JP6362804B1

JP6362804B1 - 原子力設備の制御装置及び原子力設備の制御方法

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Publication number: JP6362804B1
Application number: JP2018035570A
Authority: JP
Inventors: 健太清水
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2018-07-25
Anticipated expiration: 2038-02-28
Also published as: JP2019152444A

Abstract

【課題】温度ゆらぎが生じる可能性がある燃料の装荷パターンであっても、適切に原子力設備の動作を制御することができる原子力設備の制御装置等を提供する。
【解決手段】一次冷却材が流通する原子炉２を制御する制御系３００に含まれる原子力施設１の制御装置５０であって、一次冷却材の検出温度Ｔ_ｈｏｔの温度ゆらぎが発生しているか否かを判定する判定処理を実行し、温度ゆらぎが発生しているとの判定がなされた場合、制御系３００の動作の実行をブロックする一方で、温度ゆらぎが発生していないとの判定がなされた場合、制御系３００の動作の実行を許容する。
【選択図】図２

Description

本発明は、原子炉を備える原子力設備の制御装置及び原子力設備の制御方法に関するものである。

従来、原子炉容器の内部に燃料集合体が装荷された原子炉を備える原子力プラントが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−１７６７０５号公報

ところで、原子炉容器内に格納される燃料は、核反応によって中性子を出射する。原子炉容器は、燃料から出射された中性子が経時的に照射されることで脆化する。原子炉容器の脆化を抑制すべく、原子炉容器内に装荷される燃料の装荷パターンを、Ｌ３Ｐ（Low Leakage Loading Pattern）にすることがある。Ｌ３Ｐは、中性子底漏洩燃料装荷パターンと呼称され、原子炉容器の中心部に、燃焼度の低い新燃料等の燃料を配置し、原子炉容器に近い側となる周囲部に、燃焼度の高い燃焼済の燃料を配置するパターンとなっている。

燃料の装荷パターンをＬ３Ｐとすると、原子炉容器の中心部における反応が、原子炉容器の周囲部における反応に比して高くなることから、原子炉容器の中心部を流通する冷却材と、原子炉容器の周囲部を流通する冷却材との間に、温度差（温度勾配）が生じる。原子炉容器の内部において冷却材の温度差が生じると、冷却材の温度を計測する温度計が配置される冷却材流路において、温度計により検出される検出温度が上下変動する温度ゆらぎが生じる。温度ゆらぎが発生すると、温度計の計測結果に基づく原子力設備の制御系が不必要に作動してしまう可能性がある。

そこで、本発明は、温度ゆらぎが生じる可能性がある燃料の装荷パターンであっても、適切に原子力設備の動作を制御することができる原子力設備の制御装置及び原子力設備の制御方法を提供することを課題とする。

本発明の原子力設備の制御装置は、内部において冷却材が流通する原子炉を制御する制御系に含まれる原子力設備の制御装置であって、前記冷却材の検出温度の上下変動である温度ゆらぎが発生しているか否かを判定する判定処理、及び前記原子力設備に外乱が発生しているか否かを判定する判定処理のうち、少なくとも一方の判定処理を実行する判定部と、前記判定部において、前記温度ゆらぎが発生しているとの判定、及び前記外乱が発生していないとの判定のうち、少なくとも一方の判定がなされた場合、前記制御系の動作の実行をブロックする一方で、前記温度ゆらぎが発生していないとの判定、及び前記外乱が発生しているとの判定のうち、少なくとも一方の判定がなされた場合、前記制御系の動作の実行を許容する実行可否部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の原子力設備の制御方法は、内部において冷却材が流通する原子炉と、前記原子炉を制御する制御装置を含む制御系と、を備える原子力設備の制御方法であって、前記冷却材の検出温度の上下変動である温度ゆらぎが発生しているか否かを判定する判定処理、及び前記原子力設備に外乱が発生しているか否かを判定する判定処理のうち、少なくとも一方の判定処理を、前記制御装置により実行する判定工程と、前記判定工程において、前記温度ゆらぎが発生しているとの判定、及び前記外乱が発生していないとの判定のうち、少なくとも一方の判定がなされた場合、前記制御系の動作の実行をブロックする一方で、前記温度ゆらぎが発生していないとの判定、及び前記外乱が発生しているとの判定のうち、少なくとも一方の判定がなされた場合、前記制御系の動作の実行を許容する実行可否工程と、を前記制御装置により実行することを特徴とする。

これらの構成によれば、冷却材の検出温度の温度ゆらぎが発生した場合、原子力設備の制御系の動作の実行をブロックできるため、温度ゆらぎによる制御系の動作の実行を抑制することができる。一方で、原子力設備に外乱が発生した場合、原子力設備の制御系の動作の実行を許容できるため、外乱に対する制御系の動作を実行することができる。このため、燃料の装荷パターンがＬ３Ｐであっても、適切に原子力設備の制御系の動作を制御することができる。このとき、ハードウェアとしての原子力設備の構成を改修することなく、ソフトウェアとしての制御処理の構成を改修すればよいことから、改修コストの低減を図ることができる。

また、前記判定部は、前記冷却材の前記検出温度が、前記温度ゆらぎに係る挙動であるか否かを判定することで、前記温度ゆらぎが発生しているか否かを判定することが、好ましい。具体的に、前記判定部及び前記実行可否部は、前記冷却材の前記検出温度に基づく前記制御系の動作の実行を不能とする、第１温度範囲となる第１不感帯と、前記検出温度が前記第１不感帯の前記第１温度範囲外に存在する時間をカウントするタイマーと、前記第１温度範囲よりも広い第２温度範囲となり、前記検出温度に基づく前記制御系の動作の実行を不能とする第２不感帯と、を有し、前記判定部は、前記検出温度が、前記第１不感帯の前記第１温度範囲外に存在し、前記第２不感帯の前記第２温度範囲内に存在する場合であって、且つ、前記タイマーにより予め設定された設定時間を超えた場合、また、前記検出温度が、前記第１不感帯の第１温度範囲外及び前記第２不感帯の前記第２温度範囲外に存在する場合、前記温度ゆらぎに係る挙動でないと判定し、前記実行可否部は、前記制御系の動作の実行を許容することが、好ましい。

この構成によれば、冷却材の検出温度が温度ゆらぎではないと判定することで、外乱による検出温度の温度変化であると判定することができるため、外乱に対する制御系の動作を実行することができる。

また、前記判定部は、前記検出温度が、前記第１不感帯の前記第１温度範囲内に存在する場合、または、前記第１不感帯の前記第１温度範囲外に存在し、前記第２不感帯の前記第２温度範囲内に存在する場合であって、且つ、前記タイマーにより予め設定された設定時間を超えない場合、前記温度ゆらぎに係る挙動であると判定し、前記実行可否部は、前記制御系の動作の実行をブロックすることが、好ましい。

この構成によれば、冷却材の検出温度が温度ゆらぎであると判定することができるため、温度ゆらぎによる制御系の動作の実行を抑制することができる。

また、前記制御系の動作は、前記原子炉内の燃料に挿通される制御棒の抜き挿し動作であることが、好ましい。

この構成によれば、冷却材の検出温度が温度ゆらぎではなく、外乱による検出温度の温度変化である場合、外乱による冷却材の温度変化に対して、制御棒の抜き挿し動作を実行することができるため、原子炉の制御を適切に実行することができる。

また、前記判定部は、前記冷却材の温度変化の要因に関連するパラメータとなる関連パラメータのパラメータ値が、前記外乱に係る挙動であるか否かを判定することで、前記外乱が発生しているか否かを判定することが、好ましい。具体的に、前記判定部は、前記関連パラメータのパラメータ値が、前記原子力設備が正常動作する正常数値範囲内である場合、前記外乱に係る挙動でないと判定し、前記実行可否部は、前記制御系の動作の実行をブロックすることが、好ましい。

この構成によれば、原子力設備に外乱が発生していないと判定することで、温度ゆらぎが発生していたとしても、制御系の動作の実行を抑制することができる。

また、前記判定部は、前記関連パラメータのパラメータ値が、前記正常数値範囲外である場合、前記外乱に係る挙動であると判定し、前記実行可否部は、前記制御系の動作の実行を許容することが、好ましい。

この構成によれば、原子力設備に外乱が発生していると判定することができるため、外乱に対する制御系の動作を実行することができる。

また、前記原子力設備は、前記原子炉を含む一次冷却系と、前記一次冷却系との熱交換により得られた熱により回転するタービンを含む二次冷却系と、を備え、前記制御系の動作は、前記タービンの出力を変化させる出力変化動作であることが、好ましい。

この構成によれば、外乱による冷却材の温度変化に対して、二次冷却系のタービンの出力を変化させることにより、一次冷却系の熱出力を変化させることができるため、原子炉の制御を適切に実行することができる。

図１は、実施形態１に係る原子力施設の概略構成図である。図２は、実施形態１に係る原子力施設の制御装置に設けられる制御回路の図である。図３は、温度ゆらぎに伴う制御棒駆動信号の時間変化を示す図である。図４は、外乱に伴う制御棒駆動信号の時間変化を示す図である。図５は、実施形態２に係る原子力施設の制御装置に設けられる制御回路の図である。図６は、中性子照射低減量と炉心内外領域出力差とに関するグラフである。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る原子力施設の概略構成図である。原子力施設（原子力設備）１は、原子炉２を有する。原子炉２は、例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）が用いられる。この加圧水型の原子炉２を用いた原子力施設１は、原子炉２を含む原子炉冷却系（一次冷却系）１００と、原子炉冷却系１００と熱交換するタービン系（二次冷却系）２００とで構成される。原子炉冷却系１００は、一次冷却材が流通し、タービン系２００は、二次冷却材が流通する。

原子炉冷却系１００は、コールドレグ３ａおよびホットレグ３ｂを介して原子炉２に接続された蒸気発生器４を有する。ホットレグ３ｂには、加圧器５が設けられ、コールドレグ３ａは、一次冷却材ポンプ６が設けられている。そして、原子炉２、コールドレグ３ａ、ホットレグ３ｂ、蒸気発生器４、加圧器５および一次冷却材ポンプ６は、原子炉格納容器７に収容されている。

原子炉２は、上記したように加圧水型原子炉であり、その内部は一次冷却材で満たされる。一次冷却材は、中性子減速材として用いられるホウ素が溶解した軽水である。また、原子炉２は、原子炉容器１０の内部に、多数の燃料集合体８が収容され、この各燃料集合体８に対し、燃料集合体８の核分裂を制御する多数の制御棒９が抜差し可能に設けられている。

原子力施設１の原子炉冷却系１００における一連の動作について説明する。原子炉２内において、制御棒９により核分裂反応を制御しながら燃料集合体８を核分裂させると、核分裂により熱エネルギーが発生する。この熱エネルギーにより、原子炉２内の一次冷却材が加熱されると、加熱された一次冷却材は、一次冷却材ポンプ６によりホットレグ３ｂを介して蒸気発生器４に送られる。ホットレグ３ｂを通過する高温の一次冷却材は、加圧器５により加圧されることで沸騰が抑制され、高温高圧となった状態で、蒸気発生器４に流入する。蒸気発生器４に流入した高温高圧の一次冷却材は、二次冷却材と熱交換を行うことにより冷却され、冷却された一次冷却材は、一次冷却材ポンプ６によりコールドレグ３ａを介して原子炉２に送られる。そして、冷却された一次冷却材が原子炉２に流入することで、原子炉２が冷却される。このように、一次冷却材は、原子炉２と蒸気発生器４とを循環している。

タービン系２００は、蒸気管１１を介して蒸気発生器４に接続されたタービン１２、タービン１２に接続された復水器１３、および復水器１３と蒸気発生器４とを接続する給水管１４に介設された給水ポンプ１５、を有している。そして、タービン１２は、発電機１６が接続されている。

原子力施設１のタービン系２００における一連の動作について説明する。蒸気管１１を介して蒸気発生器４から蒸気がタービン１２に流入すると、タービン１２は回転を行う。タービン１２が回転すると、タービン１２に接続された発電機１６は、発電を行う。この後、タービン１２から流出した蒸気は復水器１３に流入する。復水器１３は、その内部に冷却管１７が配設されており、冷却管１７の一方には冷却水（例えば、海水）を供給するための取水管１８が接続され、冷却管１７の他方には冷却水を排水するための排水管１９が接続されている。この復水器１３は、タービン１２から流入した蒸気を冷却管１７により冷却することで、蒸気を液体に戻す。液体となった二次冷却材は、給水ポンプ１５により給水管１４を介して蒸気発生器４に送られる。蒸気発生器４に送られた二次冷却材は、蒸気発生器４において一次冷却材と熱交換を行うことにより再び蒸気となる。

また、原子力施設１は、原子炉冷却系１００及びタービン系２００を制御する制御系３００を備えている。制御系３００は、コールドレグ３ａに設けられる第一温度計４１と、ホットレグ３ｂに設けられる第二温度計４２と、各温度計４１，４２により検出された検出温度が入力される制御装置５０と、を備えている。

第一温度計４１は、原子炉２に流入する一次冷却材の温度を計測し、制御装置５０へ向けて検出温度を出力する。第一温度計４１は、コールドレグ３ａに設けられることから、流出側に比べて相対的に低温となる流入側検出温度Ｔ_ｃｏｌｄとして、制御装置５０に出力される。

第二温度計４２は、原子炉２から流出する一次冷却材の温度を計測し、制御装置５０へ向けて検出温度を出力する。第二温度計４２は、ホットレグ３ｂに設けられることから、流入側に比べて相対的に高温となる流出側検出温度Ｔ_ｈｏｔとして、制御装置５０に出力される。

制御装置５０は、検出温度Ｔ_ｃｏｌｄ及び検出温度Ｔ_ｈｏｔを含む各種プラントデータ及びパラメータが入力され、このプラントデータに基づいて、原子炉冷却系１００及びタービン系２００を制御する。制御装置５０に入力されるプラントデータとしては、検出温度Ｔ_ｃｏｌｄ及び検出温度Ｔ_ｈｏｔの他、図示しない原子炉２内部に設けられる中性子計測装置の計測値（ＮＩＳ）、一次冷却材流量（ＲＣＳ流量）、蒸気発生器４への給水流量、蒸気発生器４からの蒸気流量等がある。

また、制御装置５０は、これらのプラントデータに基づいて、各種データを生成する。生成されるプラントデータとしては、例えば、検出温度Ｔ_ｃｏｌｄ及び検出温度Ｔ_ｈｏｔの算術平均である平均検出温度Ｔａｖｅ、検出温度Ｔ_ｃｏｌｄ及び検出温度Ｔ_ｈｏｔの差分である温度差分ΔＴがある。また、プラントデータとしては、平均検出温度Ｔａｖｅを係数とする所定の算出式により導出される制御棒駆動信号Ｔｅｒｒがある。ここで、中性子計測装置の計測値（ＮＩＳ）及び温度差分ΔＴは、原子炉冷却系１００の出力に関するパラメータとして取り扱われる。

この制御装置５０は、原子力施設１の定格運転時において、原子炉２（原子炉冷却系１００）の出力が所定の出力となるように制御している。具体的に、制御装置５０は、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒに基づき、燃料集合体８に対して制御棒９を抜き差しすることで、原子炉２の出力を制御している。

このような原子力施設１において、原子炉２の内部に装荷される燃料の装荷パターンが、中性子底漏洩燃料装荷パターン（Ｌ３Ｐ：Low Leakage Loading Pattern）となる場合がある。この場合、上記したように、原子炉容器１０の中心部（内部）における温度が、原子炉容器１０の周囲部（外部）における温度に比して高くなり、原子炉２の内外領域において温度勾配が生じる。すると、第二温度計４２により検出される検出温度Ｔ_ｈｏｔが上下変動する温度ゆらぎが生じる。検出温度Ｔ_ｈｏｔが温度ゆらぎすると、これに伴って、平均検出温度Ｔａｖｅ、温度差分ΔＴの他、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒがゆらいでしまい、制御系３００の制御に影響を与える可能性がある。このため、実施形態１では、温度ゆらぎが生じる可能性がある燃料の装荷パターンであっても、制御装置５０において、原子力施設１を適切に制御する構成となっている。

実施形態１の制御装置５０は、温度ゆらぎが発生しているか否かを判定する制御回路６０が設けられている。図２は、実施形態１に係る原子力施設の制御装置に設けられる制御回路の図である。この制御回路６０には、入力信号として制御棒駆動信号Ｔｅｒｒが入力される。つまり、この制御回路６０は、検出温度Ｔ_ｈｏｔを含む平均検出温度Ｔａｖｅを係数とする制御棒駆動信号Ｔｅｒｒを取り扱って、温度ゆらぎに係る挙動であるか否かを判定することで、温度ゆらぎが発生しているか否かを間接的に判定している。なお、実施形態１では、入力信号として制御棒駆動信号Ｔｅｒｒを取り扱ったが、この構成に限定されない。例えば、入力信号として、平均検出温度Ｔａｖｅ、温度差分ΔＴを取り扱うことで、温度ゆらぎが発生しているか否かを間接的に判定してもよいし、検出温度Ｔ_ｈｏｔを取り扱うことで、温度ゆらぎが発生しているか否かを直接的に判定してもよい。

制御回路６０は、第１不感帯６１と、タイマー６２と、第２不感帯６３と、ＯＲ回路６４とを有している。制御回路６０に入力される制御棒駆動信号Ｔｅｒｒは、単位が温度となっており、第１不感帯６１と第２不感帯６３とにそれぞれ入力される。

第１不感帯６１は、第１温度範囲となる不感帯であり、第１温度範囲は、温度−Ｔ１以上温度Ｔ１以下の範囲（±Ｔ１の範囲）となっている。第１不感帯６１は、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒの温度値が、第１温度範囲以内となる場合、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒの出力をブロックする一方で、第１温度範囲を超える場合、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒを出力する。

タイマー６２は、第１不感帯６１に直列に接続され、第１不感帯６１を経て入力される制御棒駆動信号Ｔｅｒｒの経過時間をカウントする。このタイマー６２には、予め設定時間が設定されており、設定時間以内となる場合、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒの出力をブロックする一方で、設定時間を超える場合、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒを出力する。

第２不感帯６３は、第２温度範囲となる不感帯であり、第２温度範囲は、第１温度範囲を含む第１温度範囲よりも広い温度範囲となっている。第２温度範囲は、温度−Ｔ２以上温度Ｔ２以下の範囲（±Ｔ２の範囲）となっており、温度Ｔ２の絶対値は、温度Ｔ１の絶対値よりも大きい値となっている。第２不感帯６３は、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒの温度値が、第２温度範囲以内となる場合、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒの出力をブロックする一方で、第２温度範囲を超える場合、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒを出力する。

ＯＲ回路６４は、タイマー６２から出力される制御棒駆動信号Ｔｅｒｒが入力されると共に、第２不感帯６３から出力される制御棒駆動信号Ｔｅｒｒが入力され、少なくとも一方の制御棒駆動信号Ｔｅｒｒが入力された場合、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒを出力する。そして、ＯＲ回路６４から出力された制御棒駆動信号Ｔｅｒｒは、制御棒９を駆動する図示しない制御棒駆動装置に入力され、制御棒駆動装置は、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒに基づいて、制御棒９を抜き差し動作させる。

次に、図３及び図４を参照して、制御回路６０の動作について説明する。図３は、温度ゆらぎに伴う制御棒駆動信号の時間変化を示す図である。図４は、外乱に伴う制御棒駆動信号の時間変化を示す図である。図３には、温度ゆらぎに伴う制御棒駆動信号Ｔｅｒｒの上下変動を例示している。温度ゆらぎが発生すると、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒの値は、上下変動する。図４には、外乱に伴う制御棒駆動信号Ｔｅｒｒの挙動を例示している。外乱が発生すると、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒの値は、過渡的に上昇する。なお、図３に示す温度ゆらぎに伴う制御棒駆動信号Ｔｅｒｒの挙動と、図４に示す外乱に伴う制御棒駆動信号Ｔｅｒｒの挙動は、一例の挙動であり、この挙動に限定されない。

図３に示すように、温度ゆらぎが発生する場合、制御系３００の制御に影響を与えることを抑制すべく、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒによる制御棒９の駆動をブロックする。このため、制御回路６０は、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒが、第１不感帯６１の第１温度範囲内に存在する場合、温度ゆらぎまたは信号ノイズ等の許容範囲内であるとして、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒの出力をブロックする。また、制御回路６０は、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒが、第１不感帯６１の第１温度範囲外に存在し、第２不感帯６３の第２温度範囲内に存在する場合であって、且つ、タイマー６２で設定された設定時間を超えない場合、温度ゆらぎであるとして、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒの出力をブロックする。

一方で、図４に示すように、外乱が発生する場合、制御系３００の制御を実行すべく、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒによる制御棒９の駆動を許容する。このため、制御回路６０は、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒが、第１不感帯６１の第１温度範囲外に存在し、第２不感帯６３の第２温度範囲内に存在する場合であって、且つ、タイマー６２で設定された設定時間を超えた場合、温度ゆらぎではなく外乱であるとして、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒを出力する。また、制御回路６０は、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒが、第１不感帯６１の第１温度範囲外及び第２不感帯６３の第２温度範囲外に存在する場合、温度ゆらぎではなく外乱であるとして、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒを出力する。

このように、制御回路６０は、温度ゆらぎが発生しているか否かを判定する判定処理を制御棒駆動信号Ｔｅｒｒに基づいて実行する（判定工程）。そして、制御回路６０は、温度ゆらぎであると判定された場合、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒによる制御棒９の動作の実行をブロックする一方で、温度ゆらぎでないと判定された場合、制御棒駆動信号Ｔｅｒｒによる制御棒９の動作の実行を許容する（実行可否工程）。つまり、制御回路６０は、温度ゆらぎが発生しているか否かの判定処理を実行する判定回路（判定部）と、タービンランバック動作の実行の可否を行う実行可否回路（実行可否部）と含む回路となっている。

以上のように、実施形態１によれば、一次冷却材の検出温度Ｔ_ｈｏｔの温度ゆらぎが発生した場合、制御回路６０は、原子力施設１の制御系３００の動作の実行をブロックできるため、温度ゆらぎによる制御棒駆動等の制御系３００の動作の実行を抑制することができる。一方で、原子力施設１に外乱が発生した場合、制御回路６０は、原子力施設１の制御系３００の動作の実行を許容できるため、外乱に対する制御棒駆動等の制御系３００の動作を実行することができる。このため、制御装置５０は、燃料の装荷パターンがＬ３Ｐであっても、適切に原子力施設１の制御系３００の動作を制御することができる。このとき、ハードウェアとしての原子力施設１の構成を改修することなく、ソフトウェアとしての制御装置５０の構成を改修すればよいことから、改修コストの低減を図ることができる。

また、実施形態１によれば、制御回路６０が温度ゆらぎではないと判定することで、外乱による検出温度Ｔ_ｈｏｔの温度変化であると判定することができるため、制御装置５０は、外乱に対する制御系３００の動作としての制御棒９の抜き挿し動作を実行することができる。

［実施形態２］
次に、図５を参照して、実施形態２に係る制御装置７０について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図５は、実施形態２に係る原子力施設の制御装置に設けられる制御回路の図である。

実施形態１の制御装置５０は、制御回路６０により検出温度Ｔ_ｈｏｔの温度ゆらぎが発生しているか否かを判定し、判定結果に基づいて制御棒９の抜き差し動作の可否を処理した。実施形態２の制御装置７０は、後述する制御回路９０により外乱が発生しているか否かを判定し、判定結果に基づいて制御系３００の動作の実行の可否を処理している。

ここで、実施形態２では、制御系３００の動作として、原子力施設１の定格運転時において、異常が発生した場合に、タービン系２００の出力を低下させるタービンランバック動作を対象としている。

実施形態２の制御装置７０は、原子力施設１の定格運転時において、異常が発生した際に、タービンランバックを動作させるための動作制御回路８０と、外乱が発生しているか否かを判定する制御回路９０とを含んで設けられている。

動作制御回路８０には、入力信号として、原子炉出力に関するパラメータである中性子計測装置の計測値（ＮＩＳ）、タービン負荷に関するパラメータである蒸気管１１内の圧力値（Ｐ１ｓｔ）、原子力施設１が定格運転モードであることの入力値が入力される。動作制御回路８０は、原子炉出力に関するパラメータを取り扱って、外乱に係る挙動であるか否かを判定することで、外乱が発生しているか否かを判定している。

動作制御回路８０は、原子炉出力不感帯８１と、タービン負荷不感帯８２と、第一ＡＮＤ回路８３と、を有している。計測値ＮＩＳは、原子炉出力不感帯８１に入力され、圧力値Ｐ１ｓｔは、タービン負荷不感帯８２に入力され、定格運転モードの入力値は、第一ＡＮＤ回路８３に入力される。

原子炉出力不感帯８１は、所定の範囲となる不感帯であり、計測値ＮＩＳが、所定の範囲以内となる場合、タービンランバックの作動要求信号の出力をブロックする一方で、所定の範囲を超える場合、タービンランバックの作動要求信号を出力する。

タービン負荷不感帯８２は、所定の範囲となる不感帯であり、圧力値Ｐ１ｓｔが、所定の範囲以内となる場合、タービンランバックの作動要求信号の出力をブロックする一方で、所定の範囲を超える場合、タービンランバックの作動要求信号を出力する。

第一ＡＮＤ回路８３は、定格運転モードの入力値と、原子炉出力不感帯８１から出力される作動要求信号と、タービン負荷不感帯８２から出力される作動要求信号とがそれぞれ入力され、これら全てが入力された場合、作動要求信号を出力する。そして、第一ＡＮＤ回路８３から出力された作動要求信号は、後述の第二ＡＮＤ回路９４に入力される。

制御回路９０は、動作制御回路８０から出力される作動要求信号をブロックしたり、または許容したりする回路となっている。制御回路９０には、入力信号として、一次冷却材流量のパラメータ値、給水流量のパラメータ値、蒸気流量のパラメータ値が入力される。これらのパラメータ値は、一次冷却材の温度変化の要因に関連する関連パラメータとなっている。

制御回路９０は、上記した３つのパラメータ値に対応する３系統の回路９１ａ，９１ｂ，９１ｃと、ＯＲ回路９２と、ＮＯＴ回路９３と、第二ＡＮＤ回路９４とを有している。３系統の回路９１ａ，９１ｂ，９１ｃは、同じ構成であるため、回路９１ａを用いて説明する。回路９１ａは、ノイズフィルタ９５と、トランジスタ９６と、差分回路９７と、不感帯９８とを含んで構成されている。

ノイズフィルタ９５は、パラメータ値が入力される。ノイズフィルタ９５は、パラメータ値に含まれるノイズを除去し、ノイズを除去した後のパラメータ値を出力する。

トランジスタ９６は、ノイズフィルタ９５を経たパラメータ値が入力されると共に、定格運転モードの入力値が入力される。トランジスタ９６は、定格運転モードの入力値が入力された場合に、パラメータ値の出力を許容する一方で、定格運転モードの入力値が入力されない場合に、パラメータ値の出力をブロックする。

差分回路９７は、トランジスタ９６を経たパラメータ値が入力されると共に、ノイズフィルタ９５及びトランジスタ９６を経ていないパラメータ値が入力される。差分回路９７は、トランジスタ９６を経たパラメータ値と、ノイズフィルタ９５及びトランジスタ９６を経ていないパラメータ値との差分をとり、この差分を差分値として出力する。

不感帯９８は、差分回路９７から出力された差分値が入力される。不感帯９８は、所定の範囲となる不感帯であり、差分値が、所定の範囲以上となる場合、一次冷却材の温度変動をもたらし得る異常事象が発生したとして、異常発生信号を出力する。回路９１ａの不感帯９８においては、一次冷却材の温度変動をもたらし得るＲＣＳ流量の変動が生じているとして、異常発生信号を出力する。一方で、不感帯９８は、差分値が、所定の範囲よりも小さい場合、異常事象が発生していないとして、異常発生信号を出力しない。

ＯＲ回路９２は、各回路９１ａ，９１ｂ，９１ｃから出力される異常発生信号がそれぞれ入力され、少なくとも一つの異常発生信号が入力された場合、原子力施設１が安定状態ではない（何かしらの外乱が発生している）と判定して、外乱発生信号を出力する。

ＮＯＴ回路９３は、ＯＲ回路９２から出力された外乱発生信号が入力される。ＮＯＴ回路９３は、外乱発生信号が入力された場合、外乱に対するタービンランバックの動作を許容すべく、タービンランバックの作動を阻止する作動阻止信号を出力しない。一方で、ＮＯＴ回路９３は、外乱発生信号が入力されない場合、タービンランバックの動作を阻止すべく、作動阻止信号を出力する。

第二ＡＮＤ回路９４は、第一ＡＮＤ回路８３から出力される作動要求信号と、ＮＯＴ回路９３から出力される作動阻止信号とがそれぞれ入力され、これら全てが入力された場合、タービンランバックの動作を阻止する信号であるタービンランバック動作阻止信号を出力する。つまり、第二ＡＮＤ回路９４は、外乱が発生せず、また、一次冷却材の温度変動が生じる場合、温度ゆらぎであるとして、タービンランバックの動作を阻止する。一方で、第二ＡＮＤ回路９４は、作動要求信号及び作動阻止信号のいずれか一方が入力されない場合、タービンランバック動作阻止信号を出力しない。つまり、第二ＡＮＤ回路９４は、外乱が発生して、一次冷却材の温度変動が生じる場合、タービンランバックの動作を許容する。そして、制御装置７０は、第二ＡＮＤ回路９４から出力されたタービンランバック動作阻止信号に基づき、タービンランバック動作の阻止を実行する。

このように、制御回路９０は、外乱が発生しているか否かを判定する判定処理を各パラメータ値に基づいて実行する（判定工程）。そして、制御回路９０は、外乱ではなく温度ゆらぎであると判定された場合、タービンランバックの動作の実行をブロックする一方で、外乱であると判定された場合、タービンランバックの動作の実行を許容する（実行可否工程）。つまり、制御回路９０は、外乱が発生しているか否かの判定処理を実行する判定回路（判定部）と、タービンランバック動作の実行の可否を行う実行可否回路（実行可否部）と含む回路となっている。

以上のように、実施形態２によれば、動作制御回路８０において作動要求信号が出力された場合であっても、制御回路９０により外乱が発生していないと判定されると、温度ゆらぎが発生したとして、動作要求信号の出力をブロックし、タービンランバック動作阻止信号を出力することができる。このため、温度ゆらぎによるタービンランバック等の制御系３００の動作の実行を抑制することができる。一方で、原子力施設１に外乱が発生した場合、制御回路９０は、原子力施設１の制御系３００の動作の実行を許容できるため、外乱に対するタービンランバック等の制御系３００の動作を実行することができる。このため、制御装置５０は、燃料の装荷パターンがＬ３Ｐであっても、適切に原子力施設１の制御系３００の動作を制御することができる。このとき、実施形態２においても、ハードウェアとしての原子力施設１の構成を改修することなく、ソフトウェアとしての制御装置７０の構成を改修すればよいことから、改修コストの低減を図ることができる。

また、実施形態２によれば、制御回路９０が外乱であると判定することで、制御装置７０は、外乱に対する制御系３００の動作としてのタービンランバック動作を実行することができる。

次に、図６を参照して、実施形態１の制御装置５０及び実施形態２の制御装置７０を適用したときの、原子炉２内の内外領域における温度勾配と中性子照射低減量との関係について説明する。図６は、中性子照射低減量と炉心内外領域出力差とに関するグラフである。ここで、炉心内外領域出力差は、原子炉２内の中心部（内部）の領域における出力と、原子炉２内の周囲部（外部）の領域における出力との差分であり、原子炉２内の内外領域における温度勾配と比例関係となっている。そして、この炉心内外領域出力差が大きければ大きいほど、原子炉２内の中心部に装荷される燃料を、より燃焼度の低い新燃料等の燃料を配置することができ、原子炉２内の周囲部に装荷される燃料を、より燃焼度の高い燃焼済の燃料を配置することができる。

ここで、図６における点Ｐ１は、従来の原子力施設１において原子炉２に装荷される燃料の装荷パターンのときの炉心内外領域出力差と中性子照射低減量とを示す点である。また、図６における点Ｐ２は、実施形態１及び実施形態２の原子力施設１において原子炉２に装荷される燃料の装荷パターンのときの炉心内外領域出力差と中性子照射低減量とを示す点である。

図６に示すように、従来では、温度ゆらぎにより制御系３００の動作が実行されることから、この温度ゆらぎの影響を抑制するために、燃料の装荷パターンを炉心内外領域出力差が小さいＬ３Ｐとしていた。実施形態１及び実施形態２では、温度ゆらぎにより制御系３００の動作の実行が抑制されることから、この温度ゆらぎの影響を考慮する必要がないために、燃料の装荷パターンを炉心内外領域出力差が大きいＬ３Ｐとすることが可能となった。このため、実施形態１及び実施形態２では、従来に比して、中性子照射低減量を増大させることが可能となった。

１原子力施設
２原子炉
３ａコールドレグ
３ｂホットレグ
４蒸気発生器
５加圧器
６一次冷却材ポンプ
７原子炉格納容器
８燃料集合体
９制御棒
１０原子炉容器
１１蒸気管
１２タービン
１３復水器
１４給水管
１５給水ポンプ
１６発電機
４１第一温度計
４２第二温度計
５０制御装置
６０制御回路
６１第１不感帯
６２タイマー
６３第２不感帯
６４ＯＲ回路
７０制御装置（実施形態２）
８０動作制御回路
８１原子炉出力不感帯
８２タービン負荷不感帯
８３第一ＡＮＤ回路
９０制御回路
９１ａ，９１ｂ，９１ｃ回路
９２ＯＲ回路
９３ＮＯＴ回路
９４第二ＡＮＤ回路
９５ノイズフィルタ
９６トランジスタ
９７差分回路
９８不感帯
１００原子炉冷却系
２００タービン系

Claims

内部において冷却材が流通する原子炉を制御する制御系に含まれる原子力設備の制御装置であって、
前記冷却材の検出温度の上下変動である温度ゆらぎが発生しているか否かを判定する判定処理、及び前記原子力設備に外乱が発生しているか否かを判定する判定処理のうち、少なくとも一方の判定処理を実行する判定部と、
前記判定部において、前記温度ゆらぎが発生しているとの判定、及び前記外乱が発生していないとの判定のうち、少なくとも一方の判定がなされた場合、前記制御系の動作の実行をブロックする一方で、前記温度ゆらぎが発生していないとの判定、及び前記外乱が発生しているとの判定のうち、少なくとも一方の判定がなされた場合、前記制御系の動作の実行を許容する実行可否部と、を備えることを特徴とする原子力設備の制御装置。
前記判定部は、
前記冷却材の前記検出温度が、前記温度ゆらぎに係る挙動であるか否かを判定することで、前記温度ゆらぎが発生しているか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の原子力設備の制御装置。
前記判定部及び前記実行可否部は、
前記冷却材の前記検出温度に基づく前記制御系の動作の実行を不能とする、第１温度範囲となる第１不感帯と、
前記検出温度が前記第１不感帯の前記第１温度範囲外に存在する時間をカウントするタイマーと、
前記第１温度範囲よりも広い第２温度範囲となり、前記検出温度に基づく前記制御系の動作の実行を不能とする第２不感帯と、を有し、
前記判定部は、
前記検出温度が、前記第１不感帯の前記第１温度範囲外に存在し、前記第２不感帯の前記第２温度範囲内に存在する場合であって、且つ、前記タイマーにより予め設定された設定時間を超えた場合、また、前記検出温度が、前記第１不感帯の第１温度範囲外及び前記第２不感帯の前記第２温度範囲外に存在する場合、前記温度ゆらぎに係る挙動でないと判定し、
前記実行可否部は、
前記制御系の動作の実行を許容することを特徴とする請求項２に記載の原子力設備の制御装置。
前記判定部は、
前記検出温度が、前記第１不感帯の前記第１温度範囲内に存在する場合、または、前記第１不感帯の前記第１温度範囲外に存在し、前記第２不感帯の前記第２温度範囲内に存在する場合であって、且つ、前記タイマーにより予め設定された設定時間を超えない場合、前記温度ゆらぎに係る挙動であると判定し、
前記実行可否部は、
前記制御系の動作の実行をブロックすることを特徴とする請求項３に記載の原子力設備の制御装置。
前記制御系の動作は、前記原子炉内の燃料に挿通される制御棒の抜き挿し動作であることを特徴とする請求項３または４に記載の原子力設備の制御装置。
前記判定部は、
前記冷却材の温度変化の要因に関連するパラメータとなる関連パラメータのパラメータ値が、前記外乱に係る挙動であるか否かを判定することで、前記外乱が発生しているか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の原子力設備の制御装置。
前記判定部は、
前記関連パラメータのパラメータ値が、前記原子力設備が正常動作する正常数値範囲内である場合、前記外乱に係る挙動でないと判定し、
前記実行可否部は、
前記制御系の動作の実行をブロックすることを特徴とする請求項６に記載の原子力設備の制御装置。
前記判定部は、
前記関連パラメータのパラメータ値が、前記正常数値範囲外である場合、前記外乱に係る挙動であると判定し、
前記実行可否部は、
前記制御系の動作の実行を許容することを特徴とする請求項７に記載の原子力設備の制御装置。
前記原子力設備は、前記原子炉を含む一次冷却系と、前記一次冷却系との熱交換により得られた熱により回転するタービンを含む二次冷却系と、を備え、
前記制御系の動作は、前記タービンの出力を変化させる出力変化動作であることを特徴とする請求項７または８に記載の原子力設備の制御装置。
内部において冷却材が流通する原子炉と、前記原子炉を制御する制御装置を含む制御系と、を備える原子力設備の制御方法であって、
前記冷却材の検出温度の上下変動である温度ゆらぎが発生しているか否かを判定する判定処理、及び前記原子力設備に外乱が発生しているか否かを判定する判定処理のうち、少なくとも一方の判定処理を、前記制御装置により実行する判定工程と、
前記判定工程において、前記温度ゆらぎが発生しているとの判定、及び前記外乱が発生していないとの判定のうち、少なくとも一方の判定がなされた場合、前記制御系の動作の実行をブロックする一方で、前記温度ゆらぎが発生していないとの判定、及び前記外乱が発生しているとの判定のうち、少なくとも一方の判定がなされた場合、前記制御系の動作の実行を許容する実行可否工程と、を前記制御装置により実行することを特徴とする原子力設備の制御方法。