JPH03128485A - 原子炉の出力制御装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、制御棒と炉心流量により出力を制御する原子
炉において、燃料の健全性を確保し、要求出力に対して
最適に出力を制御する原子炉の出力制御装置に関する。

（従来の技術） 沸騰水型原子炉（以下ＢＷＩ？という）では、般に、制
御、棒と炉心流量を併用して原子炉出力を制御しており
、制御棒で約６０％、炉心流量で約４０％の出力を変更
することができる。

一方、ＢＷＲには各種の運転制限がある。最大線出力密
度（以下ＭＬＩＩＧＲという）の制限は、燃料ベレット
と被覆材の相互作用による燃料棒の破損を防止する観点
から設けられたもので、燃料棒の線出力密度がしきい値
以下で行われることを目的としている。

最大限界出力比（以下ＭＣＰＩ？という）の制限は、燃
料チャンネルが沸騰遷移を起こし燃料被覆管と冷却材の
熱伝達か悪くならないための制限値であリ、沸騰遷移が
起こり始めると予４１すされる各燃料集合体出力（限界
出力）と実際の出力の最小値で定義される。

これらの制限値は炉心の出力分布に依存するため、制御
棒パターンおよび炉心流量が変わると変化する。従来、
これらのＭＣＰＲとＭ　Ｌ　ＨＧ　Ｒの制限は、ロッド
ブロックモニター（以下ＲＢＭという）によって監視さ
れている。

また、この他に出力分布に依存しない炉心流量に関する
運転制限として、第５図に示す熱出力・炉心流量マツプ
（Ｐ／Ｐマツプ）に示されるようなロッドブロックライ
ンＡ１ポンプキャビテーションラインＢ１最小ポンプラ
インＣ１最大ポンプラインＤの制限がある。

したがって、ＢＷＩ？における負荷上昇時には、炉心状
態の監視および予４１１ｊ計算をして、現在の炉心状態
と制御棒および再循環ｔＭ、Ｑを操作した時の炉心状態
を求め、上述した各制限を満足することを確認して、目
標とする負荷要求を達成していくことになる。

従来、このようなりＷＩ？の制御方法としては、例えば
特開昭６３−１９［１０００号公報に示されているよう
な方法がある。この方法では、運転計画としての負荷曲
線を入力し、現在の炉心状態の監視結果と、この運転経
過に基づいた予定制御棒および再循環流量の操作後の炉
心状態の予測結果から炉心流口の許容操作範囲を算出し
、この炉心状態の監視子７１１１１結果に応じて制御棒
を操作する方法である。

（発明が解決しようとする課題） ところで、前述したＲＢＭは、制御棒の一本の引抜に対
して設計されたしのである。しかしながら、近年、炉心
出力の上昇速度の高速化を目的として複数本の制御棒を
同時に自動モードで引き抜くことが計画されている。

そこで、これに対応すべく、ＲＢＭを複数本の制御棒操
作に拡張したマルチロッドプロ・ツクモニタ（以下ＭＲ
ＢＭという）と、炉心監視結果を基に）ＩｃＰＩ？およ
びＭ　Ｌ　ＨＧ　Ｒの制限に対するＬＰＲＭ　Ｃ局部出
力モニタ）の設定値を予測し、これと現状のＬＰＲＭの
読み値を比較して制御棒の引抜の阻止および炉心流ユの
操作のブロックをかける装置（以下ＡＴＬＭ：Ａｕｔｏ
ｍａｔｅｄ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｌｉｍ１ｔ　Ｍｏｎｉｔ
ｏｒｉｎｇ　５ｙｓｔｅｏ＋という）か提案されている
。

しかしながら、前述した従来の制御方法では、上記ＭＲ
ＢＭおよびＡＴＬＨこ対する対応がなされていないため
、これら）Ｉｌ？ＢＭおよびＡＴＬＨの制限を満足した
制御棒および炉心流量の操作が困難になるという問題が
発生する。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので
、ＭＲＢＭおよびＡＴＬＨこ対応す゛ることができ、こ
れらの制限を含めた運転制限を満足しながら安全に出力
の制御を行うことのできる原子炉の出力制御装置を提供
しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち本発明の原子炉の出力制御装置は、プラントデ
ータを入力し、現在の炉心状態および所定の運転操作を
行った後の炉心状態を算出するとともに、ＡＴＬＭおよ
びＭＩ？Ｂ旧こ基く運転制限値を算出？シ、これらのＡ
ＴＬ）ｌおよびＭＲＢＭに基く運転制限値および熱出力
・炉心流量マツプ上に定義された運転制限と、前記現在
の炉心状態および所定の運転操作を行った後の炉心状態
とを比較して、現在および所定の運転操作を行った後の
運転余裕を評価する手段と、この手段によって評価され
た運転余裕に基いて、前記ＡＴＬＭおよびＭＲ［３旧こ
基く運転制限値と、前記熱出力・炉心流量マツプ上に定
義された運転制限を越えないよう制御棒操作および炉心
流量操作を実行する手段とを倫えたことを特徴とする。

（作　用） 上記構成の本発明の原子炉の出力制御装置では、ＭＲＢ
ＭおよびＡＴＬＨこ対応することがき、これらの制限を
含めた運転制限を満足しながら安全に出力の制御を行う
ことができる。

（実施例） 以下、本発明の詳細を一実施例について説明するが、ま
ず始めに運転の監視機能であるＡ　Ｔ　Ｌ　ＭとＭＲＢ
Ｍについて説明する。

ＨＣＰＩ？の監視は次のように行う。ＭＣＰＲによるＬ
Ｐｌ？Ｍの制限条件を、監視バンドルにおけるＭＣＰＲ
とそのＭＣＰＲが計算された時からの制御棒の引抜き長
さと炉心流量の変化量から求め、この値と現在のＬＰＲ
Ｍの値を比較し、ＬＰｌ？Ｈの測定値か制限値を越えた
ならば制御棒の引抜と炉心流口の変更に対してブロック
をかける。ここで、監視バンドルはＬＰＲ旧こ囲まれた
バンドルを１単位とする。

監視バンドルにおけるＭＣＰＲの値は、プロコン（プロ
セス計算機）の監視機能から周期的にダウンロードされ
る。また、ブロックが発生したときには、ＡＴＬＭより
プロコンへ出力分布の計算および熱的制限となるパラメ
ータ（ＭＣＰＲおよびＭＬＩＩＧＲ）の更新を要求する
。

ＭＣＰＩ？によるＩ−Ｐ　Ｉ？　Ｍの制限値は次式によ
って求められる。

ＲＢＳｏ　　　　　　　　　　ＲＭＣＰＲＩ　　　　　
　　ＲＭＣＰＲｉ＝　Ａｔｏｔａｌ　、ｏ　−−Ａｏ　
Ａｆ　　　　　　　　■ＬＰＩ？旧　　　　　　ＯＬＭ
ＣＰＲＯＬＭＣＰＲここで、 １？ＢＳｏ：運転制限ロッドブロックおよび流口ブロッ
ク設定値 ＬＰＲ旧　：各１６ハンドルを囲む４つの１、Ｐｌ？Ｈ
のＢ、Ｃ。

Ｄレベルからの４つの値の平均の和 （初期値） Ａｔｏｔａｌ　、ｏ　：　トータルの運転制限口・ノド
プロ・ツクに対するマージンファクタ（Ａファクタ）−
八〇×　八ｆ Δ０　：制御棒引抜に対するＡファクタであり、制御棒
引抜長さの関数 Ａｒ；炉心流Ｈ変化に対するＡファクタであり、初期流
口νｉ（％）とその時の流口Ｗｒ（％）の関数、すなイ
〕ち、 Δｒ−１＋ｒ＜讐ｉ、Ｗ「） ここで、 ｒ（Ｗｉ、Ｗｒ）　−１，９５３ｘ　１Ｏ−２（Ｗｒ−
Ｗｉ）−１，７７２ｘ　１０４（Ｗｉ２−Ｗｉ２）　＋
〇、５３４　Ｘ　１０−［ｉ（Ｗｒ３−Ｗｉ３）ＲＭＣ
ＰＲｌ　：　　４つのＬＰＲ旧こ囲まれた領域の最小の
ＣＰＲの初期値 Ｏｆ、ＭＣＰＲ：現行のサイクルの運転制限ＭＣＰＲＣ
炉心流口の関数） 制限の設定値ＲＢＳｏを求めるための初期値ＬＰＲ旧と
ＲＭＣＰＲｉおよび０Ｌ１４ＣＰＲは、プロコンの監視
計算が行われたときに更新される。

また、ＭＬＩＩＧＨの監視もＭＣＰＲと同じようにして
行う。Ｍ　Ｌ　ＨＧ　ＲによるＬＰＲＭの制限値を監視
バンドルにおけるＭ　Ｌ　１１　Ｇ　Ｒと、そのＭＬＩ
ＩＧＲが計算された時からの制御棒の引抜き長さと熱出
力から求め、この値と現在のＬＰＲＭの値を比較し、Ｌ
ＰＲＭの測定値が制限値を越えたならば制御棒の引抜と
炉心流量の変更に対してブロックをかける。

ＭＬＩＩＧＲの制限値は次式によって求められる。

ＲＢＳｍ　（Ｘ）　　　　　ＴＭＬＨＧＲ（Ｘ）−Ｂ＋
ｎ（Ｘ）　　　　　　　　　　　　■ＬＰＲＭｔ（Ｘ）
　　　　　ＬＩＩＧＲ（Ｘ）ここで、 ＲＢＳｎ＋（Ｘ）　　：　ＬＰＲＭレベルＸにおける運
転制限Ｍ　Ｌ　ＨＧ　Ｒの設定値 ＬＰＲ旧（Ｘ）　：　ＬＰＲＭレベルＸにおける１６バ
ンドル燃料領域の４つのコーナーの４つの ＬＰＲＭの平均値 Ｂｍ（Ｘ）　　　：　ｘ　レベルノＬＰＲＭＩ：対すル
ＭＬＩＩＧＲノ運転制限ロッドブロックのためのマー ジンファクタ（制御棒位置と熱出力 の関数） ＴＭＬＩＩＧＲ（Ｘ）　　：　）ＩＬＩＩＧＲの制限値
（−１３，４ＫＷ／ＰＴ）ＬＩＩＧＲ（Ｘ）　　：　領
域毎の最大の線出力密度、ＬＩＩＣ！？ハプロコンの監
視計算によって求めら れる ＭＬＩＩＧＲによるしＰＲＨの制限の設定値ＲＢＳＩ＋
＋＜Ｘ）を求めるための初期Ａ？ｊＬＰＲＭｉ（Ｘ）、
ＬＩＩＧｌ？（Ｘ）　ハ、ＭＣＰＲノケースと同様にプ
ロコンの監視計算か行われた時更新される。

ＭＲＢＭは従来のロッドブロックモニターを？ｆｉ　Ｉ
Ｑ本の制御棒に対して拡張したものであり、制御棒選択
時にＡＰＲＭ　（平均出力モニタ）により更生された、
いわゆる部分出力か制御棒引抜に伴い増加し、設定値を
越えたときにロッドブロック信号を出して制御棒の引抜
を阻止するものである。そのアルコリズムは例として次
のステップからなるものかある （１）部分出力の計算 選択されている各制御１周りの４本のＬＰＲＭストリン
グのＡ、Ｃ信号とＢ、Ｃ信号のそれぞれの加算平均値を
求め、部分出力のＡＣ信号およびＢＤＣ信号する。

（２）炉心平均出力による更生 上記（１）のステップで求められたそれぞれの部分出ノ
Ｊ　Ｐ　ｐａｒｔを炉心〒均出力（ＡＰＩ？Ｍ信号）に
よって比較し、両者か一致するようにゲインＫを定める
。

Ｋ　−ＡＰＲＭ／　Ｐ　ｐａｒｔ ただし、部分平均出力が炉心平均出力よりも高い場合に
はに＝ｌとする。

（３）引抜阻止レベルの設定 引抜阻止レベルの設定値は、引抜開始前の炉心流量Ｗ　
（％定Ｆ′６）に対して、 ＲＢＭＬＶ＋、−０，６６ＸＷ　＋３９（％）と定める
。これは、従来のロッドブロックモニターの正位置のレ
ベルである。

（４）引抜阻止レベルとの比較 制御棒引抜とともに変化する部分平均出力をゲインに倍
した値と引抜阻止レベルを比較して、前者が引抜阻止レ
ベルを越えたときに制御棒引抜阻止信号を出力する。

ただし、最外周の制御棒に対しては口・ソドブロックを
バイパスする。

次に、本発明の一実施例の原子炉出力制御装置について
説明する。

第１図は、この実施例の原子炉出力制御装置の構成を示
すもので、この原子炉出力制御装置は、運転計画設定部
１と、運転余裕監視予測部２と、制御棒炉心流量操作判
定部３と、制御棒パターン制御器４と、炉心流量演算部
５と、制限器６と炉心流量制御器７とからその主要部が
構成されている。

運転計画設定部１は、制御棒操作手順（引抜シーケンス
）と、運転モードと、目標発電機出力を出力する。なお
、目標発電機出力はある時刻において発電機出力のとる
べき値であり、時刻の関数となっている。

運転余裕監視予測部２は、上記運転計画設定部１から引
抜シーケンス、目標発電機出力を人力するとともに、熱
出力、ＬＰＲＭ、＾ＰＲＭ等のプラントデータを入力し
て現在の運転余裕および制御棒あるいは炉心＆Ｑを操作
したときの運転余裕を計算し評価する。

制御棒炉心流量操作判定部３は、運転計画設定部１の出
力である運転モードと、運転余裕監視子７Ｉｌす部２で
求められた運転余裕データと、目標発電機出力と発電機
出力の偏差とを入力して制御棒操作信号および炉心’ｔ
ｐ　Ｗの制限信号を出力する。

制御棒パターン制御器４は、制御棒炉心流量操作判定部
３からの出力である制御棒操作信号に従い、制御棒駆動
装置１０により原子炉１１の炉心１２内に制御棒を挿入
・引抜きし、炉心出力を調整する。

また、炉心流量演算部５は、目標発電機出力と発電機出
力の偏差に応じて炉心流量の操作−を求める。

制限器６は、上記炉心流量の操作量と、制御棒炉心流量
操作判定部３からの制限信号とを入力し、炉心流量操作
が許可されている時には炉心流Ｈｋの操作指令を出力し
、炉心流量操作が許可されていない時には炉心流量をホ
ールドする指令を出力する。

炉心流量制御器７は、上記制限器６からの指令に基いて
再循環ポンプ１３を駆動するモータ１４を操作して、炉
心流量を制御する。

次に運転余裕監視予測部２について詳しく説明する。

運転余裕監視予測部２における運転余裕の監視予測は、
第２図に示すように現状運転余裕評価を行うステップと
（２１）、運転計画（２２）に沿った運転余裕の予測評
価を行うステップ（２３）からなる。

ここで、現状運転余裕評価は。例えば第３図に示すよう
にして行われる。すなわち、まず、現在のプラントデー
タを入力しく３１）、前述のＡＴＬＭのモデルを用いて
ＡＴＬＭのＭＣＰＲおよびＭＬＨＧＲによるＬ　Ｐ　ｌ
？　Ｈの制限値を求め、これらと現在のＬＰＲＭの読み
値との差により運転余裕を求める（３２）。評価指標と
しては、ＭＣＰＲについてはＭＣＰＲの各バンドルでの
運転余裕の最小値ＥＭＣＰＲを用いる。すなわち、ＥＭ
ＣＰＲ−旧Ｎ［ＲＢＳｏ　−ＬＰＲＭｍｌここで、 ＥＭＣＰＲ：　ＡＴＬＭのＭＣＰＲによるトリップ余裕
ＲＢＳｏ　　：運転制限ロッドブロックおよび流量ブロ
ック設定値 ＬＰＲＭｍ　　：各１６バンドルを囲む４つのＬＰＲＭ
のＢ、Ｃ。

Ｄレベルからの４つの値の平均の和 （測定値） 最小値はＭＣＰＲの監視バンドル全てについてとる。

ＭＬＩ！ＧＲについては、Ｍ　Ｌ　１１　ＣＩ？評価の
ための各ノードでの運転余裕の最小値ＥＭＬ！ＩＧＩ？
を用いる。すなわち、Ｅ　Ｍ　Ｌ　ＩＩ　Ｇ　Ｉ？−旧
Ｎ［ＲＢＳ＋ｎ（Ｘ）　−ＬＰＲＭｍ（Ｘ）］ここで、 ＥＭＣＰＲ：　ＡＴＬＭのＭＣＰＲによるトリップ余裕
ＲＢＳｒＱ（Ｘ）　　：　ＬＰＲＭレベルＸにおける運
転制限Ｍ　Ｌ　ＨＧＲの設定値 ＬＰＲＭｍ（Ｘ）　：　ＬＰＲＭレベルＸにおける１Ｇ
バンドル燃料領域の４つのコーナーの４つのＬＰ ＲＭの平均値（測定値） 最小値はＭＬＩＩＧＩ？の監視焦合てについてとる。

ＭＲＢＨの余裕の評価（３３）は、部分出力をゲインに
倍したもののロッドブロックレベルとの差で行う。すな
わち、評価指標としては、 ＥＭＲＢＭ　−ＭＩＮ［Ｉ？Ｉ３ＭＬＶＬ−Ｋ＊部部分
平均出力−こで、 ＥＭＲＢＭ　　：　ＭＲＢＭのトリップまでの余裕１？
ＢＭＬＶＬ　：　ＭＲＢＭ（７）　ト’）　ツブ設定値
Ｋ　　　　：ＭＲＢＨのゲイン ここで、旧Ｎは全監視バンドルについて行う。

最小値は選択制御棒の全てのバンドルについて行う。

また、運転可能領域の評ｇｆＩ（３４）は、前述の第５
図に示したようなＰ／Ｆマツプ上に運転点を示し、Ｐ／
Ｆマツプ上での運転制限との余裕で表す。

すなわち、熱出力の余裕と炉心流量の余裕が求められる
。

一方、運転余裕の予測評価は例えば第４図に示すように
して行われる。

すなわち、予測モードとして制御棒と炉心流量の２つを
設定しておき（４１）、これらのうちから選択された予
測モードに応じ（４２）、制御棒予測モードを選択した
場合は、制御棒引抜シーケンスに基づき予測すべき制御
棒パターンおよび熱出力を設定しく４Ｂ）、炉心流量予
測モードを選択した場合は、予測すべき炉心流量および
熱出力を設定する（４４）。

そして、従来技術である物理モデル等を用いてＬ　Ｐ　
Ｉ？　Ｍ読み値を予測しく４５）、監視のケースと同様
にこの予測値とＡＴＬ旧こ関する制限の偏差を評価指標
として、余裕評価を行う（３５）。

同様にＭＲＢ旧二ついての評価も監視のケースと同様に
ＭＲＢＭのモデルを用いて、予４ＩｌｊＬＰＲＭより求
めた値と設定値の差を求めて評価指標とし、余裕評価を
行う（４７）。

そして、同様にして、予４Ｐ１すべき点がＰ／Ｐマツプ
上で許可される運転領域にあるかどうかを示す運転領域
余裕を、炉心流量の操作余裕、熱出力の操作余裕として
求める（４８）。

制御棒炉心流口操作判定部３では、これらの運転余裕と
、運転モードと、目標発電機出力と発電機出力との偏差
を入力して、制御棒の操作および炉心流量の操作を指令
する。

すなわち、現在、制御棒操作モードであり制御棒操作が
可能な時には、現状および予測された点での運転余裕が
制限を満足している時には、目標発電機出力を達成する
ような制御棒操作を許可し制御棒を操作する。

現在、炉心流量操作モードであり炉心流量操作が可能な
時には、現状および予ｉＱ＋された点での運転余裕が制
限を満足している時には、目標発電機出力を達成するよ
うな炉心流量操作を許可し炉心流量を操作する。

現在、炉心流量および制御棒操作モードであり制御棒操
作が可能な時には、現状および予ａｌｌ＋された点での
運転余裕が制限を満足している時には、目標発電機出力
を達成するような制御棒操作を許可して制御棒を操作す
る。制御棒操作ができず、炉心流量操作が可能な時には
代替案として炉心流Ω操作を許可し炉心流量を操作する
。

このように、この実施例の原子炉の出力制御装置では、
Ａ　Ｔ　Ｌ　ＭおよびＭ　Ｉ？　Ｂ　ＭおよびＰ／Ｆマ
ツプ上で許される運転制限を満足しながら原子炉起動運
転等の出力制御を実施することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の原子炉出力制御装置によ
れば、ＭＲＢＭおよびＡＴＬ旧こ対応することかき、こ
れらの制限を含めた運転制限を満足しながら安全に出力
の制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の原子炉出力制御装置の構成
を示す図、第２図は第１図に示す運転余裕監視予測部の
動作を説明するための図、第３図は第２図に示す現状運
転余裕評価のアルゴリズムを示す図、第４図は第２図に
示す運転余裕の予測評価アルゴリズムを示す図、第５図
はＰ／Ｆマツプの例を示す図である。 １・・・・・・・運転計画設定部 ２・・・・・・・・・運転余裕監視予測部３・・・・・
・・・・制御棒炉心流量操作判定部４・・・・・・・・
・制御棒パターン制御器５・・・・・・・・・炉心流量
６Ａ算部６・・・・・・・・・制限器 ７・・・・・・・・・炉心’ａ　ｍ制御器１０・・・・
・・制御棒駆動装置 １１・・・・・・原子炉 １２・・・・・・炉心 １３・・・・・・再循環ポンプ １４・・・・・・モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラントデータを入力し、現在の炉心状態および
   所定の運転操作を行った後の炉心状態を算出するととも
   に、ＡＴＬＭおよびＭＲＢＭに基く運転制限値を算出し
   、これらのＡＴＬＭおよびＭＲＢＭに基く運転制限値お
   よび熱出力・炉心流量マップ上に定義された運転制限と
   、前記現在の炉心状態および所定の運転操作を行った後
   の炉心状態とを比較して、現在および所定の運転操作を
   行った後の運転余裕を評価する手段と、 この手段によって評価された運転余裕に基いて、前記Ａ
   ＴＬＮおよびＭＲＢＭに基く運転制限値と、前記熱出力
   ・炉心流量マップ上に定義された運転制限を越えないよ
   う制御棒操作および炉心流量操作を実行する手段とを備
   えたことを特徴とする原子炉の出力制御装置。