JPH0371679B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の技術分野］ 本発明は沸騰水形原子力発電プラントの原子炉
水位制御装置に関する。 ［発明の技術的背景］ 一般に沸騰水形原子力発電プラントには、原子
炉圧力容器内に冷却水を供給する原子炉給水ポン
プの給水流量を制御し、原子炉水位を設定値に保
つ原子炉水位制御装置が配設されている。 第１図は従来のような原子炉水位制御装置を示
すもので、この原子炉水位制御装置ではいわゆる
３要素制御が採用されており、原子炉水位設定信
号lsetと原子炉水位信号ｌとの差信号である水位
偏差信号Δlと、主蒸気流信号Wsと給水流量信号
Wfとの差信号にミスマツチゲインKmを乗算し
たミスマツチ流量信号ΔWとの和が加算器１を介
してPI制御器２に入力され、このPI制御器２で
比例および積分演算された後、流量要求信号Ｓ１
として給水ポンプ制御系３に出力され、例えばタ
ービン駆動の２台の原子炉給水ポンプ４ａ，４ｂ
とモータ駆動の２台の原子炉給水ポンプ５ａ，５
ｂが制御される。 そしてこのように構成された原子炉水位制御装
置では、平衡状態においては水位偏差信号Δlお
よびミスマツチ流量信号ΔWが零となるため、PI
制御器２の積分器の初期値がそのまま給水ポンプ
制御系３への流量要求信号Ｓ１として出力され
る。 なお各原子炉給水ポンプ４ａ，４ｂ，５ａ，５
ｂにポンプ流量制御装置が配設されている場合に
は、この流量要求信号Ｓ１は実際のポンプ流量と
比較され、その差信号であるポンプ流量偏差信号
がポンプ流量制御装置に入力され、その出力によ
り各給水ポンプが制御される。そしてポンプ流量
制御装置が配設されていない場合には、流量要求
信号Ｓ１により各給水ポンプが直接制御される。 なお、従来の３要素給水制御装置においては、
通常はポンプ流量制御装置は配設されていない。 しかしながら、以上のように構成された原子炉
水位制御装置では、主蒸気流量が先行するような
大幅外乱が入つた時にはPI制御器２の積分器の
初期値が流量要求信号Ｓ１となつているため、主
蒸気流量の先行性に対する給水流量の追従性が悪
く、そのため給水流量と主蒸気流量との差である
ミスマツチ流量が積分され、原子炉水位の変動が
大きくなるという問題がある。 すなわち、例えば原子炉圧力容器に配設される
２台の再循環ポンプが共にトリツプした場合に
は、まず原子炉圧力の低下に伴うボイドの増加に
より、原子炉水位は約20cm上昇するが、主蒸気流
量の減少に対する給水流量の減少が遅れるため、
原子炉水位はさらに上昇して約50〜60秒後には40
〜50cm上昇する。 一般に、タービントリツプにより原子炉スクラ
ムが生ずるレベル８は、原子炉基準水位より約50
cm上に設けられており、このような場合には原子
炉水位の上昇が激しく原子炉スクラムを引き起こ
すおそれがある。 また、一般に水位設定点変更のようなステツプ
応答試験においては、原子炉水位制御装置に配設
されるPI制御器２の比例ゲインを大きくした方
が即応性に富んだ応答が得らえるが、このように
構成された原子炉水位制御装置では、比例ゲイン
を大きくすることはハンチング現象をひきおこす
可能性があり困難である。 そこで本発明者等はこのような問題を解決する
ため第２図に示すような原子炉水位制御装置を先
に出願した。 第２図に示す原子炉水位制御装置は加算器６、
PI制御器７および加算器８とから主体部分が構
成されている。 加算器６は原子炉水位設定信号lsetと原子炉水
位信号ｌとを入力し、この差信号である水位偏差
信号ΔlをPI制御器７に出力する。 PI制御器７は水位偏差信号Δlを入力し、この
水位偏差信号Δlに比例動作および積分動作を加
え、これを水位要求信号Ｓ２として加算器８に出
力する。なおこの時PI制御器７の積分器の初期
値は零に設定されている。 加算器８は原子炉水位要求信号Ｓ２、主蒸気流
量信号Wsに主蒸気流量フイードバツクゲインKs
をかけた信号および給水流量信号Wfに給水流量
フイードバツクゲインKfをかけた信号とを入力
しこれらを加算し、この信号を流量要求信号Ｓ３
として給水ポンプ制御系９に出力する。 ここで主蒸気流量フイードバツクゲインKsと
給水流量フイードバツクゲインKfとの値は Ks−Kf＝１ ……(1) となるように設定されている。 従つて、給水流量フイードバツクゲインKfに
比較し主蒸気流量フイードバツクゲインKsの方
が常に１だけ大きくなり、平衡状態において加算
器８の出力信号すなわち流量要求信号Ｓ３は主蒸
気流量信号Wsと等しくされている。 加算器８から出力された流量要求信号Ｓ３は、
ポンプ流量制御装置が配設されている場合には、
各原子炉給水ポンプ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１
０ｄにそれぞれ配設されるポンプ流量制御装置１
１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに出力され、この
ポンプ流量制御装置１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１
１ｄにより原子炉給水ポンプ１０ａ，１０ｂ，１
０ｃ，１０ｄがそれぞれ制御され、原子炉圧力容
器内へ冷却材の供給量が制御される。 そして以上のように構成された原子炉水位制御
装置では、主蒸気流量と給水流量のフイードバツ
クをPI制御器の出力側の加算器に入力させるこ
とにより、システム全体の安定性を増加させるこ
とができ、これによりPI制御器の比例ゲインを
従来よりも大きくすることができ、即応性に優れ
た応答の得られる原子炉水位制御装置を提供する
ことができる。また、フイードバツクゲインを式
(1)のように選定することにより、PI制御器の初
期値は零となり、従来のように初期値が各原子炉
給水ポンプの流量要求信号である必要性はなくな
り、これにより再循環ポンプが２台トリツプした
ような大幅外乱が入力されても原子炉水位の変化
幅を極めて小さく抑えることができる。 ［背景技術の問題点］ しかしながら、このように構成された原子炉水
位制御装置では、原子炉出力によつてそれぞれ異
なつてくる原子炉給水ポンプ１０ａ，１０ｂ，１
０ｃ，１０ｄの種々の組合せにおいて、どのよう
な場合にも平衡条件を満足させるために、PI制
御器７の積分演算器の出力信号を原子炉給水ポン
プ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの組合せに応
じて変化させる必要がある。 すなわち、次表は原子炉出力に対する原子炉給
水ポンプ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの運転
台数と待機中の原子炉給水ポンプ１０ａ，１０
ｂ，１０ｃ，１０ｄとの関係を示すもので、原子
炉出力が０〜20％の場合には、モータ駆動の原子
炉給水ポンプ１０ｃ，１０ｄ（以下MDRFPとい
う）が１台運転されMDRFPが１台待機され、原
子炉出力が20〜40％の場合には、タービン駆動の
原子炉給水ポンプ１０ａ，１０ｂ（以下TDRFP
という）が１台運転されMDRFPが２台待機さ
れ、原子炉出力が40〜100％の場合には、
TDRFPが２台運転されMDRFPが２台待機され
る。

【表】 第３図は原子炉出力に対する給水流量要求信号
と、積分演算器からの出力信号との関係を示すグ
ラフであり、第１図に示した原子炉水位制御方式
における積分演算器からの出力信号は実線で示さ
れ、また第２図に示した原子炉水位制御方式によ
る積分演算器からの出力信号は点線で示されてい
る。 すなわち、以上のように構成された原子炉水位
制御装置では、原子炉給水ポンプ１０ａ，１０
ｂ，１０ｃ，１０ｄの起動やトリツプにより原子
炉給水ポンプ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの
運転台数が変つた場合には、新しい運転台数で平
衡がとれるようになるまでPI制御器７に配設さ
れる積分演算器の積分動作が働く。 しかしながら、この積分演算器の積分ゲインを
過度に大きくするといわゆるハンチング現象を起
こすため、この積分ゲインを大きくとることはで
きず、新しい運転台数において平衡がとれるまで
には数分の時間を要することとなり、この間に原
子炉水位が大幅に変動するおそれがある。 すなわち、例えばTDRFPを２台運転中にこの
うちの１台がトリツプした場合には、第１図に示
した原子炉水位制御装置では、積分演算器の出力
信号が第３図のＢ点からＣ点まで遷移し新しい平
衡状態に達し、また第２図に示した原子炉水位制
御装置では、第３図のＡ点からＢ点まで遷移した
後、新しい平衡状態に達する。従つて、いずれの
場合も積分演算器からの出力信号は約50％の増加
が必要となり、この50％の量を積分演算器が積分
していく必要がある。 しかしながら、前述したように積分演算器の積
分ゲインは一般に余り大きくとれないため、第３
図のＢ点からＣ点への遷移にも、またＡ点からＢ
点への遷移にも時間がかかりすぎ、この結果、原
子炉水位の変動幅が大きくなるという問題があ
る。 ［発明の目的］ 本発明はかかる従来の事情に対処してなされた
もので、原子炉給水ポンプの運転台数変更時にお
ける積分演算器の積分動作の適応性の悪さを補う
ため、積分演算器の出力を強制的に設定すること
により、積分動作の適応性を増し水位変動幅を抑
制することのできる原子炉水位制御装置を提供し
ようとするものである。 ［発明の概要］ すなわち本発明は、原子炉水位設定信号と原子
炉水位信号との差信号を入力し、前記差信号を比
例演算する比例演算器と前記差信号を積分処理す
る積分演算器とを有し、前記比例演算器と前記積
分演算器の出力信号を加算して水位要求信号とし
て複数の原子炉給水ポンプに出力するPI制御器
と、前記原子炉給水ポンプの組合わせによる各運
転状態に応じて、前記積分器の出力信号が、運転
中の原子炉給水ポンプがトリツプした時には急速
に一定値まで増加され、停止中の原子炉ポンプが
起動した時には急速に一定値まで減少されるよう
に前記積分器の出力信号を設定する積分器出力設
定器と、を具備することを特徴とする原子炉水位
制御装置である。 ［発明の実施例］ 以下本発明の詳細を図面に示す一実施例につい
て説明する。 第４図は本発明の一実施例の原子炉水位制御装
置を示すもので、この原子炉水位制御装置はPI
制御器１４と、このPI制御器１４の積分演算器
１５に積分器出力設定信号Ｓ４を出力する積分器
出力設定器１６とから主体部分が構成されてい
る。 加算器１７は原子炉水位設定信号lsetと原子炉
水位信号ｌとを入力し、この差信号である水位偏
差信号ΔlをPI制御器１４に出力する。 PI制御器１４は比例動作を行なう比例演算器
１８と積分動作を行なう積分演算器１５とから構
成されており、比例演算器１８に入力された水位
偏差信号Δlはここで比例演算され、比例水位偏
差信号Ｓ５として加算器１９に出力される。一方
積分演算器１５に入力された水位偏差信号Δlは
ここで積分演算され、積分水位偏差信号Ｓ６とし
て加算器１９に出力される。 積分器出力設定器１６から出力される積分器出
力設定信号Ｓ４は、各原子炉給水ポンプ１０ａ，
１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが運転モードにあるか停
止モードにあるかにより決定される。すなわち、
この積分器出力設定器１６は、どのような原子炉
給水ポンプ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの組
合せで運転されているかを示す給水ポンプ運転台
数信号Ｓ７、積分演算器１５からの出力を示す積
分器出力信号Ｓ８および給水流量要求信号Ｓ９を
入力し、これらの信号に基づいて、PI制御器１
４の積分演算器１５に、積分演算器１５からの積
分水位偏差信号Ｓ６が第３図に示す実線または点
線となるように調整する積分器出力設定信号Ｓ４
を出力する。 加算器１９は積分演算器１５から積分水位偏差
信号Ｓ６を、比例演算器１８から比例水位偏差信
号Ｓ５を入力し、これらの信号を加算し、これを
水位要求信号Ｓ１４として加算器２０に出力す
る。 加算器２０は水位要求信号Ｓ１４、主蒸気流量
信号Wsに主蒸気流量フイードバツクゲインKsを
かけた信号および給水流量信号Wfに給水流量フ
イードバツクゲインKfをかけた信号とを入力し
これを加算し、この信号を流量要求信号Ｓ１５と
して給水ポンプ制御系９に出力する。 ここで主蒸気流量フイードバツクゲインKsと
給水流量フイードバツクゲインKfとの値は Ks−Kf＝１ ……(1) とるように設定されている。 従つて、給水流量フイードバツクゲインKfに
比較し主蒸気流量フイードバツクゲインKsの方
が常に１だけ大きくなり、平衡状態において加算
器２０の出力信号すなわち流量要求信号Ｓ１５は
主蒸気流量信号Wsと等しくされている。 以上のように構成された原子炉水位制御装置で
は、例えばTDRFPが２台運転されている時に、
このうちの１台がトリツプし、補助ポンプのバツ
クアツプがなく、この状態で積分演算器１５の積
分水位偏差信号Ｓ６が第３図に示すＡ点からＢ点
へ遷移する場合には、Ａ点での原子炉出力は50％
であり、TDRFP1台でも100％の能力を発揮すれ
ば初期の給水流量を確保できるため、積分演算器
１５の積分水位偏差信号Ｓ６が、Ｂ点へ遷移さ
れ、50％の出力を出すことによりトリツプ前の平
衡状態とされる。 第５図および第６図は、それぞれこの時の積分
演算器１５の積分水位偏差信号Ｓ６と原子炉水位
の時間経過を示すグラフであり、第５図における
曲線ａと第６図における曲線ｃは、第２図に示す
従来の原子炉水位制御装置における応答波形を示
しており、第５図における曲線ｂと第６図におけ
る曲線ｄは、第４図に示す本発明の一実施例の原
子炉水位制御装置における応答波形を示してい
る。 第５図および第６図から明らかなように、第４
図に示す原子炉水位制御装置によれば、第１図お
よび第２図に示す従来の原子炉水位制御装置と比
べ、積分演算器１５へ積分器出力設定器１６から
強制的に積分器出力設定信号Ｓ４が送られてくる
ため、積分演算器１５の積分水位偏差信号Ｓ６の
遷移が早められ適応性のよい応答を得ることがで
きる。 この結果、原子炉水位の変動を大幅に抑制する
ことができ、また原子炉水位を速やかに基準水位
に回復させることができる。 ［発明の効果］ 以上述べたように本発明の原子炉水位制御装置
によれば、運転中の原子炉給水ポンプがトリツプ
するような事象の発生時において、積分演算器の
出力信号を強制的に補強することにより、流量要
求信号の平衡状態への回復を早めることができ、
これにより原子炉水位の変化幅を極力小さくする
ことができる。 なお本発明は各原子炉給水ポンプにポンプ流量
制御装置が設けられているいないに係わらず、ま
た第１図の制御方式であるか第２図の制御方式で
あるかに係わらず、適応することができ、どちら
の場合にもその制御性能を大幅に改善することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ従来の原子炉水
位制御装置の一実施例を示すブロツク図、第３図
は原子炉出力に対する給水流量要求信号と積分器
出力信号および積分器出力設定信号との関係を示
すグラフ、第４図は本発明の一実施例の原子炉水
位制御装置を示すブロツク図、第５図および第６
図はTDRFP2台運転中１台がトリツプした場合
の積分器出力信号と原子炉水位との応答波形を示
すグラフである。 １４……PI制御器、１５……積分演算器、１
６……積分器出力設定器、１８……比例演算器、
Ｓ４……積分器出力設定信号、Ｓ５……比例水位
偏差信号、Ｓ６……積分水位偏差信号（＝積分器
出力信号）、Ｓ１４……水位要求信号、lset……
原子炉水位設定信号、ｌ……原子炉水位信号、
Δl……水位偏差信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉水位設定信号と原子炉水位信号との差
   信号を入力し、前記差信号を比例演算する比例演
   算器と前記差信号を積分処理する積分演算器とを
   有し、前記比例演算器と前記積分演算器の出力信
   号を加算して水位要求信号として複数の原子炉給
   水ポンプに出力するPI制御器と、 前記原子炉給水ポンプの組合わせによる各運転
   状態に応じて、前記積分器の出力信号が、運転中
   の原子炉給水ポンプがトリツプした時には急速に
   一定値まで増加され、停止中の原子炉ポンプが起
   動した時には急速に一定値まで減少されるように
   前記積分器の出力信号を設定する積分器出力設定
   器と、 を具備することを特徴とする原子炉水位制御装
   置。