JPH01167699A - 原子炉トリップの可変遅延装置 - 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】 本発明は、概して、原子カプラントの保護作用を安全に
遅延させることに向けられており、特に、蒸気発生器の
低水位保護作用、すなわち原子炉トリップ及び補助給水
系の付勢を可変的に遅延させることに向けられている。

【１１１へ１１ 現在の原子カプラントの保護作用系においては、いずれ
かの蒸気発生器内に低水位が発生すると、原子炉をトリ
ップさせると共に補助給水系を付勢する。第１図は、４
つの蒸気発生器（ＳＧＩ　、ＳＣ２、ＳＧ３．５Ｇ４）
を有するプラントにおける補助給水系の付勢並びに原子
炉トリップのロジックの一例を示す。

各蒸気発生器と関連した低水位指示器は、論理ＯＲゲー
ト１４と論理ＡＮＤゲート１５とを駆動する。１つの蒸
気発生器において低水位が指示されると、ＯＲゲート１
４の出力に得られる信号が発生され、それにより原子炉
トリップが開始されると共に、モータ駆動される補助給
水ポンプが付勢される。同様に、２つまたはそれ以上の
蒸気発生器において低水位が指示されると、ＡＮＤゲー
ト１５の出力に得られる信号が発生され、それによりタ
ービン駆動される補助給水ポンプが付勢される。

これらの作用は、原子炉炉心を保護しかつ崩壊熱除去の
ための充分な熱シンクを維持するよう意図されている。

かかる保護作用に対する最も重大な必要性は、プラント
が全出力で運転している間に、全蒸気発生器に対する給
水が全体的に減損するか、もしくは主給水管路が破裂し
た後に生じるであろう、従って、蒸気発生器の低水位保
護系の論理及び設定点は、仮定されたこれら制限状態の
要件に従って決定される。しかしながら、同じ保護機能
はまた、プラントめ起動運転中ただ１つの蒸気発生器に
対して給水を終結させるというようなより少ない制限状
態の下でも発生する。

原子カプラントの運転経験を概括的に見渡すと、もくろ
まれていないすべての原子炉トリップの多数のものが蒸
気発生器の低水位トリップ信号に帰因するということを
示している。事故分析のモデル及び仮定事項に内在しか
つ蒸気発生器の低水位原子炉トリップ設定点を決定する
ために適用される不必要な保守性を除去すれば、より制
限された条件の下で低水位トリップ設定点をプラント運
転中に選択的に下げるのを許容し、それにより、蒸気発
生器の低水位がトリップ設定点以下に落ちて原子炉を不
必要にトリップするという可能性を減じるであろう、不
運にも、蒸気発生器の低水位トリップ設定点を下げるこ
とは蒸気発生器の物理的な設計により制限される。従っ
て、不必要な原子炉トリップを除去することのできる系
統もしくは装置が必要である。

１１へ１１ 本発明は、１つもしくは２つ以上の蒸気発生器における
低水位状態から生じる原子炉トリップ及び補助給水系の
付勢を可変的に遅延させるための装置に向けられている
。該装置は、各蒸気発生器に低水位状態が存在するか否
かを決定するため、及び原子炉の出力レベルを決定する
ための複数個のセンナを含んでいる。可変時間遅延の長
さは、蒸気発生器の低水位状態の厳しさ、すなわち低水
位状態を受けている蒸気発生器の数、並びに原子炉の出
力レベルの関数として決定される。遅延期間の満了時に
、蒸気発生器の水位が回復していないならば、原子炉は
トリップされると共に補助給水系は付勢される。遅延は
このように、オペレータの補修動作のための及び水位の
過渡変動の自然の安定化のための時間を提供する。この
ような遅延中に水位が回復すれば、不必要な原子炉トリ
ップは避けられるであろう。

本発明の一実施例は、低水位状態が発生した蒸気発生器
の数と、原子炉出力レベルが成る所定の出力レベル（例
えば、定格熱出力の１０パーセント及び５０パーセント
）を超えたか否かとを決定する複数個のセンサ及び付随
の論理回路が備えられて、１つもしくは複数の蒸気発生
器における低水位状態から生じる原子炉トリップ及び補
助給水系の付勢を可変的に遅延させるための装置に向け
られている。該装置には、付加的に、低水位状態が検出
されると付勢される複数個のタイマが備えられている。

これらのタイマは、例えば、５秒、３０秒、１５０秒、
及び２８０秒の遅延に対応し得る。有効な遅延の長さは
、蒸気発生器の低水位状態及び原子炉出力レベルの厳し
さに基づいてタイマ出力信号の１つを選択するような態
様で結合された複数個の論理ゲートによって決定される
。

原子炉のトリップ及び補助給水系の付勢は、もし、出力
レベルが定格熱出力の１０パーセントを超えかつ低水位
状態が１つ以上の蒸気発生器内に存在する場合には、５
秒だけ遅延され、もし、出力レベルが定格熱出力の５０
パーセントを超えかつ低水位状態がいずれか１つの蒸気
発生器内に存在する場合には、３０秒だけ遅延され、も
し、出力レベルが定格熱出力の１０パーセントと５０パ
ーセントとの間にありかつ低水位状態がいずれか１つの
蒸気発生器内に存在するならば、１５０秒だけ遅延され
、そして、もし、出力レベルが定格熱出力の１０パーセ
ントより小さくかつ低水位状態が少なくとも１つの蒸気
発生器内に存在するならば、２８０秒だけ遅延される。

遅延期間の満了時に、もし、蒸気発生器の水位が回復さ
れていないならば、原子炉はトリップされると共に、補
助給水系は付勢される。

本発明のもう１つの実施例は、原子炉の出力レベルに加
えて各蒸気発生器内に低水位状態が存在するか否かを決
定する複数個のセンサに応答して可変遅延の長さを決定
するマイクロプロセッサを備え、１つもしくは２つ以上
の蒸気発生器内の低水位状態から生じる原子炉のトリッ
プ及び補助給水系の付勢を可変的に遅延させる装置に向
けられている。遅延期間の満了時に、もし、蒸気発生器
水位が回復していないならば、原子炉はトリップされか
つ補助給水系は付勢される。

本発明の原子炉のトリップ及び補助給水系の付勢を可変
的に遅延させる装置は、即座の保護作用を必要とする苛
酷な低水位過渡状態と、保護作用を不安なく遅延し得る
それ程苛酷でない低水位過渡状態との間で、原子炉保護
装置が識別を行うのを可能とする。これら遅延を適用す
ると、蒸気発生器の低水位の過渡状態が安定化して回復
し、かつオペレータが修正処置を取るための時間を許容
し、これにより、多くの不必要な原子炉トリップは取り
除かれる。本発明のこれら及び他の長所や利益は以下の
好適な実施例の説明から明瞭となるであろう。

本発明を明瞭に理解しかつ容易に実施し得るように、以
下、添付図面を参照して単に一例としてｔ　　　の＝　
ｔ；日 第２図は、蒸気発生器の低水位原子炉保護作用を可変的
に遅延するための本発明の装置が用いられ得る、代表的
な加圧水型原子炉の概略図を示す。

原子炉容器２０は、冷却材流入口手段２１及び冷却材流
出口手段２２を有している。該原子炉容器２０は、主に
制御棒２３の位置によって相当量の熱を発生する、複数
の被覆核燃料素子から主に成る炉心（図示せず）を含ん
でいる。炉心によって発生された熱は、入口手段２１を
通して流入し、出口手段２２を通して流出する、冷却材
の流れによって炉心から運ばれる。出口手段２２を通し
て流出する流れは、出口管路２４を介し熱交換蒸気発生
器装置２５に運ばれる。熱せられた冷却材は、蒸気を生
成するために用いられる水２７と熱交換関係にある熱交
換管２６を通して運ばれる。蒸気発生器２５によって生
成された蒸気は、以下に一層充分に説明されるように、
タービン２８を駆動して電気を生成するために用いられ
る。冷却材の流れは、次に、蒸気発生器２５から入口管
路２９を介して入口手段２１に運ばれる。このように、
閉じた循環−次ループは、原子炉容器２０と蒸気発生器
２５とを結合する。ループの数、従って、蒸気発生器の
数はプラントごとに変わり、一般には２つ、３つまたは
４つが用いられるけれども、第２図に示された装置は、
１つの閉じた流体の流れループでもって示されている。

蒸気発生器２５の二次側は、熱交換管２６によって一層
ループから隔離されている。蒸気発生器２５内の水２７
は、−次冷却材と熱交換関係に置かれており、これによ
り、該水２７は、熱せられて蒸気すなわち水蒸気に変換
される。蒸気は、水蒸気管路３０を介してタービン２８
に流れる。タービン２８を通過した後、水蒸気は、復水
器３１内で凝縮される。復水すなわち水は、管路３２を
介して蒸気発生器２５の二次側に戻される。このように
、循環する二次ループは、蒸気発生器２５をタービン２
８に結合する。

第２図に示された装置の説明を完全にさせると、圧力差
センサ３３は、圧力タップ３４及び３５間の圧力差を測
定し、蒸気発生器２５内の水位２７を表わす信号３７を
生成する。センサ３６は、炉心（図示せず）内の中性子
束を測定し、原子炉の熱出力レベルを表わす信号３８を
生成する。

第３図は、代表的な３つの蒸気発生器のプラントにおけ
る補助給水系の該略図を示す、補助給水ポンプ４１．４
２及び４３は、補助給水源である復水貯蔵タンク４０か
ら補助給水管路もしくは導管４４を介して蒸気発生器２
５に給水を提供する。

補助給水ポンプ４１及び４３はモータ４５によって駆動
されるが、補助給水ポンプ４２はタービン４６によって
附勢される。流量制御弁４７は、各蒸気発生器２５に対
する補助給水流の調節を可能にする。

第４図に代わって、図は、本発明の教示に従って構成さ
れた蒸気発生器低水位原子炉保護システム５０を示す、
原子炉出力レベル信号３８は、２つの原子炉出力レベル
双安定７４及び７５に入力されて、それぞれ出力信号８
４及び８５を生成する。出力レベル双安定の数は、本シ
ステムの任意の特定の履行に対して出力レベルが確実に
されなければならない所望の正確さを示す。

蒸気発生器水位信号３７は、安全のための冗長条件を満
足するよう各蒸気発生器ループごとに設けられた、４つ
の別々の設定点双安定７０．７１．７２及び７３に並列
に入力され得る。４つの水位設定点双安定７０．７１．
７２及び７３は、それぞれ、数字８０．８１．８２及び
８３によって示される信号を生成する。

出力信号８０．８１．８２及び８３は、ＡＮＤゲート７
６に入力される。ＡＮＤゲート７６の数は、蒸気発生器
の数に対応する。有効な低水位状態が蒸気発生器ループ
内に存在するのを確実にするために、４つの水位双安定
７０．７１．７２及び７３のうちの２つが低水位状態を
示した場合にのみ、ＡＮＤゲート７６の出力信号８６は
、かかる低水位状態を示すであろう、各ＡＮＤゲート７
６からの出力信号８６は、ＯＲゲート７７及びＡＮＤゲ
ート７８の双方を駆動する。いずれの蒸気発生器ループ
における低水位状態も、ＯＲゲート７７の出力に信号８
７が得られるようにする。

同様に、２つまたはそれ以上の蒸気発生器における低水
位状態は、ＡＮＤゲート７８の出力に信号８８が得られ
るようにする。

信号８４及び８５すなわちそれぞれ出力レベル双安定７
４及び７５によって生成される出力信号は、信号８４の
場合には、原子炉の出力が定格熱出力の５０％より少な
いときの高論理レベルに対応し、信号８５の場合には原
子炉出力が定格熱出力の１０％より少ないときの高論理
レベルに対応し得る。逆に、信号８４及び８５によって
それぞれ駆動されるＮＯＴゲート９１及び９２は、ＮＯ
Ｔゲート９１の場合には原子炉の出力が定格熱出力の５
０％を超えたとき、そしてＮＯＴＯＲゲート７７合には
原子炉出力が定格熱出力の１０％を超えたとき、それぞ
れ高論理レベル出力信号９３及び９４を出力し得る。シ
ステムに含まれる各出力レベル双安定ごとに１つのＮＯ
Ｔゲートが設けられる。

タイマ６０．６１．６２及び６３は、ＯＲゲート７７に
よって発生される信号８７によって附勢される。これら
タイマの各々は、成る出力レベル状態及び蒸気発生器低
水位状態下の受容可能な所定の時間期間でタイム・アウ
トするように設定されている。すべてのプラント動作の
パラメータが遅延期間中受容可能なレベル内に留とまる
のを確実にするように、広範囲に渡る分析が行われた。

これらの分析は、第５図に示す曲線に帰結した。

一方の曲線は、１つの蒸気発生器に低水位状態がある場
合に、定格熱出力のパーセントで表わされた出力レベル
の関数として、原子炉トリップ及び補助給水附勢の遅延
時間を１０００秒単位で示す。

第２の曲線は、２つまたはそれ以上の蒸気発生器に低水
位状態がある場合の、同様の情報を示す。

これらの曲線を参照し、かつ最悪の場合の出力レベルを
仮定して、タイマ６０は、１５０秒の遅延にセットされ
得（１つの蒸気発生器の低水位、定格熱出力の５０の出
力）、タイマ６１は、３０秒の遅延にセットされ得（１
つの蒸気発生器の低水位、定格熱出力の１００％の出力
）、タイマ６２は、２８０秒にセットされ得（２つまた
はそれ以上の蒸気発生器の低水位、定格熱出力の１０％
の出力）、そしてタイマ６３は、５秒にセットされ得る
（２つまたはそれ以上の蒸気発生器の低水位、定格熱出
力の１００％の出力）。

タイマ６０の出力信号６６、ＮＯＴゲート９２の出力信
号９４、及び信号８４は、ＡＮＤゲート９５を駆動し；
タイマ６１の出力信号６７及びＮＯＴゲート９１の出力
信号９３は、Ａ　Ｎ　Ｄ　ケート９６を駆動し；タイマ
６２の出力信号６８、及び信号８５は、ＡＮＤゲート９
７を駆動し；タイマ６３の出力信号６９、ＮＯＴゲート
９２の出力信号９４及びＡＮＤゲート７８の出力信号８
８は、ＡＮＤゲート９８を駆動する。この構成は、原子
炉出力レベル、及び蒸気発生器低水位状態の厳しさに基
づいて安全に許容され得る、タイマ出力信号６６．６７
．６８及び６９の１つもしくは２つ以上の選択に帰結す
る。タイマ出力信号６６．６７．６８及び６９の１つ以
上が選択される場合には、タイマ６０．６１．６２また
は６３と関連した信号６６．６７．６８または６９の最
も短い遅延期間に対応するものが、原子炉の保護作用を
制御するであろう。

低水位状態が１つの蒸気発生器に存在し、そして原子炉
出力レベルが定格熱出力の１０及び５０％間にあるなら
ば、ＡＮＤゲート９５は、１５０秒の満了時に高論理レ
ベル出力を発生し得る。低水位状態が１つの蒸気発生器
に存在し、原子炉出力レベルが定格熱出力の５０％を超
えているならば、ＡＮＤゲート９６は、３０秒の満了時
に高論理レベル出力を発生し得る。低水位状態が２つま
たはそれ以上の蒸気発生器に存在し、原子炉出力レベル
が定格熱出力の１０％を超えている場合には、ＡＮＤゲ
ート９８は、５秒の満了時に高論理レベル出力を発生し
得る。原子炉出力が定格熱出力の１０％より小さく、低
水位状態が１つまたはそれ以上の蒸気発生器に存・在す
るならば、ＡＮＤゲート９７は、２８０秒の満了時に高
論理レベル出力を発生し得る。この場合、原子炉出力レ
ベルが定格熱出力の１０％より小さいときには、タイマ
６３の出力がＡＮＤゲート９８によって阻止されるので
、影響を受けている蒸気発生器の数に無関係にタイマ６
２が保護作用を制御する。この設計は、低水位状態によ
って影響されている蒸気発生器の数が変化するか、原子
炉出力レベルが蒸気発生器の低水位状態中に変動するか
のいずれかの場合に異なった時間遅延の選択を可能にす
る。さらに、保護作用を開始した状態が、存在しなくな
った場合には、システムはリセットされてどんな保護作
用も行われない６原子炉出力レベルが所定の出力レベル
の１つを超え、次に、それ以下に下がったときには、シ
ステムのリセットは所望されず、それ故、ラッチ（図示
せず）が設けられている。

特定的には、出力レベルが変動している場合には、蒸気
発生器の水位が正常状態に戻らない限り原子炉トリップ
が両生じるように、出力レベル信号８４及び８５、従っ
て、信号９３及び９４はラッチされる。

ＡＮＤゲート９５．９６．９７及び９８のうちの１つの
出力端子に生じた信号は、原子炉の保護作用を開始する
。原子炉トリップ信号９９は、第２図の制御棒２３が原
子炉心（図示せず）内に挿入されて、それ故、熱の発生
を停止させるようにする。補助給水付勢信号１００は、
補助給水ポンプ４１．４２及び４３に動力を供給するよ
う第３図のモータ４５及びタービン４６を付勢する。補
助給水付勢信号１００はまた蒸気発生器２５への補助給
水の流れを可能とするように、第３図の流量制御弁４７
を開く。

第４図に示された論理回路は、原子炉のトリップ及び補
助給水系の付勢を可変的に遅延させるためのシステムの
１つの可能な構成を示す、該回路は、どのような数の蒸
気発生器ループをも収容するよう拡張され得る。タイマ
の数も、第５図の曲線をいかに厳密にモデル化すべきか
に依存して変更され得る。

本発明の蒸気発生器の低水位原子炉保護装置の別の実施
は、第４図の論理回路の代わりに、第６図に示されたマ
イクロプロセッサ１１０の使用を伴う。第４図における
のと同様に、各ＡＮＤゲードア６からの出力信号８６は
、ＯＲゲート７７及びＡＮＤゲート７８の双方を駆動す
る。低水位状態がいずれか１つの蒸気発生器に存在する
ときＯＲゲート７７の出力に得られる信号８７、並びに
低水位状態が２つまたはそれ以上の蒸気発生器に存在す
るときＡＮＤゲート７８の出力に得られる信号８８は、
マイクロプロセッサ１１０に入力される。マイクロプロ
セッサ１１０はまた原子炉出力レベル信号３８をも受信
する。マイクロプロセッサ１１０は、低水位状態によっ
て影響されている蒸気発生器の数、及び原子炉出力レベ
ルに基づいて実時間ベースで適切な遅延を決定するよう
、第５図に示された曲線でもってプログラム化され得る
。マイクロプロセッサ１１０によって信号９９及び１０
０が発生され、それらは、蒸気発生器の水位が復帰もし
くは回復しない場合に、それぞれ、原子炉のトリップ及
び補助給水系の付勢を開始させるよう、既知の出力イン
ターフェース１１４を介して出力される。このマイクロ
プロセッサの実施に関して、１つの変更例は、第５図の
情報を収容したテーブルを組込むだろう、マイクロプロ
セッサ１１０は、低水位の過渡状態の苛酷さ及び測定さ
れた出力レベルに基づいて遅延時間のテーブルを参照す
ることによって適切な遅延を決定するようにプログラム
化される。

本発明を例示的な実施例と関連して説明してきたけれど
も、多くの変更並びに修正が当業者には容易に明瞭とな
ることが理解されるであろう、従って、以上の説明及び
特許請求の範囲の記載はかかる変更及び修正のすべてを
包含するよう意図されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術による蒸気発生器低水位原子炉保護
装置を示すブロック図、第２図は、代表的な加圧水型原
子炉−蒸気発生器系統を概略的に示す系統図、第３図は
、代表的な４つの蒸気発生器補助給水系統を示す図、第
４図は、本発明の教示に従って構成された蒸気発生器低
水位原子炉保護装置を示すブロック回路図、第５図は、
保護作用の許容し得る遅延を原子炉出力レベルの関数と
して２つの曲線で示す図、第６図は、本発明の教示に従
って構成された蒸気発生器低水位原子炉保護装置のもう
１つの実施例を示すブロック回路図である０図において
、２０は原子炉容器、２３は制御棒、２５は蒸気発生器
、２７は水、２８はタービン、３１は復水器、３３は圧
力差センサ、３６は原子炉の熱出力レベル・センサ、３
７は水位信号、３８は熱出力レベル信号、４０は復水貯
蔵タンク、４１〜４３は給水ポンプ、４５はモータ、４
６はタービン、４７は流量制御弁、５０は蒸気発生器低
水位原子炉保護装置、６０〜６３はタイマ、７０〜７３
は水位設定点双安定、７４及び７５は出力レベル双安定
、７６はＡＮＤゲート、７７はＯＲゲート、７８はＡＮ
Ｄゲート、９１及び９２はＮＯＴゲート、９５〜９８は
ＡＮＤゲート、９９は原子炉トリップ、１１０はマイク
ロプロセッサ、１１４は出力インターフェース、である
。 特許出願人　　ウェスチングハウス・エレクＦＩＧ、　
１ λ−各慕土力に対する割合（％） ＳＧＩ　ＳＧ２　ＳＧ３５ｃ４ ＦＩＧ、　６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 蒸気発生器の低水位状態から生じる原子炉トリップを可
   変的に遅延させる装置であって、低水位状態が前記蒸気
   発生器内に存在するか否かを決定するための手段と、 前記原子炉の出力レベルを決定するための手段と、 前記蒸気発生器の低水位状態及び前記出力レベルに応答
   して可変的な時間遅延の長さを決定する手段と、 前記可変遅延に応答して前記原子炉をトリップさせる手
   段と、 を備えた原子炉トリップの可変遅延装置。