JP4585527B2

JP4585527B2 - 原子炉システムのトリップ制御方法及び原子炉システム

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Publication number: JP4585527B2
Application number: JP2007008164A
Authority: JP
Inventors: ジャガナザン・シーヌ・スリニヴァサン
Original assignee: Westinghouse Electric Co LLC
Current assignee: Westinghouse Electric Co LLC
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2007-01-17
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2027-01-17
Also published as: JP2007232712A

Description

本発明は包括的には原子炉に関し、より詳細には、原子炉の指定された許容燃料設計限界が確実に超えられないように、原子炉トリップシステムを用いて原子炉のトリップを開始させ、原子炉を緊急停止させる原子炉システムのトリップ制御方法及び原子炉システムに関する。

［関連出願の相互参照］
本願は、２００５年４月１日付けで出願された「Over Temperature and Over Power Delta-T Operating Margin」という名称の米国仮特許出願第６０／６６７、３２０号の利点を主張するものである。

加圧水型原子炉（ＰＷＲ）のような原子炉の指定された許容燃料設計限界が確実に超えられないようにするために、通常、原子炉トリップシステム（ＲＴＳ）が用いられる。ＲＴＳは、制御棒制御システムへの電力を遮断し、制御棒が重力によって炉心内に落下できるようにすることによって、反応度制御システムの、一般的に原子炉スクラム機能と呼ばれる、制御棒の迅速な挿入を自動的に開始するように設計される。一般的に、ＲＴＳは、原子炉トリップを開始するために必要とされる種々の異なるデバイス（たとえば、限定はしないが、電源、センサ、通信リンク、ソフトウエア／ファームウエア、開始回路、論理マトリックス、バイパス、インターロック、開閉装置、駆動ロジック及び駆動されるデバイス）を含む。そのようなデバイスを用いて、ＲＴＳは、確立された設定値が超えられるときに、トリップを開始し、原子炉を停止する。

ＲＴＳは、原子炉トリップ機能の中でも、たとえば、限定はしないが、過大な出力に対して保護するために（すなわち、燃料棒定格出力保護）、原子炉トリップを引き起こすように設計される過出力デルタ温度（ＯＰＤＴ）トリップ、及び過熱デルタ温度（ＯＴＤＴ）トリップを含む、炉心除熱トリップ（core heat removal trip）を提供する。従来では、そのようなトリップのためのＯＴＤＴ設定値及びＯＰＤＴ設定値は、原子炉冷却システム（ＲＣＳ）のホットレグ及びコールドレグの両方において測定される温度差の動的な補償、ホットレグ温度及びコールドレグ温度の平均値、並びに原子炉の炉心内の炉心出力分布に基づいて計算される。しかしながら、ホットレグ内の温度を測定する方法に起因して、且つホットレグ内の熱が流れることに起因して、定常状態での温度に揺らぎがあり、それにより逆にＯＰＤＴトリップ設定値及びＯＴＤＴトリップ設定値の正当性が疑われる。

より具体的には、いくつかの原子力発電所は、たとえば、原子炉容器上部プレナムから生じる不規則なホットレグ温度（Ｔ_ｈｏｔ）の揺らぎを受けており、その場合に、ホットレグ内の温度は、急勾配で約１°Ｆ〜約３°Ｆだけ急激に上昇し、数秒間、高温のままであり、最後に、元の温度に戻ることがわかっている。他にも不利なことはあるが、そのような温度変動は、ＯＰＤＴ又はＯＴＤＴの安全動作マージンの減少に繋がるので望ましくない。さらに、この結果として、たとえば、部分的なタービンランバック、実際のタービンランバック（すなわち、２つ以上のチャネルが影響を及ぼされるとき）、又は極端な場合には、原子炉トリップが生じる可能性がある。そのようなホットレグ温度の揺らぎは、原子炉冷却システム（ＲＣＳ）の先に説明されたホットレグ流が流れるという現象に原因があると考えられる。そのようにホットレグ流が流れることは、測定されるＲＣＳ平均温度に悪影響を及ぼしており、それが多くの場合に、制御棒制御システムへの入力として用いられるので、制御棒制御システムが自動モードにあるときに、制御棒を誤って段階的に動かす恐れがある。そのような制御棒の段階的な動作を避けるために、いくつかの発電所では、手動制御棒制御モードによる動作を余儀なくされている。さらに、上記の揺らぎに対応しようとして、コールドレグ及びホットレグの両方においてフィルタリング機能を与えるために、両方のレグの平均温度が得られた後に、ＲＴＳにおいて複数のフィルタが用いられることが必要とされている。

それゆえ、ＲＴＳの保護機能、詳細には、過出力デルタ温度（ＯＰＤＴ）トリップ機能及び過熱デルタ温度（ＯＴＤＴ）トリップ機能を変更することが必要とされている。

それゆえ、ＯＰＤＴ及びＯＴＤＴの動作マージン回復方法、及びそれを利用する原子炉システムには改善の余地がある。

これらの要件及び他の要件は、過出力デルタ温度（ＯＰＤＴ）、過熱デルタ温度（ＯＴＤＴ）の動作マージン回復方法を対象とする本発明によって満たされる。

本発明の一態様として、原子炉システムで実行される原子炉システムのトリップ制御方法が提供される。原子炉システムは、原子炉の炉心温度及び炉心出力分布を有し、蒸気発生器と、原子炉冷却システム（ＲＣＳ）と、原子炉トリップシステム（ＲＴＳ）とを備える。原子炉冷却システムが、原子炉で加熱されたホットレグ流体の温度を測定し、ホットレグ流体のみの温度の揺らぎに起因する信号の摂動を平準化する単一のフィルタによりフィルタリングされたホットレグ温度信号を出力すると共に、ホットレグ流体を蒸気発生器へ送り、熱交換後のコールドレグ流体の温度を測定し、フィルタリングされていないコールドレグ温度信号を出力し、コールドレグ流体を原子炉に戻して原子炉を冷却する工程と、原子炉トリップシステムが、原子炉冷却システムから出力されるフィルタリングされたホットレグ温度信号と、フィルタリングされていないコールドレグ温度信号との平均値を用いて原子炉の緊急停止の判断基準とする過熱デルタ温度（ＯＴＤＴ）設定値、及び過出力デルタ温度（ＯＰＤＴ）設定値を設定し、原子炉冷却システムから出力されるフィルタリングされたホットレグ温度信号と、フィルタリングされていないコールドレグ温度信号との偏差として演算される１次冷却材温度差が過熱デルタ温度設定値を超えるか、あるいは１次冷却材温度差が過出力デルタ温度設定値を超えるかのいずれかの場合に原子炉を緊急停止させるトリップ信号を出力する工程とを含むことを特徴とする。

本方法の原子炉システムは、原子炉を緊急停止させる制御棒の制御を行う原子炉制御システムをさらに備えていて、原子炉トリップシステム（ＲＴＳ）が、１次冷却材温度差が過熱デルタ温度（ＯＴＤＴ）設定値を超えたときに原子炉トリップを開始させるために、原子炉制御システムに対してトリップ信号を出力すると共に、１次冷却材温度差が過出力デルタ温度（ＯＰＤＴ）設定値を超えたときに原子炉トリップを開始させるために、原子炉制御システムに対してトリップ信号を出力する工程をさらに含んでもよい。したがって、従来から知られている、個別のＴａｖｇフィルタ及びデルタＴフィルタを設ける要件、並びにホットレグ及びコールドレグの両方においてフィルタリングを実施する要件をなくすことができる。

本発明の別の態様として、炉心温度及び炉心出力分布を有する原子炉のための原子炉システムが提供される。原子炉システムは、蒸気発生器と、原子炉で加熱されたホットレグ流体の温度を測定し、ホットレグ流体のみの温度の揺らぎに起因する信号の摂動を平準化する単一のフィルタによりフィルタリングされたホットレグ温度信号を出力すると共に、ホットレグ流体を蒸気発生器へ送り、熱交換後のコールドレグ流体の温度を測定し、フィルタリングされていないコールドレグ温度信号を出力し、コールドレグ流体を原子炉に戻して原子炉を冷却する原子炉冷却システム（ＲＣＳ）と、原子炉冷却システム（ＲＣＳ）から出力されるフィルタリングされた前記ホットレグ温度信号と、フィルタリングされていない前記コールドレグ温度信号との平均値を用いて原子炉の緊急停止の判断基準となる過熱デルタ温度（ＯＴＤＴ）設定値、及び過出力デルタ温度（ＯＰＤＴ）設定値を設定し、前記１次冷却材温度差が前記過熱デルタ温度（ＯＴＤＴ）設定値を超えるか、あるいは測定された前記１次冷却材温度差が前記過出力デルタ温度（ＯＰＤＴ）設定値を超えるかのいずれかの場合に前記原子炉を緊急停止させるトリップ信号を出力する原子炉トリップシステム（ＲＴＳ）とを備えたことを特徴とする。このように、ホットレグ内だけに配置される単一のフィルタを用いることにより、原子炉冷却システム（ＲＣＳ）において個別のＴａｖｇフィルタ及びデルタＴフィルタを設ける要件、並びにホットレグ及びコールドレグの両方においてフィルタリングを実施する要件をなくすことができる。

原子炉トリップシステム（ＲＴＳ）は、第１のコンパレータと第２のコンパレータをさらに備え、第１のコンパレータは、測定された１次冷却材温度差と過熱デルタ温度（ＯＴＤＴ）設定値とを比較し、１次冷却材温度差が過熱デルタ温度（ＯＴＤＴ）設定値を超えた場合に原子炉を緊急停止させるトリップ信号を出力し、第２のコンパレータは、測定された１次冷却材温度差と過出力デルタ温度（ＯＰＤＴ）設定値とを比較し、１次冷却材温度差が過出力デルタ温度（ＯＰＤＴ）設定値を超えた場合に原子炉を緊急停止させるトリップ信号を出力してもよい。さらに、原子炉を緊急停止させる制御棒の制御を行う原子炉制御システムを備え、原子炉トリップシステム（ＲＴＳ）は、１次冷却材温度差が過熱デルタ温度（ＯＴＤＴ）設定値を超えたときに原子炉トリップを開始させるために、原子炉制御システムに対してトリップ信号を出力し、１次冷却材温度差が過出力デルタ温度（ＯＰＤＴ）設定値を超えたときに原子炉トリップを開始させるために、原子炉制御システムに対してトリップ信号を出力してもよい。

原子炉は加圧水型原子炉（ＰＷＲ）であってもよく、原子炉トリップシステム（ＲＴＳ）は、１次冷却材温度差が過熱デルタ温度（ＯＴＤＴ）設定値を超えたか、１次冷却材温度差が過出力デルタ温度（ＯＰＤＴ）設定値を超えたときに、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）のトリップを開始させるトリップ信号を出力することを特徴とする。

添付の図面と合わせて以下に記述される好ましい実施形態の説明を読むと、本発明を完全に理解することができる。

［ホットレグ及びコールドレグの両方におけるＴ_ａｖｇ及びデルタＴのフィルタリング］
図１は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）２と、その蒸気発生器６のためのホットレグ流体温度測定アセンブリ４とを、簡単な形で示す。一般的に、原子炉２は、管路８を介して水を受け取り、その水を加熱し、その水は、ホットレグとして知られている、別の管路１０において原子炉２を出る。管路内を流体が流れる方向に対して垂直な円形平面上に配置される３つのセンサＡ、Ｂ、Ｃを示すために、図１において、ホットレグ１０は、拡大された簡単な断面の形で示される。センサＡ、Ｂ、Ｃは、たとえば、熱電対或いは任意の他の既知の、又は適当な熱応答抵抗デバイスを含み、リードＡ１、Ｂ１、Ｃ１によってプロセッサ１２に接続される。図１の例では、プロセッサ１２は、メモリユニット１４と、センサＡ、Ｂ、Ｃによってそれぞれ与えられる温度Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂ、Ｔ_Ｃ（特に図示されない）を指示するためのディスプレイ１６とを備える。ホットレグ１０内の総合的な測定温度内の偏り又はオフセット誤差を再現可能な値まで低減するために、その相対的な大きさに基づいて、Ｔ_Ａ、Ｔ_Ｂ、Ｔ_Ｃに異なる重み係数を割り当てることが知られている。たとえば、Ｔ_Ａが最も低い測定温度を生成するものと仮定すると、それは他のセンサよりも小さな重み値を受信し、Ｔ_Ａのための重み係数が２０パーセントである場合には、Ｔ_Ｂ及びＴ_Ｃのための重み係数がそれぞれ４０パーセントであるようにする。このようにして、最も雑音が多いセンサ（すなわちＴ_Ａ）には２０パーセントの重み係数が割り当てられ、その誤差は、他の２つのセンサにおけるＴ_Ｂ及びＴ_Ｃのオフセットの和の２０パーセントである。この誤差は、解析において、又は基準化において相殺することができる。こうして、最も雑音が多いセンサに２０パーセントだけの重み付けされた値を割り当てることによって、温度の揺らぎの影響を小さくすることができ、動作マージンを大きくすることができる。上記の方法及びシステムは一般的に知られており、米国特許第５，２５３，１９０号にさらに詳細に記述される。

上記の事柄は、蒸気発生システム６のホットレグ１０内の流体の温度の測定に関する当該技術分野の進歩を示すが、依然として原子炉トリップシステム（ＲＴＳ）の設定値の設定をさらに改善することが実際に必要であることが認識されており、詳細には、過熱デルタ温度（ＯＴＤＴ）トリップ設定値及び過出力デルタ温度（ＯＰＤＴ）トリップ設定値を設定するためのシステム及び方法を改善することによって、原子炉動作マージンを回復することが必要とされている。

図２では、既知の方法又は制御方式１８及びＲＴＳ２０の一部が簡単な形で示される。先に説明されたように、ＯＴＤＴ設定値２２及びＯＰＤＴ設定値２４は、現在、ホットレグ及びコールドレグの温度の平均値Ｔ_ａｖｇの動的な補償、及び原子炉２（図１）の炉心内の炉心出力分布（図示せず）に基づいて計算されている。

動作時に、全体として図２の参照番号３０によって示される設定値回路によって、ＯＴＤＴ設定値２２が生成される。ＯＴＤＴ設定値２２は、圧力及びＦ−デルタＴ信号によっても影響を及ぼされる。その後、コンパレータ３２が、ホットレグ１０の温度出力信号１３及びＲＣＳ２１のコールドレグ１１の温度出力信号１５内の炉心温度（すなわち、コールドレグ及びホットレグの温度差）又はデルタＴと、回路３０によって生成されたＯＴＤＴ設定値２２とを比較する。デルタＴが超えられる場合には、原子炉制御システム（図２では全体として参照番号４２によって示される）に対してトリップ信号３４が発行され、制御棒（図示せず）が動くのを（すなわち、引き抜くのを）禁止し、且つ／又は原子炉トリップを開始する。同様に、ＯＰＤＴ設定値２４は、図２において全体として参照番号３６によって示される設定値回路によって実施される。この回路３６では、炉心出力分布がデルタＴによって測定され、出力内の任意のピークが指摘され、コンパレータ３８によってＯＰＤＴ設定値２４と比較される。デルタＴがＯＰＤＴ設定値を超える場合には、設定値２４がどの程度大きく超えられたかによって、トリップ信号４０が生成され、さらに制御棒が動くのを阻止し、且つ／又は原子炉トリップを開始する。

図１に関連して先に説明された、ホットレグ１０内の温度を測定する上記の方法によれば、熱が流れること（すなわち、たとえば、層形成、混合等によって温度信号が摂動し、結果として流体管路の同じ長手方向の位置内の種々の径方向の位置において温度読み値に差が生じ、且つ揺らぐ可能性があること）、及びそれに関連するホットレグ１０内の他の流体の流動現象に起因して、定常状態での温度に揺らぎが生じ、それは、ＯＴＤＴ設定値２２及びＯＰＤＴ設定値２４に悪影響を及ぼす（すなわち、それらの値を減少させる）。さらに、これらの温度の揺らぎから生じる信号の摂動をフィルタリングし、且つ平滑化し、それにより設定値２２、２４の減少を食い止めるために、フィルタ２６、２８が必要とされる。図２に示されるように、既存のＲＣＳ２０は、少なくとも２つの個別のフィルタ２６、２８を必要とする。具体的には、上記の不都合な温度の揺らぎに対応するために、フィルタ２６が、Ｔ_ａｖｇ信号のフィルタリングを実行するために必要とされ、第２のフィルタ２８が、デルタＴ信号のフィルタリングを実行するために必要とされる。そのような既知の二重フィルタリングが、ＲＣＳ２１のホットレグ１０及びコールドレグ１１の両方において実行され、結果として、ＯＴＤＴトリップマージン及びＯＰＤＴトリップマージンが回復するようになる。しかしながら、この二重フィルタリングは、コールドレグ１１において変化がある場合であっても行われることになり、それゆえ、ＲＴＳ２０による原子炉安全マージンに悪影響を及ぼす（すなわち、それを減少させる）。本発明は、これらの不都合な点を克服し、それにより、安全マージンに影響を及ぼすことなく、ＯＴＤＴトリップ機能設定値１２２及びＯＰＤＴトリップ機能設定値１２４を改善し（すなわち、増加させ）、貴重な動作マージンを回復するための役割を果たす、方法１１８及び原子炉トリップシステム（ＲＴＳ）１２０を提供する。

［ホットレグのみのフィルタリング及びＯＴＤＴ、ＯＰＤＴの動作マージンの回復］
図３に示されるように、本発明は、ＯＴＤＴ及びＯＰＤＴの動作マージン回復方法１１８及びＲＴＳ１２０を提供し、望ましくない温度の揺らぎに対応するためのフィルタリングが、単一のフィルタ１２６を用いることによって、ホットレグ１０においてのみ実行される。具体的には、たとえば、限定はしないが、約１〜約４秒の可変の時定数を有するローパスフィルタがホットレグ１０に導入される。さらに、本発明の目的は、ＯＴＤＴ及びＯＰＤＴチャネル又は回路１３０、１３６において個別に用いられるべき、ホットレグ温度及びコールドレグ温度Ｔ_ｈｏｔ及びＴ_ｃｏｌｄ、並びにそれぞれに関連付けられる温度信号１３、１５を分離することである。具体的には、たとえば、限定はしないが、蒸気破断のような事象に起因してコールドレグ１１の温度が変化する図２の既存のフィルタリング方式によれば、デルタＴの大きさがフィルタリングされ、低減される（たとえば、デルタＴプロット、詳細には、図４に描かれる実線において示される、第１のスパイクを参照されたい）。逆に、図３の提案されたフィルタリング方式によれば、コールドレグ１１の温度の変化はデルタＴに影響を及ぼすことになり（たとえば、図５に描かれる実線において示される、デルタＴプロットを参照されたい）、Ｔ_ｈｏｔフィルタは、デルタＴ信号又はＯＰＤＴ（たとえば、図７に描かれる実線において示されるマージンプロットを参照されたい）を変更しないので、原子炉トリップは、必要に応じて生じることになり、それにより、炉心が目的どおりに保護される。したがって、図３に示される、本発明の提案されたフィルタリング方式及び方法によれば、ホットレグ温度の揺らぎを個別に動的に補償できるようになり、揺らぎによってＯＰＤＴトリップ機能が影響を及ぼされることがないという利点がある。

たとえば、負荷遮断過渡状態（load rejection transients）中に、限界熱流束比（ＤＮＢＲ）マージンに影響を及ぼすことなく、Ｔ_ｈｏｔ温度信号１３だけをフィルタリングすることも有益である。具体的には、負荷遮断中に、最初に、コールドレグ１１内の温度が上昇し、炉心デルタＴが減少する。ホットレグ１０内に本発明によるフィルタが存在するとき、デルタＴの減少が、より顕著になる。それゆえ、動作マージンの増加又は回復が達成される。これらの負荷遮断は約１０％〜約５０％にすることができ、一般的には、安全解析における負荷過渡状態の喪失によって制限されることに留意されたい。本発明による提案された変更が用いられる場合には、負荷遮断が約５０％未満である発電所の場合に、その発電所が、任意の安全システムを呼び起こすことなく、その過渡状態を乗り切ることができることが期待される。さらに、本発明による、ホットレグだけをフィルタリングすることは、安全判定規準及び最終安全解析報告（ＦＳＡＲ）解析への影響を最小限に抑える。

ＲＣＳ１２０のホットレグ１０においてのみフィルタリングを実施することは、定常状態のホットレグ１０の温度の揺らぎ中に、ＯＴＤＴ設定値１２２及びＯＰＤＴ設定値１２４の減少を阻み（すなわち、最小限に抑え）、それゆえ、原子炉動作マージンを最適化する。具体的には、Ｔ_ｈｏｔフィルタ１２６が用いられるときに、Ｔ_ａｖｇはゆっくり上昇し、その結果として、設定値がゆっくり減少する。したがって、熱が流れること、並びに信号及び温度の揺らぎ等によって、これまでのようにＯＴＤＴ／ＯＰＤＴトリップ機能を不都合に呼び出すことが、本発明による、Ｔ_ｈｏｔのみのフィルタリングによって最小限に抑えられる。

より具体的には、図３と図２とを比較すると、ホットレグ１０及びコールドレグ１１の両方においてＴ_ａｖｇ及びデルタＴをフィルタリングするために従来必要とされていた個別のフィルタ２６、２８の代わりに、ホットレグ１０内だけに単一のフィルタ１２６が実装され、それにより、制御方式又は動作マージン回復方法１１８が大幅に簡略化されることは理解されよう。ＲＣＳ１２０の設定値回路１３０、１３６においてＴ_ａｖｇ及びデルタＴを個別にフィルタリングするのを不要にすることによって、入手可能な原子炉動作マージンが損なわれるのが大幅に小さくなる。これは、１つには、付加的なフィルタリングが行われる度に、設定値１２２、１２４が必然的に減少し、動作マージンが減少するためである。言い換えると、Ｔ_ａｖｇフィルタ２６及びデルタＴフィルタ２８（図２）をなくすことによって、ＯＴＤＴ設定値１２２及びＯＰＤＴ設定値１２４は、より高い値に設定され、それゆえ、原子炉動作マージンが大きくなる。したがって、本発明は、たとえば、原子炉の安全動作を決して危険に陥れることはないが、それにもかかわらず、設定されたＯＴＤＴ設定値２２及びＯＰＤＴ設定値２４が低く、容易に超えられたために以前にはＲＴＳ２０（図２）を起動したような、限界に近い過熱又は過出力過渡状態から生じる、原子炉動作の極めて望ましくない中断の発生を最小限に抑える。本発明の方法及びシステムによって、さらに高いＯＴＤＴ設定値１２２及びＯＰＤＴ設定値１２４を与える結果として、大幅な原子炉動作マージンが回復される。具体的には、原子炉制御システム１４２を起動するためにトリップ信号１３４、１４０が入力され、少ない頻度で原子炉トリップが開始される。

要約すると、図４、図５、図６及び図７に示されるように、本発明のＴ_ｈｏｔフィルタリング方式は、（１）デルタＴの揺らぎの大きさを不必要にフィルタリング又は変更（すなわち、低減）することがなく、それゆえ、発電所安全解析を変更する必要がなく、（２）ＯＴＤＴ／ＯＰＤＴ設定値１２２、１２４の減少の量を低減し（すなわち、最小限に抑え）、それにより、従来の提案（図２）に比べて動作マージンを大きくする。

本発明の方法及びシステムの便益及び利点は、以下の実施例を参照することにより、さらに十分に理解することができる。実施例は、本発明によって提供される原子炉動作マージン回復の一例を示すためだけに与えられており、本発明の範囲を決して限定するものではない。

実施例のために、本発明による、ホットレグのみのフィルタリングが、代表的な原子力発電所モデルにおいて実行され、先に説明された、既知の二重のＴ_ａｖｇ及びデルタＴのフィルタリング方法と比較された。実施例では、フィルタの可変時定数は、ホットレグのみのフィルタ１２６（図３）の場合には約４秒であり、Ｔ_ａｖｇフィルタ２６及びデルタＴフィルタ２８（図２）の両方においては約４秒であった。しかしながら、例示的な４秒の時定数は、例示のためだけに与えられる、１つの実現可能な例を表すにすぎないこと、及び別法では、たとえば、限定はしないが、約１秒〜約１０秒の範囲の任意の適当な代替の時定数を用いることができることは理解されたい。

その後、多数のパラメータが比較され、以下の結果が実現された。
１．負荷遮断解析：本発明のＴ_ｈｏｔだけのフィルタ１２６は、既知のＲＴＳ２０（図２）の既存のＴ_ａｖｇフィルタ２６、デルタＴフィルタ２８よりも約２〜３パーセント高い負荷遮断能力を与えた。たとえば、既存のフィルタリング方式の場合に、その原子力発電所が、１００％からの３６％〜３７％負荷遮断を乗り切ることができる場合には、本発明による提案されたＴ_ｈｏｔだけのフィルタリングの場合には、その原子力発電所は、原子炉トリップを生じることなく、３９％〜４０％負荷遮断を乗り切ることができるであろう。
２．１００％出力時蒸気配管破断（ＳＬＢ）解析：本発明によるＴ_ｈｏｔだけのフィルタリングは、既存のシステム２０（図２）よりも約４〜５パーセント高い出力ピークを与え、それゆえ、安全マージンを与えた。
３．定常状態の揺らぎ：例示的な動作マージン回復方法１１８は、Ｔ_ａｖｇ及びデルタＴのフィルタリングが提供された場合と概ね同じ動作マージン回復を与え、それにより、本発明の個別のＴ_ｈｏｔフィルタ１２６及び方法１１８の効率を実証した。
４．出力時制御棒引抜き（ＲＷＡＰ）過渡応答：ＲＷＡＰ過渡応答解析の結果は、Ｔ−ｈｏｔだけのフィルタリングの場合、最小ＤＮＢＲに関して、より限定的になることがある。しかしながら、ホットレグ１０内のフィルタ１２６の時定数を最適化することによって、安全マージンを保持することができる。さらに、先に説明されたような、本発明の例示的な単一フィルタシステム１２０及び方法１１８の利点は、いかなる差があるにしても、はるかに勝っている。
５．制御棒制御システムの影響：本発明によるＴ_ｈｏｔだけのフィルタリングは、制御システムのためにＴ_ａｖｇが用いられるので、より良好な制御棒制御を与えた。本発明に従って、ホットレグ１０内でフィルタを用いることにより、Ｔ_ａｖｇの揺らぎが減少し、それゆえ、制御棒の動きが減少する。

したがって、上記の実施例は、本発明が、数ある利点の中でも、Ｔ_ｈｏｔフィルタリングだけを利用することによって、２つの個別のＴ_ａｖｇフィルタリング過程及びデルタＴフィルタリング過程を有することを不要にする、改善されたＯＴＤＴ／ＯＰＤＴ動作マージン回復方法１１８及び原子炉システム１２０を提供することを明らかに示している。さらに、本発明は、ＯＴＤＴトリップ機能及びＯＰＤＴトリップ機能を改善し、詳細には、ＯＴＤＴ設定値１２２及びＯＰＤＴトリップ設定値１２４を増加し、結果として、貴重な原子炉動作マージンを回復する（たとえば、最大約３パーセント、又はそれ以上）。

本発明によって提供され、上記の実施例による、上記の利点は、図４〜図７を参照することにより、さらに理解及び認識されるであろう。図４〜図７は、図２に関して先に図示及び説明された既存のＴ_ａｖｇ及びデルタＴのフィルタリング方式、及び図３に示される本発明の改善されたＴ−ｈｏｔフィルタリングシステム及び方法の、デルタＴ並びにＯＰＤＴに対するマージンをそれぞれ比較するグラフを提供する。それらのグラフは例示を簡単にするためにのみ与えられており、本発明の範囲を限定することを意図していないことは理解されよう。

図４は、蒸気配管破断状態に対応する、図２に示される既知の方法及びフィルタリングシステムが受けるデルタＴの揺らぎを比較するプロットを示しており、実線は既存のフィルタリングシステムによるデルタＴを表し、破線は同じ事象の場合の測定されたデルタＴを表す。第１のデルタＴの上昇（すなわちスパイク又はピーク）はＴ_Ｃｏｌｄの揺らぎに起因する。第２のピークはＴ_ｈｏｔの揺らぎに起因する。図２の方法は、図に示されるように、両方をフィルタリングする。しかしながら、図５に示されるように、本発明の改善されたフィルタリングシステム及び方法によれば、第１のスパイクはフィルタリングされず（たとえば、図５に描かれる実線を参照されたい）、第２のスパイクは減衰するであろう。その比較は、３００秒の持続時間にわたって行われ、両方のシステムのフィルタは約４秒の同じ時定数を有し、進み／遅れ値３／３に設定された。図に示されるように、従来のフィルタリング方式（図２）は、結果として、両方のスパイクの場合に、デルタＴの揺らぎの大きさがフィルタリングされ、大幅に低減されるのに対して、本発明によるホットレグ内のみのフィルタリング（図３）では、結果として、第１のスパイクの場合にデルタＴの揺らぎの大きさが概ね変化しない。これは、本発明が、図示される、蒸気配管破断のような過渡状態の影響の全スペクトルを正確に反映し、目的通りに、原子炉がトリップすることになるようにするシステム及び方法を提供するという事実を裏付けている。逆に、既存の方法によるデルタＴの揺らぎの大きさは、図４において実線で描かれる第１のスパイクの場合に大幅に低減されており、それにより、目的通りに、確実に原子炉がトリップするために、発電所安全解析を変更する必要がある。

図６及び図７は、本発明によって提供されるＲＴＳ設定値の上記の改善の一例を示す。図６及び図７のプロットの場合のシステムパラメータは、図４及び図５に関連して説明されたパラメータと概ね同じであった。具体的には、図６は、図２の既存のフィルタリング方式の場合のＯＰＤＴトリップに対するマージンを比較する。破線を参照して図示されるように、測定されたマージンは、実線で示される両方のスパイクの場合に増加する。しかしながら、図７に実線で示されるように、本発明の方法（図３）によれば、ＯＰＤＴトリップに対する測定されたマージンと比べて、第１のスパイクの場合のマージンは増加しなかった。したがって、同じ安全マージンが保持される。

したがって、本発明は多数の利点を提供し、それらの利点には、限定はしないが、揺らぎがＴ_ｈｏｔの揺らぎに起因するときに、ＯＰＤＴ動作マージン及びＯＴＤＴ動作マージンを約３パーセントまで回復すること、揺らぎがＴ_ｃｏｌｄの揺らぎに起因するときに、ＯＰＤＴのためのマージンの回復がないこと、タービンランバックを生じることなく、温度の揺らぎに対応すること、原子炉安全システムを呼び出す回数が少ないこと、（自動制御棒制御において動作するとき）制御棒の段階的な動作が最小限に抑えられること、及び付加的な動作マージンに起因して、より積極的な燃料管理を支援することができることが含まれる。

本発明の具体的な実施形態が詳述されてきたが、それらの細部に対する種々の変更形態及び代替形態を、本開示の教示全体に鑑みて開発することができることは、当業者には理解されよう。したがって、開示される個々の構成は、本発明の範囲に関して、例示することだけを意図しており、限定することを意図するものではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲、及びありとあらゆるその均等物の十分な広がりを与えられるべきである。

加圧水型原子炉のための既知の蒸気発生システム、及びそのホットレグ内の温度を測定するための方法の概略図である。原子炉トリップシステム（ＲＴＳ）の一部を示し、２つのフィルタを用いて、図１の蒸気発生システムのための過熱デルタ温度（ＯＴＤＴ）設定値及び過出力デルタ温度（ＯＰＤＴ）設定値を求めるための方法を示す、簡略化した流れ図である。本発明による、ＯＴＤＴ及びＯＰＤＴの動作マージン回復方法を示し、ホットレグ内だけに単一のフィルタを利用する原子炉トリップシステム（ＲＴＳ）の一部を示す、簡略化した流れ図である。実線において示される図２の方法から生じるデルタＴと、破線において示される測定されたデルタＴとを比較する一例のグラフである。図４と同じパラメータを有するが、本発明による、実線において示される図３の方法から生じるデルタＴと、破線において示される測定されたデルタＴとを比較する一例のグラフである。実線において示される図２のＲＴＳ及び方法のためのＯＰＤＴトリップに対するマージンと、破線において示されるＲＴＳのためのＯＰＤＴトリップに対する測定されたマージンとを比較する一例のグラフである。実線において示される図３のＲＴＳ及び方法のためのＯＰＤＴトリップに対するマージンと、破線において示されるＲＴＳのためのＯＰＤＴトリップに対する測定されたマージンとを比較する一例のグラフである。

Claims

原子炉システムで実行される原子炉システムのトリップ制御方法であって、
前記原子炉システムは、原子炉の炉心温度及び炉心出力分布を有し、蒸気発生器と、原子炉冷却システムと、原子炉トリップシステムとを備え、
前記原子炉冷却システムが、前記原子炉で加熱されたホットレグ流体の温度を測定し、ホットレグ流体のみの温度の揺らぎに起因する信号の摂動を平準化する単一のフィルタによりフィルタリングされたホットレグ温度信号を出力すると共に、前記ホットレグ流体を前記蒸気発生器へ送り、熱交換後のコールドレグ流体の温度を測定し、フィルタリングされていないコールドレグ温度信号を出力し、前記コールドレグ流体を前記原子炉に戻して前記原子炉を冷却する工程と、
前記原子炉トリップシステムが、前記原子炉冷却システムから出力されるフィルタリングされた前記ホットレグ温度信号と、フィルタリングされていない前記コールドレグ温度信号との平均値を用いて原子炉の緊急停止の判断基準とする過熱デルタ温度設定値、及び過出力デルタ温度設定値を設定し、前記原子炉冷却システムから出力されるフィルタリングされた前記ホットレグ温度信号と、フィルタリングされていない前記コールドレグ温度信号との偏差として演算される１次冷却材温度差が前記過熱デルタ温度設定値を超えるか、あるいは前記１次冷却材温度差が前記過出力デルタ温度設定値を超えるかのいずれかの場合に前記原子炉を緊急停止させるトリップ信号を出力する工程と、
を含むことを特徴とする原子炉システムのトリップ制御方法。
前記原子炉システムは、前記原子炉を緊急停止させる制御棒の制御を行う原子炉制御システムをさらに備え、
前記原子炉トリップシステムが、前記１次冷却材温度差が前記過熱デルタ温度設定値を超えたときに原子炉トリップを開始させるために、前記原子炉制御システムに対してトリップ信号を出力すると共に、前記１次冷却材温度差が前記過出力デルタ温度設定値を超えたときに原子炉トリップを開始させるために、前記原子炉制御システムに対してトリップ信号を出力する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の原子炉システムのトリップ制御方法。
前記原子炉は加圧水型原子炉であることを特徴とする請求項１または２に記載の原子炉システムのトリップ制御方法。
炉心温度及び炉心出力分布を有する原子炉のための原子炉システムであって、
蒸気発生器と、
前記原子炉で加熱されたホットレグ流体の温度を測定し、ホットレグ流体のみの温度の揺らぎに起因する信号の摂動を平準化する単一のフィルタによりフィルタリングされたホットレグ温度信号を出力すると共に、前記ホットレグ流体を前記蒸気発生器へ送り、熱交換後のコールドレグ流体の温度を測定し、フィルタリングされていないコールドレグ温度信号を出力し、前記コールドレグ流体を前記原子炉に戻して前記原子炉を冷却する原子炉冷却システムと、
前記原子炉冷却システムから出力されるフィルタリングされた前記ホットレグ温度信号と、フィルタリングされていない前記コールドレグ温度信号との平均値を用いて原子炉の緊急停止の判断基準となる過熱デルタ温度設定値、及び過出力デルタ温度設定値を設定し、前記１次冷却材温度差が前記過熱デルタ温度設定値を超えるか、あるいは測定された前記１次冷却材温度差が前記過出力デルタ温度設定値を超えるかのいずれかの場合に前記原子炉を緊急停止させるトリップ信号を出力する原子炉トリップシステムと、
を備えたことを特徴とする原子炉システム。
前記原子炉トリップシステムは、第１のコンパレータと第２のコンパレータをさらに備え、
前記第１のコンパレータは、測定された前記１次冷却材温度差と前記過熱デルタ温度設定値とを比較し、前記１次冷却材温度差が前記過熱デルタ温度設定値を超えた場合に前記原子炉を緊急停止させるトリップ信号を出力し、
前記第２のコンパレータは、測定された前記１次冷却材温度差と前記過出力デルタ温度設定値とを比較し、前記１次冷却材温度差が前記過出力デルタ温度設定値を超えた場合に前記原子炉を緊急停止させるトリップ信号を出力することを特徴とする請求項４に記載の原子炉システム。
さらに、前記原子炉を緊急停止させる制御棒の制御を行う原子炉制御システムを備え、
前記原子炉トリップシステムは、
前記１次冷却材温度差が前記過熱デルタ温度設定値を超えたときに原子炉トリップを開始させるために、前記原子炉制御システムに対してトリップ信号を出力し、
前記１次冷却材温度差が前記過出力デルタ温度設定値を超えたときに原子炉トリップを開始させるために、前記原子炉制御システムに対してトリップ信号を出力することを特徴とする請求項４または５に記載の原子炉システム。
前記原子炉は加圧水型原子炉であって、
前記原子炉トリップシステムは、前記１次冷却材温度差が前記過熱デルタ温度設定値を超えたか、前記１次冷却材温度差が前記過出力デルタ温度設定値を超えたときに、前記加圧水型原子炉のトリップを開始させるトリップ信号を出力することを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の原子炉システム。