JPH0552991A - 原子炉給水制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】再循環ポンプランバック，再循環ポンプトリッ
プ，給水ポンプトリップ，原子炉スクラムの各信号を用
いてミスマッチゲインを変更する機能をもつ原子炉給水
制御装置を提供する。 【構成】沸騰水型原子炉１の水位を一定に制御するため
主蒸気流量信号７，給水流量信号１０，原子炉水位信号
２を用いるが、主蒸気流量と給水流量信号を水位信号に
換算するミスマッチゲインを再循環ポンプランバック２
４，再循環ポンプトリップ１４，給水ポンプトリップ１
９，原子炉スクラム１６の各事象発生時にミスマッチゲ
イン設定装置１７によって大きくし、実際より少ない給
水流量にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は沸騰水型原子力プラント
の原子炉給水制御系に係り、特に、通常運転時には原子
炉水位を安定に運転することを重視すると共に、過渡事
象発生時には原子炉水位の上昇をいち速く抑制し最適な
制御を行う給水制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の装置は、特開昭56−96298 号公報
に記載の給水ポンプの種類あるいは運転台数によってミ
スマッチゲインを変更するもの、また、特開平1−17890
0 号公報に記載の制御棒の挿入によってミスマッチゲイ
ンを変更するものである。前述の発明は、ミスマッチゲ
インを給水ポンプの種類あるいは運転台数に応じて最適
な値に切り換えるものであり、給水系の状態、あるい
は、状態の変化に対応し、最適な制御を行おうとしたも
のである。後述の発明は、制御棒挿入により減少する主
蒸気流量と制御棒挿入に伴い低下する原子炉水位を抑制
するように増加する給水流量で制御棒挿入以後の原子炉
水位回復時に水位が上昇しすぎないように、ミスマッチ
ゲインを大きくして早めに給水流量を絞り込む方法であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、給
水制御装置のミスマッチゲインを給水系の状態および制
御棒の挿入によって切り換え原子炉水位を制御している
が、その他の原子炉水位上昇事象に対して考慮されてお
らず、再循環ポンプランバック，再循環ポンプトリッ
プ，原子炉スクラムの各事象が発生した場合にはミスマ
ッチゲインが変更されず原子炉水位が上昇して水位高タ
ービントリップ等に至る可能性があった。

【０００４】また、上記従来技術では給水ポンプトリッ
プ時の水位制御性についても考慮されておらず、水位の
低下が大きくなる傾向があった。

【０００５】本発明の目的は、制御棒の挿入以外の過渡
事象が発生した場合にも水位の上昇を抑制すると共に、
給水ポンプトリップ時の水位低下量を抑制することによ
って不要なプラント停止及び原子炉隔離を防ぎ、プラン
トの稼働率向上，運転員の負担軽減を目的とした原子炉
給水制御装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、給水制御系のミスマッチゲインに着目し、主蒸気流
量と給水流量のミスマッチにより水位が上昇又は低下す
る事象時にはミスマッチゲインを大きくし、それ以外の
通常運転時には原子炉水位の応答を重視するようミスマ
ッチゲインを小さくする機能を給水制御装置に持たせ
た。

【０００７】ここで、まず、ミスマッチゲインを大きく
すると主蒸気流量と給水流量の偏差（ミスマッチ）によ
り生じる水位の変化を抑制できるかどうかを簡単に説明
する。

【０００８】原子炉の水位は、いわゆる、原子炉内の水
の量であり原子炉から出て行く蒸気の量（主蒸気流量）
と原子炉に入ってくる水の量（給水流量）のバランスに
密接に関係している。そして、主蒸気流量が給水流量よ
り少なくなると原子炉水位は上昇し、逆に、主蒸気流量
が給水流量より多くなると原子炉水位は低下する。

【０００９】ミスマッチゲインとはこの関係を利用し、
給水流量と主蒸気流量の偏差を原子炉水位信号に換える
もので、原子炉の水位変化を先行的に予測して制御しよ
うという機能である。このため、ミスマッチゲインを大
きくすると主蒸気流量と給水流量の偏差に対する原子炉
水位変化信号が大きくなり先行的な制御能力が強くな
る。これにより、主蒸気流量と給水流量が大きく変化
し、その結果、主蒸気流量と給水流量に偏差が生じ水位
が変化する事象時には、ミスマッチゲインが大きい方が
先行的な制御能力が強いため水位変化も小さくなるので
ある。しかし、通常の運転状態のように主蒸気流量と給
水流量があまり変化しない状態では、ミスマッチゲイン
を大きくして運転すると原子炉水位の変化に対する応答
が遅くなる。これは、水位変化に対し給水流量を変化さ
せた時に、主蒸気流量と給水流量にミスマッチが生じこ
の給水流量の変化を抑制する方向に制御系が働くため
で、ミスマッチゲインが大きいとこの効果が強く水位の
変化に対する応答が逆に遅くなるのである。

【００１０】以上のことより、ミスマッチゲインを大き
くするのは、主蒸気流量と給水流量のミスマッチにより
水位が変化するプラントの異常な過渡変化事象時だけと
する。このため異常な過渡変化事象の信号として、再循
環ポンプランバック信号，再循環ポンプトリップ信号，
給水ポンプトリップ信号，原子炉スクラム信号の各信号
を原子炉給水制御装置に取り込み、ミスマッチゲインを
変更（大きく）する。

【００１１】

【作用】まず、原子炉スクラム時には、原子炉スクラム
により炉心内のボイドがつぶれて原子炉水位が低下し給
水流量は増加する。一方、主蒸気流量はスクラムによる
原子炉出力低下で減少する。このため原子炉水位が上昇
するがミスマッチゲインを大きくすることによって、先
行的な制御能力が強くなり、図３に示すように給水流量
の絞り込みが早くなり原子炉水位の上昇を抑制すること
ができる。

【００１２】次に、給水ポンプトリップ時であるが、本
事象時には給水ポンプトリップにより給水流量が減少し
原子炉水位が低下する。しかし、この事象時にもミスマ
ッチゲインを大きくすることによって給水流量を増加さ
せる方向となるため原子炉水位の低下量も、図４に示す
ように小さく抑制できる。

【００１３】最後に再循環ポンプトリップ及び再循環ポ
ンプランバック時であるが、本事象時には原子炉出力の
低下により主蒸気流量が減少し、給水流量とのミスマッ
チで原子炉水位が上昇する。この場合も、ミスマッチゲ
インを大きくすることによって先行的な制御能力が強く
なり、図５に示すように、給水流量の絞り込みが早くな
り原子炉水位の上昇を抑制することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。本図は本発明の原子炉給水制御装置を備えた沸騰水
型原子力プラント例の概要図である。原子炉１内の水位
制御は、下記の方法で行われる。まず、原子炉水位信号
２を水位設定器３によって設定された水位設定信号４と
比較し、その差である水位偏差信号５に、主蒸気流量と
給水流量の偏差にミスマッチゲインを乗じて求めた水位
偏差予測信号２０を加算した後の信号である水位偏差補
正信号２を、水位制御器１８に入力する。そしてこの水
位制御器の出力信号（給水流量要求信号２２）で給水ポ
ンプの回転数または給水調整弁の開度を調節し、給水流
量を調整することで原子炉水位を一定に保っている。ま
た、蒸気流量信号７は主蒸気配管６に取りつけられた主
蒸気流量計から取り込み、給水流量信号１０は給水配管
９に取りつけられた給水流量系計から取り込む。

【００１５】ここで原子炉スクラム，給水トリップ，再
循環ポンプトリップ及び再循環ポンプランバック時に
は、原子炉スクラム信号１６，給水ポンプトリップ信号
１９，再循環ポンプトリップ信号１４，再循環ポンプラ
ンバック信号２４を安全保護系１５，給水ポンプ８，再
循環ポンプ１１及び再循環流量制御装置１３からミスマ
ッチゲイン設定装置１７に取り込み、ミスマッチゲイン
を変更して水位の変動を抑制する。ミスマッチゲインを
変更するロジックを図２に示す。ミスマッチゲイン設定
装置１７は主蒸気流量と給水流量のミスマッチ量信号２
５を取り込み、それにミスマッチゲインを乗じて水位偏
差予測信号２０を出力する装置である。ここで安全保護
系１５からの原子炉スクラム信号１６，給水ポンプ８か
らの給水ポンプトリップ信号１９，再循環ポンプ１１か
らの再循環ポンプトリップ信号１４，再循環流量制御装
置１３からの再循環ポンプランバック信号２４をミスマ
ッチゲイン設定装置１７に取り込み、これらの信号をＯ
Ｒ回路からの出力信号（ミスマッチゲイン変更信号２
１）により、水位偏差予測信号２０がミスマッチゲイン
Ｋ１の出力信号からミスマッチゲインＫ２の出力信号に
切換わる。これにより原子炉スクラム，給水ポンプトリ
ップ，再循環ポンプトリップ及びランバック時にミスマ
ッチゲインが変更されることになる。

【００１６】なお、ミスマッチゲイン変更信号はある決
められた時間が経過した後でリセット可能となり自動的
に又は手動押ボタンでリセットし、ミスマッチゲインは
通常の小さな値に再設定される。

【００１７】次に、ミスマッチゲインを変更すること
で、どのように水位変動が抑制できるかをスクラム時の
プラント挙動と給水ポンプトリップ時のプラント挙動を
例にして以下説明する。

【００１８】まず、スクラム時のプラント挙動とミスマ
ッチゲイン変更による制御信号の動きから水位変動（上
昇）がどのように抑制されるか図３を用いて説明する。

【００１９】スクラム時には、まず、制御棒の全挿入に
より出力が低下すると共に炉心内のボイドがつぶれて水
位が減少する。このため、給水制御系の働きで給水流量
が増加し水位の低下を抑制するが、出力の低下により主
蒸気流量が減少しているため、給水流量と主蒸気流量の
ミスマッチゲインで原子炉水位は上昇する。この時、給
水流量は水位の上昇と共に絞り込まれるが、この絞り込
み開始時間及び絞り込み量がミスマッチゲインによって
異なる。ミスマッチゲインを大きくするとミスマッチ量
に対する水位偏差予測信号が大きくなるため、主蒸気流
量＜給水流量の条件では給水流量要求信号の絞り込みは
早く、しかも大きくなる。このため図に示すようにミス
マッチゲインが大きい方が制御信号及び給水流量の絞り
込みが早くなり、水位の上昇も小さく抑えられる。

【００２０】次に、給水ポンプトリップのプラント挙動
とミスマッチゲイン変更による制御信号の動きから水位
変動（下降）がどのように抑制されるか図４を用いて説
明する。給水ポンプトリップ時には、まず、給水ポンプ
のトリップにより給水流量が減少し原子炉水位が低下す
る。このため、給水制御系の働きで給水流量が増加する
が、この時の増加割合がミスマッチゲインによって異な
る。ミスマッチゲインを大きくするとミスマッチ量に対
する水位偏差信号が大きくなるため、主蒸気流量＞給水
流量の条件では給水流量要求信号の増加が早く、しかも
大きくなる。このため図４に示すように、ミスマッチゲ
インが大きい方が制御信号及び給水流量の増加が早くな
り水位の低下を小さく抑えられる。

【００２１】最後に、通常の運転時であるが、通常の運
転状態では主蒸気流量及び給水流量が大きく変動するこ
とがない。このため、ミスマッチゲインを大きい状態の
ままに設定して置くと、原子炉水位変化時の給水流量の
応答が遅くなる。この理由を以下で説明する。まず、原
子炉水位が変動（上昇）すると給水制御系の働きで給水
流量が減少し原子炉水位の変動を抑制しようとする。こ
こでミスマッチゲインが大きいと、給水流量と主蒸気流
量の間に偏差が生じ（給水流量＜主蒸気流量）水位偏差
予測信号が大きくなり給水流量の減少を抑制する。

【００２２】このため、原子炉水位上昇量及び原子炉水
位の通常水位への復帰が遅くなる。これにより通常運転
時はミスマッチゲインが小さい方が制御性が良いことが
わかる。

【００２３】本発明による給水制御装置を採用すること
により、原子炉スクラム時，給水ポンプトリップ等の異
常な過渡変化時の水位変動が抑制され、通常運転時の水
位制御性も維持できる。

【００２４】

【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、原子炉スクラム信号，給水ポンプトリップ
信号，再循環ポンプトリップ信号，再循環ポンプランバ
ック信号によってミスマッチゲインを変更することで、
不要な警報やトリップの発生を最小限に抑えることが可
能となり、原子炉水位の静定時間を短縮することが可能
となるため、運転員の負担軽減，プラントの稼働率向上
を図ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例であるミスマッチゲイン変更機
能を備えた原子力プラントの系統図。

【図２】ミスマッチゲインを変更するためのミスマッチ
ゲイン設定装置の説明図。

【図３】原子炉スクラム信号によってミスマッチゲイン
を変更した場合とそうでない場合のプラント挙動の比較
説明図。

【図４】給水ポンプトリップ信号によってミスマッチゲ
インを変更した場合とそうでない場合のプラント挙動の
比較説明図。

【図５】再循環ポンプトリップ信号，再循環ポンプラン
バック信号によってミスマッチゲインを変更した場合と
そうでない場合のプラント挙動の比較説明図。

【符号の説明】

１…原子炉、３…水位設定器、６…主蒸気流量、８…給
水ポンプ、９…給水流量、１１…再循環ポンプ、１２…
再循環流量、１３…再循環流量制御装置、１５…安全保
護系、１７…ミスマッチゲイン設定装置、１８…水位制
御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】沸騰水型原子力プラントにおいて、再循環
   ポンプランバック，再循環ポンプトリップ，給水ポンプ
   トリップおよび原子炉スクラム等のプラントの異常状態
   発生時に、主蒸気流量と給水流量のミスマッチ量を原子
   炉水位に換算する補正定数であるミスマッチゲインを変
   更することを特徴とする原子炉給水制御装置。