JPH01123199A - 原子炉出力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は沸騰水型原子力発電プラントの原子炉出力制御
装置に係り、特に負荷変動の変動幅が小幅でかつ変動周
期が短かい、いわゆるガバナフリー運転により負荷追従
するようにした原子炉出力制御装置に関する。

（従来の技術） 従来の沸騰水型原子カプラントにおける出力制御では、
原子炉圧力を規定値に制御することを優先させているた
め１発電機出力を変更するには、まず原子炉の出力を変
更してこの出力の変更による原子炉圧力の変動を調整す
るようにタービン蒸気加減弁を制御して発電機出力を調
整していた。

ところで原子炉出力の変更は再循環流量を制御すること
により実施されており、再循環流量制御の要求信号が出
力されてから実際に熱出力が変更され、さらに発電機出
力が変更されるという経路を経て行なわれるため多少の
時間遅れが生じてしまい、ガバナフリー運転に要求され
る数秒程度の短周期の出力変更要求に発電機出力を再循
環流量制御によって追従させることができず、従って沸
騰水型原子カプラ°ントにおいてはガバナフリー運転が
実施されていないのが現状である。

これを解決するために短周期のガバナフリー運転に対し
ては圧力調整器を介さず直接加減弁操作を行なうことに
より短周期の発電機出力の応答させようとすることが考
えられる。

又従来の再循環流量制御系の応答性は高出力時に中性子
高スクラムが発生しないように設定されているので、低
出力時のようにスクラム設定への余裕に対して注意を払
う必要がない時には応答性を改善する余地がある。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の原子炉出力装置であると、ガバナフリー運転のよ
うに変動周期の短い負荷要求信号が来ても追従が困難で
あること、及び高出力時にスクラムしないよう制御して
いるため低出力時の応答が遅くなってい名ことの２点の
問題を有している。

本発明は上述した間麗点を解決するためになされたもの
で、短周期の負荷変動に安定に追従でき、低出力での応
答を早めた原子力発電プラントの原子炉出力制御装置を
提供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明はタービン速度信号とタービン速度設定信号とか
ら得られるタービン速度偏差信号に一定の調定率をかけ
たものをガバナフリー運転要求信号とし、このガバナフ
リー運転要求信号を入力信号として圧力調整器より出力
される加減弁開度要求信号に印加するガバナフリーフィ
ルターを設は御系にも入力するが、その前段に、原子炉
の運転点に応じたガバナフリー補償信号を出力する補償
器を設ける。さらに炉出力を安定に制御するために、再
循環流量制御系に原子炉出力相当信号をフィードバック
する中性子束信号補償器を設ける。

中性子束信号補償器は中性子束信号の劣化を考慮し、中
性子束と主蒸気流量の間に偏差が出た場合にこれを補償
する。

（作　用） 上に述べた手段により変動周期の短いガバナフリー運転
要求信号が入力された場合、加減弁開度要求信号および
再循環流量制御器出力が調整され、変動周期の短いガバ
ナフリー信号に追従することが可能となる。

また炉出力は再循環流量制御系に原子炉出力相当信号が
フィードバックされることにより、従来の主蒸気流量要
求信号フィードバックに比べ迅速かつ安定な制御が可能
となる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明に係る沸騰水型原子力発電プラントの制
御装置の一実施例の全体構成を示すブロック線図である
。原子炉１内には炉心２が炉水で上水された状態で収容
されており、炉心２内に装荷される核燃料の反応熱によ
り炉水を加熱して蒸気を発生する。原子炉１は主蒸気管
３を介してタービン４に接続され、原子炉１にて発生し
た主蒸気が主蒸気管３を介してタービン４へ導入されて
仕事をし、タービン４の出力軸５に直結された図示しな
いタービン発電機を駆動して発電し、電力系統に電力を
供給するようになっている。

主蒸気管３にはタービン４の主蒸気入口近傍にて加減弁
６が装着され、タービン４へ流入される流入蒸気量を調
整するようになっている。この加減弁６の上流側の主蒸
気管３の途中にはタービンバイパス管７が接続され、こ
のタービンバイパス管７の他端は途中、バイパス弁８を
介してタービン４の復水器９に連結されている。タービ
ンバイパス弁８はタービン４の負荷が大幅に減少した際
に開弁じて、タービン４への主蒸気流入量減少分を直接
復水器９へバイパスさせて原子炉１内の圧力急上昇を抑
制する。

このように構成された沸騰水型原子力発電プラントには
、さらに原子炉１の圧力を常に所定圧に保持するように
、制御する圧力制御系と、タービンの回転数を適宜制御
するタービン制御系とを有している。圧力制御系は第１
図に図示されていない圧力検出器を原子炉１内に設けて
いる。検出された原子炉圧力信号３０ａは圧力設定値３
１ａとの偏差をとって圧力偏差信号３２ａとして圧力調
整器１９に入力される。この圧力調整器１９では圧力偏
差信号３２ａを、加減弁６およびタービンバイパス弁８
の開度にそれぞれ換算して、圧力調整信号１９ａを形成
し、これを加算器２１を介して低値優先回路１８と、サ
ーボ加算器２２とへそれぞれ出力するようになっている
。低値優先回路１８にはタービン制御系からの制御信号
も入力されるが１通常低値の圧力制御系の圧力調整信号
１９ａが優先されて、主蒸気加減弁サーボ２３と、ター
ビンバイパス弁サーボ２４とにそれぞれ入力される。主
蒸気加減弁サーボ２３およびタービンバイパス弁サーボ
２４では、圧力設定値との圧力偏差を零にするように加
減弁６とタービンバイパス弁８の開度制御を行なう。こ
れにより。

原子炉１内の圧力は一定に保持される。

タービン制御系はタービンと同じ軸につながっている図
示していない発電機の回転速度をタービン速度検出器３
３にて検出し、比較器１０にて速度設定信号１１ａと比
較して、速度偏差信号１０ａを求め、この速度偏差信号
１０ａに図示されていない調速器にて一定の調定率をか
け、これに負荷設定バイアス１３および負荷設定器の負
荷設定信号１４ａが加算されタービン負荷要求信号１２
ａが形成され、低値優先回路１８に出力される。

またガバナフリー運転要求信号１５ａは速度偏差信号１
０ａに一定の調定率をかけたものである。

低値優先回路１８には上述したように圧力制御系から圧
力調整信号２１ａも入力されるが、　タービン制御系の
タービン負荷要求信号１２ａには既に負荷設定バイアス
が加算されているので通常は低値の圧力調整信号２１ａ
が優先され各サーボ２３．２４には圧力調整信号２１ａ
がそれぞれ優先して出力される。

これは通常運転時には原子炉系の圧力変化は原子炉出力
に対して正帰環となるので、圧力制御系による圧カ一定
制御をタービン制御系よりも優先させるためである。

また、再循環流量制御系では、原子炉出力を制御するこ
とを目的として、原子炉出力をフィードバック信号とす
る。以下、第１図を用いて再循環流量制御系について説
明する。中性子束信号３７ａはフィルター３７を通して
高周波成分を取り除き、主蒸気流量信号３８ａとの差を
とって中性子束補償器４０に入力する。さらに、中性子
束補償器４０の出力をフィルター３７の出力に加算して
、これを再循環流量制御系のフィードバック信号とする
。これは図示しない原子炉１の中性子束検出器から出力
される中性子束信号３７ａが中性子束検出器の劣化によ
ってその信号に誤差が表われた場合について考慮するも
のであり、主蒸気流量信号３８ａとの差を求め中性子束
補償器４０にてその差を補償する。

この実施例では中性子束補償器４０は積分演算回路を用
いる。なお積分演算回路の時定数は長時間の劣化を補償
するために時間オーダの値とすれば短時間の動特性には
影響を与えない。

次にガバナフリー運転要求信号が原子力発電プラントに
入力された場合について説明する。系統周波数の変動に
より第２図に示すガバナフリー運転要求信号が第１図に
示す原子カプラントに入力されたときの結果は第６図と
なる。第２図のガバナフリー運転要求信号は系統側の負
荷が増大した場合に出力され、この場合原子カプラント
は原子炉１の出力を増加しタービンと同軸上の発電機の
回転数を増加させる必要がある。このため良好なガバナ
フリー運転を行うため、第１図記載のガバナフリーフィ
ルター１７およびガバナフリー補償器２５を備える。ガ
バナフリーフィルター１７にガバナフリー運転要求信号
が入力されると、ガバナフリーフィルター１７でガバナ
フリー運転要求信号１５ａは第３図に破線で示す出力信
号に変換される。ガバナフリーフィルター１７は一次遅
れ演算回路としこの出力信号は演算回路の時定数により
入力信号に整定する。

これは原子炉１の急激なガバナフリー運転要求信号１５
ａが入力された場合、原子炉１の急激な圧力変動を引き
起すことを防いでいる。

加算器２１で圧力調整信号１９ａとガバナフリーフィル
ター出力信号１７ａ、が加算され、低値優先回路１８に
負荷要求信号１２ａと加算器２１の出力信号が入力され
る。

負荷要求信号１２ａには負荷設定バイアス１３が加算さ
れているため低値優先回路１８の出力は加算器２１の信
号となる。

負荷要求信号１２ａが出力されると、低値優先回路１８
を通り加減弁６が調節され要求信号に見合う蒸気流量に
変更される。

しかし圧力制御系は原子炉圧力を一定に制御しており、
加減弁６が操作され主蒸気流量が増加すると原子炉圧力
３０ａは低下するため原子炉圧力３０ａと圧力設定値３
１ａの偏差信号が圧力調整器１９に入力される。このた
め圧力調整器１９は原子炉圧力を一定に保つように加減
弁６に信号を出力するため、ガバナフリー運転要求信号
１５ａをガバナプリーフィルター１７に入力した場合、
−時的に蒸気流量は戻されてしまい、応答特性にへこみ
が生じてしまう。

そこで、負荷要求信号１２ａをガバナフリー補償器２５
にも入力し再循環制御系を通して原子炉出力を調整しガ
バナフリー運転を持続させる。

第４図にガバナフリー補償器２５の構成を示す。

成される１判定器４２は原子炉出力信号３４ａとスクン
Ｔ、／Ｔユを求め、原子炉の運転点により可変な時定数
Ｔ□、ゲインＴ、　／　Ｔ□をガバナフリー補償器に設
定する。

再循環制御系にはガバナフリー補償器信号２５ａと中性
子束信号補償器により中性子束−主蒸気流量を補償した
原子炉出力信号４１ａが入力され原子炉の出力を調整す
る。

このように構成された再循環制御系に高出力運転時にお
けるガバナフリー補償器信号２５ａ　Ｆｌ！転果再循環
制御系には、流量増加信号が出力され原子炉出力が増加
しそれに伴い主蒸気流量が増加する。又先に述べたガバ
ナフリーフィルター１７にもガバナフリー要求信号１５
ａが入力されており、加減弁６の操作により初期の主蒸
気流量の増加が期待できるため従来の原子炉出力制御装
置では追従が困難な短周期のガバナフリー運転に十分応
答できる。

ついて説明する。

ただしガバナフリーフィルター１７から出力されるガバ
ナフリーフィルター１７ａは高出力運転の場１λ 求処理Ｊ４ａが出力された場合ガバナフリー補償器２５
は第５図に示すガバナフリー補償器信号２を出力する。

これば高出力運転の場合よりもスクラム設定点に対する
余裕が大きく、補償器信号の出力を大きくすることがで
きるためである。このため再循環制御系から再循環ポン
プ２９への出力信号が大きく、高出力運転時に比べて炉
心流量の増加が速くなり、原子炉１から発生する蒸気流
量の増加が速くなる。

この時第６図、第７図に示すように中性子束のオーバシ
ュートが見られるがあらかじめガバナフリー補償器２５
でスクラム設定点に致らないガバナフリー補償器信号２
５ａを設定しているので中性子束のオーバシュートを許
し応答速度の向上をはかっている。

このように原子炉１が低出力運転時（運転点Ｂ）にはス
クラム設定点に対する余裕が大きいためガバナフリー補
償器信号２５ａを高出力運転時より大きく出力すること
により、より高速にガバナフリー運転を行うことができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、ガバナフリー運転時には
圧力制御系を介してタービン蒸気加減弁を操作及び原子
力発電プラントの運転点に応じて再循環流量制御系に出
力する信号を可変とし、高出力運転時にはガバナフリー
負荷要求に対して原子力発電プラントを迅速かつ確実に
負荷追従することができ、電力系統の周波数制御に有効
である。

更に低出力運転時にはより一層の高速負荷追従を可能と
している。また原子炉出力は、再循環流量制御系に原子
炉出力相当信号がフィードバックされることにより、従
来の主蒸気流量要求信号フィードバックが有していた炉
出力から圧力を介して主蒸気に至るまでの遅れが無くな
り５迅速かつ安定な制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる沸騰水型原子力発電プラントの
一実施例の全体構成を示すブロック線図、第２図は本発
明にかかり原子力発電プラントに印加されるガバナフリ
ー運転要求信号を示すグラフ、第３図は本発明にかかる
ガバナフリーフィルターの入出力信号特性、第４図は本
発明にかかるガバナフリー補償器の構成図、第５図は本
発明にかかるガバナフリー補償器の入出力信号特性図、
第６図は本発明にかかる沸騰水型原子力発電プラントの
ガバナフリー運転の一実施例を示したグラフ、第７図は
本発明にかかるガバナフリー運転の一実施例を示したグ
ラフである。 １　原子炉、　　　２　炉心、　　　３　主蒸気管４　
タービン、　　　　　　　　６　加減弁７　タービンバ
イパス管、　　　８　バイパス弁９　復水器、　　　　
　　　　１１　　速度設定器１３　　負荷バイアス、１
４　　負荷設定器１７　　ガバナフリーフィルター、１
８　　低値優先回路１９　　圧力調整器、　　　　　　
２１　　加算器２３　　主蒸気加減弁サーボ ２４　　タービンバイパス弁サーボ ２５　　ガバナフリー補償器、２６　　再循環主制御器
２８　　再循環速度制御器、　　　２９　　再循環ポン
プ代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　第子丸　　　健 第　２　図 第３図 第４ｚ 第５図 第６図 第７図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）沸騰水型原子炉の炉圧力を常に所定圧に保持する
   ようにタービン加減弁開度を制御する圧力調整器と、タ
   ービン速度をタービン速度設定信号に対応する値に保持
   するようにタービン加減弁開度を制御するタービン制御
   系と、原子炉出力を負荷要求信号に一致させるように再
   循環流量を制御する再循環流量制御系を有する沸騰水型
   原子力発電プラントにおいて、上記タービン速度とター
   ビン速度設定信号との差である速度偏差信号にフィルタ
   ーをかけるガバナフリーフィルターと、ガバナフリーフ
   ィルター出力信号を上記圧力調整器出力信号に加算する
   加算器と、上記速度偏差信号を補償して上記再循環流量
   制御系に出力するガバナフリー補償器より構成され、タ
   ービン速度が変化すると加減弁の開度ならびに再循環流
   量を制御してタービン発電機出力を負荷変動に追従させ
   ることを特徴とする沸騰水型原子力発電プラントの原子
   炉出力制御装置。
2. （２）再循環流量制御系のフィードバック信号として、
   中性子束信号と主蒸気流量信号との偏差を補償した原子
   炉出力信号を用いることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の原子炉出力制御装置。
3. （３）ガバナフリーフィルターとしてタービン速度偏差
   信号の急激な変化を緩和するフィルターを有することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の原子炉出力制御
   装置。
4. （４）ガバナフリー補償器は原子炉出力信号とスクラム
   設定値を比較し、原子炉の運転点に応じて可変なガバナ
   フリー運転信号を出力することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の原子炉出力制御装置。