JP5802406B2 - 原子炉出力制御装置及びプログラム - Google Patents
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Description
ここで、臨界状態とは一定の核分裂反応が持続する炉心状態を指し、制御棒の操作を中断した後の中性子束が2倍になる時間(ダブリングタイム)を評価して臨界を判定している。また、炉周期(ペリオド)とは、中性子束が元の値のe倍(約2.7倍)になるまでの時間である。
この温度上昇率の上限値を超えないように熱出力を上昇させ、所定の圧力に到達したところで制御棒の操作を中断し、圧力をホールドして、蒸気式空気抽出器(SJAE)などの原子炉の蒸気を利用する機器の運転を実行する。
従来のBWR原子力発電プラントでは、その起動時において、このように昇温昇圧を繰り返す際の制御棒の操作を、手動で実施していたために、オペレータのワークロードが最も高いものであった。
この反応度係数が負の場合は、熱出力の増加に伴って温度が上昇すると、燃料の反応度は減少の方向となり熱出力は抑制される。その場合、この熱出力の抑制を補償するように制御棒を逐次引き抜いて熱出力を上昇させながら運転していくことになる。
図1に示すように、原子炉発電プラント10は、炉水を収容する原子炉11と、核燃料を保持する炉心12と、核燃料の核分裂反応を制御する制御棒13と、炉心12に対して制御棒13の引抜/挿入の操作を実行する制御棒駆動部14と、核分裂反応により放出される中性子束φの検出センサ15と、この検出センサ15が検出した中性子束φの計測値を原子炉出力制御装置20に出力する中性子束計測部16と、炉水温度Tの検出センサ17と、この検出センサ17が検出した炉水温度Tの計測値を原子炉出力制御装置20に出力する炉水温度計側部18と、から構成されている。
このように、制御棒操作判定部30が構成されることにより、原子力発電プラントの起動時における温度上昇率の計測値HRをその目標値HRtに安定させることができる。
炉水の温度上昇率の目標値HRtと炉水温度上昇率の計測値HRとを比較し、その偏差を比例演算することにより炉周期逆数の目標値τt -1が次式に従い求められる。
τt -1=k1(HRt−HR) (1)
ΔCR=k2(τt -1−τ-1) (2)
このような制御系は、温度上昇率の目標値HRtと計測値HRとのずれが大きい場合には、炉周期逆数の目標値τt -1を大きく設定して急速に出力を上昇させ、温度上昇率の計測値HRがその目標値HRtに近づいた場合には、炉周期逆数の目標値τt -1を小さく設定してゆっくり出力を上昇させるという考えに基づいている。
あるいは、
lnφt=k1・(HRt−HR)/s (3)´
CR=k2・(lnφt−lnφ) (4)
ただし、
φ:中性子束の計測値
φt:中性子束の目標値
s:ラプラス演算子
CR:制御棒の位置(制御棒の全操作量)
なお、この操作信号のうち引抜側の要求は炉周期τが短い場合は無視されて、炉周期が極端に短くなることを防いでいる。
制御棒の引き抜きに伴い反応度が投入され、計測した中性子束φが上昇し、炉水温度Tが増加するが、反応度係数による負のフィードバックにより反応度が低下し、すなわち炉周期逆数の計測値τ-1が低下し、計測した温度上昇率HRも低下していることが分かる。
なお制御棒位置CRは、縦軸方向を引抜方向としてすなわち引抜/挿入の操作量が示されている。
このように、反応度係数が負である場合、正の温度上昇率HRに対し、反応度が低下する方向にプロセスは動くことになる。
反応度係数が正である場合、正の温度上昇率HRに対し、反応度が増加する方向にプロセスが働くことになる。このために、温度上昇率HRを一定に維持するためには制御棒を逐次挿入することが必要になる。
図8に示すように、本発明の実施形態においては、引抜側の制御棒の動作条件を緩和している。すなわち、炉水温度Tが上昇している場合においては、その他の場合におけるよりも、制御棒の引抜側の判定値を、より引き抜かない方向に設定する。制御棒を挿入した場合であっても、反応度係数が正であるために温度上昇による反応度増加が見込まれるからである。
パラメータ可変部34は、計測された反応度係数、炉水温度T、温度上昇率HR及び炉周期逆数τ-1に対応したパラメータK(KI,KP)をテーブルに所持させて、このテーブルを参照してパラメータKを調整するようにしても良い。
このマップにおいてプロセス値のトレンドの傾向が正の傾きである場合は反応度係数が正であることを表し、負の傾きである場合は反応度係数が負であることを表すことになる。なお、制御棒が操作中である場合は、反応度係数は分からないため、例えば図9に示すように、操作中の状態を点線で示し、停止中の状態を実線で示すなどして区別して表示する。もしくは、トレンド線の色を変えたり、制御棒操作中はトレンド線の表示をしないことにしたりしても良い。
例えば、原子炉出力制御装置は、コンピュータによって各手段を各機能プログラムとして実現することも可能であり、各機能プログラムを結合して原子炉出力制御プログラムとして動作させることも可能である。
Claims (6)
- 原子炉における中性子束及び炉水温度の応答に基づいて制御棒の挿入/引抜に係る操作シーケンスを格納する格納部と、
炉水の温度上昇率の目標値とその計測値との差を第1パラメータを介して積分演算した積分値を出力する積分器と、
前記積分値と前記中性子束の対数値との差を第2パラメータを介して比例演算した比例値を出力する比例器と、
前記比例値に基づく制御棒の操作量を出力する操作信号出力器と、
前記中性子束の対数値の変化率、前記炉水温度及び前記温度上昇率に基づいて前記第1パラメータ及び第2パラメータを可変するパラメータ可変部と、を備え、
前記第1パラメータ及び第2パラメータは、前記制御棒を操作した後の前記中性子束の対数値の変化率と前記温度上昇率とに基づいて求められる反応度係数に依存して設定されることを特徴とする原子炉出力制御装置。 - 請求項1に記載の原子炉出力制御装置において、
前記原子炉の運転状態を前記中性子束の対数値の変化率の軸と前記温度上昇率の軸とで示すマップを表示する表示部を備えることを特徴とする原子炉出力制御装置。 - 請求項2に記載の原子炉出力制御装置において、
前記マップにおいて、前記制御棒が操作中で有る場合と無い場合とを識別できるように表示することを特徴とする原子炉出力制御装置。 - 請求項3に記載の原子炉出力制御装置において、
前記制御棒が操作中で有る場合に点線表示し、操作中で無い場合に実線表示することを特徴とする原子炉出力制御装置。 - 請求項3に記載の原子炉出力制御装置において、
前記制御棒が操作中で有る場合と操作中で無い場合とを、異なる色により識別表示することを特徴とする原子炉出力制御装置。 - コンピュータに、
原子炉における中性子束及び炉水温度の応答に基づいて制御棒の挿入/引抜に係る操作シーケンスを格納する機能、
炉水の温度上昇率の目標値とその計測値との差を第1パラメータを介して積分演算した積分値を出力する機能、
前記積分値と前記中性子束の対数値との差を第2パラメータを介して比例演算した比例値を出力する機能、
前記比例値に基づく制御棒の操作量を出力する機能、
前記中性子束の対数値の変化率、前記炉水温度及び前記温度上昇率に基づいて前記第1パラメータ及び第2パラメータを可変する機能、を実行させ、
前記第1パラメータ及び第2パラメータは、前記制御棒を操作した後の前記中性子束の対数値の変化率と前記温度上昇率とに基づいて求められる反応度係数に依存して設定されることを特徴とする原子炉出力制御プログラム。
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