JPH06117602A - 圧力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】２次側出口圧力調節弁を操作するＰＩ制御回路
におけるゲイン設定を蒸気発生器の１次側入力温度か
ら、各種プラント状態に対応した２次側出口圧力の応答
特性により可変とした圧力制御装置を提供する。 【構成】圧力制御装置34は蒸気発生器１の２次側配管３
から流出する流体を一部分岐して２次側出口圧力調節弁
17を介し起動バイパス系統へ回収するラインを備えて前
記蒸気発生器１の２次側出口圧力を前記２次側出口圧力
調節弁17の操作により一定制御する圧力制御装置におい
て、前記蒸気発生器１の１次側入口温度および２次側出
口圧力と２次側出口圧力設定値26との偏差を入力して前
記蒸気発生器１の１次側入口温度に対応して前記２次側
出口圧力と２次側出口圧力設定値との偏差に乗じるゲイ
ンを設定する関数発生器32を備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速増殖炉発電プラン
トの主蒸気、給水系の制御に係り、特に起動時等プラン
ト状態の変化に対応した蒸気発生器２次側出口の圧力制
御を行う圧力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高速増殖炉による発電プラントにおける
主蒸気、給水系においては、通常、図３の系統構成図に
示すように図示しない高速増殖炉の発熱による熱エネル
ギーはナトリウム系統である蒸気発生器１の１次側配管
２から金属液体ナトリウム流により伝達され、蒸気発生
器１において主蒸気系である２次側配管３の上流に設け
た給水調節弁４を介して流される給水と熱交換し、給水
は高温の過熱蒸気となる。

【０００３】この過熱蒸気は、蒸気加減弁５を経由して
蒸気タービン６において発電機７を駆動して電気エネル
ギーに転換されて復水器８に至る。また前記蒸気加減弁
５の入口側よりタービンバイパス弁９が復水器８に接続
されている。復水器８では蒸気タービン６で仕事をした
蒸気が冷却、凝縮されて復水となり、復水ポンプ10，脱
気器11，低圧給水加熱器12，給水ポンプ13，および高圧
給水加熱器14を経由して給水となり、前記給水調節弁４
を経て蒸気発生器１に還流されるように構成されてい
る。

【０００４】また１次側配管２で蒸気発生器１の入口に
は１次側入口温度検出器15が設けられており、２次側配
管３で蒸気発生器１の出口には２次側出口温度検出器16
が設置されていて、この温度信号により前記給水調節弁
４が操作される。さらに、蒸気発生器１の２次側配管３
の出口側には２次側出口圧力調節弁17が分岐されてい
て、起動バイパス系統に接続している。

【０００５】同じく蒸気発生器１の２次側配管３の出口
側には２次側出口圧力検出器18が設置されており、前記
２次側出口圧力調節弁17は２次側出口圧力検出器18から
の圧力信号を入力する圧力制御装置19により操作され
る。なお、前記蒸気加減弁５の下流には主蒸気圧力検出
器20が取付けてあり、この圧力信号により前記蒸気加減
弁５およびタービンバイパス弁９の操作を行うようにな
っている。

【０００６】従来、発電プラントの定格運転時において
は、給水が給水調節弁４を介して蒸気発生器１に流入
し、１次側配管２のナトリウム系統と熱交換して蒸気と
なり高温の過熱蒸気となる。この過熱蒸気は蒸気加減弁
５を介して蒸気タービン６を回転させ、発電機７を駆動
して発電させる。蒸気タービン６の回転に供された蒸気
は復水器８において復水となり、復水ポンプ10，低圧給
水加熱器11，脱気器12，給水ポンプ13，高圧給水加熱器
14を経て、給水として蒸気発生器１へ還流する。

【０００７】一方、発電プラントの起動過程において
は、蒸気発生器１からの流体は２次側出口圧力調節弁17
を介して、図示しない起動バイパス系統に送り込まれ、
起動バイパス系統においては送り込まれた流体の熱回収
あるいは余剰ドレンの回収が行われる。

【０００８】蒸気発生器１への給水流量は、２次側出口
温度検出器16からの温度信号を図示しない制御回路に入
力して、プラント起動過程における初期段階では給水調
節弁４を操作することで給水流量フィードバック制御が
行われ、さらに蒸気発生器１の流動不安定現象を回避す
るために、蒸気発生器１から蒸気が発生する前に所定の
値まで増大される。

【０００９】蒸気発生器１の２次側出口温度がある値に
上昇してからは、同様に給水調節弁４を操作すること
で、蒸気発生器１の２次側出口温度をフィードバックし
た一定制御に移行する。蒸気発生器１の２次側出口圧力
は、蒸気タービン６側に蒸気を通気するまでは、２次側
出口圧力検出器18からの圧力信号を圧力制御装置19を介
してフィードバックし、２次側出口圧力調節弁17を操作
することで一定制御が行われる。

【００１０】さらに、蒸気タービン６側への蒸気通気以
降は、２次側出口圧力調節弁17による蒸気発生器１の２
次側出口圧力制御は停止して、図示しないタービン制御
装置により主蒸気圧力検出器20からの圧力信号をフィー
ドバックして、蒸気加減弁５あるいはタービンバイパス
弁９を操作させることで主蒸気圧力一定制御を開始す
る。

【００１１】次に、蒸気タービン６側への蒸気通気前、
すなわち、２次側出口圧力調節弁17による蒸気発生器１
の２次側出口圧力制御実施時期におけるプラントパラメ
ータの推移を図４の推移特性図を参照して説明する。な
お、図４（ａ）は蒸気発生器１の２次側出口圧力制御実
施時期21（横軸）における流量（縦軸）を示し、実線22
は１次側配管２のナトリウム流量、点線23は２次側配管
３の給水流量を示す。

【００１２】また図４（ｂ）は２次側出口圧力制御実施
時期21（横軸）における温度（縦軸）で、実線24は蒸気
発生器１の１次側入口温度、点線25は２次側出口温度を
示している。

【００１３】図４（ａ）の実線22に示すように１次側配
管２のナトリウム流量は、蒸気発生器１の２次側出口圧
力制御開始前において、図示しない１次側ナトリウム系
統のポンプが起動されるために、これ以降は一定流量に
保持される。しかしながら、２次側出口圧力制御開始後
は、原子炉核加熱を開始するためにナトリウム系統であ
る蒸気発生器１の１次側入口温度は、図４（ｂ）の実線
24に示すように一定の変化率で上昇する。この時に１次
側配管２の圧力は一定の状態にあると考えて良い。

【００１４】一方、２次側配管３の主蒸気、給水系統で
は蒸気発生器１により１次側配管２との熱交換が行われ
るが、給水流量は前述したように制御回路の働きによ
り、図４（ａ）の点線23で示すように、蒸気発生器１の
２次側出口温度の上昇に伴い増大制御が行われ、その後
一定値に制御される。

【００１５】従って、蒸気発生器１の２次側出口温度
は、図４（ｂ）の点線25で示すように、蒸気発生器１の
１次側入口温度（実線24）の上昇に伴い飽和温度までは
上昇するが、その後は一定温度の期間を経て再度過熱蒸
気となって上昇している。なお、一定温度の期間では、
蒸気発生器１の２次側出口の流体はクオリティが増加し
て、その状態が圧縮水〜２相流〜蒸気へと変化している
ことがわかる。

【００１６】蒸気発生器１の２次側出口圧力制御実施時
期21における２次側出口圧力調節弁17の開度変更に対す
る本パラメータの応答特性を図５の応答特性図により説
明する。この図５は、蒸気発生器１の２次側出口におけ
る圧力制御装置19を手動モードとして自動制御から切り
離した状態で、２次側出口圧力調節弁17の操作出力のス
テップ変更を行った際の、２次側出口圧力の応答波形を
表したものである。

【００１７】図５（ａ）は給水流量増大前，（ｂ）は給
水流量増大後の場合で、いずれも２次側出口流体が圧縮
水の状態であるが、給水流量が異なるために２次側出口
圧力調節弁17の同一の開度変更幅に対し、本弁での差圧
一定時における弁開度と流量の関係を示すＣＶ値の変化
量が異なる。この結果、図５（ｂ）に示す給水流量増大
後の方が、ＣＶ値の変化量が大きいために圧力の上昇率
も大きい。

【００１８】一方、給水流量増大後で、２次側出口流体
が図５（ｃ）に示す２相流、あるいは図５（ｄ）に示す
蒸気となっているケースでは、２次側出口圧力調節弁17
の同一の開度変更幅に対して流体の特性が圧縮水の状態
に比較して著しく変化しているために、いずれも圧力上
昇率は小さいものとなっていることがわかる。

【００１９】図６のブロック構成図は、従来例の２次側
出口圧力調節弁17を開閉操作して２次側配管３の圧力を
制御する圧力制御装置19を示す。この圧力制御装置19
は、自動モードにおいて２次側出口圧力検出器18からの
圧力信号と２次側出口圧力設定器26の設定値との偏差信
号を、ゲイン設定器27および積分器28で構成されるＰＩ
演算回路29に入力して、制御演算された信号により手動
／自動切替器30を介して２次側出口圧力調節弁17を操作
させる構成で、さらに、手動モードのための手動設定器
31からの信号が前記手動／自動切替器30で切替えられて
２次側出口圧力調節弁17に出力されるようになってい
る。

【００２０】この従来の圧力制御装置19による２次側出
口圧力調節弁17の操作は、自動モードにおいては２次側
出口圧力検出器18からの圧力信号と、２次側出口圧力設
定器26の設定値との偏差に対して、前述した種々のプラ
ント状態によって異なるパラメータの応答特性に関係な
く２次側出口圧力調節弁17の制御動作が常時一定とな
る。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】圧力制御装置19による
蒸気発生器１の２次側出口における圧力制御では、プラ
ント状態によって異なるパラメータの応答特性に関係な
く２次側出口圧力調節弁17を常時一定の制御動作させる
ため、特定のプラント状態では最適な制御特性が得られ
ても、このパラメータの応答特性が変化した他のプラン
ト状態でも同様に適切な制御特性を得ることは極めて困
難となる。

【００２２】この対策としては圧力制御装置19のＰＩ制
御回路29のゲイン設定を、蒸気発生器１の２次側出口圧
力の応答特性により可変にすることが必要となるが、蒸
気発生器１の２次側出口における流体の状態変化、およ
び２次側出口圧力調節弁17の開度によるＣＶ値変化量等
を検出してゲイン設定を可変化すること等は、夫々の検
出方法や制御回路が複雑となる支障がある。

【００２３】本発明の目的とするところは、２次側出口
圧力調節弁を操作するＰＩ制御回路におけるゲイン設定
を蒸気発生器の１次側入力温度から、各種プラント状態
に対応した２次側出口圧力の応答特性により可変とした
圧力制御装置を提供することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】蒸気発生器の２次側から
流出する流体を一部分岐して２次側出口圧力調節弁を介
し起動バイパス系統へ回収するラインを備えて前記蒸気
発生器の２次側出口圧力を前記２次側出口圧力調節弁の
操作により一定制御する圧力制御装置において、前記蒸
気発生器の１次側入口温度および２次側出口圧力と２次
側出口圧力設定値との偏差を入力して前記蒸気発生器の
１次側入口温度に対応して前記２次側出口圧力と２次側
出口圧力設定値との偏差に乗じるゲインを設定する関数
発生器を備えたことを特徴とする。

【００２５】

【作用】原子炉起動時等のプラント状態で、蒸気発生器
の２次側出口における流体の状態等が異なるが、圧力制
御装置における関数発生器は、蒸気発生器の１次側入口
温度からプラント状態を判別して、夫々の応答特性に対
応したゲイン設定を行う。これにより２次側出口圧力調
節弁に対して、圧力制御装置から常時、いずれのプラン
ト状態の場合にも最適な制御信号が出力されて、蒸気発
生器の２次側出口圧力が適切に制御される。

【００２６】

【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。なお、上記した従来技術と同じ構成部分については
同一符号を付して詳細な説明を省略する。図１のブロッ
ク構成図に示すように圧力制御装置34は、２次側出口圧
力検出器18からの圧力信号と２次側出口圧力設定器26の
設定値との偏差信号と共に、蒸気発生器１の１次側入口
温度検出器15からの温度信号を入力して、この温度信号
に対応して前記偏差信号に乗じるゲインを設定する関数
発生器32と積分器28からなるＰＩ演算回路33を具備す
る。

【００２７】さらに、手動モードのための手動設定器31
および、この手動設定器31からの信号と前記ＰＩ演算回
路33から出力される自動モードの信号を切替えて、２次
側出口圧力調節弁17に開閉操作信号を出力する手動／自
動切替器30により構成されている。

【００２８】すなわち、自動モードにおいては、蒸気発
生器１の２次側配管３の圧力信号と圧力設定値との偏差
信号、および１次側配管２の蒸気発生器１の入口温度信
号を、関数発生器32と積分器28で構成されるＰＩ演算回
路33に入力される。

【００２９】このＰＩ演算回路33で演算された制御信号
により手動／自動切替器30を介して２次側出口圧力調節
弁17を操作させるもので、さらに手動モードの場合に
は、手動設定器31からの信号が前記手動／自動切替器30
で切替えられて、手動設定器31で設定した信号により２
次側出口圧力調節弁17を操作する。なお、この圧力制御
装置34が適用される高速増殖炉の主蒸気、給水系は、上
記図３の系統構成図に示すものと同様である。

【００３０】次に、上記構成による作用について説明す
る。圧力制御装置34のＰＩ演算回路33におけるゲイン設
定が、蒸気発生器１の１次側入口温度により可変とされ
るため、蒸気発生器１の１次側入口温度の推移によって
２次側出口圧力調節弁17の制御動作が変化する。

【００３１】前述のように２次側出口圧力調節弁17の制
御時期においては、ナトリウム系統である１次側配管２
の蒸気発生器１の入口温度は、図４（ｂ）の実線24で示
すように原子炉出力の上昇に伴い常に一定の変化率で上
昇しており、２次側配管３における蒸気発生器１の出口
流体の状態（図４（ｂ）点線25）は、流量変化を含めて
蒸気発生器１の１次側入口温度に対応して一意的に定め
られるものである。

【００３２】さらに、２次側出口圧力調節弁17の操作に
よる蒸気発生器２次側出口圧力の応答特性は、同じく前
述した図５に示すように蒸気発生器１の２次側出口流体
の状態および流量に支配されている。すなわち、蒸気発
生器１次側入口温度により圧力制御装置34のゲイン設定
を可変設定することは、蒸気発生器１の２次側出口圧力
の応答特性に対応してＰＩ演算回路33のゲイン設定を可
変設定とすることと同等となる。

【００３３】図２の設定特性図は、圧力制御装置34の関
数発生器32において設定する関数の一実施例を示し、給
水流量増大前および給水流量増大後（圧縮水，蒸気）の
蒸気発生器１次側入口温度Ｔ1 〜Ｔ3 を横軸に、ゲイン
設定Ｋ1 〜Ｋ3 を縦軸としている。

【００３４】これにより、夫々のプラント状態における
２次側出口圧力調節弁17の制御動作による蒸気発生器１
の２次側出口圧力の応答特性は、前述のように（図５）
種々のケースがあるが、応答特性が速いプラント状態で
はゲイン設定を小さくし、逆の場合で応答特性が鈍いプ
ラント状態では、ゲイン設定を大きく設定して、いずれ
の場合にも適切な設定を行うことにより、夫々のプラン
ト状態において常時最適な２次側出口圧力の制御特性を
得ることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上本発明によれば、プラント状態によ
って異なる蒸気発生器２次側出口圧力の応答特性の変化
をナトリウム系統の蒸気発生器１次側入口温度によって
判断し、この上記応答特性に対応した制御回路のゲイン
を任意に関数設定することができる。

【００３６】従って、蒸気発生器１次側入口の温度信号
によりゲイン設定器を本パラメータによって可変設定可
能な関数発生器に置換える簡易な構成により、２次側出
口圧力の応答特性に応じて２次側出口圧力調節弁の制御
動作を変化させる常時最適な制御特性が得られる。

【００３７】これにより、原子炉起動時や系統外乱等に
対しても主蒸気系の圧力を容易に一定に保持することが
でき、高速増殖炉発電プラント運転の信頼性向上に大き
く寄与する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の圧力制御装置のブロッ
ク構成図。

【図２】本発明に係る一実施例の関数発生器の設定特性
図。

【図３】従来の高速増殖炉発電プラントの主蒸気、給水
系統構成図。

【図４】２次側出口圧力制御時期における発電プラント
のパラメータ推移特性図（（ａ）は流量、（ｂ）は温度
を示す）。

【図５】各プラント状態における２次側出口圧力の応答
特性図（（ａ）は給水流量増大前で圧縮水、（ｂ）は給
水流量増大後で圧縮水、（ｃ）は給水流量増大後で２相
流、（ｄ）は給水流量増大後で蒸気の場合を示す）。

【図６】従来の圧力制御装置のブロック構成図。

【符号の説明】

１…蒸気発生器、２…１次側配管、３…２次側配管、４
…給水調節弁、５…蒸気加減弁、６…蒸気タービン、７
…発電機、８…復水器、９…タービンバイパス弁、10…
復水ポンプ、11…脱気器、12…低圧給水加熱器、13…給
水ポンプ、14…高圧給水加熱器、15…１次側入口温度検
出器、16…２次側出口温度検出器、17…２次側出口圧力
調節弁、18…２次側出口圧力検出器、19，34…圧力制御
装置、20…主蒸気圧力検出器、21…２次側出口圧力制御
実施時期、22…実線（１次側のナトリウム流量）、23…
点線（２次側の給水流量）、24…実線（１次側入口温
度）、25…点線（２次側出口温度）、26…２次側出口圧
力設定器、27…ゲイン設定器、28…積分器、29，33…Ｐ
Ｉ演算回路、30…手動／自動切替器、31…手動設定器、
32…関数発生器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸気発生器の２次側から流出する流体を
   一部分岐して２次側出口圧力調節弁を介し起動バイパス
   系統へ回収するラインを備えて前記蒸気発生器の２次側
   出口圧力を前記２次側出口圧力調節弁の操作により一定
   制御する圧力制御装置において、前記蒸気発生器の１次
   側入口温度および２次側出口圧力と２次側出口圧力設定
   値との偏差を入力して前記蒸気発生器の１次側入口温度
   に対応して前記２次側出口圧力と２次側出口圧力設定値
   との偏差に乗じるゲインを設定する関数発生器を備えた
   ことを特徴とする圧力制御装置。