JPH0782102B2 - 原子力発電所の再循環流量制御装置 - Google Patents

原子力発電所の再循環流量制御装置

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JPH0782102B2
JPH0782102B2 JP63229394A JP22939488A JPH0782102B2 JP H0782102 B2 JPH0782102 B2 JP H0782102B2 JP 63229394 A JP63229394 A JP 63229394A JP 22939488 A JP22939488 A JP 22939488A JP H0782102 B2 JPH0782102 B2 JP H0782102B2
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stabilized
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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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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は沸騰水型原子炉の再循環流量制御装置に係り、
特にインターナルポンプ使用の原子炉に関する。
(従来の技術) 原子力発電プラントにおける原子炉の出力制御は、一般
に制御棒の位置制御と原子炉炉心を通過する減速材の流
量を制御することによって行われている。従来この炉心
を通過する減速材の量は、原子炉圧力容器の外に設けた
冷却材再循環ポンプの速度を制御することによって調整
されていた。
近年、上記の再循環ポンプ系を簡素化するため、原子炉
圧力容器内部に再循環ポンプを設けた所謂インターナル
ポンプ型の原子炉が開発されている。このインターナル
ポンプは、原子炉圧力容器内に炉心を包囲して多数の小
容量の単位ポンプを設置して構成している。インターナ
ルポンプは小型で殊にその慣性定数は非常に小さく、イ
ンターナルポンプ駆動用の電源が喪失した時には急速に
停止するため原子炉冷却材のレベルが急速に上昇してタ
ービンをトリップさせ最終的には原子炉スクラムを招き
易い。
第3図はインターナルポンプを設けた沸騰水型原子炉の
概略構成図で、原子炉圧力容器1内には炉心2が収容さ
れ、炉心2の下部と圧力容器1の内周との間の環状の空
間には、インターナルポンプを形成する小容量の多数の
単位ポンプ3が配置されていて、夫々のモータ3A1乃至3
B5には速度検出器3′A1乃至3′B5が取付けられてい
る。また圧力容器1内には冷却材である軽水が収容され
ている。さらに圧力容器1の下方には、制御棒位置制御
装置4が設けられ、図示しない制御棒は圧力容器底部を
貫通する制御棒駆動機構5を介して前記制御装置4によ
り炉心2に対し挿抜される。例えば、近年の大容量原子
炉で1000MWeクラスでは、単位ポンプ3は10台程度、ま
た制御棒は約200本程度設置されるのが普通である。
なお、圧力容器1の下方には各制御棒の位置を検出する
制御棒位置検出器6A乃至6Xが各制御棒駆動機構5に対応
して設けられ、炉心2内には炉心内に分布して各部分の
中性子束を測定する局所出力モニタ7A乃至7Xが設けられ
ている。
原子炉で発生した蒸気は図示しない気水分離器を経由し
て主蒸気管8を経由してタービン9を駆動し、ここで仕
事をした後に図示しないコンデンサにおいて復水され、
図示しない給水加熱器等を経由して再び圧力容器1に戻
される。なお、タービン9にはこれに駆動される発電機
10、主蒸気管8には主蒸気止弁11と加減弁12が設置され
ている。
インターナルポンプを構成する複数個の単位ポンプ3は
第4図の回路構成図に示す回路により駆動されている。
即ち、単位ポンプ3は例えば1つおきの半数を1グルー
プとした単位ポンプモータ3A1乃至3A5と3B1乃至3B5を含
む2つのグループに分割され、各グループ毎に次の如く
して給電する。発電機10の出力は主変圧器13と遮断器14
を経て外部の電力系統に送り出されると共に、所内変圧
器15A、15B及び受電遮断器16A、16Bを経て所内母線17
A、17Bに送り出される。この所内母線17A、17Bには夫々
母線遮断器18A、18Bを介して母線19A、19Bが接続され、
この母線19A、19Bには遮断器20A、20Bと起動変圧器21
A、21Bを介して外部の送電線22A、22Bから給電されてい
る。
前記所内母線17A、17Bは送電線22A、22Bと、所内変圧器
15A、15Bとの双方から給電されることはなく、原子力発
電所の停止及び起動時には起動変圧器21A、21Bから、ま
た運転中は所内変圧器15A、15Bから受電するように受電
遮断器16A、16Bと母線遮断器18A、18Bを切換えている。
単位ポンプモータ3A1乃至3A5、3B1乃至3B5は夫々別グル
ープとされ、単位ポンプモータ3A1と3A2及び3B1と3B2
遮断器23Aと23Bを経て所内母線17Aと17Bから給電され、
単位ポンプモータ3A3乃至3A5及び3B3乃至3B5は、遮断器
24Aと24Bを経て安定化電源装置25A、25Bから給電され
る。この安定化電源装置25A、25Bは夫々駆動モータ26
A、26Bと発電機27A、27Bを接ぐ軸上にはフライホイル28
A、28Bが設けてあり、駆動モータ26A、26Bへの給電がな
くなっても一定時間はこのフライホイル28A、28Bの慣性
で発電機27A、27Bを発電して単位モータ3A3乃至3A5
び、3B3乃至3B5を回転させて、炉心流量の急激な低下現
象であるコーストダウンを防ぐようにしている。
なお、単位ポンプモータ3A1乃至3A5及び3B1乃至3B5の回
転速度は夫々に設けた可変周波数電源装置29A1乃至29A5
及び29B1乃至29B5によって制御される。
(発明が解決しようとする課題) 従来のシステムにおける安定化電源装置25A、25Bは、炉
心流量の急激な低下を抑制して、燃料棒の健全性を維持
するため、フライホイル28A、28Bに対して通常3乃至5
秒の時定数を保有させる必要がある。このフライホイル
28A、28Bの時定数は慣性モーメント(GD2)に代表され
る様に質量と半径で決まるので、この必要時定数を得る
には、型状が大型で極めて重量が大となり、限られたス
ペースに収納することが困難であった。また、駆動モー
タ26A、26Bによる起動電流も大きくなり、このため起動
変圧器21A、21B、所内変圧器15A、15B等の容量も大きく
する必要があり、原子力プラントの経済的設計を妨げる
要因となっていた。
本発明は上記に鑑みてなされたもので、その第1の目的
は、コンパクトな安定化電源装置を提供することで、第
2の目的としては、原子力発電所の所内電源喪失時に
も、原子炉炉心流量の急激な低下を抑制して安定した原
子炉の運転を行なう。また第3の目的は、安定化電源装
置へ供給電源の容量を小さくして設置場所の削減と経済
性を向上することにある。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 原子炉圧力容器内に単位ポンプモータによるインターナ
ルポンプを複数配設し、この複数の単位ポンプモータを
半数ずつの2群に分かち、これ等の駆動電源を各群毎に
独立した所内電源より供給すると共に、各群の内一部は
直接所内電源より供給し、他の単位ポンプモータには複
数の慣性モーメントの大きな安定化電源供給装置を有す
る安定化電源供給装置を介して一括して供給し、この安
定化電源供給装置は、少くとも第1の安定化電源装置と
第2の安定化電源装置を有し各々の安定化電源装置の同
期を検出する同期装置と、この同期装置からの同期信号
により第2の安定化電源装置の出力調整を行う起動装置
とを設ける。
(作用) 安定化電源装置を複数とし、しかも順次起動をして起動
電流を小さく、起動時間を短くして所内電源の小型化と
電源機器の設置場所の縮小をする。またインターナルポ
ンプの一部には慣性モーメントの大きな安定化電源装置
を介して電力を供給されるので、所内電力喪失時にも炉
心流量の急速な低下を防止して、燃料等の健全性を維持
し、原子炉の安易なスクラムを防止する。
(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
した従来と同一構成部分には同一符号を付して、詳細な
説明は省略する。
第1図は回路要部の構成図で、例としてAグループにつ
いて示す。所内母線17Aより遮断器23Aを介して、可変周
波数電源装置29A1と29A2に電源を供給して、モータ3A1
と3A2を駆動する。また所内母線17Aより別途遮断器24A
と38Aを介して、第1の安定化電源装置30Aの駆動モータ
31Aと第2の安定化電源装置34Aの駆動モータ35Aを駆動
する。各安定化電源装置30A、34Aは駆動モータ31A、35A
に駆動される発電機32A、36Aが、フライホイル33A、37A
を介して連結して構成されている。発電機32Aと36Aの出
力は遮断器39Aと40Aを経由して、併合され可変周波数電
源装置29A3乃至29A5に供給されて、単位ポンプモータ3A
3乃至3A5を駆動する。
なお、第1及び第2の安定化電源装置30A、34Aは互に発
電機32Aと36Aの容量と慣性定数が同じくし、しかも第4
図に示した従来の安定化電源装置25Aに比べ容量は 、慣性定数は と小さくて良い。
なお、所内母線17Aより遮断器41Aを介して起動装置42A
に電力を供給し、この出力は第2の安定化電源装置34A
の駆動モータ35Aに接続する。
さらに、発電機32Aと36Aを同期化するための同期装置と
して遮断器39Aの出力側と発電機36Aの出力側に同期検出
器43Aを設けて構成されている。この同期信号は起動装
置42Aに入力して、第1の安定化電源装置30Aの出力に対
して第2の安定化電源装置34Aの出力が同期するよう起
動装置42Aで第2の安定化電源装置34Aの出力を調整し、
同期を確認した上で遮断器40Aを投入して、その後遮断
器38Aを投入してから、遮断器41Aを開いて、起動装置42
Aを切離す。この起動装置42Aは通常定格速度の±3〜5
%の範囲の速度調整を可能にしておく。また、これら第
1及び第2の安定化電源装置、同期装置及び起動装置等
の構成をまとめて安定化電源供給装置という。
なお以上の構成は図示しないBグループにも設けられて
いるものである。
次に上記構成による作用について説明する。
単位ポンプモータ3A1、3A2の駆動は遮断器23Aを投入し
て行なう。他の単位ポンプモータ3A3乃至3A5については
遮断器24Aと遮断器41Aを順次投入すると第1の安定化電
源装置30Aと第2の安定化電源装置34Aが運転される。各
々の発電機32A、36Aより電圧が発生すると遮断器39Aを
投入し、発電機32Aに発電機36Aを同期させる様に起動装
置42Aを調整して、発電機36Aの周波数と位相を、また図
示していない発電機電圧調整装置で電圧を調整する。発
電機32Aと発電機36Aの出力が同期した時に遮断器40Aを
投入する。
その後、遮断器38Aを投入し、遮断器41Aを開にして起動
装置42Aを回路より切離し、起動装置42Aは図示しない切
換回路を接続して、同じく図示しないBグループの起動
に使用することもできる。
以上により可変周波数電源29A3乃至29A5に電力が供給さ
れ、単位ポンプモータ3A3乃至3A5が駆動される。
ここで、インターナルポンプを構成する各単位ポンプ3A
1乃至3B5は小容量のため慣性モーメントが小であるか
ら、これを駆動する電源が喪失すると、ポンプ速度は急
速に低下して、冷却材中のボイドは急増する。従ってポ
ンプの電源喪失により原子炉出力は減少するが、燃料の
時定数のため電源喪失後のごく短時間に燃料棒表面熱流
束と冷却材流量との間にミスマッチを生じ、燃料の健全
性を損うこととなる。しかしながら、所内母線17Aの電
源が喪失すると、単位ポンプモータ3A1と3A2は急速に速
度を低下するが、単位ポンプモータ3A3乃至3A5は第1の
安定化電源装置30Aと第2の安定化電源装置34Aより電力
を供給されており、しかもこの安定化電源装置30A、34A
の慣性定数は下の1式で示すように (ここでG…定数、D…フライホィールの半径。)約3
秒位保有するようにしているので、単位ポンプモータ3A
3乃至3A5の速度は、前記単位ポンプモータ3A1、3A2に比
べてゆっくりと低下する。従って、炉心入口流量の急速
降下を阻止することもできるので、燃料の健全性を損う
恐れもない。
第2図(A)、(B)、(C)は夫々インターナルポン
プの所内交流電源喪失時の炉心入口流量と炉心の中性子
束及び原子炉水位の時間的変化を示す特性図であって、
夫々の点線で示した曲線44b、45b、46bは全てインター
ナルポンプが所内交流電源のみによって駆動されている
場合で、実線で示した曲線44a、45a、46aは本発明の場
合を示す。所内交流電源のみによる各点線の曲線の場合
には、第2図(A)と第2図(C)から判るように炉心
入口流量が急速に低下し、燃料の健全性が損われると同
時にスウエリングによる原子炉水位が上昇するので、速
やかに原子炉スクラムやタービントリップを行う必要が
生じる。しかしながら本発明によれば、10台中6台のイ
ンターナルポンプの運転が暫時継続されるので第2図
(A)と第2図(C)の実線の曲線44a、46aで示すよう
に炉心入口流量の低下はゆるやかであり、そのため燃料
の健全性は維持され原子炉水位の上昇も抑制される。従
って原子炉スクラムやタービントリップを回避すること
ができ、単位ポンプモータの電源回復後は直ちに原子炉
出力を上昇できて、電力系統に電力を供給することがで
きる。
また第1及び第2の安定化電源装置30A、34Aは常に順次
起動をするので、夫々の起動電流、起動時間が小さい
く、所内電源装置を小さくすることができる。
〔発明の効果〕
以上本発明によれば、第1に安定化電源装置を分割して
小さくできるので、原子力発電所内の空きスペースに無
理なく収容設置でき、建屋の縮小化、経済的合理化が可
能とする効果がある。次に第2として、安定化電源装置
が小さいので、起動電流、起動時間がより小さく、しか
も順次起動するので、所内電源設備を小さくすることが
できる効果がある。さらに第3には、所内電源喪失時に
も、炉心入口流量の急速な降下を抑制できるので、燃料
の健全性を維持でき、安易な原子炉スクラムやタービン
トリップを行なわないので安定した運転で、稼動効率と
信頼性を向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の回路要部の構成図、第2図(A)は炉
心入口流量特性図、第2図(B)は中性子束特性図、第
2図(C)は原子炉水位特性図、第3図はインターナル
ポンプ採用の沸騰水型原子炉の概略構成図、第4図は従
来の回路構成図である。 1…原子炉圧力容器、3…単位ポンプ、3A1乃至3A5、3B
1乃至3B5…単位ポンプモータ、17A、17B…所内母線、29
A1乃至29B5…可変周波数電源装置、30A、34A…安定化電
源装置、31A、35A…駆動モータ、32A、36A…発電機、33
A、37A…フライホィール、42A…起動装置、43A…同期装
置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原子炉圧力容器内にポンプとモータを結合
    した単位ポンプモータのインターナルポンプを複数配設
    して冷却材の循環を行う原子炉において、前記複数の単
    位ポンプモータを半数ずつの2群に分かち、これ等の駆
    動電源を各群毎に独立した所内電源より供給すると共
    に、各群の内一部は直接所内電源より供給し、他の単位
    ポンプモータには複数の慣性モーメントの大きな安定化
    電源装置を有する安定化電源供給装置を介して一括して
    供給し、この安定化電源供給装置は、少くとも第1の安
    定化電源装置と第2の安定化電源装置を有し各々の安定
    化電源装置の同期を検出する同期装置と、この同期装置
    からの同期信号により第2の安定化電源装置の出力調整
    を行う起動装置とを設けたことを特徴とする原子力発電
    所の再循環流量制御装置。
JP63229394A 1988-09-13 1988-09-13 原子力発電所の再循環流量制御装置 Expired - Lifetime JPH0782102B2 (ja)

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JPH0277693A JPH0277693A (ja) 1990-03-16
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