JPH0480696A - 燃料移動時炉心監視装置 - 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〕 （産業上の利用分野） 本発明は、沸騰水型原子力発電プラントの炉心内燃料移
動中に炉心の中性子束を監視し、燃料交換機の動作、制
御棒の引抜き、あるいは炉心への急速挿入（スクラム）
を制御する燃料移動時炉心監視装置に関する。

（従来の技術） 一般に、沸騰水型原子力発電プラントでは、約１カ年毎
に定期検査か実施される。

この定期検査では、各種系統設備の点検が主に行われる
が、原子炉の反応度に影響する点検作業として、燃料集
合体の取替えあるいはシャフリングといった燃料（燃料
集合体）の移動、制御棒駆動機構の分解点検、制御棒の
取替え等の炉心関連作業がある。これらの点検取替え対
象本数は運転サイクルによって異なるが、制御棒駆動機
構の分解点検は普通１回につき全体の約１／４が行なわ
れる。

定期検査工程では、燃料の取替え作業および制御棒駆動
機構の分解点検作業等の炉内構造物に関連する作業は工
程上のクリティカルパスとなっており、定期検査期間短
縮の観点から各作業が一定の範囲内で連続して行なわれ
るよう計画、実施されている。また、こうした作業は、
安全性の観点から原子炉を未臨界に保ちつつ行なうこと
が重要である。

定期検査期間を短縮することは原子カプラントの稼動率
を向上する上で重要であるが、燃料移動時の炉心関連作
業を効率よく短期間で実施するために、■複数の制御棒
駆動機構の点検を同時に実行する、０制御棒駆動機構の
点検と燃料移動を並行して行なうといった方策が考えら
れる。

このような作業方法の一例としては、まず、■当該制御
棒層りの燃料の取出し、■当該制御棒の引抜きという手
順■、■を、点検対象である制御棒駆動機構に結合して
いる制御棒すべてについて行ない、その後、炉心の下部
における■制御棒駆動機構の分解、点検の実施、炉心お
よび炉心上部における■′燃料の移動を並行して行い、
最後に■点検の終了した制御棒駆動機構に結合する制御
棒を順次挿入し、■挿入した制御棒層りに燃料を装荷す
るという手順である。

以上の作業のうち、燃料の取出しおよび装荷という燃料
移動作業は、炉心上部で行なわれ、制御棒の引抜きおよ
び挿入は、中央操作室からの遠隔操作で行なわれる。こ
のように、操作する場所が異なる上、対象とする制御棒
が複数であるため、燃料の取出されていない位置の制御
棒を引抜いたり、逆に制御棒の挿入されていない場所に
燃料を装荷するといった誤操作が生じる可能性がある。

この際に炉心に投入される反応度の大きさにつき、第５
図を参照して説明する。

炉心の反応度を変化させる操作としては、７制御棒の引
抜、挿入、燃料交換機による燃料の装荷、取出しがある
。

第６図の符号（Ａ）、　　（Ｂ）、　　（Ｃ）は、制御
棒とその制御棒セル（制御棒とそれに隣接する燃料とで
示される炉心の１つの要素を制御棒セルという。）内の
４体の燃料の状態をそれぞれ示している。

すなわち、符号（Ａ）は、制御棒全挿入かつ燃料が４体
とも存在する状態、符号（Ｂ）は制御棒全引抜（又は制
御棒取り出し）かつ燃料が４体とも取り出された状態、
符号（Ｃ）は制御棒全引抜かつ燃料が４体とも存在する
状態を示している。

制御棒の引抜は、炉心への反応度投入となるが、この時
周りの４体の燃料が取出されていれば（符号（Ｂ）の状
態）、一般に炉心の反応度は初期の制御棒全挿入でかつ
燃料４体が装荷されている符号（Ａ）の状態よりも低下
し、より未臨界の方向となる。一方、燃料を取り出さず
に制御棒を引抜いた符号（Ｃ）の状態では、初期状態（
Ａ）よりも臨界に近い方向となり、臨界超過の可能性も
ある。

したがって、通常の作業手順においては、各制御棒セル
の状態に符号（Ａ）もしくは符号（Ｂ）の状態となるよ
うにしているが、燃料交換機や制御棒の誤操作等により
符号（Ｃ）の状態に至る可能性がある。さらに誤操作が
繰返され符号（Ｃ）の状態がいくつか炉心内に作られる
と、大きな反応度が炉心に投入されることになり、これ
は炉心の中性子束を上昇させ作業員の被曝量が大きくな
ったり、反応度役人事故につながる可能性もある。

（発明が解決しようとする課題） 従来の燃料移動作業においては、前述のように、誤操作
により大きな反応度が炉心に投入され、臨界超過のおそ
れがあるとともに、作業員の被曝量が増大するという問
題がある。

本発明は、このような点を考慮してなされたもので、定
期検査時等の燃料移動作業中に、炉心に大きな反応度が
投入されるのを防止し、安全に作業を実施できる燃料移
動時炉心監視装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 本発明は、前記目的を達成する手段として、燃料交換機
制御系に燃料交換機停止信号を出力する燃料交換機制御
手段と、原子炉手動制御系に制御棒引抜阻止信号を出力
する制御棒駆動制御手段と、原子炉緊急停止系にスクラ
ム信号を出力するスクラム制御手段と、炉心の中性子束
を監視する中性子束検出器と、定期検査時等の燃料移動
作業中に、前記中性子束検出器からの中性子束信号を設
定値と比較し、設定値以上となった際に、前記３つの制
御手段のうちの少なくともいずれか１つを作動させる判
定手段と、をそれぞれ設けるようにしたことを特徴とす
る。

（作　用） 本発明に係る燃料移動時炉心監視装置においては、定期
検査時等の燃料移動作業中に、炉心の中性子束が中性子
束検出器により監視され、中性子束信号が判定手段に与
えられる。判定手段は、この中性子束信号を設定値と比
較し、設定値以上となった′場合には、燃料交換機制御
手段、制御棒駆動制御手段、スクラム制御手段のうちの
少なくともいずれか１つを作動させる。

燃料交換機制御手段が作動した場合には、燃料交換機制
御系に燃料交換機停止信号か与えられ、燃料交換機によ
る炉心への燃料の装荷か停止される。また、制御棒駆動
制御手段が作動した場合には、原子炉手動制御系に制御
棒引抜阻止信号が与えられ、制御棒の引抜きが阻止され
る。さらに、スクラム制御手段が作動した場合には、原
子炉緊急停止系にスクラム信号が与えられ、制御棒か急
速挿入される。そしてこれらにより、炉心に大きな反応
度が投入されることが未然に防止される。

（実施例） 以下、本発明の第１実施例に係る燃料移動時炉心監視装
置を、第１図および第２図を参照して説明する。

第１図は、本発明に係る燃料移動時炉心監視装置の一例
を示すもので、図中、符号１は、定期検査時等の燃料移
動作業中に炉心の中性子束を監視する中性子束検出器で
あり、この中性子束検出器１からの中性子束信号は、判
定手段２に入力されて設定値と比較されるようになって
いる。そして、判定手段２は、中性子束信号が設定値以
上となった場合には、燃料交換機制御手段３、制御棒駆
動制御手段４あるいはスクラム制御手段５を作動させる
ようになっている。

燃料交換機制御手段３は、第１図に示すように、その作
動により、燃料交換機制御系６に対し燃料交換機停止信
号を出力し、燃料交換機による炉心への燃料の装荷を停
止させるようになっている。

また、制御棒駆動制御手段４は、第１図に示すように、
その作動により、原子炉手動制御系７に対し制御棒引抜
阻止信号を出力し、制御棒の引抜きを阻止するようにな
っている。

さらに、スクラム制御手段５は、第１図に示すように、
その作動により、原子炉緊急停止系８に対しスクラム信
号を出力し、制御棒を急速挿入するようになっている。

第２図は、第１図に示す燃料移動時炉心監視装置の具体
的な適用例を示すもので、図中、符号１１は炉心１２を
収容する原子炉圧力容器であり、この原子炉圧力容器１
１の上部には、燃料交換機１３が配置され、また炉心１
２の下方には、炉心１２内に制御棒１４を挿入、引抜す
るための制御棒駆動機構１５が配置されている。

燃料交換機１３は、第２図に示すように、原子炉建屋最
上層に形成されるオペレーティングフロア１６に配置さ
れ、燃料１７を掴んで炉心１２と燃料プールとの間を移
動するようになっている。

この燃料交換機１３は、第２図に示すように、燃料交換
機用計算機１８により制御されるようになっており、ま
た制御棒駆動機構１５の駆動ピストン（図示せず）は、
制御棒水圧駆動ユニット（ＨＣＵ）１９により駆動され
るようになっている。

この制御棒水圧駆動ユニット１９は、配管、弁、電磁弁
および計器等で構成されてユニット化されており、制御
棒１４の本数と同じ本数設けられて原子炉手動制御棒系
２０および原子炉緊急停止系２１により制御されるよう
になっている。

すなわち、制御棒１４の通常の操作は、原子炉手動制御
系２０の手動スイッチ（図示せず）により行なわれるが
、この原子炉手動制御系２０の内部には、制御棒引抜阻
止回路（図示せず）が内蔵され、制御棒１４の操作が定
期操作から外れている場合には、運転員による制御棒１
４の操作を電気的に阻止するようになっている。

また、制御棒水圧駆動ユニット１９は、原子炉緊急停止
系２１から出力されたスクラム信号を受け、制御棒１４
を炉心１２内に急速挿入（スクラム）させる機能を有し
ている。

このように、制御棒駆動機構１５および制御棒水圧駆動
ユニット１９は、制御棒１４を通常の速度で動作させる
機能と、急速に挿入させる機能とを有している。

また、炉心１２内には、第２図に示すように、第１図の
中性子束検出器１に相当する中性子束検出器２２が設置
されており、この中性子束検出器２２からの中性子束信
号は、燃料移動時炉心監視装置２３に入力されるように
なっている。

次に、本実施例の作用について説明する。

沸騰水型原子炉においては、燃料取替中や原子炉起動初
期の比較的低い中性子束（または出力）領域で使用され
る中性子束検出器は、中性子源領域モニタと呼ばれ、通
常その指示値は、３ｃｐｓ（カウント／セカンド）〜１
０５ＣｐＳ程度の範囲である。

ところで、燃料移動中に中性子束検出器２２の指示が高
くなるということは、炉心１２に通常の燃料１７の装荷
や制御棒１４の通常の引抜きによって投入される以上の
大きな反応度が投入されて原子炉の出力が上昇したこと
を意味しており、それ以上の反応度の投入は禁止される
べきである。

燃料移動や炉心関連作業中に考えられる異常な反応度の
投入の要求としては、燃料１７の装荷されている制御棒
セルの制御棒１４を誤って引抜いたり、あるいは制御棒
１４の挿入されていない制御棒セルに燃料１７を誤って
装荷するといったことが考えられる。

燃料移動時炉心監視装置２３は、中性子束検出器２２の
指示信号が設定値Ｌ１に達した場合には、燃料交換機用
計算機１８に燃料交換機停止信号を送信し、燃料交換機
１３が炉心１２中に燃料１７を装荷中であれば、その動
作を停止させる。また、制御棒１４を引抜き中の場合に
は、原子炉手動制御系２０に制御棒引抜阻止信号を送信
し、制御棒１４の引抜きを阻止する。

また、中性子束検出器２２の指示信号が設定値Ｌ２に達
した場合には、燃料移動時炉心監視装置２３は、原子炉
緊急停止系２１にスクラム信号を送出し、制御棒１４を
急速挿入する。

このように、炉心１２の中性子束が過度に大きくなった
り、−度に大きな反応度が投入されることが防止され、
燃料移動作業や炉心関連作業を安全に行なうことが可能
となる。

なお、前記設定値り、、Ｌ２は、低い値とした方が安全
側であるが、あまり低い値とすると、信号ケーブルがノ
イズを拾い、その影響で信号値が見掛は上高くなって設
定値に達し、必要のない燃料交換機１３の停止や制御棒
１４の引抜阻止が生じ、作業の妨げとなるおそれがある
。特に、定期検査中は、原子炉周りで種々な点検・工事
の作業が実施されているため、電気的ノイズが発生し易
い環境になっている。したがって、設定値Ｌ１゜１０５
ｃｐｓ以下でノイズに影響されない値とすることが好ま
しい。また、中性子束検出器２２の信号を、フィルタに
通して高周波のノイズ成分を取り除いた後、燃料移動時
炉心監視装置２３に入力するようにしてもよい。

第３図は、本発明の第２実施例を示すもので、前記第１
実施例における燃料移動時炉心監視装置２３に代え、ペ
リオドトリップ機能を有するペリオドトリップ監視装置
３４を内蔵する燃料移動時炉心監視装置３３を用いるよ
うにしたものである。

以下、ペリオドトリップ監視装置３４の詳細な構成およ
び作用について説明する。

なお、ペリオドトリップ監視装置については、例えば特
開昭６３−１６７２９４号公報の「ペリオドトリップ監
視装置」等に示されているが、本実施例では、先行例の
ように原子炉出力が起動中間領域においてペリオドトリ
ップ監視装置が作用するのではなく、燃料取替中に機能
し、燃料交換機１３の動作停止、制御棒１４の引抜阻止
および制御棒１４の急速挿入（スクラム）等を行なわせ
るところに特徴を有している。

第４図は、本実施例に係るペリオドトリップ監視装置３
４を示すブロック図である。なお、出力がｅ（自然対数
の底）倍になるまでの時間Ｔをペリオドと定義し、出力
変化の指標とする。

ペリオドトリップ監視装置３４は、第４図に示すように
、中性子束測定装置４０と、この中性子束測定装置４０
からの中性子束信号によって制御棒引抜阻止信号を出力
する制御棒系監視装置４１ａと、スクラム信号を出力す
るスクラム系監視装置４１ｂと、燃料交換機系信号装ｆ
ｉｆｆｉ４１ｃとを備えている。

また、中性子束測定装置４０は、第４図に示すように、
原子炉内に設置された例えば各分裂計数管のような中性
子束検出器２２と、増幅器４２とから構成されている。

制御棒系監視装置４１ａは、第４図に示すように、中性
子束測定装置４０からの中性子束信号φ　を制御棒系増
幅器４３ａおよび制御棒系ローパスフィルタ４４ａを通
して制御棒系信号φ　とし、中性子束信号φ　と制御棒
系信号φ　とを比ａ 較器４５ａで比較し、中性子束信号φ　が制御棒系信号
φ　より大きい場合に制御棒引抜阻止信号を出力するよ
うになっている。

また、スクラム系監視装置４１ａは、第４図に示すよう
に、中性子束Ｍｊ定装置４０からの中性子束信号φ　を
スクラム系増幅器４３ｂおよびスフラム系ローパスフィ
ルタ４４ｂを通してスクラム系信号φ　とし、中性子束
信号φ　とスクラム系信号φ５とを比較器４５ｂて比較
し、中性子束信号φ　かスクラム系信号φｂより大きい
場合にスクラム信号を出力するようになっている。

さらに、燃料交換機系監視装置４１ｃは、第４図に示す
ように、中性子束測定装置４０からの中性子束信号φ　
を燃料交換機系増幅器４３ｃおよび燃料交換機系ローパ
スフィルタ４４ｃを通して燃料交換機系信号φ　とし、
中性子束信号φ　とＣＯ 燃料交換機系信号φ　とを比較器４５ｃで比較し、中性
子束信号φ　が燃料交換機系信号φ　より大Ｃ きい場合に燃料交換機停止信号を出力するようになって
いる。

ここで、中性子束信号φ　、制御棒系信号φ　、Ｏａ スクラム系信号φ５および燃料交換機系信号φ。

の関係は以下の式によって表現される。

二二で　ｉ厘ａ、　ｂ、　　ｃ φ。（ｔ）二制御棒系またはスクラム系監視装置４１ｉ
への入力信号 φ、　（１）　　：増幅器４３ｉ及びローパスフィルタ
４４ｉを通過した信号（第４図中の φ　またはφ５またはφ。） Ｇｉ　　　：増幅器４３ｉのゲイン λ１　　　：ローバスフィルタ４４ｉの時定数の逆数 （１）式は中性子束がペリオドτ、で上昇すると解析的
に解け φ、　　（ｔ）　　−Ｇ、　　・φ　（０）λ、＋ｌ／
τ１ １／　ｒ　＋　　ｅ−着°１〕・・・・・・（２）λ、
＋１／τ。

で与えられる。

（φ　（１）−φ　（０）　ｅ　”　ｉ　）さらにｔ−
囚においてφ　−φ　となることを利用すると ＲＣ，−（Ｇ、−１）　・τ、　　・・・・・・・・・
・・・（３）となりローパスフィルタ４４ｉの時定数Ｒ
Ｃ１とゲインＧ１の関係が与えられる。したがって、こ
の監視装置４１ｉにおいてＲＣ，とＧ１を設定すす るとペリオドτｌが与えられることになり、あるペリオ
ド（例えば１０秒）で制御棒引抜阻止信号またはスクラ
ム信号を出したい時にはそれに対応するＲＣ，とＧ、の
組み合せを設定すれば良い。

例えばＲＣ，−４０秒、Ｇ、−５秒とすると、トリップ
設定ペリオドτ、は（３）式よって１−１０秒となり、
中性子束上昇か１０秒より短いペリペリオドで上昇した
場合トリップ信号を発する。

第５図に制御棒引抜阻止設定ペリオド２０秒、スクラム
設定ペリオド１０秒、燃料交換機動作停止設定ペリオド
３０秒で原子炉の中性子束かペリオド９秒で上昇した場
合の応答例を示す。符号５１は第４図に示した中性子束
測定装置４０の中性子束信号φ　を示し、符号５２はス
クラム監視装置４１ｂの構成要素であるスクラム系増幅
器４３ｂ、スクラム系ローパスフィルタ４４ｂを通過後
のスクラム系信号φ、を示し、符号５３は制御棒系監視
装置４１ａの構成要素である制御棒系増幅器４３ａ５制
御棒系ローパスフイルタ４４ａを通過後の制御棒系信号
φ　を示し、さらに符号５４は燃料交換機系監視装置４
１ｃの構成要素である燃料交換機系増幅器４３Ｃ１燃料
交換機系ローパスフィルタ４４ｃを通過後の燃料交換機
系信号φ。

を示している。また、交点５５はスクラム信号の発生点
、交点５６は制御棒引抜阻止信号の発生点、交点５７は
燃料交換機動作停止信号の発生点をそれぞれ示している
。

一般に原子炉が臨界に近い状態では炉心１２に投入され
る反応度か大きい程、中性子束はより急速に上昇する。

すなわちより短いペリオドで上昇する。燃料移動作動中
は、中性子束があまり高くならないようにすることの他
に、制御棒１４の弓抜や燃料交換機１３による燃料１７
の装荷によって炉心１２に一度に大きな反応度を投入す
ることとならないようにすることか必要である。

この反応度投入速度の大きさは、ペリオドの短さで表わ
されるか、ペリオドトリップ監視装置３４を内蔵した燃
料移動時炉心監視装置３３では、短いペリオドで中性子
束が上昇した場合は、燃料交換機１３の動作停止、制御
棒１４の引抜き、制御棒１４の急速挿入等を行なうので
、大きな反応度の投入を未然に防止することができる。

なお、この実施例においてペリオドトリップ機能の他に
、前記第１実施例で述べた中性子束の大きさによるトリ
ップ機能も併せ持つことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、中性子束検出器からの中
性子束信号が設定値を上回った際に、燃料交換機の動作
停止、制御棒の引抜き阻止、あるいは制御棒の炉心への
急速挿入を行なうようにしているので、炉心の中性子束
が過度に大きくなったり、−度に大きな反応度が投入さ
れることを防止することができ、燃料移動作業や炉心関
連作業を安全に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る燃料移動時炉心監視
装置を示す全体構成図、第２図はその具体的な適用例を
示すブロック図、第３図は本発明の第２実施例を示す第
２図相当図、第４図はペリオドトリップ監視装置を示す
ブロック図、第５図はべりオドトリップ監視装置の応答
例を示すグラフ、第６図は燃料・制御棒の状態と反応度
投入量との関係を示すグラフである。 １・・・中性子束検出器、２・・・判定手段、３・・・
燃料交換機制御手段、４・・・制御棒駆動制御手段、ス
クラム制御手段、６・・・燃料交換機制御系、原子炉手
動制御系、８・・・原子炉緊急停止系。 ５・・・ ７・・・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 燃料交換機制御系に燃料交換機停止信号を出力する燃料
   交換機制御手段と、 原子炉手動制御系に制御棒引抜阻止信号を出力する制御
   棒駆動制御手段と、 原子炉緊急停止系にスクラム信号を出力するスクラム制
   御手段と、 炉心の中性子束を監視する中性子束検出器と、定期検査
   時等の燃料移動作業中に、前記中性子束検出器からの中
   性子束信号を設定値と比較し、設定値以上となった際に
   、前記３つの制御手段のうちの少なくともいずれか１つ
   を作動させる判定手段と、 を具備することを特徴とする燃料移動時炉心監視装置。