JPH063476A - 原子炉出力調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】運転員が予め入力した炉心流量変動幅の範囲
内、および燃料の熱的制限値内においてのみ制御棒操作
を許可して、炉心の安全性を維持して出力調整を行う原
子炉出力調整装置を提供する。 【構成】原子炉出力調整装置10は、沸騰水型原子炉の制
御棒パターン調整による出力制御に際し、予め設定され
た制御棒パターン調整手順12と炉心流量変動幅の制限値
から制御棒パターン調整手順による操作結果が炉心流量
変動幅の制限値を超えた時に操作指令を停止する出力制
御手段11を具備する。また原子炉出力調整装置20は、炉
心性能予測計算を行い燃料の熱的制限値および炉心流量
変動幅が制限値を超えると予測した時には操作指令を停
止する炉心性能予測計算手段21および出力制御手段11を
具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原子炉の出力調整装置に
係り、特に沸騰水型原子炉の制御パターン変更時におい
て、適切な原子炉出力および炉心流量による運転状態を
安全に達成する原子炉出力調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に沸騰水型原子炉においては、炉心
流量と制御棒の挿入量とによって炉心の反応度を制御
し、定格出力運転を行っている。図４の余剰反応度特性
図は、炉心における余剰反応度の燃焼度に対する変化の
一例を示したもので、余剰反応度は曲線１で示すよう
に、燃焼サイクル初期から中期にかけての期間ａでは上
昇傾向となり、その後の期間ｂでは減少して、サイクル
燃焼度９Ｇwd／ｔにおいて零となる。

【０００３】通常の原子炉運転中は、期間ａでは燃焼の
進捗による反応度の増加を補償するために、炉心流量を
減少させて定格出力運転を維持する。しかしながら、従
来の炉心流量による調整範囲は下限値90％定格流量か
ら、上限値 100％定格流量までの10％程度の狭い幅であ
り、これは反応度にすると 0.3％Δｋ程度と小さい。

【０００４】このために、燃焼サイクル初期から中期の
期間ａでは炉心流量が調整範囲の下限に達して、炉心流
量調整だけでは一定出力を維持できなくなる。そこで、
従来はこのような場合には制御棒の挿入を行い、反応度
調整を行っている。この制御棒による制御棒パターンの
変更例を図５の制御棒パターン図にて示す。なお、図５
（ａ），（ｂ）において、各制御棒に表示した数値は、
夫々における炉心への挿入度Ｎを示し、全挿入の状態か
らＮ／48だけ引き抜かれていることを表す。

【０００５】すなわち、図５（ａ）において14の数値が
記入された制御棒２は、全挿入の状態から14／48だけ引
抜かれていることを表しており、数値が記入されていな
い制御棒３は全引抜き状態（48／48）を示している。ま
た図５（ｂ）においては、前記図５（ａ）で引抜き状態
であった21本の制御棒のうち、符号ｃを付した16本の制
御棒が夫々、図５（ａ）の炉心状態から２／48だけ挿入
されていることが分かる。

【０００６】一方、前記図４に示す燃焼サイクル後半の
期間ｂにおいては、期間ａの状態とは逆に燃焼が進むに
従って反応度は低下する。従って、適宜、炉心流量を増
加させて定格出力の維持を行うが、炉心流量が上限値に
達した際には、制御棒２の引抜きを行って炉心の反応度
の調整を行う。

【０００７】図６の制御棒パターン図は、この時の制御
棒引抜きの一例を示している。すなわち、図６（ｂ）に
おいては、炉心に挿入されている９本の制御棒２のう
ち、符号ｄを付した８本の制御棒が、図６（ａ）に示す
炉心状態から夫々、２／48だけ引抜かれていることを表
す。

【０００８】しかしながら、従来の多くの場合に、この
ような制御棒パターン変更を行う際には、原子炉出力を
一旦60％〜90％定格程度まで低下させる必要がある。こ
れは、燃料の出力を或る出力以上に上げる場合には、出
力上昇率を充分低くして燃料ペレットと燃料被覆管との
機械的干渉を和らげるため、一種の慣らし運転を行う必
要があるからである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】近年開発された新型燃
料については、炉心に装荷された際における慣らし運転
の必要がなく、また炉心流量の運転範囲も85％から 105
％の20％幅へと拡大されているため、燃料の経済性を高
める目的で、制御棒パターンの変更を定格出力または、
それに近い高出力を維持したままで行うことが可能とな
っている。

【００１０】しかしながら、高出力での制御棒パターン
の変更を従来の出力調整方法で行うと、制御棒操作によ
って変化した出力を元のレベルに戻すように炉心流量を
自動的に変化させるため、実施された制御棒パターンの
変更が大きいと炉心流量の変動幅も自動的に大きくな
る。

【００１１】従って、このために定められた炉心流量の
運転範囲を逸脱したり、炉心状況が変化して燃料の熱的
制限値を超える可能性があっても、それを予測すること
や、また制御棒操作を自動的に阻止することもできない
ため、炉心に過剰な負担が掛かると共に、監視と調整を
行う運転員にも負担が加わるという支障があった。

【００１２】本発明の目的とするところは、運転員が予
め入力した炉心流量変動幅の範囲内、および燃料の熱的
制限値内においてのみ制御棒操作を許可して、炉心の安
全性を維持して出力調整を行う原子炉出力調整装置を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】炉心流量と制御棒の挿抜
により出力調整を行う沸騰水型原子炉において、制御棒
パターン調整による出力制御に際して炉心流量信号と制
御棒パターン信号および予め設定された制御棒パターン
調整手順と炉心流量変動幅の制限値を入力して前記設定
された制御棒パターン調整手順による操作結果から炉心
流量変動幅が所定の制限値を満足する否かを判定して、
制限値を超えた時には操作指令を停止する出力制御手段
を具備したことを特徴とする。

【００１４】また炉心流量信号と制御棒パターン信号お
よび制御棒パターン調整手順と炉心流量変動幅の制限値
を入力して炉心性能予測計算を行い予測計算結果から燃
料の熱的制限値および炉心流量変動幅が所定の制限値を
満足する否かを判定して予測計算結果が制限値を超える
と予測された時には操作指令を停止する炉心性能予測計
算手段および出力制御手段を具備したことを特徴とす
る。

【００１５】

【作用】制御棒パターン調整による原子炉出力制御を、
予め操作員が設定した制御棒パターン調整手順入力装置
の一連の制御棒パターン調整手順により実施すると共
に、出力制御手段、あるいは出力制御手段と炉心性能予
測計算手段により、操作中の炉心流量変動幅が予め操作
員が設定した制限値を超えた場合、あるいは３次元核熱
水力モデルによる予測計算で燃料の熱的制限値、または
前記炉心流量変動幅を超えると予測された場合には、制
御棒パターン調整手順の操作を停止することにより、一
連の制御棒操作に伴う炉心状況の過剰変化を抑制して、
炉心の安全性を維持した制御棒パターン調整を行う。

【００１６】

【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。図１は原子炉出力調整系の構成図で、原子炉圧力容
器４内に収容された炉心５には、複数本の制御棒２が制
御棒駆動機構６により挿入、引抜きされるようになって
いる。

【００１７】また原子炉圧力容器４の外部に設置された
再循環ポンプ７は、再循環ポンプ制御回路８によって速
度制御されるようになっていて、この速度制御により調
整された炉心流量の信号は、再循環ポンプ制御回路８か
ら原子炉出力調整装置10に伝達される。

【００１８】さらに、制御棒２は制御棒挿入制御回路９
により制御棒駆動機構６を介して、その挿入度が制御さ
れるようになっていて、現状の制御棒パターン信号が、
前記原子炉出力調整装置10に出力されるようになってい
る。

【００１９】この原子炉出力調整装置10には、読取り部
と判定・指令部等からなる出力制御手段11が構成されて
いて、前記再循環ポンプ制御回路８と制御棒挿入制御回
路９と共に、運転員により入力、設定される制御棒パタ
ーン調整手順入力装置12と夫々信号線で接続されてい
る。

【００２０】原子炉出力調整装置10では再循環ポンプ制
御回路８からの炉心流量信号と制御棒挿入制御回路９か
らの現状制御棒パターン信号、さらに、制御棒パターン
調整手順入力装置12からの信号を入力して、制御棒パタ
ーン調整手順入力装置12に設定された制御棒パターン調
整手順および、これによる炉心流量変動幅の設定された
制限値との判定、と前記制御棒パターン調整進行の可否
等の指令を再循環ポンプ制御回路８と制御棒挿入制御回
路９等へ出力するように構成されている。なお、上記原
子炉出力調整装置10は一般に電子計算機により構成して
いる。

【００２１】次に、上記構成による作用について説明す
る。予め運転員は制御棒パターン調整手順を設定し、こ
の一連の操作を制御棒パターン調整手順入力装置12に入
力する。なお、このとき運転員が設定するのは制御棒操
作順序であるが、同時に所望の炉心流量変動幅も制限値
として入力する。

【００２２】この炉心流量変動幅ΔＷは、例えば運転員
が一連の制御棒操作で炉心流量を５％以上変化させたく
ない場合は、次の式(1) に示すように入力しておく。 炉心流量変動幅ΔＷ＝（定格炉心流量）×５／１００ …(1)

【００２３】この制御棒パターン調整手順入力装置12か
らの制御棒パターン調整手順は、出力制御手段11内の読
取り部で読取られ、前記再循環ポンプ制御回路８と制御
棒挿入制御回路９に対して夫々制御棒パターン調整指令
が出力される。この制御棒パターン調整手順による制御
棒パターン調整の結果の炉心流量信号および制御棒パタ
ーン信号は、再循環ポンプ制御回路８と制御棒挿入制御
回路９から出力制御手段11内の判定部に入力される。

【００２４】ここで若しも炉心流量が前記制御棒パター
ン調整手順入力装置12において設定された制限値である
炉心流量変動幅（ΔＷ）を超えた場合には、出力制御手
段11から前記再循環ポンプ制御回路８と制御棒挿入制御
回路９への前記制御棒パターン調整操作を阻止する指令
と共に、図示しない警報装置における警報ランプの点灯
等でこれを運転員に報知する。これにより、炉心流量の
変動幅および出力変化も少なく、従って定められた炉心
流量の運転範囲を逸脱したり、燃料への過剰な熱的負担
を防止できる。

【００２５】次に本発明の他の実施例について図２の原
子炉出力調整系の構成図により説明する。原子炉圧力容
器４内を初め、再循環ポンプ制御回路８および制御棒挿
入制御回路９については、上記一実施例と同様である。

【００２６】原子炉出力調整装置20は、出力制御手段11
と炉心性能予測計算手段21で構成されていて、前記再循
環ポンプ制御回路８と制御棒挿入制御回路９と共に、運
転員により入力、設定される制御棒パターン調整手順入
力装置12と互いに信号線で接続されている。

【００２７】出力制御手段11は、前記再循環ポンプ制御
回路８からの炉心流量信号、および制御棒挿入制御回路
９からの現状の制御棒パターン信号を入力すると共に、
運転員により予め設定された制御棒パターン調整手順入
力装置12からの制御棒パターン調整を初め各種指令を出
力する。

【００２８】また炉心性能予測計算手段21は、前記制御
棒パターン調整手順入力装置12から出力される信号の読
取り部と、この読取った信号に対して３次元核熱水力計
算モデルによる予測計算を行う炉心性能予測計算部と、
予測された計算結果から燃料の熱的制限値、および炉心
流量変動幅が設定した制限値を満足しているか否かを判
定する判定部等を備えている。

【００２９】なお、この判定部で制限値を満足している
と判定された場合には、前記出力制御手段11を介して前
記再循環ポンプ制御回路８、および制御棒挿入制御回路
10に対する操作指令を、制御棒パターン調整手順入力装
置12からの制御棒パターン調整手順に従って出力する。

【００３０】また判定部で前記燃料の熱的制限値、およ
び炉心流量変動幅が所定の制限値を満足していないと判
定された場合には、警報ランプの点灯等で運転員にこれ
を報知すると共に、前記制御棒パターン調整手順を拒否
するように構成されている。

【００３１】上記構成による作用については、先ず予め
運転員が制御棒パターン調整手順入力装置12に一連の操
作として制御棒パターン調整手順と、所望の炉心流量変
動幅ΔＷを設定しておく。なお、この炉心流量変動幅の
制限値は上記一実施例と同様に式(1) により設定する。

【００３２】次に図２の作動フロー図に示すように、原
子炉出力調整装置20に制御棒パターン調整手順入力装置
12から入力された制御棒パターン調整手順は、炉心性能
予測計算手段21の読取り部によって読取られ、直ちに炉
心性能予測計算部で３次元核熱水力モデルを用いて予測
計算が行われる。

【００３３】この予測計算では、制御棒操作に伴う３次
元的な炉心内の出力分布変化や、ボイド率分布変化を計
算し、燃料の熱的制限値である最小限界出力比と最大線
出力密度、炉心流量変化幅などを求める。予測計算の結
果は判定部に送られ、燃料の熱的制限値が所定の制限値
を満足していることと、炉心流量の変動幅が、運転員が
設定した炉心流量変動幅（ΔＷ）の制限値以内であるこ
とを判定する。

【００３４】判定の結果が制限値を満足していれば、出
力制御手段11から前記再循環ポンプ制御回路８と、制御
棒挿入制御回路10に夫々指令信号が出力され、制御棒パ
ターン調整手順入力装置13に入力された制御棒パターン
調整手順が実行される。若しも判定の結果、制限値を満
足していなければ、警報ランプの点灯等でこれを運転員
に報知すると共に、前記の制御棒パターン調整手順の指
令信号の出力を停止する。

【００３５】これにより、制御棒パターン調整操作に伴
う炉心流量等の不要な変化を抑制すると共に、３次元核
熱水力モデルによる予測計算で燃料の熱的制限値を予測
しているため、上記一実施例に比べて早期より制御する
ことから、安全性の高い制御棒パターン調整が実施でき
る。

【００３６】この、他の実施例における特許請求の範囲
は次の通りである。「炉心流量と制御棒の挿抜により出
力調整を行う沸騰水型原子炉において、制御棒パターン
調整による出力制御に際して炉心流量信号と制御棒パタ
ーン信号および予め設定された制御棒パターン調整手順
と炉心流量変動幅の制限値を入力して炉心性能予測計算
を行い予測計算結果から燃料の熱的制限値および炉心流
量変動幅が所定の制限値を満足する否かを判定して予測
計算結果が制限値を満足する場合は前記設定の制御棒パ
ターン調整手順によるの継続を、制限値を超えると予測
された時には操作指令を停止する炉心性能予測計算手段
および出力制御手段を具備したことを特徴とする原子炉
出力調整装置」。

【００３７】

【発明の効果】以上本発明によれば、制御棒パターン調
整時において原子炉における熱的余裕、および炉心流量
変動幅を予測し、予め運転員が限定した炉心流量変動幅
で操作されるため、運転員の負担を軽減し、安全で効率
的な制御棒操作による出力調整を行うことができる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の原子炉出力調整系の構
成図。

【図２】本発明に係る他の実施例の原子炉出力調整系の
構成図。

【図３】本発明に係る他の実施例の作動フロー図。

【図４】炉心の燃焼に伴う余剰反応度特性図。

【図５】制御棒挿入時の制御棒パターン例図で、図４
（ａ）は変更前を、図４（ｂ）は変更後を示す。

【図６】制御棒引抜時の制御棒パターン例図で、図５
（ａ）は変更前を、図５（ｂ）は変更後を示す。

【符号の説明】

２，３…制御棒、４…原子炉圧力容器、５…炉心、６…
制御棒駆動機構、７…再循環ポンプ、８…再循環ポンプ
制御回路、９…制御棒挿入制御回路、10，20…原子炉出
力調整装置、11…出力制御手段、12…制御棒パターン調
整手順入力装置、21…炉心性能予測計算手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉心流量と制御棒の挿抜により出力調整
   を行う沸騰水型原子炉において、制御棒パターン調整に
   よる出力制御に際して炉心流量信号と制御棒パターン信
   号および予め設定された制御棒パターン調整手順と炉心
   流量変動幅の制限値を入力して前記設定された制御棒パ
   ターン調整手順による操作結果から炉心流量変動幅が所
   定の制限値を満足する否かを判定して制限値以内の場合
   は前記制御棒パターン調整手順による操作の継続を、制
   限値を超えた時には操作指令を停止する出力制御手段を
   具備したことを特徴とする原子炉出力調整装置。