JPH0376717B2 - - Google Patents

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JPH0376717B2
JPH0376717B2 JP58244016A JP24401683A JPH0376717B2 JP H0376717 B2 JPH0376717 B2 JP H0376717B2 JP 58244016 A JP58244016 A JP 58244016A JP 24401683 A JP24401683 A JP 24401683A JP H0376717 B2 JPH0376717 B2 JP H0376717B2
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JP
Japan
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mode
unstable
reactor
instability
control
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JP58244016A
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Yasuhiro Masuhara
Shigeto Murata
Motoaki Utamura
Shinichi Kashiwai
Itsuki Yokoyama
Koichi Kotani
Atsuo Yamauchi
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明の、原子炉の制御装置に係り、特に出力
が時間的に変動する不安定現象が発生した場合
に、不安定を検出し、不安定を解消する好適な原
子炉の制御装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a control device for a nuclear reactor, in particular, when an unstable phenomenon in which the output fluctuates over time occurs, detects the instability and corrects the instability. The present invention relates to a suitable nuclear reactor control device that solves the problem.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

第1図に沸騰水型原子炉の概略図を示す。沸騰
水型原子炉は、炉心部1で発生した核分裂生成熱
により蒸気を発生させ、その蒸気をタービン部2
に導き、発電するシステムである。一般に、かか
る原子炉で出力が変動する不安定が発生すると、
次の問題点が生じる。
Figure 1 shows a schematic diagram of a boiling water reactor. A boiling water reactor generates steam by the heat of nuclear fission generated in a core part 1, and sends the steam to a turbine part 2.
It is a system that guides and generates electricity. In general, when instability occurs in such a nuclear reactor, causing power fluctuations,
The following problem arises.

() 出力変動のため炉心1を循環する流量も変
動し、システムの制御が困難となる。
() Due to power fluctuations, the flow rate circulating through the reactor core 1 also fluctuates, making system control difficult.

() 流動振動のため、構造物の機械的強度の余
裕が低減する。
() Due to flow vibration, the mechanical strength margin of the structure is reduced.

() 流量の変動の伴い、炉心での熱的余裕が少
なくなる。そのため、原子炉では、安定性に対
する余裕を十分大きくとる設計がとられてい
る。しかし、人間のミス操作、ならびに計器の
誤動作のため、不安定が発生する可能性も多少
はある。そこで、従来の沸騰水型原子炉では、
不安定を検出し、不安定を解消するため、炉心
部1に設けてある第2図の出力監視用の
LPRM(Local Rower Range Monitor)3が
利用されている。炉心出力が安定時には、
LPRM信号は安定で振幅が小さい(第3図参
照)が、不安定に移行するLPRM信号の振幅
は大きくなる(第4図参照)。したがつて、こ
のLPRM信号をモニタすることにより不安定
を検出し、不安定が検出された場合には、制御
棒4を挿入すること等により不安定を解消して
いる。
() As the flow rate fluctuates, the thermal margin in the core decreases. For this reason, nuclear reactors are designed to provide a sufficiently large margin for stability. However, there is some possibility that instability may occur due to human error and instrument malfunction. Therefore, in conventional boiling water reactors,
In order to detect instability and eliminate instability, the power monitoring system shown in Figure 2 is installed in the reactor core 1.
LPRM (Local Rower Range Monitor) 3 is used. When the core power is stable,
The LPRM signal is stable and has a small amplitude (see Figure 3), but the amplitude of the LPRM signal that becomes unstable becomes large (see Figure 4). Therefore, instability is detected by monitoring this LPRM signal, and when instability is detected, the instability is eliminated by inserting the control rod 4 or the like.

この従来の制御方法は、これまで知らていた不
安定領域しか考慮されていないものである。とこ
ろが、原子炉が自然循環状態あるいは自然循環状
態に近い状態(若干の強制循環状態も含む)にあ
る時には、上記の不安定モードとは別な不安定モ
ードが存在することが明らかになつた。このた
め、これまでの原子炉制御法では、不安定の解消
方法に関して不十分であるという問題点があつ
た。
This conventional control method only takes into account the unstable region known up to now. However, it has become clear that when a nuclear reactor is in a natural circulation state or a state close to a natural circulation state (including some forced circulation states), an unstable mode other than the above-mentioned unstable mode exists. For this reason, the conventional reactor control methods have had the problem of being insufficient in terms of how to resolve instability.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、炉心の出口クオリテイが高い
領域で発生する第1不安定モード及びその出口ク
オリテイが低い領域で発生する第2不安定モード
の両者の不安定モードでの原子炉の運転を避ける
ことができる原子炉の制御装置を提供することに
ある。
The purpose of the present invention is to avoid operating a nuclear reactor in both unstable modes: a first unstable mode that occurs in a region where the core exit quality is high, and a second unstable mode that occurs in a region where the exit quality is low. The purpose of the present invention is to provide a nuclear reactor control device that can perform the following steps.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の特徴は、炉心内の熱水力パラメータを
検出する手段と、検出された熱水力パラメータに
基づいて、炉心内で発生している不安定モード
が、炉心の出口クオリテイが高い領域で発生する
第1不安定モード及びその出口クオリテイが低い
領域で発生する第2不安定モードのいずれである
かを弁別する手段と、第1不安定モードが弁別さ
れたときに、その第1不安定モードを解消させ
る、原子炉制御パラメータを制御する第1制御手
段と、第2不安定モードが弁別されたときに、そ
の第2不安定モードを解消させる、原子炉制御パ
ラメータを制御する第2制御手段とを備えたこと
にある。
The features of the present invention include a means for detecting thermal-hydraulic parameters in the core, and based on the detected thermal-hydraulic parameters, an unstable mode occurring in the core is detected in a region where the exit quality of the core is high. means for discriminating between a first unstable mode that occurs and a second unstable mode that occurs in a region where the exit quality is low; and when the first unstable mode is discriminated, the first unstable mode a first control means for controlling the reactor control parameters to eliminate the mode, and a second control for controlling the reactor control parameters to eliminate the second unstable mode when the second unstable mode is discriminated. It is in having the means.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

本発明は、従来から知られていた原子炉の不安
定モード(第1の不安定モード)と新たに見出し
た第2の不安定モードを考慮してなされたもので
ある。以下、本発明の動機のなつた第2の不安定
モードの発生機構と特徴を第1の不安定モードと
関連づけて説明する。
The present invention was made in consideration of the conventionally known unstable mode (first unstable mode) of a nuclear reactor and the newly discovered second unstable mode. Hereinafter, the generation mechanism and characteristics of the second unstable mode, which is the motivation for the present invention, will be explained in relation to the first unstable mode.

() 現象説明 第5図は第2の不安定モードが発生する運転
領域を原子炉出力と炉心入口における冷却材の
サブクール度を用いて表示したものである。図
中には比較のため、第1の不安定モードも記入
してある。第1の不安定モードが低サブクー
ル、高出力側の条件で発生するのに対して、第
2の不安定モードは、それとは逆に高サブクー
ル、低出力側の条件で発生する。すなわち、第
1モードは炉心の出口クオリテイが高い条件下
で、第2モードは逆にクオリテイが低い条件下
で発生する。この機構は以下に示すように説明
される。
() Phenomenon explanation Figure 5 shows the operating range in which the second unstable mode occurs using the reactor output and the subcooling degree of the coolant at the core inlet. The first unstable mode is also shown in the figure for comparison. While the first unstable mode occurs under conditions of low subcooling and high output, the second unstable mode, on the contrary, occurs under conditions of high subcooling and low output. That is, the first mode occurs under conditions where the core exit quality is high, and the second mode occurs under conditions where the quality is low. This mechanism is explained as follows.

自然循環流量は、第6図に示すような沸騰に
より自然循環する流路においては、浮力Fと流
路損失ΔPとの釣合から定まる。浮力Fは、上
昇流路6と下降流路5における冷却材の密度差
により生じ、ボイド率αの関数F(α)である。
一方、流路損失ΔPは、主に上昇流路6での2
相流摩擦損失であり、クオリテイXと流量Qと
の関数ΔP(X,Q)と考えられる。流量が一定
のもとでは、2相流摩擦損失とクオリテイにつ
いては、一般に第7図のように単調増加の関係
がある。また、浮力の因子となるボイド率につ
いては、クオリテイと第8図に示すような関係
がある。
The natural circulation flow rate is determined from the balance between the buoyant force F and the flow path loss ΔP in a flow path where natural circulation occurs due to boiling as shown in FIG. The buoyant force F is caused by the difference in the density of the coolant in the ascending passage 6 and the descending passage 5, and is a function F(α) of the void ratio α.
On the other hand, the flow path loss ΔP is mainly 2
It is phase flow friction loss, and can be considered as a function ΔP (X, Q) of quality X and flow rate Q. When the flow rate is constant, two-phase flow friction loss and quality generally have a monotonically increasing relationship as shown in FIG. Furthermore, the void ratio, which is a factor of buoyancy, has a relationship with quality as shown in FIG.

今、第6図に示すような自然循環するループ
のもとで、不安定を考える。不安定が発生する
か否かは、定常状態で外乱を入力後、その外乱
が数珠つなぎに伝達され再びフイードバツクさ
れ、そのフイードバツクされた出力外乱が入力
外乱と比較し大きいか否かにより定まる。した
がつて、不安定が発生するためには、フイード
バツクループ内の外乱に対する応答が十分大き
いことが必要条件である。
Now, consider instability under a natural circulation loop as shown in Figure 6. Whether or not instability occurs is determined by inputting a disturbance in a steady state, transmitting the disturbance in a chain, feeding it back again, and determining whether or not the fed-back output disturbance is larger than the input disturbance. Therefore, for instability to occur, it is necessary that the response to the disturbance in the feedback loop be sufficiently large.

第1の不安定モード 第1の不安定モードは高クオリテイのもとで
発生する。第8図に示すように高クオリテイ領
域では、クオリテイ変動に対するボイド率の変
化分∂α/∂Xは小さい。したがつて、δXと同じオー ダの変動量δQに対してもボイドの変化分∂α/∂Qは 小さく、変動量δ∂に対して浮力は影響を受け
ない(δF0)と考えられる。一方、摩擦損
失ΔPに対しては、高クオリテイ領域のもとで
は、第7図に示すようにクオリテイ変動に対す
る摩擦損失の変化分は∂ΔP/∂Xは大きく。したが つて、流量変動δQに対する摩擦損失の変化分
∂ΔP/∂Qが大きくなり、この変化分が大きいこ と、すなわち、摩擦損失が大きく変動すること
が第1の不安定モードの原因と考えられる。
First Unstable Mode The first unstable mode occurs under high quality conditions. As shown in FIG. 8, in the high quality region, the change in void ratio ∂α/∂X with respect to quality variation is small. Therefore, even for a fluctuation amount δ Q of the same order as δ On the other hand, with respect to friction loss ΔP, in the high quality region, as shown in FIG. 7, the variation in friction loss with respect to quality fluctuation is ∂ΔP/∂X, which is large. Therefore, the change in friction loss ∂ΔP/∂Q with respect to the flow rate fluctuation δQ becomes large, and the fact that this change is large, that is, the friction loss fluctuates greatly, is thought to be the cause of the first unstable mode. .

第2の不安定モード 第2の不安定モードは低クオリテイの条件下
で発生する。低クオリテイ領域では、クオリテ
イの変動に対するボイド率の変化分∂α/∂Xが大き く(第8図参照)、一方、摩擦損失の変化分
∂ΔP/∂Xが小さい(第7図参照)ことがわかる。
Second Unstable Mode The second unstable mode occurs under low quality conditions. In the low quality region, the change in void ratio ∂α/∂X with respect to quality fluctuations is large (see Figure 8), while the change in friction loss ∂ΔP/∂X is small (see Figure 7). Recognize.

したがつて、第1の不安定モードとは逆に駆動
力(浮力)の変動が支配する。以下、第9図を
用いて、第2の不安定モードについて現象的に
説明する。
Therefore, contrary to the first unstable mode, fluctuations in the driving force (buoyancy) dominate. Hereinafter, the second unstable mode will be phenomenologically explained using FIG. 9.

炉心出力が小さく自然循環流量が少ない状態
において、負の流量変動δQが加わると炉心部
1に急激にボイド7が発生する(状態A)。こ
のため、浮力が発生して炉水を循環する駆動力
が生じる。一方、炉心部1で冷却材の流速が増
すと冷却材の除熱能力が増すので、沸騰は止む
(状態B)。しかし、ボイドが抜けると、浮力が
なくなり冷却材の流れは停滞し(状態C)、再
び元の状態に戻り、繰り返し続ける。このよう
に、第2のモードは、流量の変動とボイドの発
生、消滅を周期的に繰り返し、駆動力が変動す
ることが発生の原因である。
In a state where the core power is low and the natural circulation flow rate is low, when a negative flow rate fluctuation δQ is applied, voids 7 suddenly occur in the reactor core 1 (state A). Therefore, buoyancy is generated and a driving force is generated to circulate the reactor water. On the other hand, as the flow velocity of the coolant increases in the reactor core 1, the heat removal ability of the coolant increases, so boiling stops (state B). However, when the void is removed, the buoyancy is lost and the flow of coolant becomes stagnant (state C), returning to its original state and continuing to repeat. As described above, the second mode is caused by the fluctuation of the flow rate and the generation and disappearance of voids which are periodically repeated, and the fluctuation of the driving force.

() 不安定の検出方法 第1の不安定モードでは摩擦損失が、第2の
モードでは駆動力が変動することが原因であ
る。そこでモードの相違を明確化するため第6
図に示すような発熱部、冷却部を有する自然循
環の装置を用いて実験を行つた。その時測定さ
れた流量を一例にとり、各コードごとの生波形
を第11図、第12図に示す。さらに、安定時
の波形を比較のため第10図に示す。安定時に
は流量は時間的にほぼ一定で、その振幅は小さ
い(第10図)。一方、不安定状態になると、
その振幅は大きくなる(第11図、第12図)。
したがつて、振幅の指標となる標準偏差を計算
し、これをモニタすることにより、不安定の検
出が可能となる。
() How to detect instability The first unstable mode is caused by friction loss, and the second mode is caused by fluctuations in driving force. Therefore, in order to clarify the difference between the modes, the sixth
Experiments were conducted using a natural circulation device with a heat generating section and a cooling section as shown in the figure. Taking the flow rate measured at that time as an example, the raw waveforms for each code are shown in FIGS. 11 and 12. Furthermore, the waveform at stable time is shown in FIG. 10 for comparison. When stable, the flow rate is almost constant over time, and its amplitude is small (Figure 10). On the other hand, when it becomes unstable,
Its amplitude increases (Figures 11 and 12).
Therefore, instability can be detected by calculating and monitoring the standard deviation, which is an index of the amplitude.

() 不安定モードの弁別 第1の不安定モードでは、ある平均レベルの
まわりのsin関係に似た振動を示す(第11
図)。それに対して、第2の不安定モードでは、
ボイドの消滅と発生を周期的に繰り返すため、
ノコギリ状の波形を示す。そこで、これらの波
形に対して直流成分をカツトし、スペクトルを
とると、周波数に対して第13図、第14図に
示すようになる。すなわち、第1の不安定モー
ドでは、ある周波数をピークとした山型の分布
を示す。一方、第2のモードでは、ピーク値は
倍長波の線スペクトルを示す。したがつて、第
1と第2の不安定モードに区分分けするには、
収録したデータをスペクトル解析し、スペクト
ルのピーク値が倍長波であるか否かで弁別でき
る。
() Discrimination of unstable modes The first unstable mode exhibits oscillations similar to a sin relationship around a certain average level (the 11th
figure). On the other hand, in the second unstable mode,
Because voids periodically repeat their disappearance and generation,
Shows a sawtooth waveform. Therefore, if we cut out the DC component of these waveforms and take the spectrum, we get the frequencies shown in FIGS. 13 and 14. That is, the first unstable mode exhibits a mountain-shaped distribution with a peak at a certain frequency. On the other hand, in the second mode, the peak value shows a double wavelength line spectrum. Therefore, to classify into the first and second unstable modes,
Spectral analysis of the recorded data can be performed and discrimination can be made based on whether the peak value of the spectrum is double wavelength.

() 不安定の解消方法 第15図は流量振幅の出口クオリテイ依存性
を示す。不安定の発生点は沸騰部の出口クオリ
テイにより一義的に定まることがわかる。した
がつて、第1のあるいは、第2の不安定から解
消するためには、出口クオリテイを減少あるい
は、増大させればよいことがわかる。また、圧
力に対しては、圧力上昇は飽和温度上昇を導び
き、出口クオリテイ低減と等価である。したが
つて、要約すると、第1の不安定を解消する方
法は () 出口クオリテイを下げる () 圧力を上昇させる。
() How to eliminate instability Figure 15 shows the dependence of flow amplitude on outlet quality. It can be seen that the point at which instability occurs is uniquely determined by the outlet quality of the boiling section. Therefore, it can be seen that in order to resolve the first or second instability, it is sufficient to decrease or increase the exit quality. Also, for pressure, an increase in pressure leads to an increase in saturation temperature, which is equivalent to a decrease in outlet quality. Therefore, in summary, the first method of resolving instability is: () Decrease the exit quality () Increase the pressure.

また、第2の不安定モードを解消する方法は、 () 出口クオリテイを上げる () 圧力を低減させる。Also, the method to eliminate the second unstable mode is as follows. () Increase exit quality () Reduce pressure.

である。It is.

本発明をより具体的実施例により詳細に説明す
る。
The present invention will be explained in more detail with reference to more specific examples.

第16図は沸騰水型原子炉に本実施例を適用し
た場合のブロツク図である。原子炉は、圧力容器
10、炉心1、制御棒4、LPRM3、再循環ポ
ンプ11、タービン2、蒸気加減弁12、給水加
熱器13、復水ポンプ14等により構成される。
FIG. 16 is a block diagram when this embodiment is applied to a boiling water reactor. The nuclear reactor includes a pressure vessel 10, a reactor core 1, a control rod 4, an LPRM 3, a recirculation pump 11, a turbine 2, a steam control valve 12, a feed water heater 13, a condensate pump 14, and the like.

LPRM3で測定された信号は増幅器15によ
り増幅され、A/Dコンバータ16によりデジタ
ル信号化され、いつたんバツフアメモリ17にた
くわえられる。次にセレクタ18により選ばれた
信号が順次、計算機に導かれる。この計算機内で
は、()不安定の検出、()不安定モードの弁
別、()不安定の解消方法の指示。のタスクを
行う。不安定が検出された場合には、不安定モー
ドに応じた不安定の解消方法の指示信号が制御装
置に導びかれ、不安定が解消できるよう制御系を
作動させる。
The signal measured by the LPRM 3 is amplified by an amplifier 15, converted into a digital signal by an A/D converter 16, and stored in a buffer memory 17. Next, the signals selected by the selector 18 are sequentially guided to the computer. This computer has the following functions: () Detection of instability, () Discrimination of unstable modes, and () Instructions on how to resolve instability. perform tasks. When instability is detected, an instruction signal for how to resolve the instability according to the instability mode is sent to the control device, and the control system is activated so that the instability can be resolved.

計算機内での具体的な処理方法をPAD化して
第17図に示す。以下同図を用いて、処理方法を
説明する。
The specific processing method within the computer is shown in PAD in Figure 17. The processing method will be explained below using the same figure.

() 不安定の検出法 セレクタにより選ばれたLPRM信号のデー
タを計算機内のCPUに導き、データの平均値
x、標準偏差σを計算する。
() Method of detecting instability The data of the LPRM signal selected by the selector is sent to the CPU in the computer, and the average value x and standard deviation σ of the data are calculated.

引き続き、標準偏差と平均値の比σ/を求
め、その比をεと比較する。比σ/がεより
大きい場合には、セレクタにより選んだ
LPRMの近傍は不安定として扱い、一方、小
さい場合には安定として扱う。さらに、セレク
タを切替え、すべてのLPRMの信号について、
順次上記手順を行い、すべてのLPRM信号で
不安定となる場合には、炉心全体が不安定であ
るとして扱う。ところで、不安定の検出判断と
して、上記手法ではεを使用する。この値は、
第15図に示すように振幅が0.2以上で不安定
領域となつている結果に基づき、ε=0.2程度
だ適当と考えられる。
Subsequently, the ratio σ/ between the standard deviation and the average value is determined and the ratio is compared with ε. If the ratio σ/ is larger than ε, the selected
The neighborhood of LPRM is treated as unstable, while when it is small, it is treated as stable. Furthermore, by switching the selector, for all LPRM signals,
Perform the above steps in sequence, and if all LPRM signals are unstable, treat the entire core as unstable. By the way, in the above method, ε is used as a judgment for detecting instability. This value is
Based on the result that the amplitude is in the unstable region when the amplitude is 0.2 or more as shown in FIG. 15, it is considered that ε=0.2 is appropriate.

() 不安定モードの弁別法 不安定と判別されたLPRMの信号をスペク
トル解析する。第2の不安定モードでは、スペ
クトルのピーク値が倍長波の線スペクトルであ
る(第14図)ことを利用し、LPRM信号の
スペクトル解析結果と比較し、不安定が第1モ
ードであるか第2モードであるかを弁別する。
なお、不安定の周波数は0.1〜1Hzであるので
この周波域のみを解析すればよい。
() Method for discriminating unstable modes Spectrum analysis is performed on the LPRM signal determined to be unstable. In the second unstable mode, by using the fact that the peak value of the spectrum is a double-wavelength line spectrum (Figure 14), we compare it with the spectrum analysis results of the LPRM signal to determine whether the instability is in the first mode or not. 2 mode is discriminated.
Note that since the unstable frequency is 0.1 to 1 Hz, it is only necessary to analyze this frequency range.

() 不安定の解消方法 不安定のモードに応じて、解消方法を指示す
る。その具体的内容をPAD化し表示した第1
8図を用いて、以下説明する。
() How to resolve instability Instruct how to resolve instability depending on the mode of instability. The first page shows the specific content as a PAD.
This will be explained below using FIG.

(a) 不安定が第1の不安定モードの場合 不安定が局所で生じているのか、全炉心で
生じているのかで類別し、局所の場合には、
不安定を検出したLPRM3に近接する制御
棒4を挿入し、出力を低下させ、不安定を解
消させる。一方、不安定が全炉心の場合に
は、炉心圧力を上昇させる方法と出口クオリ
テイを低減させる方法を使用し安定化をはか
る。具体的には、圧力を上昇させる方法は、
蒸気加減弁12により蒸気流量を減少させ圧
力を上げる。一方、出口クオリテイの低減法
は、 () 再循環ポンプ14の回転を上げ、炉心
部1を循環する流量を増加させ、出口クオ
リテイの低減をはかる。
(a) When instability is the first instability mode Classify based on whether instability occurs locally or in the entire core. In the case of local instability,
A control rod 4 is inserted near the LPRM 3 where instability has been detected to reduce the output and eliminate the instability. On the other hand, if the entire core is unstable, stabilization is achieved by increasing the core pressure and reducing the exit quality. Specifically, the method of increasing the pressure is
The steam control valve 12 reduces the steam flow rate and increases the pressure. On the other hand, the method for reducing the outlet quality is as follows: (1) The rotation of the recirculation pump 14 is increased to increase the flow rate circulating through the reactor core 1, thereby reducing the outlet quality.

() 給水加熱器13、給水ポンプ14によ
り、給水温度を下げ、出口クオリテイを低
減させる。
() The feed water heater 13 and the feed water pump 14 lower the feed water temperature and reduce the outlet quality.

() 制御棒4を挿入し、出力を低減させ、
出口クオリテイを低減させる。
() Insert control rod 4, reduce output,
Reduce exit quality.

であり、以上の方法を併用することにより
不安定が解消できる。
Therefore, instability can be resolved by using the above methods in combination.

(b) 不安定が第2の不安定モードの場合 第1モード同様、不安定が全炉心か、局所
かをケース分けする。不安定が局所に発生し
ている場合には、第1モードど逆に、不安定
を検出したLPRM3に近接した制御棒4を
引抜く。一方、全炉心で不安定が発生してい
る場合には、炉心圧力を減少させる方法、出
口クオリテイを増加させる方法を使用する。
前者は、蒸気加減弁12を用いて蒸気流量を
増加させることにより圧力を下げる。一方、
後者の方法は、 (1) 再循環系ポンプ11の回転を下げ、炉心
流量を減少させ、出口クオリテイを増加さ
せる。
(b) When the instability is in the second instability mode As in the first mode, the cases are divided into whether the instability is in the whole core or locally. If instability occurs locally, the control rod 4 close to the LPRM 3 where instability has been detected is withdrawn, contrary to the first mode. On the other hand, if instability has occurred in the entire core, a method of reducing core pressure and a method of increasing outlet quality are used.
In the former case, the pressure is lowered by increasing the steam flow rate using the steam control valve 12. on the other hand,
The latter method is as follows: (1) The rotation of the recirculation system pump 11 is lowered, the core flow rate is reduced, and the outlet quality is increased.

(2) 給水加熱器13、給水ポンプ14を用い
て給水温度を上げ、出口クオリテイを増加
させる。
(2) Increase the temperature of the feed water using the feed water heater 13 and the feed water pump 14 to increase the outlet quality.

(3) 制御棒を引抜き、これにより出力を上昇
させ、出口クオリテイを増加させる。
(3) Withdraw the control rods, thereby increasing the output and exit quality.

であり、これらの方法を併用することにより
不安定を効率的に解消させることができる。
By using these methods in combination, instability can be efficiently eliminated.

本発明の他の実施例といて第19図に示す
自然循環型原子炉に適用した例を考えること
ができる。自然循環型原子炉は、圧力容器1
0、炉心1、制御棒4、LPRM3、サブク
ーラ21、コンデンサ23、サブクーラ給水
ポンプ22、コンデンサ給水ポンプ24等よ
り構成させる。かかる原子炉では、LPRM
3の信号は前記実施例同様、増幅器15、
A/Dコンバータ17、セレクタ18を経て
計算機に導びかれる。計算機内では、不安定
の検出処理を行い、不安定が検出された場合
には、不安定を類別し、その種類に応じた不
安定を解消する方法の指示信号を制御装置に
送る。計算機内での処理方法は、前記実施例
とほぼ同じであり、第17図に示す通りであ
る。しかし、制御系の構造が前記実施例と相
違するため、不安定の解消方法が異なる。以
下、第20図を用いて、解消方法を説明す
る。
As another embodiment of the present invention, an example in which the present invention is applied to a natural circulation nuclear reactor shown in FIG. 19 can be considered. In a natural circulation reactor, pressure vessel 1
0, core 1, control rods 4, LPRM 3, subcooler 21, condenser 23, subcooler feed water pump 22, condenser feed water pump 24, etc. In such reactors, LPRM
As in the previous embodiment, the signal No. 3 is sent to the amplifier 15,
The signal is guided to a computer via an A/D converter 17 and a selector 18. The computer performs instability detection processing, and when instability is detected, it classifies the instability and sends an instruction signal to the control device on how to resolve the instability according to the type. The processing method within the computer is almost the same as in the previous embodiment, and is as shown in FIG. However, since the structure of the control system is different from the previous embodiment, the method for resolving instability is different. The solution method will be explained below using FIG. 20.

(a) 不安定が第1モードの場合 前記実施例同様、不安定が全炉心が局所か
を類分けし、局所の場合には制御棒4を挿入
する。一方、全炉心の場合には、炉心圧力を
上昇させる方法と出口クオリテイを低減させ
る方法を使用する。炉心圧力を上昇させる方
法は、コンデンサ給水ポンプ23の回転を下
げ、コンデンサでの熱交換量(凝縮量)を低
下させることにより圧力を上げる。一方、出
口クオリテイを低減させる方法は、 () サブクーラ給水ポンプ22の回転を上
げ、サブクーラでの冷却効果を高めること
により出口クオリテイを下げる。
(a) When instability is in the first mode As in the previous embodiment, the instability is classified as to whether the entire core is local or not, and if the instability is local, the control rods 4 are inserted. On the other hand, in the case of the whole core, a method of increasing the core pressure and a method of reducing the outlet quality are used. A method for increasing the core pressure is to lower the rotation of the condenser feed water pump 23 and increase the pressure by decreasing the amount of heat exchange (condensation amount) in the condenser. On the other hand, the method for reducing the outlet quality is as follows: (1) The outlet quality is lowered by increasing the rotation of the subcooler water supply pump 22 and increasing the cooling effect in the subcooler.

() 制御棒を挿入し、出力を下げることに
より出口クオリテイを下げる。
() Lower the exit quality by inserting a control rod and lowering the output.

があり、これらの方法を併用し、安定化を効
率的に行うことができる。
These methods can be used in combination to achieve efficient stabilization.

(b) 不安定が第2モードの場合 この場合は、第1モードの不安定の解消方
法を反対の方向に制御することにより、安定
化させることができる。
(b) When instability is in the second mode In this case, stabilization can be achieved by controlling the method for eliminating instability in the first mode in the opposite direction.

不安定モードによる弁別法の他の実施例を
第21図に示す。本実施例による弁別法は、
第1の不安定モードの代表的周波数が第2モ
ードの比較し高いという実験結果(第11
図、第12図)に基づくものである。計算手
順としては、LPRMで測定される信号の代
表的周波数xを求める。次に、この周波数x
とあるしきい値周波数th(たとえば、0.5Hz程
度)との大小を比較し、LPRM信号の周波
xが大きい場合には、第1の不安定モード
と、逆に小さい場合には、第2モードと弁別
する。したがつて、この実施例では、
LPRMの生信号からモードを弁別するため、
解析に要する時間が少なくなる。さらに、デ
ータのサンプルに要する時間も、2波長程度
(約15秒)あれば良いので、短時間でモード
弁別ができる。その結果、不安定発生の初期
段階で不安定の検出ができ、不安定の早期解
消が可能となる。以下、代表的周波数xの計
算手順を第22を用いて説明する。
Another embodiment of the discrimination method based on the unstable mode is shown in FIG. The discrimination method according to this example is as follows:
Experimental results show that the representative frequency of the first unstable mode is higher than that of the second mode (11th
12). The calculation procedure is to find the representative frequency x of the signal measured by LPRM. Then this frequency x
Comparing the magnitude with a certain threshold frequency th (for example, about 0.5Hz), if the frequency x of the LPRM signal is large, the first unstable mode is selected, and if it is small, the second mode is selected. Distinguish. Therefore, in this example:
To distinguish the mode from the raw signal of LPRM,
The time required for analysis is reduced. Furthermore, since the time required to sample data is about two wavelengths (approximately 15 seconds), mode discrimination can be performed in a short time. As a result, instability can be detected at an early stage of occurrence, and instability can be resolved early. Hereinafter, the procedure for calculating the representative frequency x will be explained using the 22nd frequency.

LPRM信号は、第22図に示すように振
動する波形である。まず、第1ステツプとし
て、2つのしきい値(ハイレベルVhとロー
レベルVl)を設ける。このしきい値は、
LPRM信号の最大値Vnax、最小値Vnioを用
いて、たとえば下記のような値とする。
The LPRM signal has an oscillating waveform as shown in FIG. First, as a first step, two threshold values (high level V h and low level V l ) are provided. This threshold is
Using the maximum value V nax and minimum value V nio of the LPRM signal, the following values are set, for example.

Vh=εVnax+(1−ε)Vnio Vl=(1−ε)Vnax+εVnio ε=0.7 そのしいき値Vh、VlとLPRM信号との交
差時刻をThとTlとするが、その場合、Th
Tlの次のように定義する。すなわち、
LPRM信号がローレベルVlを交差し、引き
続きハイレベルVhを交差する時刻をThとす
る。しがたつて、たとえばα点のように
LPRM信号がハイレベルVhより下に下がり、
ローレベルを交差せずに再びハイレベルVh
と交差する時刻は、除外できる。また、ロー
レベルとの交差時刻についても、同様に、
LPRM信号がハイレベルを交差し引き続き
Vlを交差する時刻をTlとする。その結果、代
表的な周波数xはTh,Tlを用いて、下記の
ように表現できる。
V h = εV nax + (1-ε)V nio V l = (1-ε) V nax +εV nio ε=0.7 The crossing time of the threshold V h , V l and the LPRM signal is T h and T l In that case, T h ,
Define T l as follows. That is,
Let T h be the time when the LPRM signal crosses the low level V l and subsequently crosses the high level V h . Therefore, for example, like point α
The LPRM signal falls below the high level V h ,
High level V h again without crossing the low level
Times that intersect with can be excluded. Similarly, regarding the crossing time with the low level,
LPRM signal crosses high level and continues
Let T l be the time when V l is crossed. As a result, a typical frequency x can be expressed as follows using T h and T l .

ここで、Nは交差時刻の総数である。 Here, N is the total number of crossing times.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、炉心の出口クオリテイが高い
領域で発生する第1不安定モード及びその出口ク
オリテイが低い領域で発生する第2不安定モード
の両者の不安定モードを避けて原子炉の運転を行
うことができ、原子炉の炉心運用が容易になる。
According to the present invention, the reactor can be operated while avoiding both the first unstable mode, which occurs in a region where the core exit quality is high, and the second unstable mode, which occurs in a region where the exit quality is low. This makes it easier to operate the reactor core.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の沸騰水型原子炉の概略図、第2
図はLPRMを設置位置を示す概略図、第3図は
安定時のLPRM信号の波形図、第4図は不安定
時のLPRM信号の波形図、第5図は第2の不安
定モードの発生領域図、第6図は自然循環装置の
概略図、第7図はクオリテイと二相流摩擦損失と
の関係を示す図、第8図はクオリテイとボイド率
との関係を示す図、第9図は第2の不安定モード
の発生機構を示す図、第10図は安定時の流量波
形図、第11図は第1の不安定モード時の流量波
形図、第12図は第2の不安定モードの流量波形
図、第13図は第1の不安定モードのスペクトル
を示す図、第14図は第2の不安定モードのスペ
クトルを示す図、第15図は出口クオリテイと不
安定の発生条件を示す図、第16図は沸騰水型原
子炉に適用した本実施の例を示す図、第17図、
第18図は、計算機処理のアルゴリズム、第19
図は自然循環型原子炉に適用した実施例を示す
図、第20図はアルゴリズムを示す図、第21図
は本発明の他の実施例における弁別法のアルゴリ
ズムを示すフロー図、第22図は本発明の他の実
施例におけるしきい値レベルをLPRM信号波形
図に示したグラフ図である。 1……炉心、2……タービン、3……LPRM
(Local Power Range Monitor)、4……制御
棒、5……下降流路、6……上昇流路、7……ボ
イド、8……発熱部、9……冷却部、10……圧
力容器、11……再循環ポンプ、12……蒸気加
減弁、13……給水加熱器、14……給水ポン
プ、15……増幅器、16……A/Dコンバー
タ、17……バツフアメモリ、18……セレク
タ、19……計算機、20……制御装置、21…
…サブクーラ、22……サブクーラ給水ポンプ、
23……コンデンサ、24……コンデンサ給水ポ
ンプ。
Figure 1 is a schematic diagram of a conventional boiling water reactor;
The figure is a schematic diagram showing the installation position of the LPRM, Figure 3 is a waveform diagram of the LPRM signal when it is stable, Figure 4 is a waveform diagram of the LPRM signal when it is unstable, and Figure 5 is the area where the second unstable mode occurs. Figure 6 is a schematic diagram of a natural circulation device, Figure 7 is a diagram showing the relationship between quality and two-phase flow friction loss, Figure 8 is a diagram showing the relationship between quality and void ratio, and Figure 9 is a diagram showing the relationship between quality and void ratio. A diagram showing the generation mechanism of the second unstable mode, Figure 10 is a flow rate waveform diagram in stable mode, Figure 11 is a flow rate waveform diagram in the first unstable mode, and Figure 12 is the second unstable mode. Fig. 13 shows the spectrum of the first unstable mode, Fig. 14 shows the spectrum of the second unstable mode, and Fig. 15 shows the outlet quality and the conditions for the occurrence of instability. Figure 16 is a diagram showing an example of this embodiment applied to a boiling water reactor, Figure 17,
Figure 18 shows the computer processing algorithm, Figure 19.
20 is a diagram showing an algorithm, FIG. 21 is a flowchart showing an algorithm of a discrimination method in another embodiment of the present invention, and FIG. 22 is a diagram showing an embodiment applied to a natural circulation nuclear reactor. FIG. 7 is a graph diagram showing a threshold level in an LPRM signal waveform diagram in another embodiment of the present invention. 1... Core, 2... Turbine, 3... LPRM
(Local Power Range Monitor), 4...Control rod, 5...Downflow path, 6...Upflow path, 7...Void, 8...Heating part, 9...Cooling part, 10...Pressure vessel, 11... Recirculation pump, 12... Steam control valve, 13... Feed water heater, 14... Feed water pump, 15... Amplifier, 16... A/D converter, 17... Buffer memory, 18... Selector, 19...computer, 20...control device, 21...
...Subcooler, 22...Subcooler water supply pump,
23...Condenser, 24...Condenser water supply pump.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 炉心内の熱水力パラメータを検出する手段
と、検出された前記熱水力パラメータに基づい
て、炉心内で発生している不安定モードが、前記
炉心の出口クオリテイが高い領域で発生する第1
不安定モード及び前記出口クオリテイが低い領域
で発生する第2不安定モードのいずれであるかを
弁別するモード弁別手段と、前記第1不安定モー
ドが弁別されたときに、その第1不安定モードを
解消させる、原子炉制御パラメータを制御する第
1制御手段と、前記第2不安定モードが弁別され
たときに、その第2不安定モードを解消させる、
原子炉制御パラメータを制御する第2制御手段と
を備えたことを特徴とする原子炉の制御装置。 2 前記熱水力パラメータが前記炉心内の圧力、
冷却材流量、ボイド率または圧力損失であり、前
記原子炉制御パラメータが前記炉心内の圧力、冷
却材流量、主蒸気流量、制御棒操作量または冷却
材温度である特許請求の範囲第1項記載の原子炉
の制御装置。 3 前記モード弁別手段が、検出された前記熱水
力パラメータをスペクトル解析を行いスペクトル
の違いによつて2つの不安定モードを弁別する手
段である特許請求の範囲第1項記載の原子炉の制
御装置。
[Scope of Claims] 1. Means for detecting thermal-hydraulic parameters in the reactor core, and based on the detected thermal-hydraulic parameters, an unstable mode occurring in the reactor core is detected when the outlet quality of the core is The first occurrence occurs in high areas.
mode discrimination means for discriminating between an unstable mode and a second unstable mode occurring in a region where the exit quality is low; and when the first unstable mode is discriminated, the first unstable mode; a first control means for controlling reactor control parameters to eliminate the second unstable mode; and when the second unstable mode is discriminated, to eliminate the second unstable mode;
1. A nuclear reactor control device comprising: second control means for controlling reactor control parameters. 2 The thermal-hydraulic parameter is the pressure within the reactor core,
The reactor control parameter is a coolant flow rate, a void ratio, or a pressure loss, and the reactor control parameter is a pressure in the reactor core, a coolant flow rate, a main steam flow rate, a control rod operation amount, or a coolant temperature. control equipment for nuclear reactors. 3. The control of a nuclear reactor according to claim 1, wherein the mode discrimination means performs a spectral analysis of the detected thermal-hydraulic parameter and discriminates between two unstable modes based on the difference in the spectra. Device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5287597A (en) * 1976-01-13 1977-07-21 Toshiba Corp Method of reactor output controlling and its system
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