JPH03180798A - 原子炉炉心流量制御装置 - 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、沸騰水型原子炉（以下ＢＷＲと称す）の炉心
流量制御装置に係り、特に改良型沸騰水型原子炉（以下
ＡＢＷＲと称す）の原子炉を冷却し原子炉出力を制御す
る炉心流量の制御装置に関する。

（従来の技術） 一般に、ＢＷＲの出力制御は、炉心の核反応を制御する
制御棒の炉心内への挿入／引抜と、炉心からの発熱を冷
却（熱除去）する冷却材の炉心流量の増減との二通りの
方法で行なわれる。

このうち、炉心流量の増減は、通常複数台設置されるポ
ンプの速度（回転数）を制御することにより行なわれ、
ポンプの速度制御は、炉心流量制御装置により行なわれ
る。

このポンプの台数は、２〜３台であることが多いが、Ａ
ＢＷＲにおいては約１０台用いられ、多数のポンプの速
度を効率よく協調して制御することが重要となる。

第３図は、ＡＢＷＲにおける従来の炉心流量制御装置を
示すもので、図中、符号１はポンプ速度主制御器であり
、このポンプ速度主制御器１には、例えば１０台の各ポ
ンプ２ａ、　　２ｂ、　　２ｃ、　２ｄ。

２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉ、２ｊに設置される速度
制御器３　ａ　ｒ　３　ｂ　＋　　３　ｃ　ｒ　　３　
ｄ　＋　３　ｅ　ｒ３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ、３ｊが接
続されている。

また、前記ポンプ速度主制御器１には、第３図に示すよ
うに、自動／手動切換スイッチ４を介して負荷設定器５
が接続されており、自動／手動切換スイッチ４が自動位
置となっている場合には、図示しない電力系統からの負
荷増減要求やプラント出力のフィードバックとしての出
力増減要求が、負荷設定器５を介し指令信号としてポン
プ速度主制御器１に入力されるようになっている。また
、各速度制御器３ａ〜３ｊは、ケーブルを介し図示しな
いポンプ駆動装置に接続され、各ポンプ２ａ〜２ｊを駆
動するようになっている。

以上の構成において、ポンプ速度主制御器１は、１０台
のポンプ２ａ〜２ｊの速度をバランスよく、原則的には
同一速度となるように制御し、原子炉内を循環する炉心
流量が炉心断面で見て均一になるようにする。

第４図および第５図は、ＡＢＷＲの炉心部の構成を示す
もので、１０台のポンプ２ａ〜２ｊは、原子炉圧力容器
６に収納され、原子炉７との隙間に周方向にほぼ等間隔
で設置されている。

ところで、ポンプ２ａ〜２ｊは、各ポンプ毎に多少異な
る特性を有しているのが通例であり、特にポンプ速度に
依存した振動値は、ポンプ固有の特定の速度でピーク値
を有することが多い。

また、ポンプ駆動装置の負荷の過大制限や、ポンプ数台
の故障による停止時においては、意図的にポンプ速度を
アンバランスとして全台を協調して制御することが必要
となる。

（発明が解決しようとする課題） このように、ＡＢＷＲの炉心を冷却する炉心流量を制御
する複数台のポンプを運転する場合には、各ポンプ速度
をアンバランスに制御することが必要となったり、各ポ
ンプ速度がアンバランスになった際に、その影響が原子
炉の出力制御に現われないよう、各ポンプ速度を全体と
して協調させて制御する必要が生じる。しかしながらこ
のような制御動作を運転員に委ねることは困難であり、
また誤操作によってポンプの損傷等のリスクを生じると
いう問題もある。

本発明は、このような点を考慮してなされたもので、ポ
ンプ速度をアンバランスに制御する必要がある場合に、
原子炉の出力制御に影響しないよう、各ポンプを協調さ
せながら自動的に制御し、運転員の負担を軽減すること
ができ、また回避すべき速度域でのポンプの運転を防止
してポンプを保護することができる原子炉炉心流量制御
装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、前記目的を達成する手段として、原子炉圧力
容器内に複数台設置されて冷却材を循環させるポンプと
、負荷増減要求や出力増減要求を出力する負荷設定器と
、この負荷設定器からの出力信号または運転員による手
動信号を入力として制御信号を出力するポンプ速度主制
御器と、前記各ポンプに対応してそれぞれ設けられ前記
ポンプ速度主制御器からの制御信号の入力により各ポン
プの速度を制御する複数の速度制御器と、これら各速度
制御器からの出力信号がそれぞれ入力され予め設定され
た速度域をバイパスして運転する特性を有する速度信号
を各ポンプにそれぞれ与える複数の関数発生器と、前記
各ポンプの速度をそれぞれ検出する複数のポンプ速度計
と、これら各ポンプ速度計からの検出信号がそれぞれ入
力され全ポンプ合計の炉心流量が設定値になるよう選択
されたポンプに対する修正信号を出力する速度調整器と
、この速度調整器からの修正信号を前記ポンプ速度主制
御器からの制御信号に優先して所定の速度制御器に与え
る優先回路とをそれぞれ設けるようにしたことを特徴と
する。

（作　用） 本発明に係る原子炉炉心流量制御装置において、ポンプ
速度主制御器から出力された制御信号は、複数の各ポン
プに対応する各速度制御器に入力され、これら各速度制
御器からの出力信号は、複数の各関数発生器を介して各
ポンプに速度信号としてそれぞれ与えられる。

ところで、これら各関数発生器からは、各ポンプが回避
すべき速度域をバイパスする特性を有する速度信号が出
力される。例えば、１台のポンプが回避すべき速度域に
達したならば、当該ポンプの速度を一定に保持し、その
後速度をステップ状に上昇させるような速度信号が出力
される。この際、他のポンプをポンプ主制御器からの制
御信号で制御すると、速度域バイパス運転のポンプの速
度低下分だけ、全ポンプ合計の炉心流量が低下すること
になり、好ましくない。

そこで、本発明では、ポンプ速度計で各ポンプの速度を
それぞれ検出し、これら各検出信号に基づき、速度調整
器において、他のポンプの速度を増加させるような修正
信号を求め、これを出力する。優先回路は、この修正信
号が入力されると、この修正信号をポンプ速度主制御器
からの制御信号に優先して他のポンプに対応する各速度
制御器にそれぞれ与える。これにより、速度域バイパス
運転のポンプ以外のポンプの速度が増加し、炉心流量の
低下分が補償される。

尚、数台のポンプがトリップした場合にも、前記同様の
作用により、炉心流量の低下分が他のポンプにより補償
される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明に係る原子炉炉心流量制御装置の一例
を示すもので、図中、符号１はポンプ速度主制御器であ
り、このポンプ速度主制御器には、例えば１０台の各ポ
ンプ２ａ＋　　２ｂ＋　２ｃ、　２ｄ。

２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉ、２ｊに対応する１０台
の速度制御器３ａ、　３ｂ、　３ｃ、　　３ｄ。

３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ、３ｊが、後述する高値
優先回路１１を介して接続されている。

また、ポンプ速度主制御器１には、第１図に示すように
、自動／手動切換スイッチ４を介して負荷設定器５が接
続されている。自動／手動切換スイッチ４が自動位置と
なっている場合には、図示しない電力系統からの負荷増
減要求やプラント出力フィードバックとしての出力増減
要求が、負荷設定器５を介し指令信号としてポンプ速度
主制御器１に入力されるようになっている。また、自動
／手動切換スイッチ４が手動位置となっている場合には
、運転員による手動信号が、指令信号としてポンプ速度
主制御器１に入力されるようになっている。そして、ポ
ンプ速度主制御器−１の出力信号Ｓ１は、高値優先回路
１１を介して各速度主制御器３ａ〜３ｊにそれぞれ入力
され、各速度制御器３ａ〜３ｊからは、出力信号Ｓ３ａ
、Ｓ３ｂ。

Ｓ３ｃ、Ｓ３ｄ、Ｓ３ｅ、Ｓ３ｆ、Ｓ３ｇ。

Ｓ３ｈ、Ｓ３ｉ、Ｓ３ｊがそれぞれ出力されるようにな
っている。

これら各出力信号５３ａ＝Ｓ３ｊは、第１図に示すよう
に、各ポンプ２ａ〜２ｊに対応する関数発生器１２ａ、
１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ。

１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｆ、１２ｊにそれぞれ入
力されるようになっており、これら各関数発生器１２ａ
〜１２ｊは、各出力信号５３ａ〜Ｓ３ｊに対して予め設
定された関数特性に応じた出力信号５１２ａ、５１２ｂ
、５１２ｃ。

５１２ｄ、５１２ｅ、５１２ｆ、５１２ｇ。

５１２ｈ、５１２ｉ、５１２ｊを、図示しない各ポンプ
駆動装置に与えて各ポンプ２ａ〜２ｊを回転駆動するよ
うになっている。これについては、後に詳述する。

これら各ポンプ２ａ〜２ｊの実速度は、第１図に示すよ
うに、ポンプ速度計１３ａ、１３ｂ。

１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ。

１３ｈ、１３ｉ、１３ｊで常時監視されるようになって
おり、これら各ポンプ速度計１３ａ〜１３ｊの出力信号
５１３ａ、５１３ｂ、５１３ｃ。

５１３ｄ、５１３ｅ、５１３ｆ、５１３ｇ。

５１３ｈ、５１３ｉ、５１３ｊは、速度調整器１４に入
力されるようになっている。

この速度調整器１４は、以下の（１）式で示される加減
乗除の演算回路を内蔵し、演算結果の出力信号Ｓ１４を
、高値優先回路１１に与えるようになっている。高値優
先回路１１は、前記出力信号Ｓ１４とポンプ速度主制御
器１の出力信号Ｓ１とを比較し、高い方の信号を前記各
速度制御器３ａ〜３ｊに与えるようになっている。

Ｎ−ま ただし、Ｎ：ポンプ台数 第２図（ａ）は、注目ポンプ、例えばポンプ２ａの関数
発生器１２ａの特性を示し、また第２図（ｂ）は、それ
以外のポンプ２ｂ〜２ｊの速度特性を示す。なお、図中
、ＳＯは回避すべき速度、±αはこの回避速度ＳＯの前
後に見込む余裕、Ｓはバイパス速度域で保持される一定
速度である。

ポンプ速度およびポンプ速度要求は、良好な線形性を有
するという特性を有していることから、各ポンプ２ａ〜
２ｊの速度５１３ａ−３１３ｊは、（ａＸｓ１＋ｂ）で
表わすことができる（ａ、　　ｂは各速度制御器３ａ〜
３ｊの特性から定まる定数である）。前記（１）式に示
したＳｌは、関数発生器１２ａ〜１２ｊの入力信号であ
り、Ｓ１４〉Ｓｌのときには、（１）式の８１はＳ１４
で置き換えられる。

次に、本実施例の作用について説明する。

原子炉出力を上昇させるために炉心流量を増加させ、ポ
ンプ速度主制御器１からの出力信号Ｓ１、すなわちポン
プ速度要求信号が、バイパス設定された関数発生器（例
えば１２ａ）において（ＳＯ−α）を越えると、ポンプ
２ａの速度、すなわちポンプ速度計１３ａの出力信号５
１３ａは一定値Ｓに保たれる。

出力信号Ｓ１が（Ｓｏ−α）を上廻って増加すると、５
１２ａ−３，５１２ｂ−３１２ｊ＝　（ａｘＳ１＋ｂ）
＞ｓとなり、５１２ａと５１２ｂ〜５１２ｊとが、５１
３ａと５１３ｂ−３１３ｊとに各々等しくなって速度調
整器１４に入力される。

速度調整器１４は、前記（１）式によって、注目ポンプ
２ａ以外の追従ポンプ２ｂ〜２ｊへの速度要求信号を演
算し、Ｓ１４＞Ｓｌとなるので、第２図（ｂ）に示すよ
うに、線形よりも高目の速度要求信号を追従ポンプ２ｂ
〜２ｊに出力する。

バイパスする速度域を設定するポンプ、すなわち注目ポ
ンプが２台となり、各々のバイパス速度がｓ、　　ｓ’
の場合には、前記（１）式は下記の（２）式のようにな
る。

−２ バイパスする速度域を設定するポンプが（Ｎ−１）台ま
では、原理的にはこの方式が可能である。

ポンプ速度主制御器１の出力信号Ｓ１を増加させること
により、（１）式に沿って、速度、ｍＭ器１４の出力信
号Ｓ１４が、ポンプ速度要求信号として各ポンプ２ｂ〜
２ｊの速度を上昇させるが、このような出力信号Ｓ１４
が（Ｓｏ＋α）に達すると、注目ポンプ２ａの関数発生
器１２ａの出力信号５１２ａが、第２図（ａ）に示すよ
うに、元の線形な値にステップ状に戻るため、これに伴
ない、出力信号５１２ａも、他の追従ポンプ２ｂ〜２ｊ
と同様（ａｘｓ１＋ｂ）となり、通常の制御となる。

また、ポンプが故障停止した場合には、（１）式におい
て、ポンプの故障停止信号によってＳ−Ｏとなるように
することにより、故障停止したポンプの運転速度が他の
ポンプで分担され、炉心流量の低下が抑制される。

しかして、注目ポンプ２ａの回避したい速度域、すなわ
ちＳＯ−α≦５１３ａ５ＳＯ＋αにおいては、５１３ａ
−Ｓ（一定）となるので、注目ポンプ２ａは回避速度Ｓ
Ｏをスキップして高い速度へ上昇することができる。一
方、この間他の追従ポンプ２ｂ〜２ｊの速度は、全ポン
プ２ａ〜２ｊの合計速度が変わらないように、（１）式
で求まる速度３１４になるので、ポンプ２ａ〜２ｊの合
計速度としては、線形に上昇することにより、炉心流量
や原子炉出力も、線形に滑らかに上昇させることができ
る。

また、注目ポンプ２ａの回避したい速度域を下降して通
過する場合にも、前記とは逆の作用により、全く同じ効
果を得ることができる。

また、万一ポンプが故障停止した場合にも、他のポンプ
が注目ポンプの速度低下を補償するように自動的に速度
が上昇するので、炉心流量および原子炉出力の低下を抑
制できる。

なお、前記実施例においては、第２図（ａ）示すように
、注目ポンプ２ａがバイパス速度域を通過する際に、線
形な値よりも低い値でスキップさせるようにする場合に
ついて説明したが、出力信号Ｓ１４が（ＳＯ−α）にな
って点でステップ状にポンプ速度５１３ａを上昇させ、
Ｓ１４が（ＳＯ＋α）になるまで一定値とするようなス
キップの方式でもよい。なお、この場合には、高値優先
回路１１に代え、低値優先回路を用いるようにすること
は言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ポンプの振動特
性や過負荷防止等の何等かの理由で危険速度域が設定さ
れていても、これを自動的に回避しつつ、原子炉の出力
は滑らかに制御することができ、運転員の操作上の負担
を大幅に低酸できるとともに、ポンプ保護の面での信頼
性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る原子炉炉心流量制御装
置を示す構成図、第２図（ａ）は注目ポンプの関数発生
器の特性の一例を示すグラフ、第２図（ｂ）は他の追従
ポンプの速度特性を示すグラフ、第３図は従来の原子炉
炉心流量制御装置を示す構成図、第４図はポンプの設置
位置を示す原子炉圧力容器の水平断面図、第５図は同様
の垂直断面図である。 １・・・ポンプ速度主制御器、２ａ、２ｂ、２ｃ。 ２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉ、２ｊ−ポンプ、
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ。 ３ｇ、３ｈ、３ｉ、３ｊ・・・速度制御器、５・・・負
荷設定器、１１・・・高値優先回路、１２ａ、１２ｂ。 １２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ。 １２ｈ、１２ｉ、　　１２ｊ−・関数発生器、１３ａ。 １３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ。 １３ｇ、１３ｈ、１３ｉ、１３ｊ・・・ポンプ速度計、
１４・・・速度調整器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 原子炉圧力容器内に複数台設置されて冷却材を循環させ
   るポンプと、 負荷増減要求や出力増減要求を出力する負荷設定器と、 この負荷設定器からの出力信号または運転員による手動
   信号を入力として制御信号を出力するポンプ速度主制御
   器と、 前記各ポンプに対応してそれぞれ設けられ、前記ポンプ
   速度主制御器からの制御信号の入力により各ポンプの速
   度を制御する複数の速度制御器と、これら各速度制御器
   からの出力信号がそれぞれ入力され、予め設定された速
   度域をバイパスして運転する特性を有する速度信号を各
   ポンプにそれぞれ与える複数の関数発生器と、 前記各ポンプの速度をそれぞれ検出する複数のポンプ速
   度計と、 これら各ポンプ速度計からの検出信号がそれぞれ入力さ
   れ、全ポンプ合計の炉心流量が設定値になるよう選択さ
   れたポンプに対する修正信号を出力する速度調整器と、 この速度調整器からの修正信号を、前記ポンプ速度主制
   御器からの制御信号に優先して所定の速度制御器に与え
   る優先回路と、 を具備することを特徴とする原子炉炉心流量制御装置。