JPS5830560B2 - 原子炉動力プラント用の給水制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉動力プラント用の給水制御装置に関する
ものである。

本発明の制御装置は加圧水湿原子炉ＰＷＲで使用するよ
うになっているが、沸騰水形原子炉ＢＷＲに対しても応
用できる。

原子炉の負荷レベルが変化するとき、蒸気発生器への給
水流量を変える必要がある。

各蒸気発生器への給水流量は複数の弁、即ち主管路中の
主弁と、この主弁をバイパスする補助分岐管路中のバイ
パス弁とで制御するのが普通である。

通常の出力レベルにおいて、制御は主弁によって行なう
。

バイパス弁は完全にまたは部分的に開いていても閉じて
いてもよい。

例えば公称定格能力の１５優のような、主として始動中
の低負荷レベル時には、主弁を閉じバイパス弁により制
御を行なう。

従来技術では、高負荷レベル時でも、蒸気発生器の水位
、蒸気流量および給水流量の三つの要素を組み合わせて
給水の制御を行なっている。

測定した水位は希望水位またはプリセット水位と比較さ
れ、定常状態での水位誤差を排除するよう作用する比例
積分制御器ＰＩに伝えられる。

また、初期の水位誤差を予測するよう作動する給水流量
対蒸気流量の不整合チャンネル（ｍｉｓｍａｔｃｈｃｈ
ａｎｎｅｌ ）がある。

加算された水位信号と流量の不整合信号は、給水流量に
おける定常状態での誤差を排除するもう一つの比例積分
制御器を通る。

従来技術の制御は、普通のまたは高い負荷レベルにおい
ては満足に作用するが、例えば公称定格負荷の１５φ以
下という低負荷レベルにおいては満足に作用しない。

事実この欠点のために、給水の自動制御は実行可能性の
あるものではなかった。

給水が低負荷レベルにおいて適正に制御されないと、始
動中に゛チャツジング（ｃｈｕｇｇｉｎｇ ） ”状態
が起こる。

この状態は、始動命冷に応じて蒸気発生器が蒸気を発生
しようとしているあいだに蒸気発生器に過度の低温給水
が流れ込むことによって生じる激しいハンチングである
。

この発明の主な目的は、低出力レベル時に給水流量を信
頼はのある、効果的で正確な方法で制御できる原子炉給
水制御装置を提供することである。

この目的から本発明は、原子炉と、この原子炉で１駆動
されるタービンと、前記原子炉からエネルギを引き出す
ため前記原子炉に接続される蒸気発生器と、前記タービ
ンを動作させるために前記蒸気発生器から前記タービン
へ蒸気を循環する第１分岐路および前記タービンから前
記蒸気発生器へ給水を循環するための第２分岐路を有し
て前記タービンおよび前記蒸気発生器に接続された流体
循環手段と、タービン負荷に応じて原子炉出力を制御す
る装置とを含み、前記給水は前記原子炉から供給された
エネルギによって前記蒸気発生器で蒸気に変換される原
子炉動力プラント用の給水制御装置であって、前記給水
制御装置は、前記蒸気発生器に対する給水量を制御する
ための前記第２分岐路中の弁装置と、前記弁装置を制御
するため、低負荷において、前記原子炉によって供給さ
れる出力を表わす信号および蒸気発生器中の水位と希望
水位との間の差を表わす信号の合計に応動する装置とを
備えている原子炉動力プラント用の給水制御装置に存す
る。

本発明は、低負過レベルにおいては給水流量の信頼ある
制御に必要な精度で蒸気流量の測定値を得ることができ
ないため、かかる低負荷レベル時には給水流量の満足な
制御は実行不可能であると言う知見から生じたものであ
る。

この測定値は、蒸気管路の圧力差測定から得たものであ
り、蒸気流量の少ない時の圧力差は正確な信号を発生す
るのに小さすぎる。

また、負荷レベルの変化時に、発電装置が電力変更命令
に応動した後、蒸気流量に変化が起こるが、この変化は
弁のフィードフォワード要求を十分に満たすものではな
い。

本発明によると、給水流量は、水位測定値要素と核出力
（ｎｕｃｌｅａｒ−ｐｏｗｅｒ）測定要素とを複合して
制御されている。

水位測定値要素は従来技術の慣行と同じ方法で得られる
。

蒸気発生器の降水管内での蒸気圧と水圧の合計は、給水
柱を参照して測定され、この大きさを希望水位と比較し
て、制御装置に送り込む水位誤差を得る。

核出力即ち原子炉出力の測定値は、普通、Ｘ−炉心検出
器を使って原子炉の中性子束を測定することによって得
られる。

核出力の変化命冷に対する最も早い応答は、原子炉の制
御棒を引き抜くかまたは挿入することである。

この変化に対してすぐ起る応答は、中は子束の相応した
変化である。

新しい中性子束の測定値は出力レベルの変化に関して早
い信号を与える。

定常状態中の熱平衡に基づいて、核出力は蒸気流量（プ
ラント負荷）に比例し、従って、給水制御弁に対して定
常状態の要求要素を与えるのに使える。

負荷変化に対して、測定された核出力は迅速に応答し、
新しい蒸気流量を平衡する新しい弁要求を素早く出す。

従来技術での水位トリムチャンネル（ｔｒｉｍ ｃｈａ
ｎｎｅｌ ）は、定常状態での水位誤差をゼロに維持す
るために保たれる。

加うるに、この水位トリムチャンネルは、崩壊熱も含め
て、ホットゼ゛口出力での測定様出力と実際積出力との
間に若干の相違をつくる原因となる。

低出力での給水制御のために、本発明による装置は、全
出力時に使用されるものよりも小さい制御弁（バイパス
管路内にある。

）を通じて動作するので、この弁はその開度−流量特注
の直線部分で作動する。

あるいは、可変速度給水ポンプを設けて希望の直線的作
動を行なってもよい。

本発明は低負荷において従来技術より顕著な利点を有し
ているが、低い負荷においても、またより高い負荷にお
いても、全体的に従来技術に優る利点を有している。

本発明は、フィードバック変数が一つ少なくてよく、満
足な動作のために第２比例積分制御器を必要としない。

本発明は、実施例に関する下記の説明を添付図面に関連
して読むことにより一層容易に明らかとなろう。

第１図と第２図に示される装置は、複数個の蒸気発生器
１３および１５と熱交換関係にある原子炉１１を有する
原子炉動力供給装置である。

各々ポンプ１８，２０を有する一次ループ１７と１９は
、それぞれ原子炉１１および各々の蒸気発生器１３．１
５を相互に熱的に連結している。

間型的には加圧水である冷却材は原子炉１１の炉心（図
示せず）および各々の蒸気発生器１３，１５を通って流
れる。

図示しないが、原子炉１１はタービン負荷に応じて原子
炉出力を制御する公知の装置を備える。

−次ループ１７．１９の各々によって炉心から引き出さ
れた熱は、各蒸気発生器１３゜１５内の水を蒸発させる
。

二次ループ２１，２３は各蒸気発生器１３，１５と共通
の蒸気ヘッダ２２を介してそれぞれ組み合っている。

本発明は蒸気駆動装置に適する独特のものであるけれど
も、本願中での゛水″および゛蒸気″と言う記載は、本
発明をこれに制限しようと意図するものではない。

水損外の種々の流体によって１駆動される動力発生装置
に本発明を応用する程度までは、このような応用は本発
明の意図する範囲内にある。

そして本願およびその特許請求の範囲中で便宜上使用し
た゛水″および゛蒸気“と言う用語は、その範囲内にこ
のような他の流体も含むことを意図して使用している。

第１図と第２図に示される装置はタービン２５と、この
タービン２５で、駆動する発電機２７とを有している。

各二次ループ２１，２３は、タービン２５を駆動するた
めに各蒸気発生器１３．１５からの蒸気を循環させる第
１分岐路２９と、タービン２５から対応する蒸気発生器
１３゜１５へ給水を循環させる第２分岐路３１とを有す
る。

第２分岐路３１と共通に、タービン２５からの流体を凝
縮するための復水器３３、復水ポンプ３５および複数個
のヒータ３７がある。

また、給水の各第２分岐路３１は給水ポンプ３９、ヒー
タ４１および弁ユニット又は弁装置４３（第２図）をも
有している。

弁ユニット４３の各々は主管路に主弁４５を有している
。

この主弁４５の両端にバイパス管路４７があり、バイパ
ス管路４７中にバイパス弁４９がある。

バイパス弁４９の各々は、主弁４５の約２０優の能力を
有し、低負荷レベルの間、給水流量を制御する働きがあ
る。

原子炉１１は、その出力に従属する中性子束から信号を
取り出すための通常の装置５１を有している。

各蒸気発生器１３，１５は、水位誤差に依存する信号を
取り出すための通常の装置５３゜５５を有している。

本発明に従って給水を低負荷レベルおよび高負荷レベル
の双方において制御する場合、水位誤差信号だけを各蒸
気発生器１３゜１５から取り出すことを必要とする。

例えば、現存する設備に本発明による制御装置を付けた
場合のように、高負荷レベルにおける給水を従来技術に
よって制御すると共に低負荷レベルにおいては本発明に
従って制御する場合には、装置５３および５５は蒸気流
量信号と給水流量信号を出す。

装置５１と５３および５１と５５からの信号は電気信号
であり、信号処理のために弁制御装置５７および５９に
それぞれ供給される。

弁制御装置５７と５９は、それぞれの弁ユニット４３の
主弁４５およびバイパス弁４９を制御する。

第２図において、主弁４５は３信号要素の従来技術の制
御装置によって加算器６１を通じて制御され、バイパス
弁４９は本発明に従って加算器６３を通じて制御される
ように示されている。

第３図に示すように、蒸気発生器１３および１５の各々
からの実際の水位の電気信号は、ノイズを除去するフィ
ルタ７１に加えられる。

このフィルタ７１中の代数式において、Ｓはラプラスの
関数、その演算子ｄ／ｄｔのｔは時間、Ｔ１はフィルタ
７１の時定数である。

各蒸気発生器１３，１５における希望水位は、命冷（タ
ービンの衝撃段圧力）によって装置出力の増加または減
少が行なわれるときに、関数作成器７３から取り出され
る。

その関数は関数作成器７３の囲いの中にグラフで示され
ている。

出力要求を水平軸に、蒸気圧を縦軸にとっている。

曲線は希望水位を与えている。希望水位信号は、時定数
がＴ２であるノイズフィルタ７５を通過する。

誤差は、フィルタ７１と７５からの信号が加えられる加
算器７７から得られる。

加算器７７は２つの信号の差を取り出す。

この誤差信号は、比例積分制御装置（図示せず）を通し
て主弁４５に、およびもう一つの比例積分制御装置８１
を通して加算器６３に印加されている。

比例積分制御装置８１において、Ｋ８はゲイン、Ｔ３は
時定数である。

積出力信号は、フィルタ８３を通して加算器６３に印加
される。

フィルタ８３内のに４はゲイン、Ｔ４は時定数であり、
これらのバラメークは調節可能である。

公称流量が１． Ｏ０％流れるバイパス管路差信号と核
出力信号の代数和は自動−手動制御器７８へ送られ、こ
の制御器が必要な命冷をバイパス弁４９に出す。

フィルタ７１，７５，８３および比例積分制御装置８１
等を含む第３図のフロック国内の諸構成要素はソリッド
ステート電子要素であり、これ等の電子要素は普通のも
のである。

第３図に示された全体は制御が行われている間中働いて
いる。

水位は閉ループにおいて調整されており、その閉ループ
内でフィードバック信号はどの瞬間においても蒸気発生
器の実際の水位信号である。

核出力信号は開ループ回路に入れられている。

第４図はアナログ解析によってバラメークに３とＴ３を
変化したときに得た効果を示している。

Ｋ３は縦軸にプロットされており、Ｔ３は秒単位で横軸
にプロットされている。

縦座標はバイパス弁４９を通る１００％流量（左側）と
、主弁４５を通る１ｏｏ％流量（右側）とに関して示さ
れている。

上方の曲線９１より上の領域で制御装置は振動する。

次の曲線９３より下の領域とさらに次の曲線９５の上の
領域との間で、制御装置の設定時間は望ましい設定時間
である１０分より少ない。

次の曲線９７の下の領域と最下部の曲線９９の上の領域
との間で、希望水位からの最大偏差は１５係より少ない
。

斜線領域１００は希望動作領域を示している。

第５図は、第４図と同様のグラフでロフトラン（ＬＯＦ
ＴＲＡＮ ）デジタル解析によって得たものである。

曲線１０１，１０３，１０５，１０７゜１０９および斜
線領域１１１は、第４図のそれぞれの曲線９Ｌ ９３，
９５，９７，９９および斜線領域１００に対応している
。

第６図のａからｅには、装置の種々の動作パラメーター
に関して、本発明による負荷レベルの５係ごとの逓減効
果がグラフで示されている。

こ、・れらのグラフはデジタル計算機による解析によっ
て導き出されている。

どのグラフも時間は秒単位で横軸にプロットされている
。

どのグラフにおいても同じ垂直線上にある点は同じ時刻
に対応している。

グラフａ、およびＣからｅにおいて、パーセント変化が
縦軸にプロットされており、グラフｂでは温度がＦ単位
で縦軸にプロットされている。

グラフＣは蒸気流量における５係ごとの変化を示してい
る。

グラフｄは最大の水位変化がわずか１０係であり、その
水位変化は約３００秒でゼロになることを示している。

グラフｅは、給水流量がわずか約３００秒で定常状態に
落着くことを示している。

第６図に示すように、蒸気流量の減少は一次冷却材温度
の上昇につながる一次対二次出力不整合を引き起こす。

制御棒は炉心の中に挿入され、新しい負荷レベルまで核
出力を減する。

負荷が減少すると蒸気発生器の水位は、降水管の水の密
度を増し水中の気泡をつぶす蒸化力（ｓｔｅａｒｎｉｎ
ｇ ｐｏｗｅｒ）の減少と蒸気圧の増加の双方のために
、減少する方向に向かう。

給水流量は水位チャンネル要素（１ｅ−ｖｅｌ ｃｈａ
ｎｎｅｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ）にフィードフォワー
ド核出力要素（ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄ ｎｕｃｌｅａ
ｒ ｐｏｗｅｒ ｃｍｐ−ｏｎｅｎｔ ）を加えたも
ので構成される。

核出力要素は給水流量をその新しい定常状態の水位に急
速にもっていこうとする。

しかし、水位トリムチャンネル（１ｅｖｅｌ ｔｒｉｍ
ｃｈａｎｎｅｌ ）は水位低下の結果として、水位が
その希望値よりも低い間は給水流量を増加させようとす
る。

その正味効果は、新しい定常状態での水位に向って給水
流量が頽れ状に減少し、この減少が過渡的な水位誤差を
最少にすることである。

第７図のａからｅは第６図のａからｅと同様であるが、
ただ始動時に生ずるような負荷逓増を５斜ごとにプロッ
トしている。

この場合、水位の変化はわずか１５％であり、約３００
秒でＯに戻る。

給水流量は約４００秒で安定する。

ここでは本発明の特定の実体例を開示したけれども、そ
れに関する多くの変更が可能である。

本発明は、従来技術の精神からやむを得ない範囲を除い
て、制限されるべきでない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す略図、第２図は第１図の
円■（弁ユニット）内に示される部分を拡大して示す断
片的略図、第３図は本発明を実行した場合に協働する諸
制御要素の相互関係を示すブロック線図、第４図は５係
の負荷変化を仮定して、本発明による給水制御装置につ
いて、アナログシミュレーションによって得た異った点
での効果を示すグラフ、第５図はロフトランコンビュー
タでのデジタルシミュレーションから得た第４図と同様
のグラフ、第６図のａｙｂ、ｃ、ｄ、ｅは５φごとの負
荷逓減に対する、本発明の給水制御装置の種々のパラメ
ータにおける変化を示すグラフ、第７図のａ、ｂ、ｃ、
ｄ、ｅは負荷逓増についての第６図と同様のグラフであ
る。 図において１１は原子炉、１３と１５は蒸気発生器、２
１と２３は二次ループ（流体循環手段）、２５はタービ
ン、２９は第１分岐路、３１は第２分岐路、４３は弁ユ
ニット（弁装置）、４５は主弁、４９はバイパス弁、５
７および５９は弁ユニットを制御する弁制御装置である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 原子炉と、この原子炉で駆動されるタービンと、前
   記原子炉からエネルギを引き出すため前記原子炉に接続
   される蒸気発生器と、前記タービンを動作させるために
   前記蒸気発生器から前記タービンへ蒸気を循環する第１
   分岐路および前記タービンから前記蒸気発生器へ給水を
   循環するための第２分岐路を有して前記タービンおよび
   前記蒸気発生器に接続された流体循環手段と、タービン
   負荷に応じて原子炉出力を制御する装置とを含み、前記
   給水は前記原子炉から供給されたエネルギによって前記
   蒸気発生器で蒸気に変換される原子炉動力プラント用の
   給水制御装置であって、前記給水制御装置は、前記蒸気
   発生器に対する給水量を制御するための前記第２分岐路
   中の弁装置と、前記弁装置を制御するため、低負荷にお
   いて、前記原子炉によって供給される出力を表わす信号
   および蒸気発生器中の水位と希望水位との間の差を表わ
   す信号の合計に応動する装置とを備えている原子炉動力
   プラント用の給水制御装置。