JP6466700B2 - 制御棒駆動制御システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は原子力発電所の制御棒駆動制御システムに関する。

原子力発電所において、原子炉の出力を制御する制御棒は制御棒駆動系の指令により方向制御弁を開閉させることで駆動される。この制御棒の駆動システムは他の機械系システムと比較すると劣化・性能低下の兆候を検出することが困難で、突然故障状態となると重大な事故につながる恐れがある。

そのため制御棒の駆動システムの故障を早期に発見することにより、原子力発電所の信頼性を高めるとともに復旧時間の短縮化を図るために、制御棒を駆動させることなく方向制御弁の駆動回路の健全性を定期的に確認する、ダイナミック診断を行うことが求められている。この診断機能を搭載した制御棒駆動制御システムを図４により説明する。

制御棒駆動制御システムは、中央制御室に設置される制御装置１０１と、現場に設置され制御装置１０１との間で信号の送受信を行う現場伝送装置１０２とからなり、現場伝送装置１０２は、制御棒を駆動させるための挿入用及び引抜用の方向制御弁１０３ａ、１０３ｂと、方向制御弁１０３ａ、１０３ｂに電源ケーブル１０５、１０６ａ、１０６ｂを介して供給される電源１０４と、方向制御弁１０３ａ、１０３ｂの入力側に設けられた複数の１系励磁回路１２１と、方向制御弁１０３ａ、１０３ｂの出力側に設けられた複数の２系励磁回路１３１とから構成される。

制御装置１０１は演算部１１０、１１１が２重化された構成となっており、同じく２重化された現場伝送装置１０２の送受信部１１６、１１７と、それぞれケーブル１１４、１１５を介して接続され、１系の送受信部１１６は複数の１系励磁回路１２１と信号の送受信を行う。同じく２系の送受信部１１７は複数の２系励磁回路１３１と信号の送受信を行う。

また、制御棒駆動制御システムは、方向制御弁１０３ａ、１０３ｂの電源異常を検出するため、リレー１４１と、リレー１４１の励磁にあわせて動作する接点１４２と、方向制御弁電源異常検出回路１４３を備える。
方向制御弁の健全性を診断する際は、方向制御弁１０３ａ、１０３ｂが励磁しないように片系ずつ実施する。

まず、１系の健全性を診断する際は、制御装置１０１の１系の演算部１１０から制御棒励磁指令ａを、ケーブル１１４を介して現場伝送装置１０２の１系の送受信部１１６に出力する。送受信部１１６は複数の１系励磁回路１２１に制御棒駆動指令ａを出力し、１系の励磁回路接点１２２ａ、１２２ｂは制御棒駆動指令ａを受信したときに接点ＯＮにする。一方、２系の励磁回路接点１３２ａ、１３２ｂは接点ＯＦＦ状態である。

１系の励磁回路接点１２２ａ、１２２ｂをＯＮにすることにより、電源１０４は励磁回路接点１２２ａ、１２２ｂ及び電源ケーブル１０６ａ、１０６ｂを介して方向制御弁１０３ａ、１０３ｂに電源を供給し、２系の励磁回路１３１の抵抗１３３ａ、１３３ｂを介して戻ることで回路が成立する。
この際、２系の励磁回路の抵抗１３３ａ、１３３ｂにより、方向制御弁１０３ａ、１０３ｂ前後の電圧は駆動電圧以下となるため方向制御弁１０３ａ、１０３ｂは駆動しない。

１系の励磁回路接点１２２ａ、１２２ｂがそれぞれ制御棒駆動指令ａを受けて正常にＯＮしたかどうかの診断は、１系の電圧検出用の抵抗１２３ａ、１２３ｂにより接点１２２ａ、１２２ｂ前後の電圧を検出し、電圧検出信号ｂ１、ｂ２として１系の送受信部１１６からケーブル１１４を介して１系の演算部１１０に入力され、方向制御弁の駆動回路の健全性が確認される。
この健全性確認試験は、複数の１系励磁回路に対し順次実施される。
２系の健全性診断では、上記「１系」を「２系」に、「２系」を「１系」に読み替えた動作となる。

特開平２００３−１７７１９５号公報

原子力発電所が長期間停止中の場合は、制御棒は全挿入状態となり、制御棒の誤引抜の可能性をなくすため、方向制御弁の駆動用電源は常に落とされる。上述した従来のダイナミック診断では、原子力発電所が長期間停止し続けることを想定しておらず、常に電源が供給可能であることを前提としているため、原子力発電所が長期間停止の際には、各診断を実施できず、方向制御弁の駆動回路の健全性を確認できないという問題があった。

また、従来の制御棒駆動制御システムでは、方向制御弁の駆動用電源が落ちた場合に重故障警報（方向制御弁電源異常）信号が常に出力されるシステム構成となっており、長期期間停止中に他の重故障が発生した場合、それを個別に検知し原因を特定することが困難となるという問題があった。

本発明の実施形態は上記課題を解決するためになされたもので、原子力発電所が長期間停止中であっても方向制御弁の駆動回路の健全性を確認することができる制御棒駆動制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の実施形態に係る制御棒駆動制御システムは、制御棒を駆動する方向制御弁と、前記方向制御弁の入力側に設けられ、それぞれ励磁回路接点を有する複数の１系励磁回路と、前記方向制御弁の出力側に設けられ、それぞれ励磁回路接点を有する複数の２系励磁回路と、前記１系励磁回路及び２系励磁回路に各種信号を入出力する制御装置と、前記１系励磁回路を介して前記方向制御弁に電源を供給する電源ケーブルと、を有する制御棒駆動制御システムにおいて、前記１系励磁回路の入力側の電源ケーブルに接点と当該接点に並列に配置された抵抗を設け、原子力発電所の長期停止時に前記接点をＯＦＦにし、前記方向制御弁に供給する電圧を前記抵抗により当該方向制御弁の駆動電圧以下とすることを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、原子力発電所が長期期間停止中の場合でも方向制御弁の駆動回路の健全性確認試験を行うことができるとともに、他の重故障を検知することが可能となるため、原子力発電所の信頼性および安全性を高めることができる。

第１の実施形態に係る制御棒駆動制御システムの構成図。 第２の実施形態に係る制御棒駆動制御システムの構成図。 第３の実施形態に係る制御棒駆動制御システムの構成図。 従来の制御棒駆動制御システムの構成図。

以下、本発明に係る制御棒駆動制御システムの実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る制御棒駆動制御システムを図１により説明する。なお、従来の制御棒駆動制御システムと同一又は類似の構成には同一の符号を付し、重複説明を省略する。

（構成）
本第１の実施形態に係る制御棒駆動制御システムは、図４に示す従来の制御棒駆動制御システムの電源ケーブル１０５に接点１５１と当該接点１５１に並列に配置した抵抗１５２を設けた構成としている。

抵抗１５２は、方向制御弁１０３ａ、１０３ｂが励磁しないように、電源１０４の電圧を方向制御弁１０３ａ、１０３ｂの駆動電圧以下とするような抵抗値を有するものが用いられる。

また、抵抗１５２は、方向制御弁１０３ａ、１０３ｂのインピーダンスより十分大きいものを選定することとし、例えば、通常適用する方向制御弁１０３ａ、１０３ｂに対して２４ＫΩの抵抗１５２が用いられる。また、原子力発電所毎に方向制御弁１０３ａ、１０３ｂの駆動電圧が異なることも予想され、それに対応するために抵抗１５２は配線上に設けられたソケットや端子台に交換可能に実装されることが望ましい。

（作用）
このように構成された制御棒駆動制御システムにおいて、原子力発電所が通常状態のときは接点１５１をＯＮにする。すなわち、原子力発電所が通常状態の場合は、従来どおり方向制御弁駆動用の電源１０４から電源ケーブル１０５及び接点１５１を介して、所定の電圧を方向制御弁１０３ａ、１０３ｂに供給する。

一方、原子力発電所が長期停止時の場合は、接点１５１をＯＦＦにし、電源ケーブル１０５に抵抗１５２を直列接続する。
この状態で各系毎に方向制御弁の駆動回路の健全性確認試験を行う。
まず、１系の健全性を診断する際は、従来のように、複数の１系励磁回路１２１に制御棒駆動指令ａを出力し１系の励磁回路接点１２２ａ、１２２ｂをＯＮにする一方、２系の励磁回路接点１３２ａ、１３２ｂをＯＦＦとする。

励磁回路接点１２２ａ、１２２ｂをＯＮにすることで、電源１０４は１系の励磁回路接点１２２ａ、１２２ｂ及び電源ケーブル１０６ａ、１０６ｂを介して方向制御弁１０３ａ、１０３ｂに電源を供給し、２系励磁回路１３１の抵抗１３３ａ、１３３ｂを介して戻ることで回路が成立する。

そして、１系励磁回路１２１が電圧検出用の抵抗１２３ａ、１２３ｂにより電圧を測定し１系の送受信部１１６を介して電圧検出信号ｂ１、ｂ２を１系の演算部１１０に出力する。１系の演算部１１０はその測定値に基づいて方向制御弁１０３ａ、１０３ｂの駆動回路の健全性を診断する。この健全性確認試験は方向制御弁１０３ａ、１０３ｂについて同時に又は順次実施される。

その際、方向制御弁１０３ａ、１０３ｂに供給される電圧は抵抗１５２により方向制御弁１０３ａ、１０３ｂの駆動電圧以下となるので、制御棒が駆動することはない。この健全性確認試験を、複数の１系励磁回路１２１に対し順次実施する。
２系励磁回路１３１に対しても、上記と同様な手順で方向制御弁１０３ａ、１０３ｂの駆動回路の健全性の診断を実施する。

（効果）
本実施形態によれば、原子力発電所の長期停止時において方向制御弁１０３ａ、１０３ｂの駆動回路の健全性確認試験が行うことができる。その際、方向制御弁１０３ａ、１０３ｂへの供給電圧を抵抗１５２により方向制御弁１０３ａ、１０３ｂの駆動電圧以下とすることで、健全性確認試験時における制御棒の誤動作を確実に防止することが可能となる。

これにより、従来原子力発電所の長期停止時は実施できなかったダイナミック診断を可能とし、制御棒駆動制御システムの保守性を向上させることができる。
さらに、抵抗１５２を交換可能とすることで、方向制御弁１０３ａ、１０３ｂの駆動電圧が異なる原子力発電所に対しても適用することができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る制御棒駆動制御システムを図２により説明する。
（構成）
本実施形態では、上記第１の実施形態の制御棒駆動制御システムにおいて、方向制御弁電源異常検出回路１４３の電源異常検出用の接点１４２に接点１６１を直列に設けた構成としている。
接点１６１は原子力発電所の通常運転中はＯＮにされ、長期停止時ではＯＦＦにされる。

（作用）
このように構成された本実施形態において、原子力発電所の長期停止時では抵抗１５２により方向制御弁１０３ａ、１０３ｂへの供給電圧は駆動電圧以下となる。これにより、リレー１４１は非励磁状態となり接点１４２がＯＮになる。

上記第１の実施形態の制御棒駆動制御システムでは、接点１４２がＯＮになることで方向制御弁電源異常検出回路１４３は電源異常と判断し、制御装置１０１等に方向制御弁の電源異常情報を出力し、重故障警報等が発生される。この電源異常情報は原子力発電所の長期停止中に常時出力されることになるため、他の重故障要因検出の妨げとなっていた。

そのため、本実施形態では、接点１４２と直列に原子力発電所の長期停止時にＯＦＦとなる接点１６１を設ける構成としたことで、方向制御弁電源異常検出回路１４３の異常検出機能を停止させ、不必要な電源異常情報の出力を停止させる。

（効果）
本実施形態によれば、接点１４２と直列に原子力発電所の長期停止時にＯＦＦとなる接点１６１を設けたことにより、不必要な電源異常情報の出力を停止させる。これにより他の重故障要因の検出を妨害することがなくなるため、原子力発電所の監視制御機能を向上させることができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る制御棒駆動制御システムを図３により説明する。
（構成）
上記第１及び第２の実施形態では、方向制御弁１０３ａ、１０３ｂに供給される電圧を抵抗１５２により方向制御弁１０３ａ、１０３ｂの駆動電圧以下となるようにしているが、本第３の実施形態では、図４に示す制御棒駆動制御システムにおいて、方向制御弁１０３ａ、１０３ｂの代わりに、模擬負荷１７１ａ、１７１ｂを用いる構成としている。
模擬負荷１７１ａ、１７１ｂは、方向制御弁１０３ａ、１０３ｂと同等の負荷を有するものが用いられる。

（作用）
このように構成された制御棒駆動制御システムにおいて、原子力発電所の長期停止時には、１系励磁回路１２１及び２系励磁回路１３１と方向制御弁１０３ａ、１０３ｂ間の接続を切り離し、模擬負荷１７１ａ、１７１ｂを電源ケーブル１０６ａ、１０６ｂに接続する。

これにより方向制御弁１０３ａ、１０３ｂへの電源供給を遮断する一方、模擬負荷１７１ａ、１７１ｂに電源を供給する。
そして、図４に示す方向制御弁１０３ａ、１０３ｂの駆動回路の健全性確認試験と同様な手順で１系及び２系の健全性診断を実施する。

(効果)
本実施形態によれば、原子力発電所の長期停止時において、方向制御弁１０３ａ、１０３ｂと切り替え可能な模擬負荷１７１ａ、１７１ｂを用いることで、長期停止時及び健全性診断時における制御棒の誤動作を確実に防止することができるとともに、従来原子力発電所の長期停止時は実施できなかったダイナミック診断を可能とし、制御棒駆動制御システムの保守性を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０１…制御装置、１０２…現場伝送装置、１０３ａ、１０３ｂ…方向制御弁、１０４…電源、１０５、１０６ａ、１０６ｂ…電源ケーブル、１１０、１１１…演算部、１１４、１１５…ケーブル、１１６、１１７…送受信部、１２１…１系励磁回路、１２２ａ、１２２ｂ、１３２ａ、１３２ｂ…励磁回路接点、１２３ａ、１２３ｂ、１３３ａ、１３３ｂ…抵抗、１３１…２系励磁回路、１４１…リレー、１４２…接点、１４３…方向制御弁電源異常検出回路、１５１…接点、１５２…抵抗、１６１…接点、１７１ａ、１７１ｂ…模擬負荷、ａ…制御棒駆動指令、ｂ…電圧検出信号

Claims (4)

1. 制御棒を駆動する方向制御弁と、前記方向制御弁の入力側に設けられ、それぞれ励磁回路接点を有する複数の１系励磁回路と、前記方向制御弁の出力側に設けられ、それぞれ励磁回路接点を有する複数の２系励磁回路と、前記１系励磁回路及び２系励磁回路に各種信号を入出力する制御装置と、前記１系励磁回路を介して前記方向制御弁に電源を供給する電源ケーブルと、を有する制御棒駆動制御システムにおいて、
   前記１系励磁回路の入力側の電源ケーブルに接点と当該接点に並列に配置された抵抗を設け、原子力発電所の長期停止時に前記接点をＯＦＦにし、前記方向制御弁に供給する電圧を前記抵抗により当該方向制御弁の駆動電圧以下とすることを特徴とする制御棒駆動制御システム。
2. 前記制御棒駆動制御システムは、さらに方向制御弁電源異常検出回路を備え、当該方向制御弁電源異常検出回路は原子力発電所の長期停止時にＯＦＦとなる接点を有することを特徴とする請求項１記載の制御棒駆動制御システム。
3. 前記電源ケーブルにソケット又は端子台を設け、前記抵抗を当該ソケット又は端子台に交換可能に実装することを特徴とする請求項１又は２に記載の制御棒駆動制御システム。
4. 前記１系励磁回路及び２系励磁回路にそれぞれ電圧検出回路を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の制御棒駆動制御システム。

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