JPH022982A

JPH022982A - 原子炉保護方式

Info

Publication number: JPH022982A
Application number: JP63145749A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Hirose; 廣瀬　昭廣; Teruo Fujisawa; 藤沢　照男
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd Ibaraki; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Industry and Control Solutions Co Ltd
Priority date: 1988-06-15
Filing date: 1988-06-15
Publication date: 1990-01-08

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〕本発明は原子力発電所の原子炉に係り、特に原子炉の局
部的な出力ピーキングレベルの上昇を検知し、抑制する
ことによって、原子炉の安全性及びプラントの運転信頼
性を確保するのに好適な原子炉の保護方式及びその装置
に関する。

〔従来の技術〕

原子炉を保護するためには、原子炉の出力を常に監視し
、かつ、原子炉の安全性を損うおそれのある異常な過渡
変化や誤動作を検知し、原子炉停止系等を適切に作動さ
せることによって、過大な原子炉出力の発生を抑え、燃
料被覆管が損傷するのを防ぐ必要がある。

従来の装置は、特開昭６１−１７２０９６号に記載のよ
うに、原子炉を十文字に４つの領域に分割し、各領域毎
の出力を監視することによって、各領域間の出力分布の
異常を検知し、原子炉の保護動作を行なっていた。即ち
、各領域の熱出力は、原子炉の当該領域内にある中性子
検出器からの局部的な熱中性子束信号を平均演算する領
域出力監視装置（以下ＲＰＭと言う。）で求め、このＲ
ＰＭを以下のように構成して保護動作を行なっていた。

（１）４領域を各々独立に監視する場合、各領域に各々
４個（合計１６個）のＲＰＭを設け、２組ずつ互いに独
立になるように構成し、ＲＰＭの出力信号が所定のスク
ラム設定値を超えて１ｏｕｔ　ｏｆ　２ｔｗｉｃｅの原
子炉保護系論理回路が動作した時、スクラム信号を発信
する。これにより、各領域内における部分的な出力上昇
に対して保護動作を行う。

（２）冷却材喪失事故のように２領域ずつ独立に監視す
る場合、第１．第２領域、又は第３．第４領域毎に、各
々の４個（合計８個）のＲＰＭを設け、ＲＰＭの出力信
号が所定のスクラム設定値を超えて２ｏｕｔ　ｏｆ　４
　　の原子炉保護系論理回路が動作した時、スクラム信
号を発信する。これにより、２領域内における部分的な
出力上昇に対して保護動作を行う。

また、上記スクラム設定値は、原子炉の出力分布の歪に
係わらず、固定である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、原子炉の炉心を中心にして４領域に分
割し、各領域内の中性子束レベルの平均値を監視して、
原子炉の保護並びに出力制御を行う構成とし、かつ、ス
クラム設定値を固定としており局部的な出力ピーキング
に対する保護について配慮がされていなかった。そのた
め、以下の問題点があった。

（１）制御棒の誤引き抜等により、原子炉の出力が局部
的に上昇しても、中性子束レベルが平均化されているた
め、ＲＰＭの出力信号がスクラム設定値まで上昇せず、
保護動作が行なわない。

従って引抜いた制御棒近傍の燃料被覆管が損傷するおそ
れがある。通常運転時の引抜きは、制御棒の位置が不揃
いにならないよう予め規定された順序で引抜かれるが、
運転員の誤操作や機器の単一誤動作等を考慮すると、１
本の制御棒を連続的に引抜かれる事象も考える必要があ
る。

（２）制御棒引抜き時、制御棒近傍の温度上昇に伴い、
減速材の中性子束吸収断面積が減少し、正の減速材温度
反応度が投入される。これにより、安全上の設計裕度が
比較的小さい原子炉においては、他の出力係数が負であ
っても制御棒の引抜きを停止した後に、出力が局部的に
上昇し続ける事象が発生する。ＲＰＭの出力信号は前記
（１）と同様に設定値まで上昇しないため、引抜いた制
御棒近傍の燃料被覆管が損傷するおそれがある。減速材
温度反応度により出力が局部的に上昇する現象について
図に示す。

本発明の目的は、原子炉の局部的な出力ピーキングに対
する保護を適確に行い、安全性及び運転信頼性の高い原
子炉保護方式及びその装置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、ＲＰＭで監視する範囲を中性子検出器のバ
イパス（不使用）による悪影響がない領域まで細分化し
、各領域出力を得られる構成とすると共に、以下の手段
のどれかを設ける、又は組合せて保護動作を行うことに
より達成される。

（１）原子炉の出力分布の歪を表わす出力ピーキング係
数（（原子炉の最大出力）／（原子炉の平均圧力））と
限界出力との関係は、燃料の熱的な制限から第３図に示
すように予め決められる。

即ち、ピーキング係数が大きい時原子炉の限界出力は小
さく、ピーキング係数が小さい時原子炉の限界出力が大
きくなることに着目し、各領域出力と全出力を求め、両
者の比をとって各領域毎の出力ピーキング係数を求める
手段と、その係数、即ち歪の増減に応じて原子炉のスク
ラム設定値を増減させる手段を設ける。

（２）制御棒引抜停止後において、減速材温度反応度に
よる局所的な出力の上昇分と、前記出力ピーキング係数
との関係は、原子炉の特性から、第４図に示すように予
め決められる。即ち出力ピーキング係数が小さい時、制
御棒の引抜きが停止した場合の出力上昇分は小さいが、
出力ピーキング係数が大きくなるに従って、制御棒引抜
き停止後の出力上昇分は大きくなることに着目し、前記
出力ピーキング係数を求める手段と、その係数の増減に
応じて、制御棒引抜き停止後における出力の上昇分を加
味して原子炉のスクラム設定値を増減する手段を設ける
。

〔作用〕

上記技術的手段は、燃料の熱的な制限、あるいは減速材
温度反応度による出力上昇を考慮し、局部的な出力ピー
キング係数、即ち出力分布の局部的な歪に応じて原子炉
のスクラム設定値を変更する。従って、制御誤引抜等に
より１本の制御棒が連続的に引抜かれ、局部的な出力ピ
ーキングが発生した場合においても、第５図に示すよう
に、スクラム設定値が低下し、出力ピーキングレベルが
燃料の許容設計限界に一到達する前に確実にスクラム信
号を出力して保護動作を行い安全性を確保する。

また、上記技術的手段は、制御棒引抜き事象において、
原子炉のスクラムを可能な限り回避してプラントの運転
信頼性を向上させるため、局部的な出力ピーキング係数
に応じて制御棒引抜き停止レベルの設定値並びに前段警
報設定値を変更させる手段としても適用することができ
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図により説明
する。第２図において、制御棒制御装置４は制御棒駆動
機構５を動作させ、原子炉１内の制御棒を上下に駆動し
て原子炉の出力を調整する。

制御棒２は原子炉内にほぼ均一に配置され、運転員の手
動操作により１本ずつ、又は数本ずつ挿入。

引抜きを行うことができる。また、ポイズン濃度制御装
置８は減速材循環ループ９を介して、原子炉内のポイズ
ン濃度を増減し、原子炉の出力を調整する。原子炉１内
の中性子検出器３は、原子炉の半径方向並びに軸方向に
ほぼ均一に配置され、周辺の中性子束に比例した信号を
出力する。この検出器の電源は原子炉保護装置７と同様
にＡ−Ｄの４系統に均等に区分されている。

中性子束計測装置６は中性子検出器３からの信号をもと
に原子炉の出力を常に監視し、原子炉の安全を損うおそ
れのある異常な過渡変化や誤動作を検知した時、制御棒
制御装置５へ制御引抜停止指令を出力する。また原子炉
保護装置７ヘスクラム信号を出力する６原子炉保護装置
７では、スクラム信号により原子炉保護系論理回路が動
作した時、制御棒駆動機構５にある電磁クラッチを外し
、制御棒２を落下させて、原子炉をスクラムさせる。

なお、原子炉の出力分布を適確に把握し、安全性を高め
るためには、可能な限り狭い領域の出力を監視できるこ
とが望ましい。本実施例では半径方向の４つの中性子検
出器で囲まれた領域毎に監視する構成としている。これ
は、１領域内における中性子検出器のバイパス（不使用
）許容数が予め決められた数似上となる範囲で可能な限
り狭い領域を選定したものであり、原子炉保護系の電源
構成や論理回路構成等を考慮して決められる。

次に、中性子束計ｉ１＋１Ｊ装置６の動作を第１図によ
り説明する。領域出力検出回路２１は同一領域でかつ、
同一電源の中性子検出器３ａ〜３ｄの出力を平均演算し
、各局所領域の出力を求める。全出力検出回路２３は局
所領域出力を平均演算し、平均出力値３１を求める。ま
た、高値選択回路２２は、最大出力値３２を求めて１両
者を除算器２４で除算し、最大出力ピーキング係数３３
を求める。

関数発生器２５は燃料の熱的な制限による第４図の関係
に基づき、出力ピーキング係数の増減に応じて、スクラ
ム設定値を変更するものである。また関係発生器２６は
、減速材温度反応度による第５図の関係に基づくもので
あり、関数発生器２５の出力から関数発生器２６の出力
を減算器２７で引くことによって、制御棒引抜停止後に
おける減速材温度反応度による出力上昇分だけスクラム
設定値を下げることになる。このスクラム設定値３４は
全出力信号３１と比較器２８で比較され、全出力信号３
１と同じ値まで低下した時、第６図に示すように原子炉
保護装置７ヘスクラム信号を出力する。

また、スクラム設定値３４にゲイン２９を掛けて、設定
値を下げ全出力信号３４と比較器３０で比較し、この設
定値が全出力信号３４と同じ値まで低下した時、制御棒
引抜停止指令を出力する構成としている。これにより、
スクラムに至る頻度が著しく小さくなる０本実施例によ
れば、局部的な出力ピーキングを適確に検知し、制御棒
引抜停止又はスクラム動作を行うことができ、プラント
の運転信頼性及び安全性が著しく向上する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、以下の効果がある。

（１）原子炉の局部的な出力ピーキングを適確に検知し
、そのピーキング係数に応じて、スクラム。

設定値を変更する機能を付加したことによって、万一局
部的な出力ピーキングが発生しても、燃料の許容設計限
界に達する前に確実にスクラムさせることができるため
、安全性が著しく向上する。

（２）原子炉の局部的な出力ピーキングを適確に検知し
、そのピーキング係数に応じて、制御棒引抜停止レベル
を変更する機能を付加したことによって、局部的なピー
キングが発生しても、制御棒を停止して低いレベルに抑
え、スクラム発生の確率を低下させたことによって、プ
ラントの運転信頼性が著しく向上した。

（３）出力ピーキング係数に応じたスクラム設定値等の
変更は、燃料の熱的な制限及び減速材温度反応度による
影響の両方を考慮しているため、原子カプラントにおけ
る用途は広い。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の詳細な説明図、第３図は出力
ピーキング係数と原子炉出力との関係説明図、第４図は
出力ピーキング係数と制御棒停止後の出力上昇値との関
係説明図、第５図は本発明の詳細な説明図、第６図は減
速材温度反応度による出力上昇の現象説明図である。２１・・・領域出力検出回路、２２・・・高値選択回路
、２３・・・全出力検出回路、２４・・・除算器、２５
・・・関数発生器、２６・・・関数発生器、２７・・・
減速器、２８・・・比較器、２９・・・ゲイン、３０・
・・比較器、３１・・・全出力信号、３２・・・最大領
域出力信号、３３・・・出力ピーキング係数、３４・・
・スクラム設定値。第２因第３　図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】１、原子炉の出力を炉心中における制御棒の位置調整に
より制御する原子炉において、あらかじめ決められた領
域の出力と、原子炉の平均出力とから出力ピーキング係
数、すなわち出力分布の歪を求める手段を有し、かつ前
記出力ピーキング係数の変化に対応して、燃料の熱的な
制限を超えないように原子炉のスクラム設定値の変更手
段を有することを特徴とする原子炉保護方式。２、原子炉のあらかじめ決められた領域の出力が、特許
請求の範囲第１項におけるスクラム設定値を超えないよ
うに、制御棒引抜停止レベル又は警報レベルの設定値の
変更手段を有することを特徴とする原子炉保護方式。３、原子炉の出力を炉心中における制御棒の位置調整と
、減速材中に含まれる液体ポイズンの濃度調整とを併用
して制御する原子炉において、あらかじめ決められた領
域の出力と、原子炉の平均出力とから出力ピーキング係
数、すなわち出力分布の歪を求める手段を有し、かつ、
下記（イ）（ロ）のいずれかあるいは両方の手段を有す
ることを特徴とする原子炉保護方式。（イ）前記出力ピーキング係数の変化に対応して、燃料
の熱的な制限を超えないように原子炉のスクラム設定値
を変更する手段。（ロ）減速材温度反応度による制御棒引抜停止後の出力
上昇分を考慮し、出力ピーキング係数に対応して、スク
ラム設定値を変更する手段。４、原子炉のあらかじめ決められた領域の出力が特許請
求の範囲第３項におけるスクラム設定値を超えないよう
に、制御棒引抜停止レベル、又は警報レベルの設定値の
変更手段を有することを特徴とする原子炉保護方式。