JPS5819239B2 - 原子力発電所の保護装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、タービンバイパス弁の動作不良時に、原子炉
を安全に制御する制御信号を出力するようにした原子力
発電所の保護装置に関する。

定格出力時の主蒸気流量を上回るバイパス容量を有する
タービンを備えた原子力発電所では、従来、発電機の負
荷遮断による主蒸気系の急速遮断に対しては、余剰蒸気
をバイパスルートに流すことによって原子炉の運転継続
（いわゆる所内単独運転）を計っている。

しかしバイパス弁動作不良の場合には、原子炉側に急激
な圧力上昇を招くため、バイパス弁の動作の検出信号に
よって原子炉を急速に停止させていた（以下スクラムと
いう）。

このバイパス弁動作不良検出信号は、急速遮断に至る事
故発生から１５０〜２００ｍ５ｅｃ後にバイパス弁１０
％開度位置に設けたＩＪ ミツトスイッチの不作動によ
って出力されていた。

この時間遅れは、゛バイパス弁が実際に動く時間から決
まるものであり、従来のリミットスイッチによる検出方
式では１５０〜２００ ｍ５ｅｃを縮めることは困難で
あった。

このため、近年の原子炉の運転経験および評価技術の向
上から推して、バイパス弁動作不良時に２００ ｍ５ｅ
ｅ後からのスクラムでは、原子炉の反応度を急速に下げ
ることができず、燃料棒の安全性が脅かされ、原子炉を
安全に停止することができないという懸念が生じている
。

更に説明すると、主蒸気遮断時にバイパス弁が不動作の
場合の原子炉の健全性評価指標として安全審査上最小限
界出力比（ＭＣＰＲ）が採用されている。

この最小限界出力比は安全性確保上の限界出力に対する
過渡時等の最大出力の比として求められる。

そして、通常運転時における最小限界出力比の運転限界
値は、通常運転状態から最も厳しい異常な過渡変化が起
きたことを想定し、その値は炉心健全性上１．０７を下
回らない大きさとされている。

即ち、過渡時においてもその出力は限界出力に対して少
なくとも７％の余裕を持つこととされている。

ところが、過渡時にバイパス弁の不動作の検出が２００
ｍ ｓｅｃ以上遅れると、最小限界出力比は許容値１
．０７を下回るおそれが大きく、炉心の健全性の確保が
困難である。

一方、２００ ｍ ｓｅｃを越えた後にバイパス弁の不
動作状態が検出されて制御棒挿入が行なわれた場合にも
、一応炉心の異常運転は防止されるが、最小限界出力比
が１．０７を下回ってしまったので過渡時終了後に炉心
状態を点検して安全状態にあることを確実した後でなけ
れば運転再開できない。

本発明は、以上の事情に鑑み、大容量のバイパス弁を用
いた原子力発電所に於いて発電機負荷遮断が起きた場合
、バイパス弁の動作状態（不動作）を直ちに検出し、論
理回路によってバイパス弁不動作弁数を判断し、これを
そのときの原子炉出力と比較判断することによって、バ
イパス弁動作不良時の原子炉を安全かつ速やかに制御さ
せる保護装置を提供する。

以下図に就いて詳しく説明する。

第１図は沸騰水形原子力発電所の主蒸気系の概略図を示
す。

原子炉１から主蒸気管１１、加減弁５を通じて高圧ター
ビン２に入った蒸気は、配管１２、インターセプト弁６
を通って低圧タービン３に入ってから復水器８に導かれ
て復水せしめられる。

一方、発電機４は軸９によってタービン２゜３に結合駆
動され、発電電力は送電線１９によって遮断器１３を介
して、負荷側に送電される。

加減弁５の上流原子炉１側主蒸気管１１には複数のバイ
パス用配管１４が分岐されており、この配管１４は直接
復水器８に接続される。

バイパス用配管１４にはバイパス弁７が挿入され、これ
を制御することによって原子炉１の運転を継続できるよ
うにしている。

バイパス弁７は制御装置１７で制御するようになってい
る。

また、外部電力系統側の事故によって遮断器１３が開放
されて急速負荷遮断が起った場合、発電機出力信号４Ａ
およびタービン出力信号１０Ａを入力している検出回路
１０が事故を検出する。

事故を検出した検出回路１０は、加減弁５の開度を制御
する制御装置１５とインタセプト弁６の開度を制御する
制御装置１６とに出力信号１０Ｂを送り、これによって
制御装置１５，１６はそれぞれ加減弁５およびインタセ
プト弁６を急閉し、タービン２，３への蒸気供給を断ち
、負荷喪失したタービンの過速を防ぐ。

同時に検出回路１０は、上記バイパス弁７を制御してい
る制御装置１７に信号１０Ｂを出力する。

この出力信号を受けて制御装置１７はバイパス弁７を急
速に開く。

また、制御装置２０は、各バイパス弁７０制御装置１７
にとりつけた検出装置１８からの信号１８Ａと原子炉１
からの原子炉出力信号１Ａを入力している。

そしてバイパス弁７の動作不良時には、そのことを伝え
る出力信号２０Ａを制御装置３０に送る。

制御装置３０はまた、制御装置１５から加減弁５の急閉
したことを知らせる制御信号１５Ａを入力しており、こ
れらの入力した制御信号１５Ａ、２０Ａによって原子炉
スクラムなどの保護動作を行う。

次に第２図は、バイパス弁１０制御装置１１と検出装置
１８との関係を示す。

図中、バイパス弁作動用の油の流れは、急速開放時の方
向を示す。

検出回路１０からの信号１０Ｂを入力した制御装置１７
内の制御器５０は、励磁信号４７Ａを出力し、こノ励磁
信号４７Ａによってソレノイド４７を励磁し、軸４６を
介して急速作動電磁弁４５が動作する。

この急速作動電磁弁４５は、バイパス弁７の弁棒４０に
固定したシリンダ４１内のディスク（ピストン）４２の
位置を制御し、上記の動作によってバイパス弁７を開く
ようにする。

配管４３．４４は急速作動電磁弁４５とシリンダ４１を
接続する作動油の導管である。

従来の方式では、バイパス弁７の弁軸４０の動きをリミ
ットスイッチ４９によって検出し、これを検出信号４９
Ａとして制御装置３０に与えていた。

検出装置１８はソレノイド４１の作動を検出し、前記出
力信号１８Ａを制御装置２０に送るものを例示したが、
他に電磁弁軸４６の位置検出、シリンダ４１内デイスク
（ピストン）４２の上部室４８の油圧（排出によって油
圧低下する）を検出するなどの方法によってもよい。

このように本発明においては、バイパス弁７の動作の有
無を、バイパス弁７の実際の動きを監視する従来方法に
代えて、バイパス弁７の開閉を指令する制御装置１１の
動作を検知することによってバイパス弁７の実際の作動
前に検知することができる。

従って、これらの方法はバイパス弁７の動作を従来の方
式よりも迅速に検出し、出力信号１８Ａを速かに出力す
る。

なお原子炉保護上に重要な機能を果すものである以上、
検出装置１８は複数個設置して信号１８Ａを多重化し、
冗長性によって信頼度を高くするものも有効である。

第３図は前記制御装置２０の詳細を示す。

各バイパス弁７の前記制御装置１１に設けた多重化され
た検出装置１８の出力信号１８Ａを入力する判断回路２
１と、その出力信号２１Ａをバイパス弁の数分入力して
出力信号２２Ａを出力する演算回路２２と、この信号２
２Ａおよび原子炉１からの原子炉出力信号１Ａを入力し
て出力信号２０Ａを出力する演算回路２３から構成され
ている。

出力信号２０Ａはこの制御装置２０としての出力信号と
なる。

これは、バイパス弁７の主蒸気至急遮断時の動作を原子
炉の出力信号１人と比較判定し、動作が不適当の場合に
は、制御装置３０に対して、速かに原子炉１の保護が行
われるように出力信号２０Ａを出力するものである。

判断回路２１は各バイパス弁７の制御装置１７に設けた
多重化された検出装置１８の出力信号１８Ａを入力し、
主蒸気系急速遮断時のバイパス弁７の動作をこれらの複
数の信号１８Ａがら原子炉１の保護上安全となる方向で
判定し、出力信号２１Ａを出力する。

この判定は、２ｏｕｔｏｆ２あるいは２ｏｕｔｏｆ３の
高信頼度論理で行われる。

演算回路２２は上記信号２１Ａをバイパス弁の数分だけ
入力し、正常に動作したバイパス弁７の個数を求め、信
号２２Ａを出力する。

この信号２２Ａと原子炉１の原子炉出力信号１Ａを入力
する演算判断回路２３は、正常に動作したバイパス弁数
の原子炉１の出力に対する割合を求め、これが設定値以
下の場合にはバイパス弁７の動作不良と判定し、制御装
置２０の出力制御信号として信号２０Ａを制御装置３０
に送る。

この演算判断回路２３のバイパス弁動作不良の判定は、
制御装置３０による原子炉１の保護制御が複数動作ある
場合は、動作不良判断設定値も複数個備え、これらの動
作を選択して制御させるように信号２０Ａを出力するこ
ともできる。

例えば、保護動作として、原子炉スクラムと再循環ポン
プトリップの２つがあった場合、設定値を割合の低い方
からＲ１，Ｒ２とし、割合がＲ２以上ならば制御装置３
０には保護動作させないよう信号２０を出力する。

割合がＲ１とＲ２の間である場合には、制御装置３０に
再循環ポンプトリップさせるように信号２０Ａを出力す
る。

割合がＲ１以下の場合には、制御装置３０に原子炉スク
ラムと再循環ポンプ） ＩＪツブの両方を行わせるよう
信号２０を出力する。

このようにきめ細く原子炉保護機能を行わせることも考
えられる。

また制御装置２０も検出装置１８と同様に、原子炉保護
上重要な機能を果すので、これを多重化し、安全性の向
上を図ることも考えられる。

第４図に示したのは他の実施態様である。

これは、バイパス弁７の動作を急速作動電磁弁４５のピ
ストンロッド６１の動きによって検出する。

装置６２はリミットスイッチである。急速作動電磁弁４
５のピストンロッド４６をシリンダ６０の反対側にピス
トンロッド６１として延長し、このピストンロッド６１
により作動されるリミットスイッチ６２を設置する。

バイパス弁動作検出回路１８は、バイパス弁の動作をリ
ミットスイッチ６２からの信号６２Ａによって検出し、
出力としての信号１８Ａを出力する。

リミットスイッチ６２の取付位置としてはピストンロッ
ド４６Ｖｅ設置してもよいが、構造上はピストンロッド
６１に設けるのが好適である。

・第５図は、本発明による保護装
置を用いた場合の原子炉の制御特性を従来のものと比較
したタイムチャートである。

実線は従来方式、破線が本発明装置の特性を示す。

ａは原子炉炉心中性子束密度、ｂｙｅは動作信号を表わ
す。

原子炉出力Ａで運転中、時刻Ｔに主蒸気系急速遮断が起
り、タービンバイパス弁の動作が不良であった場合、炉
心中性子束密度はａのように変化する。

従来方式では、時刻Ｃ即ち１５０〜２００ ｍ ｓｅｃ
でタービンバイパス弁の動作不良を検出する。

しかしこれでは原子炉１をスクラムしても、制御棒の反
応度抑制効果は時間的に遅れて効果がでるので、その間
に中性子束密度の最高点は相対的に高くなり、燃料棒を
はじめとした原子炉機器に悪い影響を及ぼす。

これに比べ本発明によるバイパス弁動作不良検出時間は
、時刻Ｂ即ち５０〜７０ ｍ ｓｅｃであり、かなり早
い。

従って主蒸気系急速遮断後比較的短１時間に原子炉がス
クラムされ、中性子束密度の到達する最高点は大巾に低
く抑えられて、最小限界出力比（ＭＣＰＲ） 本許容値
１．０７より十分高く維持され原子炉機器への悪影響は
著しく緩和される。

“ □ 。□以上に説明した通り、本発
明原子力発電所の保護装置は、主蒸気系急速遮断時にパ
イ・でス弁動作不良があった場合、短時間にこれを検出
し、制御信号を出力することによって原子炉に速かに保
□護動作を行なうようにしだも力で、これによって燃料
棒はじめ、原字炉機器の健全性、安全性を著しく向上さ
せる特徴あるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水形原子力発電所の主蒸気系系統図、第２
図はバイパス弁の制御装置と本発明に′よる検出装置の
関係を示す系統図、第３図は本発明の一実施態様を宗す
要部のブロック図、第４図は本発明の他の実施態様を示
すバイパス弁の制御装置の系統図、第５・図ａ、ｂ、ｃ
は本発明および従来の方式の原子炉の制御特性を比較し
て示したタイムチャートである。 １・・・・・・原子炉、１・・・・・・バイパス、１８
・・・・・・検出装置、２０・・・・・・制御装置、２
１・・・・・・判断回路、２２・・・・・・演算回路、
２３・・・・・・演算判断回路、３０・・・・・・制御
装置、６１・・・・・・ピストンロッド、６２・・・・
・・リミットスイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 大容量タービンバイパス系を有する原子力発電所に
   おいて、タービンバイパス弁動作を検出する検出装置と
   、この検出装置から送出される検出信号を入力し制御信
   号を出力する制御装置とによって構成され、検出装置は
   タービンバイパス弁の開閉を指令するタービンバイパス
   弁の制御装置の動作を検知することによってタービン主
   蒸気系急速遮断時のタービンバイパス弁動作を速かに検
   出し、制御装置は、この検出信号によってバイパス弁動
   作の良否を判断し、動作不良と判定したときには原子炉
   の保護動作を行わせる制御信号を出力するようにしたこ
   とを特徴とする原子力発電所の保護装置。 ２ □検出装置は、タービンバイパス弁の制御装置の電
   磁弁の動作を検出するようにしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の原子力発電所の保護装置。 ３ 検出装置は、タービンバイパス弁制御装置ノミ磁弁
   軸の位置あるいはシリンダ内のディスク上部室の油圧を
   検出するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の原子力発電所の保護装置。 ４ 検出装置は、急速作動電磁弁のピストンの動きによ
   って動作するリミットスイッチによって検出するように
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の原子
   力発電所の保護装置。 ５ 検出装置を多重化し、その検出信号を冗長系に組ん
   で、高信頼性を持つようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の原子力発電所の保護装置。 ６ 制御装置は、多重化された検出信号を入力して各バ
   イパス弁の動作を判断する判断回路と、この判断回路の
   出力信号を入力してバイパス弁の動作弁数を求める演算
   回路と、演算回路の出力信号と原子炉出力信号を入力し
   て演算によってタービンバイパス弁の動作の良否を判定
   し、不良のときには原子炉の保護動作を行わせる制御信
   号を発信する演算判断回路とから構成されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の原子力発電所の保護
   装置。 １ 演算判断回路は、入力信号から正常動作したバイパ
   ス弁数の原子炉出力に対する割合を求めこれを設定値と
   比較することによって、種々の原子炉の保護動作を選択
   して制御信号を発することを特徴とする特許請求の範囲
   第６項記載の原子力発電所の保護装置。 ８ 制御装置は、これを多重化させて精度を高くするよ
   うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   原子力発電所の保護装置。