JPH0518075B2 - - Google Patents

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発電所の再循環流量制
御装置に係り、特に再循環ポンプモータの電源に
瞬時停電が発生した場合の制御方法に関する。

〔発明の背景〕

原子力プラントの出力制御方法の一つに再循環
ポンプの速度制御を行い炉心流量を制御する方法
がある。従来この再循環ポンプの速度制御はMG
セツトを用いていたが、最近MGセツトのかわり
に静止形インバータ電源を用いることの検討が進
められている。

静止形インバータ電源は従来のMGセツトに比
べ、 ａ） 経済性が期待できる、 ｂ） 設備の据付面積が小さい、 ｃ） 制御性が良い、 ｄ） 応答性が良い、 などの利点をもつている。

しかし、静止形インバータ電源の最大の弱点
は、電源系統の電圧変動の影響を直接受け、瞬時
停電（以下、瞬停という）などが発生した時に
は、運転継続が困難になるという点である。ま
た、瞬停発生後、系統電圧が復電した際、再循環
ポンプ速度が急激に増加すると、炉心流量の急
増、ひいては中性子束の急増につながり、原子炉
スクラムに至る可能性がある。

一方、MGセツトの場合には、MGセツトに取
付けられたフライホイールの機械的慣性によつ
て、たとえ、電源系統の瞬停が発生しても、再循
環ポンプモータに、一定の電力を供給しつづける
ことができる。

静止形インバータ電源の場合にも、電気的慣性
を付加することは一応考えられるが、非常に大き
な直流電源設備やコンデンサが必要となり、非現
実的なものとなる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、静止形インバータにより再循
環流量を制御する沸騰水型原子力発電所におい
て、瞬停の発生による原子炉出力低下時に、中性
子束のオーバーシユートを抑えながら速やかに出
力を再上昇させる再循環流量制御装置を提供する
ことである。

〔発明の概要〕

次に、本発明の特徴をより明確にするために、
上記従来技術の問題点についての新しい知見を、
第４図を参照して、より詳しく説明する。第４図
は、静止形インバータを用いた従来の再循環流量
制御装置の概略構成図である。

原子炉１の出力は、再循環ポンプ３で再循環流
量を変えて制御される。再循環ポンプ駆動モータ
４は、静止形インバータ１１を電源としており、
再循環ポンプ３の回転数は、再循環流量制御装置
６からの要求信号１０に従つて静止形インバータ
１１の出力周波数を調整し制御される。出力変化
の要求信号は、手動設定信号またはタービン制御
装置５からの出力信号として、再循環流量制御装
置６の主制御器７に与えられ、Ｍ／Ａ操作器８と
補償器９を介して、再循環ポンプ回転数要求信号
１０として静止形インバータ１１に出力される。
静止形インバータ１１は常用系母線１２から受電
した電力を、再循環ポンプ回転数要求信号１０に
見合つた周波数の交流電力に交換して再循環ポン
プ駆動モータ４に与える。これにより再循環ポン
プ３は出力要求に応じた回転数で運転され、原子
炉１の出力が制御される。

上記システムにおいて、常用系母線１２は瞬停
が生じると、再循環ポンプ駆動モータ４の電源が
一時的に失われ、再循環ポンプ３の回転数が低下
する。静止形インバータは、MGセツトのような
機械的慣性がないので、制御性に優れている反
面、瞬停時のように一時的に電力が失われる事象
においても再循環ポンプ３の回転数が大きく低下
する問題がある。また、その後の電源復帰時にお
いて、ポンプ回転数は再循環流量制御装置のポン
プ回転数要求信号に従い急激に上昇するから、炉
心２内の冷却材炉心流量が変動し、中性子束も変
動することになり、炉心流量増加時に中性子束高
によるスクラムが発生する可能性があつた。

この問題に対処するのに従来は、静止形インバ
ータ１１でポンプ速度の上昇率を制限するように
変化率の上限リミツト機能を設けていた。この例
では、瞬停発生後のポンプ速度上昇時に中性子束
が定格値をオーバーシユートしないように変化率
の上限値を非常に小さくする必要がある。

この場合、瞬停の発生により中性子束が一旦急
減少した後、再び定格値に戻るまで長い時間を要
するため、送電系統への影響が大きくなり、MG
セツト方式に比較して大きな問題となつていた。

これら一連のプラント過渡変化を第５図で説明
する。対策を施さない場合を実線で、従来検討さ
れていた対策を施した場合を点線で示す。

静止形インバータは慣性をほとんど持たないた
め、瞬停時における再循環ポンプ速度の低下が大
きくなる。対策を施さない実線では、復電後のポ
ンプ速度上昇も速いため中性子束が急上昇して、
中性子束高スクラムに至つている。

一方、静止形インバータ１１においてポンプ速
度上昇率を制限するように厳しい変化率制限を設
けた場合には、再循環ポンプ速度の上昇は緩やか
になり、中性子束の上昇も緩やかとなつてスクラ
ムを回避できる。しかし、この方法では、原子炉
出力の初期値までの復帰が遅いので、発電機出力
の欠損量も大きく、送電系統側への影響が大きい
ことになる。

また、中性子束や主蒸気流量信号をフイードバ
ツクして制御すれば、このような中性子束のオー
バーシユートをある程度抑えられるが、この方法
では、フイードバツク信号の検出精度やノイズ混
入の問題があり、さらに、ノイズフイルタやPI
制御器の追加等、システムが複雑化してしまう難
点がある。

従つて、この問題への対策として、瞬停復電時
の出力を速やかに復帰させる簡便な方法が求めら
れていた。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するた
めに、電源系統の瞬停発生を母線低電圧リレーで
検出し、この瞬停継続時間を判定し、その判定結
果に基づいて、再循環流量制御系の速度要求信号
を予め定められた値に一旦ランバツクさせ、中性
子束等のプラントパラメータが安定した後に、ラ
ンバツクをリセツトさせるものである。これは、
炉心流量変化に対する中性子束の応答が非常に敏
感なため、出力の変更速度を制限しなければなら
ないということに着目した結果である。

本発明は、瞬停復電後の中性子束オーバーシユ
ートが問題とならない程度まで再循環流量制御系
の速度要求信号を一旦ランバツクさせ、その出力
でプラントパラメータが安定した後に、ランバツ
クをリセツトして、停電前の出力まで戻すという
２段階復帰方式を提案するものである。本対策に
より、復電時のポンプ速度上昇率を大きくとるこ
とができ、出力が速やかに復帰することになる。

〔発明の実施例〕

次に、第１図〜第３図を参照して、本発明の一
実施例につき更に詳しく説明する。

第１図は、本発明の再循環流量制御装置がそこ
から信号を取込むべきタービン制御系と、原子炉
と、再循環流量制御装置とを含む沸騰水型原子力
発電プラントの概略図である。

原子炉１を循環する冷却材は、再循環流量制御
装置６が制御する再循環ポンプ３により昇圧さ
れ、ジエツトポンプを通り炉心２に送り込まれ、
核反応の熱を吸収して沸騰し、ボイドを発生させ
つつ上昇する。その後、気水分離器により飽和水
と蒸気に分けられ、飽和水は圧力容器を降下して
ふたたび給水と混合しジエツトポンプに戻る。一
方、蒸気は、主蒸気ライン１３を通り、タービン
蒸気加減弁１４により調整されてタービン１５に
流入し、機械的な仕事をした後、復水器１８で凝
縮され水に戻り、再び原子炉に給水される。ター
ビン１５での機械仕事は発電機１６で電気出力に
変換され、電力系統１２に送電される。

つぎにタービン蒸気流量についてみると、ター
ビン蒸気加減弁１４は、主蒸気圧力検出器で測ら
れるタービン入口圧力を一定に保つように、その
開度を制御している。主蒸気圧力調整回路５２が
この制御を行つており、たとえば再循環流量を制
御して原子炉出力を増加（減少）させた結果、蒸
気圧力５３が設定値５４よりも上がる（下がる）
と、加減弁１４を開き（閉じ）タービン出力を増
して（減らして）蒸気圧力５３を一定に保とうと
する。蒸気圧力５３がさらに上がつて、加減弁１
４を開いても圧力上昇が抑えきれない場合は、タ
ービンバイパス弁１７を開いて蒸気を直接復水器
１８にダンプし、蒸気圧の上昇を抑えている。

以上のようにタービン蒸気加減弁１４は平常運
転時には主蒸気圧力調整回路５２からの指令によ
つてその開度を制御されている。そして、急激な
負荷減少などによりタービン発電機１６の回転数
が設定値をこえると回転速度を検出したタービン
速度／負荷制御回路５７からの制御指令に優先し
てタービン蒸気加減弁１４の開度を減らし、ター
ビンの加速を防止する。しかし、速度／負荷制御
回路５７からの指令が加減弁１４を閉じるのはタ
ービン回転数１９が設定値を越えた時のみであ
る。

主蒸気圧力調整回路５２からの出力と速度／負
荷制御回路５７からバイアス分５８を差し引いた
値との差を要求負荷と実負荷との負荷偏差信号S₁
として再循環制御装置７に与える。定常運転時に
は、負荷偏差信号S₁は零となり、平衡状態が保持
される。一方、負荷偏差信号S₁が零でない場合
は、それを零とするように再循環流量が変更され
る。なお、切替スイツチ２５を端子２６Ａに入れ
ると、タービン制御装置５からの信号S₁が入力さ
れて自動運転となり、端子２６Ｂに入れると、コ
ンソールから手動で設定された信号S₂が入力され
て手動運転となる。

さて、第１図において、点線で囲んだ部分が本
発明により付加される機能である。２１は母線の
電圧低下を検出する母線低電圧検出器、２３は静
止形インバータ出力周波数検出器、２７は再循環
ポンプ速度要求ランバツク指令回路、２９は再循
環ポンプ速度要求上限値設定器、３０は再循環ポ
ンプ速度要求ランバツク設定器、３１はランバツ
ク設定値切替回路、３２は低値優先回路である。

再循環ポンプ速度要求ランバツク指令回路２７
は、母線低電圧検出器２１の検出信号２２と、静
止形インバータ出力周波数検出器２３の出力信号
２４と、低値優先回路３２の出力信号と、自身の
出力信号とをパラメータとして取込み、必要な指
令を送るようになつている。

通常運転時、再循環ポンプ速度要求ランバツク
指令回路２７からの信号２８は、ランバツク信号
切替回路３１をポンプ速度要求上限値設定器２９
側に入れている。このため、低値優先回路３２に
は、ポンプ速要求上限値の信号が入力される。補
償器９からの速度要求信号１０は、この上限値と
比較される。この場合はその低値として、補償器
９からの速度要求信号１０が静止形インバータ１
１に入力される。すなわち、従来システムと同様
に、再循環ポンプ３の速度が制御されることとな
る。

次に瞬停が発生した場合の挙動について説明す
る。

プラント運転中に瞬停が発生しても停電時間が
短い場合には、再循環ポンプ速度の降下量も小さ
いため、瞬停発生前の出力まで即座に戻す事が可
能である。しかし、停電時間が長くなるとポンプ
速度の降下量が大きくなつて、瞬停前の出力まで
戻すには、静止形インバータ１１でポンプの速度
上昇率を小さく制限する必要があり、出力の復帰
を遅くする要因となつていた。

そこで本発明では、低電圧リレー等からなる母
線低電圧検出器２１で停電を検出し、停電時間が
規定時間以上続いた時に、ポンプ速度要求ランバ
ツク指令回路２７からの信号２８に従つてランバ
ツク設定値切替回路３１をポンプ速度要求ランバ
ツク設定器３０側に切替えさせる。これによつて
低値優先回路３２にはランバツク設定器３０の信
号が入力される。補償器９出口の速度要求信号１
０は瞬停前の値に保たれているが、最終的な速度
要求信号３３は、低値優先回路３２によつて選択
されたランバツク設定値以下に制限される。

このため、復電時にポンプ速度が再上昇する場
合にも、ランバツク設定値以上には上がらない。
ランバツク設定値は、復電時のポンプ速度上昇に
よる中性子束オーバーシユートがスクラムレベル
に達しないように予め定めたものであり、静止形
インバータ１１におけるポンプ速度上昇率の制限
を大幅に緩和できる。すなわち、ランバツク設定
値までの出力の復帰が迅速になされる。

次に、ランバツク設定値から瞬停前の出力まで
回復させる制御方式について説明する。

中性子束や主蒸気流量等のオーバーシユート
は、ポンプ速度がランバツク設定値に達してから
数秒後にはおさまり、プラントは整定へ向かう。
ここで再循環ポンプ速度要求ランバツク指令回路
２７は、再循環ポンプ速度要求信号３３、静止形
インバータ出力周波数信号２４、再循環ポンプ速
度要求ランバツク指令信号２８を用いてプラント
の整定状態を判定し、ランバツク設定値切替回路
３１をリセツトし、低値優先回路３２へ速度要求
信号上限値２９を入力する。これにより静止形イ
ンバータ１１には、補償器９からの速度要求信号
１０が入るため、再循環ポンプ速度は再び上昇し
て瞬停前の速度まで復帰する。ランバツク設定器
３０と定格速度との差が小さいため、定格出力ま
で復帰した場合でもこの間のポンプ速度上昇で中
性子束オーバーシユートによるスクラム等が発生
することはない。

ここでランバツク設定器３０の設定論理を説明
する。ランバツク設定値は次の２つの要求を満た
すように設定する。

復電時のポンプ速度復帰において、静止形イ
ンバータの変化率制限を大きくとり速やかに出
力を復帰させても、中性子束オーバーシユート
によるスクラムが発生しない値とする。

ランバツク設定値のポンプ速度から定格出力
時の速度まで上昇した場合に中性子束オーバー
シユートによるスクラムが発生しないように、
できるだけ定格出力時の速度に近い値とする。

次に、再循環ポンプ速度要求ランバツク指令回
路２７の論理について第２図により説明する。

母線低電圧検出器２１によつて母線電圧の低下
を検出し、タイマーを介してある規定時間以上停
電が続いたことを判定して、再循環ポンプ速度要
求信号のランバツク指令を出す。この信号には自
己保持をかけておき、母線電圧が復帰してもラン
バツクを持続させる。このランバツク指令信号に
より低値優先回路３２にはランバツク設定値が入
力される。

次に、再循環ポンプ速度要求ランバツク指令信
号２８が出ている状態で、かつ再循環ポンプ速度
要求信号３３と、静止形インバータ出力周波数信
号２４との偏差が小さくなつた時、再循環ポンプ
速度がランバツク設定値まで復帰したと判断す
る。その後数秒の遅れをタイマーで持たせてプラ
ントパラメータが整定したものと判断し、この信
号でランバツクをリセツトする。

尚、第１図と第２図のランバツク指令回路の構
成と論理は一実施例であり、再循環ポンプ３の回
転数や再循環ループの流量又は速度要求信号１０
の偏差で判定するか、中性子束や主蒸気流量の一
定時間分のデータを常時取込んで、そのばらつき
からプラントパラメータの整定度合を判定する。

第３図は、本発明を実施した場合の瞬停復電時
のプラント応答を示す。実線が本発明を実施した
場合であり、点線は静止形インバータ１１の変化
率制限を厳しくとつた従来の対策を施した場合で
ある。

定格出力運転中に瞬停が発生し再循環ポンプ速
度が大幅に低下する。復電後再循環ポンプ速度は
インバータ１１の変化率制限（従来より大幅に制
限を緩和している）に従つて上昇するが、速度要
求信号がランバツクされているため中性子束オー
バーシユートによるスクラムを回避して、ランバ
ツク設定の出力で一旦整定に向かう。その数秒後
プラントの整定度合いを見てランバツクがリセツ
トされるため、再循環ポンプ速度は再び上昇し、
瞬停前の出力まで回復する。本発明によるインバ
ータの変化率制限を大幅に緩和できるため、復電
時の再循環ポンプ速度の回復、すなわち原子炉出
力の回復が速やかにかつ簡便になされる。第３図
によれば、従来システムに比べ出力の回復がはる
かに速いことは明らかである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、静止形インバータ電源装置を
用いた再循環流量制御装置において、瞬停が発生
した場合でも安全に再起動し、一旦低下した原子
炉出力を速やかにかつ簡便に回復可能であり、プ
ラントの運転信頼性を高め、稼動率を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による再循環流量制御装置を原
子炉およびタービン等とともに示すブロツク図、
第２図は再循環ポンプ速度要求信号ランバツク指
令回路の論理を示す流れ図、第３図は本発明を実
施した場合の瞬停時プラント応答を示す図、第４
図は静止形インバータを用いた再循環流量制御装
置の従来例を示すブロツク図、第５図は従来例で
瞬停が発生した場合のプラント応答を示す図であ
る。 １……原子炉、２……炉心、３……再循環ポン
プ、４……再循環ポンプ駆動モータ、５……ター
ビン制御装置、６……再循環流量制御装置、７…
…主制御器、８……Ｍ／Ａ操作器、９……補償
器、１０……ポンプ回転数要求信号、１１……静
止形インバータ、１２……常用系母線、１３……
主蒸気ライン、１４……タービン蒸気加減弁、１
５……タービン、１６……発電機、１７……ター
ビンバイパス弁、１８……復水器、１９……ター
ビン回転数、２０……静止形インバータ出力周波
数、２１……母線低電圧検出器、２２……母線低
電圧検出信号、２３……静止形インバータ出力周
波数検出器、２４……静止形インバータ出力信
号、２５……自動手動切替スイツチ、２６……端
子、２７……再循環ポンプ速度要求ランバツク指
令回路、２８……ランバツク指令信号、２９……
再循環ポンプ速度要求信号上限値設定器、３０…
…ランバツク設定器、３１……ランバツク設定値
切替回路、３２……低値優先回路、３３……ポン
プ速度要求信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉の再循環ポンプ速度制御用に静止形イ
   ンバータを有する原子力発電プラントの再循環流
   量制御装置において、 母線電圧を検出してその瞬時停電継続時間が所
   定値を超えたか否かを判定し、前記継続時間が前
   記所定値を超えたときに再循環ポンプ速度要求信
   号を所定のランバツク設定値にランバツクさせる
   手段と、 復電により前記再循環ポンプ速度が前記ランバ
   ツク設定値まで回復した後、前記原子力発電プラ
   ントのパラメータの整定を判定し、前記パラメー
   タの整定を確認したときに前記ランバツクをリセ
   ツトし、前記再循環ポンプ速度を瞬時停電前の値
   まで回復させる手段と を備えたことを特徴とする再循環流量制御装置。