JP5639808B2

JP5639808B2 - 原子炉給水制御装置

Info

Publication number: JP5639808B2
Application number: JP2010167683A
Authority: JP
Inventors: 悠神宮司; 有俊水出
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2030-07-27
Also published as: JP2012026944A

Description

本発明は、原子炉給水制御装置に関する。

一般に、原子力プラントは、複数台の給水ポンプを有する給水設備を有している。

原子炉給水制御装置は、これら給水ポンプの回転数又は給水ポンプの流量を調整する、流量調節弁の開度を変更する等して、原子炉の水位を予め定められた位置となるよう、原子炉への給水流量を制御している。

原子炉給水制御装置は、予め定められた原子炉水位と実際の原子炉水位との偏差により制御を行う単要素制御方式を基礎とする。また、ある程度の原子炉熱出力以上では、原子炉給水流量と主蒸気流量の偏差を用いて原子炉を出入りする水の量を平衡させることで、原子炉水位の変化を先行的に防ぐ制御を追加した三要素制御方式を用いて、給水流量を制御する。

特許文献１は、原子炉水位，給水流量，主蒸気流量に加えて、原子炉出力の信号から必要給水流量を決定するよう構成された原子炉水位制御装置を開示する。

特開昭６２−１５７５９８号公報

しかしながら、特許文献１では、急激な出力低下時に給水ポンプ全台が等しく減速する。そのため、給水ポンプの最低給水能力以下に給水流量を減少させる必要が生じた場合、給水制御装置は、ポンプトリップさせる、あるいは、給水を直接復水器へ送り原子炉をバイパスさせるために、各給水ポンプの配管に設けられた給水系統の再循環弁を開放して、原子炉への給水をバイパスさせている。給水ポンプのトリップや再循環弁の開放は、急激な給水流量の変化をもたらすため水位の大きな変動をもたらすことになり、プラントの安定な運転継続の観点からも望ましくない。

本発明は、上記の問題点を考慮し原子炉のどのような出力段階においても連続的な給水ポンプ制御を可能とする給水制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、個別制御部に、原子炉の熱出力相当信号が入力されることを特徴とする。

本発明によれば、急激な出力低下時にも給水ポンプトリップまたは再循環弁を開放することなく給水流量を減少させることができるため、水位の不要な変化を抑制することが可能となる。

本発明に係る給水制御装置を備えた原子力プラントの一実施例を示す模式図である。本発明による給水制御装置の一実施例である。本発明による給水制御装置における信号選択器の一実施例である。本発明による給水制御装置における信号選択器の別の実施例である。本発明による給水制御装置における原子炉熱出力と個別制御指令Ｓ９の関係を示した例である。

図１は、給水制御装置を備えた原子力プラントの一実施例を示す。

原子炉１００で発生した主蒸気は主蒸気配管１０１を介しタービン１０２へ導かれる。ここで主蒸気はタービン１０２を回転させ、タービン１０２に接続された発電機１０３により電気エネルギーへ変換される。タービン１０２を通過した主蒸気は復水器１０４にて凝縮され液相に戻され、給水ポンプ１０５により再び原子炉１００へ還流される。給水ポンプ１０５より原子炉側には原子炉１００をバイパスし復水器１０４へつながる給水再循環系統がある。給水制御装置は、給水ポンプ１０５の制御下限能力以下での給水流量調節時には系統の再循環弁１０６を開放し、原子炉１００をバイパスする給水ポンプ給水流量の配分を変更して原子炉１００への給水流量を調整する。気水分離器１０７は、原子炉１００内の蒸気から水を分離する装置である。そして、気水分離器１０７の上側に蒸気乾燥器１０８が設けられている。主蒸気流量計１０９は主蒸気配管１０１に設けられており、原子炉１００からタービン１０２へ流れる蒸気流量を計測し、主蒸気流量信号Ｓ３を出力する。給水流量計１１０は給水ポンプ１０５によって供給される給水量を計測し、原子炉給水流量信号Ｓ２を出力する。中性子束検出器１１１は、原子炉内の中性子を検出し、給水制御装置１に中性子束計測信号Ｓ６を出力する。水位計１１２は、原子炉内の水位を計測し、原子炉水位信号Ｓ１を出力する。給水制御装置１は、給水ポンプ１０５に給水ポンプ制御指令Ｓ５を出力する。

図２は、給水制御装置の一実施例を示す。

給水制御装置１は、主制御部２及び個別制御部３により構成される。なお、個別制御部３Ａ，３Ｂ，・・・は、給水ポンプ１０５Ａ，１０５Ｂ，・・・にそれぞれ対応して設けられている。図２では、個別制御部３Ａ及び給水ポンプ１０５Ａのみを示す。主制御部２は、原子炉水位信号Ｓ１と水位設定値との偏差を比例積分演算し、給水流量要求指令Ｓ４を出力する（これを単要素制御と呼ぶ）。

一方、ある程度の出力以上では、原子炉給水流量信号Ｓ２と主蒸気流量信号Ｓ３の偏差を原子炉水位信号Ｓ１に加算し、三要素制御を行う。主制御部２からの給水流量要求指令Ｓ４は、給水ポンプごとの個別制御部３へ出力され、機器特性の補正などを経て給水ポンプ制御指令Ｓ５となる。

本実施例の主制御部２は、熱出力相当信号として中性子束計測信号Ｓ６が入力され、関数発生器４にて熱収支給水流量信号Ｓ７を計算している。熱収支給水流量信号Ｓ７は、原子炉に対しての必要な給水流量であるが、個々の給水ポンプに対して過大な値となるため、信号に処理を加える必要がある。個別制御部３Ａにおいて、入力された熱収支給水流量信号Ｓ７からバイアス信号Ｓ８を差し引き、上下限制限器５で値を制限し、制御性を調整するために制御器６で例えば比例積分演算や信号増幅を信号値に掛け、個別制御指令Ｓ９を出力する。関数発生器７は、個別制御指令Ｓ９を機器特性により補正した後、給水ポンプ制御指令Ｓ５を出力する。制御器６の機能は、信号選択器８の下流に設けたり関数発生器７に集約しても良い。

上下限制限器５の制限範囲を給水ポンプの給水能力範囲内とし、バイアス信号Ｓ８を給水ポンプの制御を開始させたい給水流量とすれば、熱収支給水流量信号Ｓ７がバイアス信号Ｓ８以上になるまで制御指令が制御器６に出力されない。また、熱収支給水流量信号Ｓ７が給水ポンプ１０５Ａの容量を超えても、上下限制限器５が上限を制限するため、給水ポンプ１０５Ａに異常をきたすことはない。

バイアス信号Ｓ８は給水ポンプごとにずらした値とすれば、給水ポンプの起動タイミングに差を与えることができる。また、熱収支給水流量信号Ｓ７から一定の値を差し引いているので、出力低下時にも出力上昇時と同様に、制御指令は給水ポンプごとに順次減少していく。

信号選択器８は、給水流量要求指令Ｓ４による制御モードと個別制御指令Ｓ９による制御モードとを切り替える働きをしている。図３（ａ）は信号選択器の一実施例である。信号選択器８は、任意のタイミングで切り替える以外に、給水流量要求指令Ｓ４と熱収支給水流量信号Ｓ７の偏差を取り込み、その偏差が設定値以内まで小さくなれば、給水流量要求指令Ｓ４による制御モードに切り替える（接点ａｂ間をつなぐ）。

図３（ｂ）は信号選択器の別の実施例である。この信号選択器は、通常、低値優先回路のみを用い（接点ｂｃ間をつなぐ）、必要に応じて給水流量要求指令Ｓ４による制御モードを選択できるよう（接点ａｂ間をつなぐ）、バイパス回路を設けている。

図４は、本実施例における熱出力と給水流量と個別制御指令Ｓ９の関係を示す。横軸は熱出力であり、例えば時間とともに熱出力が単調に上昇する場合、図４の横軸は時間変化と同じである。区間イロにおいて、熱収支給水流量信号Ｓ７が増加する。但し、熱収支給水流量信号Ｓ７はバイアス信号Ｓ８より小さいため、ポンプ単体の給水流量である個別制御指令Ｓ９はゼロである。区間ロハにおいて、熱収支給水流量信号Ｓ７は引き続き増加する。また、熱収支給水流量Ｓ７はバイアス信号Ｓ８より大きくなるため、個別制御指令Ｓ９により給水ポンプ１０５Ａの給水流量が徐々に増加する。区間ハニでは、区間ロハで起動した給水ポンプ１０５Ａとは異なる給水ポンプ１０５Ｂによって給水流量が徐々に増加する。また、給水ポンプ１０５Ａは最大給水流量に到達し、その後は最大給水流量を維持する。

なお、熱出力を減少させる場合は、各給水ポンプによる給水流量を順番に減少させればよい。

このように、本実施例では、前記個別制御部３Ａに、原子炉の熱出力相当信号が入力されている。そのため、図４において、急激に出力が低下した場合でも、給水ポンプ１０５Ｃ，１０５Ｂ，１０５Ａの順に、給水流量を低下させることが可能である。そのため、給水ポンプトリップまたは再循環弁を開放することなく給水流量を減少させることができるため、水位の不要な変化を抑制することが可能となる。

図４では、順番に給水ポンプを起動させ、給水流量を変化させる形態となっているが、バイアス量を小さくして複数台が同時に給水流量を変化させても良い。その場合は制御器６で信号増幅の係数を１未満として値を小さくし、個別制御指令Ｓ９による制御モードで制御されている給水ポンプへの制御指令の合計が熱収支給水流量Ｓ７を超えないようにする必要がある。

このように、バイアス信号Ｓ８と個別制御部の比例ゲイン６とを適切に変更すれば、本実施例による給水制御装置は給水ポンプの台数又は給水能力に依存せず、どのような給水ポンプ構成でも制御可能となる。

本実施例では熱出力相当信号として中性子束計測信号を用いたが、発電機出力又は原子炉圧力制御器の全蒸気流量要求信号などを用いたり、またこれらを組み合わせて用いても良い。

また、本発明における原子炉を蒸気発生器とみなせば、加圧水型原子炉にも本発明による給水制御装置を適用することが可能であり、この場合入力の熱出力相当信号として１次冷却水温度を用いることも考えられる。

１給水制御装置
２主制御部
３個別制御部
４，７関数発生器
５上下限制限器
６制御器
８信号選択器
Ｓ１原子炉水位信号
Ｓ２原子炉給水流量信号
Ｓ３主蒸気流量信号
Ｓ４給水流量要求指令
Ｓ５給水ポンプ制御指令
Ｓ６中性子束計測信号
Ｓ７熱収支給水流量信号
Ｓ８バイアス信号
Ｓ９個別制御指令

Claims

原子炉水位信号，原子炉給水流量信号及び主蒸気流量信号に基づいて給水流量要求信号を生成する主制御部と、
前記給水流量要求信号に基づいて各給水ポンプに給水ポンプ制御指令を発する個別制御部を備えた原子炉給水制御装置であって、
前記個別制御部に、原子炉の熱出力相当信号が入力され、
前記熱出力相当信号から熱収支計算により熱収支給水流量信号を算出し、
前記熱収支計算より算出された熱収支給水流量信号から、前記給水ポンプごとにずらした値のバイアス信号を加減算することにより、複数台の給水ポンプ制御指令を与えることを特徴とする原子炉給水制御装置。
前記熱出力相当信号として発電機出力を用いることを特徴とする請求項１記載の原子炉給水制御装置。
前記熱出力相当信号として中性子束信号を用いることを特徴とする請求項１記載の原子炉給水制御装置。
前記熱出力相当信号として全蒸気流量要求信号を用いることを特徴とする請求項１記載の原子炉給水制御装置。