JPH04290992A - 原子炉の制御棒駆動制御装置 - 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］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉の制御棒の位置
制御をする原子炉の制御棒駆動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉では、通常運転時その出力を調整
するために制御棒を適切な位置に制御することにより反
応度の制御をする。そして、原子炉に何らかの異常が発
生した場合には、制御棒を急速全挿入位置として原子炉
を緊急に停止させる。

【０００３】この制御棒の位置制御は、制御棒駆動制御
装置によって行われる。通常運転時には、過度の反応度
が原子炉に印加されないように、制御棒は比較的ゆっく
りした駆動速度で、かつ、安定した位置精度で制御する
必要がある。また、このとき制御棒の位置制御では、数
ｍｍのステップ状の基本単位の移動幅から任意に設定さ
れた移動幅まで連続的な制御が求められる。

【０００４】一方、原子炉の異常として、例えば、原子
炉の水位が極度に低下した場合には、直ちに原子炉を停
止し、原子炉の安全を維持するために制御棒の全ての制
御モードに優先して急速に制御棒を全挿入することが要
求される。

【０００５】ここで、上記した従来の制御棒駆動制御装
置を図３に示す概略図を参照して説明する。

【０００６】図示する如く、制御棒駆動制御装置は、上
下方向の位置制御を軸回転で行う制御棒ユニット１と、
これを駆動する電動機２と、この電動機２を操作する電
動機駆動制御棒制御装置３と、水圧駆動で制御棒を駆動
させる水圧駆動制御棒駆動制御装置４を備えている。制
御ユニット１は、制御棒１ａ、中空シャフト１ｂ、回転
シャフト１ｃ、ハウジング１ｄ等で構成される。なお、
１ｅは回転シャフト１ｃに設けたスクリュー状の回転溝
を示し、１ｆはこの回転溝１ｃに嵌合して回転シャフト
１ｃを上下移動させる小ボ−ルを示す。電動機駆動制御
棒制御装置３は、制御棒位置指令制御回路５、電源供給
ユニット６および可変周波数可変電圧電源装置７で構成
される。制御棒位置指令回路５は通常時に可変周波数可
変電圧電源装置７へ操作指令を出力する。電源供給ユニ
ット６は可変周波数可変電圧電源装置７へ電源を供給す
る。可変周波数可変電圧電源装置７は電動機２に制御棒
位置指令回路５の操作指令に基づいて所定の周波数と電
圧を供給する。また、水圧駆動制御棒駆動制御装置４は
、水圧駆動ユニット９および駆動水系装置１０で構成さ
れる。水圧駆動ユニット９は原子力保護装置８からの緊
急指令により高圧の水を制御棒ユニット１に供給して制
御棒１ａを高速挿入する。駆動水系装置１０は予め高圧
の水を蓄積し緊急時に水圧駆動ユニット９へ供給する。

【０００７】ここで、通常運転時には、電動機駆動制御
棒制御装置３が制御棒ユニット１の制御に用いられ、ま
た、異常発生時には、水圧駆動制御棒駆動制御装置４が
制御棒ユニット１の制御に用いられる。なお、通常運転
時の制御棒ユニット１の制御としては水圧駆動の制御棒
駆動制御装置を用いる構成もあるが、その制御機能は、
位置制御幅および精度を除いて図３の構成と基本的には
同じである。

【０００８】上記概略の構成で、通常運転時には、運転
員の手動操作または制御棒位置指令回路５からの位置指
令に基づいて電源供給ユニット６を介して可変周波数可
変電圧電源装置７が所定時間、電動機２に電源を投入す
る。これによって、電動機２の回転軸が回転すると共に
、これに連動する回転シャフト１ｃが回転する。この回
転シャフト１ｃの回転により、中空シャフト１ｂは上下
方向に移動する。中空シャフト１ｂには上部で制御棒１
ａが係合しており、中空シャフト１ｂの動作に従って制
御棒１ａが上下方向に移動する。この場合、回転シャフ
ト１ｃの回転角度量に見合った量だけ制御棒１ａの位置
が上下に移動する。制御棒１ａの位置を変えるには、上
記電動機２へ電源の投入する時間を調節することにより
行う。即ち、例えば、電動機２の１回転に時間をｔ，こ
のときの中空シャフト１ｂの移動量をｄとすると、この
中空シャフト１ｂをＬだけ移動するためにはＬ／ｄ回転
、つまり、（Ｌ／ｄ）×ｔ時間だけ電動機２に電源を投
入すればよい。

【０００９】また、一般に、円滑な制御棒の移動を行う
ために、電動機２の電源は、移動初期には低周波数とし
、かつ、高トルクとなるよう電源電圧を高める。そして
、その後、電源の周波数を上げ加速し、移動終了時点で
は、再び低速となるように制御する。

【００１０】一方、原子炉に異常が発生した場合には、
この異常を原子炉保護装置８にて検出し、緊急指令とし
て水圧駆動の水圧駆動ユニット９に作動させる。水圧駆
動ユニット９は、制御棒１ａ下部のピストン部に予め蓄
積されていた駆動水系装置１０の高圧の水を水圧駆動ユ
ニット９の下部へ供給させ、この水圧により制御棒１ａ
を高速に全挿入させる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の制御棒駆動制御装置には、次の問題がある。即
ち、上記した駆動制御は、二つの制御棒駆動制御装置を
備える必要があり、緊急挿入のための水圧駆動制御装置
は、複雑な構成となるという問題がある。また、各々の
制御装置は全体的に複雑で、かつ、動作原理や制御方法
も異なるため各々専用の制御装置を必要とする。

【００１２】さらに、制御棒の操作のために電動機と水
圧駆動機構を必要とするため、制御棒の駆動部が大型と
なる。その上、水圧駆動機構のための種々の補機や駆動
水配管などが必要となり、このために高価な装置となり
、水圧駆動の弁、ポンプ、フィルタ−等の保守点検が膨
大となるという問題がある。

【００１３】ところで、水圧駆動機構のみの制御棒駆動
制御装置の場合には、上記した、二つの制御棒駆動制御
装置を備えるという問題はないが、制御棒の制御精度に
欠けることおよび上記の種々の補機や駆動水配管などが
必要となるなど高価な装置になるという点では変わらな
い。

【００１４】そこで、本発明は、通常時および緊急時の
全制御モ−ドで電動機を用いることにより、構成が簡単
にして精度良く制御棒の位置を制御することができる原
子炉の制御棒駆動制御装置を提供することを目的とする
。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、制御棒に連動
する回転軸の軸回転により制御棒を炉心の上部から下部
まで上下方向に移動させ、原子炉の出力調整と停止操作
のために制御棒を位置制御する原子炉の制御棒駆動制御
装置において、制御棒の回転軸に連動する電動機と、こ
の電動機に通常時に所定の周波数と電圧を供給するため
の通常制御用可変周波数可変電圧電源装置と、この通常
制御用可変周波数可変電圧電源装置に電力を供給する通
常用電源供給ユニットと、電動機に緊急時に所定の周波
数と電圧を供給するための緊急挿入用可変周波数可変電
圧電源装置と、この緊急挿入用可変周波数可変電圧電源
装置に電力を供給する緊急用電源供給ユニットと、通常
制御用可変周波数可変電圧電源装置または緊急挿入用可
変周波数可変電圧電源装置のいずれかに切り替えるため
の電源切替え制御回路と、通常時に操作指令を出力する
ための制御棒位置指令制御回路から操作指令を入力した
場合には通常時切替信号を電源切替え制御回路に出力し
て電源切替え制御回路により通常制御用可変周波数可変
電圧電源装置へ切替え、さらに緊急時に緊急時指令を出
力するための原子炉保護回路から緊急時指令を入力した
場合には通常時切替信号に優先して緊急時切替信号を電
源切替え制御回路に出力して電源切替え制御回路により
緊急挿入用可変周波数可変電圧電源装置へ切替える一方
、緊急用電源供給ユニットが故障している場合には切替
信号を入力した電源切替え制御回路により通常制御用可
変周波数可変電圧電源装置に切替え、かつ、制御棒位置
指令制御回路からの通常時の操作指令または原子炉保護
回路からの緊急時指令に応じて通常制御用可変周波数可
変電圧電源装置または緊急挿入用可変周波数可変電圧電
源装置へ所定の制御信号を出力する制御棒位置制御回路
とを設けるようにしたものである。

【００１６】

【作用】上記構成により、通常時または緊急時に応じて
通常制御用可変周波数可変電圧電源装置および緊急挿入
用可変周波数可変電圧電源装置に切替えられる。これに
より、通常時から原子炉の緊急時まで一つの制御棒駆動
制御装置で、所要の制御棒の位置制御が、通常反応度制
御の低速移動から原子炉停止の緊急反応度印加の高速挿
入まで可変速で、かつ、安定して高精度に実現できる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１８】図１は、本発明の一実施例を示す制御棒駆
動制御装置の概略ブロック構成図である。この構成で図
３と同一符号は同一または相当部分を示し、図３と異な
る点は、水圧駆動制御棒駆動制御装置４を削除して制御
棒駆動機構は電動機２のみとし、その電動機２を駆動制
御するため通常制御用として通常制御用可変周波数可変
電圧電源装置１１および通常用電源供給ユニット１２を
備える一方、緊急挿入用として緊急挿入用可変周波数可
変電圧電源装置１３および緊急用電源供給ユニット１４
を備えた点である。さらに、上記通常制御用可変周波数
可変電圧電源装置１１と緊急挿入用可変周波数可変電圧
電源装置１３とを切替える電源切替え制御回路１５と、
これら全体を制御する制御棒位置制御回路１６とを備え
ている点が図３と異なる。即ち、本実施例では、制御棒
の上下移動を電動機２のみの駆動とし、通常時の低速モ
ードから緊急挿入時の高速モードの二つの駆動系で連続
的に制御するようにしている。

【００１９】ここで、通常制御用可変周波数可変電圧電
源装置１１は、通常時の低速モード用として制御棒位置
制御回路１６の制御量に基づいて電源周波数および電圧
を演算して出力する。通常用電源供給ユニット１２は、
上記通常制御用可変周波数可変電圧電源装置１１に電源
を供給する。緊急挿入用可変周波数可変電圧電源装置１
３は、制御棒位置制御回路１６からの制御量に基づいて
緊急挿入時の高速モード用として電源周波数および電圧
を演算して出力する。緊急用電源供給ユニット１４は、
上記緊急挿入用可変周波数可変電圧電源装置１３に電源
を供給する。緊急用電源供給ユニット１４は、一般に、
非常用交流電源とこれをバックアップするバッテリの二
重化電源としている。電源切替え制御回路１５は、通常
時の低速モードと緊急時の高速モードとの切替えをする
。制御棒位置制御回路１６は、通常時には運転員の指令
または制御棒位置指令制御回路５からの操作指令に基づ
いて制御量を通常制御用可変周波数可変電圧電源装置１
１に出力する一方、緊急時には、原子炉保護装置８から
の緊急指令に基づいて緊急挿入用可変周波数可変電圧電
源装置１３へ制御量を出力する。

【００２０】次に、図１の作用を図２に示す制御棒位置
制御回路の流れ図を参照して説明する。

【００２１】まず、通常時の原子炉保護装置８が緊急指
令を出力していないときには、原子炉緊急停止指令信号
１０１が出力されていない。このために、緊急挿入用電
源装置正常信号１０２の出力のいかんにかかわらず、Ａ
ＮＤゲート１０３のＡＮＤ条件は成立せず、切替制御回
路切替指令１０４および通常制御用電源装置停止指令１
０５は出力されていない。

【００２２】また、通常時には、制御棒挿入未完了信号
１０６と時限機能１０７との信号によりＡＮＤゲート１
０８のＡＮＤ条件が成立する。このＡＮＤゲート１０８
の出力信号は、ＯＲゲート１０９およびＯＲゲート１１
０を介して出力される。これにより切替制御回路切替解
除指令１１１、通常制御用電源装置停止解除指令１１２
および制御棒低速挿入指令１１３が出力される。この状
態で、通常時の低速モードとなっているため、運転員の
指令または制御棒位置指令制御回路５からの操作指令が
制御棒位置制御回路１６に出力される。制御棒位置制御
回路１６では、上記操作指令により制御棒の制御量を出
力する。

【００２３】次に、通常制御用可変周波数可変電圧電源
装置１１が、上記制御量に比例した時間だけ電源周波数
および電圧を演算し、この演算された電源を電源切替え
制御回路１５を経て電動機２へ供給する。この結果、こ
の電源が供給されている時間と電源周波数に比例した速
度で電動機２は低速モードで回転し、この回転量に見合
った量だけ制御棒１ａは上下方向に位置移動する。

【００２４】一方、原子炉の緊急停止が必要となった時
には原子炉保護装置８が作動し、原子炉緊急停止指令信
号１０１を出力する。このとき、緊急用電源供給ユニッ
ト１４が正常の場合は、緊急挿入用電源装置正常信号１
０２を出力するから、ＡＮＤゲート１０３のＡＮＤ条件
は成立する。このため、切替制御回路切替指令１０４が
出力される。

【００２５】同時に、通常制御用電源装置停止指令１０
５が出力される。この切替制御回路切替指令１０４によ
り電源切替え制御回路１５が緊急挿入用可変周波数可変
電圧電源装置１３側へ切替える。緊急挿入用可変周波数
可変電圧電源装置１３は、緊急挿入の高速モードを実行
する電源周波数および電圧を電動機２へ供給する。これ
により、制御棒１ａは、急速に全挿入位置にまで挿入さ
れる。このとき、たとえ通常制御用可変周波数可変電圧
電源装置１１により電動機２を駆動制御中であっても上
記した通常制御用電源装置停止指令１０５により通常制
御用可変周波数可変電圧電源装置１１を停止し、常に緊
急挿入用可変周波数可変電圧電源装置１３からの駆動制
御が優先する。

【００２６】緊急挿入から一定時間後に時限機能１０７
が働き、通常制御用電源装置停止解除指令１１２が出力
される。ここで、制御棒の挿入が完了していないとき制
御棒挿入未完了信号１０６と時限機能１０７との出力に
よりＡＮＤゲート１０８のＡＮＤ条件が成立する。従っ
て、切替制御回路切替解除指令１１１および制御棒低速
挿入指令１１３が出力される。これにより、さらに低速
モードで制御棒１ａが挿入され、緊急挿入のバックアッ
プ制御がされる。

【００２７】ところで、電源切替え制御回路１５は、通
常時は、通常制御用可変周波数可変電圧電源装置１１に
接続しているが、原子炉緊急停止指令信号１０１が出力
されても回路故障信号１１４によりＡＮＤゲート１１５
のＡＮＤ条件が成立し、ＯＲゲート１０９およびＯＲゲ
ート１１０を介して切替制御回路切替解除１１１、通常
制御用電源装置停止解除指令１１２および制御棒低速挿
入指令１１３を出力する。このため通常制御用可変周波
数可変電圧電源装置１１によって制御棒１ａの全挿入制
御をする。

【００２８】また、緊急挿入用電源装置故障信号１１６
により緊急挿入用可変周波数可変電圧電源装置１３が出
力不能の場合は、ＡＮＤゲート１１７のＡＮＤ条件が成
立する。そして、ＯＲゲート１１０を介して切替制御回
路切替解除指令１１１、通常制御用電源装置停止解除指
令１１２および制御棒低速挿入指令１１３を出力して通
常制御用可変周波数可変電圧電源装置１１によって制御
棒の全挿入をする。

【００２９】以上のように、電動機２へ電源を供給する
可変周波数可変電圧電源装置を通常制御用と緊急挿入用
との電源装置１１と１３に分離することにより、各々の
機能に沿った電源とすることができる。従って、たとえ
、いずれかの電源が故障しても他の電源で制御棒を挿入
することができ、安全性も同時に確保できる。しかも、
各々の電源装置は周波数の演算機能が異なるだけで同一
の構成、仕様とすることができ経済的にも優れたものと
なる。

【００３０】なお、本実施例では、一つの制御棒ユニッ
トを例に説明したが、これに限ることなく、通常制御用
電源装置はあるグループ単位の制御棒群に一つ設けるこ
とでもよく、緊急挿入用電源装置は全ての制御棒に一つ
または原子炉保護装置の分離区分に沿って２個あるいは
複数個を設置しても同様に実施できる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、水
圧駆動装置を付加することなく一つの電動機の制御によ
り通常時と緊急時の各々に対応した制御棒の位置制御を
することができる。その上、通常時から緊急時まで連続
的に安定して、かつ、高精度に制御棒の位置制御ができ
る。また、制御棒駆動制御装置が簡素となり、高価な水
圧駆動装置を必要としないことから初期の建設コストの
低減、保守点検の削減簡素化が図られる。従って、経済
的にも優れた制御棒駆動制御装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す原子炉の制御棒駆動装
置の概略ブロック構成図である。

【図２】同装置の制御棒位置制御回路の制御機能の流れ
を示す説明図である。

【図３】従来例を示す原子炉の制御棒駆動装置の概略ブ
ロック構成図である。

【符号の説明】

１　　　　制御棒ユニット ２　　　　電動機 ５　　　　制御棒位置指令制御回路 ８　　　　原子炉保護装置 １１　　　　通常制御用可変周波数可変電圧電源装置１
２　　　　通常用電源供給ユニット １３　　　　緊急挿入用可変周波数可変電圧電源装置１
４　　　　緊急用電源供給ユニット １５　　　　電源切替え制御回路 １６　　　　制御棒位置制御回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　原子炉の出力調整と停止操作のために
   炉心の上部から下部までの範囲で制御棒の上下方向の位
   置制御を行う原子炉の制御棒駆動制御装置において、前
   記制御棒に連動する回転軸を軸回転により駆動する電動
   機と、通常時この電動機に制御操作モードの周波数およ
   び電圧を供給するための通常制御用可変周波数可変電圧
   電源装置と、緊急時この電動機に緊急操作モードの周波
   数および電圧を供給するための緊急挿入用可変周波数可
   変電圧電源装置と、通常時の操作指令または緊急時の緊
   急指令に応じて前記通常制御用可変周波数可変電圧電源
   装置または緊急挿入用可変周波数可変電圧電源装置へ所
   定の制御信号を出力し前記電動機に電源供給させる制御
   棒位置制御回路とを備えたことを特徴とする原子炉の制
   御棒駆動制御装置。
2. 【請求項２】　　制御棒に連動する回転軸の軸回転によ
   り制御棒を炉心の上部から下部まで上下方向に移動させ
   、原子炉の出力調整と停止操作のために制御棒を位置制
   御する原子炉の制御棒駆動制御装置において、前記制御
   棒の前記回転軸に連動する電動機と、この電動機に通常
   時に所定の周波数と電圧を供給するための通常制御用可
   変周波数可変電圧電源装置と、この通常制御用可変周波
   数可変電圧電源装置に電力を供給する通常用電源供給ユ
   ニットと、前記電動機に緊急時に所定の周波数と電圧を
   供給するための緊急挿入用可変周波数可変電圧電源装置
   と、この緊急挿入用可変周波数可変電圧電源装置に電力
   を供給する緊急用電源供給ユニットと、前記通常制御用
   可変周波数可変電圧電源装置または前記緊急挿入用可変
   周波数可変電圧電源装置のいずれかに切り替えるための
   電源切替え制御回路と、通常時に操作指令を出力するた
   めの制御棒位置指令制御回路から操作指令を入力した場
   合には通常時切替信号を前記電源切替え制御回路に出力
   して前記電源切替え制御回路により前記通常制御用可変
   周波数可変電圧電源装置へ切替え、さらに緊急時に緊急
   時指令を出力するための原子炉保護回路から前記緊急時
   指令を入力した場合には前記通常時切替信号に優先して
   緊急時切替信号を前記電源切替え制御回路に出力して前
   記電源切替え制御回路により前記緊急挿入用可変周波数
   可変電圧電源装置へ切替える一方、前記緊急用電源供給
   ユニットが故障している場合には切替信号を前記電源切
   替え制御回路に出力して前記電源切替え制御回路により
   前記通常制御用可変周波数可変電圧電源装置に切替え、
   かつ、前記制御棒位置指令制御回路からの通常時の操作
   指令または前記原子炉保護回路からの前記緊急時指令に
   応じて前記通常制御用可変周波数可変電圧電源装置また
   は前記緊急挿入用可変周波数可変電圧電源装置へ所定の
   制御信号を出力する制御棒位置制御回路とを備えたこと
   を特徴とする原子炉の制御棒駆動制御装置。