JP4101639B2 - 原子炉の炉心流量制御方法および同制御装置 - Google Patents
原子炉の炉心流量制御方法および同制御装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インターナルポンプを備えた改良型沸騰水型原子炉の炉心流量制御方法および同制御装置に係り、特にインターナルポンプの運転方法およびインターナルポンプの運転制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来技術について、図１２〜図１５を参照して説明する。図１２（Ａ），（Ｂ）は、改良型沸騰水型原子炉の炉心およびインターナルポンプの構成を示す縦断面図および横断面図である。
【０００３】
図１２に示すように、改良型沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器１には炉心２が設けられており、この炉心を通過する冷却材の流量は原子炉圧力容器の底部に複数台設けられたインターナルポンプ（ＲＩＰ）３の速度を変化させることにより制御される。なお、図１２ではインターナルポンプが１０台の場合を例示している。各インターナルポンプ３にはそれぞれ駆動用モータ４が設けられており、これらの駆動用モータ４は、モータケーシング５に内包されている。
【０００４】
図１３は、改良型沸騰水型原子炉の一般的なインターナルポンプ制御装置を示す構成図である。図１３に示すように、各インターナルポンプ３には、それぞれ可変周波数電源装置（ＡＳＤ）６が設けられており、インターナルポンプ速度は可変周波数電源装置６を介して原子炉再循環流量制御装置（ＲＦＣ）７により制御され、炉心流量を調整する。原子炉再循環流量制御装置７は、炉心流量要求を出力する出力制御部７Ａ、ポンプ速度要求を出力する流量制御部７Ｂ、複数ポンプのポンプ速度を同時制御する機能を持つギャング速度制御部７Ｃおよび可変周波数電源６へ速度設定信号を出力する各速度制御部７Ｄとから構成される。なお、ギャング速度制御部７Ｃはポンプ速度の個別制御への切り替えが可能であるが、インターナルポンプ３の速度制御は全台一律で行うのが一般的である（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２８８１９２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のインターナルポンプ３の運転方法では下記の様に種々の問題がある。すなわち、沸騰水型原子炉では、プラント起動時に原子炉出力を定格出力へ上昇させるために原子炉のキセノンを必要量蓄積しなければならない。このため、プラント起動時には原子炉のキセノンを効率よく蓄積するよう、炉心流量および炉心出力を変化させながら起動させていく。キセノンを効率よく蓄積するには、炉心流量を広範囲で制御する必要があるが、炉心流量制御範囲に制限があると、キセノンを蓄積する効率が低下するため、結果的にプラント起動時間が長くなる。
【０００７】
一方、炉心流量はインターナルポンプ３の速度により制御されるが、インターナルポンプ３には、運転速度の範囲内でモータケーシング５の共振領域があり、この共振領域でインターナルポンプを連続運転することは好ましくない。
【０００８】
図１４は、このモータケーシング共振領域を示すグラフであり、この図１４に示すように、インターナルポンプ速度が約４５〜５０％の領域にモータケーシングの共振領域があることが判明している。このため、インターナルポンプ速度を全台で制御している現状では、インターナルポンプ３の連続運転を行うことが好ましくない速度領域が存在し、連続運転可能な炉心流量制御範囲が限定される。
【０００９】
図１５は、横軸にインターナルポンプ速度、縦軸に炉心流量を示したグラフであり、図１４に対応するモータケーシング共振領域、すなわちインターナルポンプ連続運転不可領域が存在し、この不可領域は連続運転可能炉心流量制御範囲の途中に存在することがわかる。したがって、この連続運転不可領域の存在により連続運転可能な炉心流量制御範囲が限定される全インターナルポンプ速度を一律とする現状の自動制御方法では、キセノンの蓄積効率が悪くプラント起動に多くの時間が必要とされる。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、インターナルポンプが振動の大きくなる速度で連続運転を行うことなく、必要とされる炉心流量に対応してインターナルポンプを連続的に運転制御することができ、かつモータケーシングの共振領域を速やかに通過することが可能となり、連続運転可能な炉心流量の範囲が拡大できるとともに、プラント起動条件を成立させるための時間が短縮できる原子炉の炉心流量制御方法および同制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者においては、上述したモータケーシングの共振領域による速度領域でのインターナルポンプの連続運転は好ましくない点を克服する観点から種々検討した結果、あらかじめ速度制御装置のインターナルポンプの連続運転を制限するインターナルポンプ連続運転不可領域を設定しておくことに想到した。この点について、図１および図２を参照して説明する。
【００１２】
図１は、インターナルポンプの連続運転可能速度領域を示す説明図であり、図２は、インターナルポンプ吐出流量−ポンプ部揚程特性を示すグラフである。
【００１３】
図１において、インターナルポンプの連続運転を全ポンプ一律にポンプ速度４５％から５０％の範囲で制限し、インターナルポンプを２つのグループに分け、それぞれのグループ毎にポンプ速度を制御することを想定する。
【００１４】
ここで、例えば全てのインターナルポンプが５０％速度で運転した場合の炉心流量Ｑ５０％が必要とされる場合、一方のグループのポンプ速度を降速させてＱ５０％の４０％を供給し、他方のグループのポンプ速度を昇速させてＱ５０％の６０％を供給する。このようなインターナルポンプの運転を行うことにより、全てのポンプが５０％速度で運転した場合の炉心流量を得ることができる。以下、本発明の説明において、このようなインターナルポンプ速度を全台同一回転数に一律制御しない運転方法を総称して、「アンバランス運転」と定義する。
【００１５】
次に、インターナルポンプのアンバランス運転に関する基本的な概念について説明する。まず、インターナルポンプの水力特性について説明する。図２はインターナルポンプのポンプ吐出流量Ｑとポンプポンプ部揚程Ｈの関係を示した流量−揚程特性曲線（以下、「Ｑ−Ｈカーブ」という。）を示したものであり、ここでは、ポンプ速度Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３の３つの異なる速度のＱ−Ｈカーブを示している。ポンプ速度の大きさはＮ１＞Ｎ２＞Ｎ３であり、Ｑ−Ｈカーブはポンプ速度Ｎに依存し、ポンプ速度が大きくなるとＱ−Ｈカーブも大きくなる。
【００１６】
ポンプが任意の速度で運転されている場合、その時のポンプの吐出流量とポンプ部揚程（以下、「運転点」という。）は、インターナルポンプが組み込まれている系統の抵抗（以下、「システム抵抗」という。）と任意の速度でのＱ−Ｈカーブの交点となる。
【００１７】
以上を踏まえ、インターナルポンプのアンバランス運転方法について図２を用いて説明する。全ポンプが速度Ｎ２で一律制御されているとすると、各インターナルポンプの吐出流量は全てのポンプ速度Ｎ２とインターナルポンプが一律に運転されている場合のシステム抵抗曲線との交点であるＱ２となり、全ポンプにより供給される総流量Ｑtotalは、ポンプ数が１０台として、１０×Ｑ２となる。ここで、Ｑtotalを一定とするためにはポンプ吐出圧力相当のポンプ部揚程を一定とすればよい。インターナルポンプ全１０台がポンプ速度Ｎ２で一律に運転されている場合の総流量Ｑtotalでのポンプ部揚程はＨ１であり、ポンプ全１０台を例えば５台ずつで構成されるグループＡ，Ｂに分け、異なるポンプ速度Ｎ１，Ｎ３で運転し総流量Ｑtotalを一定に保つには、ポンプ部揚程Ｈ１でのポンプ吐出流量が（１）式を満足する量ポンプ速度Ｎ１，Ｎ３を選定すればよい。
【００１８】
【数１】
【００１９】
上記の考え方により選定されたポンプ速度Ｎ１，Ｎ３でインターナルポンプを運転することにより、グループＡ，Ｂのポンプ速度を異なる速度で運転しても総流量Ｑtotalを一定とすることができる。実際には図１の説明で述べたように制御可能速度が制限されるので、ポンプ速度制限範囲内でポンプ速度Ｎ１，Ｎ３を選定する。
【００２０】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、請求項１に係る発明では、請求項１に係る発明では、可変速運転可能な複数台のインターナルポンプを駆動して、原子炉運転要求に基づく炉心流量の制御を行う原子炉の炉心流量制御方法において、前記インターナルポンプのポンプ速度がモータケーシングの共振領域に該当する連続回転不可範囲に達する時点でポンプ毎に、または任意台数のポンプで構成されるグループ毎に、炉心全体流量を維持する状態で前記共振領域を退避する速度差をもって駆動することにより、ポンプ振動が小さい速度領域で全インターナルポンプを連続運転させて原子炉の炉心流量を制御することを特徴とする原子炉の炉心流量制御方法を提供する。
【００２１】
このような運転方法によれば、インターナルポンプはモータケーシング共振領域での連続運転を行うことなく、必要とされる炉心流量を連続的に供給することが可能となる。
【００２２】
請求項２に係る発明では、可変速運転可能な複数台のインターナルポンプを駆動して、原子炉運転要求に基づく炉心流量の制御を行う原子炉の炉心流量制御方法において、前記インターナルポンプのポンプ速度がモータケーシングの共振領域に該当する連続回転不可範囲に達する時点でポンプ毎に、または任意台数のポンプで構成されるグループ毎に、炉心全体流量を維持する状態で前記共振領域を退避する速度差をもって駆動することにより、ポンプ振動が小さい速度領域で全インターナルポンプを連続運転させて原子炉の炉心流量を制御する原子炉の炉心流量制御方法であって、前記インターナルポンプを任意台数で構成される複数のグループに分け、それぞれのグループ毎にポンプ速度を昇降速させることにより、前記共振領域における振動の増加を抑え炉心流量を制御することを特徴とする原子炉の炉心流量制御方法を提供する。
【００２３】
請求項３に係る発明では、可変速運転可能な複数台のインターナルポンプを駆動して、原子炉運転要求に基づく炉心流量の制御を行う原子炉の炉心流量制御方法において、前記インターナルポンプのポンプ速度がモータケーシングの共振領域に該当する連続回転不可範囲に達する時点でポンプ毎に、または任意台数のポンプで構成されるグループ毎に、炉心全体流量を維持する状態で前記共振領域を退避する速度差をもって駆動することにより、ポンプ振動が小さい速度領域で全インターナルポンプを連続運転させて原子炉の炉心流量を制御する原子炉の炉心流量制御方法であって、前記共振領域にて振動の大きい任意のポンプの運転速度を振動が小さくなる速度領域で固定し、残りのポンプ速度を昇降速させることにより炉心流量を制御することを特徴とする原子炉の炉心流量制御方法を提供する。
【００２４】
請求項４に係る発明では、前記ポンプの振動が小さいポンプ速度領域で炉心流量を制御することを特徴とする請求項２または請求項３記載の原子炉の炉心流量制御方法。
【００２５】
請求項５に係る発明では、前記炉心流量の偏りが、許容値を超えた場合に炉心流量の偏りを無くするようにポンプ速度を自動的に制御することを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の原子炉の炉心流量制御方法を提供する。
【００２６】
請求項６に係る発明では、請求項１から５までのいずれかに記載の炉心流量制御方法を実施するための炉心流量制御装置であって、前記インターナルポンプの連続運転可能速度範囲を一律または任意のポンプに対し設定し、ポンプ連続運転可能速度範囲外での連続運転を自動的に回避する手段を備えたことを特徴とする原子炉の炉心流量制御装置を提供する。
【００２７】
なお、本発明の望ましい態様を掲げると、以下の通りである。
【００２８】
インターナルポンプの連続運転可能な速度範囲を全台一律に設定し、ポンプの速度が設定域から外れた場合に、上記いずれかの方法により、ポンプの速度を連続運転可能速度まで昇降速させ、ポンプの振動が小さいポンプ速度領域で炉心流量を制御する。
【００２９】
任意のインターナルポンプに対して連続運転可能な速度範囲を設定し、任意のポンプの速度が設定域から外れた場合に、上記いずれかの方法により、任意のポンプの速度を連続運転可能速度へ昇降速させ、ポンプの振動が小さいポンプ速度領域で炉心流量を制御する。
【００３０】
インターナルポンプの許容振動値を一律に設定し、任意のポンプの振動値が許容値を超えた場合に、上記いずれかの方法により、任意のポンプの振動値が許容値以下となるポンプ速度へ昇降速させ、ポンプの振動が小さいポンプ速度領域で炉心流量を制御する。
【００３１】
任意のインターナルポンプに対して許容振動値を設定し、任意のポンプの速度が設定域から外れた場合に、上記いずれかの方法により、任意のポンプの速度を連続運転可能速度へ昇降速させ、ポンプの振動が小さいポンプ速度領域で炉心流量を制御する。
【００３２】
ポンプ毎または任意の台数で構成されるグループ毎にポンプ速度制御を行うインターナルポンプの運転方法において、必要とされる炉心流量から自動的にポンプ毎又はグループ毎にポンプ速度を制御する。
【００３３】
ポンプの連続運転可能速度範囲を一律または任意のポンプに対し設定しておくことにより、ポンプ連続運転可能速度範囲外での連続運転を自動的に回避する手段を備えるようにする。
【００３４】
ポンプ振動許容値およびポンプ振動測定値をインプットとして加えることにより、ポンプ許容振動値を超えるポンプ速度でのポンプ連続運転を自動的に回避する手段を備えるようにする。
【００３５】
本発明によれば、インターナルポンプは振動の大きくなる速度での連続運転を行うことなく、必要とされる炉心流量を連続的に供給可能となる。さらに、モータケーシングの共振領域を速やかに通過することが可能となる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。なお、炉心およびインターナルポンプ等の構成については、図１２を参照する。
【００３７】
第１実施形態（図３〜図５）
図３は、本発明の第１実施形態による炉心流量制御方法における、インターナルポンプの運転方法を示すタイムチャートである。図４は、炉心流量制御装置としてのインターナルポンプ速度制御装置を示す構成図であり、図５は同装置を使用してインターナルポンプの速度制御を行うための速度制御切替機能を示すフローチャートである。
【００３８】
なお、本実施形態では、インターナルポンプ３の連続運転を全ポンプ一律にポンプ速度４５％から５０％の範囲で制限し、全１０台のインターナルポンプ３を５台ずつ２つのグループＡ，Ｂに分け、それぞれのグループごとにポンプ速度を制御する場合について説明する。ただし、インターナルポンプ３のグループの数を増やした場合や、グループを構成するポンプ台数を変更した場合においても同様に、アンバランス運転時のポンプ毎、グループ毎のポンプ速度を選定することが可能である。
【００３９】
まず、図３により、アンバランス運転を用いて炉心流量を一定の変化率にて増加させるインターナルポンプ３の運転方法について説明する。
【００４０】
ここでは、インターナルポンプ連続運転不可領域を全ポンプ一律に設定しておく。まず、グループＡ，Ｂを図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、同じ速度で昇速させていく。ここで、ポンプ速度が、図３（Ｃ）に示したインターナルポンプ連続運転不可領域に達した場合（図３（Ａ），（Ｂ）の点ｘ１，ｙ１）、インターナルポンプ連続運転不可領域外で炉心流量を維持できるグループＡ，Ｂの速度を選定し、グループＡのインターナルポンプ３を降速させる一方、グループＢのインターナルポンプ３を昇速させ、インターナルポンプ連続運転不可領域を回避する。その後、要求される炉心流量を満たすように、グループＡ，Ｂの速度をそれぞれ上昇させる。その後、インターナルポンプ一律運転でのポンプ速度がインターナルポンプ連続運転不可領域を脱した時点（図３（Ａ），（Ｂ）の点ｘ２，ｙ２）において、インターナルポンプ速度制御を一律運転に変更する。このように、インターナルポンプ３を運転することにより、図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、モータケーシング共振領域でのインターナルポンプ連続運転を回避した上で、全範囲に亘る炉心流量を供給することが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態のインターナルポンプ運用方法を用いた場合には、グループＡ，Ｂをそれぞれ急激に昇速および降速しても、炉心流量の変化率を一定に保持したまま、インターナルポンプ連続運転不可領域を通過することが可能となる。
【００４２】
なお、本実施形態では、炉心流量を上昇させる場合について例示したが、炉心流量を一定にする場合、また減少させる場合についても、同様に適用することが可能である。
【００４３】
また、本実施形態では、インターナルポンプ連続運転不可領域を一律に設定したが、インターナルポンプ連続運転不可領域は任意のポンプについて設定してもよい。
【００４４】
次に、図４および図５により、上記方法を実施するためのインターナルポンプ制御装置の構成およびその操作手順について説明する。図４に示すように、本実施形態のインターナルポンプ制御装置では、各インターナルポンプ３に、それぞれ可変周波数電源装置（ＡＳＤ）６が設けられており、インターナルポンプ速度は可変周波数電源装置６を介して原子炉再循環流量制御装置（ＲＦＣ）７により制御され、炉心流量を調整する。原子炉再循環流量制御装置７は、炉心流量要求を出力する出力制御部７Ａ、ポンプ速度要求を出力する流量制御部７Ｂ、複数ポンプのポンプ速度を同時制御する機能を持つギャング速度制御部７Ｃ、可変周波数電源６へ速度設定信号を出力する各速度制御部７Ｄ、インターナルポンプ一律運転とアンバランス運転を切り替える速度制御切替部７Ｅ、この速度制御切替部７Ｅから出力されるインプットからインターナルポンプのアンバランス運転方法を演算し各速度制御部７Ｄへ速度要求を出力するアンバランス運転制御部７Ｅ、および可変周波数電源６へ速度設定信号を出力する各速度制御部７とから構成される。
【００４５】
図５は、図４に示した制御装置を使用してインターナルポンプを運転する場合における、速度制御切替部７Ｅの機能に基づく手順を示すフローチャートである。
【００４６】
この図５に示すように、運転が開始すると、出力制御部７Ａまたは流量制御部７Ｂから速度要求（Ｎ）が出力され（ステップＳ１０１）、速度制御切替部７Ｅにおいてインターナルポンプ連続運転可能領域であるかの判断が行われる（ステップＳ１０２）。このステップＳ１０２においては、あらかじめインターナルポンプ連続運転不可領域が設定されており、この設定に基づいて流量制御部７Ｂ又は出力制御部７Ａから入力される速度要求(Ｎ)がインターナルポンプ連続運転可能領域であるか否か判断される。連続運転可能速度であった場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１０３でギャング速度制御部７Ｃへ速度要求(Ｎ)が出力され、インターナルポンプ速度の一律運転を継続される。
【００４７】
また、ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１からの速度要求が連続運転可能速度でない場合には（ＮＯ）、ステップＳ１０４でアンバランス運転制御部７Ｆへ速度要求(Ｎ)およびインターナルポンプ連続運転不可領域が出力され、アンバランス運転へ切り替えられる。アンバランス運転制御部７Ｆでは、この速度制御切替部７Ｅからのインプット条件からインターナルポンプのアンバランス運転方法が演算され、各速度制御部７Ｄへ速度要求が出力される。
【００４８】
なお、図４では速度制御切替部７Ｅとアンバランス運転制御部７Ｆをギャング運転制御部７Ｃとは別に設けているが、ギャング運転制御部７Ｃに速度制御切替機能とアンバランス運転制御機能を持たせてもよい。
【００４９】
以上の機能により、モータケーシング共振領域でのポンプ連続運転を回避した上での連続運転可能な炉心流量範囲の拡大、およびモータケーシング振動の大きくなる速度領域を速やかに通過するためのインターナルポンプの運転が可能となる。また、図４に示した構成のインターナルポンプ制御装置を適用して、インターナルポンプの速度制御を自動的に行うことが可能となり、運転員の負荷が低減される。
【００５０】
第２実施形態（図６〜図８）
図６は、本発明の第２実施形態におけるインターナルポンプ３の運転方法およびその効果を示す図である。図７は、インターナルポンプ３の速度制御装置を示す構成図であり、図８は同装置を使用してインターナルポンプ３の速度制御を行うための速度制御切替機能を示すフローチャートである。
【００５１】
図６に示すように、本実施形態では、炉心流量をポンプ最低速度から一様に増加させる方法を例示している。ここでは、あらかじめ各インターナルポンプ３について、一律にモータケーシング５の振動の許容値を定めておく。そして、ポンプ速度を全てのインターナルポンプ３について一律に上昇中に、任意のポンプａのモータケーシング振動が許容値を超えた場合に、図６（Ａ）にｘ３，ｘ４として示すように、ポンプａの速度をモータケーシング振動が低減する速度まで退避（上昇）させた上で、ポンプａの速度を固定する。
【００５２】
この際、残りのインターナルポンプ（１台のポンプｂと、他の８台のポンプ）３の速度は、全炉心流量が変化しないよう、図６（Ｂ），（Ｃ）にそれぞれｙ３，ｚ１として示すように、一旦降速させる。その後、ポンプａの速度が固定された時点で、ポンプｂと、他の８台のポンプとは速度上昇を再開する。
【００５３】
さらに、その後、図６（Ｂ）にｙ４として示すように、速度上昇再開後のポンプｂのモータケーシング振動が、許容値を超えた場合にも、ポンプａと同様の手順にて、モータケーシング振動が低減する速度まで退避（上昇）させた上で、ポンプｂの速度を固定する。この時、図６（Ｃ）にｚ２として示すように、ポンプａ，ｂ以外の８台のポンプは、ポンプｂの退避に対応して瞬時に降速した後、昇速する。
【００５４】
そして、８台のポンプの速度がポンプａ，ｂの速度に到達した後は、全てのポンプ速度を一律に制御する。
【００５５】
以上の如く、ポンプａ，ｂとその他のポンプを図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す速度にて制御運転することにより、図６（Ｄ）に示すように、モータケーシング振動が許容値を超えたポンプをモータケーシング振動が小さくなる領域まで退避した上で、全範囲にわたる炉心流量を供給することが可能となる。
【００５６】
なお、上記の例では、炉心流量を上昇させた場合を例示しているが、炉心流量を一定にする場合、また減少させる場合にも本実施形態の運用方法は適用可能である。
【００５７】
また、上記の例ではモータケーシング振動の許容値を一律に設定しているが、インターナルポンプ連続運転不可領域については、任意のポンプについて設定することもできる。
【００５８】
次に、図７および図８により、上記方法を実施するためのインターナルポンプ制御装置の構成およびその操作手順について説明する。
【００５９】
図７に示すように、本実施形態のインターナルポンプ制御装置では、第１実施形態と同様の構成に加え、各インターナルポンプ３のモータケーシング振動を検出する各インターナルポンプモータケーシング振動計８を備えている。そして、この各インターナルポンプモータケーシング振動計８で測定されたモータケーシング振動を、速度制御切替部７Ｅに入力として加えるようにしている。
【００６０】
図８は、図７に示した制御装置を使用してインターナルポンプを運転する場合における、速度制御切替部７Ｅの機能に基づく手順を示すフローチャートである。
【００６１】
この図８に示すように、運転が開始すると、出力制御部７Ａまたは流量制御部７Ｂから速度要求（Ｎ）とともにモータケーシング振動測定値が出力され（ステップＳ２０１）、速度制御切替部７Ｅにおいてモータケーシング振動は許容値以内かどうかの判断が行われる（ステップＳ２０２）。このステップＳ２０２においては、あらかじめモータケーシング振動許容値が設定されており、この設定に基づいて、ステップＳ２０２で各インターナルポンプ３についてのモータケーシング振動測定値が許容値以内か否かが判断される。許容値以内（ＹＥＳ）であった場合には、ステップＳ２０３でギャング速度制御部７ＣにステップＳ２０１の速度要求(Ｎ)が出力され、インターナルポンプ速度の一律運転が継続される。
【００６２】
また、ステップＳ２０２において、モータケーシング振動測定値が許容値を超えるインターナルポンプがある（ＮＯ）と判断された場合には、ステップＳ２０４において、アンバランス運転制御部７Ｆにモータケーシング振動が許容値を超えたインターナルポンプの指示と、ステップＳ２０１で入力された速度要求(Ｎ)とが出力され、アンバランス運転に切り替えられる。
【００６３】
アンバランス運転制御部７Ｆでは、速度制御切替部７Ｅから入力されたインプット条件に基づいてモータケーシング振動値が大きいインターナルポンプ速度を振動値が小さくなる速度まで単独で昇降速させるアンバランス運転方法の演算が行われ、各速度制御部７Ｄに速度要求が出力される。また、退避させたインターナルポンプ以外のインターナルポンプの速度が退避速度となった場合には、アンバランス運転制御部７Ｆから速度制御切替部７Ｅに一律運転への切替が要求される。
【００６４】
以上の第２実施形態によると、モータケーシング振動が許容値を超えたポンプをモータケーシング振動が小さくなる領域まで退避した上で、全範囲にわたる炉心流量を供給することが可能となる。また、インターナルポンプ制御装置を適用して、インターナルポンプの速度制御を自動的に行うことが可能となり、運転員の負荷が低減される。
【００６５】
第３実施形態（図９，図１０（図７））
図９は、本発明の第３実施形態におけるインターナルポンプ３の運転方法およびその効果を示す図である。インターナルポンプ３の速度制御装置については、前記第２実施形態で示した図７と略同様の構成を適用する。図１０は同装置を使用して第３実施形態によるインターナルポンプ３の速度制御を行うための速度制御切替機能を示すフローチャートである。
【００６６】
本実施形態は、第１実施形態および第２実施形態の両機能を備えたものとして実施する場合についてのものであり、図９に示すように、炉心流量をインターナルポンプ最低速度から一様に増加させる方法を例示したものである。
【００６７】
ここでは、インターナルポンプ３は全１０台を５台ずつの２つのグループＡ，Ｂに分け、それぞれのグループごとにポンプ速度を制御する。また、インターナルポンプ連続運転不可領域を一律に設定するとともに、各ポンプ一律にモータケーシング振動の許容値についても設定しておく。
【００６８】
図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、ポンプ速度が一律に上昇して、その上昇中にインターナルポンプ連続運転不可領域に達する前に、図９（Ａ）にｘ５として示すように、グループＡを構成する任意のポンプａのモータケーシング振動が許容値を超えた場合、ポンプａをグループＡから除外し、第２実施形態で説明したように、ポンプａのポンプ速度をモータケーシング振動が低減する速度まで退避させて固定する。この際、グループＡの残りのインターナルポンプ３およびグループＢのインターナルポンプ３についても、図９（Ｂ），（Ｃ）にｙ５，ｙ６，ｚ３，ｚ４として示す時点において、第２実施形態と同様に全炉心流量を確保するために各ポンプ速度を制御する。
【００６９】
そして、速度上昇再開後、グループＡ，Ｂのポンプ速度がインターナルポンプ連続運転不可領域に達したら、第１実施形態と同様に、グループＡ，Ｂのポンプをそれぞれ昇降速させる。
【００７０】
そして、インターナルポンプ連続運転不可領域を回避し、インターナルポンプ連続運転不可領域を脱したらグループＡ，Ｂのポンプ速度を一律運転に変更する。ポンプａ以外のポンプの速度がポンプａの速度に到達した後は、ポンプ速度を全台一律にて制御する。
【００７１】
このように、図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すポンプ速度にて運転することにより、図９（Ｄ）に示すように、モータケーシング振動が許容値を超えたポンプをモータケーシング振動が小さくなる領域まで退避させ、かつインターナルポンプ連続運転不可速度を回避した上で、全範囲にわたる炉心流量を供給することが可能となる。
【００７２】
本実施形態では、炉心流量を一様に上昇させる場合を例示しているが、炉心流量を一定にする場合、または減少させる場合にも同様の方法が適用可能である。
【００７３】
また、本実施形態においては、第２実施の形態で示した図７と同様の構成を有するインターナルポンプ制御装置を設けることにより、インターナルポンプ３の速度制御を自動的に行うことが可能となる。アンバランス運転制御部７Ｆは、第１および第２実施形態で説明した機能を備えておけばよい。ただし、速度制御切替部７Ｅについては、第１および第２実施形態の両機能を備える必要がある。
【００７４】
図１０は速度制御切替部７Ｅの機能を説明するためのフローチャートある。
【００７５】
本実施形態においては、第１実施形態および第２実施形態を複合した手順（ステップＳ３０１〜Ｓ３０６）となる。この場合、ステップＳ３０２においては、モータケーシング振動の許容値があらかじめ設定され、またステップＳ３０４にはインターナルポンプ連続運転不可領域をあらかじめ設定しておく。
【００７６】
これにより、ステップＳ３０１で各インターナルポンプ３から入力されたモータケーシング振動測定値がステップＳ３０２で許容値以内か否か判断され、許容値以内であった場合にはステップＳ３０３にステップＳ３０１の速度要求(Ｎ)が出力される。
【００７７】
また、ステップＳ３０２でモータケーシング振動測定値が許容値を超えるインターナルポンプがあると判断された場合には、ステップＳ３０６でアンバランス運転制御部７Ｆに、モータケーシング振動が許容値を超えたインターナルポンプの指示と、ステップＳ１で入力された速度要求(Ｎ)とが出力され、アンバランス運転に切り替えられる。
【００７８】
さらに、ステップＳ３０３では、ステップＳ３０１の速度要求(Ｎ)がインターナルポンプ連続運転可能領域であるか否かの判断が行われ、連続運転可能速度であった場合には、ステップＳ３０４でギャング速度制御部７Ｃに速度要求(Ｎ)が出力され、インターナルポンプ速度の一律運転が継続される。また、ステップＳ３０３でステップＳ３０１からの速度要求が連続運転可能速度でない場合には、ステップＳ３０５でアンバランス運転制御部７Ｆに速度要求(Ｎ)およびインターナルポンプ連続運転不可領域が出力され、アンバランス運転に切り替えられる。
【００７９】
本実施形態においては、第１、第２実施形態の両機能が得られ、かつインターナルポンプ制御装置を設けることにより、第１実施形態のインターナルポンプ運転方法が自動的に制御できるため、運転員の負荷が低減される。
【００８０】
第４実施形態（図１１）
図１１は、本発明の第４実施形態による炉心流量制御装置を示す構成図である。
【００８１】
炉心流量の偏りが大きくなると、その運転状態で必要とされる炉心流量が得られない場所が発生するため、制御上好ましくない、そこで、本実施形態では、アンバランス運転により炉心流量の偏りが発生した場合に炉心流量の偏りを無くすようにアンバランス運転を制御するインターナルポンプ速度制御装置構成として実施するものである。
【００８２】
本実施形態の装置は、図１１に示すように、原子炉再循環流量制御装置７に炉心流量の偏りを監視する炉心流量監視部７Ｇを設け、炉心流量の偏りが許容値を超えた場合には炉心流量監視部７Ｇはアンバランス運転制御部７Ｆへ炉心流量の偏りの抑制を要求するようになっている。
【００８３】
炉心流量監視部７Ｇは、原子炉圧力容器１に４箇所設置されたポンプ部差圧計９の各測定値の相互関係から炉心流量の偏りを算出・監視する。そして、炉心流量の偏りがあらかじめ設定しておいた許容値を超えた場合に、アンバランス運転制御部７Ｆに炉心流量の偏りを出力する。
【００８４】
アンバランス制御部７Ｆは、炉心流量監視部７Ｇから出力された炉心流量の偏りから、炉心流量の偏りを抑制するアンバランス運転方法を演算し、各速度制御部７Ｄに速度要求を出力する。これにより、アンバランス運転による炉心流量の偏りが許容値を超えた場合に自動的に制御されることとなる。
【００８５】
なお、炉心流量の偏りは、炉心２内に４箇所設置された炉心支持板差圧計１０でも監視可能であるので、炉心流量監視部７Ｇへは炉心支持板差圧計１０の測定値を入力して実施することもできる。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、インターナルポンプが振動の大きくなる速度で連続運転を行うことがなく、必要とされる炉心流量に対応してインターナルポンプを連続的に運転制御することができ、またモータケーシングの共振領域を速やかに通過することが可能となり、連続運転可能な炉心流量の範囲が拡大されるとともに、プラント起動条件を成立させるための時間が短縮される等の効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概念を説明するグラフ。
【図２】本発明に基づくインターナルポンプ吐出流量−ポンプ部揚程特性曲線を示すグラフ。
【図３】本発明の第１実施形態によるインターナルポンプ運転方法およびその効果を示すタイムチャート。
【図４】本発明の第１実施形態によるインターナルポンプ速度制御装置の構成を示す機能ブロック図。
【図５】本発明の第１実施形態による速度制御切替機能を示すフローチャート。
【図６】本発明の第２実施形態によるインターナルポンプ運転方法およびその効果を示すタイムチャート。
【図７】本発明の第２実施形態によるインターナルポンプ速度制御装置の構成を示す機能ブロック図。
【図８】本発明の第２実施形態による速度制御切替機能を示すフローチャート。
【図９】本発明の第３実施形態によるインターナルポンプ運転方法およびその効果を示すタイムチャート。
【図１０】本発明の第３実施形態による速度制御切替機能を示すフローチャート。
【図１１】本発明の第４実施形態によるインターナルポンプ速度制御装置の構成を示す機能ブロック図。
【図１２】（Ａ），（Ｂ）は、改良型沸騰水型原子炉の断面図および平面図。
【図１３】従来のインターナルポンプ速度制御装置の構成を示す図。
【図１４】インターナルポンプ速度とモータケーシング振動の特性を示す図。
【図１５】従来のインターナルポンプ運転方法での炉心流量制御範囲を示す図。
【符号の説明】
１ 原子炉圧力容器
２ 炉心
３ インターナルポンプ
４ 駆動用モータ
５ モータケーシング
６ 可変周波数電源装置
７ 原子炉再循環流量制御装置
７Ａ 力制御部
７Ｂ 流量制御部
７Ｃ ギャング速度制御部
７Ｄ 速度制御部
７Ｅ アンバランス運転制御部
７Ｅ 炉心流量偏り監視部
８ モータケーシング振動計
９ ポンプ部差圧計
１０ 炉心支持板差圧計
【発明の属する技術分野】
本発明は、インターナルポンプを備えた改良型沸騰水型原子炉の炉心流量制御方法および同制御装置に係り、特にインターナルポンプの運転方法およびインターナルポンプの運転制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来技術について、図１２〜図１５を参照して説明する。図１２（Ａ），（Ｂ）は、改良型沸騰水型原子炉の炉心およびインターナルポンプの構成を示す縦断面図および横断面図である。
【０００３】
図１２に示すように、改良型沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器１には炉心２が設けられており、この炉心を通過する冷却材の流量は原子炉圧力容器の底部に複数台設けられたインターナルポンプ（ＲＩＰ）３の速度を変化させることにより制御される。なお、図１２ではインターナルポンプが１０台の場合を例示している。各インターナルポンプ３にはそれぞれ駆動用モータ４が設けられており、これらの駆動用モータ４は、モータケーシング５に内包されている。
【０００４】
図１３は、改良型沸騰水型原子炉の一般的なインターナルポンプ制御装置を示す構成図である。図１３に示すように、各インターナルポンプ３には、それぞれ可変周波数電源装置（ＡＳＤ）６が設けられており、インターナルポンプ速度は可変周波数電源装置６を介して原子炉再循環流量制御装置（ＲＦＣ）７により制御され、炉心流量を調整する。原子炉再循環流量制御装置７は、炉心流量要求を出力する出力制御部７Ａ、ポンプ速度要求を出力する流量制御部７Ｂ、複数ポンプのポンプ速度を同時制御する機能を持つギャング速度制御部７Ｃおよび可変周波数電源６へ速度設定信号を出力する各速度制御部７Ｄとから構成される。なお、ギャング速度制御部７Ｃはポンプ速度の個別制御への切り替えが可能であるが、インターナルポンプ３の速度制御は全台一律で行うのが一般的である（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２８８１９２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のインターナルポンプ３の運転方法では下記の様に種々の問題がある。すなわち、沸騰水型原子炉では、プラント起動時に原子炉出力を定格出力へ上昇させるために原子炉のキセノンを必要量蓄積しなければならない。このため、プラント起動時には原子炉のキセノンを効率よく蓄積するよう、炉心流量および炉心出力を変化させながら起動させていく。キセノンを効率よく蓄積するには、炉心流量を広範囲で制御する必要があるが、炉心流量制御範囲に制限があると、キセノンを蓄積する効率が低下するため、結果的にプラント起動時間が長くなる。
【０００７】
一方、炉心流量はインターナルポンプ３の速度により制御されるが、インターナルポンプ３には、運転速度の範囲内でモータケーシング５の共振領域があり、この共振領域でインターナルポンプを連続運転することは好ましくない。
【０００８】
図１４は、このモータケーシング共振領域を示すグラフであり、この図１４に示すように、インターナルポンプ速度が約４５〜５０％の領域にモータケーシングの共振領域があることが判明している。このため、インターナルポンプ速度を全台で制御している現状では、インターナルポンプ３の連続運転を行うことが好ましくない速度領域が存在し、連続運転可能な炉心流量制御範囲が限定される。
【０００９】
図１５は、横軸にインターナルポンプ速度、縦軸に炉心流量を示したグラフであり、図１４に対応するモータケーシング共振領域、すなわちインターナルポンプ連続運転不可領域が存在し、この不可領域は連続運転可能炉心流量制御範囲の途中に存在することがわかる。したがって、この連続運転不可領域の存在により連続運転可能な炉心流量制御範囲が限定される全インターナルポンプ速度を一律とする現状の自動制御方法では、キセノンの蓄積効率が悪くプラント起動に多くの時間が必要とされる。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、インターナルポンプが振動の大きくなる速度で連続運転を行うことなく、必要とされる炉心流量に対応してインターナルポンプを連続的に運転制御することができ、かつモータケーシングの共振領域を速やかに通過することが可能となり、連続運転可能な炉心流量の範囲が拡大できるとともに、プラント起動条件を成立させるための時間が短縮できる原子炉の炉心流量制御方法および同制御装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者においては、上述したモータケーシングの共振領域による速度領域でのインターナルポンプの連続運転は好ましくない点を克服する観点から種々検討した結果、あらかじめ速度制御装置のインターナルポンプの連続運転を制限するインターナルポンプ連続運転不可領域を設定しておくことに想到した。この点について、図１および図２を参照して説明する。
【００１２】
図１は、インターナルポンプの連続運転可能速度領域を示す説明図であり、図２は、インターナルポンプ吐出流量−ポンプ部揚程特性を示すグラフである。
【００１３】
図１において、インターナルポンプの連続運転を全ポンプ一律にポンプ速度４５％から５０％の範囲で制限し、インターナルポンプを２つのグループに分け、それぞれのグループ毎にポンプ速度を制御することを想定する。
【００１４】
ここで、例えば全てのインターナルポンプが５０％速度で運転した場合の炉心流量Ｑ５０％が必要とされる場合、一方のグループのポンプ速度を降速させてＱ５０％の４０％を供給し、他方のグループのポンプ速度を昇速させてＱ５０％の６０％を供給する。このようなインターナルポンプの運転を行うことにより、全てのポンプが５０％速度で運転した場合の炉心流量を得ることができる。以下、本発明の説明において、このようなインターナルポンプ速度を全台同一回転数に一律制御しない運転方法を総称して、「アンバランス運転」と定義する。
【００１５】
次に、インターナルポンプのアンバランス運転に関する基本的な概念について説明する。まず、インターナルポンプの水力特性について説明する。図２はインターナルポンプのポンプ吐出流量Ｑとポンプポンプ部揚程Ｈの関係を示した流量−揚程特性曲線（以下、「Ｑ−Ｈカーブ」という。）を示したものであり、ここでは、ポンプ速度Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３の３つの異なる速度のＱ−Ｈカーブを示している。ポンプ速度の大きさはＮ１＞Ｎ２＞Ｎ３であり、Ｑ−Ｈカーブはポンプ速度Ｎに依存し、ポンプ速度が大きくなるとＱ−Ｈカーブも大きくなる。
【００１６】
ポンプが任意の速度で運転されている場合、その時のポンプの吐出流量とポンプ部揚程（以下、「運転点」という。）は、インターナルポンプが組み込まれている系統の抵抗（以下、「システム抵抗」という。）と任意の速度でのＱ−Ｈカーブの交点となる。
【００１７】
以上を踏まえ、インターナルポンプのアンバランス運転方法について図２を用いて説明する。全ポンプが速度Ｎ２で一律制御されているとすると、各インターナルポンプの吐出流量は全てのポンプ速度Ｎ２とインターナルポンプが一律に運転されている場合のシステム抵抗曲線との交点であるＱ２となり、全ポンプにより供給される総流量Ｑtotalは、ポンプ数が１０台として、１０×Ｑ２となる。ここで、Ｑtotalを一定とするためにはポンプ吐出圧力相当のポンプ部揚程を一定とすればよい。インターナルポンプ全１０台がポンプ速度Ｎ２で一律に運転されている場合の総流量Ｑtotalでのポンプ部揚程はＨ１であり、ポンプ全１０台を例えば５台ずつで構成されるグループＡ，Ｂに分け、異なるポンプ速度Ｎ１，Ｎ３で運転し総流量Ｑtotalを一定に保つには、ポンプ部揚程Ｈ１でのポンプ吐出流量が（１）式を満足する量ポンプ速度Ｎ１，Ｎ３を選定すればよい。
【００１８】
【数１】
上記の考え方により選定されたポンプ速度Ｎ１，Ｎ３でインターナルポンプを運転することにより、グループＡ，Ｂのポンプ速度を異なる速度で運転しても総流量Ｑtotalを一定とすることができる。実際には図１の説明で述べたように制御可能速度が制限されるので、ポンプ速度制限範囲内でポンプ速度Ｎ１，Ｎ３を選定する。
【００２０】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、請求項１に係る発明では、請求項１に係る発明では、可変速運転可能な複数台のインターナルポンプを駆動して、原子炉運転要求に基づく炉心流量の制御を行う原子炉の炉心流量制御方法において、前記インターナルポンプのポンプ速度がモータケーシングの共振領域に該当する連続回転不可範囲に達する時点でポンプ毎に、または任意台数のポンプで構成されるグループ毎に、炉心全体流量を維持する状態で前記共振領域を退避する速度差をもって駆動することにより、ポンプ振動が小さい速度領域で全インターナルポンプを連続運転させて原子炉の炉心流量を制御することを特徴とする原子炉の炉心流量制御方法を提供する。
【００２１】
このような運転方法によれば、インターナルポンプはモータケーシング共振領域での連続運転を行うことなく、必要とされる炉心流量を連続的に供給することが可能となる。
【００２２】
請求項２に係る発明では、可変速運転可能な複数台のインターナルポンプを駆動して、原子炉運転要求に基づく炉心流量の制御を行う原子炉の炉心流量制御方法において、前記インターナルポンプのポンプ速度がモータケーシングの共振領域に該当する連続回転不可範囲に達する時点でポンプ毎に、または任意台数のポンプで構成されるグループ毎に、炉心全体流量を維持する状態で前記共振領域を退避する速度差をもって駆動することにより、ポンプ振動が小さい速度領域で全インターナルポンプを連続運転させて原子炉の炉心流量を制御する原子炉の炉心流量制御方法であって、前記インターナルポンプを任意台数で構成される複数のグループに分け、それぞれのグループ毎にポンプ速度を昇降速させることにより、前記共振領域における振動の増加を抑え炉心流量を制御することを特徴とする原子炉の炉心流量制御方法を提供する。
【００２３】
請求項３に係る発明では、可変速運転可能な複数台のインターナルポンプを駆動して、原子炉運転要求に基づく炉心流量の制御を行う原子炉の炉心流量制御方法において、前記インターナルポンプのポンプ速度がモータケーシングの共振領域に該当する連続回転不可範囲に達する時点でポンプ毎に、または任意台数のポンプで構成されるグループ毎に、炉心全体流量を維持する状態で前記共振領域を退避する速度差をもって駆動することにより、ポンプ振動が小さい速度領域で全インターナルポンプを連続運転させて原子炉の炉心流量を制御する原子炉の炉心流量制御方法であって、前記共振領域にて振動の大きい任意のポンプの運転速度を振動が小さくなる速度領域で固定し、残りのポンプ速度を昇降速させることにより炉心流量を制御することを特徴とする原子炉の炉心流量制御方法を提供する。
【００２４】
請求項４に係る発明では、前記ポンプの振動が小さいポンプ速度領域で炉心流量を制御することを特徴とする請求項２または請求項３記載の原子炉の炉心流量制御方法。
【００２５】
請求項５に係る発明では、前記炉心流量の偏りが、許容値を超えた場合に炉心流量の偏りを無くするようにポンプ速度を自動的に制御することを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の原子炉の炉心流量制御方法を提供する。
【００２６】
請求項６に係る発明では、請求項１から５までのいずれかに記載の炉心流量制御方法を実施するための炉心流量制御装置であって、前記インターナルポンプの連続運転可能速度範囲を一律または任意のポンプに対し設定し、ポンプ連続運転可能速度範囲外での連続運転を自動的に回避する手段を備えたことを特徴とする原子炉の炉心流量制御装置を提供する。
【００２７】
なお、本発明の望ましい態様を掲げると、以下の通りである。
【００２８】
インターナルポンプの連続運転可能な速度範囲を全台一律に設定し、ポンプの速度が設定域から外れた場合に、上記いずれかの方法により、ポンプの速度を連続運転可能速度まで昇降速させ、ポンプの振動が小さいポンプ速度領域で炉心流量を制御する。
【００２９】
任意のインターナルポンプに対して連続運転可能な速度範囲を設定し、任意のポンプの速度が設定域から外れた場合に、上記いずれかの方法により、任意のポンプの速度を連続運転可能速度へ昇降速させ、ポンプの振動が小さいポンプ速度領域で炉心流量を制御する。
【００３０】
インターナルポンプの許容振動値を一律に設定し、任意のポンプの振動値が許容値を超えた場合に、上記いずれかの方法により、任意のポンプの振動値が許容値以下となるポンプ速度へ昇降速させ、ポンプの振動が小さいポンプ速度領域で炉心流量を制御する。
【００３１】
任意のインターナルポンプに対して許容振動値を設定し、任意のポンプの速度が設定域から外れた場合に、上記いずれかの方法により、任意のポンプの速度を連続運転可能速度へ昇降速させ、ポンプの振動が小さいポンプ速度領域で炉心流量を制御する。
【００３２】
ポンプ毎または任意の台数で構成されるグループ毎にポンプ速度制御を行うインターナルポンプの運転方法において、必要とされる炉心流量から自動的にポンプ毎又はグループ毎にポンプ速度を制御する。
【００３３】
ポンプの連続運転可能速度範囲を一律または任意のポンプに対し設定しておくことにより、ポンプ連続運転可能速度範囲外での連続運転を自動的に回避する手段を備えるようにする。
【００３４】
ポンプ振動許容値およびポンプ振動測定値をインプットとして加えることにより、ポンプ許容振動値を超えるポンプ速度でのポンプ連続運転を自動的に回避する手段を備えるようにする。
【００３５】
本発明によれば、インターナルポンプは振動の大きくなる速度での連続運転を行うことなく、必要とされる炉心流量を連続的に供給可能となる。さらに、モータケーシングの共振領域を速やかに通過することが可能となる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。なお、炉心およびインターナルポンプ等の構成については、図１２を参照する。
【００３７】
第１実施形態（図３〜図５）
図３は、本発明の第１実施形態による炉心流量制御方法における、インターナルポンプの運転方法を示すタイムチャートである。図４は、炉心流量制御装置としてのインターナルポンプ速度制御装置を示す構成図であり、図５は同装置を使用してインターナルポンプの速度制御を行うための速度制御切替機能を示すフローチャートである。
【００３８】
なお、本実施形態では、インターナルポンプ３の連続運転を全ポンプ一律にポンプ速度４５％から５０％の範囲で制限し、全１０台のインターナルポンプ３を５台ずつ２つのグループＡ，Ｂに分け、それぞれのグループごとにポンプ速度を制御する場合について説明する。ただし、インターナルポンプ３のグループの数を増やした場合や、グループを構成するポンプ台数を変更した場合においても同様に、アンバランス運転時のポンプ毎、グループ毎のポンプ速度を選定することが可能である。
【００３９】
まず、図３により、アンバランス運転を用いて炉心流量を一定の変化率にて増加させるインターナルポンプ３の運転方法について説明する。
【００４０】
ここでは、インターナルポンプ連続運転不可領域を全ポンプ一律に設定しておく。まず、グループＡ，Ｂを図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、同じ速度で昇速させていく。ここで、ポンプ速度が、図３（Ｃ）に示したインターナルポンプ連続運転不可領域に達した場合（図３（Ａ），（Ｂ）の点ｘ１，ｙ１）、インターナルポンプ連続運転不可領域外で炉心流量を維持できるグループＡ，Ｂの速度を選定し、グループＡのインターナルポンプ３を降速させる一方、グループＢのインターナルポンプ３を昇速させ、インターナルポンプ連続運転不可領域を回避する。その後、要求される炉心流量を満たすように、グループＡ，Ｂの速度をそれぞれ上昇させる。その後、インターナルポンプ一律運転でのポンプ速度がインターナルポンプ連続運転不可領域を脱した時点（図３（Ａ），（Ｂ）の点ｘ２，ｙ２）において、インターナルポンプ速度制御を一律運転に変更する。このように、インターナルポンプ３を運転することにより、図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、モータケーシング共振領域でのインターナルポンプ連続運転を回避した上で、全範囲に亘る炉心流量を供給することが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態のインターナルポンプ運用方法を用いた場合には、グループＡ，Ｂをそれぞれ急激に昇速および降速しても、炉心流量の変化率を一定に保持したまま、インターナルポンプ連続運転不可領域を通過することが可能となる。
【００４２】
なお、本実施形態では、炉心流量を上昇させる場合について例示したが、炉心流量を一定にする場合、また減少させる場合についても、同様に適用することが可能である。
【００４３】
また、本実施形態では、インターナルポンプ連続運転不可領域を一律に設定したが、インターナルポンプ連続運転不可領域は任意のポンプについて設定してもよい。
【００４４】
次に、図４および図５により、上記方法を実施するためのインターナルポンプ制御装置の構成およびその操作手順について説明する。図４に示すように、本実施形態のインターナルポンプ制御装置では、各インターナルポンプ３に、それぞれ可変周波数電源装置（ＡＳＤ）６が設けられており、インターナルポンプ速度は可変周波数電源装置６を介して原子炉再循環流量制御装置（ＲＦＣ）７により制御され、炉心流量を調整する。原子炉再循環流量制御装置７は、炉心流量要求を出力する出力制御部７Ａ、ポンプ速度要求を出力する流量制御部７Ｂ、複数ポンプのポンプ速度を同時制御する機能を持つギャング速度制御部７Ｃ、可変周波数電源６へ速度設定信号を出力する各速度制御部７Ｄ、インターナルポンプ一律運転とアンバランス運転を切り替える速度制御切替部７Ｅ、この速度制御切替部７Ｅから出力されるインプットからインターナルポンプのアンバランス運転方法を演算し各速度制御部７Ｄへ速度要求を出力するアンバランス運転制御部７Ｅ、および可変周波数電源６へ速度設定信号を出力する各速度制御部７とから構成される。
【００４５】
図５は、図４に示した制御装置を使用してインターナルポンプを運転する場合における、速度制御切替部７Ｅの機能に基づく手順を示すフローチャートである。
【００４６】
この図５に示すように、運転が開始すると、出力制御部７Ａまたは流量制御部７Ｂから速度要求（Ｎ）が出力され（ステップＳ１０１）、速度制御切替部７Ｅにおいてインターナルポンプ連続運転可能領域であるかの判断が行われる（ステップＳ１０２）。このステップＳ１０２においては、あらかじめインターナルポンプ連続運転不可領域が設定されており、この設定に基づいて流量制御部７Ｂ又は出力制御部７Ａから入力される速度要求(Ｎ)がインターナルポンプ連続運転可能領域であるか否か判断される。連続運転可能速度であった場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１０３でギャング速度制御部７Ｃへ速度要求(Ｎ)が出力され、インターナルポンプ速度の一律運転を継続される。
【００４７】
また、ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１からの速度要求が連続運転可能速度でない場合には（ＮＯ）、ステップＳ１０４でアンバランス運転制御部７Ｆへ速度要求(Ｎ)およびインターナルポンプ連続運転不可領域が出力され、アンバランス運転へ切り替えられる。アンバランス運転制御部７Ｆでは、この速度制御切替部７Ｅからのインプット条件からインターナルポンプのアンバランス運転方法が演算され、各速度制御部７Ｄへ速度要求が出力される。
【００４８】
なお、図４では速度制御切替部７Ｅとアンバランス運転制御部７Ｆをギャング運転制御部７Ｃとは別に設けているが、ギャング運転制御部７Ｃに速度制御切替機能とアンバランス運転制御機能を持たせてもよい。
【００４９】
以上の機能により、モータケーシング共振領域でのポンプ連続運転を回避した上での連続運転可能な炉心流量範囲の拡大、およびモータケーシング振動の大きくなる速度領域を速やかに通過するためのインターナルポンプの運転が可能となる。また、図４に示した構成のインターナルポンプ制御装置を適用して、インターナルポンプの速度制御を自動的に行うことが可能となり、運転員の負荷が低減される。
【００５０】
第２実施形態（図６〜図８）
図６は、本発明の第２実施形態におけるインターナルポンプ３の運転方法およびその効果を示す図である。図７は、インターナルポンプ３の速度制御装置を示す構成図であり、図８は同装置を使用してインターナルポンプ３の速度制御を行うための速度制御切替機能を示すフローチャートである。
【００５１】
図６に示すように、本実施形態では、炉心流量をポンプ最低速度から一様に増加させる方法を例示している。ここでは、あらかじめ各インターナルポンプ３について、一律にモータケーシング５の振動の許容値を定めておく。そして、ポンプ速度を全てのインターナルポンプ３について一律に上昇中に、任意のポンプａのモータケーシング振動が許容値を超えた場合に、図６（Ａ）にｘ３，ｘ４として示すように、ポンプａの速度をモータケーシング振動が低減する速度まで退避（上昇）させた上で、ポンプａの速度を固定する。
【００５２】
この際、残りのインターナルポンプ（１台のポンプｂと、他の８台のポンプ）３の速度は、全炉心流量が変化しないよう、図６（Ｂ），（Ｃ）にそれぞれｙ３，ｚ１として示すように、一旦降速させる。その後、ポンプａの速度が固定された時点で、ポンプｂと、他の８台のポンプとは速度上昇を再開する。
【００５３】
さらに、その後、図６（Ｂ）にｙ４として示すように、速度上昇再開後のポンプｂのモータケーシング振動が、許容値を超えた場合にも、ポンプａと同様の手順にて、モータケーシング振動が低減する速度まで退避（上昇）させた上で、ポンプｂの速度を固定する。この時、図６（Ｃ）にｚ２として示すように、ポンプａ，ｂ以外の８台のポンプは、ポンプｂの退避に対応して瞬時に降速した後、昇速する。
【００５４】
そして、８台のポンプの速度がポンプａ，ｂの速度に到達した後は、全てのポンプ速度を一律に制御する。
【００５５】
以上の如く、ポンプａ，ｂとその他のポンプを図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す速度にて制御運転することにより、図６（Ｄ）に示すように、モータケーシング振動が許容値を超えたポンプをモータケーシング振動が小さくなる領域まで退避した上で、全範囲にわたる炉心流量を供給することが可能となる。
【００５６】
なお、上記の例では、炉心流量を上昇させた場合を例示しているが、炉心流量を一定にする場合、また減少させる場合にも本実施形態の運用方法は適用可能である。
【００５７】
また、上記の例ではモータケーシング振動の許容値を一律に設定しているが、インターナルポンプ連続運転不可領域については、任意のポンプについて設定することもできる。
【００５８】
次に、図７および図８により、上記方法を実施するためのインターナルポンプ制御装置の構成およびその操作手順について説明する。
【００５９】
図７に示すように、本実施形態のインターナルポンプ制御装置では、第１実施形態と同様の構成に加え、各インターナルポンプ３のモータケーシング振動を検出する各インターナルポンプモータケーシング振動計８を備えている。そして、この各インターナルポンプモータケーシング振動計８で測定されたモータケーシング振動を、速度制御切替部７Ｅに入力として加えるようにしている。
【００６０】
図８は、図７に示した制御装置を使用してインターナルポンプを運転する場合における、速度制御切替部７Ｅの機能に基づく手順を示すフローチャートである。
【００６１】
この図８に示すように、運転が開始すると、出力制御部７Ａまたは流量制御部７Ｂから速度要求（Ｎ）とともにモータケーシング振動測定値が出力され（ステップＳ２０１）、速度制御切替部７Ｅにおいてモータケーシング振動は許容値以内かどうかの判断が行われる（ステップＳ２０２）。このステップＳ２０２においては、あらかじめモータケーシング振動許容値が設定されており、この設定に基づいて、ステップＳ２０２で各インターナルポンプ３についてのモータケーシング振動測定値が許容値以内か否かが判断される。許容値以内（ＹＥＳ）であった場合には、ステップＳ２０３でギャング速度制御部７ＣにステップＳ２０１の速度要求(Ｎ)が出力され、インターナルポンプ速度の一律運転が継続される。
【００６２】
また、ステップＳ２０２において、モータケーシング振動測定値が許容値を超えるインターナルポンプがある（ＮＯ）と判断された場合には、ステップＳ２０４において、アンバランス運転制御部７Ｆにモータケーシング振動が許容値を超えたインターナルポンプの指示と、ステップＳ２０１で入力された速度要求(Ｎ)とが出力され、アンバランス運転に切り替えられる。
【００６３】
アンバランス運転制御部７Ｆでは、速度制御切替部７Ｅから入力されたインプット条件に基づいてモータケーシング振動値が大きいインターナルポンプ速度を振動値が小さくなる速度まで単独で昇降速させるアンバランス運転方法の演算が行われ、各速度制御部７Ｄに速度要求が出力される。また、退避させたインターナルポンプ以外のインターナルポンプの速度が退避速度となった場合には、アンバランス運転制御部７Ｆから速度制御切替部７Ｅに一律運転への切替が要求される。
【００６４】
以上の第２実施形態によると、モータケーシング振動が許容値を超えたポンプをモータケーシング振動が小さくなる領域まで退避した上で、全範囲にわたる炉心流量を供給することが可能となる。また、インターナルポンプ制御装置を適用して、インターナルポンプの速度制御を自動的に行うことが可能となり、運転員の負荷が低減される。
【００６５】
第３実施形態（図９，図１０（図７））
図９は、本発明の第３実施形態におけるインターナルポンプ３の運転方法およびその効果を示す図である。インターナルポンプ３の速度制御装置については、前記第２実施形態で示した図７と略同様の構成を適用する。図１０は同装置を使用して第３実施形態によるインターナルポンプ３の速度制御を行うための速度制御切替機能を示すフローチャートである。
【００６６】
本実施形態は、第１実施形態および第２実施形態の両機能を備えたものとして実施する場合についてのものであり、図９に示すように、炉心流量をインターナルポンプ最低速度から一様に増加させる方法を例示したものである。
【００６７】
ここでは、インターナルポンプ３は全１０台を５台ずつの２つのグループＡ，Ｂに分け、それぞれのグループごとにポンプ速度を制御する。また、インターナルポンプ連続運転不可領域を一律に設定するとともに、各ポンプ一律にモータケーシング振動の許容値についても設定しておく。
【００６８】
図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すように、ポンプ速度が一律に上昇して、その上昇中にインターナルポンプ連続運転不可領域に達する前に、図９（Ａ）にｘ５として示すように、グループＡを構成する任意のポンプａのモータケーシング振動が許容値を超えた場合、ポンプａをグループＡから除外し、第２実施形態で説明したように、ポンプａのポンプ速度をモータケーシング振動が低減する速度まで退避させて固定する。この際、グループＡの残りのインターナルポンプ３およびグループＢのインターナルポンプ３についても、図９（Ｂ），（Ｃ）にｙ５，ｙ６，ｚ３，ｚ４として示す時点において、第２実施形態と同様に全炉心流量を確保するために各ポンプ速度を制御する。
【００６９】
そして、速度上昇再開後、グループＡ，Ｂのポンプ速度がインターナルポンプ連続運転不可領域に達したら、第１実施形態と同様に、グループＡ，Ｂのポンプをそれぞれ昇降速させる。
【００７０】
そして、インターナルポンプ連続運転不可領域を回避し、インターナルポンプ連続運転不可領域を脱したらグループＡ，Ｂのポンプ速度を一律運転に変更する。ポンプａ以外のポンプの速度がポンプａの速度に到達した後は、ポンプ速度を全台一律にて制御する。
【００７１】
このように、図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すポンプ速度にて運転することにより、図９（Ｄ）に示すように、モータケーシング振動が許容値を超えたポンプをモータケーシング振動が小さくなる領域まで退避させ、かつインターナルポンプ連続運転不可速度を回避した上で、全範囲にわたる炉心流量を供給することが可能となる。
【００７２】
本実施形態では、炉心流量を一様に上昇させる場合を例示しているが、炉心流量を一定にする場合、または減少させる場合にも同様の方法が適用可能である。
【００７３】
また、本実施形態においては、第２実施の形態で示した図７と同様の構成を有するインターナルポンプ制御装置を設けることにより、インターナルポンプ３の速度制御を自動的に行うことが可能となる。アンバランス運転制御部７Ｆは、第１および第２実施形態で説明した機能を備えておけばよい。ただし、速度制御切替部７Ｅについては、第１および第２実施形態の両機能を備える必要がある。
【００７４】
図１０は速度制御切替部７Ｅの機能を説明するためのフローチャートある。
【００７５】
本実施形態においては、第１実施形態および第２実施形態を複合した手順（ステップＳ３０１〜Ｓ３０６）となる。この場合、ステップＳ３０２においては、モータケーシング振動の許容値があらかじめ設定され、またステップＳ３０４にはインターナルポンプ連続運転不可領域をあらかじめ設定しておく。
【００７６】
これにより、ステップＳ３０１で各インターナルポンプ３から入力されたモータケーシング振動測定値がステップＳ３０２で許容値以内か否か判断され、許容値以内であった場合にはステップＳ３０３にステップＳ３０１の速度要求(Ｎ)が出力される。
【００７７】
また、ステップＳ３０２でモータケーシング振動測定値が許容値を超えるインターナルポンプがあると判断された場合には、ステップＳ３０６でアンバランス運転制御部７Ｆに、モータケーシング振動が許容値を超えたインターナルポンプの指示と、ステップＳ１で入力された速度要求(Ｎ)とが出力され、アンバランス運転に切り替えられる。
【００７８】
さらに、ステップＳ３０３では、ステップＳ３０１の速度要求(Ｎ)がインターナルポンプ連続運転可能領域であるか否かの判断が行われ、連続運転可能速度であった場合には、ステップＳ３０４でギャング速度制御部７Ｃに速度要求(Ｎ)が出力され、インターナルポンプ速度の一律運転が継続される。また、ステップＳ３０３でステップＳ３０１からの速度要求が連続運転可能速度でない場合には、ステップＳ３０５でアンバランス運転制御部７Ｆに速度要求(Ｎ)およびインターナルポンプ連続運転不可領域が出力され、アンバランス運転に切り替えられる。
【００７９】
本実施形態においては、第１、第２実施形態の両機能が得られ、かつインターナルポンプ制御装置を設けることにより、第１実施形態のインターナルポンプ運転方法が自動的に制御できるため、運転員の負荷が低減される。
【００８０】
第４実施形態（図１１）
図１１は、本発明の第４実施形態による炉心流量制御装置を示す構成図である。
【００８１】
炉心流量の偏りが大きくなると、その運転状態で必要とされる炉心流量が得られない場所が発生するため、制御上好ましくない、そこで、本実施形態では、アンバランス運転により炉心流量の偏りが発生した場合に炉心流量の偏りを無くすようにアンバランス運転を制御するインターナルポンプ速度制御装置構成として実施するものである。
【００８２】
本実施形態の装置は、図１１に示すように、原子炉再循環流量制御装置７に炉心流量の偏りを監視する炉心流量監視部７Ｇを設け、炉心流量の偏りが許容値を超えた場合には炉心流量監視部７Ｇはアンバランス運転制御部７Ｆへ炉心流量の偏りの抑制を要求するようになっている。
【００８３】
炉心流量監視部７Ｇは、原子炉圧力容器１に４箇所設置されたポンプ部差圧計９の各測定値の相互関係から炉心流量の偏りを算出・監視する。そして、炉心流量の偏りがあらかじめ設定しておいた許容値を超えた場合に、アンバランス運転制御部７Ｆに炉心流量の偏りを出力する。
【００８４】
アンバランス制御部７Ｆは、炉心流量監視部７Ｇから出力された炉心流量の偏りから、炉心流量の偏りを抑制するアンバランス運転方法を演算し、各速度制御部７Ｄに速度要求を出力する。これにより、アンバランス運転による炉心流量の偏りが許容値を超えた場合に自動的に制御されることとなる。
【００８５】
なお、炉心流量の偏りは、炉心２内に４箇所設置された炉心支持板差圧計１０でも監視可能であるので、炉心流量監視部７Ｇへは炉心支持板差圧計１０の測定値を入力して実施することもできる。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、インターナルポンプが振動の大きくなる速度で連続運転を行うことがなく、必要とされる炉心流量に対応してインターナルポンプを連続的に運転制御することができ、またモータケーシングの共振領域を速やかに通過することが可能となり、連続運転可能な炉心流量の範囲が拡大されるとともに、プラント起動条件を成立させるための時間が短縮される等の効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概念を説明するグラフ。
【図２】本発明に基づくインターナルポンプ吐出流量−ポンプ部揚程特性曲線を示すグラフ。
【図３】本発明の第１実施形態によるインターナルポンプ運転方法およびその効果を示すタイムチャート。
【図４】本発明の第１実施形態によるインターナルポンプ速度制御装置の構成を示す機能ブロック図。
【図５】本発明の第１実施形態による速度制御切替機能を示すフローチャート。
【図６】本発明の第２実施形態によるインターナルポンプ運転方法およびその効果を示すタイムチャート。
【図７】本発明の第２実施形態によるインターナルポンプ速度制御装置の構成を示す機能ブロック図。
【図８】本発明の第２実施形態による速度制御切替機能を示すフローチャート。
【図９】本発明の第３実施形態によるインターナルポンプ運転方法およびその効果を示すタイムチャート。
【図１０】本発明の第３実施形態による速度制御切替機能を示すフローチャート。
【図１１】本発明の第４実施形態によるインターナルポンプ速度制御装置の構成を示す機能ブロック図。
【図１２】（Ａ），（Ｂ）は、改良型沸騰水型原子炉の断面図および平面図。
【図１３】従来のインターナルポンプ速度制御装置の構成を示す図。
【図１４】インターナルポンプ速度とモータケーシング振動の特性を示す図。
【図１５】従来のインターナルポンプ運転方法での炉心流量制御範囲を示す図。
【符号の説明】
１ 原子炉圧力容器
２ 炉心
３ インターナルポンプ
４ 駆動用モータ
５ モータケーシング
６ 可変周波数電源装置
７ 原子炉再循環流量制御装置
７Ａ 力制御部
７Ｂ 流量制御部
７Ｃ ギャング速度制御部
７Ｄ 速度制御部
７Ｅ アンバランス運転制御部
７Ｅ 炉心流量偏り監視部
８ モータケーシング振動計
９ ポンプ部差圧計
１０ 炉心支持板差圧計
Claims (6)
- 可変速運転可能な複数台のインターナルポンプを駆動して、原子炉運転要求に基づく炉心流量の制御を行う原子炉の炉心流量制御方法において、前記インターナルポンプのポンプ速度がモータケーシングの共振領域に該当する連続回転不可範囲に達する時点でポンプ毎に、または任意台数のポンプで構成されるグループ毎に、炉心全体流量を維持する状態で前記共振領域を退避する速度差をもって駆動することにより、ポンプ振動が小さい速度領域で全インターナルポンプを連続運転させて原子炉の炉心流量を制御することを特徴とする原子炉の炉心流量制御方法。
- 可変速運転可能な複数台のインターナルポンプを駆動して、原子炉運転要求に基づく炉心流量の制御を行う原子炉の炉心流量制御方法において、前記インターナルポンプのポンプ速度がモータケーシングの共振領域に該当する連続回転不可範囲に達する時点でポンプ毎に、または任意台数のポンプで構成されるグループ毎に、炉心全体流量を維持する状態で前記共振領域を退避する速度差をもって駆動することにより、ポンプ振動が小さい速度領域で全インターナルポンプを連続運転させて原子炉の炉心流量を制御する原子炉の炉心流量制御方法であって、前記インターナルポンプを任意台数で構成される複数のグループに分け、それぞれのグループ毎にポンプ速度を昇降速させることにより、前記共振領域における振動の増加を抑え炉心流量を制御することを特徴とする原子炉の炉心流量制御方法。
- 可変速運転可能な複数台のインターナルポンプを駆動して、原子炉運転要求に基づく炉心流量の制御を行う原子炉の炉心流量制御方法において、前記インターナルポンプのポンプ速度がモータケーシングの共振領域に該当する連続回転不可範囲に達する時点でポンプ毎に、または任意台数のポンプで構成されるグループ毎に、炉心全体流量を維持する状態で前記共振領域を退避する速度差をもって駆動することにより、ポンプ振動が小さい速度領域で全インターナルポンプを連続運転させて原子炉の炉心流量を制御する原子炉の炉心流量制御方法であって、前記共振領域にて振動の大きい任意のポンプの運転速度を振動が小さくなる速度領域で固定し、残りのポンプ速度を昇降速させることにより炉心流量を制御することを特徴とする原子炉の炉心流量制御方法。
- 前記ポンプの振動が小さいポンプ速度領域で炉心流量を制御することを特徴とする請求項２または請求項３記載の原子炉の炉心流量制御方法。
- 前記炉心流量の偏りが、許容値を超えた場合に炉心流量の偏りを無くするようにポンプ速度を自動的に制御することを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の原子炉の炉心流量制御方法。
- 請求項１から５までのいずれかに記載の炉心流量制御方法を実施するための炉心流量制御装置であって、前記インターナルポンプの連続運転可能速度範囲を一律または任意のポンプに対し設定し、ポンプ連続運転可能速度範囲外での連続運転を自動的に回避する手段を備えたことを特徴とする原子炉の炉心流量制御装置。
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