JP3757648B2

JP3757648B2 - Control rod pull-out monitoring device and control rod control device

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Publication number: JP3757648B2
Application number: JP34381198A
Authority: JP
Inventors: 節男有田; 文康大木戸; 真長谷川; 勝笹川; 健野崎; 一彦石井; 博見丸山; 佳彦石井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1998-12-03
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2018-12-03
Also published as: JP2000056068A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御棒引抜き監視装置及び制御棒制御装置に係り、特に沸騰水型原子炉（ＢＷＲと称す）に適用するのに好適で、原子炉の出力運転中に制御棒の引抜きが可能か否かを中性子束に基づいて判定する制御棒引抜き監視装置及び制御棒制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＢＷＲは、炉心内に多数の燃料集合体を装荷している。これらの燃料集合体は、核燃料を充填した複数の燃料棒を有する。従来のＢＷＲにおいて、原子炉の出力運転中に引抜き対象として選択された制御棒周辺に位置する中性子検出器の局所出力の平均値を求め、炉心流量により決定された原子炉出力の設定値と上記局所出力の平均値とを比較し、局所出力の平均値が原子炉出力の設定値を超えた場合に制御棒引抜き阻止信号を制御棒制御手段に出力する制御棒引抜き監視装置が、適用されている。例えば制御棒が誤って引抜かれると、炉心内の局所的な出力上昇によって燃料棒が損傷する恐れがあるが、制御棒引抜き監視装置は、制御棒引抜き阻止信号を出力することにより、燃料棒の損傷を防止する。
【０００３】
ところで、ＢＷＲの運転においては、核燃料物質の燃焼に伴い、炉心の反応度が低下するので、炉心に供給する冷却材流量（炉心流量）を増やして反応度の低下を補償し、原子炉出力を一定に保持する。炉心流量が最大値に達すると、反応度の低下の補償ができなくなり原子炉出力を定格出力（１００％出力）に維持できなくなる。そこで、制御棒の引抜き操作によって原子炉出力を上昇させる必要がある。原子炉では、燃料棒の健全性を維持するため、原子炉出力が定格出力を超過することを防止するため、定格出力近辺では制御棒の引抜き操作を行わない。制御棒の引抜き操作を実行する場合には、炉心流量の減少により原子炉出力を十分に低下させて制御棒の引抜き操作を実行し、その後、炉心流量を増加させて原子炉出力を定格出力まで上げている。しかし、原子炉出力を一旦下げるために、ＢＷＲプラントの設備利用率が低下し、望ましくない。また、炉心流量の減少，増加棒操作に対する運転員の負担増大、及び原子炉出力低下による電力系統への外乱増加、の原因になるなど、いずれの面から見ても好ましいものではない。従って、原子炉出力を低減させて制御棒の引抜きを行う回数は、可能な限り少ない方がよい。
【０００４】
近年、ウラン資源の有効利用とエネルギーセキュリティ確保の観点から、段階的に軽水炉でのプルトニウム利用（プルサーマル）計画が進められている。今後、稼働中の沸騰水型原子力発電所で、炉心に装荷されている燃料集合体の１／３程度を、製造時にウランとプルトニウムの混合酸化物（ＭＯＸ）を含んでいる燃料集合体（ＭＯＸ燃料集合体という）とすることが計画されている。残りの２／３は、製造時点でウランとプルトニウムの混合酸化物を含まずウラン酸化物を含む燃料集合体（ウラン燃料集合体という）である。更には、炉心内の全ての燃料集合体をＭＯＸ燃料集合体とすることも計画されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＯＸ燃料集合体がウラン燃料集合体と異なる点は、燃料集合体の製造時点でプルトニウムを含んでいることである。プルトニウムは、ウランに比べて遅発中性子割合が小さく、また、中性子吸収断面積が大きい。つまり、冷却材のボイド量変化時の出力変化量が大きくなる。これは、ボイド係数が大きいことを意味しており、高原子炉出力時の中性子のゆらぎ量が大きくなる。このゆらぎ量は、シミュレーションによる評価によって、定格出力時に、±５％以上になることが新たに分かった。
【０００６】
ＭＯＸ燃料集合体が装荷された炉心（ＭＯＸ燃料炉心）でも、前述したように原子炉出力を低下させずに、制御棒の引抜き操作を行うことが望ましい。この炉心は、前述したように高原子炉出力時において中性子ゆらぎ量が定格出力の±５％以上変化する。制御棒引抜き監視装置は、中性検出器の出力が１０５％を超えた場合に、制御棒引抜き操作を禁止するロジックとなっている。このため、原子炉出力を低下させずに制御棒の引抜き操作を行おうとしても、中性子ゆらぎにより制御棒の引抜きが禁止される。つまり、ＭＯＸ燃料炉心では、中性子ゆらぎにより制御棒引抜きが禁止され、原子炉出力を低下させずに制御棒の引抜き操作を行うことは不可能になってしまうという問題が発生する。
【０００７】
ウラン燃料集合体を炉心に装荷した従来のＢＷＲでは、運転サイクル数が多くなるにつれて生成されたプルトニウムが燃料集合体内に蓄積されて、ボイド係数が増大する。また、１つの運転サイクル前半では炉心流量を低くしてボイド量を増やし、これによりプルトニウムを積極的に燃料集合体内に蓄積させ、その運転サイクル後半では炉心流量の増加によりボイド量を減らして蓄積されたプルトニウムを燃焼させて、核燃料の利用率を高めるスペクトルシフト運転が行われている。運転サイクル前半及び後半では、制御棒操作と炉心流量制御との併用で原子炉出力は定格出力に保持される。スペクトルシフト運転を行った場合、中性子ゆらぎ量は、運転サイクル前半（上記の炉心流量低流量時）の方が運転サイクル後半より多いものの、現状では高原子炉出力時において中性子ゆらぎにより制御棒引抜きが禁止されることはない。しかしながら、濃縮度の高い燃料集合体が装荷されたり、運転サイクルが進んだり、運転サイクル期間自体が長くなることによってボイド係数が高くなり中性子ゆらぎ量が増大すると、中性検出器の出力が制御棒引抜き監視装置の規準値１０５％を超える可能性がある。この結果、高原子炉出力時での制御棒引抜きが制御棒引抜き監視装置によって禁止されるという問題が発生する。
【０００８】
本発明の目的は、中性子ゆらぎ量が増大する場合に原子炉出力を低下させないで制御棒の引抜き操作ができ、炉心内の局所的な出力上昇に対しては制御棒の引抜きを阻止できる制御棒引抜き監視装置及び制御棒制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する第１発明の特徴は、局所平均中性子束を増幅する増幅手段と、局所平均中性子束が炉心平均中性子束よりも低い場合に増幅手段のゲインを変更するゲイン調整手段と、増幅手段の出力信号の低周波信号を通過させる低周波通過フィルタと、低周波通過フィルタからの低周波信号が設定レベルを超えたときに、制御棒引抜き阻止信号を出力する比較手段とを備えたことにある。
【００１０】
上記目的を達成する第２発明の特徴は、引抜き操作を行う制御棒が選択されたとき、局所平均中性子束が炉心平均中性子束よりも高い場合に低周波通過フィルタに初期値として局所平均中性子束の値を設定し、局所平均中性子束が炉心平均中性子束よりも低い場合に低周波通過フィルタに初期値として炉心平均中性子束の値を設定するフィルタ初期値設定手段を、備えたことにある。
【００１１】
上記目的を達成する第３発明の特徴は、炉心内に配置された複数の中性子検出器から出力された中性子束信号の低周波信号を通過させる複数の低周波通過フィルタと、引抜き操作を行う制御棒周辺の中性子束を測定する複数の中性子検出器の中性子束信号を入力する複数の低周波通過フィルタの出力信号を用いて、局所平均中性子束を求める局所平均中性子束出力手段と、局所平均中性子束を増幅する増幅手段と、局所平均中性子束が前記炉心平均中性子束よりも低い場合に増幅手段のゲインを変更するゲイン調整手段と、増幅手段の出力信号の低周波信号を通過させる低周波通過フィルタと、低周波通過フィルタからの低周波信号が設定レベルを超えたときに、制御棒引抜き阻止信号を出力する比較手段とを備えたことにある。
【００１２】
上記目的を達成する第４発明の特徴は、炉心内に配置された複数の中性子検出器から出力された中性子束信号の低周波信号を通過させる複数の低周波通過フィルタと、引抜き操作を行う制御棒周辺の中性子束を測定する複数の中性子検出器の中性子束信号を入力する複数の低周波通過フィルタの出力信号を用いて、第１局所平均中性子束を求める第１の局所平均中性子束出力手段と、引抜き操作を行う制御棒周辺の中性子束を測定する複数の中性子検出器の中性子束信号を用いて、第２局所平均中性子束を求める第２の局所平均中性子束出力手段と、第１局所平均中性子束を増幅する増幅手段と、第２局所平均中性子束が前記炉心平均中性子束よりも低い場合に増幅手段のゲインを変更するゲイン調整手段と、増幅手段の出力信号の低周波信号を通過させる低周波通過フィルタと、低周波通過フィルタからの低周波信号が設定レベルを超えたときに、制御棒引抜き阻止信号を出力する比較手段とを備えたことにある。
【００１３】
上記目的を達成する第５発明の特徴は、増幅手段の出力信号及び低周波通過フィルタの出力信号のいずれかを出力する切替手段と、切替手段の出力信号が設定レベルを超えたときに、制御棒引抜き阻止信号を出力する比較手段を備えたことにある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な一実施例である制御棒引抜き監視装置を、図１に基づいて以下に説明する。
【００１５】
本実施例を適用したＢＷＲプラントの概要をまず説明する。ＢＷＲプラントは、原子炉圧力容器１３，原子炉圧力容器１３内の炉心に装荷された複数の燃料集合体（図示せず），燃料集合体間に挿入されて原子炉出力を制御する複数の制御棒１５を備える。制御棒駆動機構１６は、これらの制御棒１５にそれぞれ設けられる。制御棒駆動機構１６は、モータ１８、及びこの回転を停止させるための電磁ブレーキ１９等を有し、モータ１８の回転量を直線運動に変換して制御棒１５を上下方向に駆動させるものである。制御棒１５の炉心高さ方向における位置は、位置検出器１７で検出される。炉心は、ウラン燃料集合体及びＭＯＸ燃料集合体が混在するＭＯＸ燃料炉心である。
【００１６】
モータ１８の駆動によって制御棒１５を炉心から引抜くことによって、原子炉出力が上昇する。再循環ポンプ（図示せず）の駆動によって炉心内に供給される冷却水１４は、燃料集合体内を上昇する間に核燃料物質の分裂によって発生する熱で加熱されて蒸気となる。蒸気は、主蒸気管３１を通ってタービン(図示せず)に送られる。再循環ポンプによる炉心流量の制御によっても、原子炉出力を制御できる。炉心流量が増加すると、原子炉出力が上昇する。
【００１７】
複数の中性子検出器ストリング１２が、制御棒１５が挿入されない燃料集合体相互間の水ギャップに配置されている。１つの制御棒１５を取り囲む４体の燃料集合体によって１つのセルが構成され、１つの中性子検出器ストリング１２はセルの１つのコーナに配置される。中性子検出器ストリング１２内には、図２に示すように、異なる高さでの中性子束を測定する４つの中性子検出器Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤが配置されている。これらの中性子検出器ストリング１２を４つ象限に分けられた炉心水平断面の１つの象限にまとめると、各セルのコーナに１本ずつ中性子検出器ストリング１２が配置されることになる。図２において、セルの他の３つのコーナの位置での中性子束は、中性子検出器ストリング１２が位置する象限とは異なる象限に配置された中性子検出器ストリング１２Ａ，１２Ｂ及び１２Ｃ内の各中性子検出器Ａ〜Ｄによって検出される。
【００１８】
本実施例の制御棒引抜き監視装置は、制御棒引抜き監視装置１，Ｎ個の局所出力モニタ（ＬＰＲＭ−１〜ＬＰＲＭ−Ｎ）及び平均出力モニタ（ＡＰＲＭ）１０を備える。制御棒駆動機構制御装置は、制御棒操作監視装置２１及び制御棒制御器２２を備える。
【００１９】
炉心流量が最大値に達して炉心流量の増加により原子炉出力を定格出力に保持できない状態になったとき、操作盤（図示せず）からのオペレータによる操作指令２０の入力により、選択された制御棒１５の引抜き操作が実行される。制御棒操作監視装置２１は、入力した操作指令２０に基づいて、引抜く１本の制御棒（ギャングモードで操作される場合には複数の制御棒）を目標位置まで引抜くための指令を制御棒制御器２２に出力する。また、制御棒操作監視装置２１は、操作指令２０に基づいて選択された上記１本の制御棒（または複数の制御棒）の位置（炉心水平断面における位置）を示す情報（選択制御棒情報２５）を後述のＬＰＲＭ出力平均処理装置３に出力する。
【００２０】
制御棒制御器２２は、該当する制御棒１４の位置検出器１７からの制御棒位置を取込み、制御棒駆動装置２３に制御指令を出力して該当制御棒を目標位置まで引抜く制御を実行する。制御棒駆動装置２３は、制御指令を入力するとモータ１８を制御棒駆動方向に対応した方向に回転させるために、モータ１８に電源２４の電圧を印加させる。このとき、電磁ブレーキ１９は解除され、モータ１８が回転する。制御棒１５が目標位置まで引抜かれると、制御棒制御器２２は制御指令を出力しなくなり、制御棒駆動装置２３はモータ１８と電磁ブレーキ１９への電力供給を遮断する。モータ１８は停止し電磁ブレーキ１９のブレーキ力により制御棒１５が目標位置に保持される。原子炉出力は、上昇し定格出力に維持される。
【００２１】
次に、制御棒引抜き監視装置１について説明する。各中性子検出器ストリング１２内の中性子検出器Ａ〜Ｄの出力信号は、局所出力モニタ（ＬＰＲＭ）であるＬＰＲＭ−１，ＬＰＲＭ−２，……，ＬＰＲＭ−Ｎのうち該当するモニタに入力される。１つのＬＰＲＭは、１個の中性子検出器に接続される。ＬＰＲＭ−１，ＬＰＲＭ−２，……，ＬＰＲＭ−Ｎは、該当する中性子検出器の測定した中性子束信号を入力し、中性子検出器の感度劣化（検出器に塗布してあるウランの消耗に起因）を補うためのゲイン補正処理，１０Ｈｚ程度以上の高周波電気ノイズによる影響を抑制するためのフィルタ処理，原子炉出力に対応させるためのゲイン処理等を行い、原子炉出力に対応した中性子束信号をそれぞれ出力する。
【００２２】
ＡＰＲＭ１０は、ＬＰＲＭ−１，ＬＰＲＭ−２，……，ＬＰＲＭ−Ｎの出力である中性子束信号を用いて、炉心平均中性子束（原子炉出力の平均値）を算出して出力する。制御棒引抜き監視装置１は、制御棒引抜き監視装置２Ａ及び２Ｂ，制御棒引抜き監視装置２Ａ及び２Ｂの出力信号を入力するＯＲゲート手段９を備える。
【００２３】
制御棒引抜き監視装置２Ａは、ＬＰＲＭ出力平均処理装置３，調整手段４，増幅器５，ローパスフィルタ６，比較器７及び判定基準設定器８を有する。ローパスフィルタ６は、ディジタルフィルタである図３に示す有限長インパルス応答 (ＦＩＲ)と呼ばれるフィルタである。遅延素子Ｚ^-1は入力信号をフィルタ演算周期だけ遅らして出力する。ａ₀〜ａ_kは重み係数であり、３０は加算器である。図３のＦＩＲフィルタは非再帰型フィルタとも呼ばれ、現在の入力信号ｘ（ｔ）に重み係数ａ₀を掛けた値と過去の入力信号ｘ（ｔ−１），ｘ（ｔ−２），……
，ｘ（ｔ−ｋ）に重み係数を掛けた値を加算器３０で加算して得れられたｙ(ｔ)を出力信号として出力する。重み係数ａ₀〜ａ_kの値によってローパスフィルタ６の特性が決まる。
【００２４】
ローパスフィルタ６としては、ディジタルフィルタである図４に示す無限長インパルス応答（ＩＩＲ）と呼ばれるフィルタを用いてもよい。図４のＩＩＲフィルタは再帰型フィルタとも呼ばれ、演算結果の一部が入力にフィードバックされ巡回するループが構成されている。重み係数α₁，β₁の値によってローパスフィルタ６の特性が決まる。
【００２５】
制御棒引抜き監視装置２Ｂは、制御棒引抜き監視装置２Ａと同じ構成を有する。制御棒引抜き監視装置２Ａは中性子検出器Ａ及びＣの中性子束信号に対する制御棒引抜き監視を行う。制御棒引抜き監視装置２Ｂは中性子検出器Ｂ及びＤの中性子束信号に対する制御棒引抜き監視を行う。制御棒引抜き監視装置２Ａと制御棒引抜き監視装置２Ｂは同じ動作をするので、制御棒引抜き監視装置２Ａの動作を以下に詳しく説明する。
【００２６】
中性子検出器Ａ及びＣの中性子束信号を入力する各ＬＰＲＭの出力信号が、ＬＰＲＭ出力平均処理装置３に入力される。ＬＰＲＭ出力平均処理装置３は、選択制御棒情報２５も入力する。ＬＰＲＭ出力平均処理装置３は、選択制御棒情報２５で指定された位置の制御棒１５の周辺の４体の中性子検出器ストリング内の中性子検出器Ａ及びＣ（例えば、図２の中性子検出器ストリング１２，１２Ａ，１２Ｂ及び１２Ｃ内の中性子検出器Ａ及びＣ）を選択し、これらの中性子検出器の出力である中性子束信号を用いて、これらの信号の加算平均である局所平均中性子束を算出する。局所平均中性子束は、増幅器５に入力される。なお、炉内最外周では制御棒引抜きによる出力上昇が小さいため、この部分の制御棒引抜きでは、３体あるいは２体の中性子検出器ストリング内の中性子検出器Ａ及びＣの出力信号を用いる。
【００２７】
調整手段４は、ゲイン調整手段及びフィルタ初期値設定手段の各機能を有する。調整手段４におけるゲイン調整手段の機能について述べる。調整手段４におけるゲイン調整手段は、APRM10から出力された炉心平均中性子束がＬＰＲＭ出力平均処理装置３から出力された局所平均中性子束よりも低い場合には、増幅器５のゲインを１に調整する。つまり、この場合には局所平均中性子束がそのまま増幅器５から出力されてローパスフィルタ６に入力される。
【００２８】
炉心平均中性子束が局所平均中性子束以上になる場合には、調整手段４におけるゲイン調整手段は、炉心平均中性子束と局所平均中性子束とが等しくなるゲインを算出し、この算出したゲインになるように増幅器５のゲインを調整する。増幅器５は調整されたゲインを用いて局所平均中性子束を増幅してローパスフィルタ６に出力する。なお、増幅器５のゲインは、次に引抜く制御棒が選択されるまでは固定されており、変更されない。
【００２９】
本実施例におけるゲイン調整手段は、上記のゲイン調整を行うので、中性子束レベルの低い位置における制御棒１５が選択されたとき、この選択された制御棒１５の価値が高い場合に、この制御棒１５の引抜き可能量を減少させ、価値の高い制御棒１５の引抜きによる燃料棒損傷の可能性を防止できる。このため、燃料棒の安全性が高まる。ゲイン調整手段は、ローパスフィルタ６の初期値設定のためにも必要である。
【００３０】
ローパスフィルタ６は、炉心の局所的な出力増加を示すＬＰＲＭ−１等の出力である中性子束信号は通過させ、中性子検出器の出力に含まれる中性子束のゆらぎを抑制させるためのものである。ローパスフィルタ６は、増幅器５の出力信号に含まれる、ゆらぎ周波数(例えば０.２Ｈｚ）以上の周波数成分を抑制し、ゆらぎ周波数よりも小さい周波数成分を含む低周波信号を出力する。
【００３１】
比較器７は、ローパスフィルタ６からの低周波信号のレベルと判定基準設定器８に設定されている判定基準値とを比較する。判定基準設定器８に設定された判定基準値は、図５に示すように、炉心流量に連動した３つの判定基準値を有する。３つの判定基準値は、上限レベル警報の閾値となる正位置，中間レベル警報の閾値となる中間位置、及び低レベル警報の閾値となる低位置である。比較器７は、その低周波信号のレベルと上記３つの判定基準値とを比較し、低周波信号のレベルが各判定基準値を超えた時に警報を出力する。低周波信号のレベルが正位置の判定基準値を超えたときに、比較器７は制御棒引抜き阻止信号９ａを出力する。定格出力では炉心流量が９０％以上であるので、低周波信号のレベルが１０５％を超えたときに制御棒引抜き阻止信号９ａが出力される。
【００３２】
制御棒引抜き監視装置２Ａからの制御棒引抜き阻止信号９ａ、及び制御棒引抜き監視装置２Ｂからの制御棒引抜き阻止信号９ｂの少なくとも１つがＯＲゲート手段９に入力されたとき、ＯＲゲート手段９から出力された制御棒引抜き阻止信号９ｃが制御棒操作監視装置２１に入力される。制御棒制御器２２は、制御棒操作監視装置２１からの制御棒引抜き阻止信号９ｃに基づいて、引抜いている制御棒の更なる引抜きを阻止すべく、制御棒駆動装置２３に引抜き中止の制御指令を出力する。制御棒駆動装置２３は、この制御指令に基づいて該当する制御棒を操作する制御棒駆動機構１６のモータ１８への電力の供給を停止する。このようにして、制御棒引抜き阻止信号９ｃが出力されたとき、該当する制御棒の引抜きが停止される。
【００３３】
なお、制御棒引抜き監視装置２ＢのＬＰＲＭ出力平均処理装置３は、選択制御棒情報２５で指定された位置の制御棒１５の周辺の４体の中性子検出器ストリング内の中性子検出器Ｂ及びＤ（例えば、図２の中性子検出器ストリング１２，１２Ａ，１２Ｂ及び１２Ｃ内の中性子検出器Ｂ及びＤ）の出力である中性子束信号を用いて、これらの信号の加算平均である局所平均中性子束を算出する。なお、炉内最外周では制御棒引抜きによる出力上昇が小さいため、この部分の制御棒引抜きでは、３体あるいは２体の中性子検出器ストリング内の中性子検出器Ｂ及びＤの出力信号を用いる。
【００３４】
ローパスフィルタ６は、遅延素子Ｚ^-1を備えているので、現時点及び過去の局所平均中性子束（増幅器５の出力信号）を扱うことになる。ローパスフィルタ６に増幅器５の出力信号が印加された時には、遅延素子Ｚ^-1の出力は一般的にゼロである。このため、ローパスフィルタ６の出力である低周波信号のレベルはゼロから徐々に上昇して増幅器５の出力である局所平均中性子束に追従する。低周波信号のレベルが、増幅器５の出力である局所平均中性子束に追従するまでは、正位置の判定基準値よりも低いので、実際に制御棒引抜き阻止信号９ａの出力が必要な状況下においても、比較器７が制御棒引抜き阻止信号９ａを出力しないという問題を生じる。これは、遅延素子Ｚ^-1の初期値がゼロになっていることに起因する。そこで、選択制御棒情報２５を入力した時、調整手段４がAPRM10から出力される炉心平均中性子束の値を遅延素子Ｚ^-1の初期値を設定する。各遅延素子Ｚ^-1の初期値は、例えばAPRM10から出力される炉心平均中性子束の値（または増幅器５の出力である局所平均中性子束の値）にすればよい。
【００３５】
図４のＩＩＲフィルタでは、遅延素子Ｚ^-1の初期値がゼロの場合には入力信号がそのまま出力信号として出力されるため、遅延素子Ｚ^-1の初期値はゼロのままでよい。また、ローパスフィルタとして図３のＦＩＲフィルタの出力に図４のＩＩＲフィルタを接続したものを用いてもよいが、この場合にもＦＩＲフィルタの各遅延素子Ｚ^-1の初期値は、例えば炉心平均中性子束の値または増幅器５の出力である局所平均中性子束の値に設定すればよい。
【００３６】
ローパスフィルタ６は、各遅延素子Ｚ^-1の初期値設定処理がなされない場合には、遅延素子Ｚ^-1の初期値がゼロであるときに入力信号（図６の特性Ｉ）に対してレベルがゼロから徐々に上昇する低周波信号（図６の特性II）を出力したり、前回引抜かれた制御棒に隣接した燃料集合体に対する増幅器５の出力である局所平均中性子束の値が遅延素子Ｚ^-1に残っているときにこの値を初期値として今回引抜く制御棒に隣接した燃料集合体に対するものとは異なった初期値から低周波信号を出力することになる。これに対して、調整手段４におけるフィルタ初期値設定手段が、今回引抜く制御棒に対する選択制御棒情報２５を入力した時に各遅延素子Ｚ^-1の初期値を炉心平均中性子束の値に設定する初期値設定処理を実行する場合には、ローパスフィルタ６は入力信号（図６の特性Ｉ）に対して引抜き制御棒を選択した時点から入力信号に追従した低周波信号（図６の特性III)を出力する。
【００３７】
本実施例において、調整手段４におけるフィルタ初期値設定手段は、以下の機能を更に有している。フィルタ初期値設定手段は、選択制御棒情報２５を入力した時にＬＰＲＭ出力平均処理装置３の出力である局所平均中性子束がAPRM10の出力である炉心平均中性子束よりも高いと判定した場合に、各遅延素子Ｚ^-1の初期値としてその局所平均中性子束の値を設定する。また、フィルタ初期値設定手段は、その局所平均中性子束がその炉心平均中性子束以下であると判定した場合に、各遅延素子Ｚ^-1の初期値としてその炉心平均中性子束の値を設定する。
【００３８】
このような機能をフィルタ初期値設定手段が有していない場合には、以下のような問題が生じる。すなわち、ＬＰＲＭ出力平均処理装置３の出力がAPRM10の出力より高いと、増幅器５のゲイン変更がなされないため、ローパスフィルタ６に入力される信号、つまりＬＰＲＭ出力平均処理装置３の出力は、遅延素子Ｚ^-1の初期値よりも高いレベルになっている。このような状態で制御棒の引抜きが行われて、ＬＰＲＭ出力平均処理装置３の出力レベルが上昇し、低周波信号のレベルが正位置の判定基準値（１０５％）以上となった場合、比較器７は、遅延素子Ｚ^-1の初期値がＬＰＲＭ出力平均処理装置３の出力レベルより低かった分、より一層遅れて制御棒引抜き阻止信号９ａを出力することになる。この制御棒引抜き阻止信号９ａの出力遅れの防止は、上記した、ＬＰＲＭ出力平均処理装置３の出力である局所平均中性子束と炉心平均中性子束との大小関係に基づいた遅延素子Ｚ^-1の初期値設定機能を、フィルタ初期値設定手段に持たせるとよい。
【００３９】
本実施例は、フィルタ初期値設定手段によってＬＰＲＭ出力平均処理装置３の出力とAPRM10の出力の大小関係に応じて遅延素子Ｚ^-1の初期値を設定するので、ローパスフィルタ６が、常に、制御棒引抜き時においてローパスフィルタ６に最初に入力される増幅器５の出力信号のレベルと同一の値を初期値として入力信号のフィルタ演算を実施することが可能になる。このため、ローパスフィルタ６の出力が不必要に遅れることを防止でき、比較器７からの制御棒引抜き阻止信号９ａの出力遅れを防止できる。制御棒引抜き監視装置１からの制御棒引抜き阻止信号９ｃの出力の遅れがなくなり、該当する引抜き制御棒の引抜き阻止を短時間に行うことができる。
【００４０】
本実施例は、ゲイン調整手段の出力に基づいて増幅器５のゲインを調整し、この増幅器５の出力をローパスフィルタ６に入力してゆらぎ周波数以上の周波数成分を抑制するので、ＭＯＸ燃料炉心において、高原子炉出力、例えば定格出力時の中性子ゆらぎ量の増大に起因して増幅器５の出力である局所平均中性子束が正位置の判定基準値を超えるような値になっても、中性子ゆらぎ量の増大に起因した制御棒の引抜き阻止を回避できる。このため、中性子ゆらぎ量が増大した場合に、炉心流量減少による原子炉出力低下操作を行うことなく、すなわち定格出力の状態で制御棒１５を引抜いて核燃料の燃焼に伴う原子炉出力の低下を補償できる。また、本実施例は、炉心内の局所的な出力上昇によって局所平均中性子束が増加してローパスフィルタ６の低周波信号のレベルが正位置の判定基準値を超えた場合には、該当する制御棒引抜きを阻止することができる。
【００４１】
定格出力を維持するための制御棒の引抜きを原子炉出力を低下しないで行うことができるので、ＢＷＲプラントの設備利用率を向上できると共に、運転員の負担を軽減できる。本実施例は、更に、電力系統への外乱を増加させることを抑制できるという効果も生じる。
【００４２】
本実施例は、ＭＯＸ燃料炉心を有するＢＷＲプラントだけでなく、スペクトルシフト運転が実施される、ウラン燃料集合体が装荷されてＭＯＸ燃料集合体が装荷されていない炉心を備えたＢＷＲプラント、及び濃縮度の高いウラン燃料集合体が装荷されて定格出力時の中性子ゆらぎ量が増大する炉心を備えたＢＷＲプラントにも適用でき、これらの場合にも前述の効果を生じる。
【００４３】
本発明の他の実施例である制御棒引抜き監視装置を、図７に基づいて以下に説明する。本実施例は、図１の実施例とローパスフィルタの設置場所が異なっており、また調整手段４がゲイン調整手段の機能を有しフィルタ初期値設定手段の機能を有していない。本実施例の他の構成は、図１の実施例の構成と同じである。ローパスフィルタ６₁はＬＰＲＭ−１に、ローパスフィルタ６₂はＬＰＲＭ−２に、……，ローパスフィルタ６_NはＬＰＲＭ−Ｎにそれぞれ接続されている。ローパスフィルタ６₁，６₂，……，６_Nの構成は、図１のローパスフィルタ６の構成と同じである。このため、本実施例では、引抜き制御棒の選択の実施の有無とは無関係に、常にＬＰＲＭ−１〜ＬＰＲＭ−Ｎの各出力信号に対して、個別に、図１のローパスフィルタ６と同様なフィルタリング処理が実施される。従って、図１の実施例におけるフィルタ初期値設定手段が不要になる。本実施例は、各ローパスフィルタに対する前述の初期値設定処理を不要にし、図１の実施例と同様に、中性子ゆらぎ量が増大した場合に、炉心流量減少による原子炉出力低下操作を行うことなく、制御棒１５の引抜きによる核燃料の燃焼に伴う原子炉出力の低下を補償できる。また、本実施例は、炉心内の局所的な出力上昇によって局所平均中性子束が増加した場合には、該当する制御棒引抜きを阻止することができる。
【００４４】
図７の実施例では、調整手段４は、APRM10の出力である炉心平均中性子束がＬＰＲＭ出力平均処理装置３の出力である局所平均中性子束以上になる場合に炉心平均中性子束と局所平均中性子束とが等しくなる、増幅器５のゲインを算出する。しかし、図７の実施例では、ＬＰＲＭ出力平均処理装置３の入力段にローパスフィルタ６₁〜６_Nを設けているため、ＬＰＲＭ出力平均処理装置３の出力は
APRM10の出力より時間遅れのある信号となり、上記ゲインの算出が複雑になる。このため、ゲインの算出に多くの時間を要し、制御棒引抜き阻止信号９ｃの出力が遅くなり安全許容マージンを低下させる可能性が生じる。この問題は、図８に示す実施例によって解消できる。
【００４５】
図８は、本発明の他の実施例である制御棒引抜き監視装置を示している。本実施例は、制御棒引抜き監視装置２ＡにＬＰＲＭ出力平均処理装置３′を新たに設け、調整手段４にはＬＰＲＭ出力平均処理装置３の出力の替りにＬＰＲＭ出力平均処理装置３′の出力を入力するようにしたことである。本実施例も、制御棒引抜き監視装置２Ｂは、制御棒引抜き監視装置２Ａと同じ構成を有する。ＬＰＲＭ出力平均処理装置３′は、ＬＰＲＭ−１〜ＬＰＲＭ−Ｎの出力をそのまま入力し、ＬＰＲＭ出力平均処理装置３と同様に選択制御棒情報２５で指定された位置の制御棒１５の周辺の４体の中性子検出器ストリング内の中性子検出器Ａ及びＣを選択し、これらの中性子検出器の出力を用いて局所平均中性子束を算出する。調整手段４は、APRM10の出力である炉心平均中性子束がＬＰＲＭ出力平均処理装置３′の出力である局所平均中性子束よりも低い場合に、炉心平均中性子束と局所平均中性子束とが等しくなるゲインを算出し、この算出したゲインになるように増幅器５のゲインを調整する。調整手段４は、これ以外では増幅器５のゲインを１にする。ＬＰＲＭ出力平均処理装置３の出力信号は、上記のようにゲインが調整された増幅器５で増幅される。本実施例における他の動作は、図７の実施例と同じである。
【００４６】
本実施例は、ＬＰＲＭ出力平均処理装置３′を新たに設けることにより、図７の実施例に比べて、増幅器５のゲインの算出が容易でかつ高速に行え、制御棒引抜き阻止に対する応答時間をより短縮できる。本実施例は、図７の実施例で生じる効果も得ることができる。
【００４７】
なお、図７及び図８の実施例は、ＬＰＲＭ−１〜ＬＰＲＭ−Ｎの出力をAPRM10及びローパスフィルタ６₁〜６_Nに入力している。しかしながら、図７及び図８の実施例において、ＬＰＲＭ−１〜ＬＰＲＭ−Ｎの出力をローパスフィルタ６₁〜６_Nに入力し、ローパスフィルタ６₁〜６_Nの出力をAPRM10及びＬＰＲＭ出力平均処理装置３に入力した場合には、以下の問題を生じる。
【００４８】
APRM10は、図示していないが、炉心平均中性子束がスクラム設定値以上になったときに、スクラムのためのトリップ信号を原子炉保護系（図示せず）に出力する。原子炉保護系は、このトリップ信号に基づいて、高圧水を充填したアキュムレータにつながるラインに設けられた電磁弁を開く。アキュムレータ内の高圧水は、制御棒駆動機構１６内に供給されて制御棒１５を炉心内に急速挿入する。これによって、ＢＷＲがスクラムされる。
【００４９】
炉心平均中性子束が設定値に達してスクラムを起こすまでの応答時間は９０ms以下であることが、安全上要求されている。このため、ＬＰＲＭ−１〜ＬＰＲＭ−ＮとAPRM10との間に時定数の大きなローパスフィルタ６₁〜６_Nを設けると、上記スクラム応答時間９０ms以下を満足しなくなる。図７及び図８の実施例は、ＬＰＲＭ−１〜ＬＰＲＭ−ＮとAPRM10との間にローパスフィルタ６₁〜６_Nを配置していなく、炉心平均中性子束が設定値に達してスクラムを起こすまでの応答時間は９０ms以下となり、安全性が極めて高い。
【００５０】
本発明の他の実施例を、図９を用いて以下に説明する。本実施例は、図１の実施例において、制御棒引抜き監視装置１を制御棒引抜き監視装置１Ａに替えて、更に切替指令スイッチ３２を設けたものである。制御棒引抜き監視装置１Ａは、制御棒引抜き監視装置１と同様に制御棒引抜き監視装置２Ａ及び２Ｂを備える。制御棒引抜き監視装置１Ａの制御棒引抜き監視装置２Ａ及び２Ｂは、切替スイッチ３３を有する。切替スイッチ３３は、増幅器５及びローパスフィルタ６の出力端に接続され、比較器７の入力端に接続されている。
【００５１】
切替スイッチ３３は、切替指令スイッチ３２によって接続状態が制御される。切替スイッチ３３は、通常時に開状態になっている第１接点、及び通常時に閉状態になっている第２接点を有する。図９では、通常時において第２接点を介して、増幅器５の出力信号が比較器７に入力されている様子を示している。このため、ローパスフィルタ６の出力は比較器７に入力されることはない。切替指令スイッチ３２が閉状態になれば、逆に第１接点が閉じられて第２接点が開くので、ローパスフィルタ６の出力が比較器７に出力されるが、増幅器５の出力信号が比較器７に入力されることはない。つまり、切替指令スイッチ３２によって、増幅器５の出力あるいはローパスフィルタ６の出力のいずれかが選択されて比較器７に入力される。電源３４Ａ及び抵抗３５は、切替指令スイッチ３２が閉じられたときに、切替指令信号を切替スイッチ３３に出力するために設けている。
【００５２】
また、切替指令スイッチ３２の状態、つまり増幅器５の出力あるいはローパスフィルタ６の出力のいずれが比較器７に出力されているかを、表示器３４で監視できるようにしている。後述するが、これにより、プラント運転員がプラント状態に応じて、ローパスフィルタ６が働いて中性子揺らぎを抑制しているか否かを容易に認識することができる。この表示器３４は、複数の運転員が操作監視することが可能な中央制御盤に取り付けて、複数の運転員によってローパスフィルタ６が働いて中性子揺らぎを抑制しているか否かを容易かつ共通に認識させて、運転監視の信頼性をより一層向上させることができる。表示器３４は電源３４Ｂから必要な電力の供給を受けている。
【００５３】
中性子揺らぎは、原子炉の定格出力(１００％出力)において、取替燃料の１／３程度までがＭＯＸ燃料の場合には±３％程度、炉心内のすべてがＭＯＸ燃料の場合には±５％以上になる。制御棒引抜き監視装置１Ａは、中性子出力が１０５％を超えると、制御棒引抜き操作を禁止するロジックとなっているため、取替燃料の１／３程度までがＭＯＸ燃料の炉心の場合には、中性子揺らぎによって制御棒引抜き阻止が働くことはないが、炉心内のすべてがＭＯＸ燃料の場合には中性子揺らぎによって制御棒引抜き阻止が働くことになる。ローパスフィルタ６は、炉心の局所的な出力増加を示すＬＰＲＭ出力信号は通過させ、中性子出力信号のゆらぎを抑制させるためのものであるが、時間遅れを伴う。時間遅れがあれば、その分制御棒引抜き阻止の判定が遅れる。
【００５４】
この遅れ時間を見込んで安全余裕度を確保する必要があるが、ローパスフィルタ６を使用すれば、その余裕が少し低下する。取替燃料の１／３程度までがMOX 燃料の炉心の場合には、中性子出力信号が１０５％を超えることはないため、この場合には切替スイッチ３３を制御して、増幅器５の出力信号を比較器７に出力させて、判定基準値と比較するようにし、安全余裕度をより一層向上させることができる。
【００５５】
炉心内のすべてがＭＯＸ燃料の場合には、中性子揺らぎは±５％以上になる。この場合には、切替スイッチ３３を制御して、ローパスフィルタ６の出力信号を比較器７に出力させて、判定基準値と比較するようにし、中性子揺らぎにより制御棒引抜き阻止になることを防止し、プラント運転の設備利用率向上を図ることが可能である。このことは、スペクトルシフト運転によって中性子ゆらぎ量が増大してくる場合についても同様であり、中性子出力が制御棒引抜き監視装置の規準値１０５％以上になれば、切替スイッチ３３を制御して、ローパスフィルタ６の出力信号を比較器７に出力させて、判定基準値と比較するようにし、中性子揺らぎにより制御棒引抜き阻止になることを防止することができる。
【００５６】
APRM10の出力信号である中性子出力は、図示していないが運転操作監視盤に出力されているため、この指示値を基に切替指令スイッチ３２を操作して、切替スイッチ３３を容易に制御することが可能である。また、APRM10の出力信号である中性子出力は図示していないが炉心性能計算機に取り込まれているため、ここで、中性子出力が１０５％を超えるか否かを判定し、この判定結果を表示装置，プリンタ等に出力し、この結果に基づいて切替指令スイッチ３２を操作して、切替スイッチ３３を容易に制御することが可能である。
【００５７】
比較器７は、切替スイッチ３３の出力と判定基準設定器８からの判定基準値とを比較し、切替スイッチ３３の出力が判定基準値８より大きい場合には、制御棒引抜きを阻止するための制御棒引抜き阻止信号９ａを出力する。制御棒引抜き阻止信号９ａはＯＲゲート手段９を介し、制御棒操作監視装置２１に出力され、制御棒の引抜き操作が禁止される。
【００５８】
なお、本来はローパスフィルタ６を働かすべきところでないのに、切替指令スイッチ３２を誤って触って切替えてしまい、ローパスフィルタ６を働かすようにすると、制御棒引抜き阻止をすべきタイミングであったとしても、制御棒引抜き阻止判定が遅れ安全性を低下させてしまうことが考えられる。このような問題を解決するために、切替指令スイッチ３２はダブルアクション（例えば、スイッチレバーを上に引き上げた後でないと切替えることができないようなスイッチ）で動作するものとする。
【００５９】
制御棒引抜き監視装置１Ａは、計算機、つまりソフト処理によって達成することも可能であり、その処理フローを示すと図１０のようになる。
【００６０】
まず、ステップ１において、各種の信号、例えばＬＰＲＭの出力信号を取り込む。次にステップ２において、選択制御棒廻りのＬＰＲＭ信号の平均を演算する。ステップ３では、ステップ２で選べられた選択制御棒廻りのＬＰＲＭ平均値とステップ１で入力されているＡＰＲＭ出力値を比較し、ＬＰＲＭ平均値を増幅するためのゲインを算出する。平均出力モニタ１０から出力される炉平均値（APRM出力値）と上述したＬＰＲＭ平均値とを比較し、炉平均値がＬＰＲＭ平均値より高い場合には、上述したＬＰＲＭ平均値が炉平均値と等しくなるようにゲインを決定し、低い場合には、ゲインを１とする。ただし、新たに制御棒が選択されるまでは、この決定したゲインを固定する。
【００６１】
ステップ４ではステップ２で選べられたＬＰＲＭ平均値にステップ３で選べられたゲインを掛ける。ステップ５では、切替指令スイッチ３２がＯＮ（閉状態）であるか否か判定する。ＯＮでないならば、ステップ７にいく。ＯＮであれば、ステップ６に進む。ステップ６では、例えば図３に示したＦＩＲフィルタ（ローパスフィルタ）を演算実行する。
【００６２】
切替指令スイッチ３２がＯＮになっていない場合には、ステップ７で、ステップ４で求めた値が判定基準値（図５の基準値）より高いかを判定する。切替指令スイッチ３２がＯＮである場合には、ステップ７で、ステップ６のフィルタ処理後の値が比較基準値（図５の基準値）より高いかを判定する。いずれの場合も、比較基準値より高い場合には、ステップ８に進む。比較基準値より低い場合には終了する。ステップ８では制御棒引抜き阻止信号を出力する。これらの処理はあらかじめ定められている周期で、周期的に実行される。
【００６３】
以上のようにして、高出力時の中性子ゆらぎ量が増大することによって制御棒引抜き阻止が発生してしまうことを防止でき、かつ炉心内の局所的な出力上昇により中性子出力が上昇した場合には、制御棒引抜きを阻止することが可能である。
【００６４】
APRM10は図示していないが、平均中性子出力値（炉平均値）が所定値以上になるとスクラムのためのトリップ信号を原子炉保護系に出力する。平均中性子出力値が所定値以上になってスクラムを起こすまでの時間は９０ms以下であることが、安全上要求されている。このため、ＬＰＲＭ−１〜ＬＰＲＭ−ＮとAPRM10の間に時定数の大きなローパスフィルタを設けたのでは、上記スクラム応答９０msを満足しなくなるという問題がある。従って、このような構成をとることは安全上許容されないのである。
【００６５】
【発明の効果】
第１発明によれば、局所平均中性子束が炉心平均中性子束よりも低い場合にゲイン調整手段の出力に基づいて増幅手段のゲインを変更し、このゲインが変更された増幅手段の出力を低周波通過フィルタに導いてゆらぎ周波数以上の周波数成分を抑制し低周波信号を通過させるので、原子炉出力の高出力時における中性子ゆらぎ量の増大に起因し制御棒の引抜き阻止を回避できる。このため、中性子ゆらぎ量が増大した場合に、炉心流量減少による原子炉出力低下操作を行うことなく、制御棒の引抜きによって核燃料物質の燃焼に伴う原子炉出力の低下を補償できる。また、低周波信号のレベルが設定レベルを超えたときには、該当する制御棒の引抜きを阻止することができる。
【００６６】
第２発明によれば、引抜き操作を行う制御棒が選択されたとき、局所平均中性子束が炉心平均中性子束よりも高い場合に低周波通過フィルタに初期値として局所平均中性子束の値を設定し、局所平均中性子束が炉心平均中性子束よりも低い場合に低周波通過フィルタに初期値として炉心平均中性子束の値を設定できるので、低周波通過フィルタの初期値がゼロより大きな値となり、制御棒引抜き阻止信号の出力遅れを改善できる。このため、該当する引抜き制御棒の引抜き阻止を短時間に行うことができる。
【００６７】
第３発明によれば、複数の低周波通過フィルタを通過した各低周波信号を局所平均中性子束出力手段に入力しているので、第２発明のフィルタ初期値設定処理が不要になる。
【００６８】
第４発明によれば、複数の低周波通過フィルタの出力信号を用いて、該当する引抜き制御棒周辺の第１局所平均中性子束を求める第１の局所平均中性子束出力手段以外に、上記の該当する引抜き制御棒周辺の中性子束を測定する複数の中性子検出器の中性子束信号を用いて、引抜き制御棒周辺の第２局所平均中性子束を求める第２の局所平均中性子束出力手段を設け、第２局所平均中性子束が炉心平均中性子束よりも低い場合にゲイン調整手段により増幅手段のゲインを変更するので、増幅手段のゲインの算出を容易に行うことができ、制御棒引抜き阻止に対する応答時間をより短縮できる。
【００６９】
第５発明によれば、増幅手段の出力信号及び低周波通過フィルタの出力信号のいずれかを出力する切替手段と、切替手段の出力信号が設定レベルを超えたときに、制御棒引抜き阻止信号を出力する比較手段を備えているので、切替手段の操作によって比較手段への入力信号を増幅手段の出力信号及び低周波通過フィルタの出力信号のいずれかに選択できる。このため、炉心内へのＭＯＸ燃料の装荷割合が、運転サイクルで異なり、その結果として中性子揺らぎが運転サイクルで異なっても、共通に設けた１台の制御棒引抜き監視装置により、中性子ゆらぎ量の増大によって中性子出力が制御棒引抜き監視の基準値を超えるような値になっても高出力時の制御棒引抜き阻止が発生することのない様にでき、かつ炉心内の局所的な出力上昇により中性子出力が上昇した場合には制御棒引抜きを阻止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施例である制御棒引抜き監視装置の構成図である。
【図２】図１の原子炉圧力容器内の炉心における制御棒と中性子検出器の配置関係を示す説明図である。
【図３】図１のローパスフィルタ（ＦＩＲフィルタ）の詳細構成図である。
【図４】ローパスフィルタの他の実施例であるＩＩＲフィルタの構成図である。
【図５】炉心流量と制御棒引抜き阻止判定基準値との関係を示す特性図である。
【図６】図１のローパスフィルタにおける入力信号及び出力信号を示す説明図である。
【図７】本発明の他の実施例である制御棒引抜き監視装置の構成図である。
【図８】本発明の他の実施例である制御棒引抜き監視装置の構成図である。
【図９】本発明の他の実施例である制御棒引抜き監視装置の構成図である。
【図１０】図９の制御棒引抜き監視装置のソフト処理フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１，２Ａ，２Ｂ…制御棒引抜き監視装置、３…ＬＰＲＭ出力平均処理装置、４…調整手段（ゲイン調整手段，フィルタ初期値設定手段）、５…増幅器、６…ローパスフィルタ、７…比較器、８…判定基準設定器、９…ＯＲゲート手段、１０…平均出力モニタ(ＡＰＲＭ)、１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…中性子検出器ストリング、１３…原子炉圧力容器、１５…制御棒、１６…制御棒駆動機構、１８…モータ、２１…制御棒操作監視装置、２２…制御棒制御器、２５…選択制御棒情報、３２…切替指令スイッチ、３３…切替スイッチ、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…中性子検出器、ＬＰＲＭ−１，ＬＰＲＭ−２，ＬＰＲＭ−Ｎ…局所出力モニタ、Ｚ^-1…遅延素子。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control rod pull-out monitoring device and a control rod control device, and is particularly suitable for application to a boiling water reactor (referred to as BWR), and is it possible to pull out a control rod during the power operation of the reactor? The present invention relates to a control rod pull-out monitoring device and a control rod control device that determine whether or not based on a neutron flux.
[0002]
[Prior art]
The BWR loads a large number of fuel assemblies in the core. These fuel assemblies have a plurality of fuel rods filled with nuclear fuel. In the conventional BWR, the average value of the local outputs of the neutron detectors located around the control rod selected as the extraction target during the power operation of the reactor is obtained, and the set value of the reactor power determined by the core flow rate and the above A control rod withdrawal monitoring device is applied that compares a local power average value and outputs a control rod withdrawal prevention signal to the control rod control means when the local power average value exceeds the set value of the reactor power. Yes. For example, if a control rod is pulled out accidentally, the fuel rod may be damaged due to a local increase in power in the core. However, the control rod withdrawal monitoring device outputs a control rod withdrawal prevention signal, thereby Prevent damage.
[0003]
By the way, in the operation of the BWR, the reactivity of the core decreases as the nuclear fuel material burns. Therefore, the coolant flow rate (core flow rate) supplied to the core is increased to compensate for the decrease in the reactivity, and the reactor output is increased. Hold constant. When the core flow rate reaches the maximum value, the decrease in reactivity cannot be compensated and the reactor power cannot be maintained at the rated power (100% power). Therefore, it is necessary to increase the reactor power by pulling out the control rod. In the nuclear reactor, in order to maintain the integrity of the fuel rods, in order to prevent the reactor power from exceeding the rated power, the control rod is not pulled out near the rated power. When performing control rod drawing operation, the reactor power is sufficiently reduced by decreasing the core flow rate, and then the control rod drawing operation is performed.After that, the core flow rate is increased to bring the reactor power to the rated output. Raised. However, in order to reduce the reactor power once, the equipment utilization rate of the BWR plant is lowered, which is not desirable. Moreover, it is not preferable from any aspect such as a decrease in the core flow rate, an increase in the burden on the operator for the increase rod operation, and an increase in disturbance to the power system due to a decrease in the reactor output. Therefore, the number of times of pulling out the control rod while reducing the reactor power is preferably as small as possible.
[0004]
In recent years, from the viewpoint of effective utilization of uranium resources and ensuring energy security, plutonium utilization plans (pulthermal) in light water reactors are being promoted step by step. In the future, about 1/3 of the fuel assemblies loaded in the reactor core at the boiling water nuclear power plant in operation, the fuel assemblies containing mixed oxides (MOX) of uranium and plutonium (MOX) It is planned to be a fuel assembly). The remaining 2/3 is a fuel assembly (referred to as a uranium fuel assembly) that does not contain a mixed oxide of uranium and plutonium but contains uranium oxide at the time of manufacture. Furthermore, it is planned that all fuel assemblies in the core will be MOX fuel assemblies.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The MOX fuel assembly differs from the uranium fuel assembly in that it contains plutonium at the time of manufacture of the fuel assembly. Plutonium has a smaller delayed neutron ratio and a larger neutron absorption cross section than uranium. That is, the amount of change in output when the amount of voids in the coolant changes is large. This means that the void coefficient is large, and the amount of neutron fluctuation at the time of high reactor power output becomes large. It was newly found that the fluctuation amount is ± 5% or more at the rated output by the evaluation by simulation.
[0006]
Even in the core (MOX fuel core) loaded with the MOX fuel assemblies, it is desirable to perform the control rod pull-out operation without reducing the reactor power as described above. As described above, in this core, the amount of neutron fluctuation changes by ± 5% or more of the rated power at the time of high reactor power output. The control rod pull-out monitoring device is a logic that prohibits the control rod pull-out operation when the output of the neutral detector exceeds 105%. For this reason, even if an attempt is made to pull out the control rod without reducing the reactor power, the pulling out of the control rod is prohibited due to neutron fluctuation. That is, in the MOX fuel core, control rod extraction is prohibited due to neutron fluctuation, and it becomes impossible to perform control rod extraction operation without reducing the reactor power.
[0007]
In a conventional BWR loaded with a uranium fuel assembly in the core, the generated plutonium accumulates in the fuel assembly as the number of operating cycles increases, and the void coefficient increases. Also, in the first half of one operating cycle, the core flow rate is lowered to increase the amount of voids, so that plutonium is positively accumulated in the fuel assembly, and in the second half of the operating cycle, the void amount is reduced and accumulated by increasing the core flow rate. Spectral shift operation is performed to increase the utilization rate of nuclear fuel by burning plutonium. In the first half and second half of the operation cycle, the reactor power is maintained at the rated power by the combined use of control rod operation and core flow rate control. When the spectrum shift operation is performed, the amount of neutron fluctuation is higher in the first half of the operation cycle (when the above core flow rate is low) than in the second half of the operation cycle. There is no ban. However, if a highly enriched fuel assembly is loaded, the operation cycle progresses, or the operation cycle period itself becomes longer, the void coefficient increases and the amount of neutron fluctuation increases. There is a possibility that the standard value of the pull-out monitoring device exceeds 105%. As a result, there arises a problem that control rod withdrawal at the time of high reactor power is prohibited by the control rod withdrawal monitoring device.
[0008]
It is an object of the present invention to control rods that can be pulled out without lowering the reactor power when the amount of neutron fluctuation increases, and to prevent the rods from being pulled out against a local increase in power in the core. An object of the present invention is to provide a drawing monitoring device and a control rod control device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The features of the first invention for achieving the above object are: amplification means for amplifying the local average neutron flux; gain adjustment means for changing the gain of the amplification means when the local average neutron flux is lower than the core average neutron flux; A low-frequency pass filter that passes a low-frequency signal of the output signal of the means, and a comparison means that outputs a control rod pull-out prevention signal when the low-frequency signal from the low-frequency pass filter exceeds a set level It is in.
[0010]
The feature of the second invention for achieving the above object is that, when a control rod for performing an extraction operation is selected, when the local average neutron flux is higher than the core average neutron flux, the local average neutron flux is used as an initial value for the low-frequency pass filter. When the local average neutron flux is lower than the core average neutron flux, the low frequency pass filter is provided with filter initial value setting means for setting the core average neutron flux value as the initial value.
[0011]
A feature of the third invention for achieving the above object is that a plurality of low frequency pass filters that pass a low frequency signal of a neutron flux signal output from a plurality of neutron detectors arranged in the core, and a control for performing an extraction operation. Local average neutron flux output means for obtaining local average neutron flux using output signals of multiple low-frequency pass filters that input neutron flux signals of multiple neutron detectors that measure the neutron flux around the rod, and local average neutrons Amplifying means for amplifying the bundle, gain adjusting means for changing the gain of the amplifying means when the local average neutron flux is lower than the core average neutron flux, and low-frequency passage for passing the low-frequency signal of the output signal of the amplifying means And a comparison means for outputting a control rod pull-out prevention signal when the low-frequency signal from the low-frequency pass filter exceeds a set level.
[0012]
A feature of the fourth invention that achieves the above object is that a plurality of low-frequency pass filters that pass a low-frequency signal of a neutron flux signal output from a plurality of neutron detectors arranged in the core, and a control that performs an extraction operation First local average neutron flux output means for obtaining a first local average neutron flux using output signals of a plurality of low-frequency pass filters that receive neutron flux signals of a plurality of neutron detectors that measure the neutron flux around the rod And a second local average neutron flux output means for obtaining a second local average neutron flux using neutron flux signals of a plurality of neutron detectors that measure the neutron flux around the control rod that performs the pulling operation, and a first local Amplifying means for amplifying the average neutron flux; gain adjusting means for changing the gain of the amplifying means when the second local average neutron flux is lower than the core average neutron flux; and a low frequency signal of the output signal of the amplifying means. A low-pass filter that passes, when the low-frequency signal from the low-pass filter exceeds a set level, lies in that a comparison means for outputting a control rod withdrawal inhibit signal.
[0013]
A feature of the fifth invention to achieve the above object is that the switching means for outputting either the output signal of the amplifying means or the output signal of the low-frequency pass filter, and the control when the output signal of the switching means exceeds a set level. Comparing means for outputting a rod pull-out prevention signal is provided.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A control rod pull-out monitoring device which is a preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0015]
First, an outline of a BWR plant to which this embodiment is applied will be described. The BWR plant includes a reactor pressure vessel 13, a plurality of fuel assemblies (not shown) loaded in the reactor core inside the reactor pressure vessel 13, and a plurality of controls inserted between the fuel assemblies to control the reactor output. A bar 15 is provided. The control rod drive mechanism 16 is provided on each of these control rods 15. The control rod drive mechanism 16 includes a motor 18 and an electromagnetic brake 19 for stopping the rotation, and converts the rotation amount of the motor 18 into a linear motion to drive the control rod 15 in the vertical direction. . The position of the control rod 15 in the core height direction is detected by the position detector 17. The core is a MOX fuel core in which uranium fuel assemblies and MOX fuel assemblies are mixed.
[0016]
By pulling out the control rod 15 from the core by driving the motor 18, the reactor power is increased. Cooling water 14 supplied into the core by driving a recirculation pump (not shown) is heated by heat generated by the splitting of nuclear fuel material while rising in the fuel assembly to become steam. The steam is sent through a main steam pipe 31 to a turbine (not shown). The reactor power can also be controlled by controlling the core flow rate with a recirculation pump. As the core flow rate increases, the reactor power increases.
[0017]
A plurality of neutron detector strings 12 are arranged in the water gap between the fuel assemblies in which the control rods 15 are not inserted. One cell is constituted by four fuel assemblies surrounding one control rod 15, and one neutron detector string 12 is arranged at one corner of the cell. In the neutron detector string 12, as shown in FIG. 2, four neutron detectors A, B, C and D for measuring neutron fluxes at different heights are arranged. When these neutron detector strings 12 are grouped into one quadrant of the core horizontal section divided into four quadrants, one neutron detector string 12 is arranged at the corner of each cell. In FIG. 2, the neutron flux at the other three corner positions of the cell is detected by each neutron detector in the neutron detector strings 12A, 12B and 12C arranged in a quadrant different from the quadrant where the neutron detector string 12 is located. Detected by devices A to D.
[0018]
The control rod withdrawal monitoring device of this embodiment includes a control rod withdrawal monitoring device 1, N local output monitors (LPRM-1 to LPRM-N) and an average output monitor (APRM) 10. The control rod drive mechanism control device includes a control rod operation monitoring device 21 and a control rod controller 22.
[0019]
When the core flow rate reaches the maximum value and the reactor power cannot be maintained at the rated output due to the increase of the core flow rate, the control selected by the input of the operation command 20 by the operator from the operation panel (not shown). The pulling operation of the rod 15 is executed. Based on the input operation command 20, the control rod operation monitoring device 21 controls a command for extracting one control rod to be pulled out (a plurality of control rods when operated in the gang mode) to the target position. Output to bar controller 22. The control rod operation monitoring device 21 also has information (selection control rod information 25) indicating the position (position in the horizontal cross section of the core) of the one control rod (or a plurality of control rods) selected based on the operation command 20. ) Is output to the LPRM output averaging processor 3 described later.
[0020]
The control rod controller 22 takes in the control rod position from the position detector 17 of the corresponding control rod 14, outputs a control command to the control rod driving device 23, and executes control to pull out the corresponding control rod to the target position. . When a control command is input, the control rod drive device 23 causes the motor 18 to apply the voltage of the power supply 24 in order to rotate the motor 18 in a direction corresponding to the control rod drive direction. At this time, the electromagnetic brake 19 is released and the motor 18 rotates. When the control rod 15 is pulled out to the target position, the control rod controller 22 stops outputting a control command, and the control rod driving device 23 cuts off the power supply to the motor 18 and the electromagnetic brake 19. The motor 18 stops and the control rod 15 is held at the target position by the braking force of the electromagnetic brake 19. The reactor power will rise and be maintained at the rated power.
[0021]
Next, the control rod withdrawal monitoring device 1 will be described. The output signals of the neutron detectors A to D in each neutron detector string 12 are input to a corresponding monitor among LPRM-1, LPRM-2,..., LPRM-N which are local output monitors (LPRM). . One LPRM is connected to one neutron detector. LPRM-1, LPRM-2,..., LPRM-N inputs the neutron flux signal measured by the corresponding neutron detector, and deteriorates the sensitivity of the neutron detector (caused by depletion of uranium applied to the detector) ), Correction processing to suppress the influence of high frequency electrical noise of about 10 Hz or more, gain processing to correspond to the reactor output, etc., and a neutron flux signal corresponding to the reactor output Output each.
[0022]
The APRM 10 calculates and outputs the core average neutron flux (the average value of the reactor output) using the neutron flux signals that are the outputs of LPRM-1, LPRM-2,..., LPRM-N. The control rod withdrawal monitoring device 1 includes OR gate means 9 for inputting the output signals of the control rod withdrawal monitoring devices 2A and 2B and the control rod withdrawal monitoring devices 2A and 2B.
[0023]
The control rod pull-out monitoring device 2A includes an LPRM output average processing device 3, an adjusting means 4, an amplifier 5, a low-pass filter 6, a comparator 7 and a determination criterion setting device 8. The low-pass filter 6 is a digital filter called a finite-length impulse response (FIR) shown in FIG. Delay element Z ^-1 Outputs the input signal delayed by the filter operation period. a ₀ ~ A _k Is a weighting factor, and 30 is an adder. The FIR filter of FIG. 3 is also called a non-recursive filter, and a weighting factor a is applied to the current input signal x (t). ₀ Multiplied by the past input signals x (t-1), x (t-2),...
, X (t−k) multiplied by a weighting coefficient is added by the adder 30, and y (t) obtained is output as an output signal. Weight coefficient a ₀ ~ A _k The characteristic of the low-pass filter 6 is determined by the value of.
[0024]
As the low-pass filter 6, a digital filter called an infinite length impulse response (IIR) shown in FIG. 4 may be used. The IIR filter in FIG. 4 is also called a recursive filter, and a loop is formed in which a part of the operation result is fed back to the input and circulated. Weight coefficient α ₁ , Β ₁ The characteristic of the low-pass filter 6 is determined by the value of.
[0025]
The control rod withdrawal monitoring device 2B has the same configuration as the control rod withdrawal monitoring device 2A. The control rod withdrawal monitoring device 2A performs control rod withdrawal monitoring on the neutron flux signals of the neutron detectors A and C. The control rod extraction monitoring device 2B performs control rod extraction monitoring on the neutron flux signals of the neutron detectors B and D. Since the control rod withdrawal monitoring device 2A and the control rod withdrawal monitoring device 2B perform the same operation, the operation of the control rod withdrawal monitoring device 2A will be described in detail below.
[0026]
The output signal of each LPRM that receives the neutron flux signals of the neutron detectors A and C is input to the LPRM output averaging processor 3. The LPRM output average processing device 3 also receives selection control rod information 25. The LPRM output averaging processor 3 includes neutron detectors A and C in the four neutron detector strings around the control rod 15 at the position designated by the selected control rod information 25 (for example, the neutron detector string in FIG. 2). The neutron detectors A and C) in 12, 12A, 12B, and 12C are selected, and the local average neutron flux that is the average of these signals is calculated using the neutron flux signals that are the outputs of these neutron detectors. To do. The local average neutron flux is input to the amplifier 5. Since the output increase due to the control rod drawing is small at the outermost periphery in the furnace, the output signals of the neutron detectors A and C in the three or two neutron detector strings are used in this portion of the control rod drawing.
[0027]
The adjusting unit 4 has functions of a gain adjusting unit and a filter initial value setting unit. The function of the gain adjusting means in the adjusting means 4 will be described. The gain adjusting means in the adjusting means 4 adjusts the gain of the amplifier 5 to 1 when the core average neutron flux output from the APRM 10 is lower than the local average neutron flux output from the LPRM output average processing device 3. That is, in this case, the local average neutron flux is directly output from the amplifier 5 and input to the low-pass filter 6.
[0028]
When the core average neutron flux is equal to or greater than the local average neutron flux, the gain adjusting means in the adjusting means 4 calculates a gain that makes the core average neutron flux equal to the local average neutron flux, and this calculated gain is obtained. The gain of the amplifier 5 is adjusted. The amplifier 5 amplifies the local average neutron flux using the adjusted gain and outputs it to the low-pass filter 6. The gain of the amplifier 5 is fixed and not changed until the next control rod to be extracted is selected.
[0029]
Since the gain adjusting means in the present embodiment performs the gain adjustment described above, when the control rod 15 at a position where the neutron flux level is low is selected, this control rod 15 is selected when the value of the selected control rod 15 is high. Thus, the possibility of fuel rod damage due to the extraction of the control rod 15 having a high value can be prevented. For this reason, the safety | security of a fuel rod increases. The gain adjusting means is also necessary for setting the initial value of the low-pass filter 6.
[0030]
The low-pass filter 6 is for passing a neutron flux signal, which is an output of LPRM-1 or the like indicating a local output increase of the core, and suppressing fluctuations in the neutron flux included in the output of the neutron detector. The low-pass filter 6 suppresses a frequency component higher than the fluctuation frequency (for example, 0.2 Hz) included in the output signal of the amplifier 5 and outputs a low-frequency signal including a frequency component smaller than the fluctuation frequency.
[0031]
The comparator 7 compares the level of the low frequency signal from the low-pass filter 6 with the determination reference value set in the determination reference setting unit 8. As shown in FIG. 5, the determination reference value set in the determination reference setting unit 8 has three determination reference values linked to the core flow rate. The three determination reference values are a normal position serving as an upper limit level alarm threshold value, an intermediate position serving as an intermediate level alarm threshold value, and a low position serving as a low level alarm threshold value. The comparator 7 compares the level of the low frequency signal with the three determination reference values, and outputs an alarm when the level of the low frequency signal exceeds each determination reference value. When the level of the low frequency signal exceeds the determination reference value for the normal position, the comparator 7 outputs a control rod pull-out prevention signal 9a. Since the core flow rate is 90% or more at the rated output, the control rod withdrawal prevention signal 9a is output when the level of the low frequency signal exceeds 105%.
[0032]
When at least one of the control rod withdrawal prevention signal 9a from the control rod withdrawal monitoring device 2A and the control rod withdrawal prevention signal 9b from the control rod withdrawal monitoring device 2B is input to the OR gate means 9, the output from the OR gate means 9 is output. The control rod withdrawal prevention signal 9c is input to the control rod operation monitoring device 21. Based on the control rod withdrawal prevention signal 9c from the control rod operation monitoring device 21, the control rod controller 22 instructs the control rod drive device 23 to stop withdrawal in order to prevent further withdrawal of the drawn control rod. Is output. The control rod drive device 23 stops the supply of electric power to the motor 18 of the control rod drive mechanism 16 that operates the corresponding control rod based on this control command. In this way, when the control rod withdrawal prevention signal 9c is output, the withdrawal of the corresponding control rod is stopped.
[0033]
Note that the LPRM output averaging processing device 3 of the control rod withdrawal monitoring device 2B includes the neutron detectors B and D (in the four neutron detector strings around the control rod 15 at the position specified by the selection control rod information 25). For example, using the neutron flux signals that are the outputs of the neutron detectors B and D) in the neutron detector strings 12, 12A, 12B, and 12C of FIG. 2, the local average neutron flux that is the average of these signals is calculated. To do. Since the output increase due to the control rod drawing is small at the outermost periphery in the furnace, the output signals of the neutron detectors B and D in the three or two neutron detector strings are used in this portion of the control rod drawing.
[0034]
The low-pass filter 6 includes a delay element Z ^-1 Therefore, the current and past local average neutron flux (the output signal of the amplifier 5) is handled. When the output signal of the amplifier 5 is applied to the low-pass filter 6, the delay element Z ^-1 The output of is generally zero. For this reason, the level of the low-frequency signal that is the output of the low-pass filter 6 gradually increases from zero and follows the local average neutron flux that is the output of the amplifier 5. Until the level of the low frequency signal follows the local average neutron flux, which is the output of the amplifier 5, it is lower than the criterion reference value at the positive position. Therefore, in a situation where the output of the control rod withdrawal prevention signal 9a is actually required. However, there arises a problem that the comparator 7 does not output the control rod withdrawal prevention signal 9a. This is because the delay element Z ^-1 This is because the initial value of is zero. Therefore, when the selection control rod information 25 is input, the adjustment means 4 sets the value of the core average neutron flux output from the APRM 10 to the delay element Z. ^-1 Set the initial value of. Each delay element Z ^-1 For example, the initial value may be set to the value of the core average neutron flux output from the APRM 10 (or the value of the local average neutron flux output from the amplifier 5).
[0035]
In the IIR filter of FIG. ^-1 When the initial value of the delay element Z is zero, the input signal is directly output as the output signal. ^-1 The initial value of may remain zero. Further, as the low-pass filter, the output of the FIR filter of FIG. 3 and the IIR filter of FIG. 4 connected may be used. In this case, each delay element Z of the FIR filter may be used. ^-1 The initial value may be set to the value of the core average neutron flux or the value of the local average neutron flux that is the output of the amplifier 5, for example.
[0036]
The low-pass filter 6 includes each delay element Z ^-1 If the initial value setting process is not performed, the delay element Z ^-1 When the initial value is zero, a low frequency signal (characteristic II in FIG. 6) whose level gradually increases from zero with respect to the input signal (characteristic I in FIG. 6) is output, or the control rod pulled out last time The value of the local average neutron flux that is the output of the amplifier 5 for the fuel assembly adjacent to the delay element Z ^-1 The low-frequency signal is output from an initial value different from that for the fuel assembly adjacent to the control rod to be extracted this time. On the other hand, when the filter initial value setting means in the adjusting means 4 inputs the selection control rod information 25 for the control rod to be extracted this time, each delay element Z ^-1 When the initial value setting process for setting the initial value of the core to the core average neutron flux value is executed, the low-pass filter 6 receives the input signal from the point of time when the extraction control rod is selected for the input signal (characteristic I in FIG. 6). A low-frequency signal (characteristic III in FIG. 6) is output.
[0037]
In this embodiment, the filter initial value setting means in the adjustment means 4 further has the following functions. When the filter initial value setting means determines that the local average neutron flux that is the output of the LPRM output average processing device 3 is higher than the core average neutron flux that is the output of the APRM 10 when the selection control rod information 25 is input, Delay element Z ^-1 The value of the local average neutron flux is set as the initial value of. The filter initial value setting means determines that each of the delay elements Z is determined when the local average neutron flux is determined to be equal to or less than the core average neutron flux. ^-1 The core average neutron flux value is set as the initial value.
[0038]
When the filter initial value setting means does not have such a function, the following problem occurs. That is, when the output of the LPRM output average processing device 3 is higher than the output of the APRM 10, the gain of the amplifier 5 is not changed, so that the signal input to the low-pass filter 6, that is, the output of the LPRM output average processing device 3 is the delay element. Z ^-1 The level is higher than the initial value. When the control rod is pulled out in such a state, the output level of the LPRM output averaging processing device 3 is increased, and the level of the low frequency signal becomes equal to or higher than the determination reference value (105%) of the normal position. The device 7 has a delay element Z ^-1 Since the initial value is lower than the output level of the LPRM output average processing device 3, the control rod pull-out prevention signal 9a is output further later. The delay of the output of the control rod pull-out prevention signal 9a is prevented by the delay element Z based on the magnitude relationship between the local average neutron flux and the core average neutron flux, which are the outputs of the LPRM output average processor 3 described above. ^-1 The initial value setting function may be provided in the filter initial value setting means.
[0039]
In this embodiment, the delay element Z is set according to the magnitude relationship between the output of the LPRM output averaging processor 3 and the output of the APRM 10 by the filter initial value setting means. ^-1 Therefore, the low-pass filter 6 always performs the filter calculation of the input signal using the same value as the output signal level of the amplifier 5 first input to the low-pass filter 6 when the control rod is pulled out. It becomes possible to carry out. For this reason, it is possible to prevent the output of the low-pass filter 6 from being delayed unnecessarily, and to prevent the output delay of the control rod extraction prevention signal 9a from the comparator 7. There is no delay in the output of the control rod withdrawal prevention signal 9c from the control rod withdrawal monitoring device 1, and the withdrawal of the corresponding withdrawal control rod can be prevented in a short time.
[0040]
In this embodiment, the gain of the amplifier 5 is adjusted based on the output of the gain adjusting means, and the output of the amplifier 5 is input to the low-pass filter 6 to suppress the frequency component above the fluctuation frequency. Therefore, in the MOX fuel core, Even if the local average neutron flux that is the output of the amplifier 5 exceeds the criterion value for the positive position due to the increase in the neutron fluctuation amount at the high reactor power, for example, at the rated power, the neutron fluctuation amount It is possible to prevent the control rod from being pulled out due to the increase. For this reason, when the amount of neutron fluctuation increases, the operation of reducing the reactor power is not performed by reducing the core flow rate, that is, the control rod 15 is pulled out at the rated power to compensate for the decrease in the reactor power accompanying the combustion of nuclear fuel. it can. Further, in this embodiment, when the local average neutron flux increases due to the local increase in power in the core and the level of the low frequency signal of the low-pass filter 6 exceeds the normal reference value, the corresponding control is performed. Pulling out the rod can be prevented.
[0041]
Since the control rods for maintaining the rated output can be pulled out without reducing the reactor output, the equipment utilization rate of the BWR plant can be improved and the burden on the operator can be reduced. The present embodiment also has an effect of suppressing an increase in disturbance to the power system.
[0042]
The present embodiment is not only a BWR plant having a MOX fuel core, but also a BWR plant having a core loaded with uranium fuel assemblies and not loaded with MOX fuel assemblies, in which spectrum shift operation is performed, and enrichment The present invention can also be applied to a BWR plant equipped with a core in which a high-grade uranium fuel assembly is loaded and the amount of neutron fluctuation at the rated power increases.
[0043]
A control rod pull-out monitoring apparatus according to another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. This embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 1 in the location of the low-pass filter, and the adjusting means 4 has a function of gain adjusting means and does not have a function of filter initial value setting means. The other configuration of this embodiment is the same as that of the embodiment of FIG. Low pass filter 6 ₁ Is LPRM-1 and low-pass filter 6 ₂ Is LPRM-2, ..., low-pass filter 6 _N Are connected to LPRM-N, respectively. Low pass filter 6 ₁ , 6 ₂ , ..., 6 _N The configuration of is the same as the configuration of the low-pass filter 6 of FIG. For this reason, in this embodiment, regardless of whether or not the extraction control rod is selected, the output signals of LPRM-1 to LPRM-N are always individually similar to the low-pass filter 6 of FIG. A filtering process is performed. Therefore, the filter initial value setting means in the embodiment of FIG. In this embodiment, the initial value setting process described above for each low-pass filter is not required, and, as in the embodiment of FIG. 1, when the amount of neutron fluctuation increases, the reactor power reduction operation is not performed by reducing the core flow rate. Thus, it is possible to compensate for a decrease in the reactor power accompanying the combustion of nuclear fuel due to the withdrawal of the control rod 15. Further, in this embodiment, when the local average neutron flux increases due to the local increase in power in the core, the corresponding control rod can be prevented from being pulled out.
[0044]
In the embodiment of FIG. 7, the adjusting means 4 is the core average neutron flux and the local average neutron flux when the core average neutron flux that is the output of the APRM 10 exceeds the local average neutron flux that is the output of the LPRM output average processor 3. And the gain of the amplifier 5 is calculated. However, in the embodiment of FIG. 7, the low-pass filter 6 is connected to the input stage of the LPRM output averaging processor 3. ₁ ~ 6 _N The output of the LPRM output average processing device 3 is
The signal is delayed with respect to the output of the APRM10, and the calculation of the gain is complicated. For this reason, it takes a lot of time to calculate the gain, the output of the control rod pull-out prevention signal 9c is delayed, and the safety margin may be reduced. This problem can be solved by the embodiment shown in FIG.
[0045]
FIG. 8 shows a control rod pull-out monitoring apparatus according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, the control rod pull-out monitoring device 2A is newly provided with an LPRM output average processing device 3 ', and the adjusting means 4 receives the output of the LPRM output average processing device 3' instead of the output of the LPRM output average processing device 3. That is to input. Also in this embodiment, the control rod withdrawal monitoring device 2B has the same configuration as the control rod withdrawal monitoring device 2A. The LPRM output average processing device 3 ′ receives the outputs of LPRM-1 to LPRM-N as they are, and, like the LPRM output average processing device 3, 4 around the control rod 15 at the position designated by the selection control rod information 25. The neutron detectors A and C in the neutron detector string of the body are selected and the local average neutron flux is calculated using the outputs of these neutron detectors. The adjusting means 4 is a gain that makes the core average neutron flux equal to the local average neutron flux when the core average neutron flux that is the output of the APRM 10 is lower than the local average neutron flux that is the output of the LPRM output average processing device 3 '. And the gain of the amplifier 5 is adjusted so that the calculated gain is obtained. The adjustment means 4 sets the gain of the amplifier 5 to 1 otherwise. The output signal of the LPRM output average processing device 3 is amplified by the amplifier 5 whose gain is adjusted as described above. Other operations in this embodiment are the same as those in the embodiment of FIG.
[0046]
In this embodiment, by newly providing an LPRM output averaging processing device 3 ', the gain of the amplifier 5 can be calculated easily and at a higher speed than in the embodiment of FIG. It can be shortened. This embodiment can also obtain the effects produced in the embodiment of FIG.
[0047]
7 and 8, the outputs of LPRM-1 to LPRM-N are output from APRM 10 and low-pass filter 6 respectively. ₁ ~ 6 _N Is entered. However, in the embodiment of FIGS. 7 and 8, the outputs of LPRM-1 to LPRM-N are connected to the low-pass filter 6. ₁ ~ 6 _N To the low-pass filter 6 ₁ ~ 6 _N The following problems occur when the outputs of the above are input to the APRM 10 and the LPRM output averaging processor 3.
[0048]
Although not shown, the APRM 10 outputs a scram trip signal to a reactor protection system (not shown) when the average core neutron flux exceeds the scram set value. Based on this trip signal, the reactor protection system opens an electromagnetic valve provided in a line connected to an accumulator filled with high-pressure water. The high pressure water in the accumulator is supplied into the control rod drive mechanism 16 to rapidly insert the control rod 15 into the reactor core. As a result, the BWR is scrammed.
[0049]
It is required from the viewpoint of safety that the response time until the core average neutron flux reaches the set value and the scram is generated is 90 ms or less. For this reason, a low-pass filter 6 having a large time constant between LPRM-1 to LPRM-N and APRM10. ₁ ~ 6 _N If it is provided, the scram response time of 90 ms or less is not satisfied. 7 and 8, the low-pass filter 6 is provided between LPRM-1 to LPRM-N and APRM10. ₁ ~ 6 _N The response time until the core average neutron flux reaches the set value and scram occurs is 90 ms or less, and the safety is extremely high.
[0050]
Another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In this embodiment, the control rod pull-out monitoring device 1 is replaced with the control rod pull-out monitoring device 1A in the embodiment of FIG. 1, and a switching command switch 32 is further provided. The control rod withdrawal monitoring device 1 </ b> A includes control rod withdrawal monitoring devices 2 </ b> A and 2 </ b> B in the same manner as the control rod withdrawal monitoring device 1. The control rod withdrawal monitoring devices 2A and 2B of the control rod withdrawal monitoring device 1A have a changeover switch 33. The changeover switch 33 is connected to the output terminals of the amplifier 5 and the low-pass filter 6 and is connected to the input terminal of the comparator 7.
[0051]
The connection state of the changeover switch 33 is controlled by the changeover command switch 32. The changeover switch 33 has a first contact that is normally open and a second contact that is normally closed. FIG. 9 shows a state in which the output signal of the amplifier 5 is input to the comparator 7 through the second contact in the normal state. For this reason, the output of the low-pass filter 6 is not input to the comparator 7. If the switching command switch 32 is closed, the first contact is closed and the second contact is opened, so that the output of the low-pass filter 6 is output to the comparator 7, but the output signal of the amplifier 5 is the comparator. 7 is not input. That is, either the output of the amplifier 5 or the output of the low-pass filter 6 is selected by the switch command switch 32 and input to the comparator 7. The power supply 34 </ b> A and the resistor 35 are provided to output a switching command signal to the switching switch 33 when the switching command switch 32 is closed.
[0052]
Further, the display 34 can monitor the state of the changeover command switch 32, that is, which of the output of the amplifier 5 or the output of the low-pass filter 6 is being output to the comparator 7. As will be described later, this makes it possible for the plant operator to easily recognize whether or not the low-pass filter 6 is working to suppress neutron fluctuation according to the plant state. This indicator 34 is attached to a central control panel that can be operated and monitored by a plurality of operators, and it is easy and common to determine whether or not the low-pass filter 6 is operated by a plurality of operators to suppress neutron fluctuation. By recognizing, the reliability of operation monitoring can be further improved. The display 34 is supplied with necessary power from the power source 34B.
[0053]
Neutron fluctuation is about ± 3% when the rated power (100% output) of the reactor is up to about 1/3 of the replacement fuel is MOX fuel, and ± 5 when everything in the core is MOX fuel. % Or more. Since the control rod withdrawal monitoring device 1A has a logic that prohibits the control rod withdrawal operation when the neutron output exceeds 105%, when about 1/3 of the replacement fuel is the core of the MOX fuel, Neutron fluctuation does not prevent the control rod from being pulled out, but if the entire core is MOX fuel, the control rod is prevented from being pulled out by neutron fluctuation. The low-pass filter 6 is used to pass an LPRM output signal indicating a local increase in power of the core and suppress fluctuations in the neutron output signal, but involves a time delay. If there is a time delay, the control rod withdrawal prevention determination is delayed accordingly.
[0054]
It is necessary to secure a safety margin in anticipation of this delay time. However, if the low-pass filter 6 is used, the margin is slightly reduced. In the case where up to about 1/3 of the replacement fuel is a MOX fuel core, the neutron output signal does not exceed 105%. In this case, the output signal of the amplifier 5 is controlled by controlling the changeover switch 33. The safety margin can be further improved by outputting to the comparator 7 and comparing with the determination reference value.
[0055]
When everything in the core is MOX fuel, the neutron fluctuation is ± 5% or more. In this case, the changeover switch 33 is controlled so that the output signal of the low-pass filter 6 is output to the comparator 7 and compared with the determination reference value to prevent the control rod from being pulled out due to neutron fluctuation. It is possible to improve the facility utilization rate of plant operation. The same applies to the case where the amount of neutron fluctuation increases due to the spectrum shift operation. When the neutron output becomes 105% or more of the reference value of the control rod pull-out monitoring device, the changeover switch 33 is controlled to control the low pass. The output signal of the filter 6 is output to the comparator 7 and compared with the determination reference value, so that it is possible to prevent the control rod from being pulled out due to neutron fluctuation.
[0056]
The neutron output, which is the output signal of APRM10, is output to the operation monitoring panel (not shown), so that the changeover switch 33 can be easily operated by operating the changeover command switch 32 based on this indicated value. Is possible. Moreover, since the neutron output which is an output signal of APRM10 is not shown, but is taken into the core performance calculator, it is determined whether or not the neutron output exceeds 105%, and this determination result is displayed on the display device, It is possible to easily control the changeover switch 33 by operating the changeover command switch 32 based on the result output to a printer or the like.
[0057]
The comparator 7 compares the output of the changeover switch 33 with the determination reference value from the determination reference setting unit 8, and when the output of the changeover switch 33 is larger than the determination reference value 8, it prevents the control rod from being pulled out. A control rod pull-out prevention signal 9a is output. The control rod withdrawal prevention signal 9a is output to the control rod operation monitoring device 21 via the OR gate means 9, and the control rod withdrawal operation is prohibited.
[0058]
Even though the low-pass filter 6 is not supposed to work, if the switch command switch 32 is accidentally touched and switched, and the low-pass filter 6 is activated, even if it is time to prevent the control rod from being pulled out. It is conceivable that the control rod pull-out prevention determination is delayed and the safety is lowered. In order to solve such a problem, it is assumed that the switching command switch 32 operates with a double action (for example, a switch that can be switched only after the switch lever is pulled up).
[0059]
The control rod pull-out monitoring device 1A can also be achieved by a computer, that is, software processing, and its processing flow is as shown in FIG.
[0060]
First, in step 1, various signals such as LPRM output signals are captured. Next, in step 2, the average of the LPRM signal around the selected control rod is calculated. In step 3, the LPRM average value around the selected control rod selected in step 2 is compared with the APRM output value input in step 1, and a gain for amplifying the LPRM average value is calculated. The furnace average value (APRM output value) output from the average power monitor 10 is compared with the above-mentioned LPRM average value. When the furnace average value is higher than the LPRM average value, the above-mentioned LPRM average value is compared with the furnace average value. The gains are determined so as to be equal. If the gains are low, the gain is set to 1. However, the determined gain is fixed until a new control rod is selected.
[0061]
In step 4, the LPRM average value selected in step 2 is multiplied by the gain selected in step 3. In step 5, it is determined whether or not the switch command switch 32 is ON (closed state). If not, go to step 7. If ON, go to Step 6. In step 6, for example, the FIR filter (low-pass filter) shown in FIG.
[0062]
If the switch command switch 32 is not turned on, it is determined in step 7 whether the value obtained in step 4 is higher than the determination reference value (reference value in FIG. 5). If the switching command switch 32 is ON, it is determined in step 7 whether the value after the filtering process in step 6 is higher than the comparison reference value (reference value in FIG. 5). In either case, if the value is higher than the comparison reference value, the process proceeds to step 8. If it is lower than the comparison reference value, the process ends. In step 8, a control rod withdrawal prevention signal is output. These processes are periodically executed at a predetermined cycle.
[0063]
As described above, when the amount of neutron fluctuation at the time of high output increases, it is possible to prevent the prevention of control rod pull-out, and when the neutron output increases due to the local increase in power in the core. It is possible to prevent the control rod from being pulled out.
[0064]
Although APRM10 is not illustrated, when the average neutron output value (reactor average value) exceeds a predetermined value, a trip signal for scram is output to the reactor protection system. It is required for safety that the time from when the average neutron output value becomes equal to or greater than a predetermined value to cause scram is 90 ms or less. For this reason, if a low-pass filter having a large time constant is provided between LPRM-1 to LPRM-N and APRM10, there is a problem that the scram response 90 ms is not satisfied. Therefore, taking such a configuration is not allowed for safety.
[0065]
【The invention's effect】
According to the first invention, when the local average neutron flux is lower than the core average neutron flux, the gain of the amplifying means is changed based on the output of the gain adjusting means, and the output of the amplifying means whose gain is changed is changed to the low frequency. Since the low frequency signal is passed by suppressing the frequency component higher than the fluctuation frequency by guiding to the pass filter, it is possible to prevent the control rod from being pulled out due to the increase in the amount of neutron fluctuation at the time of high power of the reactor. For this reason, when the amount of neutron fluctuation increases, it is possible to compensate for the decrease in the reactor output accompanying the combustion of the nuclear fuel material by pulling out the control rod without performing the operation for decreasing the reactor output due to the decrease in the core flow rate. Further, when the level of the low frequency signal exceeds the set level, the corresponding control rod can be prevented from being pulled out.
[0066]
According to the second invention, when the control rod for performing the extraction operation is selected, when the local average neutron flux is higher than the core average neutron flux, the value of the local average neutron flux is set as an initial value in the low-frequency pass filter. When the local average neutron flux is lower than the core average neutron flux, the core average neutron flux value can be set as the initial value in the low-frequency pass filter, so the initial value of the low-frequency pass filter is greater than zero and the control rod The output delay of the pull-out prevention signal can be improved. For this reason, the extraction | drawer prevention of the applicable extraction control rod can be performed in a short time.
[0067]
According to the third aspect of the invention, since the low frequency signals that have passed through the plurality of low frequency pass filters are input to the local average neutron flux output means, the filter initial value setting process of the second aspect is not necessary.
[0068]
According to the fourth aspect of the present invention, in addition to the first local average neutron flux output means for obtaining the first local average neutron flux around the extraction control rod using the output signals of the plurality of low-frequency pass filters, the above-mentioned corresponding A second local average neutron flux output means for obtaining a second local average neutron flux around the extraction control rod using neutron flux signals of a plurality of neutron detectors for measuring the neutron flux around the extraction control rod is provided; (2) When the local average neutron flux is lower than the core average neutron flux, the gain adjusting means changes the gain of the amplifying means, so that the gain of the amplifying means can be easily calculated, and the response time to control rod withdrawal prevention is increased. It can be shortened.
[0069]
According to the fifth aspect of the present invention, the switching means for outputting either the output signal of the amplifying means or the output signal of the low-frequency pass filter, and the control rod pull-out prevention signal when the output signal of the switching means exceeds a set level. Since the comparison means for outputting is provided, the input signal to the comparison means can be selected from the output signal of the amplification means and the output signal of the low-frequency pass filter by operating the switching means. For this reason, even if the loading ratio of MOX fuel in the core differs in the operation cycle and as a result, the neutron fluctuation is different in the operation cycle, the control rod extraction monitoring device provided in common makes it possible to reduce the amount of neutron fluctuation. Even if the neutron output exceeds the control rod pull-out monitoring standard value due to the increase, it is possible to prevent the control rod from being pulled out at high power, and neutrons can be increased by local increase in the core. When the output increases, the control rod can be prevented from being pulled out.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a control rod pull-out monitoring apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an arrangement relationship between control rods and neutron detectors in the core in the reactor pressure vessel of FIG. 1;
FIG. 3 is a detailed configuration diagram of a low-pass filter (FIR filter) in FIG. 1;
FIG. 4 is a configuration diagram of an IIR filter which is another embodiment of the low-pass filter.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a core flow rate and a control rod withdrawal prevention determination reference value.
6 is an explanatory diagram showing an input signal and an output signal in the low-pass filter of FIG. 1. FIG.
FIG. 7 is a configuration diagram of a control rod pull-out monitoring apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram of a control rod pull-out monitoring apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram of a control rod pull-out monitoring apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing a software processing flow of the control rod pull-out monitoring device of FIG. 9;
[Explanation of symbols]
1, 2A, 2B ... control rod pull-out monitoring device, 3 ... LPRM output average processing device, 4 ... adjusting means (gain adjusting means, filter initial value setting means), 5 ... amplifier, 6 ... low pass filter, 7 ... comparator, DESCRIPTION OF SYMBOLS 8 ... Criteria setting device, 9 ... OR gate means, 10 ... Average output monitor (APRM), 12, 12A, 12B, 12C ... Neutron detector string, 13 ... Reactor pressure vessel, 15 ... Control rod, 16 ... Control Rod drive mechanism, 18 ... motor, 21 ... control rod operation monitoring device, 22 ... control rod controller, 25 ... selected control rod information, 32 ... switch command switch, 33 ... switch, A, B, C, D ... neutron Detector, LPRM-1, LPRM-2, LPRM-N ... Local output monitor, Z ^-1 ... delay element.

Claims

A core average neutron flux output means for obtaining a core average neutron flux using neutron flux signals output from a plurality of neutron detectors arranged in the core, and a plurality of neutron fluxes around a control rod for performing an extraction operation A local average neutron flux output means for obtaining a local average neutron flux using a neutron flux signal of a neutron detector, an amplification means for amplifying the local average neutron flux, and the local average neutron flux is lower than the core average neutron flux A gain adjusting means for changing the gain of the amplifying means, a low frequency pass filter for suppressing fluctuation frequency components of the output signal of the amplifying means, and the low frequency signal from the low frequency pass filter exceeds a set level. A control rod withdrawal monitoring device, comprising: a comparison means for outputting a control rod withdrawal prevention signal when

A core average neutron flux output means for obtaining a core average neutron flux using neutron flux signals output from a plurality of neutron detectors arranged in the core, and a plurality of neutron fluxes around a control rod for performing an extraction operation A local average neutron flux output means for obtaining a local average neutron flux using a neutron flux signal of a neutron detector, an amplifying means for amplifying the local average neutron flux, and the local average neutron flux is lower than the core average neutron flux A gain adjusting means for changing the gain of the amplifying means, a low-frequency pass filter for passing a low-frequency signal of the output signal of the amplifying means, and the low-frequency signal from the low-frequency pass filter exceeds a set level. When the comparison means for outputting the control rod withdrawal prevention signal and the control rod for performing the withdrawal operation are selected, the filter operation of the output signal of the amplification means is selected. When the local average neutron flux is higher than the core average neutron flux, the value of the local average neutron flux is set as the initial value for performing the above, and the local average neutron flux is lower than the core average neutron flux In this case, a control rod pull-out monitoring device comprising filter initial value setting means for setting the value of the core average neutron flux.

A plurality of low-frequency pass filters provided in each of a plurality of neutron detectors arranged in the core to suppress fluctuation frequency components of a neutron flux signal output from the neutron detector, and a plurality of filters arranged in the core The core average neutron flux output means for obtaining the core average neutron flux using the neutron flux signal output from the neutron detector, and the neutron flux signals of multiple neutron detectors for measuring the neutron flux around the control rod performing the extraction operation A local average neutron flux output means for obtaining a local average neutron flux, an amplification means for amplifying the local average neutron flux, and a local average neutron flux that is the core average A gain adjusting means for changing the gain of the amplifying means when the neutron flux is lower, and a control rod pull-out when the output signal of the amplifying means exceeds a set level Control rod withdrawal monitoring device characterized by comprising a comparison means for outputting a stop signal.

The gain adjusting means changes the gain of the amplifying means so that the local average neutron flux becomes equal to the core average neutron flux when the local average neutron flux is lower than the core average neutron flux. 3. The control rod pull-out monitoring device according to 3.

A plurality of low-frequency pass filters provided in each of a plurality of neutron detectors arranged in the core to suppress fluctuation frequency components of a neutron flux signal output from the neutron detector, and a plurality of filters arranged in the core The core average neutron flux output means for obtaining the core average neutron flux using the neutron flux signal output from the neutron detector, and the neutron flux signals of multiple neutron detectors for measuring the neutron flux around the control rod performing the extraction operation First local average neutron flux output means for obtaining a first local average neutron flux using the output signals of a plurality of low frequency pass filters that are input, and the plurality of neutron fluxes around a control rod that performs the extraction operation A second local average neutron flux output means for obtaining a second local average neutron flux using a neutron flux signal of the neutron detector, and an amplifying means for amplifying the first local average neutron flux A gain adjusting means for changing a gain of the amplifying means when the second local average neutron flux is lower than the core average neutron flux, and a control rod extraction when an output signal of the amplifying means exceeds a set level. A control rod pull-out monitoring device comprising: a comparison means for outputting a blocking signal.

6. The control rod pull-out monitoring device according to claim 1, wherein a fluctuation frequency of the neutron flux signal is 0.2 Hz.

The gain adjusting means changes the gain of the amplifying means so that the second local average neutron flux becomes equal to the core average neutron flux when the second local average neutron flux is lower than the core average neutron flux. The control rod pull-out monitoring device according to claim 6.

And any of the control rod withdrawal monitoring apparatus of claims 1 to 7, a control rod drive mechanism for pulling operations of the inserted control rods into the core of the reactor, the control from the control rod withdrawal monitoring device A control rod control device comprising: control means for stopping a pulling operation of the control rod driving mechanism connected to the control rod to be pulled out based on a rod pulling out prevention signal.

Switching means for outputting one of the output signal and the output signal of the low pass filter of said amplifying means, when the output signal of said switching means exceeds a set level, comparing means for outputting a control rod withdrawal inhibit signal The control rod pull-out monitoring device according to claim 1 .

10. The control rod pull-out monitoring device according to claim 9, wherein the switching means is capable of switching the output signal only after performing the operation twice or more.