JPH02181695A

JPH02181695A - 原子炉保護装置

Info

Publication number: JPH02181695A
Application number: JP64001013A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Tanaka; 一彦田中; Shizuhiko Shibata; 柴田　静彦
Original assignee: Toshiba Engineering Corp; Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Engineering Corp; Toshiba Corp
Priority date: 1989-01-06
Filing date: 1989-01-06
Publication date: 1990-07-16

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事故発生時に制御棒を
緊急挿入して原子炉の二次的な災害を防止する原子炉保
護装置に関する。

（従来の技術）・原子力発電プラントにおいては、原子炉の運転を停止
せざるをえないような事故が発生した際に、制御棒を緊
急挿入して原子炉の反応を抑制し、運転停止のスクラム
を行こなうが、このための原子炉保護装置の作動は各種
センサーからの異常信号を検知して確実に作動すること
が要求される。−方この原子炉保護装置の誤動作によっ
て発電が停止してしまうことはその重要度から極めて好
ましくない。従って各種センサーから制御棒を挿入する
ための機器は冗長化が考慮され、高い信頼性を有するよ
うに設計されている。

第３図は従来の原子炉保護装置の構成図で、原子炉圧力
容器１の内部の炉心２は冷却材３の軽水で満されており
、この炉心２は主に図示しない燃料棒と制御棒４Ａ〜４
Ｎより構成されている０通常この制御棒４Ａ〜４Ｎは１
００万ＩＷ級の原子炉では、約２００本設けられており
、これ等の制御棒４Ａ〜４Ｎは原子炉圧力容器１の下部
を貫通して、水圧式の制御棒駆動機構５Ａ〜５Ｎにより
操作される。

この約２００台のうち１台の制御棒駆動機＠　５Ａを例
にその動作について説明する。沸騰水型の原子炉の場合
では、制御棒駆動機４ｉ１５Ａは、水圧を利用した一種
のピストン構造で、引抜用配管６Ａと挿入用配管７Ａが
接続されている。この両配管６Ａ、７Ａは、各々方向制
御弁ユニット８Ａと出口スクラム弁９Ａ、入口スクラム
弁１０Ａに接続している。制御棒駆動機構５Ａは、引抜
用配管６Ａより駆動水が流入すると、制御棒４Ａを炉心
２から引抜いて原子炉出力を上昇させる。逆に、挿入用
配管７Ａより駆動水が流入すると、制御棒４Ａを炉心２
に挿入して原子炉出力を降下させる。出口スクラム弁９
Ａ及び入口スクラム弁１０Ａは、空気圧により弁の開度
が制御され、スクラム弁空気配管１１Ａを通じ、スクラ
ムパイロット弁１２Ａと冗長化されたバックアップスク
ラムパイロット弁Ａ　１３Ａ、同８１３Ｂによって図示
しない空気供給源１４からの空気圧を制御している。炉
心２の出力運転中は、空気供給源１４より空気圧が加わ
り、出口スクラム弁９Ａ及び入口スクラム弁１０Ａは閉
ざされている。

なおスクラムパイロット弁１２Ａは、冗長化された電磁
弁Ａ　１５Ａ、同Ｂ　１６Ａが電気的に励磁されている
ことにより、またバックアップスクラムパイロット弁Ａ
　１３Ａと同８１３Ｂは、夫々のバックアップ電磁弁Ａ
　１７Ａ、同８１７Ｂが電気的に無励磁状態の時に空気
供給源１４より圧力空気が供給される。さらに電磁弁Ａ
　１５＾は論理回路Ａ　１８Ａ、電磁弁Ｂ　１６Ａは論
理回路８１８Ｂの出力信号で夫々励磁され、原子炉１に
異常があると、当該センサーからの異常信号により論理
回路Ａ　１８Ａと論理回路８１８Ｂの出力信号がなくな
り、スクラムパイロット弁１２Ａの開方向が切換る。こ
れにより、スクラム弁空気配管１１Ａ内の空気は排気管
２３Ａを経て排気され、それまで閉じていた出口スクラ
ム弁９Ａ及び入口スクラム弁１０Ａが開く、この２つの
スクラム弁９Ａ、　ＩＯＡが開くと図示しない制御棒駆
動機構てん装＠　１９Ａから高圧の駆動水が挿入用配管
７Ａを通り、制御棒駆動機構５Ａへ流れ込み、この時、
引抜用配管６Ａと開いている出口スクラム弁９Ａを通り
制御棒駆動機構５Ａ上部の駆動水が図示しない駆動水排
水容器２０Ａへ排出される。この結果制御棒４Ａは炉心
２に急速挿入される。

また前記スクラムパイロット弁１２Ａと同様に制御棒４
Ａを急速挿入するための機器として具備しているバック
アップスクラムパイロット弁Ａ　１３＾、同Ｂ　１３１
３は、スクラムパイロット弁１２Ａ〜１２Ｎのスクラム
弁空気配管１１Ａ〜ＩＩＮが一つに合流した空気配管の
上流に２弁を直列に設けたもので、このバックアップス
クラムパイロット弁＾１３＾、同８１３Ｂは、前記スク
ラムパイロット弁１２Ａ〜１２Ｎと同様に炉心２が出力
運転中の場合、空気供給源１４より圧力空気を通す方向
に弁が開いており、夫々のバックアップ電磁弁＾１７Ａ
、同ＩＩ　１７Ｂは無励磁になっている。このため、原
子炉の各部センサーからの異常信号が入力されてバック
アップスクラムパイロット弁Ａ　１３Ａ、同８１３Ｂの
いずれかが励磁されれば、スクラム弁空気配管１１Ａ内
の空気を排気管２４Ａまたは２４Ｂより排気して全ての
制御棒４Ａ〜４Ｎを炉心２に急速挿入できる配管植成と
しており、若しもＮ個ある前記スクラムパイロット弁１
２Ａ〜１２Ｎの中−個でも動作しなかった場合を考慮し
た後備装置である。なお、このバックアップスクラムパ
イロット弁Ａ　１３Ａ、同Ｉｌｌ　１３Ｂのバックアッ
プ電磁弁Ａ　１７Ａ、同８１７Ｂは、前記論理回路Ａ　
１８Ａと論理回路８１８Ｂが同時に成立した場合、即ち
論理回路Ａ＆Ｂ２１が成立してバックアップスクラム弁
Ａ　１３Ａ、同８１３Ｂの開方向が切換わることにより
前記したスクラムパイロット弁１２Ａ〜１２Ｎの場合と
同じく全制御棒４Ａ〜４Ｎを炉心２に急速挿入させるも
のである。

次に第４図の論理回路構成図で、原子炉保護のための論
理回路例について説明する。論理回路Ａ１８Ａは、トリ
ップ論理ＡＩチャンネル２５とトリップ論理Ａ２チャン
ネル２６のＡＮＤ回路により構成され。

このＡＮＤ条件が成立するとスクラムパイロット弁１２
Ａの電磁弁Ａ　１５Ａが励磁される。また論理回路８１
８Ｂは、トリップ論理８１チヤンネル２７とトリップ論
理８２チヤンネル２８とのＡＮＤ回路により構成され、
このＡＮＤ条件が成立した時にスクラムパイロット弁１
２Ａの電磁弁Ｂ　１６Ａが励磁される。上記トリップ論
理の各チャンネルは、原子炉圧力、［子炉水位、炉心中
性子束等のパラメーターが入力されており、原子炉１の
異常を検出する回路である。

これらのパラメーターが健全であれば論理回路Ａ　１８
Ａ及び論理回路８１８Ｂが成立しており、電磁弁Ａ　１
５Ａ及び電磁弁Ｂ　１６Ａに各々出力信号を発している
。また、バックアップスクラムパイロット弁Ａ　１３Ａ
、同８１３Ｂの論理回路Ａ＆Ｂ２１は、論理回路Ａ　１
８Ａと論理回路８１８Ｂの各々のＮＯＴ信号のＡＮＤ回
路で、この論理回路Ａ＆Ｂ２１はスクラムパイロット弁
１２Ａの電磁弁Ａ　１５Ａ、同８１５Ｂとは逆に出力信
号を発していない。

即ち、炉心２出力運転中は、バックアップスクラムパイ
ロット弁Ａ　１３Ａ、同Ｂ　１３１３のバックアップ電
磁弁Ａ　Ｉ７Ａ、同Ｂ　１７Ｂは消磁されている。総括
して、炉心２出力運転中原子炉１に異常がなければ電磁
弁Ａ　１５Ａ、同口１６Ａは励磁され、一方バツクアッ
プ電磁弁Ａ　１７Ａ、同８１７Ｂは消磁している。反対
に原子炉１に異常が発生すると上記と逆の動作となる。

なお、第４図は自動的に作動する原子炉保護のための論
理回路を示し、手動による論理回路は省酩している。

（発明が解決しようとする課題）原子炉運転中に異常が生じた場合、例えスクラムパイロ
ット弁１２Ａ〜１２Ｎやバックアップスクラムパイロッ
ト弁＾１３Ａ、同８１８Ｂ本体の機能が健全であっても
、これらを作動させるための論理回路、Ａ　１８Ａ、同
８１８Ｂ及びＡ＆Ｂ２１又は論理回路の電源の故障等が
重複した場合、制御棒４Ａ〜４Ｎを緊急挿入することが
できなくなることが考えられる。この様な状態は、確率
的には極めて低いものの万一発生した場合には原子力発
電プラント大事故に至る可能性があり、その対策が要望
されていた。またその反面複雑な保護回路を構築しても
回路故障が増したりして、これが不用意な原子炉停止に
結びつくことも避けなければならぬという問題があった
。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、その目的とする
ところは、別系統の異常検出センサ及び論理回路と電源
の保護機構を設けて、スクラムパイロット弁あるいはバ
ックアップスクラムパイロット弁に不動作が生じても、
原子炉運転に異常が一発生した際には全制御棒の緊急挿
入が行こなえる原子炉保護装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）原子炉の異常時に炉心内に制御棒を緊急挿入する保護装
置で、スクラムパイロット弁の上流と空気供給源との間
にバックアップスクラムパイロット弁をバイパスして排
気用の逆止弁と、２台の３方弁を２重に接続し、さらに
これを２組直列に組合わせて介挿し、別経路による異常
検出器及び電源を備え冗長化した異常信号により３方弁
を操作させる保護論理回路とからなる保護機構を具備す
る。

（作　用）原子炉の異常発生時に制御棒を緊急挿入するために作動
するスクラムパイロット弁及び設けたバックアップスク
ラムパイロット弁及び前記各弁を操作する論理回路が故
障により不動作の際にも、これ等保護装置と別経路によ
る異常検出器の異常信号及び電源を備えて冗長化した保
護論理回路から異常信号を得て、しかも冗長化した１組
２台の３方弁の同時作動によってバックアップスクラム
パイロット弁をバイパスしてパイロット弁空気配管内の
空気を排気して、全制御棒の緊急挿入を可能にする。ま
た前記バックアップスクラムパイロット弁をバイパスし
て設けた逆止弁によって、排気の際に排気流によるバッ
クアップスクラムパイロット弁の誤作動を防止する。

（実施例）本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

なお、上記した従来技術と同様の構成部分については同
一符号を付して詳細な説明は省略する。

第１図は構成図で、第３図に示した従来構成に加えて、
保護機構３０を備えたもので、この機構はバックアップ
スクラムパイロット弁Ａ　１３Ａの下流側と、同じくバ
ックアップスクラムパイロット弁Ｂ　１３１３の上流側
を結んだ逆止弁３１と、バックアップスクラムパイロッ
ト弁８１３Ｂと空気供給源１４との間に設けた４個の３
方弁Ａ　３２Ａ、同８３２Ｂ、同Ｃ３２Ｃ１同Ｄ　３２
Ｄ及びこの３方弁を操作する夫々の保護電磁弁Ａ　３３
Ａ、同Ｂ　３３０、同Ｃ３３Ｃ１同Ｄ　３３Ｄさらにこ
の保護電磁弁に制御信号を出力する、保護論理回路Ａ　
３４Ａ、同８３４Ｂ、同Ｃ３４Ｃと同Ｄ　３４Ｄで構成
されている。またこの保護論理回路における制御棒４Ａ
〜４Ｎの挿入失敗を検出するパラメータとして原子炉圧
力と原子炉水位信号を採用している。

次に上記構成による作用について説明する。前記３方弁
Ａ−Ｄ、３２Ａ〜３２Ｄは、同じく前記バックアップス
クラムパイロット弁Ａ　１３Ａ、同８１３Ｂと同一構造
の°もので、夫々保護論理回路Ａ−Ｄ、３４Ａ〜３４Ｄ
からの出力信号がないとき、即ち炉心２が出力運転中で
あって、原子炉に異常がなければ保護電磁弁Ａ−Ｄ、３
３Ａ〜３３Ｄは消磁している。この状態では、空気供給
源１４より圧力空気が３方弁Ｃ３２Ｃと同０３２Ｄのニ
ゲシースト側を通り、バックアップスクラムパイロット
弁Ｂ　１３１３へ流れ込み、スクラムパイロット弁１２
Ａとスクラム弁空気配管１１Ａを経て出口スクラム弁９
Ａ及び入口スクラム弁１０Ａを閉ざしている。この結果
、制御棒４Ａは引抜き方向↓こ静止したままとなる。

一方、原子炉１に異常が発生すると、保護論理回路Ａ−
Ｄ、３４Ａ〜３４Ｄが同時に出力信号を発し、各々の保
護電磁弁Ａ−Ｄ、３３Ａ〜３３Ｄを励磁させる。各３方
弁Ａ−Ｄ、３２Ａ〜３２Ｄの開方向が切換ることにより
、それまでの圧力空気は排気管３５Ａ、　３５Ｂより排
気される。この粘気出口スクラム弁９Ａと入口スクラム
弁１０＾が開き、制御捧駆動水充てん水１９Ａから高圧
の駆動水が挿入用配管７Ａを通り制御捧恥動機構５Ａへ
流れ込むため、制御棒４Ａ〜４Ｎは全て炉心２に急速挿
入される。

なお、３方弁Ａ−Ｄ、３２Ａ〜３２Ｄは、３方弁Ａ　３
２Ａと同Ｃ３２Ｃ１又は３方弁８３２Ｂと同Ｄ　２８Ｄ
が各々同時に弁の開方向が切換わらなければ制御棒４Ａ
〜４Ｎを挿入することができない配管構成としている。

これにより、３カ弁Ａ　３２Ａと３方弁Ｃ３２Ｃ１又は
３方弁口３２Ｂと３方弁Ｄ　３２Ｄの２つの３方弁の組
合せで、夫々片方だけの３方弁の誤作動によって、不用
意な原子炉停止には至らないこと、又、上記の２組の３
方弁のうち、いずれか１組の３方弁の誤不動作が生じて
も、確実に原子炉を停止することができる。

ここで３方弁Ａ　３２Ａと同［３３２Ｂが誤作動した場
合を例に示すと、それまで無励磁であった保護電磁弁Ａ
　３３Ａ、同８３３Ｂが誤信号から励磁し、双方の３方
弁の開方向が切換り、空気供給源１４からの圧力空気が
閉止されるが、３方弁Ｃ３２Ｃ１同Ｄ　３２Ｄが正常で
あれば、圧力空気は３方弁Ｃ３２Ｃ１同Ｄ　３２Ｄを通
ってスクラム弁９Δ、ＩＯＡを加圧状態を保つことがで
きる。

次に１例えば３方弁８３２Ｂ、同Ｄ　３２Ｄが誤不動作
した時には、原子炉１に異常が発生したにもかかわらず
、保護論理回路［！　３４Ｂ、同Ｄ　３４Ｄが出力信号
を発信しないために、保護電磁弁［３３３Ｂ、同Ｄ　３
３Ｄが無励磁状態を保持し、３方弁の開方向が切換ねら
ない場合でも、３方弁Ａ　３２Ａ、同Ｃ３２Ｃが正常動
作すれば、それまでの圧力空気は、排気管３５Ｂより排
気され、原子炉１を停止させることができる。

なお、保護機構３０には、バックアップスクラムパイロ
ット弁Ａ　１３Ａ、同８１３Ｂをバイパスした空気配管
と逆止弁３１を設けており、これは保護機構３０だけが
作動する場合において、排気管３５Ａまたは３５Ｂから
排気される圧力空気の急速な流れによってバックアップ
スクラムパイロット弁Ａ　１３Ａ、同８１３Ｂが３方弁
の構造上間じてしまうため、バイパスを設けて、圧力空
気を排気される方向のみに流すためのものである。

また第２図は保護論理回路のロジック図で、保護論理回
路Ａ　３４Ａは、原子炉圧力高信号Ａ　３６Ａと原子炉
水位低信号Ａ３７ＡのＯＲ回路より構成され、このＯＲ
回路が成立すると３方弁Ａ　３２Ａの保護電磁弁Ａ　３
３Ａが励磁される。同様に保護論理口ＭＢ−０３４Ｂ〜
３４Ｄ夫々の成立により、各３方弁Ｂ〜０３２Ｂ〜３２
Ｄの保護電磁弁Ｂ−０３３Ｂ〜３３Ｄが励磁される。

本−実施例では、これら４台の３方弁Ａ−Ｄ３２Ａ〜３
２Ｄは、３カ弁Ａ、　Ｃ３２Ａ、３２Ｃまたは３方弁Ｂ
、０３２Ｂ、　３２Ｄという２組の組合せの内、どちら
か１組の３方弁の各保護電磁弁の励磁により、３方弁の
開方向が共に切換り、空気供給源１４から流れ込む圧力
空気の流路が断たれ、スクラム弁空気配管１１Ａ〜ＩＩ
Ｎの空気が排気管３５Ａまたは３５Ｂより排気される。

このように、４つの保護論理回路の内、保護論理回路Ａ
　３４Ａ、同Ｃ３４Ｃまたは保護論理回路８３４Ｂ、同
Ｄ３４０のどちらか一方が正常であれば保護機構の機能
を維持できる様、多重性を持たせている。

さらに、本保護論理回路Ａ−Ｄ、３４Ａ〜３４Ｄの各信
号は、上記従来の原子炉保護装置のトリップ論理チャン
ネルと検出器、論理回路電源等を副回路として独立させ
て設け、従来装置の多重故障に対してもその影響を受け
ることなく作動するようにしているのでその信頼性は大
きい。

〔発明の効果〕

以上本発明によれば、原子炉の異常時に従来設備の原子
炉保護装置が故障のため保護作動しないという極めて希
れな故障に際しても、さらにこれと別系統の検出回路、
電源等による保護機構の作動により、大事故発生に結び
つくことが回避でき、その事故発生率は大略１０−２程
度低減される。また本発明の装置は簡便であり、既存設
備への追加も容易で、原子力発電プラントの稼動率向上
と安全性、信頼性向上の効果が極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は本発明の保護論理回
路の構成図、第３図は従来の原子炉保護装置の構成図、
第４図は従来の論理回路の構成図である。１・・・原子炉、　　２・・・炉心、　　４Ａ〜４Ｎ・
・・制御棒、５八〜５Ｎ・・・制御棒駆動機構、　　６
Ａ・・・引抜用配管、７Ａ・・・挿入用配管、　　　　
　　９Ａ・・・出口スクラム弁、１０Ａ・・・入口スク
ラム弁、１１Ａ〜ＩＩＮ・・・スクラム弁空気配管、１２Ａ〜１
２Ｎ・・・スクラムパイコツ１−弁、１３Ａ、１３ト・
バックアップスクラムパイロット弁、１４・・・空気供
給源、１５Ａ、１６Ａ・・・電磁弁、１７Ａ、１７Ｂ・
・・バックアップ電磁弁。１８Ａ、１８［３・・論理回路、　２１・・・Ａ＆Ｂ論
理回路、２２．３１・・・逆止弁、２３Ａ、２４Ａ、２４Ｂ、３５Ａ、３５Ｂ・・・排気管
、　３０・・・保護機構、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ１３
２［）・・・３カ弁、３３Ａ、３３［３，３３Ｃ１３３
Ｄ・・・保護電磁弁、３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ１３４Ｄ
・・・保護論理回路、３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｇ、３６Ｄ
・・・原子炉圧力高信号、３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ１３
７Ｄ・・・原子炉水位低信号。代理人　弁理士　大　胡　典　夫第１図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

原子炉の炉心内に制御棒を制御棒駆動機構により緊急挿
入するためのスクラム弁空気配管に介挿したスクラムパ
イロット弁とこれに対して冗長的に設けたバックアップ
スクラムパイロット弁及び空気供給源と前記各弁を操作
する論理回路を具備した原子炉保護装置において、前記
バックアップスクラムパイロット弁をバイパスしてスク
ラムパイロット弁の上流と空気供給源との間に、排気用
の逆止弁と、２台の３方弁を２重に接続しさらにこれを
２組直列に組合わせて介挿し、これ等各３方弁を制御す
るための前記原子炉保護装置と別経路の異常検出器及び
電源を備え、かつ冗長化した異常信号により前記３方弁
を操作させる保護論理回路とからなる保護機構を設けて
、この保護機構における１組の３方弁の２台が同時に作
動した時に前記スクラムパイロット弁及びバックアップ
スクラムパイロット弁の不動作時においてもスクラム弁
空気配管内の排気をして制御棒の緊急挿入を行うことを
特徴とする原子炉保護装置。