JPH0574037B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原子炉プラントの保護装置に係わ
り、特にプロセス信号検出系統に誤信号が発生し
た場合に、不用な安全保護動作を回避するのに好
適な原子炉プラントの保護装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、原子炉安全保護装置へ入力する信号につ
いては、検出系統誤信号による不用な安全保護動
作防止対策としては、安全保護論理を（１ out
of ２）twice ないしは２ out of ４とするこ
とによつて、単一系統の誤信号が発生しても安全
保護動作に至らないようにしている。またタービ
ン保護装置へ入力する信号については、検出系統
誤信号による不用な保護動作防止対策としては、
保護論理を２ out of ３とし、なおかつ、故障
信号が発生してから保護動作を開始するまでに時
間的な余裕が数秒あるものに対しては、誤信号を
無視するためのタイマーを設置している。しか
し、故障発生を検出してから瞬時に保護動作を行
なわなければならないものに対しては、タイマー
を設置していない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、安全保護動作の開始を遅らせ
るわけにはいかないので、タイマー及びフイルタ
は設けていない。従つて、共通モードの誤信号が
複数の検出系統に同時に生じた場合には、安全保
護動作が開始され、プラント自動停止に至る可能
性がある。

本発明の目的は、誤信号に対しては保護動作を
回避し、プラントの故障によつて生じる故障信号
に対しては時間遅れを生ずることなく保護動作を
行うことができる原子炉プラントの保護装置を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、誤信号が急激に増加する短時間の
パルス状信号でありプラント本来のプロセス異常
信号が、さほど急激に増加する信号でないと両信
号の特性差に着目し、信号検出系統のトリツプモ
ジユールの前に、信号変化率制限手段を設けるこ
とによつて達成される。安全保護装置をソフトロ
ジツクで構成する場合には、ソフトロジツクによ
つて変化率制限機能およびトリツプ機能を設ける
ことによつて達成される。

〔作用〕

信号変化率制限手段（ないしは信号変化率制限
機能）は、パルス状に急激に短時間発生する。検
出系統の誤信号を抑制するように動作する。な
お、プラント本体のプロセス量が異常状態となつ
た場合には、この異常信号が誤信号程急激に増加
しなく変化率制限にかからないので、安全保護動
作の発生に時間遅れが生じるという不都合が生じ
ない。

〔実施例〕

本発明の好適な一実施例である原子炉プラント
の保護装置を、第１図、第２図及び第３図に基づ
いて説明する。

炉心１を内蔵する原子炉圧力容器２は、格納容
器１０内に設置されている。原子炉圧力容器２内
で発生した蒸気は、主蒸気管３を通つてタービン
８に送られる。格納容器１０内に配置された内側
主蒸気隔離弁４及び格納容器１０外に配置された
外側主蒸気隔離弁５が、主蒸気管３に設けられ
る。６は、主蒸気管３に設けられる蒸気加減弁で
ある。タービンバイパス弁７が、主蒸気管と復水
器９を連絡するバイパス管２５に設置される。炉
心１の上方に配置された炉心スプレイヘツダ２６
は、圧力抑制室内のプール水２４を導くECCS系
に接続されている。原子炉出力を制御する制御棒
２２が、炉心１内に挿入される。原子炉圧力容器
２の気相部分に取付けられる計装配管１２ａ及び
原子炉圧力容器２の液相部分に取付けられる計装
配管１３ａに水位検出器１３が接続される。原子
炉圧力検出器１２が、計装配管１２ａに取付けら
れる。圧力検出器１４が主蒸気管３に設置され、
圧力検出器１５が格納容器１０に設けられる。中
性子検出器１１が、炉心１内に設置される。中性
子検出１１は、中性子束信号処理回路１６、変化
率制限器１７ｃ及びトリツプモジユール１８ｃを
介して安全保護論理回路２０に接続される。開閉
スイツチ２７が、変化率制限器１７ｃをバイパス
するように接続されている。原子炉圧力検出器１
２は、変化率制限器１７ｅ及びトリツプモジユー
ル１８ｅを介して安全保護論理回路２０に接続さ
れる。水位検出器１３は、変化率制御器１７ｄ及
びトリツプモジユール１８ｄを介して安全保護論
理回路２０に接続される。圧力検出器１４は、変
化率制限器１７ａ及びトリツプモジユール１８ａ
を介して安全保護論理回路２０に接続される。圧
力検出器１５は、変化率制限器１７ｂ及びトリツ
プモジユール１８ｂを介して安全保護論理回路２
０に接続される。安全保護論理回路２０の出力端
は、制御棒２２をスクラムさせる原子炉緊急停止
制御系２１及びECCS系２３のポンプに接続され
ている。

原子炉圧力検出器１２、水位検出器１３、圧力
検出器１４及び１５は、４重化されている。各々
の検出器に接続される変化率制限器及びトリツプ
モジユールも４重化されている。多数設けられる
中性子検出器１１も、幾つかのグループに分けら
れている。このグループ化された中性子検出器１
１の出力信号が、４重化されている中性子束信号
処理回路１６、変化率制限器１７ｃ及びトリツプ
モジユール１８ｃに入力されている。

第１図は原子炉安全保護機能を中心に示してあ
る。原子炉安全保護機能は大きく分けて２種類に
分けられる。第１の機能は、プラント異常時に、
検出系統でそれを検出し、安全保護論理回路２０
で論理判断をして原子炉緊急停止系２１に信号を
送り、制御棒２２を原子炉心１に緊急挿入する機
能である。この部分の安全保護論理回路２０の構
成例を第２図に示す。第２図中、破線で囲つた部
分が、安全保護論理回路２０内に存在する。前述
したように各プラント・プロセス量（検出器にて
測定される）毎に４個のトリツプモジユールＡ，
Ｂ，Ｃ及びＤ（例えば４個のトリツプモジユール
１８ｅに該当）を設けられている。これらのトツ
リプモジユールの出力信号のうち２つをスクラム
論理回路ＡのトリツプチヤンネルA₁及びA₂に入
力する。残りの２つの出力信号は、スクラム論理
回路ＢのチヤンネルB₁及びチヤンネルB₂に入力
される。スクラム論理回路ＡはチヤンネルA₁と
チヤンネルA₂とのOR回路を構成し、スクラム論
理回路ＢはチヤンネルB₁とチヤネルB₂とのOR回
路を構成している。スクラム論理回路ＡのOR回
路の出力及びスクラム論理回路ＢのOR回路の出
力は、原子炉緊急停止系作動回路２０Ａ及び２０
Ｂに入力される。原子炉緊急停止系作動回路２０
Ａ及び２０Ｂは、入力信号に応じて、スクラムパ
イロツト弁２８のソレノイド２９を励磁・無励磁
にする比較的出力の大きな電流信号を発生させ
る。３０は、制御棒２２のスクラム操作をコント
ロールする空気を流す計装用配管である。スクラ
ムパイロツト弁２８及び計装用配管３０は、原子
炉緊急停止制御系２１に設けられている。原子炉
緊急停止系作動回路２０Ａによる電流断と、原子
炉緊急停止系作動回路２０Ｂの電流断とのAND
条件によつて、スクラムパイロツト弁２８が無励
磁状態になり、制御棒２２が炉心１内に緊急挿入
される。

トリツプモジユールＡ，Ｂ，Ｃ及びＣは同種類
のプラントプロセス量（例えば「原子炉水位」）
に対するものである。原子炉スクラムをさせるプ
ラントプロセス量の代表例を示すと、下記のよう
になる。

(1) 格納容器圧力高、 (2) 原子炉圧力高、 (3) 原子炉水位低、 (4) スクラム・デイスチヤージ・ボリユーム水
位。

第２の機能は、原子炉一次系配管破断事故のよ
うに原子炉圧力容器２の保有水が喪失する事故が
万一発生した場合、それを検出系統で検出し、安
全保護論理回路２０で論理判断をし、緊急炉心冷
却系（ECCS系）２３を急速起動させて、炉心１
内に注水し、再冠水により炉心１の冷却を続行す
る機能である。また、この機能は主蒸気３３の破
断事故時には格納容器１０の内側主蒸気隔離弁４
および外側主蒸気隔離弁５を急速に閉じる機能も
有する。

安全保護論理回路２０内で第２の機能を実行す
る構成を第３図に示す。図中、破線で囲つた部分
が、安全保護論理回路２０内に存在する。各プラ
ント・プロセス量毎に設けられた４個のトリツプ
モジユール（例えばトリツプモジユール１８ａ）
の出力信号によつて（１ out of ２）×２の論理
信号を作る。３１及び３２はOR回路、３３は
AND回路である。AND回路３３は、第２図の構
成とは反対に常時無励磁の信号を出力し、事故信
号発生時に励磁信号を出力する。AND回路３３
の出力信号は、ECCS系２３を作動させるべく、
弁類やポンプ類へ伝達させる。ECCS系２３を作
動させるプラントプロセス量の代表例を示すと、
下記のようになる。

(1) 原子炉水位低 (2) 格納容器圧力高 さらに主蒸隔離弁４，５を自動閉させるプロセ
ス量の代表例は下記となる。

(1) 主蒸気管圧力低 (2) 原子炉水位低 (3) 主蒸気管流量大 (4) 復水器真空度低 本実施例による効果を以下に説明する。

(i) 中性子束高スクラム検出系統 この検出系統は、炉心１の中に多数個分散設置
された中性子束検出器１１の信号を、中性子束信
号処理回路１６にて加算して炉心平均中性子束信
号を合成し、所定の出力レベルの電流信号に変換
する。中性子束信号処理回路１６の出力信号が、
変化率制限器１７ｃを介してトリツプモジユール
１８ｃに入力される。トリツプモジユール１８ｃ
は、中性子束の値がスクラムレベルに達するとト
リツプ信号を発して、その出力信号と安全保護論
理回路２０に伝達する。安全保護論理回路の論理
構成は前述したように（１ out of ２）twice
〔または（２ out of ４）〕となつているため、
複数の信号検出系統がトリツプ信号を発し、上記
論理を満たす場合に、安全保護動作（原子炉スク
ラム）に至る。

ここで、地震等によつて、複数の検出系統に、
第４図ａに示すような、パルス状のノイズ信号が
加わつた場合を想定する。従来技術では、変化率
制限器１７ｃが設けられていなく第２図ａの信号
が、直接、トリツプモジユール１８ｃに入力され
るので、ノイズ信号がスクラム設定値を一時的に
超えるため、時刻ｔ＝t₁で原子炉スクラムに至
る。本来、この程度の短時間の中性子束上昇ない
しはノイズ信号では、炉心１の健全性維持のため
にスクラムするまでには及ばないものである。不
要なスクラムを回避するため、変化率制限器１７
ｃが設けられている。変化率制限器１７ｃは、変
化率の設定値を100％／秒程度に適切に設定して
いる。変化率制限器１７ｃにより第４図ａのノイ
ズ信号は第４図ｂに示すように制限され、変化率
制限器１７ｃの出力信号はスクラム設定値には至
らない。一方、出力運転中に生じ得るプラント異
常のうち、中性子束上昇速度が最も速く、中性子
束高にてスクラムする事象（再循環流量制御系の
誤動作による炉心流量急増）が生じた場合、第４
図ｃに示すようにｔ＝t₂秒にてスクラムに至る。
この場合、変化率制限100％／秒には抵触しない
ため、従来技術と同じタイミングでスクラムす
る。

変化率制限100％／秒に抵触するのは、プラン
ト起動過程で、原子炉が臨界近傍にある時の「制
御棒落下事故」である。このとき、運転モードス
イツチ１９の位置は「起動」モードとなつてい
る。

モードには「運転」、「起動」、「停止」、「燃料交
換」がある。出力運転中は「運転」モードである
ので、モードスイツチ「運転」以外で変化率制限
器１７ｃをバイパスさせる。従つて、万一制御棒
落下事故が生じても、従来技術と同じタイミング
でスクラムする。起動過程で、中性子束信号検出
系統に誤信号が発生して、原子炉スクラムに至つ
ても、未だ電力を送電していないので、プラント
運用に対する損失は少ない。

(ii) 原子炉圧力高スクラム検出系統 この検出系統は、原子炉圧力容器２の圧力を４
個の原子炉圧力検出器１２で検出し、４系統に分
離された検出系統により伝達される。従来技術で
は原子炉圧力検出器１２の出力信号が、例えば４
〜20mAの電流信号でトリツプモジユール１８ｅ
に入力され、原子炉圧力信号が「圧力高スクラ
ム」レベルに達すると１８ｅはトリツプ信号を発
して、それを安全保護論理回路２０に伝達する。
この論理回路構成、および安全保護動作は、中性
子束高スクラム検出系統と同じである。

定格出力運転中の原子炉圧力は約71Kg／cm²ｇで
あり、原子炉圧力高スクラム設定値は、これより
も約３Kg／cm²上方に設定されている。原子炉圧力
検出器１２のフルスケールは100Kg／cm²であるの
で、フルスケールの３％のノイズが共通モードで
生じると、原子炉スクラムに至る。ノイズ発生源
としては、計装配管１２ａ（４系統）のうちの複
数系統に同時に外部要因による衝撃が加わつた場
合が考えられる。

ここで、衝撃等によつて、複数の検出系統に、
第５図ａに示すようなパルス状のノイズ信号が加
わつた場合を想定する。従来技術では、ノイズ信
号がスクラム設定値を一時的に超えるため、時刻
ｔ＝t₁で原子炉スクラムに至る。本来、この程度
の短時間の圧力上昇、ないしはノイズ信号では、
原子炉圧力容器２の健全性維持のためにスクラム
するまでにはおよばないものである。本実施例で
は、不要なスクラムを回避するため、変化率制限
器１７ｅが前述したように設けられている。この
設定値を10Kg／cm²／秒程度に適切に設定する。第
５図ｂに示すようにノイズ信号は制限され、変化
率制限器１７ｅの出力信号は、スクラム設定値に
至らない。一方、出力運転中に生じ得るプラント
異常のうち、原子炉圧力容器２の圧力上昇が最も
早く、圧力高にてスクラムする事象（部分出力運
転時の負荷遮断・バイパス弁不作動）が生じた場
合、第５図ｃに示すようにｔ＝t₂秒にてスクラム
に至る。この場合、変化率制限10Kg／cm²／秒には
抵触しないため、従来技術と同じタイミングでス
クラムする。

(iii) タービン入口圧力低の検出系統 この検出系統は、主蒸気配管３の圧力をタービ
ン入口付近にて、タービン入口圧力検出器１４で
検出している。定格出力運転時のタービン入口圧
力は約67Kg／cm²ｇであり、圧力制御装置の故障等
で圧力が約60Kg／cm²ｇまで降下すると、すなわち
７Kg／cm²ｇ降下すると、主蒸気隔離弁が閉じ、こ
れによつて原子炉停止にいたる。圧力検出器１４
のフルスケールは100Kg／cm²ｇであるので、約７
％の圧力減少により、プラント停止となる。

（）項に示した例と同様の共通モードのノイ
ズが発生して過渡的に減圧方向に圧力検出器出力
信号が変化すると、プラント停止の可能性があ
る。

これを防止するために、本実施例では信号減少
方向の変化率を制限する変化率制限器１７ａが設
けられており、変化率制限器１７ａの出力信号
が、トリツプモジユール１８ａの設定値以下にな
つた場合にだけ、トリツプモジユール１８ａを動
作させればよい。この変化率の設定値も、（）
項に記したと同様な配慮をして、たとえば、−10
Kg／cm²／秒程度に設定すればよい。

以上は、代表例について、その実施例を示した
が、これ以外にも、第１図に示した原子炉水位検
出器１３、格納容器１０圧力検出器１５について
も変化率制限記１７ｄ，１７ｂを設けることによ
り、誤スクラム、不用な非常用炉心冷却系２３の
作動等を防止することができる。なお、これらの
変化率制限器を設けた場合でも、安全保護機能の
性能の低下をきたさない。

以上の例は原子炉安全保護機能について記した
が、同じ方法および装置は、タービン保護機能に
も適用可能である。

また、装置はアナログ計器ベースで記したが、
原子炉安全保護系やタービン保護系をマイクロプ
ロセツサで構築し、論理をソフトロジツクで処理
する装置についても、本方法を適用できる。

このように、本実施例によれば、従来技術の安
全保護機能、能力を確保しつつ、検出系統の誤動
作によつては、安全保護動作を回避でき、プラン
トの不用な自動停止等を防止できるという効果が
ある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、原子炉安全保護系の信号検出
系統やタービン保護系の信号検出系統に誤作動な
いしはノイズ発生があつても、プラント自動停止
及び緊急炉心冷却系の作動に至らず、プラントの
稼動率向上に寄与する効果がある。本発明は、変
化率制限器を付加するという簡単な方法で、従来
の安全保護機能の性能を損うことなく維持でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である原子炉プラン
トの保護装置の構成、第２図は安全保護論理回路
を構成する原子炉緊急停止回路の構成図、第３図
は安全保護論理回路を構成する、ECCS系作動回
路の構成図、第４図ａは第１図の中性子束高信号
検出系統から変化率制限器を取除いた従来例の特
性図、第４図ｂは第１図の中性子束高信号検出系
統の変化率制限器の特性図、第４図ｃは第１図の
中性子束信号検出系統のスクラム機能を示す特性
図、第５図ａは、第１図の原子炉圧力高信号検出
系統から変化率制限器を取除いた従来例の特性
図、第５図ｂは第１図の原子炉圧力高信号検出系
統の変化率制限器の機能を示す特性図、第５図ｃ
は第１図の原子炉圧力高信号検出系統のスクラム
機能を示す特性図である。 １……炉心、１１……中性子検出器、１２……
原子炉圧力検出器、１４……タービン入口圧力検
出器、１７ａ〜１７ｅ……変化率制限器、１８ａ
〜１８ｅ……トリツプモジユール、１９……運転
モードスイツチ、２０……安全保護論理回路、２
１……原子炉緊急停止系、２２……制御棒、２３
……非常用炉心冷却系（ECCS系）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プロセス量を検出する検出手段と、前記検出
   手段から出力されて信号レベルの増加領域及び減
   少領域を有する測定信号の前記増加領域における
   増加率が所定の増加率を越える場合には前記増加
   領域が前記所定の増加率で上昇する信号を出力
   し、前記測定信号の前記増加領域での増加率が前
   記所定の増加率を越えない場合には前記測定信号
   と実質的に同じレベルの信号を出力する信号変化
   率制限手段と、前記信号変化率制限手段の出力信
   号が所定のレベルに達した場合にトリツプ信号を
   出力する手段と、入力した前記トリツプ信号に応
   じて原子炉をスクラムさせる手段とを備えた原子
   炉プラントの保護装置。 ２ プロセス量を検出する検出手段と、前記検出
   手段から出力されて信号レベルの増加領域及び減
   少領域を有する測定信号の前記増加領域における
   増加率が所定の増加率を越える場合には前記増加
   領域が前記所定の増加率で上昇する信号を出力
   し、前記測定信号の前記増加領域での増加率が前
   記所定の増加率を越えない場合には前記測定信号
   と実質的に同じレベルの信号を出力する信号変化
   率制限手段と、前記信号変化率制限手段の出力信
   号が所定のレベルに達した場合にトリツプ信号を
   出力する手段と、入力した前記トリツプ信号に応
   じて非常用炉心冷却装置を作動させる手段を備え
   た原子炉プラントの保護装置。