JPS581398B2 - 原子力発電所の原子炉出力分布制御方法と装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子力発電所の負荷追従運転を行なうため原子
炉の給水温度を制御して炉内出力分布を調整する原子力
発電所の炉内出力分布制御方法と装置に関する。

原子力発電所の電力系統に占める割合は今後急速に増加
する傾向にあるが、これに伴なって従来の基底負荷運転
から負荷追従運転に変更する必要が生ずる。

沸騰水型原子力発電所を例にとれは、前記の負荷追従運
転を行なうには、Ｐｒｅｃｏｎｄｉ−ｔｉｏｎｉｎｇ
Ｉｎｔｅｒｉｍ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｍａｎａｇｅ−
ｍｅｎｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ（ＰＣＩＯ
ＭＲと略称する）に従う運転パターンを実施することが
要求される。

このＰＣＩＯＭＲとは、原子炉燃刺製作中に含まれる水
化物（Ｈｙｄｒｉｄｅ）の形成やペレット被覆相互作用
（Ｐｅｌｌｅｔ Ｃｌａｄ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）
等によるひび割れのような燃料の損傷等を起し難い出力
上昇パターンをさすものである。

第１図において、線出力密度が８ｋｗ／ｆｔすなわち、
炉出力では約４０％の点Ａまでは制御棒を自由に引抜い
て出力を上昇させてよく、それ以上では０．０６ｋｗ／
ｆｔ／ｈｒ以下でゆっくり炉心流量を上げて１００％流
量の点Ｂに達したとき、その状態を１２時間保持すれば
プレコンディショニング（Ｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉ
ｎｇ）が行なわれたことになる。

この場合この線出力密度でプレコンディショニング（Ｐ
Ｃ）包絡線が作成される。

さらに炉出力を上昇させるには炉心流量を前と逆に減少
させて点Ａに復帰させ、制御棒を引抜き、点Ａから点Ｃ
まで炉出力を上昇させ、再び炉心流量をゆっくりと増加
させ１００％流量の点Ｄに達したとき、目的とする１０
０％出力に達するからこの状態で１２時間炉出力を保持
すると、この炉心状態でＰＣ包絡線が作り出される。

すなわち、第１図は代表的なＰＣＩＯＭＲ運転の出力上
昇パターンである。

第２図は以上述べた運転に基づき作成されたＰＣ包絡線
Ｅの図である。

第３図はＰＣＩＯＭＲに従って日負荷追従運転を実施し
た場合の出力Ｐ、ゼノン濃度Ｘｅおよび炉心流量Ｗの１
日の変化を示す代表的例である。

出力Ｐは第３図ａに示すように一定出力Ｐで運転され、
たとえば夜の午后１０時で出力は図示するように下降さ
せられ翌朝の午前７時にはもとの出力に戻されて、この
出力を夜の午后１０時まで維持し、以後は前述の出力変
化パターンを繰返すものとする。

この出力変化パターンに対応するＸｅ濃度は第３図ｂに
示すように出力を減じた夜の午后１０時から朝の午前７
時までは増加し、７時以後は減少する。

第３図Ｃに示すように朝の午前７時での炉心流量はＸｅ
のフィードバック効果が伴なうためＰＣ包絡線を作成し
た時点より増加し、数時間経過した１２時には前述した
のと逆に炉心流量は低下する。

この午前７時と１２時における炉心流量による軸方向出
力分布は前出の第２図に一点鎖線Ｆと点線Ｇで示される
。

すなわち午前７時では炉心流量が増加するためボイドの
発生量、換言すれば中性子の減少量が少なくなり、炉心
上方での出力分布曲線ＦがＰＣ包絡線Ｅを超えている。

また１２時では炉心流量が少なくなるためボイド量が増
加して炉心下方での出力分布曲線ＧがＰＣ包絡線Ｅを超
えている。

このように午前７時と１２時の出力分布パターンはＰＣ
包絡線と一致せず、部分的に超えている。

このことは実験的事実であり、ＰＣＩＯＭＲ運転にもか
かわらず燃料が破損する恐れがあることを示し頗る問題
である。

本発明の目的は前述の問題点を解決し、負荷追従運転を
行なうため、炉内出力分布の変動を抑える給水温度制御
方法と装置を提供するにある。

先ず、本発明の原理は次に述べる通りである。

炉出力Ｐを一定とし、原子炉への給水温度Ｔをきめられ
た値より高く（または低く）した場合炉内で発生するボ
イド量が増大（または減少）するがそのままの状態で炉
心流量を一定とすると、炉出力は下るので炉心流量を上
昇させる。

これに伴なって炉内出力分布は炉心上方で増加（または
減少し、炉心下方で減少（または増加）することになる
。

この性質を利用すれば、負荷追従運転を行なう場合ＰＣ
包絡線を超えることなく運転することが可能である。

たとえば第３図の日負荷追従運転で午前７時の時点では
給水温度を下降させ、１２時の時点では上昇させればよ
いことになる。

この原理に基づく給水温度の制御装置について第４図を
参照して詳細に説明する。

図において原子炉１の炉心２には複数本の制御棒３が挿
入されている。

炉出力の制御は制御棒の挿入、引抜のほかに原子炉外部
に設けられる再循環ボンプ４によって炉内のジェットポ
ンプ５を駆動し、冷却材を炉心２の内部に強制循環させ
ることにより行なわれる。

外部再循環回路は炉出力に関係なく２回路設けられるが
、図では１回路のみ示してある。

炉心冷却材の流量は再循環回路に設けられた流量制御弁
によって増減させられる。

ジェットポンプ５により送り出された冷却材は炉心２の
下方より上昇する間に加熱されて蒸気となる。

この蒸気は気水分離器６を通過して、水分を分離された
乾燥蒸気はタービン７に導かれて、タービンの回転エネ
ルギーに変換され、タービンに連結された発電機８で電
気エネルギーとなり電力系統に送電され使用される。

タービン７で機械的仕事をした蒸気は次に復水器９で冷
却されて復水となり、復水ポンプ１０により給水加熱器
１１に送られる。

復水加熱器１１はタービン７を流れる蒸気の１部を抽出
して、抽気弁１２を経て送られる蒸気により加熱される
。

このようにタービンからの抽気を加熱媒体として復水温
度を上昇させられた給水は給水ポンプ１３により原子炉
１内に供給される。

原子炉１の内部に設置されている各種検出器（図示せず
）からの中性子束、流量、圧力、温度等のプラントデー
タは炉心性能計算装置１４に入力される。

この装置１４はたとえばプロセスコンピークのようなも
のであり、炉心の性能値を計算する。

炉心性能計算装置１４よりオンラインで入力されたデー
タは次に炉心状態予測装置１５において初期値としてす
べて処理される。

また、炉心状態予測装置１５で必要とする軸方向ゼノン
濃度の現在値は、ゼノン濃度計算装置１６により、炉心
性能計算装置１４からの出力信号をもとに求められる。

給水温度を制御して前述のＰＣ包絡線を超えないように
するには、あらかじめ原子炉の炉心状態すなわち炉出力
分布を予測するのがこの炉心状態予測装置１５の果す機
能である。

この装置１５については本出願人がさきに提出している
特願昭５２−１４２２０９号に関示してあるので詳細な
説明は省略するが、要約すると炉心を軸方向−次元モデ
ルで近似して、ゼノン濃度、流量、炉出力等の諸変化に
伴なう炉心状態（３次元炉出力分布等）を所要の精度で
迅速に求める装置である。

炉心状態予測装置１５で求めた炉出力分布の予測結果は
制限条件比較装置１７に送られる。

制限条件比較装置１７はあらかじめ炉心性能計算装置１
４で求めたＰＣ包絡線のデータを入力記憶しておき、そ
の包絡線を予測出力分布と比較し、その結果がＰＣ包絡
線を超える場合には次のようにして適当な給水温度に制
御する。

たとえば、（ａ）炉心上部でＰＣ包絡線を超える場合に
は、その超過量に応じて給水温度を下降させる。

（ｂ）炉心下部でＰＣ包絡線を超える場合には、その超
過量に応じて給水温度を上昇させる。

このようにして制御した給水温度を炉心状態予測装置１
５に転送し、再度予測を行ない予測出力分布がＰＣ包絡
線を超えなくなるまで繰返して行なう。

かくして所望の給水温度に制御すれば、この温度を給水
温度制御信号として抽気弁１２の開度を制御する給水温
度制御装置１８に送る。

これまでの説明は炉心状態予測装置１５と制限条件比較
装置１７とを使用しオンラインで給水温度を制御する場
合に関するものであるが、ほかに炉心状態予測装置１５
で求めた給水温度を予測結果表示装置１９に送り、運転
員を介して運転制御盤２０により制御してもよい。

また負荷要求パターンが単調な場合、すなわち繰返しパ
ターンが単調な場合、炉心状態予測装置１５を介さず、
オフラインで制御すべき給水温度をあらかじめ求め、運
転員により運転制御盤２０を用いて制御することもでき
る。

第５図は本発明装置によって原子炉の出力分布制御を行
なった一例である。

図中実線は従来の給水温度制御を行なわない場合の軸方
向炉出力分布を示す。

このときの炉心状態は第３図の１２時に相当し、炉出力
は１００％定格、炉心流量は８９％、炉心入口エンタル
ビは２８９ｋｍ／ｋｇである。

一方破線は炉出力１００％、炉心下方の出力を抑えるた
め給水温度を上昇（炉心入口エンタルビ２９３ｋｍ／ｋ
ｇとした）させた結果を示す。

この結果からＰＣ包絡線を満足することがわかり、しか
もこのときの炉心流量は９８％まで増加させられるので
、線出力密度等炉心の熱的制限に対しても好ましい結果
が得られる。

さらに本発明によれば、現在の沸騰水型原子力発電所で
負荷追従運転を行なう場合、燃料の健全性確保のため、
ＰＣ包絡線を超えない運転が可能となることは明らかで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はＰＣＩＯＭＲ運転の典型的パターンの説明図、
第２図は負荷追従運転におけるＰＣ包絡線と軸方向平均
炉出力分布を示す図、第３図は自負荷追従運転における
出力、ゼノン濃度、流量等の炉心状態変数の時間変化を
示す図、第４図は本発明の制御装置のブロック図、第５
図は本発明装置による炉出力分布制御の一例を示す図で
ある。 １・・・・・・原子炉、２・・・・・・炉心、３・・・
・・・制御棒、４・・・・・・再循環ポンプ、５・・・
・・・ジェットポンプ、６・・・・・・気水分離器、７
・・・・・・タービン、８・・・・・・発電機、９・・
・・・・復水器、１０・・・・・・復水ポンプ、１１・
・・・・・給水加熱器、１２・・・・・・抽気弁、１３
・・・・・・給水ポンプ。 １４・・・・・・炉心性能計算装置、１５・・・・・・
炉心状態予測装置、１６・・・・・・ゼノン濃度計算装
置、１７・・・・・・制限条件比較装置、１８・・・・
・・給水温度制御装置、１９・・・・・・予測結果表示
装置、２０・・・・・・運転制御盤。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 制御棒および原子炉炉心流量を操作して原子力発電
   所の原子炉出力を制御する方法において、炉心上方で出
   力が過大となる場合には原子炉炉心に供給される給水温
   度を下降させ、炉心下方で出力が過大となる場合には、
   前記給水温度を上昇させ原子炉出力分布を制御すること
   を特徴とする原子力発電所の原子炉出力分布制御方法。 ２ 原子炉内外に設けられる各種検出器から得られるプ
   ラントデータにより炉心性能を計算する炉心性能計算装
   置と、前記炉心性能計算装置で出力されるデータを利用
   してゼソン濃度を計算するゼノン濃度分布計算装置と、
   前記炉心性能計算装置で出力されるデータから軸方向一
   次元拡散モデルにより炉心状態を予測する炉心状態予測
   装置と、前記炉心状態予測装置の予測結果をあらかじめ
   設定された制限条件と比較する制限条件比較装置と、前
   記制限条件比較装置および炉心状態予測装置により出力
   分布の制限条件を満足する給水温度設定値を求めて給水
   温度を制御する給水温度制御装置とからなることを特徴
   とする原子力発電所の原子炉出力分布制御装置。