JPH02124495A - 原子炉の制御棒操作システム - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、制御棒を操作して未臨界の原子炉を臨界にす
る制御棒操作システムに係り、特に、原子炉が臨界に到
達したときに中性子束が急激な変化率が上昇し続けるこ
とがあるという現象を未然に防止するにの好適な制御棒
操作システムに関する。

〔従来の技術〕

沸騰水型原子炉の起動時には、炉心内に挿入されている
約二百本の制御棒を順次、徐々に引抜いていき、原子炉
を未臨界状態から臨界状態にさせている。通常、原子炉
の中性子束が自然に増加し続ける超臨界状態になっては
じめて、原子炉が臨界に到達したものと判定している。

従来、このような制御棒操作と原子炉状態の判断は、運
転員により行われている。運転員は、中性子束が急激に
上昇し続け、その結果として、安全性維持の観点から原
子炉が自動停止するような事態の発生を未然に防ぐため
、中性子束φなどを監視しながら、制御棒を的確に操作
している。中性子束φと炉周期Ｔとの関係は次式で表わ
すことができ、ここではＩ／Ｔを中性子束変化率と呼ぶ
ことにする。

Ｔ　　　　ｄｔ　　　　　　φ　ｄｔ 二のように制御棒操作は運転員の的確な判断のもとに行
われているが、最近では、運転の省力化や原子炉起動時
間の短縮などを目的として、制御棒の操作や原子炉状態
の判定を自動化することが要望されている。

本発明に最も近い公知例は、特開昭５０−１４６７９６
号公報の「原子炉の自動臨界操作装置」である。

この公知例では、制御棒の引抜き量を炉周期Ｔの大きさ
に応じて決定している。実施例では、引抜き量を炉周期
Ｔに比例した値としている。

〔発明が解決しようとする課題〕 上記公知例では、制御棒の引抜き量を炉周期Ｔに基づい
て決定しているため、次のような問題がある。

すなわち、第５図からもわかるように、炉周期Ｔは制御
棒引抜き後に複雑に変化し、その最小値は、制御棒引抜
き量の他、原子炉が臨界に近づいている度合いなどによ
って大幅に変わる。従って、炉周期Ｔのみで引抜き量を
的確に決定することは難しい。このため、臨界直前で、
かつ、制御棒引抜き量が多いときは、制御棒の投入反応
度が過大で、中性子束が急激に上昇し続けることがある
という欠点がある。

本発明の目的は、原子炉が臨界状態になったときに、中
性子束が急激に上昇し続ける（中性子束変化率が過大に
なる）のを未然に防ぐのに好適な原子炉の制御棒操作シ
ステムを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、中性子束と炉周期とに基づいて、原子炉が
未臨界状態か、臨界直前の臨界近傍の状態か、あるいは
、臨界状態（実際には超臨界状態）であるかを自動的に
判定し、原子炉が臨界近傍状態と判定されたときには制
御棒の引抜き量を低下し、臨界状態と判定されたときは
制御棒の引抜きを中断する運転ガイダンスを、原子炉状
態を判定した結果と共に表示装置に表示することにより
達成される。また、原子炉が臨界近傍と判定されたとき
には自動的に制御棒の引抜き量を低下し、臨界状態と判
定されたときには、自動的に制御棒の引抜きを中断する
ことにより、運転を大幅に省力化しながら、臨界時に中
性子束が急激な変化率で上昇し続けることがあるという
欠点を解決することができる。

〔作用〕

本発明では、中性子束と炉周期とに基づいて。

原子炉が未臨界状態か、臨界直前の臨界近傍状態か、あ
るいは、臨界状態かを判定する。臨界近傍状態になった
場合は、制御棒を一回操作する際の引抜き量を低下する
ので、制御棒の投入反応度は少なくなる。制御棒を少し
づつ引抜くこの操作を、原子炉が臨界になるまで繰返し
て行うので、臨界に到達した際に原子炉の反応度が必要
以上に大きくなるのを防げる。すなわち、臨界時に中性
子束が急激な変化率で上昇し続けることがあるという現
象を未然に防ぐことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図を用いて具体的に述べる。

第２図において、１は原子炉、２は炉心、３は制御棒、
４は炉水、５は制御棒駆動装置、６は制御棒位置制御装
置、７はデータ入力装置、１０は中央監視制御盤である
。１１は本発明で中心的な役割をはだす制御棒自動操作
装置であり、その内部に、原子炉状態判定部１２、制御
棒引抜き量調整部１３．制御捧操作タイミング判定部１
４を内蔵している。

次に、各装置の機能の概要を述べる。原子炉１の炉心２
には、約二百本の制御棒３が内蔵されている。原子炉起
動前は、これらの制御棒３は、炉心２内に全て挿入され
ており、原子炉は未臨界の状態になっている。このとき
、原子炉１の中性子束φのレベルは、定格１００％に対
して５Ｘ１０”％程度であり、制御棒３を炉心２から徐
々に引抜くと、中性子束φが上昇する。すなわち、制御
棒３の炉心２での引抜き位置をＬ・下に変更することに
より原子炉１の出力が調整される。

中央監視制御盤１０には、炉心３で計測した中性子束φ
などのブランドデータａ、及び、制御棒自動操作装置１
１で判定した原子炉状態や制御棒の引抜き量を表示する
ＣＲＴが設けられている。

また、この中央監視制御盤１０には、各装置の動作を制
御するためのスイッチ類が設けられており、原子炉の起
動を開始する際には、「制御モードは原子炉臨界近接で
あり、制御棒を自動的に引抜いて原子炉を臨界にせよ」
との原子炉起動開始信号すを制御棒自動操作装置１１に
出力する。

制御棒自動操作装置１１は、従来、人間が判断していた
原子炉の状態、制御棒の引抜き量、その操作タイミング
を自動的に判定し、制御棒操作指令Ｃを制御棒位置制御
装置６に出力する。それと共に、原子炉が未臨界か、臨
界近傍か、臨界であるかの原子炉状態と制御棒引抜き量
などを示す信号ｄを中央監視制御盤１０のＣＲＴに出力
し、制御棒自動操作装置１１の動作内容を運転員に知ら
せる。

制御棒位置制御装置６は、操作指令Ｃに従った制御棒３
を、炉心２から所定の引抜き量だけ引抜くよう、制御棒
引抜き位置の信号ｇを入力しながら制御棒１駆動信号ｆ
を、制御棒駆動装置５に出力する。制御棒３を指令され
た量だけ引抜く操作が終了すると、制御棒位置制御装置
６は、「制御棒操作終了」の信号ｅを制御棒自動操作装
置１１に出力する。

制御棒駆動装置５は、駆動指令ｆを入力して、指定され
た制御棒３を炉心２から引抜くように動作する。

データ入力装置７は、炉心２の中性子束φなどの計測信
号を入力すると共に、中性子束変化率ｄ（Ｑｏｇφ）／
ｄｔを計算し、制御棒自動操作装置１１や中央監視制御
盤１０に、それらの信号を出力する。

次に、本実施例における制御棒自動操作装置１０の動作
を、第１図のブロック線図を用いて説明する。制御棒引
抜き量記憶部１５には、制御棒の引抜き操作シーケンス
と共に、−度に引抜く制御棒引抜き量が記憶されている
。このシーケンスと引抜き量は、オフラインの原子炉シ
ミュレータで作成したものである。制御棒操作タイミン
グ判定部１４では、第３図のＮα１に示すようなロジッ
クに基づいて、制御棒の操作タイミングを判定する。な
お、制御棒挿入開始を判定するロジックも別に設けてい
る。原子炉状態判定部１２では、第３図のＮｏ２〜Ｎａ
　４のようなロジックに基づいて、原子炉が未臨界状態
から臨界近傍状態に変化したか、あるいは、原子炉が臨
界状態に到達したかを自動的に判定する。

ここで、中性子束変化率ｄ（Ｑｏｇφ）／ｄｔの持続時
間△ｔを、第４図を用いて説明する。時間ｔ１で制御棒
３の引抜きを開始すると、中性子束変化率は一時的に上
昇し１時間ｔ２で制御棒の引抜きが終了すると、同変化
率は徐々に低下する。

持続時間Δｔは、制御棒引抜き終了後、中性子束変化率
が所定値０．００５８−１以上を持続した時間である。

また、中性子束の逆増倍率（φ０／φ）は、原子炉起動
開始時（制御棒３が全挿入状態の時）の中性子束φ０を
、現時刻における中性子束で割算した値である。原子炉
が未臨界状態から臨界状態に移行するのに従って、逆増
倍率φ０／φは小さくなる。

中性子束変化率の持続時間Δｔは、原子炉が臨界に近づ
いている度合い、制御棒の引抜き量、その引抜き位置な
どにより変化するので、このΔｔだけでは、原子炉が臨
界状態に近づいているか否かを判定できない。そこで本
実施例では、第３図のＮα３〜而４のロジックに示すよ
うに、少なくとも、中性子束を用いた逆増倍率と、中性
子束変化率の動特性に基づいた持続時間△ｔの二つの変
数に基づいて、原子炉が臨界近傍か臨界かを判定してい
る。

第１図において、制御棒引抜き量調整部１３では、原子
炉状態判定部１３でｒ原子炉が臨界近傍である」という
判定結果が出力されたときに、制御棒の引抜き量を最小
値に低減する。すなわち、制御棒引抜き量記憶部１５に
おける引抜き量が、例えば、１２ｍ（二十六本の制御棒
を同時に２５ステップ幅（４５８ｍ）だけ引抜く場合に
相当）であっても、制御棒引抜き量調整部１３から出力
される引抜き量は０．４７ｍ（二十六本の制御棒を同時
に１ステップ幅（１８ｎｎ）だけ引抜く場合に相当）に
低減される。第３図の１６は、スイッチ部であり、制御
棒操作タイミング判定部１４で制御棒引抜き開始の指令
が出力されると、引抜きシーケンスに従った制御棒を、
制御棒引抜き量調整部１３で判定した引抜き量だけ引抜
く信号Ｃを一度だけ出力する。制御対象８は、第２図で
示した。制御棒位置制御装置６、制御棒駆動装置５、原
子炉１、データ入力装置７をまとめて記述したものであ
る。なお、制御棒引抜き量調整部１３では、原子炉が未
臨界のときは、記憶されている制御棒引抜き量をそのま
ま出力し、臨界状態のときは、制御棒の引抜きを中断す
るため引抜き量がＯステップ幅であると出力する。

このような本実施例の動作をシミュレーションで確認し
た結果を、第５図に示す。時間０分は制御棒が全挿入状
態に対応する。９分までは、制御棒引抜き量記憶部１５
に記憶された引抜き量で、制御棒を十回程度引抜いてい
る。９分の時点で、第３図に示したＮａ２のロジックに
基づいて、原子炉が臨界近傍であると判定されると、そ
の後の引抜き量は最小値０．４７　　ｍに低減されてい
る。

二十−分には原子炉が臨界状態を達成したものと判定さ
れている（時間１９分以降では、制御棒の引抜きは中断
されている）、従来技術によれば、臨界近傍での引抜き
量が多いと、臨界時に中性子束が急激に上昇することが
あるという欠点があったが、第５図に示すように、本実
施例によれば、臨界時の中性子束を適度な変化率で上昇
させることができる。

本実施例によれば、制御棒を自動的に操作しながら原子
炉を臨界にする際に、臨界時に中性子束が急激に上昇し
続けるのを未然に防ぐことができる。

本発明の他の実施例として、中性子束変化率の動特性を
表わす変数として持続時間Δｔを採用するのではなく１
例えば、中性子束変化率の最大値を採用したり、制御棒
引抜きが終了した後、所定の時間（例えば１０秒）経過
したときの中性子束変化率の値を採用する方法もある。

このとき、第３図のＮ１１２におけるｒ中性子束変化率
の持続時間は２０秒〜１１９秒」という条件は１例えば
。

「制御棒操作終了後、２０秒と１１９秒における中性子
束変化率は、いずれも、０．００５８−１以上」という
条件になる。また、中性子束の逆増倍率を採用するので
はなく、中性子束そのものの値を採用する方法もある。

このような方法でも、臨界時に中性子束変化率が急激に
上昇し続けるのを未然に防ぐことができる。

本発明の変形例として、原子炉が臨界近傍状態になった
ときの制御棒引抜き量を常に最小値にするのではなく、
中性子束の逆増倍率と中性子束変化率の持続時間とに基
づいて引抜き量を決定することにより、臨界に近づくに
従って引抜き量を徐徐に低下する方法もある。この方法
では１例えば。

［逆増倍率がｏ、ｉｏ〜０．０８で、かつ、持続時間が
２０秒〜６０秒であれば、引抜き量を２ｍ（二十六本の
制御棒を四ステップ幅（７２ｍ）引抜く場合に相当）と
する」、「逆増倍率が０．０８以上で、かつ持続時間が
６０秒以上であれば、引抜き量を０．５　　ｍとする」
というようなロジックを用いて、引抜き量を細かく決定
する。従って、この変形例によれば、臨界に到達するま
での起動時間を、本発明の一実施例より、さらに短かく
することができるという効果もある。

この実施例では、制御棒の引抜き量を自動的に減少して
、自動的に制御棒を操作したが、自動的に操作するので
はなく、中央監視制御盤に運転ガイダンスとして表示す
る方法もある。この方法でも、省力化を達成しながら、
臨界時に中性子束が急激な変化率で上昇し続けるのを防
ぐことができる。

また１以上の実施例では、同時に引抜く制御棒の本数を
、例えば、２６本に固定した場合について述べたが、臨
界近傍になったら同時に引抜く制御棒の本数を、例えば
、八本とか四本に低減する方法もある。この場合でも、
制御棒の一回操作当りの引抜き量は低下するので、臨界
時の中性子束変化率が急激に上昇し続けるのを防ぐこと
ができる。

なお、以上述べた実施例では、主の中性子束と中性子束
変化率とに基づいて、原子炉状態の判定と制御棒引抜き
量の決定を行ったが、この他の変数を追加しても良い。

例えば、原子炉の未臨界度や反応度を推定した結果と、
計測した中性子束と中性子束変化率とに基づいて、原子
炉状態の判定を行い、制御棒の引抜き量を決定すること
もできる。この方法では、原子炉状態とその状態に対応
した制御棒引抜き量をより的確に判定することが可能と
なるので、臨界に到達するまでの起動時間を短かくしな
がら、臨界時に中性子束が急激な変化率で上昇し続ける
という現象を未然に防ぐことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、原子炉が未臨界状態か、臨界直前の臨
界近傍状態か、あるいは、臨界状態かを判定し、臨界近
傍状態になったら制御棒の引抜き量を低下するので、原
子炉が臨界に到達した時に中性子束が急激な変化率で上
昇し続けるといった現象の発生を、未然に防ぐことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御ブロック図、第２図は
一実施例のシステムブロック図、第３図は使用するロジ
ックの例を示す図、第４図は一実施例における特性説明
図、第５図は一実施例における制御特性図である。 １・・・原子炉、２・・・炉心、３・・・制御棒、５・
・・制御棒駆動装置、６・・・制御棒位置制御装置、７
・・・データ入力装置、１０・・・中央監視制御盤、１
１・・・制御棒自動操作装置、１２・・・原子炉状態判
定部、１３・・・制御棒引抜き量調整部、１４・・・制
御棒操作タイミング決定部、１５・・・制御棒引抜き量
記憶部、１６・・・スイッチ部。 第 図 ！ ′８４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、制御棒を操作して未臨界の原子炉を臨界にする原子
   炉の制御棒操作システムにおいて、 中性子束と炉周期とに基づいて、前記原子炉が未臨界状
   態か、臨界直前の臨界近傍状態か、臨界状態のいずれで
   あるかを自動的に判定する第一の手段と、前記第一の手
   段で前記原子炉が臨界近傍状態と判定されたときは、前
   記制御棒の引抜き量を低下し、臨界状態と判定されたと
   きは前記制御棒の引抜きを中断する運転ガイダンスを、
   前記第一の手段で判定した前記原子炉の状態と共に表示
   装置に表示する第二の手段とを設けたことを特徴とする
   原子炉の制御棒操作システム。 ２、特許請求の範囲第１項において、 前記第一の手段で前記原子炉が臨界近傍状態と判定され
   たときは前記制御棒の引抜き量を自動的に低下し、臨界
   状態と判定されたときは前記制御棒の引抜きを自動的に
   中断する第三の手段とを設けたことを特徴とする原子炉
   の制御棒操作システム。