JPH07209477A - 複数の制御棒クラスタの同時検査装置及び方法 - Google Patents

複数の制御棒クラスタの同時検査装置及び方法

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JPH07209477A
JPH07209477A JP6335958A JP33595894A JPH07209477A JP H07209477 A JPH07209477 A JP H07209477A JP 6335958 A JP6335958 A JP 6335958A JP 33595894 A JP33595894 A JP 33595894A JP H07209477 A JPH07209477 A JP H07209477A
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control rod
cluster
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Panfilo A Federico
オーゴスティノ フェデリコ パンフィロ
Jr James J Patnesky
ジェイ パトネスキー ジュニア ジェームズ
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の制御棒クラスタを同時に検査する方法
及び装置を提供する。 【構成】 制御棒駆動機構を用いて、少なくとも二本の
制御棒クラスタ(125 )を検査に適した位置まで引っ込
める。電力を制御棒駆動機構に供給する電力手段が制御
棒駆動機構に連結されている。制御棒駆動機構への電力
供給を止めたときに、これら制御棒クラスタが同時に原
子炉圧力容器(10)内へ落下するようにする。制御棒ク
ラスタの位置をモニターする制御棒位置指示器(120 )
が、制御棒駆動機構に取り付けられている。コンピュー
タ装置(170 )が、制御棒位置指示器に接続されてい
て、制御棒クラスタの落下時間を表す信号を受け取っ
て、各制御棒クラスタについて経過時間プロフィールを
生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、原子炉容器の炉心への
制御棒クラスタの出し入れの際、障害物の有無につき、
原子炉容器内に配置されている複数の制御棒クラスタを
検査するシステムに関し、特に、複数の制御棒クラスタ
の全てを同時に検査する装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】原子力発電では、原子炉容器は、格納建
造物内に配置されていて、これは蒸気発生のための熱を
生じさせる一次側容器である。原子炉容器はフランジ付
きの本体を含み、その上方部分の最上部にはフランジ付
きの取外し可能な上部ヘッドがボルト留めされて封止エ
ンクロージャが形成されている。燃料集合体内の燃料ペ
レットは、原子炉容器内に配置されて制御された核分裂
を起こし、それにより必要な熱を発生させる。原子炉格
納建造物は、その中の原子炉容器からの望ましくない放
射線漏れを封じ込めるよう機能する。
【0003】核分裂過程を制御するために、複数の制御
棒は、燃料集合体の中への挿入とそれからの引抜きが選
択的に行われる。制御棒は、吸収材を封入している代表
的にはステンレス鋼製の管であり、所定数(一般に16
本)束ねられて制御棒クラスタを形成する。原子炉容器
内には、代表的には16の制御棒クラスタが用いられ
る。制御棒クラスタは、完全挿入時には燃料集合体内へ
延び、制御棒クラスタを引き抜いたときには燃料集合体
から上方に遠ざかって延びる。
【0004】各制御棒クラスタは、吸収材をステンレス
鋼管内に軸方向に移動させる制御棒駆動機構(CRD
M)に取り付けられている。制御棒クラスタを移動させ
るのに必要なエネルギをCRDMに電磁的に供給する電
磁コイルスタック組立体が、CRDMに取り付けられて
いる。スイッチギヤパネルがコイルスタック組立体に連
結されていて、これに電力を供給する。制御棒位置指示
器(RPI)が電磁コイルスタック組立体の上部に取り
付けられており、RPIは、これに電気的に接続されて
いるRPIデータキャビネットと協働して制御棒クラス
タの位置をモニターする。スイッチギヤパネル及びRP
Iデータキャビネットを除き、全ての上記構成要素は原
子炉格納建造物内に置かれていることに注目することは
有益である。
【0005】安全上の規制等に起因して、発電所の稼働
前に、制御棒クラスタを障害物に当たらないで燃料集合
体内へ挿入したり、これから引き抜くことができるよう
にするため各制御棒クラスタを検査することが必要であ
る。当該技術分野で周知のように、現在用いられている
制御棒クラスタ検査装置は、制御棒クラスタを、一回に
一つ挿入している。かかる従来方式による検査では、オ
シログラフをRPIデータキャビネットに手作業で取り
付け、このオシログラフは検査中にディジタル信号を受
け取って制御棒クラスタの追跡検査信号を出力する。検
査開始のために、検査員は、コイルスタック組立体を付
勢して制御棒クラスタを完全に挿入し、次に、例えばス
イッチギヤパネル内のスイッチを操作することにより、
所定のコイルスタック組立体を消勢して制御棒クラスタ
の完全挿入を行っている。オシログラフは、当該技術分
野で周知のように、燃料集合体内への所定の制御棒クラ
スタの落下を感光紙上で追跡して検査員の目に見えるよ
うにし、それにより問題があるかどうかを判定してい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】現在使用されている検
査装置は満足のいくものであるが、欠点が無いわけでは
ない。この装置は検査に時間がかかる。というのは、各
制御棒クラスタが別々に検査されるからである。また、
事故をシミュレートしようとする場合、全ての制御棒ク
ラスタを同時に挿入する必要がある。さらに、検査員の
うち何人かは、オシログラフの操作のため検査中、原子
炉格納建造物内に居ることが必要であり、これにより、
検査員は一時的に放射線に被ばくせざるを得ない。
【0007】したがって、複数の制御棒クラスタを同時
に検査するシステムが要望されている。
【0008】本発明の主目的は、複数の制御棒クラスタ
を同時に検査する装置及び方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的に鑑みて、本発
明の要旨は、原子炉容器内の少なくとも2つの制御棒ク
ラスタを同時に検査する装置であって、制御棒クラスタ
に取り付けられていて、制御棒クラスタを原子炉容器内
から検査に適した位置まで引き抜く制御棒駆動機構と、
制御棒駆動機構に連結されていて、電力を制御棒駆動機
構に供給したり、制御棒駆動機構への電力供給を停止さ
せ、停止時には、全ての制御棒クラスタが原子炉容器内
へ落下するようにする電力手段と、制御棒駆動機構に取
り付けられていて、制御棒クラスタの位置をモニターす
る制御棒位置指示器と、制御棒位置指示器に作動的に接
続されていて、各制御棒クラスタの落下時間を表す信号
を受け取り、原子炉容器内へ落下中の全ての制御棒クラ
スタの経過時間プロフィールを生成するコンピュータと
を有することを特徴とする検査装置にある。
【0010】また、本発明の要旨は、原子炉容器内の少
なくとも2つの制御棒クラスタを同時に検査する方法で
あって、少なくとも2つの前記制御棒クラスタを検査に
適した位置まで引き抜き、少なくとも2つの前記制御棒
クラスタが原子炉容器内へ同時に落下するようにし、検
査された各制御棒クラスタの落下時間を表す信号をコン
ピュータに伝送し、コンピュータによって各制御棒クラ
スタについての経過時間プロフィールを生成することを
特徴とする検査方法にある。
【0011】本発明の内容は、添付の図面に例示的に示
すに過ぎない本発明の好ましい実施例の以下の詳細な説
明から一層明らかになろう。
【0012】
【実施例】今図面を参照し、特に図1を参照すると、核
分裂性物質(図示せず)の制御された核分裂により熱を
生じさせるための全体を符号10で示す代表的な原子炉
容器が示されている。原子炉容器10は原子炉格納建造
物14の原子炉キャビティ12内に配置されている。原
子炉容器10は頂端部が開口した円筒形の底部20を有
し、底部20の上部には複数の入口ノズル30及び出口
ノズル40が取り付けられている(ノズルはそれぞれ一
つしか図示せず)。フランジ付きの半球形原子炉容器ク
ロージャヘッド50(炭素鋼製であるのがよい)が、底
部20の頂部に取り付けられており、底部20の頂部に
設けられていて、底部20の開口頂端部に密封的に取り
付けられており、クロージャヘッド50が底部20を密
封的に覆うようになっている。底部20をこのように覆
うことにより、原子炉容器10の運転中、底部20を通
って循環する冷却剤(図示せず)の適当な加圧が可能に
なる。冷却剤は、約2500psiaの比較的高い圧力及び
約650°Fの温度状態に保たれるホウ酸入り脱イオン
水であるのがよい。
【0013】炉心55が原子炉容器10の内部に配置さ
れている。炉心55は、核分裂性物質を収容した複数の
核燃料集合体57で構成される。燃料集合体57は、構
造的に互いに束ねられた複数の垂直方向に延びる燃料棒
(図示せず)を有する。複数の垂直方向に延びるシンブ
ル管(図示せず)が核燃料集合体57内に選択的に位置
決めされていて、核分裂過程を制御するよう働く制御棒
を受け入れる。シンブル管は、可動制御棒クラスタ(図
1には示さず)を形成するスパイダ組立体によって構造
的に互いに束ねられている。
【0014】複数の全体として管状の制御棒駆動機構
(CRDM)貫通管70をそれぞれ受け入れる複数のク
ロージャヘッド開口部60がクロージャヘッド50の頂
部を貫通して形成されている。各貫通管70は溶接部7
7によってクロージャヘッド50に取り付けられてい
る。各CRDM貫通管70は、これを貫通して延びる制
御棒駆動シャフト(図示せず)を収容し、駆動シャフト
は少なくとも1つの可動制御棒クラスタに係合してい
る。
【0015】駆動棒80及びこれに連結された制御棒ク
ラスタを軸方向に移動させる制御棒駆動機構(CRD
M)90が貫通管70に連結されている。CRDMは、
全体として管状の圧力ハウジング100を有する(この
ハウジングは、タイプ304ステンレス鋼製であるのが
よい)。電磁コイルスタック組立体110が、電気的に
付勢されると、駆動棒80を電磁的に軸方向に移動させ
るよう圧力ハウジング100に取り付けられている。コ
イルスタック組立体110を付勢すると、制御棒は炉心
55から完全に引き抜かれる。コイルスタック組立体1
10を消勢すると、制御棒は炉心55内へ完全に挿入さ
れる。当該技術分野では周知のように、制御棒の位置を
モニタするための制御棒位置指示器(RPI)120が
コイルスタック組立体110に取り付けられている。
【0016】原子炉容器10の使用中、冷却材が底部2
0に流入し、ほぼ矢印の方向にこれを通って循環する。
冷却材が底部20を通って循環すると、冷却材はまた燃
料集合体57に沿って流れ、核分裂過程を助けるととも
に燃料集合体57内の核分裂性物質の核分裂によって生
じた熱を奪う。コイルスタック組立体110は、制御棒
クラスタを燃料集合体57に軸方向に出し入れして、こ
の中の核分裂プロセスを適当に制御する。燃料集合体5
7によって生じた熱は最終的にはタービン−発電機設備
に送られ、当該技術分野で周知の方法で発電が行なわれ
る。
【0017】図2を参照すると、制御棒クラスタ125
をアナログ式制御棒位置指示装置で検査するためのシス
テムが示されている。制御棒クラスタ125を駆動する
コイルスタック組立体110が各々ケーブル140を介
して電力キャビネット130に接続されている。電力キ
ャビネット130は原子炉格納建造物14の外部に設置
されていて、これは所定のコイルスタック組立体110
を選択的に付勢する制御装置であり、それにより関連の
制御棒クラスタは炉心55から引き抜かれるか、或いは
この中に挿入されることになる。スイッチギヤパネル1
50がバス155を介して電力キャビネット130に接
続されており、これはコイルスタック組立体110への
電力を遮断する遮断器(図示せず)を含む。スイッチギ
ヤパネル150は電源(図示せず)に接続されていて、
電力を電力キャビネット130に、そして必要ならば最
終的にはコイルスタック組立体110に供給する。コイ
ルスタック組立体110への電力は一般に、当該技術分
野で周知のようにオペレータが遮断器を物理的に操作す
るか、或いは制御室175から遮断器を遠隔操作して遮
断器を閉じたり開いたりすることにより付勢と消勢が行
われる。
【0018】制御棒クラスタ125の位置をモニターす
るために、RPI120は信号ケーブル165を介して
アナログ式制御棒位置指示装置160(ARPIシステ
ム)に接続されており、このARPIシステムは当該技
術分野で周知のように制御棒クラスタ125の位置をモ
ニターするためにRPI120と協働する。
【0019】代表的なプラント仕様では、原子力発電所
の燃料交換後、稼働状態に戻す前に、制御棒クラスタ1
25をすべて、完全に引き抜き、次に原子炉容器55内
へ重力で完全に挿入して検査を行うことが必要である。
この要件により、燃料交換プロセスが制御棒クラスタの
運動の自由度に悪影響を及ぼすことがないようにする。
【0020】制御棒クラスタ125の検査のために、パ
ーソナルコンピュータ(PC)170がケーブル180
を介してARPIシステム160に接続され、さらにケ
ーブル190を介してスイッチギヤパネル150にも接
続されている。PC170は、オペレータとのインタフ
ェースとなり、検査結果をディスプレイスクリーン(図
示せず)上に表示する。PC170はARPIシステム
160からの信号を受け取ると共に、ARPIシステム
160から送られた信号のフィルタリング、アナログ−
ディジタル変換、及びメモリ貯蔵のような機能を果たす
ための入力/出力カード175を有する。PC170の
メモリ貯蔵は、核制御棒クラスタ125についての専用
メモリを含み、専用メモリは核制御棒クラスタ125の
落下時間の全体、一般的には、4秒未満を記憶する。入
力/出力カード175は、例えば、ニュージャージ州モ
リスプレインズ所在のエレクサ・アソシエーツ・インコ
ーポレイテッドから市販されているモデルナンバーPR
−ADC1である。PC170は、電気(常閉)接点1
95に取り付けられており(なお、常開接点も使用可能
である)、この接点195は、原子炉のスイッチギヤパ
ネル150内の原子炉トリップ遮断器がトリップされ、
或いはトリップまたは開路されると、状態を(開離位置
に)変える。
【0021】検査の開始のために、コイルスタック組立
体110を上述のようにプラントオペレータによって所
定のやり方で次々に付勢し、それによりすべての制御棒
クラスタ125を完全に引き抜く。本実施例では、すべ
ての制御棒クラスタ125を検査するが、本発明は所定
の制御棒クラスタまたは複数の制御棒クラスタ125を
選択的に付勢することにより、制御棒クラスタ125の
うちの一つ或いは任意の組合わせについて検査すること
ができる。次に、原子炉トリップ遮断器を制御室185
内のオペレータによりトリップし、それにより、すべて
の制御棒クラスタ125が炉心55内へ重力落下するよ
うにする。遮断器のトリップと同時に、接点195は開
離し、それによりPC170に信号を送ってデータ収集
を開始させる。ARPIシステム160は各制御棒クラ
スタの落下時間を表わすアナログ信号をケーブル180
により入力/出力カード175に送り、これら入力/出
力カード175は受け取った信号を調整してディジタル
化する。すると、PC170は、完全引抜き位置から炉
心55の底部へ落下中の全制御棒125についての経過
時間プロフィールまたはグラフ(以下、単に「経過時間
プロフィール」という)を生成する。次に、各制御棒ク
ラスタの経過時間プロフィールをスクリーン上に個々に
表示して目に見えることができるようにする。
【0022】経過時間プロフィールを典型的には2つの
部分に分け、これらを対象として制御棒クラスタに問題
があるかどうかにつき検査員が分析できるようにすると
いうことを理解することは有益である。これら2つの部
分についての分析手順は当該技術分野において周知であ
るが、これは従来、ビジコーダーグラフ(visicordergr
aph)についての肉眼による近似によって行われてい
た。第1の部分は、完全引抜き位置からの制御棒落下か
ら冷却材中への制御棒のエントリー時間までのダッシュ
ポットエントリタイムである。第2の部分は、制御棒の
最初の落下から炉心55底部に当たる時間までのターン
アラウンドタイムである(即ち、落下時間全体)。PC
170は、ペンシルベニア州オハラタウンシップ所在の
ウエスチングハウス・エレクトリック・コーポレイショ
ンから入手できるソフトウエアを使用しており、このソ
フトウエアは、ダッシュポットエントリタイムとターン
アラウンドタイムの両方を生成する。ソフトウエアのフ
ローチャートが図3に示されており、これはソフトウエ
アが生成したグラフ(図4)と関連して検討するとよく
わかる。図4の一方の座標は、制御棒クラスタが炉心内
へ落下するのに要する時間であり、図4の他方の座標
は、ARPIシステム160から検出した電圧値であ
る。経過時間プロフィールを1ミリ秒間隔で表示してオ
ペレータが障害の原因(もし存在する場合)を一層良く
判定することができるようにする。
【0023】ダッシュポットエントリタイムの計算のた
め、PC170は、経過時間プロフィールの最大振幅値
の半分(A)のところで開始し(ブロック177)、得
たプロットを走査し、−45°の第1の勾配について、
隣の点を一つ一つ見て最大振幅値(B)に向かう方向に
進む(ブロック178及び179)。もしその点が最大
振幅値の5%以内にあれば(ブロック181)、ダッシ
ュポットエントリタイムはこの点の座標から求められる
(ブロック183)。もしそれが5%以内になければ、
プログラムは、得たプロットをその点から引き続き走査
し、−26°の勾配について、隣の点を一つ一つ見て最
大振幅値(B)に向かって上記のプロットに沿う方向に
進む(ブロック178及び179)。もしそれが5%以
内にあれば(ブロック181)、ダッシュポットエント
リタイムはこの点における座標から求められる(ブロッ
ク183)。もしそれが5%以内になければ、プログラ
ムはこの同一のプロセスを、−14°の点(ブロック1
78及び179)及び−7°の点(ブロック178及び
179)について繰り返し行ない、最大振幅値点の5%
以内の点に到達するようにする。反復するごとに、プロ
グラムは、先にチェックした勾配と最大振幅値(B)と
の間で、次の所定の勾配についてチェックする。ダッシ
ュポットエントリタイムを求めた後、上述のようにして
求めたダッシュポットエントリタイムと、グラフが座標
と交わる点(C)によって表わされる炉心の底部に制御
棒が当たる時間との間の時間を考慮してターンアラウン
ドタイムを求める。
【0024】図5を参照すると、制御棒クラスタ125
をディジタル式制御棒位置指示装置で検査するため、追
加の構成要素をシステムに付加する。信号調整シャーシ
(signal conditioning chassis)210をディジタル式
制御棒位置指示装置200(DRPIシステム)に付加
し、内部をDRPIシステム200内の適当な制御棒デ
ータ収集点に接続する。信号調整シャーシ210は、D
RPIシステム200の信号についてフィルタリング、
アナログ−ディジタル変換及びメモリー記憶を行なう入
力/出力カード175を含む。入力/出力カード175
は、アナログシステムで用いた入力/出力カード175
と同一のものである。また、信号調整シャーシ210
は、原子炉格納建造物14の外部の遠くに位置した入力
/出力カード175及びPC170が当該技術分野で周
知のように互いに連絡することができるようにするネッ
トワークカード215を含む。
【0025】制御棒クラスタ125の検査のためシステ
ムを、上述のように(明確化のためここで繰り返す)開
始する。コイルスタック組立体125をプラントオペレ
ータによって次々に付勢し、それによりすべての制御棒
クラスタ125を完全に引き抜く。次に、原子炉のトリ
ップ遮断器を制御室185内のオペレータによってトリ
ップし、それによりすべての制御棒クラスタ125が炉
心55内へ重力落下するようにする。遮断器のトリップ
操作と同時に、接点195は開離し、それにより信号調
整シャーシ210に信号を送ってデータ収集を開始す
る。各制御棒クラスタ125についての経過時間プロフ
ィールを入力/出力カード175のメモリに記憶する。
制御棒クラスタ125の落下完了時に、信号調整シャー
シ210はディジタル化されたデータをPC170に送
り、ここでPC170のスクリーン上に一度に一つのク
ラスタを表示する。経過時間プロフィールを印刷し、デ
ータをファイルとしてPC170のハードディスクドラ
イブに書き込む。
【0026】
【図面の簡単な説明】
【図1】原子炉容器の縦断面図である。
【図2】本発明のアナログ式制御棒位置指示システム検
査装置の略図である。
【図3】本発明で用いられるコンピュータプログラムの
フローチャート図である。
【図4】本発明に従って検査された制御棒クラスタにつ
いての経過時間プロフィールのシュミレートグラフ図で
ある。
【図5】本発明のディジタル式制御棒位置指示システム
の略図である。
【符号の説明】
10 原子炉容器 55 炉心 90 CRDM 70 CRDM貫通管 100 圧力ハウジング 110 電磁コイルスタック組立体 120 制御棒位置指示器(RPI) 125 制御棒クラスタ 170 パーソナルコンピュータ(PC)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ ジェイ パトネスキー ジュ ニア アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 アリ ソン・パーク サプリング・ドライブ 2727

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原子炉容器内の少なくとも2つの制御棒
    クラスタを同時に検査する装置であって、制御棒クラス
    タに取り付けられていて、制御棒クラスタを原子炉容器
    内から検査に適した位置まで引き抜く制御棒駆動機構
    と、制御棒駆動機構に連結されていて、電力を制御棒駆
    動機構に供給したり、制御棒駆動機構への電力供給を停
    止させ、停止時には、全ての制御棒クラスタが原子炉容
    器内へ落下するようにする電力手段と、制御棒駆動機構
    に取り付けられていて、制御棒クラスタの位置をモニタ
    ーする制御棒位置指示器と、制御棒位置指示器に作動的
    に接続されていて、各制御棒クラスタの落下時間を表す
    信号を受け取り、原子炉容器内へ落下中の全ての制御棒
    クラスタの経過時間プロフィールを生成するコンピュー
    タとを有することを特徴とする検査装置。
  2. 【請求項2】 コンピュータは、ダッシュポットエント
    リタイム及びターンアラウンドタイムを求める手段を含
    むことを特徴とする請求項1の検査装置。
  3. 【請求項3】 コンピュータは、制御棒クラスタの経過
    時間プロフィールを1ミリ秒単位で表示するディスプレ
    イを含むことを特徴とする請求項2の検査装置。
  4. 【請求項4】 コンピュータは、各制御棒の経過時間プ
    ロフィールを記憶する手段を含むことを特徴とする請求
    項3の検査装置。
  5. 【請求項5】 コンピュータは、アナログ信号をディジ
    タル信号に変換する手段を含むことを特徴とする請求項
    4の検査装置。
  6. 【請求項6】 コンピュータは、放射線被ばくを最小限
    に抑える原子炉格納建造物の外部に設置されていること
    を特徴とする請求項5の検査装置。
  7. 【請求項7】 原子炉容器内の少なくとも2つの制御棒
    クラスタを同時に検査する方法であって、少なくとも2
    つの前記制御棒クラスタを検査に適した位置まで引き抜
    き、少なくとも2つの前記制御棒クラスタが原子炉容器
    内へ同時に落下するようにし、検査された各制御棒クラ
    スタの落下時間を表す信号をコンピュータに伝送し、コ
    ンピュータによって各制御棒クラスタについての経過時
    間プロフィールを生成することを特徴とする検査方法。
  8. 【請求項8】 コンピュータによってダッシュポットエ
    ントリタイム及びターンアラウンドタイムを算出する段
    階を更に有することを特徴とする請求項7の検査方法。
  9. 【請求項9】 各制御棒クラスタの経過時間プロフィー
    ルを1ミリ秒単位で表示して、問題点の分析が出来るよ
    うにする段階を更に有することを特徴とする請求項8の
    検査方法。
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