される前に原
子炉出力設定値信号S2の急激な変化分を不完全微分して
圧力設定変更信号P3を出力するために、第７図で示すよ
うに圧力設定点変更が急激に行なわれ、圧力制御上不要
で急峻な外乱を急激に加えることとなり、制御系の安定
性上好ましくない。

そこでこの発明はこのような事情を考慮してなされた
もので、その目的は圧力設定変更回路を圧力制御系から
除外する際に、圧力制御上不要で急峻な外乱が急激に印
加されるのを未然に防止して制御系の安定性を高めるこ
とができる沸騰水型原子力発電プラントを提供すること
にある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） この発明は、前記課題を解決するために次のように構
成される。

つまりこの発明は、沸騰水型原子炉の圧力を設定圧一
定に制御する原子炉圧力制御系と、前記原子炉からの主
蒸気を受けて発電機を駆動するタービンの出力を設定値
一定に制御するタービン出力制御系と、前記原子炉の炉
心流量を、ポンプの回転速度を制御することにより制御
する再循環制御系と、前記ポンプの回転速度の設定値
を、前記原子炉圧力制御系および前記タービン出力制御
系からの制御信号に基づいて自動的に設定する自動モー
ドと、手動で設定する手動モードとを可逆的に切換える
切換器と、前記自動モード時に、前記タービンの出力設
定値を変更したときに一時的に原子炉圧力設定点を変更
する圧力設定点変更回路とを有する沸騰水型原子力発電
プラントにおいて、前記切換器が自動モード以外に切換
わるときに、前記圧力設定点変更回路からの出力が零な
いしその近傍でない所要大のとき以外のとき、または、
前記発電機の負荷遮断を検出したときに、前記圧力設定
点変更回路を前記原子炉圧力制御系から除外する制御手
段を設けたことを特徴とする。

（作用） 切換器が自動モード以外に切換わるときに、圧力設定
点変更回路からの圧力設定点変更信号がゼロないしその
近傍でない所要大のとき以外のときは、制御手段により
圧力設定点変更回路が原子炉圧力制御系から除外され
る。

また、発電機の負荷遮断が検出されたときには制御手
段により圧力設定点変更回路が原子炉圧力制御系から除
外される。

したがって、これら以外の場合には圧力設定点変更回
路が原子炉圧力制御系から除外されない。

その結果、例えば切換器が自動モード以外、例えば手
動モードに切り換えられても、圧力設定点変更回路から
の出力が所要大であるときには圧力設定点変更回路が原
子炉圧力制御系から除外されない。

したがって、圧力設定点変更回路からの出力がゼロに
ステップ状に急減することに起因する急峻な外乱が印加
されるのを未然に防止し、制御系の安定性を高めること
ができる。

また、発電機の負荷遮断が発生したときに、圧力設定
点変更回路を原子炉圧力制御系から除外しないと、圧力
設定点変更回路から原子炉圧力を上昇させる変更信号が
出力されて、原子炉圧力を上昇させてしまう。

そこで、この発明ではの発電機の負荷遮断が発生した
ときには圧力設定変更回路を原子炉圧力制御系から除外
させるので、原子炉圧力上昇を未然に防止することがで
き、制御系の安定性を高めることができる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図はこの発明の一実施例の全体構成図であり、図
において、この実施例の沸騰水型原子力発電プラントは
制御手段である圧力設定点変更回路除外回路41に特徴が
あり、これ以外は第３図で示す従来の沸騰水型原子力発
電プラントと同様に構成されているので、第２図中、第
３図と共通する部分には同一符号を付してその重複した
説明を省略する。

圧力設定点変更回路除外回路41は接点34に除外信号41
aを与えてこれを開き、圧力設定点変更回路31を加算器2
1aから切り離して、原子炉圧力制御系５から除外するも
のであり、第１図に示すように、切換器17をM/Aモード
に切り換えたときに出力されるM/Aモード信号ａと、動
作中信号ｂとを第１、第２のNot回路42,43をそれぞれ介
してAND回路44にそれぞれ与えるようになっている。

前記動作中信号ｂは圧力設定点変更回路31が動作中に
出力される出力が所要大、つまり、ゼロないしその近傍
以外であるときの出力信号を示している。

AND回路44はその出力側をOR回路45の２つの入力端の
一方に接続し、その他方の入力端には発電機４の負荷遮
断をパワーロードアンバランスリレーが検出したときに
出力される動作信号ｃを与えるようになっている。

OR回路45はそのOR条件を満足させたときに、接点34を
開く除外信号41aを出力するものである。

したがって、この圧力設定点変更回路除外回路41で
は、M/Aモード信号ａおよび圧力設定点変更回路31の動
作中信号ｂが同時に出力されていても、これらの信号a,
bは第１、第2Not回路42,43で反転されるので、AND回路4
2のAND条件を充足できない。

このために、AND回路44からは出力が停止されるの
で、OR回路45からは除外信号41aが出力されず、圧力設
定点変更回路31は原子炉圧力制御系５から除外されな
い。

また、M/Aモード以外、つまり切換器17が手動モード
に切り換えられて、M/Aモード信号ａが出力されない場
合のみでは、やはりAND回路44のAND条件を満足させない
ので、除外回路41aは出力されない。

したがって、切換器17が手動モードに切り換えられて
も、圧力設定点変更回路31の出力が所要大であるとき、
つまりゼロないしその近傍でないときは圧力設定点変更
回路31が除外されないので、急峻な外乱が制御系に加わ
るのを未然に防止することができる。

但し、このときに、圧力設定点変更回路31の出力がゼ
ロないしその近傍のときは、動作中信号ｂがNot回路に
与えられないので、ここで反転してAND回路44からOR回
路45に与えられ、OR条件を満足させて除外信号41aが接
点34に与えられる。

さらに、パワーロードアンバランスリレーが動作した
ときは、動作信号ｃがOR回路45に与えられ、そのOR条件
を満足させるので、OR回路45から除外信号41aが出力さ
れる。

したがって、この場合は動作信号ｃのみで除外信号41
aが接点34に与えられ、これを開いて、圧力設定点変更
回路31を原子炉圧力制御系５から除外する。

このために、発電機４の負荷遮断による負荷設定セッ
トバックにより、圧力設定点変更回路31から圧力設定上
げ信号が出力され、原子炉圧力が急激に上昇するのを未
然に防止することができ、制御系の安定性を高めること
ができる。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明は、切換器が自動モード
以外に切り換わるときに、圧力設定点変更回路からの出
力がゼロないしその近傍でない所要大のとき以外のとき
に、この圧力設定点を原子炉圧力制御系から除外するの
で、従来例のように、圧力設定点変更回路からの圧力が
所要大であっても、切換が自動モード以外に切り換わっ
たときに圧力設定点変更回路を除外することにより急峻
な外乱が制御系に加わるのを未然に防止し、制御系の安
定性を高めることができる。

また、発電機の負荷遮断を検出したときに圧力設定点
変更回路を原子炉圧力制御系から除外する制御手段を設
けたので、発電機の負荷遮断により原子炉圧力を上昇さ
せる外乱が急激に加わるのを未然に防止して、制御系の
安定性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図で示す圧力設定点変更回路除外回路の論
理回路図、第２図はこの発明に係る沸騰水型原子力発電
プラントの一実施例の制御系の構成図、第３図は従来例
の制御系の全体構成図、第４図は圧力設定点変更回路の
ない場合の制御信号の変動を示すグラフ、第５図は圧力
設定点変更回路のある場合の制御信号の変動を示すグラ
フ、第６図は従来の圧力設定点変更回路除外回路のイン
ターロックを示す図、第７図および第８図は圧力設定点
変更信号の急激な変動をそれぞれ示すグラフである。 １……原子炉、1a……炉心、３……蒸気タービン、４…
…発電機、５……原子炉圧力制御系、６……タービン出
力制御系、７……再循環制御系、８……再循環ポンプ、
17……切換器、21……設定圧力、21a……加算器、31…
…圧力設定点変更回路、34……接点、41……圧力設定点
変更回路除外回路、41a……除外回路、42,43……第１、
第2Not回路、44……AND回路、45……OR回路、ａ……M/A
モード信号、ｂ……圧力設定点変更回路動作中信号、ｃ
……パワーロードアンバランスリレー動作信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−174398（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−195397（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−61695（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−110083（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−63597（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G21C 7/26 G21D 3/04 G21D 3/08 G21D 3/12

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】沸騰水型原子炉の圧力を設定圧一定に制御
   する原子炉圧力制御系と、前記原子炉からの主蒸気を受
   けて発電機を駆動するタービンの出力を設定値一定に制
   御するタービン出力制御系と、前記原子炉の炉心流量
   を、ポンプの回転速度を制御することにより制御する再
   循環制御系と、前記ポンプの回転速度の設定値を、前記
   原子炉圧力制御系および前記タービン出力制御系からの
   制御信号に基づいて自動的に設定する自動モードと、手
   動で設定する手動モードとを可逆的に切換える切換器
   と、前記自動モード時に、前記タービンの出力設定値を
   変更したときに一時的に原子炉圧力設定点を変更する圧
   力設定点変更回路とを有する沸騰水型原子力発電プラン
   トにおいて、前記切換器が自動モード以外に切換わると
   きに、前記圧力設定点変更回路からの出力が零ないしそ
   の近傍でない所要大のとき以外のとき、または、前記発
   電機の負荷遮断を検出したときに、前記圧力設定点変更
   回路を前記原子炉圧力制御系から除外する制御手段を設
   けたことを特徴とする沸騰水型原子力発電プラント。