JP3246804B2 - 原子炉運転方法、原子炉の運転制御装置および制御棒引抜手順作成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子力発電プラントに
おいて制御棒操作による原子炉出力の制御を安全かつ効
率的に行うための原子炉の運転方法、原子炉の運転制御
装置および制御棒引抜手順作成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の炉心は数10
0 体の燃料集合体から構成されており、主に４体の燃料
集合体に対して１本の割合で制御棒が配置されている。
これらの制御棒を操作して原子炉出力の制御を行うが、
現行ＢＷＲでは、まず操作すべき制御棒の径方向の座標
を選択し、次に「挿入」または「引抜」ボタンを押し
て、制御棒を所定の軸方向位置まで操作する。

【０００３】ＢＷＲの起動においては、まず制御棒を引
き抜き炉出力を増加させる。このとき、万一誤って制御
棒を連続引き抜きしたり、また制御棒が制御棒駆動装置
から外れて炉心から落下するような事故が発生した場合
でも、印加反応度が許容範囲内に低く抑えられ、かつ燃
料の損傷に伴う放射性物質の放出量が安全評価上許され
る範囲内になることが必要である。このため、どの制御
棒から引き抜くかの制御棒引抜順序をある許容範囲内に
抑え、各制御棒の反応度価値を制限する必要がある。

【０００４】そして、このようにして定められた制御棒
引抜手順（シーケンス）から外れた制御棒操作を防止す
るために、制御棒価値ミニマイザ（ＲＷＭ；Rod Worth
Minimizer)システムが設けられている。すなわち、ＲＷ
Ｍシステムは、制御棒位置を監視し、万一運転員が予め
決められた制御棒引抜シーケンスから逸脱するような制
御棒の選択や操作をしようとすれば、この操作に対して
警報を発したり阻止する。

【０００５】このＲＷＭの規制を順守して出力を増加し
た場合、ある出力以上では選択する制御棒によらず制御
棒価値が小さくなるため、ＲＷＭの監視が必要でなくな
る。このＲＷＭが解除される出力としては、通常約30％
の出力が設定されている。

【０００６】また、ＢＷＲの起動においては、できるだ
け短時間で制御棒を引き抜いて定格制御棒パターンを作
成し、定格出力にもっていく必要がある。しかしなが
ら、高出力時における制御棒の引抜途中においては、炉
心の線出力密度や最小限界出力比等の熱的制限値の余裕
が厳しくなり、この制限を満足するように制御棒の引抜
順序を決めるのが重要な要素となっている。

【０００７】一方、原子炉運転においては、運転制限を
守り目標値に精度良く追従するため、制御棒価値はでき
るだけ均一な方がよい。しかしながら、ＢＷＲにおける
制御棒価値は制御棒の径方向および軸方向の位置によっ
て異なる。たとえば、低出力運転すなわち臨界達成時や
昇温・昇圧時では出力分布はトップピークであり、制御
棒の反応度価値は原子炉の出力分布にほぼ比例してい
る。そのため、炉心の上部で制御棒価値が大きく下部で
は非常に小さい。また、炉心の径方向中心部や制御棒の
引き抜かれたバンドルに隣接する制御棒は反応度価値が
高い。

【０００８】この反応度価値の高い制御棒を引き抜くと
きには中性子束の上昇率が大きく、たとえば、昇温・昇
圧過程では炉水温度の変化率（昇温率）が大きくなり、
制限値との余裕が小さくなり、運転性が悪化する可能性
がある。

【０００９】さらに、近年、制御棒操作に要する時間を
短縮し起動時間を短縮するため、数本の制御棒を同時に
引き抜くギャング操作が提案されている。このギャング
操作においても低出力時にはＲＷＭの規制を順守する必
要があり、予め決められた制御棒引抜順序に従って制御
棒を複数本同時に引き抜くことになる。

【００１０】このギャング操作を実施する従来の制御棒
引抜シーケンスの一例を図５および図６に示す。図５
は、原子炉内の制御棒配置を格子状に示したもので、同
時に操作する制御棒グループを操作順に番号を付して示
している。ここでは、185 本の制御棒が２１の制御棒グ
ループに分れており、識別しやすいように１〜４までの
制御棒グループを図５（ａ）に、５〜２１までの制御棒
グループを同図（ｂ）に分けて示した。制御棒グループ
１〜４は、それぞれ22本で構成されており、これらの制
御棒を全部引き抜くとチェッカーフラッグ状のパターン
となる。

【００１１】また、図６（ａ）は制御棒（ＣＲ）グルー
プに対応して制御棒引抜シーケンスにおける操作順序を
ＲＷＭ（Rod Worth Minimizer)グループ番号で示したも
ので、このＲＷＭグループ番号に従って対応する制御棒
グループの制御棒が操作される。例えば、１回目に操作
対象となる制御棒は制御棒グループ１に属し、２回目に
操作される制御棒は制御棒グループ２に属している。そ
の制御棒グループに対応する制御棒は図５に示すように
なっている。

【００１２】さらに、図６（ｂ）に各ＲＷＭグループの
操作量を目標ノッチ位置で示す。たとえばＲＷＭグルー
プ１〜３までの制御棒引抜を実行すると、まず始めに図
５（ａ）に示す制御棒グループ１の制御棒が 0から48ノ
ッチまで引き抜かれ、次に制御棒グループ２の制御棒が
0から 8ノッチまで、さらにこれらの制御棒が 8ノッチ
から12ノッチまで引き抜かれることを示している。

【００１３】すなわち、この引抜シーケンスでは制御棒
は第１グループが48ノッチまで、第２から４グループが
8、12、16で停止して48ノッチまで順番に引き抜かれて
いくことを意味している。このグループ以外の制御棒が
選択されたとき、およびこの目標位置よりさらに引き抜
こうとしたときには、警報および引抜阻止がかかること
になる。

【００１４】図７は、図５および図６に示す引抜シーケ
ンスに基づいて制御棒を引き抜いたときの炉心の反応度
（実効増倍率）と制御棒価値（反応度投入量）の変化を
示したものである。この引抜シーケンスは前述したよう
に運転性を考慮したものではないため、昇温・昇圧制御
を行った場合、第２、３、４グループの中心部で制御棒
価値が大きいため出力上昇が大きく、これに伴う温度上
昇が速く、昇温率が過大となって昇温率の制限を越えて
しまう可能性がある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ギャ
ング操作を行う制御棒引抜シーケンスでは、運転性を考
慮すると、運転性を良くするためには同時に操作する制
御棒の本数を少なくし、中性子束の変化量を運転しやす
いように小さくしておくことが望ましい。一方、起動時
間を短くするためには同時に操作する制御棒の本数を多
くすればよい。

【００１６】また、制御棒を引き抜くときの最小単位
（ノッチ）は、運転性を良くするためには小さい方がよ
く、ノッチ位置の検出などシステム構成を単純にするた
めにはノッチ幅は大きい方がよい。しかしながら、 1ノ
ッチあたりの制御棒価値が高いときには中性子束の上昇
率が過大になり、中性子束の変化率、昇温率あるいは発
電機出力が目標値を越えたりして制御性能が悪化する可
能性がある。

【００１７】本発明は、このような事情に対処してなさ
れたものであり、操作する制御棒の反応度価値を相対的
に均一にしてその最小値を小さくし、安定かつ迅速な制
御棒引抜きを行うことができる原子炉運転方法、原子炉
の運転制御装置および制御棒引抜手順作成方法を提供す
ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明の原子炉
運転方法は、原子炉内に配置された制御棒を複数本ずつ
順次引き抜いて目標炉心状態に移行する原子炉の運転方
法において、原子炉運転中の操作対象の制御棒価値の変
動に応じて同時に引き抜く制御棒の数を調整することを
特徴とする。また、本発明の原子炉の運転制御装置は、
原子炉内に配置された制御棒を複数本ずつ各操作ステッ
プで順次引き抜いて目標炉心状態に移行する原子炉の運
転制御装置において、運転条件を設定する運転条件設定
手段と、各操作ステップでの制御棒引き抜きによる熱出
力または昇温率の変化量を計算する変化量計算手段と、
変化量計算手段で計算された変化量が予め設定された制
限値より大きいときに操作ステップで引き抜く制御棒を
グループ分割し分割されたグループ毎に段階的に制御棒
を引き抜く制御を行う制御棒引抜シーケンス調整手段と
を具備することを特徴とする。さらにまた、本発明の制
御棒引抜手順作成方法は、原子炉内に配置された制御棒
を複数本ずつ順次引き抜いて目標炉心状態に移行する制
御棒引抜手順作成方法において、原子炉運転中の操作対
象の制御棒価値の変動に応じて同時に引き抜く制御棒の
数を調整した制御棒引抜手順を作成することを特徴とす
る。

【００１９】

【作用】本発明の原子炉運転方法、原子炉の運転制御装
置および制御棒引抜手順作成方法においては、制御棒を
グループ単位で引抜操作するに当って、引き抜き操作に
伴う反応度投入量を均一化するために、制御棒価値の高
いところでは、操作対象とする制御棒グループをさらに
分割して同時に引き抜く制御棒の数を減らし、制御棒価
値の低いところでは、再び元の制御棒グループに統合し
て同時に引き抜く制御棒の数を増やすものである。ま
た、本発明に係る原子炉の運転制御装置においては、制
御棒引抜シーケンスを望ましい制御棒価値が得られるよ
う作成するために、本装置が運転条件設定手段、変化量
計算手段および制御棒引抜シーケンス調整手段とから構
成されている。また、本発明に係る制御棒引抜手順作成
方法においては、望ましい制御棒価値が得られる制御棒
引抜手順を作成することができる。

【００２０】これにより、ある制御棒グループの制御棒
を全引き抜きする工程にわたって、制御棒価値を用いて
の反応度投入量をほぼ均一化することができ、もって制
御棒引抜による熱出力および昇温率の変化量を小さくす
ることができる。

【００２１】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。

【００２２】図１および図２は、本発明の原子炉運転方
法にかかる制御棒引抜シーケンスの一実施例を示すもの
で、本実施例の制御棒グループの配置構成を図１に、ど
の制御棒をどのような操作ステップで引き抜くか、およ
び各操作ステップで制御棒をどこまで引き抜くかをそれ
ぞれＲＷＭグループ番号および目標ノッチ位置にて図２
（ａ）、図２（ｂ）に示している。

【００２３】この実施例では、ＲＷＭグループ単位の制
御棒価値が相対的に均一となるように、制御棒価値の高
いところでは制御棒グループを分割して一度に引き抜く
制御棒の本数を減らし、制御棒価値の小さいところでは
制御棒の引抜本数を増やすものである。

【００２４】例えば、第２、３、４の制御棒グループ
は、図７に示すように引抜く工程のやや前半中ほどで制
御棒価値が大きいため、22本の制御棒から構成された制
御棒グループを、図１（ａ）に示すようにさらに12本の
Ａグループと10本のＢグループに２分割している。な
お、図２において、制御棒グループ２、３，４は、それ
ぞれのＡグループとＢグループの両者を表している。す
なわち、第２グループの操作は２Ａグループと２Ｂグル
ープの両者を操作することを意味している。

【００２５】また、図２（ｂ）に示すように、一度に引
き抜く制御棒の最小ノッチを 1ストロークの1/200 と
し、従来例（最小ノッチは 1ストロークの2/48）より、
操作量による反応度投入量の微量調整を可能にしてい
る。

【００２６】すなちわ、本実施例の制御棒引抜シーケン
スでは、第１グループの制御棒を全て一度に引き抜いた
後、第２グループの制御棒について、制御棒価値の小さ
い 0から25ノッチ（従来例では48＊25/200＝ 6ノッチに
相当）までは２Ａおよび２Ｂグループを同時に引き抜
き、制御棒価値の大きい25ノッチから 117ノッチ（従来
例では48＊117/200 ＝28ノッチ) までは２Ａおよび２Ｂ
グループを別々に引き抜くことになる。実際にはＲＷＭ
の制限も考慮して25から33ノッチ（従来例では48＊33/2
00＝ 8ノッチ）まで２Ａグループを引き抜き、次に25か
ら33ノッチまで２Ｂグループを引き抜き、この手順を 1
17ノッチまで繰り返すことになる。

【００２７】このようにして制御棒引抜を行なったとき
の炉心の反応度（実効増倍率）と制御棒価値（反応度投
入量）の変化を図３に示す。

【００２８】この図から明らかなように、本実施例によ
れば、制御棒グループ単位の全引抜工程にわたって反応
度投入量（制御棒価値）の最大値を従来の 1/2に減らす
ことができるとともに、制御棒価値の小さい炉心頂部や
炉心下部では従来通りのギャング本数で効率良く制御棒
を引き抜くことができ、炉心状態の制御性能を向上させ
ることができる。

【００２９】なお、上記実施例では、第２、３および４
の制御棒グループを２分割した例を示したが、これは５
から２１グループについても同様である。

【００３０】また、このような本発明の制御棒引抜シー
ケンスは、本発明に係る原子炉の運転制御装置によって
図４に示す手順により望ましい制御棒価値が得られるよ
う作成することができる。この原子炉の運転制御装置
は、以下詳述する、運転条件設定手段、変化量計算手段
および制御棒引抜シーケンス調整手段とからなる。

【００３１】すなわち、このアルゴリズムでは始めに運
転条件設定手段に起動曲線と従来型の制御棒引抜シーケ
ンスを入力し（１００）、起動曲線等の運転条件を設定
する（１０１）。そして、変化量計算手段により以下の
計算を行う。すなわち、まず、各運転領域において３次
元炉心計算により各制御棒ステップ引き抜きによる固有
値（すなわち反応度）の変化量を計算する（１０２）。
そして、固有値の変化量を熱出力および炉水温度の変化
率に換算し、１ステップの制御棒操作に対する熱出力お
よび昇温率の変化量を求める（１０３）。この固有値と
熱出力の関係は予め計算により決めておくことができ
る。

【００３２】ついで、制御棒引抜シーケンス調整手段で
は、変化量計算手段によって算出した熱出力および昇温
率の変化量を予め設定された制御値と比較し（１０
４）、制御値より変化量が大きいときには対応する制御
棒グループを分割し、ギャング本数を減らし、熱出力お
よび昇温率の変化量が小さくなるようにする（１０
５）。そして、新しいギャンググループに対する制御棒
価値を再び評価する（１０２〜１０４）。

【００３３】これらの手順を制御棒引抜シーケンスが終
了するまで継続し、運転用の制御棒引抜シーケンスを作
成する。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
制御棒を複数本操作したときの反応度投入量の上限を低
減することができ、かつ制御棒引抜に伴う反応度投入量
を均一化できるので、制御棒操作に伴う炉心状態の制御
性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原子炉運転方法の一実施例を示す制御
棒引抜シーケンスにおける制御棒グループの炉心配置図
である。

【図２】本発明の原子炉運転方法の一実施例を示す制御
棒引抜シーケンスの操作ステップを説明する図である。

【図３】図１および２の本発明の実施例により制御棒を
引き抜いたときの反応度投入量（制御棒価値）および炉
心反応度の変化を示す図である。

【図４】本発明にかかる制御棒引抜シーケンスを作成す
る手順を説明するフロー図である。

【図５】従来の制御棒引抜シーケンスでの制御棒グルー
プの炉心配置図である。

【図６】従来の制御棒引抜シーケンスを説明する図であ
る。

【図７】従来の制御棒引抜シーケンスにより制御棒を引
き抜いたときの反応度投入量（制御棒価値）および炉心
反応度の変化を示す図である。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子炉内に配置された制御棒を複数本ず
   つ順次引き抜いて目標炉心状態に移行する原子炉の運転
   方法において、原子炉運転中の操作対象の制御棒価値の
   変動に応じて同時に引き抜く制御棒の数を調整すること
   を特徴とする原子炉運転方法。
2. 【請求項２】 原子炉内に配置された制御棒を複数本ず
   つ各操作ステップで順次引き抜いて目標炉心状態に移行
   する原子炉の運転制御装置において、運転条件を設定す
   る運転条件設定手段と、各操作ステップでの制御棒引き
   抜きによる熱出力または昇温率の変化量を計算する変化
   量計算手段と、変化量計算手段で計算された変化量が予
   め設定された制限値より大きいときに操作ステップで引
   き抜く制御棒をグループ分割し分割されたグループ毎に
   段階的に制御棒を引き抜く制御を行う制御棒引抜シーケ
   ンス調整手段とを具備することを特徴とする原子炉の運
   転制御装置。
3. 【請求項３】 原子炉内に配置された制御棒を複数本ず
   つ順次引き抜いて目標炉心状態に移行する制御棒引抜手
   順作成方法において、原子炉運転中の操作対象の制御棒
   価値の変動に応じて同時に引き抜く制御棒の数を調整し
   た制御棒引抜手順を作成することを特徴とする制御棒引
   抜手順作成方法。