JP6606005B2 - 制御棒操作監視システム - Google Patents

Description

本発明は、制御棒操作監視システムに関する。

従来、改良沸騰水型原子炉では、燃料棒間に電動駆動を用いた制御棒の挿入や引抜により、原子炉出力を変更する機能を有している。この電動駆動を用いた制御棒の引抜操作や挿入操作は、自動出力調整装置等を用いた自動操作または運転員の手動操作にて制御棒操作監視装置にて実施される。

電動駆動による制御棒の挿入には通常の運転で用いる通常挿入操作と緊急時に用いる緊急制御棒挿入操作の２種類がある。前者は通常運転時の原子炉出力調整時に使用される。一方、後者はスクラムなどの水圧駆動による制御棒挿入動作のバックアップとして使用される。
沸騰水型原子炉では、冷却材のボイド率に依存して出力が変化する特性を有しており、通常運転において制御棒の挿入割合により燃料棒の軸方向に出力の偏りを持っている。

沸騰水型原子炉において電動駆動のような比較的緩やかな速度で全制御棒の挿入動作を行った場合、制御棒挿入により燃料棒に負の反応度が印加されるため炉心下部のボイド率が減少する。このため、ボイド量変化が炉心上部に伝播し、炉心上部のボイド率が減少し正のボイド反応度により炉心上部の出力密度が上昇する。ここで、過度に出力密度が上昇する場合、放置すれば、原子炉燃料の熱的制限を逸脱しペレット、被覆管が損傷し、燃料破損に至る可能性がある。

このメカニズムを図６（ａ）〜（ｃ）に示す。図６（ａ）〜（ｃ）は全制御棒同時挿入事象のメカニズムを示している。図６（ａ）は、燃料棒間に制御棒を入れない状態を示し、図６（ｂ）は、燃料棒間に制御棒の挿入を開始した状態を示し、図６（ｃ）は、燃料棒間に制御棒の挿入中の状態を示す。図６（ａ）〜（ｃ）において、横軸に出力（エネルギ）を示し、縦軸に燃料棒の軸方向の位置を示す。

図６（ａ）に示す通常運転（初期状態）においては、燃料棒の軸方向中央になだらかなピークをもつ出力分布となっている。
通常運転（図６（ａ））の状態から全制御棒の同時挿入が開始される場合を考える。電動駆動により比較的ゆっくりとした制御棒の挿入が行われると、制御棒の挿入による負の反応度が印加されるため、炉心下部のボイドが減少する。制御棒の挿入が進むに従い、ボイド量の変化が炉心上部に伝播する

燃料棒の挿入中は、図６（ｃ）に示すように、電動駆動による制御棒の挿入速度に対し炉心上部でボイドが減少する方が速いため、炉心上部では出力が上昇する。以上の影響から、炉心上部の出力密度が上昇する。従って、過度に出力密度が上昇する場合、原子炉燃料の熱的制限を逸脱しペレット、被覆管が損傷し、燃料破損に至るおそれがある。
ところで、通常運転での制御棒挿入動作では、同時に操作できる制御棒の本数が全２０５本の内２６本に制限されているため、全制御棒が同時に挿入する全挿入のような動作は無い。

図７は、従来の制御棒操作監視装置の構成を示す図である。
一方緊急時の制御棒挿入動作では、制御棒緊急挿入信号Ｓ４が成立した場合には、全制御棒制御統括部１０８の制御棒挿入論理回路から個別制御棒制御部１０９の個別制御棒挿入論理回路に全制御棒の全挿入の信号が出力される。このため、制御棒緊急挿入信号Ｓ４のように全制御棒に対して挿入信号が出力されるような場合、全制御棒を４つのグループに分割する。そして、それぞれのグループにタイマ１１９を持たせて時間差をもって、グループ毎に制御棒を挿入することで全制御棒が同時に挿入することを回避している。なお、スクラム（緊急停止）により水圧駆動で既に制御棒が挿入されている制御棒については、タイマ１１９を用いる必要がないのでタイマ１１９がバイパスされる仕組みを有している。

グループ毎の各制御棒に個別に、個別制御棒制御部１０９からブレーキ解除指令Ｓ８が個別ブレーキ盤１１０に送られ、制御棒電動駆動装置１１２によりブレーキが解除される。そして、個別制御棒制御部１０９から制御棒緊急挿入指令信号Ｓ６または制御棒挿入指令信号Ｓ７が個別駆動制御盤１１１のインバータ制御部に送られ、制御棒電動駆動装置１１２により制御棒の挿入が行われる。

特開２００２−３３３４９４号公報 特開２００１−０９９９７４号公報

ところで、上述の電動駆動により制御棒が挿入される事象では中性子が吸収され原子炉出力が減少するため、スクラム等の安全機能は働かない。よって、タイマ１１９が全制御棒同時全挿入を回避するための唯一の対策設備となる。

現状の設備構成では、制御棒の挿入機能もタイマ１１９も、また同時に操作できる制御棒の本数の制御機能も同一の制御棒操作監視装置１０３内で実現されている。そのため、制御棒操作監視装置１０３が故障して誤った緊急挿入信号等が原子炉緊急停止装置１０４から発信された場合には同一制御内に設置しているタイマ１１９も故障して働かないことが考えられる。そのため、全制御棒が同時に全挿入される可能性がある。

従来、全制御棒制御統括部１０８で生成された制御棒緊急挿入信号Ｓ４を受信した個別制御棒制御部１０９内で個々の制御棒の状態を確認する。そして、個別のタイマ１１９を使用することで制御棒をグループ分けして、グループ毎に時間差を設けて制御棒を挿入する。これにより、例えば２０５本の全制御棒が同時に挿入されることを防御していた。

しかしながら、全制御棒制御統括部１０８、個別のタイマ１１９を含む個別制御棒制御部１０９は同一の制御棒操作監視装置１０３の内部で実現されているため、制御棒操作監視装置１０３の故障に対する防御が脆弱であるおそれがある。

本発明は上記実状に鑑み創案されたものであり、制御棒操作監視装置とは別に、制御棒の動作状態を検知して、制限本数以上の制御棒が挿入動作する場合、制御棒の挿入動作を停止させるとともに、緊急制御棒挿入動作を行える制御棒操作監視システムの提供を目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の制御棒操作監視システムは、原子力発電プラントの緊急停止時に炉心を未臨界にするため水圧駆動により制御棒を挿入するスクラム機能動作時の緊急制御棒挿入機能と、前記制御棒の電動駆動により全制御棒の挿入動作を行う電動挿入機能とを有し、前記各制御棒の挿入開始時間を変更して、前記電動挿入機能により前記制御棒を挿入する制御を行う制御棒操作監視装置と、前記制御棒のブレーキを解除する制御棒電動駆動装置に印加される電圧または電流を検出する電圧電流検出器と、前記制御棒の位置を検出する制御棒位置検出器と、前記制御棒操作監視装置とは別装置であって、前記電圧電流検出器または前記制御棒位置検出器の検出信号により、制限本数以上の前記制御棒の挿入動作を検出した際に原子炉緊急停止装置により前記緊急制御棒挿入機能を行わせる緊急制御棒挿入装置とを備えている。

本発明によれば、制御棒操作監視装置とは別に、制御棒の動作状態を検知して、制限本数以上の制御棒が挿入動作する場合、制御棒の挿入動作を停止させるとともに、緊急制御棒挿入動作を行える制御棒操作監視システムを提供することができる。

本発明に係る実施形態１の制御棒操作監視システムが設けられる原子力発電プラントを示す図。 制御棒の電動駆動と水圧駆動との構成を示す概念図。 制御棒操作監視システムの構成を示す図。 実施形態２の制御棒操作監視システムの構成を示す図。 実施形態３の制御棒操作監視システムの構成を示す図。 （ａ）は燃料棒間に制御棒を入れない状態を示す図、（ｂ）は燃料棒間に制御棒の挿入を開始した状態を示す図、（ｃ）は燃料棒間に制御棒の挿入中の状態を示す図。 従来の制御棒操作監視装置の構成を示す図。

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明は、原子力発電プラントにおいて、緊急停止時に炉心を未臨界にするため水圧駆動により制御棒を緊急挿入するスクラム機能と、スクラム機能動作時の制御棒挿入機能のバックアップとして制御棒電動駆動挿入機能により全制御棒が挿入動作する機能とを有する。本発明は、制御棒電動駆動挿入機能により全制御棒が挿入動作する機能に対し、誤って全制御棒が全数および制限本数以上同時挿入することを監視し、制御棒の挿入を制限する機能を有する。制御棒の挿入を制限することで、燃料の軸方向出力分布の歪みを抑えられる。

本発明では、全制御棒の挿入動作および制限本数以上の制御棒が挿入動作を開始したことを制御棒のブレーキ解除状態または制御棒位置情報が示す変位で検出し、制御棒駆動電源を遮断する機能を有する。
また、本発明では、制御棒操作監視装置の別手段として全制御棒が全挿入動作および制限本数以上の制御棒が挿入動作を開始したことを制御棒のブレーキ解除状態または制御棒位置情報が示す変位で検出し、水圧駆動による緊急制御棒挿入動作を行う機能を有する。

本発明によれば、全制御棒が全挿入動作する場合および制限本数以上の制御棒が挿入動作する場合、制御棒操作監視装置とは別装置として、制御棒の動作状態を検知して制御棒の駆動電源を遮断する機能をもつことにより、制御棒操作監視装置に拠ることなく、全制御棒全挿入動作および制限本数以上の制御棒の挿入動作を停止させ、燃料の健全性を維持することが可能となる。
また、制御棒操作監視装置とは別装置として制御棒の動作状態を検知して水圧駆動による緊急制御棒挿入動作を行う機能をもつことにより、制御棒操作監視装置に拠ることなく、燃料の健全性を維持することが可能となる。

＜＜実施形態１＞＞
図１に、本発明に係る実施形態１の制御棒操作監視システムが設けられる原子力発電プラントを示す。
実施形態１の原子力発電プラントＰ（沸騰水型）は、原子炉１、原子炉緊急停止装置４、制御棒操作監視装置３、および制御棒操作監視装置３の運転員操作部７を具備している。
沸騰水型の原子炉１は、ウラニウム等の核分裂の連鎖反応による熱エネルギを用いて高温高圧の蒸気をタービンに供給し発電する仕組みである。

原子炉緊急停止装置４は、異常状態が検出された場合、原子炉緊急停止信号Ｓ３を、原子炉緊急停止系１８（図３参照）に出力し、同時に制御棒緊急挿入信号Ｓ４を制御棒操作監視装置３に出力する。異常状態とは、原子炉１の出力が制限値を超えて上昇した場合、原子炉１の内部の圧力が制限圧力より上昇した場合、燃料棒２の冷却水の水位が制限水位より低下した場合等である。

運転員操作部７は、運転員が原子力発電プラントＰの出力を操作するために制御棒２を人為操作により制御、管理する操作部である。運転員操作部７は、制御棒２を燃料棒ｎ間に挿入するに際して、制御棒挿入指令信号Ｓ５を制御棒操作監視装置３に出力する。
制御棒操作監視装置３は、原子炉１内の制御棒２の位置を監視し、出力の管理および出力を停止等する装置である。制御棒操作監視装置３は、原子炉１の出力を制御したり、制御棒２を燃料棒ｎ間に挿入したり、緊急挿入したり等する。

制御棒操作監視装置３は、運転員操作部７からの制御棒挿入指令信号Ｓ５により、原子炉１内の下部に配置された制御棒２を燃料棒ｎ間の上方に電動で移動させる。また、制御棒操作監視装置３は、原子炉緊急停止装置４からの制御棒緊急挿入信号Ｓ４により、原子炉１内に配置された制御棒２を上方の燃料棒ｎ間に電動で移動させる。

図２は、制御棒の電動駆動と水圧駆動との構成を示す概念図である。
制御棒２の電動駆動は以下のように行われる。
制御棒２の下方には電動駆動用の駆動モータ２ｍが配置されている。駆動モータ２ｍのモータ軸には制御棒２の下部を支持する支持部材２ｓが設けられている。駆動モータ２ｍを稼動し、支持部材２ｓを前進させることにより、制御棒２を上方に移動させて燃料棒ｎ間に挿入する。一方、駆動モータ２ｍを稼動し、支持部材２ｓを後退させることにより、制御棒２を下方に移動させて燃料棒ｎ間から引き抜く。

制御棒２には不図示の係止部が設けられている。係止部が不図示の被係止部に係止することで、制御棒２は所定の位置に配置し続ける。なお、制御棒２の係止部は、制御棒２が下方に移動する際、被係止部との係止が解除され、制御棒２の下方に引っ込む構成である。
図１に示すように、原子炉緊急停止装置４では、原子炉1内に配置された原子炉出力検出器５からの原子炉出力信号Ｓ１や、原子炉水位・圧力検出器６からの原子炉水位・圧力信号Ｓ２等を受け、原子炉１の状態を常に監視している。

原子炉出力検出器５は、原子炉１の出力を検出し、原子炉出力信号Ｓ１を原子炉緊急停止装置４に送る。原子炉出力信号Ｓ１が示す原子炉出力が制限値以上に大きくなった場合、原子炉緊急停止信号Ｓ３による緊急挿入信号が水圧駆動系に送られ、原子炉はスクラムする。また同時に制御棒操作監視装置３に送られる制御棒緊急挿入信号Ｓ４により制御棒２を燃料棒ｎ間に上昇させる。

原子炉出力信号Ｓ１が示す原子炉出力が異常に上昇した場合や、原子炉水位・圧力信号Ｓ２が示す原子炉１の水位が異常に低下した場合、原子炉１の圧力が上昇した場合には、原子炉緊急停止装置４は原子炉１や燃料の健全性を確保するため原子炉緊急停止信号Ｓ３を原子炉緊急停止系１８（図３参照）に発信する。すると、原子炉緊急停止系１８により制御棒２が水圧駆動で短時間で緊急挿入される。図３は、制御棒操作監視システムの構成を示す図である。

この時、図１に示すように、原子炉緊急停止装置４は同時に制御棒緊急挿入信号Ｓ４を制御棒操作監視装置３に発信し、電動駆動によるバックアップの制御棒２の挿入動作を行う。

原子炉緊急停止系１８（図３参照）による制御棒２の水圧駆動は以下のように行われる。
図２に示すように、制御棒２の下方には水槽２ｗと水槽２ｗに配管を介して接続される常閉型のスクラムパイロットバルブ２ｂとが設けられている。スクラムパイロットバルブ２ｂの上流には、水槽２ｗに充填するための充填用の水が用意されている。原子炉緊急停止信号Ｓ３（図１、３参照）を契機として、スクラムパイロットバルブ２ｂが開弁され、充填用の水がＮ_２ガスに加圧されて水槽２ｗに満たされる。充填用の水の圧力により、制御棒２が上方に移動し、燃料棒ｎ間に短時間で挿入される。
なお、制御棒２が水圧駆動で挿入される場合、短時間で行われるので、図６（ｃ）に示す出力密度の上昇という現象は生じない。
制御棒２の水圧駆動は、制御棒２を、水圧により上昇（挿入）させる。

＜制御棒操作監視装置３＞
制御棒操作監視装置３の構成を、図３を用いて説明する。
制御棒操作監視装置３は、全制御棒制御統括部８、個別制御棒制御部９、個別ブレーキ盤１０、および個別駆動制御盤１１を有している。
全制御棒制御統括部８は、制御棒挿入論理回路を有しており、例えば２０４本の各燃料棒毎に制御棒２を挿入する指令を個別制御棒制御部９に出力する。

個別制御棒制御部９は、制御棒２毎の個別のタイマ１９をもつ個別制御棒挿入論理回路を有する。個別制御棒制御部９は、制御棒２毎の制御部である。個別制御棒制御部９は、制御棒２毎の個別ブレーキ盤１０にブレーキ解除指令信号Ｓ８を出力する。
個別ブレーキ盤１０は、対応する制御棒２のブレーキを、制御棒電動駆動装置１２を用いて解除させる。

個別駆動制御盤１１はインバータ制御部を有する。
個別制御棒制御部９が制御棒緊急挿入指令信号Ｓ６または制御棒挿入指令信号Ｓ７を個別駆動制御盤１１に出力すると、個別駆動制御盤１１のインバータ制御部は制御棒電動駆動装置１２を用いて、電動駆動による制御棒２の挿入動作を行う。なお、制御棒２のブレーキを解除しないと、制御棒２の挿入動作はできない。つまり、制御棒２の挿入動作は制御棒２のブレーキの解除が前提となる。そのため、制御棒２の電動駆動による挿入操作は、ブレーキの解除、制御棒２の挿入動作の順に行われる。

制御棒２が燃料棒ｎ（図１参照）間に挿入されるような場合、図３に示すように、全制御棒制御統括部８では原子炉緊急停止装置４からの制御棒緊急挿入信号Ｓ４や運転員操作部７からの制御棒挿入指令信号Ｓ５が入力される。
すると、全制御棒制御統括部８は、どの制御棒２をどのように挿入するかを、全制御棒制御統括部８内の制御棒挿入論理回路で制御棒２の挿入の対称性等を勘案して判断し、その結果が個別制御棒制御部９に出力される。

制御棒２の挿入の対称性とは、原子炉１の内部の複数の燃料棒ｎに対応する複数の制御棒２を上方から見た場合、複数の制御棒２の中心にほぼ点対称であることを意味する。

個別制御棒制御部９では個別制御棒挿入論理回路で個々の制御棒２を挿入するための個々の制御棒２に対する信号を生成する。
個別制御棒制御部９で生成される信号はブレーキ解除指令信号Ｓ８と制御棒緊急挿入指令信号Ｓ６と制御棒挿入指令信号Ｓ７である。ブレーキ解除指令信号Ｓ８は個別ブレーキ盤１０に出力され、制御棒緊急挿入指令信号Ｓ６および制御棒挿入指令信号Ｓ７は個別駆動制御盤１１に出力される。

個別ブレーキ盤１０はブレーキ解除指令信号Ｓ８を受信すると制御棒電動駆動装置１２により制御棒２のブレーキ解除を行う。その後、個別駆動制御盤１１ではインバータ制御部により制御棒電動駆動装置１２が駆動され、電動駆動で制御棒２が燃料棒ｎ間に挿入される。

制御棒電動駆動装置１２の通常運転での制御棒２の挿入動作では、同時に操作できる制御棒２の本数が全２０５本のうち２６本に制限されている。そのため、２７本以上および全ての制御棒２の挿入動作が行われた場合には、異常状態と判断される一方、２６本以下の制御棒２の挿入動作が行われる場合は正常状態と判断される。
前記したように、従来、制御棒操作監視装置１０３（図７参照）の障害に対する防御が弱いという問題があった。
そこで、本原子力発電プラントＰでは、制御棒操作監視装置３の外部に新たに制御棒挿入動作を制限する機能を有する制御棒操作監視システムＳ（詳細は下記）を設置する。

＜制御棒操作監視システムＳ＞
制御棒操作監視システムＳについて図３に基づき説明する。
制御棒操作監視システムＳは、制御棒２が挿入状態に移行する際、制御棒２のブレーキが解除されることから、制御棒２のブレーキ解除状態を検知して、異常状態と判断される場合は、制御棒駆動電源遮断器１４により制御棒電動駆動装置１２の駆動電源を遮断する。

制御棒操作監視システムＳでは、制御棒２の動作状態を判断するため、制御棒２のブレーキの解除状態を電圧電流検出器１５で検知する。上述したように、制御棒２を駆動する場合には、まず制御棒２のブレーキが解除される必要がある。そこで、制御棒操作監視システムＳでは、制御棒２の挿入動作を検出するため、ブレーキ解除のために制御棒電動駆動装置１２に電圧を印加し電流を流す必要があるというメカニズムを利用する。

制御棒操作監視システムＳは、前記の制御棒操作監視装置３に加え、電圧電流検出器１５と制御棒駆動電源遮断装置１３と制御棒駆動電源遮断器１４とを有する。
電圧電流検出器１５は、制御棒２のブレーキを解除するために、個別ブレーキ盤１０から制御棒電動駆動装置１２に電圧が印加されたか、または、電流が流れたかを検出する。個別ブレーキ盤１０から制御棒電動駆動装置１２に電圧が印加されまたは電流が流れたかを検出することで、制御棒２の挿入動作が開始されたかを判定できる。

制御棒駆動電源遮断装置１３は、制御棒駆動電源遮断論理回路を有しており、制御棒２の異常挿入が発生したか否かを、ブレーキ解除状態信号Ｓ１０を基に以下のようにして判断する。
前記したように、通常運転での制御棒挿入動作では、同時に操作できる制御棒２の本数が全２０５本のうち２６本に制限されている。

そこで、制御棒駆動電源遮断装置１３は、電圧電流検出器１５から入力されるブレーキ解除状態信号Ｓ１０から、２６本を超える制御棒２のブレーキを解除する電圧が印加されまたは電流が流されたかを判断する。同時に操作できる制御棒２の本数が全２０５本のうち２６本であるので、制御棒駆動電源遮断装置１３は、２７本以上および全ての制御棒２のブレーキが解除された場合は異常状態が発生したと見なす。一方、２６本以下の制御棒２のブレーキが解除された場合、正常な状態であると判断する。

制御棒駆動電源遮断装置１３は、制御棒２の異常挿入（異常状態）が発生したと判断した場合、制御棒駆動電源遮断器１４に電源断指令信号Ｓ１１を出力する。
制御棒駆動電源遮断器１４は、制御棒駆動電源遮断装置１３からの電源断指令信号Ｓ１１により制御棒２の挿入動作を担う制御棒電動駆動装置１２の駆動電源を遮断する。

制御棒操作監視システムＳでは、電圧電流検出器１５で検知されたブレーキ解除状態信号Ｓ１０が、制御棒操作監視装置３とは別の独立した制御棒駆動電源遮断装置１３に入力される。制御棒駆動電源遮断装置１３では、複数の制御棒２が同時に駆動していることをブレーキ解除状態信号Ｓ１０から検知する。そして、予め定められた本数以上、例えば２７本以上および全ての制御棒２が動作した場合、制御棒駆動電源遮断装置１３は、電源断指令信号Ｓ１１を制御棒駆動電源遮断器１４に出力する。制御棒駆動電源遮断器１４はブレーキが解除される信号が流された制御棒２の制御棒電動駆動装置１２の駆動電源を遮断する。この結果、駆動電源を失った制御棒電動駆動装置１２は停止し、該当する制御棒２の挿入動作が停止される。

以上の効果から、全制御棒２および制限本数を超える制御棒２が同時に誤挿入とされる場合にその挿入動作を阻止することが可能となる。そのため、全制御棒２の全挿入時および制限本数を超える制御棒２の挿入時に生じる可能性がある燃料棒ｎの軸方向出力分布の歪（図６参照）を防止することが可能となる。

＜＜実施形態２＞＞
図４は、実施形態２の制御棒操作監視システムの構成を示す図である。
実施形態２の制御棒操作監視システム２Ｓでは、制御棒２の動作状態を判断するため、制御棒２の位置信号の変位を制御棒電動駆動装置１２に内蔵された制御棒位置検出器１６で検知する。これは、制御棒２が駆動される場合には、制御棒２を駆動する駆動モータ２ｍの回転により制御棒２の位置が鉛直方向に変化する。そこで、制御棒操作監視システム２Ｓでは、制御棒２の位置の変位を利用して制御棒２の挿入動作を検出する。

制御棒操作監視システム２Ｓは、前記の制御棒操作監視装置３に加え、制御棒位置検出器１６と制御棒駆動電源遮断装置２３と制御棒駆動電源遮断器２４とを有する。
制御棒位置検出器１６は、制御棒２の位置を検出する。制御棒２の位置は、駆動モータ２ｍの回転位置をロータリーエンコーダにより検出したり、駆動モータ２ｍのモータ軸に設置される支持部材２ｓの位置を位置センサで検出したり等して検出される。制御棒２の位置を検出することで、制御棒２の挿入動作が開始されたか否かを判定できる。

制御棒駆動電源遮断装置２３には、制御棒位置検出器１６から制御棒位置信号Ｓ１２が入力される。制御棒駆動電源遮断装置２３はどの制御棒２が挿入状態に移行しようとしているか判定する。前記したように、制御棒駆動電源遮断装置２３は、２７本以上および全ての制御棒２が挿入状態に移行しようとしている場合は、異常状態と見なす。一方、２６本以下の制御棒２が挿入状態に移行しようとしている場合、正常状態と判断する。
制御棒駆動電源遮断器２４は、制御棒駆動電源遮断装置２３の指令を受けて、挿入状態に移行しようとする制御棒２の制御棒電動駆動装置１２の駆動電源を遮断する。

上記構成により、制御棒操作監視システム２Ｓでは、制御棒位置検出器１６で検知された制御棒位置信号Ｓ１２が、制御棒操作監視装置３とは別の独立した制御棒駆動電源遮断装置２３に入力される。制御棒駆動電源遮断装置２３では、複数の制御棒２が同時に駆動していることを、制御棒位置信号Ｓ１２により検知する。

そして、予め定められた本数以上に制御棒２が動作した場合に電源断指令信号Ｓ１１を制御棒駆動電源遮断器２４に出力する。これにより、制御棒駆動電源遮断器２４は、挿入状態に移行しようとしている制御棒２を駆動する制御棒電動駆動装置１２の駆動電源を遮断する。駆動電源を失った制御棒電動駆動装置１２は停止し、該当する制御棒２の挿入動作は停止する。

以上の効果から、全制御棒２および制限数を超える制御棒２が同時に誤挿入となるような場合にその挿入動作を阻止することが可能となる。
そのため、全制御棒２の全挿入時および制限数を超える制御棒２の挿入時に生じる可能性のある燃料棒の軸方向出力分布の歪（図６（ａ）〜（ｃ）参照）を抑制することが可能となる。

＜＜実施形態３＞＞
図５は、実施形態３の制御棒操作監視システムの構成を示す図である。
実施形態３の制御棒操作監視システム３Ｓは、制御棒２の動作状態を判断するため、前記した制御棒２のブレーキ解除状態（実施形態１）または制御棒位置信号の変位（実施形態２）を利用する。
制御棒操作監視システム３Ｓは、前記の制御棒操作監視装置３に加え、電圧電流検出器３５と制御棒位置検出器３６と制御棒駆動電源遮断装置３３とを有する。

電圧電流検出器３５は、どの制御棒２のブレーキが解除されたかを、個別ブレーキ盤１０から制御棒電動駆動装置１２に印加される電圧または流れる電流で検出する。
制御棒位置検出器３６は、制御棒２の位置を検出する。制御棒２の位置は、前記と同様、駆動モータ２ｍの回転位置や、駆動モータ２ｍのモータ軸に設置される支持部材２ｓの位置を検出する等して検出される。

制御棒駆動電源遮断装置３３は、電圧電流検出器３５から出力されるブレーキ解除状態信号Ｓ１０または制御棒位置検出器３６から出力される制御棒位置信号Ｓ１２を受信して、挿入状態に移行する制御棒２を認識する。制御棒駆動電源遮断装置３３は、挿入状態に移行する制御棒２の本数が制限数、例えば２６本を超える場合および全数の場合には異常状態と判定する一方、挿入状態に移行する制御棒２の本数が制限数以下、例えば２６本以下の場合には、正常状態と判定する。

制御棒操作監視システム３Ｓにおいて、電圧電流検出器３５で検知されたブレーキ解除状態信号Ｓ１０および制御棒位置信号Ｓ１２は、制御棒操作監視装置３とは別の独立した制御棒駆動電源遮断装置３３に入力される。

制御棒駆動電源遮断装置３３では、複数の制御棒２が同時に駆動していることを、ブレーキ解除状態信号Ｓ１０および／または制御棒位置信号Ｓ１２を受信して検知する。そして、予め定められた本数以上、例えば２７本以上および全ての制御棒２が動作した場合に制御棒駆動電源遮断装置３３は異常状態であると判定する。そして、制御棒駆動電源遮断装置３３は安全機能である緊急制御棒挿入（スクラム）信号Ｓ１３を原子炉緊急停止装置４に出力し、原子炉緊急停止装置４から原子炉緊急停止信号Ｓ３を原子炉緊急停止系１８に出力し、原子炉緊急停止系１８によりスクラム（緊急停止）させる。

原子炉緊急停止系１８の水圧駆動によるスクラム機能は、電動駆動、ブレーキを稼動する制御棒電動駆動装置１２を含む制御棒操作監視装置３とは分離・独立している。よって、原子炉緊急停止系１８の水圧駆動によるスクラムでは電動駆動のブレーキの有無に依存せず、スクラム動作する。

この結果、制御棒２が緊急挿入される効果から原子炉１は停止し、全制御棒２の全挿入時および制限本数を超える制御棒２の同時挿入時に生じる可能性のある燃料棒２の軸方向出力分布の歪を抑制することが可能となる。
なお、原子炉緊急停止系１８の水圧駆動によるスクラム機能では、全制御棒２を短時間で同時に挿入する。よって、制御棒２のグループ分けはしていない。

実施形態１〜３の構成によれば、制御棒２の動作状態をブレーキ解除時に印加される電圧または電流により判断し、予め定められた制御棒２の本数以上に制御棒２が動作した場合を検知して制御棒２の駆動電源を遮断する。これにより、制御棒２の誤挿入動作を停止させることが可能となる。
この結果、全制御棒２の全挿入時および制限本数以上の制御棒２の挿入時に生じる可能性のある燃料棒の軸方向出力分布の歪を防止することが可能となる。

或いは、制御棒２の変位を制御棒電動駆動装置１２に内蔵された制御棒位置検出器１６により判断し、予め定められた制御棒２の本数以上に制御棒２が動作した場合を検知して制御棒２の駆動電源を遮断する。これにより、制御棒２の誤挿入動作を停止させることが可能となる。この結果、全制御棒２の全挿入時および制限本数以上の制御棒２の挿入時に生じる可能性のある燃料棒の軸方向出力分布の歪を防止することが可能となる。

さらに、制御棒２のブレーキ解除状態または制御棒位置信号Ｓ１２で検出される制御棒２の変位から予め定められた制御棒２の本数以上に制御棒２が動作した場合を検知して制御棒緊急挿入（スクラム）信号Ｓ４を原子炉緊急停止装置４に入力し、原子炉緊急停止系１８によりスクラムさせることが可能となる。この結果、全制御棒２の全挿入時および制限本数以上の制御棒２の挿入時に生じる可能性のある燃料棒の軸方向出力分布の歪を防止することが可能となる。

さらに、全制御棒２が全挿入動作する場合および制限本数以上の制御棒２が挿入動作する場合、制御棒操作監視装置３とは別に独立して、制御棒２の動作状態を検知して制御棒２の駆動電源を遮断する機能を実現する。
これにより、制御棒操作監視装置３に障害が発生した場合にも、全制御棒２の挿入動作および制限本数以上の制御棒２の挿入動作を停止させ、燃料の健全性を維持できる。

また、制御棒操作監視装置３の別手段として、全制御棒２が全挿入動作する場合および制限本数以上の制御棒２が挿入動作する場合、制御棒操作監視装置３とは別に独立して、制御棒２の動作状態を検知して原子炉緊急停止系１８より緊急制御棒挿入動作を行える。
これにより、燃料の健全性を維持できるとともに、原子炉１の安全性を確保できる。

なお、前記実施形態１〜３では、同時に操作できる制御棒２の本数が全２０５本のうち２６本の場合を例示して説明したが、２６本以外の本数としてもよい。制御棒２の本数が全２０５本以外の本数でもよいのは勿論である。
なお、前記実施形態１〜３は、特許請求の範囲に記載した本発明の一例を記載したものであり、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲内で様々な具体的形態、変形形態が可能である。

１ 原子炉
２ 制御棒
３ 制御棒操作監視装置
４ 原子炉緊急停止装置
５ 原子炉出力検出器
６ 原子炉水位・圧力検出器
８ 全制御棒制御統括部（制御棒操作監視装置）
９ 個別制御棒制御部（制御棒操作監視装置）
１０ 個別フ゛レーキ盤（制御棒操作監視装置）
１１ 個別駆動制御盤（制御棒操作監視装置）
１２ 制御棒電動駆動装置（電動挿入機能）
１３、２３ 制御棒駆動電源遮断装置（制御棒動作停止装置）
１４、２４ 制御棒駆動電源遮断器（制御棒動作停止装置）
１５、３５ 電圧電流検出器（検出装置）
１８ 原子炉緊急停止系（緊急制御棒挿入機能）
１６、３６ 制御棒位置検出器（検出装置）
Ｐ 原子力発電プラント
Ｓ、２Ｓ、３Ｓ 制御棒操作監視システム
Ｓ９ 個別タイマ（制御棒操作監視装置）
Ｓ１０ フ゛レーキ解除状態信号（検出信号）
Ｓ１２ 制御棒位置信号（検出信号）

Claims (1)

1. 原子力発電プラントの緊急停止時に炉心を未臨界にするため水圧駆動により制御棒を挿入するスクラム機能動作時の緊急制御棒挿入機能と、前記制御棒の電動駆動により全制御棒の挿入動作を行う電動挿入機能とを有し、
   前記各制御棒の挿入開始時間を変更して、前記電動挿入機能により前記制御棒を挿入する制御を行う制御棒操作監視装置と、
   前記制御棒のブレーキを解除する制御棒電動駆動装置に印加される電圧または電流を検出する電圧電流検出器と、
   前記制御棒の位置を検出する制御棒位置検出器と、
   前記制御棒操作監視装置とは別装置であって、前記電圧電流検出器または前記制御棒位置検出器の検出信号により、制限本数以上の前記制御棒の挿入動作を検出した際に原子炉緊急停止装置により前記緊急制御棒挿入機能を行わせる緊急制御棒挿入装置とを
   備えることを特徴とする制御棒操作監視システム。

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