JPH0631814B2 - 原子炉トリップの可変遅延装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は、概して、原子力プラントの保護作用を安全に
遅延させることに適用され、特に、蒸気発生器の低水位
保護作用、すなわち原子炉トリップ及び補助給水系の駆
動を可変的に遅延させるとともに、必要ならばトリップ
させることに適用されている。

従来技術の説明 現在の原子力プラントの保護作用系においては、複数の
蒸気発生器のうちいずれか１つの蒸気発生器内に低水位
が発生すると、原子炉をトリップさせると共に補助給水
系を駆動する。第１図は、４つの蒸気発生器(SG1、SG2、S
G3、SG4)を有するプラントにおける補助給水系の付勢並
びに原子炉トリップのロジックの一例を示す。各蒸気発
生器と関連した低水位指示器は、論理ＯＲゲート１４と
論理ＡＮＤゲート１５とを駆動する。１つの蒸気発生器
において低水位が指示されると、ＯＲゲート１４の出力
に信号が発生され、それにより原子炉トリップが開始さ
れると共に、モータ駆動される補助給水ポンプが駆動さ
れる。同様に、２つまたはそれ以上の蒸気発生器におい
て低水位が指示されると、ＡＮＤゲート１５の出力に信
号が発生され、それによりタービン駆動される補助給水
ポンプが駆動される。

これらの作用は、原子炉炉心を保護しかつ崩壊熱除去の
ための充分な熱シンクを維持するよう意図されている。
かかる保護作用が最も必要となるのは、プラントが全出
力で運転している間に、全蒸気発生器に対する給水が全
体的に減損するか、もしくは主給水管路が破裂したとき
であろう。従って、蒸気発生器の低水位保護系の論理及
び設定点は、仮定されたこれら制限状態の要件に従って
決定される。しかしながら、同じ保護機能はまた、プラ
ントの起動運転中ただ１つの蒸気発生器に対して給水を
終結させというようなより少ない制限状態の下でも発生
する。

原子力プラントの運転経験を概括的に見渡すと、もくろ
まれていないすべての原子炉トリップの多数のものが蒸
気発生器の低水位トリップ信号に帰因するということを
示している。事故分析のモデル及び仮定事項に内在しか
つ蒸気発生器の低水位原子炉トリップ設定点を決定する
ために適用される不必要な保守性を除去すれば、より制
限された条件の下で低水位トリップ設定点をプラント運
転中に選択的に下げるのを許容し、それにより、蒸気発
生器の低水位がトリップ設定点以下に落ちて原子炉を不
必要にトリップするという可能性を減じるであろう。不
運にも、蒸気発生器の低水位トリップ制定点を下げるこ
とは蒸気発生器の物理的な設計により制限される。従っ
て、不必要な原子炉トリップを除去することのできる系
統もしくは装置が必要である。

発明の概要 本発明は、１つもしくは２つ以上の蒸気発生器における
低水位状態から生じる原子炉トリップ及び補助給水系の
駆動を可変的に遅延させるための装置に適用されてい
る。該装置は、各蒸気発生器に低水位状態が存在するか
否かを検出するため、及び原子炉の出力レベルを検出す
るための複数個のセンサを含んでいる。可変時間遅延の
長さは、蒸気発生器の低水位状態の厳しさ、すなわち低
水位状態を受けている蒸気発生器の数、並びに原子炉の
出力レベルの関数として決定される。遅延期間の満了時
に、蒸気発生器の水位が回復していないならば、原子炉
はトリップされると共に補助給水系は駆動される。遅延
はこのように、オペレータの補修動作のための及び水位
の過渡変動の自然の安定化のための時間を提供する。こ
のような遅延中に水位が回復すれば、不必要な原子炉ト
リップは避けられるであろう。

本発明の一実施例は、低水位状態が発生した蒸発発生器
の数と、原子炉出力レベルが或る所定の出力レベル（例
えば、定格熱出力の１０パーセント及び５０パーセン
ト）を超えたか否かとを決定する複数個のセンサ及び付
随の論理回路が備えられて、１つもしくは複数の蒸気発
生器における低水位状態から生じる原子炉トリップ及び
補助給水系の駆動を可変的に遅延させるための装置に適
用されている。該装置には、付加的に、低水位状態が検
出されると起動される複数個のタイマが備えられてい
る。これらのタイマは、例えば、５秒、３０秒、１５０
秒、及び２８０秒の遅延に対応し得る。有効な遅延の長
さは、蒸気発生器の低水位状態及び原子炉出力レベルの
厳しさに基づいてタイマ出力信号の１つを選択するよう
な態様で結合された複数個の論理ゲートによって決定さ
れる。

原子炉のトリップ及び補助給水系の駆動は、もし、出力
レベルが定格熱出力の１０パーセントを超えかつ低水位
状態が１つ以上の蒸気発生器内に存在する場合には、５
秒だけ遅延され、もし、出力レベルが定格熱出力の５０
パーセントを超えかつ低水位状態がいずれか１つの蒸気
発生器内に存在する場合には、３０秒だけ遅延され、も
し、出力レベルが定格熱出力の１０パーセントと５０パ
ーセントとの間にありかつ低水位状態がいずれか１つの
蒸気発生器内に存在するならば、１５０秒だけ遅延さ
れ、そして、もし、出力レベルが定格熱出力の１０パー
セントより小さくかつ低水位状態が少なくとも１つの蒸
気発生器内に存在するならば、２８０秒だけ遅延され
る。遅延期間の満了時に、もし、蒸気発生器の水位が回
復されていないならば、原子炉はトリップされると共
に、補助給水系は駆動される。

本発明のもう１つの実施例は、原子炉の出力レベルに加
えて各蒸気発生器内に低水位状態が存在するか否かを検
出する複数個のセンサに応答して可変遅延の長さを決定
するマイクロプロセッサを備え、１つもしくは２つ以上
の蒸気発生器内の低水位状態から生じる原子炉のトリッ
プ及び補助給水系の駆動を可変的に遅延させる装置に適
用れている。遅延期間の満了時に、もし、蒸気発生器水
位が回復していないならば、原子炉はトリップされかつ
補助給水系は駆動される。

本発明の原子炉のトリップ及び補助給水系の駆動を可変
的に遅延させる装置は、蒸気発生器の低水位状態及び出
力レベルに基づいて可変的な時間遅延の長さを決定する
手段により、即座の保護作用を必要とする苛酷な低水位
過渡状態と、保護作用を不安なく遅延し得るそれ程苛酷
でない低水位過渡状態との間で、原子炉保護装置が識別
を行うのを可能とする。これら遅延を適用すると、蒸気
発生器の低水位の過渡状態が安定化して回復し、かつオ
ペレータが修正処理を取るための時間を許容し、これに
より、多くの不必要な原子炉トリップは取り除かれる。
本発明のこれら及び他の長所や利益は以下の好適な実施
例の説明から明瞭となるであろう。

本発明を明瞭に理解しかつ容易に実施し得るように、以
下、添付図面を参照して単に一例としての好適な実施例
を説明する。

好適な実施例の詳細な説明 第２図は、蒸気発生器の低水位原子炉保護作用を可変的
に遅延するための本発明の装置が用いられ得る、代表的
な加圧水型原子炉の概略図を示す。原子炉容器２０は、
冷却材流入口手段２１及び冷却材流出口手段２２を有し
ている。該原子炉容器２０は、主に制御棒２３の位置に
よって相当量の熱を発生する、複数の被覆核燃料素子か
ら主に成る（図示せず）を含んでいる。炉心によって発
生された熱は、入口手段２１を通して流入し、出口手段
２２を通して流出する、冷却材の流れによって炉心から
運ばれる。出口手段２２を通して流出する流れは、出口
管路２４を介し蒸気発生器２５に運ばれる。熱せられた
冷却材は、蒸気を生成するために用いられる水２７と熱
交換関係にある熱交換管２６を通して運ばれる。蒸気発
生器２５によって生成された蒸気は、以下に一層充分に
説明されるように、タービン２８を駆動して電気を生成
するために用いられる。冷却材の流れは、次に、蒸気発
生器２５から入口管路２９を介して入口手段２１に運ば
れる。このように、閉じた循環一次ループは、原子炉容
器２０と蒸気発生器２５とを結合する。ループの数、従
って、蒸気発生器の数はプラントごとに変わり、一般に
は２つ、３つまたは４つが用いられるけれども、第２図
に示された装置は、１つの閉じた流体の流れループでも
って示されている。

蒸気発生器２５の二次側は、熱交換管２６によって一次
ループから隔離されている。蒸気発生器２５内の水２７
は、一次冷却材と熱交換関係に置かれており、これによ
り、該水２７は、熱せられて蒸気すなわち水蒸気に変換
される。蒸気は、水蒸気管路３０を介してタービン２８
に流れる。タービン２８を通過した後、水蒸気は、復水
器３１内で凝縮される。復水すなわち水は、管路３２を
介して蒸気発生器２５の二次側に戻される。このよう
に、循環する二次ループは、蒸気発生器２５をタービン
２８に結合する。

第２図に示された装置の説明を完全にさせると、圧力差
センサ３３は、圧力タップ３４及び３５間の圧力差を測
定し、蒸気発生器２５内の水位２７を表わす信号３７を
生成する。センサ３６は、炉心（図示せず）内の中性子
束を測定し、原子炉の熱出力レベルを表わす信号３８を
生成する。

第３図は、代表的な３つの蒸気発生器のプラントにおけ
る補助給水系の概略図を示す。補助給水ポンプ４１、４
２及び４３は、補助給水源である復水貯蔵タンク４０か
ら補助給水管路もしくは導管４４を介して蒸気発生器２
５に給水を提供する。補助給水ポンプ４１及び４３はモ
ータ４５によって駆動されるが、補助給水ポンプ４２は
タービン４６によって駆動される。流量制御弁４７は、
各蒸気発生器２５に対する補助給水流の調節を可能にす
る。

第４図は、本発明の教示に従って構成された蒸気発生器
低水位原子炉保護システム５０を示す。原子炉出力レベ
ル信号３８は、２つの原子炉出力レベル双安定７４及び
７５に入力されて、それぞれ出力信号８４及び８５を生
成する。出力レベル双安定の数は、本システムの任意の
特定の履行に対して出力レベルが確実にされなければな
らない所望の正確さを示す。

蒸気発生器水位信号３７は、安全のための冗長条件を満
足するよう各蒸気発生器ループごとに設けられた、４つ
の別々の設定点双安定７０、７１、７２及び７３に並列
に入力され得る。４つの水位設定点双安定７０、７１、
７２及び７３は、それぞれ、数字８０、８１、８２及び
８３によって示される信号を生成する。

出力信号８０、８１、８２及び８３は、ＡＮＤゲート７
６に入力される。ＡＮＤゲート７６の数は、蒸気発生器
の数に対応する。有効な低水位状態が蒸気発生器ループ
内に存在するのを確実にするために、４つの水位双安定
７０、７１、７２及び７３のうちの２つが低水位状態を
示した場合にのみ、ＡＮＤゲート７６の出力信号８６
は、かかる低水位状態を示すであろう。各ＡＮＤゲート
７６からの出力信号８６は、ＯＲゲート７７及びＡＮＤ
ゲート７８の双方を駆動する。いずれの蒸気発生器ルー
プにおける低水位状態も、ＯＲゲート７７の出力に信号
８７が得られるようにする。同様に、２つまたはそれ以
上の蒸気発生器における低水位状態は、ＡＮＤゲート７
８の出力に信号８８が得られるようにする。

信号８４及び８５すなわちそれぞれ出力レベル双安定７
４及び７５によって生成される出力信号は、信号８４の
場合には、原子炉の出力が定格熱出力の５０％より少な
いときの高論理レベルに対応し、信号８５の場合には原
子炉出力が定格熱出力の１０％より少ないときの高論理
レベルに対応し得る。逆に、信号８４及び８５によって
それぞれ駆動されるＮＯＴゲート９１及び９２は、ＮＯ
Ｔゲート９１の場合には原子炉の出力が定格熱出力の５
０％を超えたとき、そしてＮＯＴゲート９２の場合には
原子炉出力が定格熱出力の１０％を超えたとき、それぞ
れ高論理レベル出力信号９３及び９４を出力し得る。シ
ステムに含まれる各出力レベル双安定ごとに１つのＮＯ
Ｔゲートが設けられる。

タイマ６０、６１、６２及び６３は、ＯＲゲート７７に
よって発生される信号８７によって駆動される。これら
タイマの各々は、或る出力レベル状態及び蒸気発生器低
水位状態下の受容可能な所定の時間期間でタイム・アウ
トするように設定されている。すべてのプラント動作の
パラメータが遅延期間中受容可能なレベル内に留どまる
のを確実にするように、広範囲に渡る分析が行われた。
これらの分析は、第５図に示す曲線に帰結した。一方の
曲線は、１つの蒸気発生器に低水位状態がある場合に、
定格熱出力のパーセントで表わされた出力レベルの関数
として、原子炉トリップ及び補助給水駆動の遅延時間を
１０００秒単位で示す。第２の曲線は、２つまたはそれ
以上の蒸気発生器に低水位状態がある場合の、同様の情
報を示す。これらの曲線を参照し、かつ最悪の場合の出
力レベルを仮定して、タイマ６０は、１５０秒の遅延に
セットされ得（１つの蒸気発生器の低水位、定格熱出力
の５０の出力）、タイマ６１は、３０秒の遅延にセット
され得（１つの蒸気発生器の低水位、定格熱出力の１０
０％の出力）、タイマ６２は、２８０秒にセットされ得
（２つまたはそれ以上の蒸気発生器の低水位、定格熱出
力の１０％の出力）、そしてタイマ６３は、５秒にセッ
トされ得る（２つまたはそれ以上の蒸気発生器の低水
位、定格熱出力の１００％の出力）。

タイマ６０の出力信号６６、ＮＯＴゲート９２の出力信
号９４、及び信号８４は、ＡＮＤゲート９５を駆動し；
タイマ６１の出力信号６７及びＮＯＴゲート９１の出力
信号９３は、ＡＮＤゲート９６を駆動し；タイマ６２の
出力信号６８、及び信号８５は、ＡＮＤゲート９７を駆
動し；タイマ６３の出力信号６９、ＮＯＴゲート９２の
出力信号９４及びＡＮＤゲート７８の出力信号８８は、
ＡＮＤゲート９８を駆動する。この構成は、原子炉出力
レベル、及び蒸気発生器低水位状態の厳しさに基づいて
安全に許容され得る、タイマ出力信号６６、６７、６８
及び６９の１つもしくは２つ以上の選択に帰結する。タ
イマ出力信号６６、６７、６８及び６９の１つ以上が選
択される場合には、タイマ６０、６１、６２または６３
と関連した信号６６、６７、６８または６９の最も短い
遅延期間に対応するものが、原子炉の保護作用を制御す
るであろう。

低水位状態が１つの蒸気発生器に存在し、そして原子炉
出力レベルが定格熱出力の１０及び５０％間にあるなら
ば、ＡＮＤゲート９５は、１５０秒の満了時に高論理レ
ベル出力を発生し得る。低水位状態が１つの蒸気発生器
に存在し、原子炉出力レベルが定格熱出力の５０％を超
えているならば、ＡＮＤゲート９６は、３０秒の満了時
に高論理レベル出力を発生し得る。低水位状態が２つま
たはそれ以上の蒸気発生器に存在し、原子炉出力レベル
が定格熱出力の１０％を超えている場合には、ＡＮＤゲ
ート９８は、５秒の満了時に高論理レベル出力を発生し
得る。原子炉出力が定格熱出力の１０％より小さく、低
水位状態が１つまたはそれ以上の蒸気発生器に存在する
ならば、ＡＮＤゲート９７は、２８０秒の満了時に高論
理レベル出力を発生し得る。この場合、原子炉出力レベ
ルが定格熱出力の１０％より小さいときには、タイマ６
３の出力がＡＮＤゲート９８によって阻止されるので、
影響を受けている蒸気発生器の数に無関係にタイマ６２
が保護作用を制御する。この設計は、低水位状態によっ
て影響されている蒸気発生器の数が変化するか、原子炉
出力レベルが蒸気発生器の低水位状態中に変動するかの
いずれかの場合に異なった時間遅延の選択を可能にす
る。さらに、保護作用を開始した状態が、存在しなくな
った場合には、システムはリセットされてどんな保護作
用も行われない。原子炉出力レベルが所定の出力レベル
の１つの超え、次に、それ以下に下がったときには、シ
ステムのリセットは所望されず、それ故、ラッチ（図示
せず）が設けられている。特性的には、出力レベルが変
動している場合には、蒸気発生器の水位が正常状態に戻
らない限り原子炉トリップが尚生じるように、出力レベ
ル信号８４及び８５、従って、信号９３及び９４はラッ
チされる。

ＡＮＤゲート９５、９６、９７及び９８のうちの１つの
出力端子に生じた信号は、原子炉の保護作用を開始す
る。原子炉トリップ信号９９は、第２図の制御棒２３が
原子炉心（図示せず）内に挿入されて、それ故、熱の発
生を停止させるようにする。補助給水駆動信号１００
は、補助給水ポンプ４１、４２及び４３に動力を供給す
るよう第３図のモータ４５及びタービン４６を駆動す
る。補助給水駆動信号１００はまた蒸気発生器２５への
補助給水の流れを可能とするように、第３図の流量制御
弁４７を開く。

第４図に示された論理回路は、原子炉のトリップ及び補
助給水系の駆動を可変的に遅延させるためのシステムの
１つの可能な構成を示す。該回路は、どのような数の蒸
気発生器ループをも収容するように拡張され得る。タイ
マの数も、第５図の曲線をいかに厳密にモデル化すべき
かに依存して変更され得る。

本発明の蒸気発生器の低水位原子炉保護装置の別の実施
は、第４図の論理回路の代わりに、第６図に示されたマ
イクロプロセッサ１１０の使用を伴う。第４図における
のと同様に、各ＡＮＤゲート７６からの出力信号８６
は、ＯＲゲート７７及びＡＮＤゲート７８の双方を駆動
する。低水位状態がいずれか１つの蒸気発生器に存在す
るときＯＲゲート７７の出力に得られる信号８７、並び
に低水位状態が２つまたはそれ以上の蒸気発生器に存在
するときＡＮＤゲート７８の出力に得られる信号８８
は、マイクロプロセッサ１１０に入力される。マイクロ
プロセッサ１１０はまた原子炉出力レベル信号３８をも
受信する。マイクロプロセッサ１１０は、低水位状態に
よって影響されている蒸気発生器の数、及び原子炉出力
レベルに基づいて実時間ベースで適切な遅延を決定する
よう、第５図に示された曲線でもってプログラム化され
得る。マイクロプロセッサ１１０によって信号９９及び
１００が発生され、それらは、蒸気発生器の水位が復帰
もしくは回復しない場合に、それぞれ、原子炉のトリッ
プ及び補助給水系の駆動を開始させるよう、既知の出力
インターフェース１１４を介して出力される。このマイ
クロプロセッサの実施に関して、１つの変更例は、第５
図の情報を収容したテーブルを組込むだろう。マイクロ
プロセッサ１１０は、低水位の過渡状態の苛酷さ及び測
定された出力レベルに基づいて遅延時間のテーブルを参
照することによって適切な遅延を決定するようにプログ
ラム化される。

本発明を例示的な実施例と関連して説明してきたけれど
も、多くの変更並びに修正が当業者には容易に明瞭とな
ることが理解されるであろう。従って、以上の説明及び
特許請求の範囲の記載はかかる変更及び修正のずべてを
包含するよう意図されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術による蒸気発生器低水位原子炉保護
装置を示すブロック図、第２図は、代表的な加圧水型原
子炉−蒸気発生器系統を概略的に示す系統図、第３図
は、代表的な４つの蒸気発生器補助給水系統を示す図、
第４図は、本発明の教示に従って構成された蒸気発生器
低水位原子炉保護装置を示すブロック回路図、第５図
は、保護作用の許容し得る遅延を原子炉出力レベルの関
数として２つの曲線で示す図、第６図は、本発明の教示
に従って構成された蒸気発生器低水位原子炉保護装置の
もう１つの実施例を示すブロック回路図である。図にお
いて、２０は原子炉容器、２３は制御棒、２５は蒸気発
生器、２７は水、２８はタービン、３１は復水器、３３
は圧力差センサ、３６は原子炉の熱出力レベル・セン
サ、３７は水位信号、３７は熱出力レベル信号、４０は
復水貯蔵タンク、４１〜４３は給水ポンプ、４５はモー
タ、４６はタービン、４７は流量制御弁、５０は蒸気発
生器低水位原子炉保護装置、６０〜６３はタイマ、７０
〜７３は水位設定点双安定、７４及び７５は出力レベル
双安定、７６はＡＮＤゲート、７７はＯＲゲート、７８
はＡＮＤゲート、９１及び９２はＮＯＴゲート、９５〜
９８はＡＮＤゲート、９９は原子炉トリップ、１１０は
マイクロプロセッサ、１１４は出力インターフェース、
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸気発生器の低水位状態から生じる原子炉
   トリップを可変的に遅延させる装置であって、 前記蒸気発生器の低水位状態が存在するか否かを検出す
   るための手段と、 前記原子炉の出力レベルを検出するための手段と、 前記蒸気発生器の低水位状態及び前記出力レベルに基づ
   いて可変的な時間遅延の長さを決定する手段と、 前記可変的な時間遅延の間は原子炉トリップを行わず、
   前記可変的な時間遅延の後、再度前記蒸気発生器の低水
   位状態が存在するか否かを検出し、前記低水位状態が検
   出されたときに前記原子炉をトリップさせる手段と、 を備えた原子炉トリップの可変遅延装置。