JPH0456957B2

JPH0456957B2 -

Info

Publication number: JPH0456957B2
Application number: JP59196236A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Ose; Koji Ooga
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-09-19
Filing date: 1984-09-19
Publication date: 1992-09-10
Also published as: JPS6175296A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、沸騰水型原子力プラントの水位制御
装置に係り、特に常用給水ポンプのトリツプを原
因とする給水喪失が発生した際の水位低下を防止
する水位制御装置に関する。

〔発明の背景〕

例えば、沸騰水型原子力プラントでは、常用給
水ポンプが２台設置されており、通常運転時に
は、このポンプ流量が給水制御系により、原子炉
水位を一定に保つように制御されている。プラン
トに異常が発生し、これら常用ポンプのトリツプ
が発生すると、予備の給水ポンプが自動的に起動
する。しかし、この予備ポンプの起動には時間遅
れがあること、及び予備ポンプの容量は常用ポン
プのそれに比べて小さいことから、主蒸気流量と
給水流量のミスマツチが発生し、原子炉水位が低
下する。この水位低下が大きい場合には、水位低
信号により原子炉スクラムが発生し、プラント稼
動率が低下するため、給水ポンプ・トリツプ時の
水位低下幅を小さくするために次のような方策が
採られている。

再循環ポンプ・ランバツク開始水位を設定し、
給水ポンプ・トリツプ発生時に原子炉水位がこの
設定水位以下に低下すると、再循環ポンプ・ラン
バツク（再循環流量の急速減少）を自動的に開始
し、炉心部のボイドを増加させることにより水位
低下を抑える方法が採られている。こうすると、
給水ポンプの作動状態によつては、水位低による
スクラムを回避することが可能である。しかし、
原子炉水位がランバツク設定水位にまで下がつて
から再循環ポンプのランバツクが開始されるた
め、給水流量の減少が急激な場合には、水位低ス
クラムが発生することがある。

他に、特開昭56−51695では、作動している給
水ポンプの容量に応じて、再循環流量を調整する
方法、あるいは常用ポンプ・トリツプ発生時、即
時に再循環流量を急速減少させ、一定時間後自動
的に給水ポンプの状態に応じた値に再循環流量を
制御する方法が提案されている。

前者の方法では、給水ポンプの作動状態によつ
ては、水位低によるスクラムの回避が可能である
が、給水流量の変化が急激な場合には、再循環ポ
ンプ流量の調整だけでは水位低下を抑えることが
できず、スクラムが発生することがある。また、
後者の方法では、給水ポンプの作動状態によらず
スクラム回避が可能となるが、給水ポンプ・トリ
ツプ時に、必らず再循環流量を急速減少させるた
めに、給水流量の変化が穏やかな場合にも、不必
要に再循環流量、原子炉出力が大きく変動してし
まう。

一方、上記の再循環流量を制御する方法とは別
に、水位を調整する手段として、原子炉圧力を制
御する方法がある。これは、炉心部のボイド量を
減圧あるいは昇圧により増加あるいは減少させ
て、原子炉水位を調整するものである。この圧力
による水位制御を行なうものとして特開昭55−
154499、特開昭58−18199が知られている。しか
し、これらの方法は、給水ポンプ流量と原子炉圧
力を協調制御し水位を調整することを目的とした
ものであり、給水ポンプ・トリツプ発生時の水位
制御の問題については認識していない。

〔発明の目的〕本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消
し、常用ポンプ・トリツプ時の水位低によるスク
ラムを回避できる範囲を拡大するとともに、不要
な再循環流量の変動及びそれに伴う原子炉出力の
変動を防止する原子炉水位制御装置を提供するこ
とである。

〔発明の概要〕

本発明の原子炉水位制御装置は、常用給水ポン
プのトリツプ台数および予備の給水ポンプの立上
がり台数に応じて、再循環流量制御、原子炉圧力
制御、原子炉出力制御のうちから必要な制御手段
を選択して、原子炉水位を制御することを特徴と
する。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照し、本発明の実施例について
詳細に説明する。第１図は第１実施例の原子炉水
位制御装置構成を模式的に示したものである。沸
騰水型原子炉においては、圧力容器１内の炉心部
２で発生した蒸気は、主蒸気管３を通り、タービ
ン蒸気加減弁４によつて流量を調整され、タービ
ン５に導かれる。タービン５を通つた蒸気とバイ
パス弁６を通つた余分な蒸気は、復水器７で凝縮
した後、給水ポンプ８１〜８４により昇圧され、
給水配管９を通して、再び原子炉圧力容器１内に
給水される。ただし、通常の定格運転では、定格
給水流量の50％容量のタービン駆動給水ポンプ８
１，８２が稼動しており、定格給水流量の25％容
量のモータ駆動給水ポンプ８３，８４は、ポンプ
８１，８２が停止した際の予備として、待機状態
にある。逃がし安全弁１０は、原子炉圧力容器１
内の蒸気を放出し、原子炉圧力を下げる機能をも
つ。原子炉圧力容器１内の冷却水は、再循環流量
制御装置１１の制御のもと、再循環ポンプ１２に
より再循環配管１３を通して、炉心２に強制的に
送り込まれる。原子炉において、原子炉出力は、
再循環流量の調整および選択制御棒駆動機構１４
１を介した選択制御棒１５１の挿入により制御さ
れる。また、原子炉圧力は、圧力制御装置１６の
制御のもと、タービン蒸気加減弁４およびバイパ
ス弁６の弁開度を調整し制御される。

本実施例の水位制御装置１８は、給水ポンプ監
視部１９、出力調整部２０１、圧力調整部２１１
からなる。給水ポンプ監視部１９は、各給水ポン
プ８１〜８４の回転数信号を取り込み、ポンプが
正常か、トリツプしたか、あるいは立上がり始め
たかを判定し、これに応じて、出力調整部２０１
および圧力調整部２１１に起動信号を出力する。
出力調整部２０１は、給水ポンプ監視部１９から
の信号をもとに、再循環流量制御装置１１を介し
た再循環ポンプ１２の回転数の調整、あるいは選
択制御棒駆動機構１４１を介した選択制御棒１５
１の挿入により原子炉出力を制御する。圧力調整
部２１１は、給水ポンプ監視部１９からの信号と
水位計１７の信号をもとに、圧力制御装置１６を
介して圧力を制御する。

第２図は、本装置の処理の流れを示すフローチ
ヤートである。判定ａでは、通常作動しているタ
ービン駆動給水ポンプの回転数の変化からトリツ
プを判定し、トリツプ台数に応じて処理をかえ
る。トリツプ台数０は給水ポンプが正常な場合で
あり、何も操作しない。

トリツプ台数１の場合は、予備の給水ポンプで
あるモータ駆動給水ポンプの立上がりを監視す
る。モータ駆動給水ポンプが立上がつたか否かの
判定ｂは、トリツプ後、設定時間が経過してから
実施する。この設定時間は、モータ駆動給水ポン
プの立上がり時間を測定した結果に基づいて決定
し、通常５秒程度である。この判定ｂで立上がり
台数２の場合は、給水が100％に復帰するので、
何も操作しない。立上がり台数１（給水流量：定
格の75％（漸近）の場合、再循環流量を急減（以
後、再循環ポンプランバツクという）する。この
結果、炉心のボイドが一時的に増加し、水位の低
下が抑制される。また、負のボイド反応度印加に
より原子炉出力が低下する。この状態で水位が安
定するのを待ち、水位が安定した後は、給水流量
が定格の75％であることに合せて、再循環流量を
調整し、原子炉出力を定格の75％に制御する。判
定ｂで立上がり台数０（給水流量：定格の50％に
漸近）の場合は、再循環ポンプランバツクの後、
原子炉水位を監視し、あらかじめ設定した判定用
水位L₀以下になつたら、時間関数に従つて減圧
する。この時間関数は、原子炉過渡解析プログラ
ムなどを用いて解析し、最適な減圧方法として決
定したものである。この状態で水位が安定するの
を待ち、給水流量が定格の50％であることに合せ
て、再循環流量を調整し、水位安定後は、原子炉
出力を定格の50％に制御する。

一方、判定ａでトリツプ台数２の場合は、判定
と同時に再循環ポンプランバツクを行う。次に、
１台トリツプの場合と同様に、モータ駆動給水ポ
ンプの立上がりを監視し、判定ｃの立上がり台数
に応じて処理を変える。立上がり台数２（給水流
量：定格の50％に漸近）の場合は、水位安定後、
再循環流量を調整し、原子炉出力を定格の50％に
制御する。判定ｃで立上がり台数１（給水流量：
定格の25％に漸近）の場合は、あらかじめ設定し
た時間が経過した後、選択制御棒を挿入し、一旦
原子炉出力を定格の25％以下にする。さらに水位
を監視し、判定用水位L₀以下になつたらあらか
じめ定めた時間関数に従つて減圧する。水位が安
定した後は、再循環流量を調整し、原子炉出力を
定格の25％に制御する。さて、判定ｃで立上がり
台数０（完全な給水喪失）の場合には、本装置は
何も操作しないが、従来から原子炉に設けられて
いる安全保護系の水位低インターロツクが働い
て、原子炉は安全にスクラムする。

第３図は、本実施例装置の動作を時間の流れに
沿つて示したものである。給水ポンプ・トリツプ
発生後、１秒程度でトリツプ発生が検出される。
トリツプ台数２の場合はトリツプ検出と同時に再
循環ポンプ・ランバツクを行う。５秒程度の監視
の後、予備の給水ポンプの立上がり台数に応じ
て、制御操作手順を決定する。これに基づき、順
次操作を実施する。トリツプ台１・立上がり台数
２なら再循環ポンプランバツク不用であるため、
何も操作しない。トリツプ台数１・立上がり台数
１なら再循環ポンプランバツクの後、再循環流量
を調整し、原子炉出力を定格の75％に制御する。
トリツプ台数１・立上がり台数０なら再循環ポン
プランバツクの他、減圧を実施し、最終的に、原
子炉出力を定格50％に制御する。トリツプ台数
２・立上がり台数２なら、再循環ポンプランバツ
クによりスクラムが回避できるため、水位安定後
再循環流量制御により原子炉出力を定格50％に制
御する。トリツプ台数２・立上がり台数１なら、
スクラム回避のためには選択制御棒挿入と減圧が
必要であるので、設定時間後に選択制御棒を挿入
し、水位がL₀となつてから減圧を実施する。そ
して最終的に原子炉出力を定格の25％に制御す
る。トリツプ台数２・立上がり台数０なら、本装
置は再循環ポンプランバツクのみを実施し、従来
の安全保護系によるスクラムを待つ。

第４図は、本実施例装置の回路構成を示す。１
０１〜１０９は比較器、１１０〜１１１は加算器
１１２〜１１４はアンド回路、１１５と１１６は
オア回路、１１７と１１８は遅延回路、１１９は
ゲート回路、１２０は関数発生器、１２７はクロ
ツクである。比較器１０１は原子炉水位Ｌが判定
用水位L₀以上なら‘0'、L₀以下になると‘1'を出
力する。比較器１０２，１０３は、タービン駆動
給水ポンプの回転数RT₁，RT₂が判定用回転数
RT₀以上の場合‘0'、トリツプにより回転数が低
下した場合‘1'を出力する。また比較器１０４と
１０５は、モータ駆動給水ポンプの回転数RM₁，
RM₂が判定用回転数RM₀以下の場合‘0'立上が
りにより回転数が上昇した場合“１”を出力す
る。つまり加算器１１０，１１１はそれぞれトリ
ツプ台数および立上がり台数を出力する。

遅延回路１１１およびゲート回路１１９は、設
定時間経過後にモータ駆動給水ポンプ立上がりを
判定するためにある。ゲート回路１１９は通常‘
2'を出力し、遅延回路１１７の信号が‘1'になる
と、加算器１１１と同じ信号を出力する。アンド
回路１１２は、タービン駆動給水ポンプが１台ま
たは２台トリツプし、かつ原子炉水位Ｌが判定用
水位L₀以下になると‘1'を出力する。この信号‘
1'をトリガとしてクロツク１２７が起動し、時間
信号を出力する。関数発生器１２０は、この時間
信号の関数として圧力設定変更値ΔP_Sを圧力制御
系に出力する。なお、クロツク１２７起動前に
は、関数発生器１２０からの信号ΔP_Sは零に設定
されている。

比較器１０６，１０７はトリツプ台数、比較器
１０８，１０９は立上がり台数を判定し、基準値
と一致すれば‘1'を出力する。アンド回路１１
３、オア回路１１５，１１６により、トリツプ台
数２の場合は比較器１０７が‘1'になると同時に
再循環ポンプランバツク信号‘1'が発生するが、
トリツプ台数の場合は、比較器１０８または１０
９が‘1'になると同時に再循環ポンプランバツク
信号‘1'が発生する。

アンド回路１１４は、トリツプ台数２・立上が
り台数１の場合のみ‘1'を出力し、遅延回路１１
８により、設定時間経過後、選択制御棒駆動装置
の起動信号‘1'を出力する。

第５図および第６図は、本実施例装置の効果を
示す図である。第５図は、本実施例装置と従来の
制御系とを用いた場合の給水ポンプトリツプ時の
プラント応答を比較し、トリツプ台数１・立上が
り台数０の例について示したものである。従来の
制御系Ｂでは、原子炉水位が再循環ポンプランバ
ツク開始水位以下になつた後約５秒でランバツク
を開始している。しかし、水位の低下を十分には
抑えられず、水位低スクラムすることがあつた。
一方、本実施例装置Ａでは、予備の給水ポンプの
立上がりを監視するため、従来の制御系と同様に
約５秒で再循環ポンプランバツクしているにもか
かわらず、スクラム回避可能である。水位低スク
ラム設定値より少し上方に減圧開始水位L₀を設
定しており、水位がL₀以下になると減圧を開始
するために原子炉圧力容器内のボイドが増加し、
水位の低下が抑えられるからである。

また、第６図は、トリツプ台数１・立上がり台
数２の場合について示したものである。従来の制
御系Ｂでは、原子炉水位が低下し、一時的に再循
環ポンプランバツク開始水位低下となるために、
ランバツクが発生し、原子炉出力が低下すること
がある。しかし、給水流量は、早期に100％に復
帰するため、この再循環ポンプランバツクは不要
である。一方、本実施例装置Ａでは、予備の給水
ポンプの立上がりを監視し、立上がり台数２の場
合には、再循環ポンプランバツクのインターロツ
クを解除し、ランバツクを回避する。そのため、
再循環流量の変動からくる中性子束の変動を防止
できる。

第７図は、第２実施例装置の構成を模式的に示
したものである。図において、１４２は制御棒駆
動機構、１５２は制御棒である。本装置１８内の
出力調整部２０２は、制御棒駆動機構１４２に制
御棒挿入パターン信号を出力し、制御棒１５２を
駆動させ原子炉出力を制御する。また、再循環流
量制御装置１１を介して再循環ポンプ１２の回転
数を制御し、原子炉出力を制御する。一方、圧力
調整部２１２は、原子炉水位の測定値を取り込
み、その測定値と、あらかじめ解析等により定め
た判定用水位L₂との偏差信号をもとに、圧力制
御装置１６に圧力設定変更値を出力する。その他
の部分の構成は第１実施例装置と同様である。

第８図は、第２実施例装置の回路構成を示した
ものである。加算器１２１は、原子炉水位Ｌのあ
らかじめ解析などにより定めた判定用水位L₁か
らの偏差信号ΔLを出力する。比較器１１０は、
原子炉水位Ｌが判定用水位L₁以下になると、‘1'
を出力する。加算器１１０および１１１は、それ
ぞれ給水ポンプトリツプ台数、立上がり台数を出
力する。比較器１０１が‘1'かつ加算器１１０が
‘1'以上の時に、アンド回路１２２は、ゲート回
路に信号‘1'を出力する。従つて、この時に限
り、水位偏差信号ΔLが、関数発生器１２３の入
力され、関数発生器１２３は、圧力設定変更値
ΔP_Sを出力する。ここで、ΔLの入力がない場合
は、関数発生器１２３の出力信号ΔP_Sは零に設定
されている。再循環ポンプランバツク起動信号お
よびアンド回路１１４の信号を発生する回路構成
は、第１実施例と同じである。制御挿入パターン
発生器１２４は、アンド回路１１４の信号‘1'を
トリガとして、制御棒駆動機構に制御信号である
挿入パターン信号を出力する。この挿入パターン
は、原子炉核計算コードなどにより、あらかじめ
解析し決定したものである。

第９図は、第３実施例装置の構成を示したもの
である。原子炉圧力の減圧手段として逃がし安全
弁を用いること、および再循環ポンプランバツク
のみならず再循環ポンプトリツプを行うこと以外
は、第１実施例と同じである。本装置１８内の圧
力調整部２１３は、逃がし安全弁１０のアクチユ
エータに関放信号を送り、減圧する。また、出力
調整部２０３は、選択制御棒を挿入してから設定
時間経過後、再循環ポンプトリツプ信号を出力す
る。

第１０図は、第３実施例装置の回路構成を示し
たものである。クロツク１２７の時間信号、オア
回路１１６のランバツク起動信号、および遅延回
路１１８の選択制御棒駆動機構の起動信号に関す
る部分は、第１実施例と同じである。関数発生器
１２６は、クロツク１２７からの時間信号を受け
て、設定時間だけ逃がし安全弁開信号を出力す
る。また、遅延回路１１８からの選択制御棒駆動
機構の起動信号を、遅延回路１２５により設定時
間でけ遅らせ、再循環ポンプランバツク信号とし
ている。

第１１図は、第３実施例装置の効果を明らかに
するため、トリツプ台数２・立上がり台数１の場
合について、本実施例装置と従来制御系とを使用
した場合のプラント応答を示したものである。従
来の制御系Ｂでは、原子炉水位が急激に低下する
ため、水位低スクラムが発生することがある。一
方本実施例装置Ａでは、給水ポンプトリツプ直後
に再循環ポンプをランバツクし、さらに選択制御
棒挿入、減圧、再循環ポンプトリツプを順次実施
して水位低下を抑え、図のようにスクラム回避で
きる。

なお、以上の実施例は、デイジタル回路により
構成したものであるが、同様の機能はプロセス計
算機を用いた計算機制御によつても容易に実現可
能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、沸騰水型原子力プラントにお
いて、給水ポンプトリツプに起因する給水喪失が
発生した際の水位低によるスクラムを回避可能な
事象の範囲を拡大し、不要な再循環流量の変動に
よる原子炉の出力変動も防止できる。

スクラム回避によりプラント稼動率が向上する
とともに、不要な出力変動の防止によりプラント
構成機器の健全性に与える悪影響を除去できるか
ら、本発明原子炉水位制御装置を使用すると、経
済性と安全性の改善効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第１実施例装置の構成を示すブ
ロツク図、第２図は第１図装置の処理の流れを示
すフローチヤート、第３図は第１図装置の動作を
説明する図、第４図は第１実施例装置の具体的回
路構成を示す回路図、第５図および第６図は第１
実施例の効果を従来例と比較して示す図、第７図
は第２実施例装置の構成を示すブロツク図、第８
図は第２実施例装置の具体的回路構成を示す回路
図、第９図は第３実施例装置の構成を示すブロツ
ク図、第１０図は第３実施例装置の具体的回路構
成を示す回路図、第１１図は第３実施例装置の効
果を従来例と比較して示す図である。１……圧力容器、２……炉心部、３……主蒸気
管、４……タービン蒸気加減弁、５……タービ
ン、６……バイパス弁、７……復水器、８１，８
２……タービン駆動給水ポンプ、８３，８４……
モータ駆動給水ポンプ、９……給水配管、１０…
…逃がし安全弁、１１……再循環流量制御装置、
１２……再循環ポンプ、１３……再循環配管、１
４１……選択制御棒駆動機構、１４２……制御棒
駆動機構、１５１……選択制御棒、１５２……制
御棒、１６……圧力制御装置、１７……水位計、
１８……水位制御装置、１９……給水ポンプ監視
部、２０１〜２０３……出力調整部、２１１〜２
１３……圧力調整部、１０１〜１０９……比較
器、１１０，１１１，１２１……加算器、１１２
〜１１４……アンド回路、１１５，１１６……オ
ア回路、１１７，１１８，１２５……遅延回路、
１１９，１２２……ゲート回路、１２０，１２
３，１２６……関数発生器、１２４……制御棒挿
入パターン発生器、１２７……クロツク。

Claims

【特許請求の範囲】１通常運転時に作動する複数の常用給水ポンプ
と通常運転時に待機状態にある予備給水ポンプと
を有する沸騰水型原子力プラントにおいて、常用
給水ポンプのトリツプ発生時に、常用給水ポンプ
と予備給水ポンプとの作動状態に関する測定値か
ら、常用給水ポンプのトリツプ台数と予備給水ポ
ンプの起動台数とを検知し、これら給水ポンプの
作動状態に応じて、再循環流量制御、原子炉圧力
制御、原子炉出力制御のうち少なくとも１つの制
御手段を選択して実行し、原子炉水位を制御する
ことを特徴とする原子炉水位制御装置。２特許請求の範囲第１項において、再循環流量
制御手段がランバクツク起動信号を出力し、原子
炉圧力制御手段が時間信号を出力し、原子炉圧力
制御手段が時間信号の関数としての圧力設定変更
値を出力し、原子炉出力制御手段が選択制御棒駆
動機構起動信号を出力することを特徴とする原子
炉水位制御装置。３特許請求の範囲第１項において、再循環流量
制御手段がランバツク起動信号を出力し、原子炉
圧力制御手段が水位偏差信号の関数としての圧力
設定変更値を出力し、原子炉出力制御手段が制御
棒挿入パターン信号を出力することを特徴とする
原子炉水位制御装置。４特許請求の範囲第１項において、再循環流量
制御手段がランバツク起動信号を出力し、原子炉
圧力制御手段が逃がし安全弁開放信号を出力し、
原子炉出力制御手段が選択制御棒駆動機構起動信
号と再循環ポンプトリツプ信号とを出力すること
を特徴とする原子炉水位制御装置。