JPH0447796B2 - - Google Patents
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- JPH0447796B2 JPH0447796B2 JP58059627A JP5962783A JPH0447796B2 JP H0447796 B2 JPH0447796 B2 JP H0447796B2 JP 58059627 A JP58059627 A JP 58059627A JP 5962783 A JP5962783 A JP 5962783A JP H0447796 B2 JPH0447796 B2 JP H0447796B2
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- Y02E30/30—Nuclear fission reactors
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Description
〔発明の利用分野〕
本発明は、出力変更を伴う原子炉の出力制御方
法に係り、特に予め定めた出力変更パターンに沿
つて原子炉の出力を変化させるのに好適な出力制
御方法に関する。 〔従来技術〕 従来の原子炉においては、制御棒の挿入引抜き
に伴う炉心の制約や出力制御系の制約から、負荷
の変更に伴い原子炉の出力を変更することが比較
的困難なため、一定の定格出力運転を継続する運
転方法が一般的であつた。しかし、近年における
原子炉基数の増大に伴い、負荷の変化に追従でき
る原子炉の出力制御方法に対する要望が大きくな
つてきている。特に、昼間と夜間とにおける負荷
変動に伴い、夜間出力を降下させ昼間出力を定格
に上昇させる、いわゆる日負荷追従運転を実施で
きる原子炉の出力制御方法の開発が望まれてい
る。従来の日負荷追従運転は、所定の負荷変動に
伴う炉心反応度変化を予測計算し、予測計算の結
果に基づいて炉心反応度変化を補償するように制
御棒、液体ポイズン等の制御側反応度を投入する
制御方法が考えられている。第１図は、このよう
な制御方法の一例を示したものである。 第１図に示した日負荷追従運転パターンは、夜
間の８時間を定格電気出力の50％により運転し、
昼間の14時間を定格出力をもつて運転するもの
で、出力の低下及び出力の上昇をそれぞれ１時間
で行なうようにしている。 電気出力が第１図の上部に示すようなパターン
で変化したとすると、核反応により生成する燃料
棒中のキセノン濃度の変化が図に示すように求め
られる。そこで、キセノン濃度変化による反応度
変化を求めると共に、出力変化による反応度変化
を求め、これらの反応度変化の合計した反応度変
化合計を求める。この反応度変化合計から制御必
要投入反応度を求め液体ポイズンの投入パターン
を決定する。しかし、炉心反応度変化の予測計算
は、原子炉の出力変化による反応度変化、キセノ
ン反応度、キセノン吸収断面積等の燃焼に伴い変
化する数値を入力する必要があり、正しく予測す
ることが困難である。このため、例えば第１図の
破線に示すように出力係数による反応度予測値が
出力係数による反応度実績値よりも小さいとき
は、反応度変化合計予測値が反応度変化合計実績
値よりも小さくなり、液体ポイズンを投入したこ
とによる制御投入反応度実績値が所定の出力に低
下させるのに十分でない小さな値となつてしま
う。このため、原子炉の出力は所定の制御すべき
出力より大きくなり、出力を所定の値に低下させ
ることはできない。そこで、従来は制御すべき所
定の出力と実際の出力との偏差を、応答の良い反
応度制御系、即ち制御棒を補助的に多用し出力の
制御を行なつていた。ところが、制御棒の使用
は、制御棒を引き抜いて出力上昇させる時に制御
棒を挿入した部分の温度が上昇し、燃料の安全性
を低下させるという問題を生じる。 〔発明の目的〕 本発明は、前記従来技術の欠点を解消するため
になされたもので、正確に負荷追従を行なうこと
ができる原子炉の運転方法を提供することを目的
とする。 〔発明の概要〕 本発明は、制御装置に予め定めた原子炉の出力
変更パターンを入力し、原子炉の運転状態量に基
づき出力変更パターンに沿う炉心反応度変化を予
測計算し、この予測計算した炉心反応度変化が得
られるような減速材中のポイズン量を予測してポ
イズン量量を制御する原子炉の出力制御方法にお
いて、出力変更開始後における実際の炉心反応度
を求め、この炉心反応度と前記予測計算した炉心
反応度とを比較し、これら二つの炉心反応度の差
が予め設定された範囲内になるように予測計算の
基礎となる出力変更開始時における前記原子炉の
運転状態量を修正し、この修正した運転状態量に
基づき減速材中のポイズン量を制御することによ
り、原子炉の出力を出力変更パターンに正確に追
従できるように構成したものである。 〔発明の実施例〕 本発明に係る原子炉の出力制御方法の好ましい
実施例を、添付図面に従つて詳細に説明する。第
２図は、本発明に係る原子炉の出力制御方法を重
水減速型原子炉に適用した場合の実施例の系統図
である。第２図において、炉心１０は、減速材で
ある重水を循環させるため、重水循環系１２が接
続されており、この重水循環系１２にポイズン除
去注入装置１４が取り付けてある。また、炉心１
０は、制御棒１６が挿入されるようになつている
と共に、炉心出力を測定するための中性子検出器
１８が設けられている。 重水循環系１２の炉心１０からの出口部には、
ポイズン濃度検出器２０が取り付けられており、
このポイズン濃度検出器２０の検出信号が予測計
算入力最適化装置２２に入力できるようになつて
いる。また、予測計算入力最適化装置２２には、
中性子検出器１８からの検出信号が入力されると
共に、制御棒１６の挿入位置が制御棒駆動装置２
４を介して入力される。予測計算入力最適化装置
２２による計算結果は、計算結果デイスプレイ装
置２６に表示されると共に、この計算結果はデー
タ入力用端末装置２８から入力されたデータによ
つて求めた値と比較される。 ポイズン除去注入基準速度決定装置３０は、デ
ータ入力用端末装置２８と予測計算入力最適化装
置２２とに電気的に接続され、決定されたポイズ
ン除去注入速度を原子炉出力制御装置３２を介し
てポイズン除去注入装置１４に与える。また、原
子炉出力制御装置３２は、データ入力用端末装置
２８から出力変更パターンを入力され、中性子検
出器１８からの検出信号を受けて制御棒駆動装置
２４を制御する。 上記の如く構成してある制御系による負荷追従
出力制御は次の如くして行なう。 例えば日負荷追従制御をする場合に、まずデー
タ入力用端末装置２８に日負荷追従のための電気
出力変更パターンを入力すると共に、日負荷追従
時における炉心反応度変化を予測計算するための
データを入力する。このデータには、負荷追従開
始時（例えば定格出力時）の運転状態量である出
力係数、キセノン反応度、キセノン断面積等が含
まれる。そして、入力したデータは、ポイズン除
去注入基準速度決定装置３０に送られ、出力変更
パターンに従い炉心の反応変化を予測計算する基
礎に用いられる。ポイズン除去注入基準速度決定
装置３０は上記の入力データに従い炉心反応度変
化を補償するためのポイズン除去注入基準速度を
決定し、原子炉出力制御装置３２に入力する。 このポイズン除去注入基準速度決定装置３０に
おける計算は、第３図に示す如くして行なわれ
る。ポイズン除去注入基準速度決定装置３０は、
入力された出力変化パターン及び出力係数、キセ
ノン反応度、キセノン断面積等によりまずキセノ
ン濃度変化とサマリウム濃度変化とを予測計算す
る。キセノン濃度とサマリウム濃度との変化は、
次式を解くことにより求めることができる。 dI／dt＝φΣfYI−λIＩ …(1) dXa／dt＝φΣfYX＋λIＩ−（λX＋φσX a）Xa …(2) dPn／dt＝φΣfYP−λPPn …(3) dSn／dt＝φΣfYS＋λPPn−（λS＋φσS a）Sn …(4) ここに、Ｉ；燃料中のヨウ素濃度（数密度） Xa； 〃 キセノン濃度 Pn； 〃 プロメチウム濃度 Sn； 〃 サマリウム濃度 φ ； 〃 平均中性子束 Σf； 〃 マクロ分裂断面積 Ｙ ；各原子の核分裂による生成割合 λ ； 〃 崩壊定数 σa； 〃 ミクロ吸収断面積 ｔ ； 時間 次に求めたキセノン濃度とサマリウム濃度との
時間変化を用い、次式によりキセノンとサマリウ
ムの反応度の時間変化を求める。 ΔKXe・(t)＝ΔKXerat・Xe(t)／Xe rat …(5) ΔKSn(t)＝ΔKSn rat・Sn(t)／Sn rat …(6) ここに、ΔKrat Xe，ΔKrat Sn；Xe，Snの定格出力時
の反応度 Xrat e，Srat n；Xe，Snの定格出力時の濃度 Xe(t)；時間ｔにおけるキセノン濃度 Sn(t)； 〃 サマリウム濃度 次に、入力された原子炉の出力変更予定パター
ンから各時間における原子炉の出力に対応した定
格出力からの出力係数による反応度変化を求め
る。出力係数による反応度変化は、時刻t1，t2の
出力をそれぞれＰ（t1），Ｐ（t2）とすると、次式
により求めることができる。 ΔKP t1-t2＝ΔKP（t2）−ΔKP（t1） ＝ｆ｛Ｐ（t2）｝−ｆ｛Ｐ（t1）｝ …(7) ｆ(P)＝ａ・Ｐ＋ｂ・P2／２＋CP3／３ …(8) ここに、ｆ(P)；出力係数による反応度 Ｐ ；熱出力（％） ａ，ｂ，ｃ出力係数による反応度設定係数 さらに、時刻t1からt2までの炉心反応度変化、
ΔKcpre（t1〜t2）を次式により求める。 ΔKcpre（t1〜t2）＝（ΔKXe t1-t2 ＋ΔKSn t1-t2＋ΔKp t1-t2） …(9) ここに、ΔKcere；炉心反応度変化 ΔKXe；キセノン反応度変化 ΔKSn；サマリウム反応度変化 上記の如く炉心反応度変化ΔKcere（t1〜t2）を求
めた後は、データ入力用端末装置２８から入力さ
れた所定の時間区分内における炉心反応度変化を
補償するようにポイズン除去注入基準速度を求め
る。このポイズン除去注入基準速度VBは、次式
により求めることができる。 VB（ts〜te）＝−ΔKcere（ts〜te）／（te−ts）
…(10) ここに、ts；時間区分開始時刻 te； 〃 終了時刻 このようにして求めたポイズン除去注入基準速
度は、原子炉出力制御装置３２に伝達され、原子
炉出力制御装置３２からのポイズン除去注入指令
がポイズン除去注入装置１４に伝達されて日負荷
追従が開始される。 他方、炉心１０の出力は、中性子検出器１８に
より検出され、原子炉出力制御装置３２に入力さ
れる。原子炉出力制御装置３２は、データ入力用
端末装置２８から入力された出力変更パターンに
基づく所定の時間の出力と中性子検出器１８から
の炉心出力とを比較する。そして、原子炉出力制
御装置３２は、炉心の出力が出力変更パターンに
対し所定の値以上ずれている場合に、制御棒駆動
装置２４に出力調整信号を与え、制御棒駆動装置
２４を介し制御棒１６を駆動して炉心出力変更パ
ターンにより与えられた所定の出力に戻す。 上記の如くして重水中に注入されたポイズン量
と炉心に挿入された制御棒の位置は、それぞれ予
測計算入力最適化装置２２に送られ、予測値と比
較される。即ち、重水中のポイズン量は、ポイズ
ン濃度検出器２０により検出され、予測計算入力
最適化装置２２に伝達されて炉心に投入されたい
わゆるポイズン制御投入反応度が予測計算入力最
適化装置２２において算出される。また、制御棒
駆動装置２４からの信号により、予測計算入力最
適化装置２２が、制御棒によるいわゆる制御投入
反応度を算出する。このようにして日負荷追従開
始後における実際に炉心に投入されたポイズン制
御投入反応度と制御投入反応度とからなる制御側
反応度の時間変化を計算し、データ入力用端末装
置２８から入力されたデータに基づく予測値と比
較する。第４図は、予測計算入力最適化装置２２
におけるこの比較計算の流れを示したものであ
る。 予測計算入力最適化装置２２は、前記した(1)乃
至(9)式によりデータ入力用端末装置２８から入力
された日負荷追従出力変更パターン、キセノン動
特性計算用データに基づいてキセノン濃度とサマ
リウム濃度との変化を予測計算し、キセノン反応
度変化、サマリウム反応度変化を計算して記憶す
る。この記憶装置は、通常の計算機に用いられる
磁気記憶装置又は記憶素子により実施することが
できる。その後、出力係数による反応度変化、さ
らにこれらの各反応度変化の合計である炉心反応
度変化ΔKcereを予測計算する。その一方、予測計
算入力最適化装置２２は、ポイズン濃度検出器２
０からの重水中のポイズン濃度信号と制御棒駆動
装置２４からの制御棒位置の信号等を受け、日負
荷追従開始後における実際に炉心に投入した制御
反応度の時間の変化を次式により計算する。 ΔKC/R（t1〜t2）＝α（Ht2−Ht1） …(11) ΔKB 10（t1〜t2）＝β（Bt2−Bt1 …(12) ΔKCONT(t)＝ΔKC/R(t) ＋ΔKB 10(t) …(13) ここに、ΔKC/R（t1〜t2）；時刻t1からt2までに制
御棒で投入された制御反応度 α；全出力調整棒単位長駆動時の投入反応
度 Ht1；時刻t1における全出力調整棒平均の
軸方向位置 ΔKB 10（t1〜t2）；時刻t1からt2までに重水中
ポイズンで投入された制御反応度 β ；ポイズン濃度単位濃度変化当りの投
入反応度 Bt1；時刻t1における重水中ポイズン濃度 ΔKCONT；実際に投入した制御反応度の合
計 しかし、このようにして求めた制御反応度の合
計は、出力変更パターンに基づく目標出力をうる
ための制御反応度に必ずしも一致しない。そこ
で、出力が目標出力となるように制御投入反応度
を補正するための制御投入反応度実績補正値
ΔK′CONT(t)を次式により求める。 ΔK′CONT(t)＝ΔKCONT(t)−〔ｆ｛Ｐ(t)｝−ｆ｛ｐ(
t)｝〕
…(14) ここに、ΔK′CONT；時刻ｔまでの制御投入反応
度実績補正値 ΔKCONT；制御投入反応度実績 ｆ｛Ｐ(t)｝；目標出力Ｐにおける出力係数に
よる反応度 ｆ｛Ｐ(t)｝；出力実績Ｐにおける出力係数に
よる反応度 なお、ここにおける目標出力Ｐは、時刻ｔにお
ける炉心出力計画値であり、出力実績Ｐは中性子
検出器１８の信号を用い中性子計装系において求
めた実際の時刻ｔにおける炉心出力である。 以上の如くして予測計算入力最適化装置２２に
おいて求めた負荷追従開始後における制御投入反
応度は、データ入力用端末装置２８から入力され
たデータに基づいて予測計算された炉心反応度変
化と比較される。そして、両者が一致したときは
予測計算が正しく行なわれ、予測計算に用いた入
力値も正しいことを意味している。しかし、出力
係数などは、時間と共に変化する量であり、実際
には予測計算により求めた反応度変化と制御投入
反応度とはずれを生じることが一般的であり、こ
のずれが生じたときに第５図に示す手順に従い予
測計算に用いる入力データの修正を行なう。 第５図において予測計算入力最適化装置２２
は、前記した如く予測計算された炉心反応度変化
ΔKcereと実際の制御投入反応度実績ΔKCONTとの
差の絶対値を求め、この値が予め定めた判定条件
であるαより大きいか否かを判断する。｜ΔKCONT
−ΔKcpre｜αのときは、データ入力用端末装置
２８に入力した予測計算の基礎となるデータが正
しいことを計算結果デイスプレイ装置２６に表示
すると共に、ポイズン除去注入基準速度決定装置
３０にも伝達し、データ入力用端末装置２８から
のデータに基づいて計算した液体ポイズン除去注
入速度を実行するよう指令する。 一方、もし｜ΔKCONT−ΔKcpre｜＞αのときに
は、次の手順により予測解析入力最終値決定を行
ない、データ入力端末装置２８への入力データを
修正する。なお、この予測解析入力最終値決定
は、原子炉の運転員により任意の時刻に計算の実
施を行なうことができ、原子炉の運転状態に応じ
てほぼ次の３つの場合に分けることができる。そ
の第１は、第５図のに示したフローであつて、
出力を変更している場合に適用するものであり、
日負荷追従開始後の出力降下中に適用できる。第
２は、第５図のに示した場合であつて、日負荷
追従開始後における夜間の出力を一定に維持して
運転している場合に適用される。第３は、第５図
のに示した場合であつて、前記第１と第２とを
組み合わせた場合であり、第１と第２とにより予
測解析入力を修正したとしても、原子炉の運転が
長時間に渡つて行なわれ、予測計算した反応度と
制御投入反応度実績とがずれを生じる場合に適用
される。次に各場合について詳細に説明する。 出力変更時比較の場合 原子炉出力を定格の100％から30分間で80％ま
で低下させる運転制御を実施した場合における予
測解析入力の出力係数の見直しは、次のようにし
て行なう。但し、キセノン動特性、サマリウム動
特性の予測計算値は正しいものとし、もつとも反
応度変化の著しい出力係数を修正計算する場合に
ついて説明する。この出力係数の修正値は、次式
により求めることができる。 ΔK′P＝ΔKCONT−（ΔKXe＋ΔKSn） …(15) ここに、ΔK′P；炉出力100％から80％へ変化さ
せる時の出力係数による反応度変化 ΔKCONT；炉出力を30分間で100％から80％
へ変化させた時の制御投入反応度（制御棒
とポイズンの合計）実績値 ΔKXe；炉心力100％から30分で80％へ変え
る時のキセノンによる反応度変化計算値
（記憶値使用） ΔKSn；炉出力100％から30分で80％へ変え
る時のサマリウムによる反応度変化計算値
（記憶値使用） この結果、出力係数の最終入力値、即ちデータ
入力用端末装置２８に入力する出力係数の修正値
は、次式となる。 f′(P)＝（ΔK′P／ΔKP）×ｆ(P) …(16) ここに、f′(P)；出力係数最終入力値 ΔKP；初期出力係数ｆ(P)を用いて求めた炉出力
100％から80％へ変えた時の出力係数による反
応度変化 ｆ(P)；出力係数初期入力値 出力一定値比較の場合 出力が一定の場合には、出力係数による反応度
変化は生じない。従つて、出力一定時における運
転制御においては、反応度変化がキセノン及びサ
マリウムによるもののみである。しかも、サマリ
ウムの変化は微少であるため反応度変化の大部分
はキセノンによるものである。例えば、原子炉出
力を50％まで下げ１時間保持した後の予測解析入
力のキセノン反応度の見直しは、次式によつて求
めることができる。 ΔKXe（50％、1hr）＝ΔKCONT（1hr）−（ΔKP＋ΔKSn
）ΔKCONT…(17) 即ち、出力50％において１時間保持した場合の
キセノン反応度は、ΔKCONT（ポイズンと制御棒に
よる制御投入反応度）に等しい。なお、定格出力
時におけるキセノン反応度ΔKXe ratは、次式によ
り求められる。 ΔKXe rat＝Xerat／ΔXe・ΔKCONT …(18) ここに、Xerat；定格時平衡キセノン濃度 ΔXe；50％出力１時間保持中のキセノン
濃度変化計算値 ΔKCONT；50％出力１時間保持中の制御投
入反応度実績値 この(18)式から求めた定格出力時のキセノン反応
度ΔKXe ratが予測解析を最終入力値、即ちデータ
入力用端末装置２８に入力する修正した入力値と
なる。この結果、ΔKXe ratが修正されたことに伴
い、再び前記した第５図のに示したフローを繰
り返し、出力係数の正しい値を求めデータ入力用
端末装置２８に入力する。 長時間比較の場合 上記した及びのフローにより出力係数、キ
セノン反応度を正しく求め修正した場合であつて
も、原子炉の長時間運転に伴い予測計算した反応
度と実際の投入反応度との間に差が生じる場合が
ある。このような場合には、連続的な反応度変化
に差をもたらすキセノンのミクロ断面積を見直す
必要がある。この見直しは、第５図に示すよう
にキセノンミクロ断面積を次式により補正し、補
正項βの値をパラメータとして繰り返し計算を実
施し、計算による炉心反応度変化と投入反応度実
績とを比較して両者のカーブがもつとも一致する
βを求める。 σa′（（Xe）＝β×σa（Xe） …(19) ここに、σa′（Xe）；キセノンミクロ吸収断面
積修正値 σa（Xe）；キセノンミクロ吸収断面積初期
値 β ；断面積補正係数 以上の如く予測計算入力最適化装置２２におい
て求めた炉心反応度変化の予測計算用入力決定値
は、計算結果デイスプレイ装置２６に表示され、
データ入力用端末装置２８の入力データとされる
と共に、ポイズン除去注入基準速度決定装置３０
に伝達され、より正しい炉心反応度の予測計算が
行なわれ、より最適化されたポイズン除去注入基
準速度により出力分布変動のない液体ポイズンに
よる日負荷追従が実現できる。 原子炉においては、燃料棒の破損が重大な事故
につながるため、燃料の健全性を保つことが不可
欠である。このため負荷追従の際に燃料の出力変
動をできるだけ小さくすると共に、定格出力時に
おいては燃料の局部的な出力が一定値を越えない
ことが望ましい。従つて、日負荷追従等のように
原子炉の出力変動を伴う運転においては、制御棒
のような局部的に出力を歪ませる制御系の作動回
数、作動範囲を小さくすることが望ましい。次に
示す表は、第２図の重水減速型原子炉における従
来の出力制御法と実施例の出力制御方法とを実施
した場合の比較を示したものである。なお、出力
変更パターンは、第６図に示すように１日の内８
時間を定格出力の50％で運転し、14時間を定格出
力で運転する場合である。
法に係り、特に予め定めた出力変更パターンに沿
つて原子炉の出力を変化させるのに好適な出力制
御方法に関する。 〔従来技術〕 従来の原子炉においては、制御棒の挿入引抜き
に伴う炉心の制約や出力制御系の制約から、負荷
の変更に伴い原子炉の出力を変更することが比較
的困難なため、一定の定格出力運転を継続する運
転方法が一般的であつた。しかし、近年における
原子炉基数の増大に伴い、負荷の変化に追従でき
る原子炉の出力制御方法に対する要望が大きくな
つてきている。特に、昼間と夜間とにおける負荷
変動に伴い、夜間出力を降下させ昼間出力を定格
に上昇させる、いわゆる日負荷追従運転を実施で
きる原子炉の出力制御方法の開発が望まれてい
る。従来の日負荷追従運転は、所定の負荷変動に
伴う炉心反応度変化を予測計算し、予測計算の結
果に基づいて炉心反応度変化を補償するように制
御棒、液体ポイズン等の制御側反応度を投入する
制御方法が考えられている。第１図は、このよう
な制御方法の一例を示したものである。 第１図に示した日負荷追従運転パターンは、夜
間の８時間を定格電気出力の50％により運転し、
昼間の14時間を定格出力をもつて運転するもの
で、出力の低下及び出力の上昇をそれぞれ１時間
で行なうようにしている。 電気出力が第１図の上部に示すようなパターン
で変化したとすると、核反応により生成する燃料
棒中のキセノン濃度の変化が図に示すように求め
られる。そこで、キセノン濃度変化による反応度
変化を求めると共に、出力変化による反応度変化
を求め、これらの反応度変化の合計した反応度変
化合計を求める。この反応度変化合計から制御必
要投入反応度を求め液体ポイズンの投入パターン
を決定する。しかし、炉心反応度変化の予測計算
は、原子炉の出力変化による反応度変化、キセノ
ン反応度、キセノン吸収断面積等の燃焼に伴い変
化する数値を入力する必要があり、正しく予測す
ることが困難である。このため、例えば第１図の
破線に示すように出力係数による反応度予測値が
出力係数による反応度実績値よりも小さいとき
は、反応度変化合計予測値が反応度変化合計実績
値よりも小さくなり、液体ポイズンを投入したこ
とによる制御投入反応度実績値が所定の出力に低
下させるのに十分でない小さな値となつてしま
う。このため、原子炉の出力は所定の制御すべき
出力より大きくなり、出力を所定の値に低下させ
ることはできない。そこで、従来は制御すべき所
定の出力と実際の出力との偏差を、応答の良い反
応度制御系、即ち制御棒を補助的に多用し出力の
制御を行なつていた。ところが、制御棒の使用
は、制御棒を引き抜いて出力上昇させる時に制御
棒を挿入した部分の温度が上昇し、燃料の安全性
を低下させるという問題を生じる。 〔発明の目的〕 本発明は、前記従来技術の欠点を解消するため
になされたもので、正確に負荷追従を行なうこと
ができる原子炉の運転方法を提供することを目的
とする。 〔発明の概要〕 本発明は、制御装置に予め定めた原子炉の出力
変更パターンを入力し、原子炉の運転状態量に基
づき出力変更パターンに沿う炉心反応度変化を予
測計算し、この予測計算した炉心反応度変化が得
られるような減速材中のポイズン量を予測してポ
イズン量量を制御する原子炉の出力制御方法にお
いて、出力変更開始後における実際の炉心反応度
を求め、この炉心反応度と前記予測計算した炉心
反応度とを比較し、これら二つの炉心反応度の差
が予め設定された範囲内になるように予測計算の
基礎となる出力変更開始時における前記原子炉の
運転状態量を修正し、この修正した運転状態量に
基づき減速材中のポイズン量を制御することによ
り、原子炉の出力を出力変更パターンに正確に追
従できるように構成したものである。 〔発明の実施例〕 本発明に係る原子炉の出力制御方法の好ましい
実施例を、添付図面に従つて詳細に説明する。第
２図は、本発明に係る原子炉の出力制御方法を重
水減速型原子炉に適用した場合の実施例の系統図
である。第２図において、炉心１０は、減速材で
ある重水を循環させるため、重水循環系１２が接
続されており、この重水循環系１２にポイズン除
去注入装置１４が取り付けてある。また、炉心１
０は、制御棒１６が挿入されるようになつている
と共に、炉心出力を測定するための中性子検出器
１８が設けられている。 重水循環系１２の炉心１０からの出口部には、
ポイズン濃度検出器２０が取り付けられており、
このポイズン濃度検出器２０の検出信号が予測計
算入力最適化装置２２に入力できるようになつて
いる。また、予測計算入力最適化装置２２には、
中性子検出器１８からの検出信号が入力されると
共に、制御棒１６の挿入位置が制御棒駆動装置２
４を介して入力される。予測計算入力最適化装置
２２による計算結果は、計算結果デイスプレイ装
置２６に表示されると共に、この計算結果はデー
タ入力用端末装置２８から入力されたデータによ
つて求めた値と比較される。 ポイズン除去注入基準速度決定装置３０は、デ
ータ入力用端末装置２８と予測計算入力最適化装
置２２とに電気的に接続され、決定されたポイズ
ン除去注入速度を原子炉出力制御装置３２を介し
てポイズン除去注入装置１４に与える。また、原
子炉出力制御装置３２は、データ入力用端末装置
２８から出力変更パターンを入力され、中性子検
出器１８からの検出信号を受けて制御棒駆動装置
２４を制御する。 上記の如く構成してある制御系による負荷追従
出力制御は次の如くして行なう。 例えば日負荷追従制御をする場合に、まずデー
タ入力用端末装置２８に日負荷追従のための電気
出力変更パターンを入力すると共に、日負荷追従
時における炉心反応度変化を予測計算するための
データを入力する。このデータには、負荷追従開
始時（例えば定格出力時）の運転状態量である出
力係数、キセノン反応度、キセノン断面積等が含
まれる。そして、入力したデータは、ポイズン除
去注入基準速度決定装置３０に送られ、出力変更
パターンに従い炉心の反応変化を予測計算する基
礎に用いられる。ポイズン除去注入基準速度決定
装置３０は上記の入力データに従い炉心反応度変
化を補償するためのポイズン除去注入基準速度を
決定し、原子炉出力制御装置３２に入力する。 このポイズン除去注入基準速度決定装置３０に
おける計算は、第３図に示す如くして行なわれ
る。ポイズン除去注入基準速度決定装置３０は、
入力された出力変化パターン及び出力係数、キセ
ノン反応度、キセノン断面積等によりまずキセノ
ン濃度変化とサマリウム濃度変化とを予測計算す
る。キセノン濃度とサマリウム濃度との変化は、
次式を解くことにより求めることができる。 dI／dt＝φΣfYI−λIＩ …(1) dXa／dt＝φΣfYX＋λIＩ−（λX＋φσX a）Xa …(2) dPn／dt＝φΣfYP−λPPn …(3) dSn／dt＝φΣfYS＋λPPn−（λS＋φσS a）Sn …(4) ここに、Ｉ；燃料中のヨウ素濃度（数密度） Xa； 〃 キセノン濃度 Pn； 〃 プロメチウム濃度 Sn； 〃 サマリウム濃度 φ ； 〃 平均中性子束 Σf； 〃 マクロ分裂断面積 Ｙ ；各原子の核分裂による生成割合 λ ； 〃 崩壊定数 σa； 〃 ミクロ吸収断面積 ｔ ； 時間 次に求めたキセノン濃度とサマリウム濃度との
時間変化を用い、次式によりキセノンとサマリウ
ムの反応度の時間変化を求める。 ΔKXe・(t)＝ΔKXerat・Xe(t)／Xe rat …(5) ΔKSn(t)＝ΔKSn rat・Sn(t)／Sn rat …(6) ここに、ΔKrat Xe，ΔKrat Sn；Xe，Snの定格出力時
の反応度 Xrat e，Srat n；Xe，Snの定格出力時の濃度 Xe(t)；時間ｔにおけるキセノン濃度 Sn(t)； 〃 サマリウム濃度 次に、入力された原子炉の出力変更予定パター
ンから各時間における原子炉の出力に対応した定
格出力からの出力係数による反応度変化を求め
る。出力係数による反応度変化は、時刻t1，t2の
出力をそれぞれＰ（t1），Ｐ（t2）とすると、次式
により求めることができる。 ΔKP t1-t2＝ΔKP（t2）−ΔKP（t1） ＝ｆ｛Ｐ（t2）｝−ｆ｛Ｐ（t1）｝ …(7) ｆ(P)＝ａ・Ｐ＋ｂ・P2／２＋CP3／３ …(8) ここに、ｆ(P)；出力係数による反応度 Ｐ ；熱出力（％） ａ，ｂ，ｃ出力係数による反応度設定係数 さらに、時刻t1からt2までの炉心反応度変化、
ΔKcpre（t1〜t2）を次式により求める。 ΔKcpre（t1〜t2）＝（ΔKXe t1-t2 ＋ΔKSn t1-t2＋ΔKp t1-t2） …(9) ここに、ΔKcere；炉心反応度変化 ΔKXe；キセノン反応度変化 ΔKSn；サマリウム反応度変化 上記の如く炉心反応度変化ΔKcere（t1〜t2）を求
めた後は、データ入力用端末装置２８から入力さ
れた所定の時間区分内における炉心反応度変化を
補償するようにポイズン除去注入基準速度を求め
る。このポイズン除去注入基準速度VBは、次式
により求めることができる。 VB（ts〜te）＝−ΔKcere（ts〜te）／（te−ts）
…(10) ここに、ts；時間区分開始時刻 te； 〃 終了時刻 このようにして求めたポイズン除去注入基準速
度は、原子炉出力制御装置３２に伝達され、原子
炉出力制御装置３２からのポイズン除去注入指令
がポイズン除去注入装置１４に伝達されて日負荷
追従が開始される。 他方、炉心１０の出力は、中性子検出器１８に
より検出され、原子炉出力制御装置３２に入力さ
れる。原子炉出力制御装置３２は、データ入力用
端末装置２８から入力された出力変更パターンに
基づく所定の時間の出力と中性子検出器１８から
の炉心出力とを比較する。そして、原子炉出力制
御装置３２は、炉心の出力が出力変更パターンに
対し所定の値以上ずれている場合に、制御棒駆動
装置２４に出力調整信号を与え、制御棒駆動装置
２４を介し制御棒１６を駆動して炉心出力変更パ
ターンにより与えられた所定の出力に戻す。 上記の如くして重水中に注入されたポイズン量
と炉心に挿入された制御棒の位置は、それぞれ予
測計算入力最適化装置２２に送られ、予測値と比
較される。即ち、重水中のポイズン量は、ポイズ
ン濃度検出器２０により検出され、予測計算入力
最適化装置２２に伝達されて炉心に投入されたい
わゆるポイズン制御投入反応度が予測計算入力最
適化装置２２において算出される。また、制御棒
駆動装置２４からの信号により、予測計算入力最
適化装置２２が、制御棒によるいわゆる制御投入
反応度を算出する。このようにして日負荷追従開
始後における実際に炉心に投入されたポイズン制
御投入反応度と制御投入反応度とからなる制御側
反応度の時間変化を計算し、データ入力用端末装
置２８から入力されたデータに基づく予測値と比
較する。第４図は、予測計算入力最適化装置２２
におけるこの比較計算の流れを示したものであ
る。 予測計算入力最適化装置２２は、前記した(1)乃
至(9)式によりデータ入力用端末装置２８から入力
された日負荷追従出力変更パターン、キセノン動
特性計算用データに基づいてキセノン濃度とサマ
リウム濃度との変化を予測計算し、キセノン反応
度変化、サマリウム反応度変化を計算して記憶す
る。この記憶装置は、通常の計算機に用いられる
磁気記憶装置又は記憶素子により実施することが
できる。その後、出力係数による反応度変化、さ
らにこれらの各反応度変化の合計である炉心反応
度変化ΔKcereを予測計算する。その一方、予測計
算入力最適化装置２２は、ポイズン濃度検出器２
０からの重水中のポイズン濃度信号と制御棒駆動
装置２４からの制御棒位置の信号等を受け、日負
荷追従開始後における実際に炉心に投入した制御
反応度の時間の変化を次式により計算する。 ΔKC/R（t1〜t2）＝α（Ht2−Ht1） …(11) ΔKB 10（t1〜t2）＝β（Bt2−Bt1 …(12) ΔKCONT(t)＝ΔKC/R(t) ＋ΔKB 10(t) …(13) ここに、ΔKC/R（t1〜t2）；時刻t1からt2までに制
御棒で投入された制御反応度 α；全出力調整棒単位長駆動時の投入反応
度 Ht1；時刻t1における全出力調整棒平均の
軸方向位置 ΔKB 10（t1〜t2）；時刻t1からt2までに重水中
ポイズンで投入された制御反応度 β ；ポイズン濃度単位濃度変化当りの投
入反応度 Bt1；時刻t1における重水中ポイズン濃度 ΔKCONT；実際に投入した制御反応度の合
計 しかし、このようにして求めた制御反応度の合
計は、出力変更パターンに基づく目標出力をうる
ための制御反応度に必ずしも一致しない。そこ
で、出力が目標出力となるように制御投入反応度
を補正するための制御投入反応度実績補正値
ΔK′CONT(t)を次式により求める。 ΔK′CONT(t)＝ΔKCONT(t)−〔ｆ｛Ｐ(t)｝−ｆ｛ｐ(
t)｝〕
…(14) ここに、ΔK′CONT；時刻ｔまでの制御投入反応
度実績補正値 ΔKCONT；制御投入反応度実績 ｆ｛Ｐ(t)｝；目標出力Ｐにおける出力係数に
よる反応度 ｆ｛Ｐ(t)｝；出力実績Ｐにおける出力係数に
よる反応度 なお、ここにおける目標出力Ｐは、時刻ｔにお
ける炉心出力計画値であり、出力実績Ｐは中性子
検出器１８の信号を用い中性子計装系において求
めた実際の時刻ｔにおける炉心出力である。 以上の如くして予測計算入力最適化装置２２に
おいて求めた負荷追従開始後における制御投入反
応度は、データ入力用端末装置２８から入力され
たデータに基づいて予測計算された炉心反応度変
化と比較される。そして、両者が一致したときは
予測計算が正しく行なわれ、予測計算に用いた入
力値も正しいことを意味している。しかし、出力
係数などは、時間と共に変化する量であり、実際
には予測計算により求めた反応度変化と制御投入
反応度とはずれを生じることが一般的であり、こ
のずれが生じたときに第５図に示す手順に従い予
測計算に用いる入力データの修正を行なう。 第５図において予測計算入力最適化装置２２
は、前記した如く予測計算された炉心反応度変化
ΔKcereと実際の制御投入反応度実績ΔKCONTとの
差の絶対値を求め、この値が予め定めた判定条件
であるαより大きいか否かを判断する。｜ΔKCONT
−ΔKcpre｜αのときは、データ入力用端末装置
２８に入力した予測計算の基礎となるデータが正
しいことを計算結果デイスプレイ装置２６に表示
すると共に、ポイズン除去注入基準速度決定装置
３０にも伝達し、データ入力用端末装置２８から
のデータに基づいて計算した液体ポイズン除去注
入速度を実行するよう指令する。 一方、もし｜ΔKCONT−ΔKcpre｜＞αのときに
は、次の手順により予測解析入力最終値決定を行
ない、データ入力端末装置２８への入力データを
修正する。なお、この予測解析入力最終値決定
は、原子炉の運転員により任意の時刻に計算の実
施を行なうことができ、原子炉の運転状態に応じ
てほぼ次の３つの場合に分けることができる。そ
の第１は、第５図のに示したフローであつて、
出力を変更している場合に適用するものであり、
日負荷追従開始後の出力降下中に適用できる。第
２は、第５図のに示した場合であつて、日負荷
追従開始後における夜間の出力を一定に維持して
運転している場合に適用される。第３は、第５図
のに示した場合であつて、前記第１と第２とを
組み合わせた場合であり、第１と第２とにより予
測解析入力を修正したとしても、原子炉の運転が
長時間に渡つて行なわれ、予測計算した反応度と
制御投入反応度実績とがずれを生じる場合に適用
される。次に各場合について詳細に説明する。 出力変更時比較の場合 原子炉出力を定格の100％から30分間で80％ま
で低下させる運転制御を実施した場合における予
測解析入力の出力係数の見直しは、次のようにし
て行なう。但し、キセノン動特性、サマリウム動
特性の予測計算値は正しいものとし、もつとも反
応度変化の著しい出力係数を修正計算する場合に
ついて説明する。この出力係数の修正値は、次式
により求めることができる。 ΔK′P＝ΔKCONT−（ΔKXe＋ΔKSn） …(15) ここに、ΔK′P；炉出力100％から80％へ変化さ
せる時の出力係数による反応度変化 ΔKCONT；炉出力を30分間で100％から80％
へ変化させた時の制御投入反応度（制御棒
とポイズンの合計）実績値 ΔKXe；炉心力100％から30分で80％へ変え
る時のキセノンによる反応度変化計算値
（記憶値使用） ΔKSn；炉出力100％から30分で80％へ変え
る時のサマリウムによる反応度変化計算値
（記憶値使用） この結果、出力係数の最終入力値、即ちデータ
入力用端末装置２８に入力する出力係数の修正値
は、次式となる。 f′(P)＝（ΔK′P／ΔKP）×ｆ(P) …(16) ここに、f′(P)；出力係数最終入力値 ΔKP；初期出力係数ｆ(P)を用いて求めた炉出力
100％から80％へ変えた時の出力係数による反
応度変化 ｆ(P)；出力係数初期入力値 出力一定値比較の場合 出力が一定の場合には、出力係数による反応度
変化は生じない。従つて、出力一定時における運
転制御においては、反応度変化がキセノン及びサ
マリウムによるもののみである。しかも、サマリ
ウムの変化は微少であるため反応度変化の大部分
はキセノンによるものである。例えば、原子炉出
力を50％まで下げ１時間保持した後の予測解析入
力のキセノン反応度の見直しは、次式によつて求
めることができる。 ΔKXe（50％、1hr）＝ΔKCONT（1hr）−（ΔKP＋ΔKSn
）ΔKCONT…(17) 即ち、出力50％において１時間保持した場合の
キセノン反応度は、ΔKCONT（ポイズンと制御棒に
よる制御投入反応度）に等しい。なお、定格出力
時におけるキセノン反応度ΔKXe ratは、次式によ
り求められる。 ΔKXe rat＝Xerat／ΔXe・ΔKCONT …(18) ここに、Xerat；定格時平衡キセノン濃度 ΔXe；50％出力１時間保持中のキセノン
濃度変化計算値 ΔKCONT；50％出力１時間保持中の制御投
入反応度実績値 この(18)式から求めた定格出力時のキセノン反応
度ΔKXe ratが予測解析を最終入力値、即ちデータ
入力用端末装置２８に入力する修正した入力値と
なる。この結果、ΔKXe ratが修正されたことに伴
い、再び前記した第５図のに示したフローを繰
り返し、出力係数の正しい値を求めデータ入力用
端末装置２８に入力する。 長時間比較の場合 上記した及びのフローにより出力係数、キ
セノン反応度を正しく求め修正した場合であつて
も、原子炉の長時間運転に伴い予測計算した反応
度と実際の投入反応度との間に差が生じる場合が
ある。このような場合には、連続的な反応度変化
に差をもたらすキセノンのミクロ断面積を見直す
必要がある。この見直しは、第５図に示すよう
にキセノンミクロ断面積を次式により補正し、補
正項βの値をパラメータとして繰り返し計算を実
施し、計算による炉心反応度変化と投入反応度実
績とを比較して両者のカーブがもつとも一致する
βを求める。 σa′（（Xe）＝β×σa（Xe） …(19) ここに、σa′（Xe）；キセノンミクロ吸収断面
積修正値 σa（Xe）；キセノンミクロ吸収断面積初期
値 β ；断面積補正係数 以上の如く予測計算入力最適化装置２２におい
て求めた炉心反応度変化の予測計算用入力決定値
は、計算結果デイスプレイ装置２６に表示され、
データ入力用端末装置２８の入力データとされる
と共に、ポイズン除去注入基準速度決定装置３０
に伝達され、より正しい炉心反応度の予測計算が
行なわれ、より最適化されたポイズン除去注入基
準速度により出力分布変動のない液体ポイズンに
よる日負荷追従が実現できる。 原子炉においては、燃料棒の破損が重大な事故
につながるため、燃料の健全性を保つことが不可
欠である。このため負荷追従の際に燃料の出力変
動をできるだけ小さくすると共に、定格出力時に
おいては燃料の局部的な出力が一定値を越えない
ことが望ましい。従つて、日負荷追従等のように
原子炉の出力変動を伴う運転においては、制御棒
のような局部的に出力を歪ませる制御系の作動回
数、作動範囲を小さくすることが望ましい。次に
示す表は、第２図の重水減速型原子炉における従
来の出力制御法と実施例の出力制御方法とを実施
した場合の比較を示したものである。なお、出力
変更パターンは、第６図に示すように１日の内８
時間を定格出力の50％で運転し、14時間を定格出
力で運転する場合である。
以上説明したように本発明によれば、原子炉の
出力を変更する場合に、予測計算した炉心反応度
と出力変更後における実際の炉心反応度とを比較
し、予測計算に用いる原子炉の運転状態量を修正
することにより、原子炉の出力を出力変更パター
ンに正確に追従させることができ、制御棒の駆動
回数を低減させて燃料棒の健全性の低下を抑制で
きる。
出力を変更する場合に、予測計算した炉心反応度
と出力変更後における実際の炉心反応度とを比較
し、予測計算に用いる原子炉の運転状態量を修正
することにより、原子炉の出力を出力変更パター
ンに正確に追従させることができ、制御棒の駆動
回数を低減させて燃料棒の健全性の低下を抑制で
きる。
第１図は原子炉出力を日負荷追従させる従来の
制御方法の説明図、第２図は本発明に係る原子炉
の出力制御方法の実施のための実施例の制御系統
を示す図、第３図は前記実施例のポイズン除去注
入基準速度決定装置によるポイズン除去注入速度
を決定する実施例の流れ図、第４図は前記実施例
の予測計算入力最適化装置における予測計算用入
力データ修正手順を示す実施例の流れ図、第５図
は前記予測計算入力最適化装置における入力デー
タの修正方法の詳細を示す実施例の流れ図、第６
図は日負荷追従用出力パターンの一例を示す図、
第７図は本発明に係る原子炉の出力制御方法の他
の実施例の制御系を示す説明図である。 １０…炉心、１２…重水循環系、１４…ポイズ
ン除去注入装置、１８…中性子検出器、２０…ポ
イズン濃度検出器、２２…予測計算入力最適化装
置、２４…制御棒駆動装置、２８…データ入力用
端末装置、３０…ポイズン除去注入基準速度決定
装置、３２…原子炉出力制御装置、３４…冷却材
系、３８…化学体積制御系統。
制御方法の説明図、第２図は本発明に係る原子炉
の出力制御方法の実施のための実施例の制御系統
を示す図、第３図は前記実施例のポイズン除去注
入基準速度決定装置によるポイズン除去注入速度
を決定する実施例の流れ図、第４図は前記実施例
の予測計算入力最適化装置における予測計算用入
力データ修正手順を示す実施例の流れ図、第５図
は前記予測計算入力最適化装置における入力デー
タの修正方法の詳細を示す実施例の流れ図、第６
図は日負荷追従用出力パターンの一例を示す図、
第７図は本発明に係る原子炉の出力制御方法の他
の実施例の制御系を示す説明図である。 １０…炉心、１２…重水循環系、１４…ポイズ
ン除去注入装置、１８…中性子検出器、２０…ポ
イズン濃度検出器、２２…予測計算入力最適化装
置、２４…制御棒駆動装置、２８…データ入力用
端末装置、３０…ポイズン除去注入基準速度決定
装置、３２…原子炉出力制御装置、３４…冷却材
系、３８…化学体積制御系統。
Claims (1)
- １ 制御装置に予め定めた原子炉の出力変更パタ
ーンを入力し、原子炉の運転状態量に基づき出力
変更パターンに沿う炉心反応度変化を予測計算
し、この予測計算した炉心反応度変化が得られる
ような減速材中のポイズン量を予測してポイズン
量を制御する原子炉の出力制御方法において、出
力変更開始後における実際の炉心反応度を求め、
この炉心反応度と前記予測計算した炉心反応度と
を比較し、これら二つの炉心反応度の差が予め設
定された範囲内になるように予測計算の基礎とな
る出力変更開始時における前記原子炉の運転状態
量を修正し、この修正した運転状態量に基づき前
記減速材中のポイズン量を制御することを特徴と
する原子炉の出力制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58059627A JPS59184886A (ja) | 1983-04-05 | 1983-04-05 | 原子炉の出力制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58059627A JPS59184886A (ja) | 1983-04-05 | 1983-04-05 | 原子炉の出力制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59184886A JPS59184886A (ja) | 1984-10-20 |
| JPH0447796B2 true JPH0447796B2 (ja) | 1992-08-04 |
Family
ID=13118654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58059627A Granted JPS59184886A (ja) | 1983-04-05 | 1983-04-05 | 原子炉の出力制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59184886A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5614988A (en) * | 1979-07-18 | 1981-02-13 | Hitachi Ltd | Nuclear reactor power control device |
-
1983
- 1983-04-05 JP JP58059627A patent/JPS59184886A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5614988A (en) * | 1979-07-18 | 1981-02-13 | Hitachi Ltd | Nuclear reactor power control device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59184886A (ja) | 1984-10-20 |
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