JPH01129198A - 原子力発電プラント負荷追従運転制御装置 - 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、原子力発電プラントの負荷追従運転時におけ
るプラント設備機器の負荷履歴の監視に基づいた負荷追
従運転制御装置に関する。

（従来の技術） 従来、原子力発電プラントは一定の電気出方を供給する
ベースロード運転用の発電所として運用されできたが、
近年は原子力発電の総発電量に占める割合いの増加に伴
い、現在の火力・水力発電プラントが実施している様な
、電力需要の週間。

日間、時間などの周期的な需要（発電所側からは負荷）
変化に追従した電気出力の変更運転、すなわち負荷追従
運転の分担を担う必要が高まってきており、日間の負荷
変動に対応する日負荷運転。

分から秒単位の負荷変動に対応する自動周波数制御運転
（以下、ＡＦＣ運転）、あるいは更に短い周期に対応す
るガバナフリー運転（以下、　ＧＦ運転）などの負荷追
従運転の運用が検討されている。

原子力発電プラントで負荷追従運転を実施する場合、プ
ラントの性質上、火力・水力発電プラントよりも高い安
定性と信頼性が要求されるため、常にプラントの運転状
況を監視・診断し、必要に応じて負荷追従運転の中止、
もしく−は制限するなどの適切な負荷追従運転制御機能
を持たせておく必要がある。

特に、負荷追従運転時には１例えばＡＦＣ運転の場合１
個々の設備機器、例えば再循環ポンプ、ＭＧ上セツト流
体継手すくい管、主蒸気加減弁、給水流量調整弁などの
温度、圧力、流量、弁開度１回転数などのプロセス状態
は、ある一定のレベルから、中央給電指令所（以下、中
給と称す）から送信された発電機出力制御指令信号ある
いは負荷追従運転制御装置にセットされた制御条件に従
って。

常時変動するため個々の機器への負荷（ストレス）は従
来のベースロード運転に比べて確実に増加する。そして
、このストレスの増加によって１例えば構造部材の温度
・圧力などに起因したサイクル疲労による亀裂などの不
具合の発生、あるいは駆動・擦動部材の摩耗、損傷など
に起因した動作不良、破損などの不具合の発生、など経
年的な劣化故障や偶発・突発故障の発生確率が増大し、
結果的にプラント全体の安全性・信頼性が低下する。

原子力発電プラントでは、この様な設備機器の安全性・
信頼性の低下を回避するために設計上の許容負荷条件を
設定するとともに、定期的な検査・補修を実施している
ため、従来のベースロード運転による運用においては十
分な対応が成されている。

しかしながら、負荷追従運転の運用に際しては、設計上
の許容負荷条件が設定されていたとしても個々の設備機
器が受けるストレスを人間が算出・記録していくことは
、情報量から考えても不可能であり、コンピュータなど
を適用した機器負荷状態の監視技術の開発が不可欠であ
るにもかかわらず、現状はその様な技術は開発されてい
ない。更にその監視結果から負荷追従運転の制御条件を
変更・制御する技術は未だ開発されていないため、設備
機器の信頼性の低下、ひいてはプラントの安全性・信頼
性を維持できないという欠点があった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はこの様な欠点を除去するために考えられたもの
で、負荷追従運転の運用によって付加された原子力発電
プラント設備機器の負荷状況とその累積履歴を、コンピ
ュータを用いて自動的に算出・記録するとともに１機器
の許容負荷限界を監視し更にその監視結果から、負荷追
従運転の制御動作を自動的に中止あるいは制限するなど
の制御条件の変更によって、負荷追従運転に伴う設備機
器の信頼性の低下による不具合の発生などを事前に防止
し、ひいてはプラントの安全性・信頼性の維持を図るこ
とができ、しかもオペレータと１機器負荷状況の算出・
記録、機器許容負荷限界の監視、負荷追従運転制御条件
の変更などを行う中央処理装置との情報交換を容易に行
うことができる。

負荷追従運転制御装置を提供することを目的とするもの
である。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明の原子力発電プラン
ト負荷追従運転制御装置は、原子力発電プラントに設置
された各種設備機器と、負荷追従運転時に前記機器を中
央給電指令所から送信された発電機出力制御指令信号あ
るいはオペレータがセットした負荷追従運転制御情報と
によって制御させる負荷追従運転制御装置と、前記原子
力発電プラントに設置された各種設備機器のプロセス信
号情報、機器制御信号情報などの機器運転状況と、この
機器運転状況から設備機器の負荷特徴量、あるいはその
累積履歴などの機器負荷情報を算出して記憶するととも
にオペレータなどによってセットされた機器設計上の許
容負荷しきい値などの制御条件判定情報との比較を行い
、この比較結果に基づいて、負荷追従運転の制御変更情
報を算出するとともに前記負荷追従運転制御装置にセッ
トされた制御情報を変更して負荷追従運転の中止もしく
は制限を行う中央処理装置と、この中央処理装置に記憶
されている制御情報２機器運転状況９機器負荷情報、制
御条件判定情報および制御変更情報を表示する表示装置
と、オペレータの要求を入力する入力装置とから構成さ
れたことを特徴とするものである。

（作　用） 本発明の原子力発電プラント負荷追従運転制御装置によ
ると、負荷追従運転の運用によって付加された原子カプ
ラント設備機器の負荷状況とその累積履歴を、コンピュ
ータを用いて自動的に算出・記録するとともに、機器の
許容負荷限界を監視し更にその監視結果から、負荷追従
運転の制御動作を自動的に中止あるいは制限するなどの
制御条件の変更によって、負荷追従運転に伴う設備機器
の信頼性の低下による不具合の発生などを事前に防止し
、ひいてはプラントの安全性・信頼性の維持を図ること
ができ、しかもオペレータと、機器負荷状況の算出・記
録１機器許容負荷限界の監視、負荷追従運転制御条件の
変更などを行う中央処理装置との情報交換を容易に行う
ことができる。

（実施例） 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の系統構成図である。

図において、１は種々の設備機器２例えば原子炉圧力容
器２ａ、再循環ポンプ・モータ２ｂ、制御棒２ｃ。

再循環流量制御装置２ｄ、　ＭＧ上セツトｅ、主蒸気配
管２ｆ、圧力センサ２ｇ、主蒸気加減弁２ｈ、出力制御
装置２１．タービン・発電機２ｊ、給水流量調整弁２ｋ
。

給水流量制御装置２ａなどから構成された原子力発電プ
ラントで前記タービン・発電機２ｊによって発電された
電機出力Ｐは、他の発電ユニット群３で発電された電機
出力とともに送電線４を介して電気需要（負荷）群５に
送られ消費される。

負荷追従運転は１例えばＡＦＣ運転の場合、中給６によ
って監視されている、電気の需要と供給のバランスによ
って変動する系統周波数偏差信号Ｓ１に基づいて中給６
より各発電ユニットにＡＦＣ指令信号Ｓ２として発信さ
れ、原子力発電プラントに設置した負荷追従運転制御装
置７に送られ、前記ＡＦＣ指令信号Ｓ２に対応した電気
出力変更指令信号Ｓ、を算出し、前記出力制御装置２１
に送信する。また、例えば日負荷運転の場合は、入力装
置１１より入力されたオペレータの要求に従って、ある
いはＧＦ運転の場合は、タービン速度信号Ｓ、の定常値
からの偏差に従って前記主蒸気加減弁２ｈの開度変更指
令を算出すべく、前記出力制御袋［２ｉに送信する。

そして、実際の発電機出力の変更は例えば沸騰水型原子
力発電プラントの場合、前記出力制御装置１２ｉより前
記再循環流量制御装置２ｄに再循環流量の変更信号Ｓ４
を発信して前記ＭＧ上セツトｅの出力周波数を変更する
ことによって、前記再循環ポンプ・モータ２ｂの回転数
を変更し、原子炉（炉心）内（図示せず）を流れる原子
炉冷却材の流量を変更する。これによって炉心内の中性
子束を増減させ、この結果として蒸気流量を変更し、前
記タービン・発電機２ｊの前記電機出力Ｐの変更を行う
、再循環流量制御を適用した方法、あるいは弁開閉制御
信号Ｓ５によって前記主蒸気加減弁２ｈの弁開閉度を変
更して蒸気流量を変更し、前記タービン・発電機２ｊの
前記電機出力Ｐの変更を行う圧力制御（図示せず）を適
用した方法などによって実施される様にしている。

前記原子カプラント１の各種設備機器２のプロセス信号
情報１撮器制御情報などの機器運転状況Ｓ６は中央処理
装置８のプロセス入出力部８ｂにオンラインで入力され
る。前記中央処理装置８は前記プロセス入出力部８ｂの
他にＩ１０インターフェイス８ａ、演算処理部８Ｃ１記
憶部８ｄとから構成されている。前記中央処理装置８は
前記プロセス入出力部８ｂに入力された機器運転状況り
から各監視対象機器の機器負荷情報を前記演算処理部８
Ｃで算出・演算するとともにその結果を前記記憶部８ｄ
に記憶する。更に、得られた機器負荷情報は、オペレー
タなどによって前記入力装置１１から前記Ｉ１０インタ
ーフェイス８ａを介して前記記憶部８ｄに記憶された機
器設計上の許容負荷しきい値などの制御条件判定情報と
、前記演算処理部８Ｃで比較・演算し、前記機器負荷情
報が前記制御条件判定情報を越える。

あるいはある範囲内、例えばしきい値の＋／−１０％の
範囲に入るなどの結果が得られた場合、前記演算処理部
８ｃでその比較結果に対応した負荷追従運転の制御変更
情報を算出し、前記記憶部８ｄに記憶されるとともに前
記プロセス入出力部８ｂを介して前記負荷追従運転制御
装置Ｅ７に送られ、前記原子力発電プラント１での負荷
追従運転を制御する。

更に、前記記憶部８ｄ、前記演算処理部８ｃで演算・記
憶された機器運転状況Ｓい機器負荷情報、制御条件判定
情報、制御変更情報などの情報は前記Ｉ１０インターフ
ェイス８ａを介して表示袋［９に送られカラーＣＲＴデ
イスプレィ装［１０上に出力される。

第２図は機器運転状況りの出力表示例を示したもので、
前記主蒸気加減弁２ｈのプロセス信号情報、機器制御情
報および前記電気出力変更指令信号Ｓ。

の変化履歴を分単位で現在より過去約１時間分、表示し
ている。この様な表示から前記機器運転状況Ｓ１はオペ
レータに提供される１表示単位・信号・時間幅などは、
前記入力装置１１から入力されたオペレータの要求に従
って容易に変更可能としている。

第３図は前記機器負荷情報の出力表示例を示したもので
、前記主蒸気加減弁２ｈの機器負荷情報とプラント全体
の負荷追従運転に関する負荷情報のサマリーおよび弁開
閉回数の累積履歴情報をグラフ化した図を表示している
。この様な表示から前記機器負荷情報はオペレータに提
供され１機器の負荷状況を容易に確認・監視することが
できる。

また、表示内容は上記同様オペレータの要求に従って容
易に変更可能としている。

次に１以上述べた本実施例の中で、前記機器運転状況Ｓ
、から機器負荷情報を算出する方法および対象とする負
荷特徴量について第４図の例を第１図を参照して説明す
る。

また、前記機器負荷情報の算出結果から前記制御変更の
算出に適用する前記情報制御条件判定情報およびそれら
の算出方法について説明する。

第４図は前記電気出力変更指令信号Ｓ３と、前記主蒸気
加減弁２ｈのプロセス信号情報の例として加減弁制御信
号、加減弁開度信号、主蒸気流量を示しており、これら
が前記機器運転状況Ｓ、に相当する。そして前記機器負
荷情報は、これらの信号を前記中央処理装置８の前記プ
ロセス入出力部８ｂに。

他のプロセス信号情報とともにオンラインで入力し、前
記演算処理部８ｃにおいて例えば負荷変動回数イ、各負
荷変動の負荷応答時間幅口、各負荷変動の最大振幅ハ、
各負荷変動の負荷変化面積二。

などの負荷特徴量として算出したものである。

これに対し、前記制御条件判定情報は前記主蒸気加減弁
２ｈの例の場合、許容負荷変動回数、許容累積負荷応答
時間幅、許容最大振幅あるいは許容累積最大振幅、およ
び許容累積負荷変化面積などであり、これらの情報はオ
ペレータなどによってあらかじめ前記入力装置１１から
前記Ｉ１０インターフェイス８ａを介して前記記憶部８
ｄに記憶されており、前記演算処理部８Ｃで算出した前
記機器負荷情報と比較・演算される。

更に、負荷追従運転の前記制御変更情報は、前記制御条
件判定情報に対して前記機器負荷情報が例えば８０％、
９０％、１００％の負荷割合に到達するか否か、あるい
は前記機器負荷情報の履歴から回帰分析などによって予
測される前記機器負荷情報が上記負荷割合に到達するか
否か、などの算出を行い、各レベルに対して前記負荷追
従運転制御装置７から発信させる前記電気出力変更指令
信号ｅの最大許容変更幅を制限もしくは変更の中止（す
なおち負荷追従運転を中止しベースロード運転あるいは
その定常出力レベルの変更）を行う、前記最大許容変更
幅の制限もしくは変更の中止は、前記負荷割合のレベル
に応じて、例えば８０％負荷割合に対しては最大許容変
更幅２０％の変更制限を行う、また１００％負荷割合に
対しては前記電気出力変更指令信号Ｓ、の変更を中止す
る、あるいは１００％負荷割合を越えた場合、定常出力
レベルの降下を行う、などの制御条件変更方法をオペレ
ータなどによって、あらかじめ前記入力装置１１から前
記Ｉ１０インターフェイス８ａを介して前記記憶部８ｄ
に記憶しておき、前記制御条件変更方法に従って前記演
算処理部８ｃで負荷追従運転の制御変更情報を算出する
。

前記機器運転状況Ｓ６の対象情報、前記制御条件判定情
報、前記制御条件変更方法などは、必要な時にオペレー
タによって、前記入力装置１１から前記Ｉ１０インター
フェイス８ａを介して前記記憶部８ｄの記憶内容を容易
に修正可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、［予力発電プラ
ントにおいて負荷追従運転を実施する際に、負荷追従運
転によって付加された機器への負荷情報をオンラインで
算出・監視することが可能となるばかりでなく、この監
視結果と制御条件判定情報との比較・演算によって負荷
追従運転の制御変更条件を算出し、負荷追従運転の制限
あるいは中止を自動的に行うことができ、更に機器の運
転状況、負荷状況などの情報を容易にオペレータに提供
することができる。これによって、負荷追従運転による
機器の信頼性低下を未然に防止することが可能になるば
かりでなく、プラントの安全性・信頼性を維持しつつ、
原子力発電プラントにおける負荷追従運転を実施してい
くことができるというすぐれた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の系統構成図、第２図は第１
図の機器運転状況の出力表示画面図、第３図は第１図の
機器負荷情報の出力表示画面図、第４図は本発明に係る
機器運転状況から機器負荷情報を算出するための負荷特
徴量を示した図である。 １・・・原子力発電プラント ２・・・各種設備機器 ３・・・発電ユニット ４・・・送電線 ５・・・負荷 ６・・・中央給電指令所 ７・・・負荷追従運転制御装置 ８・・・中央処理装置 ９・・・表示装置 １０・・・カラーＣＲＴデイスプレィ装置１１・・・入
力装置 （８７３３）代理人弁理士　猪　股　祥　晃（はが１名
）第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子力発電プラントに設置された各種設備機器と
   、負荷追従運転時に前記機器を中央給電指令所から送信
   された発電機出力制御指令信号あるいはオペレータがセ
   ットした負荷追従運転制御情報とによって制御させる負
   荷追従運転制御装置と、前記原子力発電プラントに設置
   された各種設備機器のプロセス信号情報、機器制御信号
   情報などの機器運転状況と、この機器運転状況から設備
   機器の負荷特徴量、あるいはその累積履歴などの機器負
   荷情報を算出して記憶するとともにオペレータなどによ
   ってセットされた機器設計上の許容負荷しきい値などの
   制御条件判定情報との比較を行い、この比較結果に基づ
   いて、負荷追従運転の制御変更情報を算出するとともに
   前記負荷追従運転制御装置にセットされた制御情報を変
   更して負荷追従運転の中止もしくは制限を行う中央処理
   装置と、この中央処理装置に記憶されている制御情報、
   機器運転状況、機器負荷情報、制御条件判定情報および
   制御変更情報を表示する表示装置と、オペレータの要求
   を入力する入力装置とから構成されたことを特徴とする
   原子力発電プラント負荷追従運転制御装置。
2. （２）機器負荷情報は各種設備機器の負荷変動回数、プ
   ロセス信号振幅、最大振幅、負荷応答時間幅、負荷変化
   面積などである特許請求の範囲第１項記載の原子力発電
   プラント負荷追従運転制御装置。