JPH01161193A

JPH01161193A - 沸騰水型原子炉の炉心部安定化装置

Info

Publication number: JPH01161193A
Application number: JP62318653A
Authority: JP
Inventors: Akio Takagi; 高木　昭雄
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-12-18
Filing date: 1987-12-18
Publication date: 1989-06-23
Anticipated expiration: 2012-01-29
Also published as: JP2577414B2

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１１へ水型原子炉の炉心部安定化装置に関
する。

（従来の技術）沸１ｔ！ｉ水型原子炉の炉心内で発生した熱を除去する
ために、原子炉圧力容器の冷却材をポンプにより強制的
に循環させる方式が用いられている。かかる冷却方式ど
しては再循環ポンプ方式とインターナルポンプ方式とが
あるが、最近では原子炉圧力容器に大型の外部配管を設
けることを避け、またポンプを小型化して運転性や経済
性を向−１−させるために後者の再循環ポンプ内蔵（イ
ンターナルポンプ）型原子炉が採用されつつある。

このようなインターナルポンプを有する原子炉は、概略
第６図に示す構成となっている。

原子炉圧力容器６１に収納されている原子炉の炉心６３
の出力は、反応度制御系６４によって制御される。反応
度制御系６４は、制御棒６５、制御棒駆動系６６、およ
び再循環流量制御系６７等から構成され、制御棒６５、
および制御棒駆動系６６は、出力制御、および出力分布
の調整機能を有している。

これらの調整は、制御棒駆動系操作盤６８を介し隔操作
することにより行われるが、出力制御については、制御
棒６５の位置を調整することにより行われ、また、出力
分布の調整は、制御棒位置のパターンを変更することに
より行われる。

再循環流量の調整による出力制御は、炉心流量に対して
出力がほぼ比例して変化する特性を利用するものであり
、再循環流量の調整は、通常、再循環流量制御系操作盤
７０を介して運転員が手動にて制御する制御信号７１に
よってインターナルポンプ７２の速度指令信号を変化さ
せ、再循環流量制御系６７を介して、インターナルポン
プ電源装置７３の電源周波数を変化させることにより、
ポンプ回転数制御装置７４でポンプ回転数を変化させて
行われる。

このようなインターナルポンプを有する沸騰水型原子炉
では、第７図に示すように、インターナルポンプが１〜
リツプした場合に至る可能性のある自然循環・高出力の
運転領域を回避するように、予め選択した制御棒を挿入
すること（以下、ＳＲＩ）により、原子炉固有の安定性
が損なわれないように設８Ｉシている。

原子炉固有の安定性としては、冷却材流量の振動により
減速村への熱の移動が妨げられたり、またそれによりＪ
ＭＴ−炉出力が振動したりするようなチャンネル内の水
力学的な安定性と、原子炉全体の反応度帰還効果による
炉心安定性とが検討される。

通常、これらの安定度のＪ・Ｐ価として、沸騰水型原子
炉の数羽では、減幅比を用いている。第８図は、減幅化
の定義を示すものである。すなわち、外乱に対する系の
応答曲線８１の振幅ｘ２とＸ。との比Ｘ、／Ｘｏで減幅
比を定義し、Ｘ、／Ｘ、、＜１．０では系は安定し、Ｘ
２／Ｘｏ＞１．０では系は振動し不安定な状態にある１
、また、Ｘ７／Ｘ、　＝　１　　は安定限界を示す。

これらの安定性は、冷却材流量が低いほど、また原子炉
出力が高いほど減幅比が大きくなり悪くなる。

また、チャンネル安定性について考えると、冷却椙流量
が低いほど、また原子炉出力が高いほどボイド体積の割
合が大きくなり、単相圧損に対する二相圧損の割合が大
きくなってチャンネル安定性を悪くする。

またボイド体積の割合が大きいと、ボイド反応度係数は
負値で大きくなり、炉心安定性を悪くする。

（発明が解決しようとする問題点）インターナルポンプを有する沸騰水型原子炉では、原子
炉固有の安定性を損なわないように、自然循環・高出力
の運転領域を回避するようにＳＲＩを行う設、！１とし
ているが、Ｓ　ＲＴ動作のための具体的な方法は確立し
ていない。

本発明は、ポンプ１ヘリツブ発生後に自然循環・高出力
の運転領域に至ることを回避するように確実にＳ　ＲＩ
を動作させ、Ｓ　ＲＩ作動後の運転点から制御棒引抜に
より自然循環・高出力領域に至ることを防止するように
制御棒引抜を阻止するとともに、ポンプトリップ後に安
定性が問題ない′Ｍ転点に至る場合には、不要にＳ　Ｒ
Ｉを作動させることがないようにすることを実現する沸
騰水型原子炉の炉心部安定化装置を提供することを目的
とする。

〔発明の構成〕（問題点を解決するだめの手段）炉心を内蔵する原子炉圧力容器と、この原子炉圧力容器
内に設けられて炉心内に冷却材を供給する複数のインタ
ーナルポンプと、炉心内に挿入される制御棒と、この制
御棒を駆動する手段とを有する沸騰水型原子炉の炉心部
安定化装置において、インターナルポンプトリップの有
無を判定するトリップ判定装置と、前記１〜リツプ判定
装置によってポンプＩ−リップ発生が判定された場合に
制御棒挿入と制御棒引抜阻［Ｉ−をさぜるべく前記制御
棒駆動装置を制御する装置とを有することを特徴とする
沸騰水型原子炉の炉心部安定化装置である。

（作用）本発明に係る沸騰水型原子炉の炉心部安定化装置におい
ては、個々のインターナルポンプのポンプ電源のＯＮ　
−０１”　Ｆ信号、電圧、または電流信号、個々のイン
ターナルポンプのポンプ回転数、または個々のポンプ回
転数の総和、出力信号を用い、ＳＲＩ作動、制御棒引抜
阻止を自動的に実行させることにより、原子炉の運転−
し、安定性が損なわれるような運転を防止し、運転信頼
性の向上と運転員の負担軽減が図られる。

また、上記信号を用い、安定性−Ｌ不要なＳＲＩ作動、
制御棒引抜閉止を自動的にバイパスさせることにより、
プラン１へ稼働率の向−■コと原子炉運転性能の向にを
図ることが可能となる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を第１図および第２図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明に係る沸騰水型原子炉の炉心部安定化
装置の一例を示すもので、インターナルポンプトリップ
判定装置］−はポンプトリップ台数検出回路２とポンプ
トリップ発生検出回路３、およびＡＮＤ回路４から成っ
ている。ポンプトリップ台数検出回路２では、複数のイ
ンターナルポンプ電源５のＯＮ　−ＯＦ　Ｆ信号Ｓｌ（
１＝　１　＋・　、全ポンプ台数）が入力され、Ｓｊが
ＯＦＦとなっている信号数がポンプトリップ台数の判定
値Ｎ、以」二である場合に、ポンプトリップ台数検出信
号７がＡＮＤ回路４に出力される。ポンプトリップ台数
の判定値Ｎ□は、第２図に示すように、再循環ポンプ最
低ライン２１より高流量側の運転点ａから、ポンプトリ
ップにより選択制御棒挿入（ＳＲＩ）が必要な領域２２
内にある運転点すに至るような場合に、確実にＳＲＩを
作動させ、制御棒引抜阻止を機能させるように決められ
る。実際には、判定値Ｎ、は、安定性解析によって決め
られることができ、第３図は、インターナルポンプ１０
台を配備したプラン１〜で、通常運転範囲で安定性が最
も悪くなる第２図の再循環ポンプ最低速度ライン２１と
１（１０％出力制出力制御−パターン流量制御ライン２
３てポンプ１０台運転中の状態を初期運転点として、ポ
ンプトリップ台数とポンプトリップ後の運転点における
安定性減幅比の関係を示した一例である。本図中の特性
曲線３２がＳＲＩを作動させる基準減幅比３１を超える
ようなポンプトリップ台数をポンプトリップ台数の判定
値Ｎ、として定めることができる。即ち、本図の例では
、判定値Ｎ、＝２と定められるが、Ｓ　ＲＩを作動させ
る基準減幅比３１は、炉心の特性等により、どれだけの
安定度を確保するかという要求により変えることも可能
であり、この結果として、判定値Ｎ１の設定も変えられ
ることを可能としている。ここで、ポンプＩ−リップ台
数検出回路２の入力となる信号としては、ポンプ電源の
ＯＮ−ＯＦＦ信号に限らず、ポンプトリップ台数を検出
し得る信号として、ポンプ電源の電圧、電流等を用いて
もよし）。

ポンプトリップ発生検出回路３では、複数のインターナ
ルポンプのポンプ回転数ｒユい＝１．・。

全ポンプ台数）８を入力信号とし、個々のポンプ回転数
の総和Ｓｒ−Σｒ１を演算し、ポンプ回転数の総和Ｓｒ
が、ポンプトリップ発生の判定値Ｒ以下で一月− ある場合に、ポンプトリップ発生検出信号９がＡＮＤ回
路４に出力される。ポンプトリップ発生の判定値Ｒは第
２図に示すように、ｉ１Ｌ循環ポンプ最低速度ライン２
１より高流量側にある運転点ｅから。

ポンプトリップが発生しても再循環ポンプ最低速度ライ
ン２１より高流量側の運転点ｆに至り、Ｓ　Ｒ■が必要
な領域２２に入らないような場合に、不必要なＳＲＩが
作動しないように決められる。実際には、判定値Ｒは、
安定性解析によって決めることができ、第４図は、イン
ターナルポンプ１０台を配備したプラン１〜で、第２図
のライン２３上の運転点におけるポンプ１０台のポンプ
回転数の総和とこの運転からポンプトリップした後の安
定性減幅比の関係をポンプトリップ台数毎の特性曲線４
１として表した一例である。本図中の特性曲線４１がＳ
　Ｒ■を作動させる基準減幅比４２を超えない初期運転
点のポンプ回転数の総和の下限値をポンプトリップ発生
の判定値Ｒとして定めることができる。即ち、本図の例
では、判定値Ｒ：　６（１００ｒｐｍと定められるが、
ＳＲＩを作動させる基準減幅比４２は、炉心の特性等に
より、どれだけの安定度を確保するかという要求により
変えることも可能であり、この結果として、判定値Ｒの
設定も変えられることを可能にしている。

また、制御棒駆動バイパス制御部１０では、炉心平均中
性子束（ＡＰＲＭ）信号１１を熱出力換算回路１２で換
算された熱出力Ｐとバイパス熱出力設定部１３で設定し
たＳＲＩおよび制御棒引抜閉止をバイパスする熱出力判
定値Ｐ。の比較が行われ、Ｐ≦Ｐｏである場合には、制
御棒駆動装置信号１１が出力されず、従って、Ｓ　ＲＩ
は作動せず、また、制御棒引抜阻止も機能しない。この
バイパス判定値へは、第２図に示すように、再循環ポン
プ最低速度ライン２１より高流量側で低出力の運転点ｑ
から、ポンプトリップが発生して再循環ポンプ最低速度
ライン２１より底流量側ではあるが、ＳＲＩが必要な領
域２２より低出力の運転点りに至るような場合に、不必
要なＳＲＩが作動しないように決められる。実際には、
判定値Ｐ。は、安定性解析によって決めることができ、
第５図は、ポンプトリップ発生時に安定性が最も厳しい
第２図の自然循環ライン２４上の運転点について、熱出
力と安定性減幅比の関係を示した一例である。本図中の
特性曲線５１がＳ　ＲＩを作動させる基準減幅比５２を
超えるような熱出力の下限値をバイパス判定値Ｐ。とじ
て定めることができる。本図の例では、判定値Ｉ〕。＝
３０（％）と定められるが、Ｓ］＜］を作動させる基準
減幅比５２は、炉心の特性等により、どれだけの安定度
を確保するかという要求により変えることも可能であり
、この結果として、判定値Ｐ。の設定も変えられること
を可能にしている。更に、バイパス判定値Ｐ。ば、一定
値でなく、炉心流量に依存した関数形、例えばＰｎ＝　
ａｗ　＋　１）、Ｐｏ＝ａ′ｗ２＋１ン′Ｗ＋Ｃ′（ａ
、ａ′、ｂ、ｂ′、ａ′は定数）で設定してもよい。こ
れは、安定性が同じ出力でも炉心流量が大きい方がより
安定であるという特性を利用したものである。

制御棒駆動バイパス制御部１０から制御棒（ψ動装置制
御信号１１が出力されると、この信号は制御棒駆動装置
制御回路１５の入力となり、図示していない制御棒駆動
装置に対して、ＳＲＩ作動信号１６と制御棒引抜阻止信
号１７を出力する。

ここで、制御棒引抜１１１１止信号］７は、第２図に示
すように再循環ポンプ最低速度ライン２１より高ｄａ量
側にある運転点ａから、ポンプトリップが発生し、ＳＲ
Ｉが作動した後の運転点Ｃに至ったような場合に、運転
員の誤操作等により、Ｓ　Ｒ，Ｉ制御棒、及び引抜シー
ケンスの制御棒が引抜かれることを運転点ｄに至ること
を自動的に防止するためのものである。

〔発明の効果〕

本発明は、ＳＲＩ作動、制御棒引抜μｍ１止を自動的に
実行できるため、炉心部の安定性が損なわれるような運
転を防止し、運転信頼性の向」二と運転員の負担軽減が
図られる。

また、安定性上不要なＳ　ＲＩ作動、制御棒引抜阻止を
自動的にバイパスさせることにより、ブラン１へ稼働率
の向上と原子炉運転性能の向上を回ることが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１−図は本発明の一実施例を示す沸騰水型原子炉の炉
心部安定化装置のブロック図、第２図はポンプ１〜リッ
プ発生時等の運転点の推移を示す図、第３図は本発明の
ポンプトリップ台数判定値の設定方法を示ず図、第４図
は本発明のポンプ１〜リップ発生の判定値の設定方法を
示す図、第５図はＳＲＩ作動と制御棒引抜駆１１−のバ
イパス判定値の設定方法を示す図、第６図は一般的なイ
ンターナルポンプ型原子炉の炉心部と反応度制御系の概
略図、第７図は一般的なインターナルポンプ型原子炉で
Ｓ　ＲＩが必要な領域を示す図、第８図は減幅比の定義
を示す図である。トインターナルボンブトリップ判定装置２・・ポンプト
リップ台数検出回路３・ポンプトリップ発生検出回路４・・ＡＮＤ回路５　ポンプ電源６・・ポンプ電源のＯＮ−ＯＦ　Ｆ信号７・・ポンプト
リップ台数検出信号８　ポンプ回転数信号９−ポンプトリップ発生検出信号１０・・制御棒駆動バイパス制御部１１　・Ａ　Ｐ　ＲＭ　イｄ−号１２・熱出力換算回路１３・バイパス熱出力設定部１１・制御棒駆動装置制御信号１５・制御棒駆動装置制御回路１６・・ＳＲＩ作動信号１７　　制御棒引抜阻止信号２１・・再循環ポンプ最低速度ライン２２　　選択制御棒挿入が必要な領域２３１（１０％出力制御棒出力制御流パターン流量制御
ライン然循環ライン４１−・特性曲線４２・ＳＲＩを作動させる基準減幅比代理人　弁理士　則　近　点　佑同　　第子丸　健火戸１（コ　、）曵　１　（％、）第２図第３図初期運転点、の米ファ回転数の粒卸（ｒＰｍ）第４因０　　２０　２．３　３０　３．！；　　４０炎水出力
（γ０）第５図丈戸ノし−・　ラ方し量　（７ｏ）第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）炉心を内蔵する原子炉圧力容器と、この原子炉圧
力容器内に設けられて炉心内に冷却材を供給する複数の
インターナルポンプと、炉心内に挿入される制御棒と、
この制御棒を駆動する制御棒駆動装置とを有する沸騰水
型原子炉の炉心部安定化装置において、インターナルポ
ンプトリップの有無を判定するトリップ判定装置と、こ
のトリップ判定装置によってポンプトリップ発生が判定
された場合に制御棒挿入と制御棒引抜阻止をさせるべく
前記制御棒駆動装置を制御する回路とを有することを特
徴とする沸騰水型原子炉の炉心部安定化装置。
（２）トリップ判定装置は複数の個々のインターナルポ
ンプのポンプ電源のＯＮ−ＯＦＦ信号と、電圧または電
流信号とを用いることによりトリップしたポンプ台数を
検出する手段を有することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の沸騰水型原子炉の炉心部安定化装置。
（３）トリップしたポンプ台数を検出する手段は複数の
個々のインターナルポンプのポンプ電源のＯＮ−ＯＦＦ
信号Ｓｉ（ｉ＝１、・・・全ポンプ台数）がＯＦＦとな
っている信号数がポンプトリップ台数の判定値Ｎ＿１以
上であることをポンプトリップ台数検出の判定条件とし
て用いることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
沸騰水型原子炉の炉心部安定化装置。
（４）ポンプトリップ台数の判定値Ｎ＿１を可変とする
ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の沸騰水型
原子炉の炉心部安定化装置。
（５）トリップ判定装置は複数の個々のインターナルポ
ンプの回転数を用いることにより、ポンプトリップの発
生もしくはトリップしたポンプ台数を検出する手段を有
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の沸騰
水型原子炉の炉心部安定化装置。
（６）ポンプトリップの発生もしくはトリップしたポン
プ台数を検出する手段は複数の個々のインターナルポン
プの回転数ｒ＿ｉ（１＝１、・・・、全ポンプ台数）が
個々のポンプ回転数の判定値Ｒｉ以下であるポンプ台数
がポンプトリップ台数の判定値Ｎ＿２以上であることを
ポンプトリップ台数検出の判定条件として用いることを
特徴とする特許請求の範囲第５項記載の沸騰水型原子炉
の炉心部安定化装置。
（７）個々のポンプ回転数の判定値Ｒｉ及びポンプトリ
ップ台数の判定値Ｎ＿２を可変とすることを特徴とする
特許請求の範囲第６項記載の沸騰水型原子炉の炉心部安
定化装置。
（８）トリップ判定装置は複数の個々のインターナルポ
ンプの回転数の総和を用いることにより、ポンプトリッ
プの発生を検出する手段を有することを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の沸騰水型原子炉の炉心部安定化
装置。
（９）ポンプトリップの発生を検出する手段は複数の個
々のインターナルポンプの回転数ｒ＿ｉ（ｉ＝１、・・
・、全ポンプ台数）の総和Ｓｒが判定値Ｒ以下であるこ
とをポンプトリップの発生検出の判定条件として用いる
ことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の沸騰水型
原子炉の炉心部安定化装置。
（１０）判定値Ｒは可変することを特徴とする特許請求
の範囲第９項記載の沸騰水型原子炉の炉心部安定化装置
。
（１１）トリップ判定装置は、ポンプトリップ発生が判
断された場合でも制御棒挿入と制御棒引抜阻止をバイパ
スさせる制御棒駆動バイパス制御部を有することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の沸騰水型原子炉の炉
心部安定化装置。
（１２）制御棒駆動バイパス部は、制御棒挿入および制
御棒引抜阻止のバイパス信号発生のための判定条件とし
て出力Ｐを用い、バイパス判定値Ｐ＿０に対しＰ≦Ｐ＿
０である場合に制御棒挿入および制御棒引抜阻止のバイ
パス信号を発生する手段を有することを特徴とする特許
請求の範囲第１１項記載の沸騰水型原子炉の炉心部安定
化装置。
（１３）バイパス判定値Ｐ＿０を可変とすることを特徴
とする特許請求の範囲第１２項記載の沸騰水型原子炉の
炉心部安定化装置。