JPH053557B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多数台の再循環ポンプを有する沸騰
水型原子炉の運転領域監視制御装置に係り、特に
原子炉出力と炉心流量との相関により定まる運転
領域の監視制御装置に関する。

〔発明の背景〕

従来の運転領域監視制御装置としては、原子炉
出力と炉心流量とをそれぞれ計測し、その相関か
ら判断して選択制御棒の挿入等を実施する方法が
提案されている。このような方法では、炉心流量
を直接計測できない場合、監視精度が悪い。ま
た、運転制限領域に入つたとき、不必要な保護動
作がなされてしまうことを避けるためにかなりの
動的余裕を見込む必要があることから、原子炉の
能力を充分に発揮させることができず、運用性や
効率の点で問題があつた。しかも、選択制御棒を
常に所定値以上に設定しておくことも、炉心運用
上の制約となつていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、炉心流量と原子炉出力の相関
により定まる運転領域の監視装置として、監視精
度および保護動作を行なう信頼性が高く、かつ運
用性に富む運転領域監視制御装置を提供すること
である。

〔発明の概要〕

本発明は、再循環ポンプの多数台の同時故障が
ない限り、再循環ポンプの速度要求下限設定で運
転領域制限が可能なことに着目し、原子炉出力依
存の速度下限設定を行ない、運用性の高い運転領
域制限を行なう一方、上記で対応できない事態に
対しては、その原因信号を検知し、速やかに出力
を低下させるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図は多数台の再循環ポンプを有する沸騰水
型原子炉プラントの本発明を適用すべき出力制御
系の概略構成図である。図において、原子炉１の
出力は、制御棒２の位置を制御する制御棒駆動制
御系３、または多数台の再循環ポンプＰ１〜PN
の回転数を制御する可変周波数制御装置Ｂ１〜
BNに制御信号を与える再循環流量制御系４によ
つて制御される。再循環ポンプＰ１〜PNの駆動
源には、信頼性確保の点から、通例複数の電源Ａ
１〜Amから電力が供給される。

本発明の運転領域監視制御装置１８は、運転状
態すなわち中性子束信号および再循環ポンプ駆動
電圧状態に応じて、制御指令を制御棒駆動系３お
よび再循環流量制御系４に発するものである。

第２図は、制御棒駆動制御系３および再循環流
量制御系４を操作して得られる炉心流量と原子炉
出力との相関を示す運転領域説明図である。図に
おいて、流量制御曲線Ａは、制御棒を定格出力制
御棒パターンにして炉心流量を変えたときの原子
炉出力の変化を示す曲線である。定格再循環ポン
プ速度曲線Ｂは、再循環ポンプを定格速度にして
制御棒を駆動したときの炉心流量と原子炉出力と
の関係を示す曲線である。自然循環曲線Ｃは、炉
心冷却材を強制的に循環させる再循環ポンプが停
止した状態で制御棒を炉内に出し入れしたときの
炉心流量と原子炉出力との関係を示す曲線であ
る。基本的には、これら３曲線で囲まれる領域が
運転領域となるが、これに加えて種々の運転制限
が必要となる。具体的には、ポンプキヤビテーシ
ヨン防止その他の観点から、炉心流量と原子炉出
力の相関の下方領域を制限する下方制限曲線Ｄ
と、プラントの安定性基準またはプラントの熱的
余裕維持の観点から、上方領域を制限する上方制
限曲線Ｅがある。

本発明においては、運転制限条件を遵守した運
転が可能となるように、再循環ポンプＰ１〜PN
の最低速度を定めている。すなわち第３図に示す
ごとくＨすなわち自然循環曲線Ｃと上方制限曲線
Ｅとの交点より低い原子炉出力の状態では、主に
ポンプキヤビテーシヨン防止のため、下方制限曲
線Ｄよりも上で運転できるように、比較的低い再
循環ポンプ速度下限S1を設定する。一方、Ｊす
なわち流量制御曲線Ａと上方制限曲線Ｅとの交点
より高い原子炉出力状態では、上方制限曲線Ｅよ
りも下で運転できるように、比較的高い再循環ポ
ンプ速度下限S2を設定してある。ところで出力
上昇または下降過程で再循環ポンプ速度下限が急
変するのは運用上望ましくないため、中間の出力
領域ではS1からS2に原子炉出力に応じて設定値
をなだらかに変えるようになつている。なお、こ
のポンプ速度下限S1およびS2は上方制限曲線Ｅ
の設定に依存し、S1とS2が同一の設定となるこ
ともありうる。このように再循環ポンプ速度の下
限設定値を、原子炉出力に応じて設定することに
より、再循環ポンプに異常がない限りは、第２図
における原子炉出力依存の運転領域制限曲線Ｆが
得られる。

第４図は本発明の再循環流量制御装置の概要を
示す。再循環流量要求設定器５は、所定の原子炉
出力が得られるように再循環流量要求信号を出
し、本信号は炉心流量検出装置６からの炉心流量
信号と比較され、流量制御器７を経て、可変周波
数制御装置Ｂ１〜BNに制御指令を出す。再循環
ポンプ速度ランバツク信号発生器９は、何らかの
異常により、下方制限曲線Ｄ以下での運転が生じ
た場合、これを検出し、再循環ポンプ速度を最低
速度まで低下させ、すなわち第２図上で動作点を
左方に移動させ、下方制限曲線Ｄ以上の運転領域
に戻すためのものである。再循環ポンプ速度ラン
バツク信号発生器９からの信号と流量制御器７か
らの信号のいずれかが低値優先回路８により選択
される。

本発明においては、上方制限曲線Ｅ以上での運
転を避けるため、中性子検出器１０からの出力信
号を一次遅れ回路１１に通した後、この出力信号
を基に、原子炉出力に応じた炉心流量要求下限信
号および再循環ポンプ速度要求下限信号を出す。
一次遅れ回路１１は、一時的な中性子束変動が、
再循環流量制御系に影響を与えることがないよう
に適切に選定した時定数を持つている。関数発生
器１２は、原子炉出力に応じた炉心流量要求下限
信号を出すものである。その信号は高値優先回路
１３で炉心流量要求設定器５の出力信号と比較さ
れ、炉心流量要求設定器５の出力信号が炉心流量
要求下限信号より低い場合、高値が優先され、原
子炉出力依存の運転領域制限曲線Ｆに沿つた炉心
流量要求信号を出す。なお、炉心流量要求設定器
５の出力信号が炉心流量要求下限信号より高い範
囲では、高値である炉心流量要求設定器５の出力
信号が優先され、従来通りの制御が可能である。
一方、機器保護のため、上記機能に優先して、再
循環ポンプ速度を低下させる必要がある場合、ま
たは流量制御器７を手動モードで操作する場合に
は、上記機能は効力が無くたるため、更にポンプ
速度要求信号の下限を設ける。関数発生器１４
は、第３図に示すごとく原子炉出力に依存した再
循環ポンプ速度要求下限値を与えるものである。
この信号は高値優先回路１５で低値優先回路８か
らのポンプ速度要求信号と比較され、低値優先回
路８からの信号が速度下限値よりも低い場合、高
値が優先され、再循環ポンプ速度最低値を原子炉
出力依存の運転領域制限曲線Ｆに沿うよう自動的
に設定する。

なお、警報設定器１６は、高値優先回路１５
で、関数発生器１２または１４の出力信号が優先
している場合、運転領域制限が作動中である旨の
出力信号を発する。また警報設定器１７は、原子
炉出力がＨよりも高いか否かを判定し、保護装置
に出力信号を与える。これらの機能によつて、再
循環ポンプに異常がない限りは、第２図に示す下
方制限曲線Ｄおよび上方制限曲線Ｅを遵守した運
転ができる。

第５図は、通常の起動停止過程を示したもので
ある。通例は、運転制限領域を避けるべく、ａ⇔
ｂ⇔ｃ⇔ｄ⇔ｅの過程で操作が行なわれ、ａ⇔ｂ
およびｃ⇔ｄ間は制御棒操作、ｂ⇔ｃおよびｄ⇔
ｅ間は再循環流量制御で出力制御を行なう。今、
ｂ点で運転員が再循環流量増加操作を省いて速度
Ｓ１のままで制御棒操作を続けると、原子炉出力
は曲線Ｆ（S1）に沿つて上昇し、上方制限曲線Ｅ
を超えることになる。本発明においては、原子炉
出力がＨに達した点ｆで、中性子検出器１０から
の信号に応じて、関数発生器１２および１４の出
力が増大し、炉心流量要求制限器５からの流量要
求信号および低値優先回路８からの速度要求信号
より大きくなり、高値が優先され、再循環ポンプ
速度をS1から漸増させるとともに、警報設定器
１６によつて、運転領域制限が作動中であること
を運転員に知らせる。運転員が、通常の起動過程
に戻さず、更に制御棒引抜きを続けた場合にも、
関数発生器１２または１４の出力信号によつて、
再循環ポンプ速度が原子炉出力に応じて自動的に
増大するため、ｆ→ｇ→ｈの曲線に沿つて原子炉
出力は増大し、上方制限曲線Ｅを守つた運転が行
なわれる。

また、停止過程において、ｄ点で制御棒挿入を
開始せず、更に再循環流量を低下し続け、再循環
流量制御系の要求信号がS2以下となつた場合
（又はそれと等価な炉心流量となつた場合）、警報
設定器１６は、運転領域制限が作動中であること
を運転員に知らせるとともに、高値優先回路１３
又は１５が作動し、再循環ポンプ速度がS2以下
に低下しないようにする。更に出力を低下させる
には、制御棒操作が必要となる。原子炉出力がＪ
以下に低下すると、出力に応じて再循環ポンプ速
度をS2以下に低下させることが可能となり、Ｈ
以下の出力では、S1まで低下可能となる。この
ように、本発明においては、運転性を損なうこと
なく、簡潔な装置で必要な運転領域制限を実現で
きる。

しかし、再循環ポンプ駆動電源Ａ１〜Amに異
常があり、多数台の再循環ポンプが停止している
場合、停止中の再循環ポンプを通じて冷却水が逆
流するため、炉心流量要求下限設定または再循環
ポンプ速度要求下限設定を行つても、必要な炉心
流量を確保できない。その結果、原子炉出力依存
の運転領域制限曲線Ｆ１がＦ２へ移動し、上方制
限曲線Ｅを遵守した運転ができなくなる。このよ
うな事態にも、上方制限曲線Ｅを遵守して運転可
能なように、再循環ポンプのうち多数台の停止を
引き起こすような異常が再循環ポンプ駆動電源Ａ
１〜Amのいずれかに生じた場合にも対処するよ
うになつている。すなわち、この異常を電圧が低
下したことで検出し、予め選定されている制御棒
を予め設定された挿入量だけ挿入して、原子炉出
力を低下させ、自然循環状態でも、上方制限曲線
Ｅを遵守した運転が可能な出力Ｈ以下に接行させ
る。このように原子炉出力をＨ以下に低下させる
には、所定の反応度を常に確保する必要がある
が、運転中には種々の制御棒パターンがあり、常
に所定の反応度を維持できるとは限らない。この
バツクアツプとして、予め定められた制御棒挿入
により原子炉出力が低下し、整定するに必要な時
間を待つて、それでも原子炉出力が所定の出力Ｈ
以下にならない場合には、原子炉緊急停止を実行
する。

第６図に、異常時にも、上方制限曲線Ｅを遵守
するのに必要な監視保護装置の概要を示す。

再循環ポンプ駆動電源Ａ１〜Amの異常を各母
線の電圧が低下したか否かを監視しておき、これ
らいずれかの母線電源異常が検出され、その際
に、原子炉出力が、自然循環状態でも上方制限曲
線Ｅを遵守できる出力Ｈよりも高い場合には、警
報設定器１７の出力信号で判断し、速やかに予め
選定された制御棒を挿入し、原子炉出力をＨ以下
に低下させる。一方、選択制御棒挿入にも拘ら
ず、数十秒たつても、警報設定器１７の出力信号
が原子炉出力がＨよりも高いことを示す場合に
は、適切な保護動作が行なわれていないと判断
し、原子炉を緊急停止する。

第７図は、本発明による監視制御装置の有効性
を示す過渡応答図である。

再循環ポンプ駆動電源Ａ１〜Amのいずれかあ
るいは多数個の異常が生じ、この電源により駆動
されている多数台の再循環ポンプがトリツプする
と、炉心流量Ｃ１は急激に低下する。この際停止
した再循環ポンプの流量Ｃ２は、ポンプ吐出圧が
下がるため急激に低下し、健全例のポンプ吐出圧
に押し込まれる形になり、逆流を始める。一方、
健全側のポンプ流量Ｃ３は、結果的にシステム圧
損が減少した形となるので、急激に増加する。健
全側ポンプのランアウト保護を目的として、再循
環ポンプ速度を低下させると、健全側のポンプ流
量Ｃ３もやがて低下する。これに伴い炉心流量Ｃ
１も徐々に低下することになる。原子炉出力Ｃ４
は、炉心流量の低下により減少するが、何ら保護
動作を行なわない場合には、第２図における出力
Ｈ以上の原子炉出力依存の流量制御曲線Ｆ２上に
整定するから、上方制御曲線Ｅ以上の領域で運転
されることになる。これに対し本発明を適用した
場合には、再循環ポンプ駆動電源Ａ１〜Amの異
常が検出された場合の原子炉出力が、設定値Ｈよ
りも高いことが確認されると、速やかに選択制御
棒が挿入され、出力が低下させられるため、原子
炉出力Ｃ５は第２図における出力Ｈ以下の原子炉
出力依存の流量制御曲線Ｆ２上で整定するから、
上方制限曲線Ｅより下の領域で運転されることに
なる。

また万が一、選択された制御棒の反応度が充分
でなく、原子炉出力Ｃ６が設定値Ｈ以下に低下し
ない場合には、所定の時間遅れで原子炉緊急停止
が生じ、上方制限曲線Ｅより上方で運転が継続さ
れることはなくなる。

なお、第６図において、選択制御棒挿入動作に
時間遅れを持たせると、不必要な選択制御棒挿入
を避けることもできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、再循環ポンプ速度下限を原子
炉出力に応じて設定することにより、運転領域制
限を行なうことができる。従つて、炉心流量検出
精度に影響を受けることなく、領域制限を厳密に
行ない、かつ種々の運転制限に対して柔軟に対応
でき、原子炉の運用性を高めることが可能であ
る。

また、異常状態に対しては、それを検出し、２
段階の保護動作を行なうので、通常時には誤つて
不必要な保護動作がなされることはなく、しかも
異常時に確実な保護動作を期待できる。

その結果、従来に比較し、より厳しい運転制限
領域にも対応できる一方、運転領域制限を緩和し
原子炉の能力を充分に発揮させるのに必要であつ
た保護動作用の諸設備を大幅に削減可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は多数台の再循環ポンプを有する原子炉
プラントの概略図、第２図は原子炉の運転領域説
明図、第３図は再循環ポンプ最低速度設定を説明
する図、第４図は本発明による再循環流量制御系
のブロツク図、第５図は本発明による通常時の保
護機能の説明図、第６図は本発明による異常時の
保護機能の説明図、第７図は原子炉プラントの過
渡応答図である。 １…原子炉、２…制御棒、３…制御棒駆動制御
系、４…再循環流量制御系、５…再循環流量要求
設定器、６…炉心流量検出装置、７…流量制御
器、８…低値優先回路、９…再循環ポンプ速度ラ
ンバツク信号、１０…中性子束検出器、１１…一
次遅れ回路、１２…関数発生器、１３…高値優先
回路、１４…関数発生器、１５…高値優先回路、
１６…警報設定器、１７…警報設定器、１８…運
転領域監視制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 全制御棒緊急挿入装置と予め選定した制御棒
   の挿入装置と運転員への警報装置と炉内計装信号
   による原子炉出力計装装置と多数の冷却材循環ポ
   ンプと前記制御棒挿入装置を制御する制御棒駆動
   制御系と前記循環ポンプの流量を変えるためにポ
   ンプ速度を制御する再循環流量制御系とを備えた
   強制循環タイプの沸騰水型原子炉において、 前記再循環流量制御系が、再循環流量要求設定
   器と、炉内計装された中性子検出器からの信号に
   基づいて原子炉出力に応じた炉心流量下限信号を
   出力する関数発生器と、前記設定器および関数発
   生器からの信号のうち高値を選択し出力する高値
   優先回路と、炉内計装された中性子検出器からの
   信号に基づいて原子炉出力に応じた再循環ポンプ
   速度要求下限信号を出力する関数発生器と、前記
   高値優先回路および前記再循環ポンプ速度要求下
   限信号関数発生器からの信号のうち高値を選択し
   出力する高値優先回路とを含み、 前記関数発生器が、原子炉出力レベルが所定出
   力以上となつた場合に、前記循環ポンプ速度要求
   信号下限値を原子炉出力増加分に応じて変化さ
   せ、再循環流量の下限値を制限する手段を有し、 前記制御棒駆動制御系が、前記原子炉出力に応
   じて前記選択制御棒の作動運転領域を設定し直す
   手段を含むことを特徴とする運転領域監視制御装
   置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、 循環ポンプ駆動電圧信号を監視する装置を含
   み、予め設定されたポンプ台数の前記電圧信号が
   予め設定された値以下になり、その時の原子炉出
   力レベルが予め設定された値以上である場合に、
   上記再循環流量の下限値制限で対応できない状態
   と判定し、選択制御棒を設定挿入量だけ挿入さ
   せ、原子炉出力を低下させる手段を含むことを特
   徴とする運転領域監視制御装置。 ３ 特許請求の範囲第２項において、 選択制御棒挿入ののち所定時間経過しても原子
   炉出力レベルが予め設定した値以下にならない場
   合、全制御棒緊急挿入装置により全制御棒を緊急
   挿入して、原子炉を緊急停止させる手段を含むこ
   とを特徴とする運転領域監視制御装置。 ４ 特許請求の範囲第２項または第３項におい
   て、 制御棒挿入条件が出現してから実際に制御棒挿
   入動作が開始するまでに一定の時間をもたせる遅
   延回路を含むことを特徴とする運転領域監視制御
   装置。