JPH0410040B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉の出力制御装置に係り、特に沸
騰水形原子炉における大幅な負荷変動やタービン
制御装置の故障等に対応できる急速な出力制御に
好適な協調制御装置を具備した出力制御装置に関
するものである。

従来の沸騰水形原子炉の出力制御装置において
は、通常、原子炉の出力制御手段として再循環流
量制御装置、原子炉圧力制御および負荷制御を行
うタービン制御装置、および水位制御手段として
の給水制御装置がそれぞれ独立に機能を果たすよ
うになつており、タービン制御装置の外乱に対し
ては出力制御がなされず、耐力が充分でないとい
う欠点を有していた。なお、再循環流量制御装置
を自動流量制御モードとした場合には、タービン
制御装置からの出力変化要求信号に基づいて出力
制御が行われる。しかし、応答速度がタービン制
御装置のゲインの制約を受けるので、急速な負荷
変動に対しては、ほとんど効果を有していないと
いう欠点もあつた。

本発明の目的は、不要な原子炉出力の急変を防
止できると共に大きな負荷変動及びタービン制御
装置の故障に対して速やかに原子炉出力及び給水
流量を低減できる原子炉の出力制御装置を提供す
ることにある。

本発明の特徴は、タービン制御装置の圧力制御
信号と負荷制御信号との偏差信号を監視し、この
偏差信号が所定値を超えたときに再循環流量補正
信号及び給水流量補正信号を出力する協調制御装
置を備え、再循環流量制御装置が、その再循環流
量補正信号に基づいて、第１主制御器から出力さ
れた再循環流量制御信号を減少させるように補正
する第１補正手段、及び前記再循環流量補正信号
に基づいて、速度制御器から出力された前記速度
制御信号を減少させるように補正する第２補正手
段を有し、給水制御装置が、前記給水流量補正信
号に基づいて、第２主制御器から出力された前記
給水流量制御信号を減少させるように補正する第
３補正手段を有することにある。

以下、本発明の実施例を第１図、第２図、第３
図および第４図を用いて詳細に説明する。

第１図は、本発明の実施例である原子炉の出力
制御装置を示す。第１図において、原子炉１の出
力か通常、再循環MGセツト駆動用電動機２、流
体継手３、再循環MGセツト発電機４よりなる再
循環MGセツトを利用し、再循環ポンプ５の回転
を変化させ、炉心流量を変えることによつて制御
される。この流量制御は、主制御器６（第１主制
御器）からの自動または手動信号により、更に速
度検出器７よりの再循環MGセツト発電機回転数
信をフイードバツク信号として用い、速度制御器
８を介して行われる。

一方、原子炉１で発生した蒸気は、加減弁９を
通つてタービン１１に、またはバイパス弁１０を
通つて復水器に流入する。

タービン制御装置は、圧力制御装置１３、負荷
制御装置１５、及び低値優先回路１７を有する。
タービン制御装置は、原子炉の圧力制御及び負荷
の制御を行う。原子炉の圧力制御、すなわち、蒸
気流量の制御は、通常、タービン入口圧力信号１
２を用い、タービン入口圧力が一定になるように
圧力制御装置１３からの全蒸気流量制御信号１４
によつて加減弁９またはバイパス弁１０の開度を
制御することによつて行われる。負荷制御装置１
５は、タービン速度および負荷を一定に制御する
ため、検出されたタービン速度に基づいて速度負
荷制御信号１６を出力する。この速度負荷制御信
号１６にはバイアスを加えるので、低値優先回路
１７からの出力信号は、通常、圧力制御装置１３
の出力である全蒸気流量制御信号１４となる。従
つて、蒸気流量制御は、通常、全蒸気流量制御信
号１４によつて行われる。そして、系統負荷の外
乱等により速度負荷制御信号１６が減少する場合
には、低値優先回路１７の出力信号が信号１４か
らこの信号１６に変わり、加減弁９による蒸気流
量制御は速度負荷制御信号１６によつて行われ
る。このときには、更に、加算器３２によつて得
られる全蒸気流量制御信号１４と速度負荷制御信
号１６との偏差信号に応じてバイパス弁１０が開
く。このときバイパス弁１０の容量に制限がある
ため、系統周波数が大きく変動する場合には、蒸
気を充分にバイパスできず、中性子束が大幅に上
昇し、スクラムに至る。

一方、原子炉の水位制御は、蒸気流量信号１
８、給水流量信号１９および水位信号２０を用い
て、主制御器２１（第２主制御器）を介して三要
素制御によりタービン駆動給水ポンプ２２の回転
数を制御し、給水流量を適切に維持することによ
つて行われる。

しかし、従来は、再循環流量制御装置の主制御
器６を自動流量制御モードとし、全蒸気流量制御
信号１４と速度負荷制御信号１６との偏差信号を
主制御器６の入力信号として出力制御していた
が、主制御器６および速度制御器８の制御ゲイン
が通常の小規模負荷変動（±５％程度）に対して
安定に応答するように設定してあるため、大きい
負荷変動に対応できる出力制御ができないという
欠点があつた。

本実施例における原子炉出力協調制御装置２３
は、その問題を解消するため、全蒸気流量制御信
号１４と速度負荷制御信号１６との偏差信号を常
時監視して、この偏差信号が通常の負荷変動範囲
を超えた場合場合に、再循環流量制御装置の主制
御器６の出力側に配置した加算器３３（第１補正
手段）および速度制御器８の出力側に配置した加
算器３４（第２補正手段）にそれぞれ再循環流量
補正信号２４を伝える。これによつて、主制御器
６から出力された再循環流量制御信号、及び速度
制御器８から出力された速度制御信号が急速に減
少された原子炉出力が急速に降下される。一方、
再循環流量が急速に降下するため、比例、積分回
路を利用した給水制御方式では、積分ゲインの影
響で給水流量が速やかに降下せず、原子炉水位の
大幅上昇が生じる。この水位上昇を抑制するた
め、原子炉出力協調制御装置２３の出力である給
水流量補正信号２５が給水制御装置の主制御器２
１の入口側に配置された加算器３５および出力側
に位置する加算器３６（第３補正手段）に入力さ
れる。これによつて、速やかに給水流量が降下さ
れ、原子炉水位の大幅上昇が防止される。特に、
加算器３６を設けることによつて、その大幅上昇
を著しく抑制できる。

第２図は、原子炉出力協調制御装置２３の一例
を示すブロツク図である。第２図においては、全
蒸気流量制御信号１４と速度負荷制御信号１６と
の偏差信号にさらに負のバイアス２６を加え、そ
れを正値通過ゲート２７を通すように構成され
る。これにより、通常の小負荷変動および負荷要
求信号が増大した場合における原子炉出力協調制
御装置２３の作動を防止し、不要な原子炉出力の
急変を生じないようにできる。関数発生器２８
は、負荷変化が速いほど偏差信号が大きくなるこ
とを考慮して重みをかけるために設けてある。変
化率制限器２９は、補正信号の増加率制限の機能
をもち、系統周波数回復時の原子炉出力および給
水流量が急上昇するのを防止する。そして、再循
環流量制御装置補正信号ゲイン３０および給水制
御装置ゲイン３１によりそれぞれの制御装置に見
合つた再循環流量補正信号２４及び給水流量補正
信号２５を出力する。このように同時に補正信号
２４、及び２５を出力することにより、原子炉出
力の減少、及びこの減少幅に応じた給水流量の急
速低減が可能となり、原子炉出力を低減でき、か
つ、この際における原子炉水位の上昇を効果的に
抑制できる。

第３図は及び第４図は、原子炉プラントの負荷
大幅変動時の過渡応答線図で、３２は系統周波
数、３３は加減弁流量、３４はバイパス弁流量、
３５は中性子束の変化を示す曲線である。第３図
は従来の原子炉プラントの場合で、従来の原子炉
出力装置では迅速な出力制御がなされないため、
このように系統周波数の上昇からバイパス弁１０
の容量を超える負荷減少が生じると、原子炉圧力
の上昇を生じ、中性子束が上昇して中性子束高ス
クラムに至る。第４図は本実施例の出力制御装置
を備えた原子炉プラントの場合である。この図か
らわかるように、系統周波数の上昇が一定値に達
すると、再循環流量補正信号２４の作用により急
速に再循環流量が減少するので、中性子束が降下
し、原子炉スクラムの回避が可能になる。このと
き、給水流量補正信号２５の作用により原子炉水
位の上昇を効果的に抑制できる。

なお、第１図の実施例では、再循環MGセツト
を採用した原子炉プラントの例を示しているが、
応答性がよい再循環流量弁流量制御の原子炉プラ
ントまたはサイリスタによる速度制御装置を有す
る原子炉プラントでは更に効果が大きくなる。

上記の説明は負荷変動時の出力制御の場合の効
果のみを示しているが、本実施例はタービン制御
装置の故障時においても効果をもたらす。すなわ
ち、タービン制御装置の構成要素である負荷制御
装置１５の故障により速度負荷制御信号１６が減
少した場合にも再循環流量補正信号２４を用いて
急速に原子炉出力を降下できるので、炉心に装荷
されている燃料棒に対する熱的な厳しさを大幅に
緩和できる。また、タービン制御装置の構成要素
である圧力制御装置１３の故障により全蒸気流量
制御信号１４が急増した場合には再循環流量補正
信号２４に基づいて再循環ポンプ５の速度を急速
に降下できるので、炉圧異常減少事象時における
再循環ポンプ５のキヤビテーシヨン発生を抑制で
きる。これらの、タービン制御装置の故障時にお
いては、給水流量補正信号２５の作用により原子
炉水位の上昇が著しく抑制される。

本実施例によれば、タービン制御装置の圧力制
御信号と負荷制御信号との偏差信号が所定値を超
えたとき（例えば、第２図における信号１４及び
１６、バイアス２６の値を加算する加算器の出力
がこの出力を入力する正値通過ゲート２７を通過
したとき）に各補正信号２４，２５が出力される
ので、換言すれば、その偏差信号が所定値を超え
ないときに各補正信号２４，２５の出力が停止さ
れるので、不要な原子炉出力の急変を防止でき
る。

また、本実施例は、大きな負荷変動時及びター
ビン制御装置の故障時において以下の効果が得ら
れる。すなわち原子炉出力協調制御装置２３から
出力された再循環流量補正信号２４に基づいて主
制御器６の出力である再循環流量制御信号を加算
器３３で減少させるように補正しているので、主
制御器６の制御ゲインの影響による応答速度の遅
れが生じない。また、補正信号２４に基づいて速
度制御器８の出力である速度制御信号を減少させ
るように加算器３４で補正しているので、速度制
御器８の制御ゲインの影響による応答速度の遅れ
が発生しない。これらの影響によつて応答速度が
速くなり、大きな負荷変動時及びタービン制御装
置の故障時において、速やかに原子炉出力を減少
できる。更に、原子炉出力協調制御装置２３から
出力された給水流量補正信号２５に基づいて主制
御器２１の出力である給水流量制御信号を減少さ
せるように加算器３６で補正するので、主制御器
２１の制御ゲインの影響を受けずに応答速度を速
くすることができる。このため、大きな負荷変動
時及びタービン制御装置の故障時において、速や
かに給水流量を低減でき原子炉水位の上昇を抑制
できる。本実施例は、上記のように、大きな負荷
変動時及びタービン制御装置の故障時において、
速やかに原子炉出力を低減できると同時にそれと
対応させて給水流量を低減でき、原子炉水位の上
昇を抑制できる。

本発明によれば、タービン制御装置の圧力制御
信号と負荷制御信号との偏差信号が所定値を超え
ないときに原子炉出力協調制御装置からの再循環
流量補正信号及び給水流量補正信号の出力が停止
されるので、不要な原子炉出力の急変を防止でき
る。また、本発明によれば、大きな負荷変動時及
びタービン制御装置の故障時においては、協調制
御装置から出力された再循環流量補正信号に基づ
いて第１主制御器から出力された再循環流量制御
信号を減少させるように第１補正手段で補正し、
その補正信号に基づいて速度制御器から出力され
た速度制御信号を減少させるように第２補正手段
で補正しているので、前者については第１主制御
器の制御ゲインの影響を、後者については速度制
御器の制御ゲインの影響をそれぞれ受けず、応答
速度が速くなり速やかに原子炉出力を減少でき
る。更に、大きな負荷変動時及びタービン制御装
置の故障時においては、協調制御装置から出力さ
れた給水流量補正信号に基づいて第２主制御器か
ら出力された給水流量制御信号を減少させるよう
に第３補正手段で補正するので、第２主制御器の
制御ゲインの影響を受けず、応答速度が速くなり
原子炉出力の減少に対応させて速やかに給水流量
を低減でき原子炉水位の上昇を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水型原子炉に適用した本発明の一
実施例である原子炉の出力制御装置の構成図、第
２図は第１図の原子炉出力協調制御装置の構成
図、第３図及び第４図は従来及び第１図の原子炉
プラントのそれぞれ負荷大幅変動時における過渡
応答特性図である。 １……原子炉、５……再循環ポンプ、６，２１
……主制御器、７……速度検出器、８……速度制
御器、９……加減弁、１０……バイパス弁、１１
……タービン、１３……圧力制御器、１５……負
荷制御装置、１７……低値優先回路、２２……給
水ポンプ、２３……原子炉出力協調制御装置、２
６……バイアス、２７……正値通過ゲート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉圧力制御及び負荷制御を行うタービン
   制御装置と、前記タービン制御装置の圧力制御信
   号と負荷制御信号との偏差信号を監視し、この偏
   差信号が所定値を超えたときに再循環流量補正信
   号及び給水流量補正信号を出力する協調制御装置
   と、再循環流量制御信号を出力する第１主制御
   器、前記再循環流量補正信号に基づいて、出力さ
   れた前記再循環流量制御信号を減少させるように
   補正する第１補正手段、前記補正された再循環流
   量補正信号に基づいて、再循環ポンプの回転速度
   を制御する速度制御信号を出力する速度制御器、
   及び前記再循環流量補正信号に基づいて、出力さ
   れた前記速度制御信号を減少させるように補正す
   る第２補正手段を有する再循環流量制御装置と、
   給水流量制御信号を出力する第２主制御器、及び
   前記給水流量補正信号に基づいて、出力された前
   記給水流量制御信号を減少させるように補正する
   第３補正手段を有する原子炉水位制御手段である
   給水制御装置とを備えた原子炉の出力制御装置。 ２ 前記協調制御装置が、前記偏差信号が所定値
   を超えたときに前記再循環流量補正信号及び前記
   給水流量補正信号を出力する手段、及びこれらの
   補正信号の増加率を制限する手段を有する特許請
   求の範囲第１項の原子炉の出力制御装置。