JP3603572B2

JP3603572B2 - Reactor power control device

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Publication number: JP3603572B2
Application number: JP32266897A
Authority: JP
Inventors: 節男有田; 義之宮本; 幸久深沢; 雄二山沢; 佳彦石井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-11-25
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2017-11-25
Also published as: JPH11153693A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の制御棒を同時に操作して原子炉の出力を調整する原子炉出力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力プラントの起動においては、各種の運転制御モードがあり、それぞれの運転制御モードごとに制御目標を設定して制御をするようにしている。近年、運転の省力化や起動時間の短縮などを目的として、複数の制御棒を同時に操作して原子力プラントを運転することが提案されている。例えば、特開昭６３−２８６７９３号公報には臨界制御モードの一制御方式が提案されており、原子炉を停止状態から臨界状態にするにあたって複数の制御棒の操作タイミング及び操作量をどのようにするかについて記載されている。原子炉の低出力時の運転制御モードとしては、昇温・昇圧制御モード，炉出力制御モード，未臨界制御モード，制御棒全挿入モードがある。昇温・昇圧制御モードは目標炉水温度変化率に従って原子炉の圧力を目標値に到達させるモードであり、炉出力制御モードは炉出力を目標出力変化率に従って目標値まで変更させるモードである。未臨界制御モードは炉内に制御棒を挿入して臨界レベル以下に炉出力を低下させるモードであり、制御棒全挿入モードは原子炉を停止させる際に炉出力制御モードで炉出力を低下させた後、制御棒を全挿入位置まで挿入して原子炉を停止状態にするモードである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
原子炉の水位は給水制御系によって制御される。一般に、原子炉の出力が３０％未満では、給水制御系は原子炉の水位のみによる単要素制御により水位が一定となるように制御する。炉出力が３０％以上では、原子炉水位，給水流量及び主蒸気流量を使用する三要素制御により水位が一定となるように制御する。従って、原子炉低出力時の運転制御モードにおいては、炉水位は給水制御系の単要素制御によって一定レベルに制御される。ところで、原子炉一次冷却水（原子炉内）にボイドが発生すると、その体積の大きさ及びその数に依存して原子炉水位が上昇する。低出力時にもボイドは発生している。ボイド率は定格出力運転時に約
４０％程度であり、低出力時にもかなりボイドが発生している。ボイドが発生している低出力時の運転モードとしては、昇温・昇圧制御モードにおける定格圧力状態近傍の時、炉出力制御モード，未臨界制御モード，制御棒全挿入モードがある。
【０００４】
このような運転モードにおいても炉出力変更は複数の制御棒を同時に操作して行われる。複数の制御棒が同時に挿入されると減束材である制御棒に中性子が吸収され、炉出力の低下と共にボイドが潰れる。この結果、ボイドの総体積に依存していた水位が低下する。しかも、複数の制御棒が同時に挿入されることによりボイドの潰れる量は多く、炉水位が大きく低下する。原子炉水位は給水制御系の単要素制御機能により制御されるが、水位が低下してから制御され、そして大型機器である給水ポンプの応答も遅く、炉水位を直ちに回復させることはできない。炉水位が通常水位より約１２０ｍｍ低下すると警報水位レベルとなり警報が発生する。警報が発生することは運転管理上望ましくないことであり、原因究明対策が必要となる。
【０００５】
また、複数の制御棒が同時に引抜かれることにより、ボイドがより多く発生し、制御棒挿入時とは逆に炉水位が上昇する。水位上昇に対しても警報水位レベルが設定してあり、この警報水位レベルに達して警報が発生する虞れがある。
【０００６】
特に、未臨界制御モード及び制御棒全挿入モードにおいては、複数の制御棒を同時に挿入する際の操作量が多いため、ボイドの潰れる量が多く、警報発生になる可能性が高くなる。
【０００７】
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、複数の制御棒を同時に操作しても原子炉水位が警報水位レベルになるのを防止できる原子炉出力制御装置を提供するところにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の原子炉出力制御装置は原子炉水位が目標水位レベルとなるように給水制御され、制御棒の操作によって原子炉の出力を制御するものであって、前記原子炉の出力制御を行う制御棒操作信号を出力する出力制御手段と、前記制御棒操作信号を入力して複数本の制御棒を同時に操作する制御棒駆動手段と、前記原子炉水位が目標水位レベルと水位高警報レベルおよび水位低警報レベルの間にそれぞれ設定した制限レベルになると前記制御棒駆動手段による制御棒操作を阻止する制御棒操作制限手段を備え、前記制御棒操作制限手段は原子炉水位が目標水位レベルと水位高警報レベルおよび水位低警報レベルの間にそれぞれ設定した制限レベルになると前記制御棒駆動手段による制御棒操作を停止し、前記制限レベル内になると制御棒操作を可能にすることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１を用いて説明する。図１は低出力時の炉出力制御モード運転に適用した例を示している。
【００１０】
出力制御器１は、目標出力変化率，目標出力，中性子検出器５の出力信号及び電気油圧制御装置２１を構成する圧力制御器２１Ａの出力信号を入力して、原子炉３の炉出力を制御するために必要な制御棒操作信号を出力する。制御棒操作信号は目標出力変化率に基づき変化する。出力制御器１の制御棒操作信号は操作判定器９を介して、制御棒駆動装置２に与える。原子炉３の主蒸気圧力は圧力検出器６で検出され電気油圧制御装置（ＥＨＣ）２１に入力される。圧力制御器２１Ａの出力信号は全蒸気流量に相当する。炉出力が低い時には中性子検出器５の中性子束信号が変動しやすいため、炉内圧力が定格に保たれていると中性子束よりも圧力制御器２１の出力信号を用いて炉出力制御をしている。ただし、中性子束信号の変動をフィルタ等により十分に抑制できれば、中性子検出器５の出力信号を用いることもできる。中性子検出器５の出力信号は炉出力が目標に到達したら制御を解除するために使用され、圧力制御器２１Ａの出力信号は炉出力を一定の割合で変更するためのフィードバック制御信号として使用される。
【００１１】
出力制御器１の制御棒操作信号はスイッチ８を介して制御棒操作判定器９に加えられる。制御棒操作判定器９は図示の特性で制御棒挿入指令あるいは制御棒引抜指令を制御棒駆動装置２に出力する。制御棒駆動装置２は入力される指令に応じて原子炉３内の複数の制御棒の挿入または引抜きの制御を行う。原子炉３の炉水位は原子炉水位計４によって検出され制御棒操作制限器２２に入力される。制御棒操作制限器２２は炉水位が警報水位レベルに達することがないように制御棒の操作を制限する。原子炉水位計４の炉水位信号は比較器１３，１４，１５，１６に入力され、あらかじめ設定器１７，１８，１９，２０に設定されている炉水位レベルと比較される。比較器１３及び１４の出力信号はオアゲート１１に入力され、比較器１５及び１６の出力信号はアンドゲート１２に入力される。オアゲート１１の出力信号はフリップフロップ（Ｆ／Ｆ）回路１０のセット信号となり、アンドゲート１２の出力信号はＦ／Ｆ回路１０のリセット信号となる。Ｆ／Ｆ回路１０はセット信号が入力された時（論理“１”の時）にはスイッチ８を開状態にさせ、リセット信号が入力された時（論理“０”の時）にはスイッチ８を閉状態にさせる。Ｆ／Ｆ回路１０はリセット信号が入力されるとセット信号が入力されるまでその出力信号を保持し、逆にセット信号が入力されるとリセット信号が入力されるまでその出力信号を保持する。原子炉３の水位が通常の水位レベルにある時にはアンドゲート１２からリセット信号が出力され、スイッチ８は閉状態となっている。スイッチ８が閉状態では、出力制御器１から出力される制御棒操作信号に従って制御棒が操作される。原子炉水位が変化し警報水位レベルに近づき制限レベルになるとオアゲート１１からセット信号が出力されスイッチ８を開状態にする。この結果、出力制御器１の制御棒操作信号が制御棒駆動装置２に加えられず、制御棒操作は阻止される。その後、図示していない給水制御系の動作により、炉水位が通常水位に回復するとアンドゲート１２からリセット信号が出力されスイッチ８を閉状態にして制御棒操作が再開される。
【００１２】
次に、制御棒操作制限動作を図２を参照して説明する。
【００１３】
図２において、ＷＵは警報「水位高」レベルであり、ＷＬは警報「水位低」レベルである。Ｗ０は原子炉の通常の水位レベルである。Ｗ１は通常水位レベルＷ０と警報「水位高」レベルＷＵの間に設定される第１の制限水位レベルであり、制限水位レベルＷ１以上になった時に制御棒操作を阻止する。水位レベルＷ２は水位レベルＷ０とＷ１の間に設定される第１の操作許可レベルであり、これ以下の水位レベルに戻った時に制御棒操作を再開させる。Ｗ４は通常水位レベルＷ０と警報「水位低」レベルＷＬの間に設定される第２の制限水位レベルであり、制限水位レベルＷＬ以下になった時に制御棒操作を阻止する。水位レベルＷ３は水位レベルＷ０とＷ４の間に設定される第２の操作許可レベルであり、これ以上の水位レベルに戻った時に、制御棒操作を再開させる。水位レベルＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４の値はシミュレーション解析した結果等を利用して設定器１７，１８，１９，２０に設定される。設定器１７にＷ４，設定器１８にＷ１が設定される。設定器１９にＷ３，設定器２０にＷ２が設定される。原子炉水位をＷとすると、比較器１３はＷ＜Ｗ４の時に論理“１”を出力し、比較器１４はＷ＞Ｗ１の時に論理“１”を出力する。このためＷ＜Ｗ４又はＷ＞Ｗ１の時にオアゲート１１からセット信号が出力される（論理“１”出力）。つまり、炉水位ＷがＷ１以上になった時、あるいはＷがＷ４以下になった時にセット信号が出力されスイッチ８が開状態になる。比較器１５はＷ＞Ｗ３の時に論理“１”を出力し、比較器１６はＷ＜Ｗ２の時に論理“１”を出力する。このため、Ｗ３＜Ｗ＜Ｗ２の時にはアンドゲート１２からリセット信号が出力される（論理“１”出力）。つまり、炉水位ＷがＷ３以上でかつＷ２以下の時にはリセット信号が出力され、スイッチ８が閉状態になる。
【００１４】
制御棒操作時の炉水位Ｗの変化は図２に示すようになる。時刻ｔ０で制御棒挿入を開始すると、制御棒挿入に伴って炉心内のボイドの潰れる量が増大し、炉水位Ｗが通常水位レベルＷ０より低下する。これに対して給水制御系により原子炉３内に冷却水が増加されるが、給水ポンプが大型で応答が遅いため炉水位Ｗの低下が続き、水位低下は時間経過と共にその低下は緩やかになる。炉水位Ｗが水位レベルＷ３に達するまでは、Ｗ＞Ｗ３かつＷ＜Ｗ２であるため、比較器１５及び１６の出力は論理“１”であり、アンドゲート１２の出力は論理“１”となりリセット信号が出力される。このとき、比較器１３及び１４の出力は論理“０”であり、オアゲート１１の出力が論理“０”となりセット信号は出力されない。このため、スイッチ８は閉状態のままである。炉水位Ｗが水位レベルＷ３よりも低くなると、比較器１５の出力は論理“０”となりアンドゲート１２の出力も論理“０”でリセット信号は出力されず、また、比較器１３及び１４の出力も論理 “０”であり、オアゲート１１の出力も論理“０”でありセット信号も出力されない。Ｆ／Ｆ回路１０はリセット状態にありセット信号が入力されるまでその出力を保持し続けるので、スイッチ８は閉状態のままである。時刻ｔ１で炉水位Ｗが制限水位レベルＷ４に達すると、比較器１３の出力は論理“１”となり、セット信号がＦ／Ｆ回路１０に入力される。このとき、比較器１５の出力は論理 “０”であり、アンドゲート１２からリセット信号は出力されない。この結果、Ｆ／Ｆ回路１０はスイッチ８を開状態にさせる。従って、時刻ｔ１で制御棒挿入は阻止される。制御棒挿入が阻止されるとボイドの潰れる量が減少し、かつ給水制御系により水位回復が図られるため、少し時間遅れはあるものの炉水位Ｗは上昇し始める。炉水位Ｗが制限水位レベルＷ４よりも高くなると、比較器１３の出力が論理“０”となり、オアゲート１１からセット信号が出力されなくなる。このとき、アンドゲート１２の出力が依然として論理“０”でリセット信号が出力されないため、Ｆ／Ｆ回路１０は現状の出力状態を保護し続けており、スイッチ８は開状態のままである。時刻ｔ２に炉水位Ｗが水位レベルＷ３に達すると比較器１５の出力は論理“１”になる。このとき比較器１６の出力は論理“１”のままであるので、アンドゲート１２からリセット信号が出力される。一方、比較器１３及び１４の出力はともに論理“０”であるため、オアゲート１１からセット信号は出力されない。この結果、Ｆ／Ｆ回路１０はスイッチ８を閉状態にする。従って、時刻ｔ２で制御棒挿入が再開される。時刻ｔ０からｔ１にかけて複数の制御棒が同時に挿入され、時刻ｔ１からｔ２までは挿入が阻止され、時刻ｔ２で挿入が再開される。このように、通常の水位レベルＷ０と警報「水位低」レベルＷＬ間に第２の制限水位レベルＷ４を設けて、炉水位Ｗが制限水位レベルＷ４以下になったら制御棒挿入を阻止することにより、炉水位Ｗが警報レベルＷＬに達することなく制御棒挿入することが可能となる。なお、水位レベルＷ３は、炉水位Ｗが制限水位レベルＷ４以下になりその後水位レベルＷ４以上になった時にすぐに制御棒挿入を再開すると、再び炉水位が水位レベルＷ４に達するということを繰返して炉出力変更に必要以上の時間を要してしまうので、これを防止するために設けている。つまり、制御棒操作阻止と再開の水位レベルにヒステリシス幅を設けてハンティングを防止している。
【００１５】
次に、時刻ｔ４で制御棒引抜きを開始すると制御棒引抜きに伴って炉心内の発生ボイド量が増大し、炉水位Ｗが上昇する。炉水位Ｗが水位レベルＷ２に達するまでは、Ｗ＞Ｗ３でかつＷ＜Ｗ２であるため、比較器１５及び１６の出力は論理“１”であり、アンドゲート１２からリセット信号が出力される。このとき、比較器１３及び１４の出力は論理“０”であり、オアゲート１１からセット信号は出力されない。このため、スイッチ８は閉状態のままである。炉水位Ｗが水位レベルＷ２よりも高くなると、比較器１６の出力は論理“０”となりアンドゲート１２の出力も論理“０”でリセット信号は出力されなくなる。一方、比較器１３及び１４の出力も論理“０”であり、オアゲート１１からセット信号は出力されない。Ｆ／Ｆ回路１０はリセット状態にありスイッチ８は閉のままである。時刻ｔ５で炉水位Ｗが制限水位レベルＷ１に達すると、比較器１４の出力は論理 “１”となりオアゲート１１の出力が論理“１”となる。つまり、セット信号がＦ／Ｆ回路１０に入力される。このとき比較器１６の出力は論理“０”のままであるため、アンドゲート１２からリセット信号は出力されない。この結果、Ｆ／Ｆ回路１０はスイッチ８を開状態にする。従って、時刻ｔ５で制御棒引抜きは阻止される。制御棒引抜きが阻止されるとボイド量の増加が抑制され、かつ給水制御系により水位は通常水位Ｗ０に戻るように制御されるため、少し時間遅れはあるものの炉水位Ｗは下降し始める。炉水位Ｗが制限水位レベルＷ１よりも低くなると比較器１４の出力が論理“０”となり、オアゲート１１の出力が論理“０”となってセット信号が出力されなくなる。しかし、アンドゲート１２の出力が依然として論理“０”であり、リセット信号が出力されないため、Ｆ／Ｆ回路１０は現状の出力状態を保持し続けており、スイッチ８は開状態のままである。時刻ｔ６に炉水位Ｗが水位レベルＷ２に達すると、比較器１６の出力は論理“１”になる。このとき、比較器１５の出力は論理“１”のままであるので、アンドゲート１２からリセット信号が出力される。一方、比較器１３及び１４の出力はともに論理“０”であるため、オアゲート１１からセット信号は出力されない。この結果、Ｆ／Ｆ回路１０はスイッチ８を閉状態にする。従って、時刻ｔ６以降で制御棒引抜きが再開される。時刻ｔ４からｔ５にかけて複数の制御棒が同時に引抜かれ、時刻ｔ５からｔ６までは引抜きが阻止され、時刻ｔ６以降で引抜きが再開される。このように、通常の水位レベルＷ０と警報「水位高」レベルＷＵ間に第１の制限水位レベルＷ１を設け、炉水位Ｗが制限水位レベルＷ１以上になったら制御棒引抜きを阻止することにより、炉水位Ｗが警報レベルＷＵまたはＷＬに達することなく制御棒引抜きをすることが可能となる。なお、水位レベルＷ２を設けているのは、水位レベルＷ３を設けたのと同様な理由による。
【００１６】
以上のように、通常の水位レベルＷ０と警報「水位高」レベルＷＵ間に第１の制限水位レベルＷ１を設け、Ｗ０と警報「水位低」レベルＷＬ間に第２の制限水位レベルＷ４を設けて、炉水位ＷがＷ１以上あるいはＷ４以下になったら制御棒操作を阻止することにより、炉水位が警報レベルに達するのを防止して制御棒操作が可能となる。
【００１７】
なお、図１の実施例は炉出力制御モードに適用した例を示したが、他の運転制御モードでも同様に行える。他の運転制御モードが異なるのは、出力制御器１に入力する情報（目標出力変化率，目標出力）及び信号（中性子検出器５の出力信号，圧力制御器２１Ａの出力信号）、並びに出力制御器１自体の制御演算機能だけである。他の運転制御モードでも制御棒操作制限器２２の出力で出力制御器１の制御棒操作信号をスイッチ８で開・閉することは同一である。ただし、制御棒全挿入モード及び未臨界制御モードにおいては、制御棒挿入のみであるため、制御棒操作判定器９が不要となる。
【００１８】
図３に本発明の他の実施例を示す。
【００１９】
図３は炉出力制御モードに本発明を適用した例である。図３において図１の実施例と制御棒操作制限器２６が異なる。制御棒操作制限器２６は、炉水位Ｗが制限水位レベルＷ１以上あるいは制限水位レベルＷ４以下になった場合に、図１の制御棒操作制限器２２と同様にスイッチ８を開状態にして制御棒操作を阻止するが、その後、炉水位ＷがＷ１以下あるいはＷ４以上になった場合に、所定時間経過後に制御棒操作を再開する。
【００２０】
図３において、比較器１３の出力信号は遅延回路２４に入力される。遅延回路２４は図４に示すように、入力信号が論理“０”から“１”に変化するときは、その入力信号をそのまま出力するが、入力信号が論理“１”から“０”に変化するときは、あらかじめ定められている時間だけ遅れて“０”になる。遅れ時間はあらかじめ任意の時間に設定される。遅延回路２４の出力信号はオアゲート２３に入力される。比較器１４の出力信号も同様に遅延回路２５に入力される。遅延回路２５は２４と同一機能をもち、その出力信号はオアゲート２３に出力される。オアゲート２３の出力によってスイッチ８の開・閉が制御される。遅延回路２４及び２５の遅延時間はそれぞれ異なった値に設定することもできる。
【００２１】
図３に示す実施例の動作を図５を参照して説明する。
【００２２】
時刻ｔ０で制御棒挿入を開始すると炉水位Ｗが低下する。炉水位Ｗが制限水位レベルＷ４に達するまでは、Ｗ４＜Ｗ＜Ｗ１であり比較器１３及び１４の出力は共に論理“０”である。従って、遅延回路２４及び２５の出力も論理“０”でありオアゲート２３の出力も論理“０”である。この結果、スイッチ８は閉状態のままである。時刻ｔ１で炉水位Ｗが制限水位レベルＷ４に達すると比較器１３より論理“１”の信号が出力され、遅延回路２４の出力も論理“１”となる。この結果、オアゲート２３の出力が論理“１”となり、スイッチ８が開状態になる。これによって制御棒挿入が阻止される。制御棒挿入が阻止されることによりボイドの潰れる量が減少し、かつ給水制御系により水位回復が図られるため、少し時間遅れはあるものの炉水位Ｗは上昇し始める。時刻ｔ２で炉水位Ｗが制限水位レベルＷ４よりも高くなると比較器１３の出力信号は論理“０”になる。時刻ｔ２から所定の遅れ時間経過後の時刻ｔ３に、遅延回路２４の出力信号が論理“０”になる。この結果オアゲート２３の出力は時刻ｔ３で論理“０”となり、スイッチ８を閉状態にする。この結果、時刻ｔ３以降で制御棒挿入が再開される。時刻ｔ０からｔ１にかけて複数の制御棒が同時に挿入され、時刻ｔ１からｔ３までは挿入が阻止され、時刻ｔ３以降で挿入が再開される。このように、炉水位Ｗが制限水位レベルＷ４以下になるとスイッチ８を開状態にして制御棒挿入を阻止するが、その後炉水位Ｗが制限水位レベルＷ４より高くなった場合に、所定時間経過後に制御棒挿入を再開することが可能であり、挿入阻止と挿入再開を短時間で何度も繰返すようなことはない。
【００２３】
次に、時刻ｔ５で制御棒引抜きを開始すると炉水位Ｗが上昇する。炉水位Ｗが制限水位レベルＷ１に達するまでは、Ｗ４＜Ｗ＜Ｗ１であるため、比較器１３及び１４の出力は共に論理“０”である。従って、遅延回路２４及び２５の出力も論理“０”であり、オアゲート２３の出力も論理“０”である。この結果、スイッチ８は閉状態のままである。時刻ｔ６でＷがＷ１に達すると比較器１４より論理“１”の信号が出力され、遅延回路２５の出力も論理“１”となる。この結果、オアゲート２３の出力が論理“１”となり、スイッチ８が開状態になる。スイッチ８の開によって制御棒引抜きが阻止される。制御棒引抜きが阻止されることにより、ボイドの増加が抑制され、かつ給水制御系により水位は通常水位Ｗ０に戻るようになる。少し時間遅れはあるものの炉水位Ｗは低下し始める。時刻ｔ７で炉水位Ｗは制限水位レベルＷ１よりも低くなるため、比較器１４の出力信号は論理“０”になる。時刻ｔ７から所定の遅れ時間経過後の時刻ｔ８に遅延回路２５の出力信号が論理“０”になる。この結果、オアゲート２３の出力は時刻ｔ８で論理“０”となり、スイッチ８を閉状態にする。時刻ｔ８以降に制御棒引抜きが再開される。時刻ｔ５からｔ６にかけて複数の制御棒が同時に引抜かれ、時刻ｔ６からｔ８までは引抜きが阻止され、時刻ｔ８以降で引抜きが再開される。このように、炉水位Ｗが制限水位レベルＷ１以上になるとスイッチ８を開状態にして制御棒引抜きを阻止するが、その後炉水位Ｗが制限水位レベルＷ１より低くなった場合に、所定時間経過後に制御棒引抜きを再開することが可能であり、引抜き阻止と引抜き再開を短時間で何度も繰返すようなことはない。
【００２４】
このように、図３の実施例においても、通常に水位レベルＷ０と警報「水位高」レベルＷＵ間に第１の制限水位レベルＷ１を設け、Ｗ０と警報「水位低」レベルＷＬ間に第２の制限水位レベルＷ４を設けて、炉水位がＷ１以上あるいはＷ４以下になったら制御棒操作を阻止することにより、炉水位が警報レベルに達することなく制御棒操作が可能となる。
【００２５】
なお、図１及び図３の実施例ではスイッチ８を出力制御器１と制御棒操作判定器９との間に設けたが、これに限定することなく、制御棒駆動装置の入力段あるいは出力段に設けても同様に行えるのは勿論のことである。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の原子炉出力制御装置によれば、原子炉水位が目標水位レベルと水位高警報レベルおよび水位低警報レベルの間にそれぞれ設定した制限レベルになった場合、ボイドの増減の原因となる制御棒の動作そのものを阻止し、かつ、その後に制限レベル内になると制御棒操作を再開するようにしているので、制御棒動作によるハンティングを防止し、原子炉出力変更に必要以上の時間を要することを防いで、原子炉水位が警報レベルに達することなく原子炉の出力制御を可能にしている。
これにより例えば、本発明は制御棒全挿入モード，未臨界制御モード，炉出力制御モード及び昇温・昇圧制御モード（定格圧力近傍時）の制御を行う原子炉出力制御装置に適用した場合に、その効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図。
【図２】炉水位と制御棒操作の関係を示す図。
【図３】本発明の他の実施例を示す構成図。
【図４】遅延回路の入出力関係を示す特性図。
【図５】図３の動作を説明するための波形図。
【符号の説明】
１…出力制御器、２…制御棒駆動装置、４…原子炉水位計、８…スイッチ、１３，１４，１５，１６…比較器、１７，１８，１９，２０…設定器、２２，２６…制御棒操作制限器。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a reactor power control equipment for adjusting the power of the reactor by manipulating a plurality of control rods simultaneously.
[0002]
[Prior art]
In starting a nuclear power plant, there are various operation control modes, and control is performed by setting a control target for each operation control mode. In recent years, it has been proposed to operate a nuclear power plant by simultaneously operating a plurality of control rods for the purpose of labor saving of operation and shortening of start-up time. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-286793 proposes a control method of a criticality control mode. When the reactor is switched from a stopped state to a critical state, the operation timing and the operation amount of a plurality of control rods are determined. Is described. The operation control mode at the time of low power output of the reactor includes a heating / boosting control mode, a reactor power control mode, a subcritical control mode, and a control rod full insertion mode. The temperature increase / pressure control mode is a mode in which the pressure of the reactor reaches a target value in accordance with the target reactor water temperature change rate, and the reactor power control mode is a mode in which the reactor power is changed to the target value in accordance with the target power change rate. The subcritical control mode is a mode in which the control rod is inserted into the reactor to reduce the reactor power below the critical level.The control rod full insertion mode lowers the reactor power in the reactor power control mode when shutting down the reactor. After this, the control rod is inserted to the full insertion position to put the reactor into a stopped state.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The reactor water level is controlled by a water supply control system. Generally, when the output of the reactor is less than 30%, the water supply control system controls the water level to be constant by single-element control using only the water level of the reactor. When the reactor power is 30% or more, the water level is controlled to be constant by three-element control using the reactor water level, the feedwater flow rate, and the main steam flow rate. Therefore, in the operation control mode at the time of the reactor low power, the reactor water level is controlled to a constant level by the single element control of the feedwater control system. By the way, when voids are generated in the primary cooling water of the reactor (inside of the reactor), the reactor water level rises depending on the size of the volume and the number thereof. Voids are generated even at low output. The void ratio is about 40% at the time of rated output operation, and considerable voids are generated even at low output. The operation modes at the time of low power generation in which voids are generated include a furnace power control mode, a subcritical control mode, and a control rod full insertion mode when the pressure is near the rated pressure state in the heating / pressure control mode.
[0004]
Even in such an operation mode, the furnace power is changed by operating a plurality of control rods simultaneously. When a plurality of control rods are inserted at the same time, neutrons are absorbed by the control rods, which are bundle reducing materials, and the voids are crushed as the reactor power decreases. As a result, the water level dependent on the total volume of the voids decreases. In addition, when a plurality of control rods are inserted at the same time, the amount of collapse of the voids is large, and the reactor water level is greatly reduced. The reactor water level is controlled by the single element control function of the water supply control system. However, the reactor water level is controlled after the water level is lowered, and the response of the feedwater pump, which is a large equipment, is slow, and the reactor water level cannot be recovered immediately. When the reactor water level drops by about 120 mm from the normal water level, the alarm water level is reached and an alarm is generated. The generation of an alarm is undesirable in operation management, and requires a cause investigation and countermeasures.
[0005]
In addition, when a plurality of control rods are pulled out at the same time, more voids are generated, and the reactor water level rises contrary to when the control rods are inserted. An alarm water level is set for the rising water level, and there is a possibility that an alarm will be generated when the alarm water level is reached.
[0006]
In particular, in the subcritical control mode and the control rod full insertion mode, since a large amount of operation is performed when a plurality of control rods are simultaneously inserted, the amount of collapse of the voids is large, and the possibility of an alarm being generated is increased.
[0007]
The present invention has been made in view of the above, it is an object of multiple control rods simultaneously operate the reactor can also prevent the reactor water level is warning water level output control device To provide
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a reactor power control device of the present invention is configured such that water supply is controlled so that a reactor water level becomes a target water level, and the power of a reactor is controlled by operating a control rod. Output control means for outputting a control rod operation signal for controlling the output of the reactor, control rod drive means for inputting the control rod operation signal and simultaneously operating a plurality of control rods, and wherein the reactor water level is a target water level Control rod operation restricting means for preventing control rod operation by the control rod driving means when a limit level set between the water level high alarm level and the low water level alarm level is reached. When the water level reaches the limit level set between the target water level and the high water alarm level and the low water alarm level, the control rod operation by the control rod driving means is stopped, and the restriction is stopped. It is characterized in that to enable the control rod operation into the bell.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an example applied to a furnace power control mode operation at a low power.
[0010]
The output controller 1 controls the reactor output of the reactor 3 by inputting the target output change rate, the target output, the output signal of the neutron detector 5 and the output signal of the pressure controller 21A constituting the electro-hydraulic control device 21. To output the control rod operation signal necessary for the operation. The control rod operation signal changes based on the target output change rate. The control rod operation signal of the output controller 1 is given to the control rod driving device 2 via the operation judging device 9. The main steam pressure of the reactor 3 is detected by the pressure detector 6 and input to the electro-hydraulic control device (EHC) 21. The output signal of the pressure controller 21A corresponds to the total steam flow. When the reactor power is low, the neutron flux signal of the neutron detector 5 tends to fluctuate. Therefore, when the reactor pressure is maintained at the rated value, the reactor power is controlled using the output signal of the pressure controller 21 rather than the neutron flux. I have. However, if the fluctuation of the neutron flux signal can be sufficiently suppressed by a filter or the like, the output signal of the neutron detector 5 can be used. The output signal of the neutron detector 5 is used to release the control when the furnace output reaches the target, and the output signal of the pressure controller 21A is used as a feedback control signal for changing the furnace output at a constant rate. .
[0011]
A control rod operation signal of the output controller 1 is applied to a control rod operation determination unit 9 via a switch 8. The control rod operation determiner 9 outputs a control rod insertion command or a control rod withdrawal command to the control rod driving device 2 with the characteristics shown. The control rod driving device 2 controls the insertion or withdrawal of a plurality of control rods in the reactor 3 according to the input command. The reactor water level of the reactor 3 is detected by the reactor water level gauge 4 and input to the control rod operation limiter 22. The control rod operation limiter 22 restricts the operation of the control rod so that the reactor water level does not reach the alarm water level. The reactor water level signal of the reactor water level meter 4 is input to the comparators 13, 14, 15, 16 and is compared with the reactor water level preset in the setting units 17, 18, 19, 20. Output signals of the comparators 13 and 14 are input to the OR gate 11, and output signals of the comparators 15 and 16 are input to the AND gate 12. The output signal of the OR gate 11 becomes a set signal of the flip-flop (F / F) circuit 10, and the output signal of the AND gate 12 becomes a reset signal of the F / F circuit 10. The F / F circuit 10 opens the switch 8 when a set signal is input (when the logic is “1”), and opens the switch 8 when a reset signal is input (when the logic is “0”). Is closed. When a reset signal is input, the F / F circuit 10 holds the output signal until a set signal is input, and conversely, when a set signal is input, holds the output signal until a reset signal is input. When the water level in the reactor 3 is at the normal water level, a reset signal is output from the AND gate 12, and the switch 8 is closed. When the switch 8 is closed, the control rod is operated according to a control rod operation signal output from the output controller 1. When the reactor water level changes and approaches the alarm water level and reaches the limit level, a set signal is output from the OR gate 11 and the switch 8 is opened. As a result, the control rod operation signal of the output controller 1 is not applied to the control rod driving device 2, and the control rod operation is blocked. Thereafter, when the reactor water level recovers to the normal water level due to the operation of the water supply control system (not shown), a reset signal is output from the AND gate 12, the switch 8 is closed, and the control rod operation is restarted.
[0012]
Next, the control rod operation restriction operation will be described with reference to FIG.
[0013]
In FIG. 2, WU is an alarm “high water level”, and WL is an alarm “low water level”. W0 is the normal water level of the reactor. W1 is a first limit water level set between the normal water level W0 and the warning "high water level" WU, and prevents operation of the control rod when the water level exceeds the limit water level W1. The water level W2 is a first operation permission level set between the water levels W0 and W1, and when returning to a water level lower than this, the control rod operation is restarted. W4 is a second limit water level which is set between the normal water level W0 and the warning "low water level" WL. When the water level falls below the limit water level WL, the control rod operation is prevented. The water level W3 is a second operation permission level set between the water levels W0 and W4. When the water level returns to a higher level, the control rod operation is restarted. The values of the water level W1, W2, W3, W4 are set in the setting units 17, 18, 19, 20 using the results of simulation analysis and the like. W4 is set in the setting device 17 and W1 is set in the setting device 18. W3 is set in the setting device 19 and W2 is set in the setting device 20. Assuming that the reactor water level is W, the comparator 13 outputs a logic “1” when W < W4, and the comparator 14 outputs a logic “1” when W > W1. Therefore, when W < W4 or W > W1, the set signal is output from the OR gate 11 (logic "1" output). That is, when the furnace water level W becomes equal to or higher than W1 or when W becomes equal to or lower than W4, a set signal is output and the switch 8 is opened. The comparator 15 outputs a logic “1” when W > W3, and the comparator 16 outputs a logic “1” when W < W2. Therefore, when W3 < W < W2, a reset signal is output from the AND gate 12 (logic "1" output). That is, when the reactor water level W is equal to or higher than W3 and equal to or lower than W2, a reset signal is output, and the switch 8 is closed.
[0014]
FIG. 2 shows a change in the reactor water level W when the control rod is operated. When the control rod insertion is started at time t0, the amount of collapse of the voids in the core increases with the control rod insertion, and the reactor water level W falls below the normal water level W0. On the other hand, the cooling water is increased in the reactor 3 by the water supply control system. However, since the water supply pump is large and the response is slow, the reactor water level W continues to decrease, and the water level decreases gradually with time. . Until the reactor water level W reaches the water level W3, since W > W3 and W < W2, the outputs of the comparators 15 and 16 are logic "1", and the output of the AND gate 12 is logic "1" and reset. A signal is output. At this time, the outputs of the comparators 13 and 14 are logic "0", the output of the OR gate 11 is logic "0", and no set signal is output. Thus, the switch 8 remains closed. When the reactor water level W becomes lower than the water level W3, the output of the comparator 15 becomes logic "0", the output of the AND gate 12 is also logic "0", no reset signal is output, and the outputs of the comparators 13 and 14 are output. Is also logic "0", the output of the OR gate 11 is also logic "0", and no set signal is output. Since the F / F circuit 10 is in the reset state and keeps holding its output until the set signal is input, the switch 8 remains closed. When the reactor water level W reaches the limit water level W4 at time t1, the output of the comparator 13 becomes logic "1", and the set signal is input to the F / F circuit 10. At this time, the output of the comparator 15 is logic “0”, and the reset signal is not output from the AND gate 12. As a result, the F / F circuit 10 causes the switch 8 to open. Therefore, control rod insertion is prevented at time t1. When the insertion of the control rod is prevented, the amount of collapse of the voids is reduced, and the water level is recovered by the water supply control system. Therefore, the reactor water level W starts to rise with a slight time delay. When the reactor water level W becomes higher than the limit water level W4, the output of the comparator 13 becomes logic "0" and the set signal is not output from the OR gate 11. At this time, since the output of the AND gate 12 is still logic "0" and no reset signal is output, the F / F circuit 10 keeps protecting the current output state, and the switch 8 remains open. When the reactor water level W reaches the water level W3 at time t2, the output of the comparator 15 becomes logic "1". At this time, since the output of the comparator 16 remains at the logic “1”, a reset signal is output from the AND gate 12. On the other hand, since the outputs of the comparators 13 and 14 are both logic "0", the set signal is not output from the OR gate 11. As a result, the F / F circuit 10 closes the switch 8. Therefore, control rod insertion is restarted at time t2. A plurality of control rods are simultaneously inserted from time t0 to t1, insertion is prevented from time t1 to t2, and insertion is restarted at time t2. As described above, by providing the second limit water level W4 between the normal water level W0 and the alarm "low water level" WL, the control rod is prevented from being inserted when the reactor water level W falls below the limit water level W4. , The control rod can be inserted without the furnace water level W reaching the alarm level WL. The water level W3 repeats that the reactor water level reaches the water level W4 again when the control rod insertion is resumed immediately when the reactor water level W becomes equal to or lower than the limit water level W4 and thereafter becomes equal to or higher than the water level W4. Since it takes more time than necessary to change the furnace power, it is provided to prevent this. In other words, hunting is prevented by providing a hysteresis width to the water level of control rod operation inhibition and resumption.
[0015]
Next, when control rod withdrawal is started at time t4, the amount of voids generated in the core increases with the control rod withdrawal, and the reactor water level W rises. Until the furnace water level W reaches the water level W2, the outputs of the comparators 15 and 16 are logic "1" because W > W3 and W < W2, and the reset signal is output from the AND gate 12. At this time, the outputs of the comparators 13 and 14 are logic "0", and the set signal is not output from the OR gate 11. Thus, the switch 8 remains closed. When the reactor water level W becomes higher than the water level W2, the output of the comparator 16 becomes logic "0", the output of the AND gate 12 becomes logic "0", and the reset signal is not output. On the other hand, the outputs of the comparators 13 and 14 are also logic "0", and no set signal is output from the OR gate 11. The F / F circuit 10 is in a reset state, and the switch 8 remains closed. When the reactor water level W reaches the limit water level W1 at time t5, the output of the comparator 14 becomes logic "1" and the output of the OR gate 11 becomes logic "1". That is, the set signal is input to the F / F circuit 10. At this time, since the output of the comparator 16 remains at the logic “0”, the reset signal is not output from the AND gate 12. As a result, the F / F circuit 10 opens the switch 8. Therefore, the control rod withdrawal is prevented at time t5. When the control rod is prevented from being pulled out, the increase in the amount of voids is suppressed, and the water level is controlled by the water supply control system so as to return to the normal water level W0. Therefore, the furnace water level W starts to decrease although there is a slight time delay. When the reactor water level W becomes lower than the limit water level W1, the output of the comparator 14 becomes logic "0", the output of the OR gate 11 becomes logic "0", and the set signal is not output. However, since the output of the AND gate 12 is still logic "0" and the reset signal is not output, the F / F circuit 10 keeps the current output state, and the switch 8 remains open. When the reactor water level W reaches the water level W2 at time t6, the output of the comparator 16 becomes logic "1". At this time, since the output of the comparator 15 remains at the logic “1”, a reset signal is output from the AND gate 12. On the other hand, since the outputs of the comparators 13 and 14 are both logic "0", the set signal is not output from the OR gate 11. As a result, the F / F circuit 10 closes the switch 8. Therefore, the control rod withdrawal is restarted after time t6. A plurality of control rods are simultaneously pulled out from time t4 to t5, the drawing is prevented from time t5 to t6, and the drawing is restarted after time t6. In this way, by providing the first limit water level W1 between the normal water level W0 and the alarm "high water level" level WU, and preventing the control rod withdrawal when the furnace water level W becomes equal to or higher than the limit water level W1, The control rod can be withdrawn without the furnace water level W reaching the alarm level WU or WL. Note that the water level W2 is provided for the same reason as the water level W3 is provided.
[0016]
As described above, the first limit water level W1 is provided between the normal water level W0 and the alarm “high water level” WU, and the second limit water level W4 is provided between the W0 and the alarm “low water level” WL. When the furnace water level W becomes equal to or more than W1 or equal to or less than W4, the control rod operation is prevented, so that the reactor water level is prevented from reaching the alarm level, and the control rod operation becomes possible.
[0017]
Although the embodiment of FIG. 1 shows an example in which the present invention is applied to the furnace power control mode, the same can be applied to other operation control modes. The other operation control modes are different because the information (target output change rate, target output) and signals (output signal of neutron detector 5, output signal of pressure controller 21A) input to output controller 1, and output control It is only the control operation function of the unit 1 itself. In other operation control modes, opening and closing of the control rod operation signal of the output controller 1 by the switch 8 using the output of the control rod operation restrictor 22 is the same. However, in the control rod full insertion mode and the subcritical control mode, since only the control rod insertion is performed, the control rod operation determination unit 9 becomes unnecessary.
[0018]
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention.
[0019]
FIG. 3 shows an example in which the present invention is applied to a furnace power control mode. 3, a control rod operation restrictor 26 is different from the embodiment of FIG. When the reactor water level W becomes equal to or higher than the limit water level W1 or equal to or lower than the limit water level W4, the control rod operation restrictor 26 opens the switch 8 similarly to the control rod operation restrictor 22 in FIG. Although the operation is prevented, when the furnace water level W becomes equal to or less than W1 or equal to or more than W4, the control rod operation is restarted after a predetermined time has elapsed.
[0020]
3, the output signal of the comparator 13 is input to the delay circuit 24. As shown in FIG. 4, when the input signal changes from logic "0" to "1", the delay circuit 24 outputs the input signal as it is, but the input signal changes from logic "1" to "0". When it does, it becomes “0” with a delay of a predetermined time. The delay time is set to an arbitrary time in advance. The output signal of the delay circuit 24 is input to the OR gate 23. The output signal of the comparator 14 is similarly input to the delay circuit 25. Delay circuit 25 has the same function as 24, and its output signal is output to OR gate 23. Opening / closing of the switch 8 is controlled by the output of the OR gate 23. The delay times of the delay circuits 24 and 25 can be set to different values.
[0021]
The operation of the embodiment shown in FIG. 3 will be described with reference to FIG.
[0022]
When control rod insertion is started at time t0, the reactor water level W decreases. Until the furnace water level W reaches the limit water level W4, W4 <W <W1 and the outputs of the comparators 13 and 14 are both logic "0". Therefore, the outputs of the delay circuits 24 and 25 are also logic "0", and the output of the OR gate 23 is also logic "0". As a result, the switch 8 remains closed. When the reactor water level W reaches the limit water level W4 at time t1, a signal of logic "1" is output from the comparator 13, and the output of the delay circuit 24 also becomes logic "1". As a result, the output of the OR gate 23 becomes logic "1", and the switch 8 is opened. This prevents control rod insertion. Since the control rod insertion is prevented, the amount of collapse of the voids is reduced and the water level is recovered by the water supply control system, so that the reactor water level W starts to rise with a slight time delay. When the reactor water level W becomes higher than the restricted water level W4 at time t2, the output signal of the comparator 13 becomes logic "0". At time t3 after a predetermined delay time has elapsed from time t2, the output signal of the delay circuit 24 becomes logic "0". As a result, the output of the OR gate 23 becomes logic "0" at time t3, and the switch 8 is closed. As a result, the control rod insertion is restarted after time t3. A plurality of control rods are simultaneously inserted from time t0 to t1, insertion is prevented from time t1 to t3, and insertion is restarted after time t3. As described above, when the furnace water level W becomes equal to or lower than the limit water level W4, the switch 8 is opened to prevent the control rod from being inserted. However, when the furnace water level W becomes higher than the limit water level W4, a predetermined time elapses. Control rod insertion can be restarted, and insertion prevention and insertion restart are not repeated many times in a short time.
[0023]
Next, when control rod withdrawal is started at time t5, the reactor water level W rises. Until the furnace water level W reaches the limit water level W1, since W4 <W <W1, both outputs of the comparators 13 and 14 are logic "0". Therefore, the outputs of the delay circuits 24 and 25 are also logic "0", and the output of the OR gate 23 is also logic "0". As a result, the switch 8 remains closed. When W reaches W1 at time t6, a signal of logic "1" is output from the comparator 14, and the output of the delay circuit 25 also becomes logic "1". As a result, the output of the OR gate 23 becomes logic "1", and the switch 8 is opened. The opening of the switch 8 prevents the control rod from being withdrawn. By preventing the control rod from being pulled out, the increase in voids is suppressed, and the water level returns to the normal water level W0 by the water supply control system. Although there is a slight time delay, the reactor water level W starts to decrease. At time t7, the reactor water level W becomes lower than the restricted water level W1, so that the output signal of the comparator 14 becomes logic "0". At time t8 after a predetermined delay time has elapsed from time t7, the output signal of the delay circuit 25 becomes logic "0". As a result, the output of the OR gate 23 becomes logic "0" at time t8, and the switch 8 is closed. After time t8, the control rod withdrawal is restarted. From time t5 to t6, the plurality of control rods are simultaneously pulled out, the drawing is prevented from time t6 to t8, and the drawing is restarted after time t8. As described above, when the furnace water level W becomes equal to or higher than the limit water level W1, the switch 8 is opened to prevent the control rod from being pulled out. However, when the furnace water level W becomes lower than the limit water level W1, a predetermined time elapses. The control rod withdrawal can be restarted, and the pullout prevention and the resumption of pullout are not repeated many times in a short time.
[0024]
Thus, in the embodiment of FIG. 3 as well, the first limit water level W1 is normally provided between the water level W0 and the alarm “high water level” WU, and the second limit water level is provided between W0 and the alarm “low water level” WL. Is provided and the control rod operation is prevented when the furnace water level becomes equal to or higher than W1 or equal to or lower than W4, so that the control rod operation can be performed without the furnace water level reaching the alarm level.
[0025]
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 3, the switch 8 is provided between the output controller 1 and the control rod operation determiner 9. However, the present invention is not limited to this. It is needless to say that the same operation can be performed even if it is provided in the above.
[0026]
【The invention's effect】
According to the reactor power control device of the present invention, when the reactor water level reaches a limit level set between the target water level and the high water level warning level and the low water level warning level, control that causes an increase or a decrease in voids. Since the operation of the rod itself is prevented and the control rod operation is restarted when the rod enters the limit level thereafter, hunting due to control rod operation is prevented, and it takes more time than necessary to change the reactor power. And the reactor power can be controlled without the reactor water level reaching the alarm level.
Thus, for example, when the present invention is applied to a reactor power control device that controls a control rod full insertion mode, a subcritical control mode, a reactor power control mode, and a temperature increase / pressure control mode (when near a rated pressure), The effect is great.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a reactor water level and a control rod operation.
FIG. 3 is a configuration diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing an input / output relationship of a delay circuit.
FIG. 5 is a waveform chart for explaining the operation of FIG. 3;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Output controller, 2 ... Control rod drive device, 4 ... Reactor water level gauge, 8 ... Switch, 13, 14, 15, 16 ... Comparator, 17, 18, 19, 20 ... Setting device, 22, 26 ... Control rod operation limiter.

Claims

The water supply is controlled so that the reactor water level becomes the target water level,
In a reactor power control device that controls the power of a reactor by operating a control rod,
Output control means for outputting a control rod operation signal for performing output control of the nuclear reactor,
Control rod driving means for inputting the control rod operation signal and simultaneously operating a plurality of control rods,
Control rod operation limiting means for preventing control rod operation by the control rod driving means when the reactor water level reaches a limit level set between a target water level and a water level high alarm level and a water level low alarm level, respectively,
The control rod operation restricting means stops the control rod operation by the control rod driving means when the reactor water level reaches a limit level set between a target water level and a water level high alarm level and a water level low alarm level, respectively. A reactor power control device characterized in that control rod operation is enabled when inside.

The reactor power control device according to claim 1,
The output control means outputs a control rod operation signal for performing power control at the time of low power of the reactor,
The control rod operation restricting means prevents control rod operation by the control rod driving means when the reactor water level reaches a restriction level set between a target water level, a high water level alarm level, and a low water level alarm level, respectively. A reactor power control device for restarting control rod operation after a set time.