JPS59180400A - 再循環流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は沸騰水型原子力発電所における再循環流量制御
装置に係り、特に、原子炉の炉心流量を調節するＵＪ′
！−循環ポンプの速度１ｈ！」御を行なう再循環流ガを
制御装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に、沸騰水型原子力発電所において、原子炉出力は
通虐運転時には原子炉再循環系を流れる再循環流せによ
り“１ｂ１］御される。従来、この原子炉再循環流量は
、第１図に示すように原子炉再循環系統に設けられる６
循環制御装置により制御される。この再循環制御表置は
、原子炉再？ｉａ環系統の再循環ポンプ１のポンプ速度
金制口￥１するもので、可変周波数Ｍ（電動機）−Ｇ（
発Ｅ直歳）セット２と速度制御装置３とを有する。再循
環ポンプ１は原子炉圧力８器４から外部に出る２つの循
環配管にそれぞれ設けられて２つの外部ループ方式が採
用され、各ループに再循環ポンプ１および可変周波数Ｍ
−Ｇセット２がそれぞれセットされる。

可変周波数Ｍ−Ｇセット２はかご型誘導社動機５とこの
電動機５により流体継手６を介して駆動される可変周波
数発電機７とからなり、この覚醒機７から供給される再
循環ポンプ用交流醒源により、再循環ポンプ１が駆動さ
れる。

一方、速度制御装置３には、主制御器８をＭし、この主
制御器８に再循環流量変化信号が手動操作９Ａあるいは
タービシ電磁油圧制御（ＥＨＣ）系からの自動モード９
Ｂに入力され、この入力信号を受けた王制：Ｉ器８は速
度制御器１０に速度要求信号８Ａを出力し、この信号８
Ａを入力した速度制御器１０はすくい管位置操作器１１
にすくい管位置変更信号１０　Ａ　ｉ出力する。すくい
管位置操作器１１は上記位置変更信号１．ＯＡを受けて
流体継手６の作動を制御する。これにより、流体継手６
のスリップが変わり、可変周波数発″［ｌｊ機７の回転
数が変化して覚醒機からの出力′電圧が制御される。こ
の出力電圧制御により再循環ポンプ駆動用電動機１２の
回転数が変化し、ポンプ速度が制御され、再循環流量が
要求値になるように制御される。

原子炉再循環流量は再循環ポ〉プ１のポンプ速；Ｗに比
例し、ポンプ速、変は可変周波数発電機７の出力電圧に
比例する。このため、従来の再循環流せ制囲１装置の主
な機能は、可変周波数Ｍ　−Ｇセット２により再循環ポ
ンプ１のポンプ速度を制御し、原子炉再循環流量を調節
することである。

ところで、可変周波数Ｍ−Ｇセットの応答特注は、流体
継手６のすくい前位１面検出器１１、可変周波数発電機
７、両循環ポンプ１およびこのポンプ駆動モータ１２の
慣性によって決定される。外部ループ方式に用いられる
再循環ボンダ１および駆動モータ１２は、原子炉圧力容
器４内のジェットポンプ１３に再循環水を送り、このジ
ェットポンプ１３で炉心内の水を強制循環させ、炉心へ
の冷却水を供給を図るという間接的な循環方法を採用す
る関係から、再循環２ンプ１やその駆動モータ１２も大
型になり、慣性が大きなものとなる。この慣性時駕数の
大きな原子炉再循環系の再循環流量を減少させる必要が
ある場合には、再循環ポンプトリップ信号を入力させて
再循環ポンプをトリップさせたり、ステップ状に大幅に
降下する再循環ラン・ζツク信号Ｄ（第３図参照、再循
環ランパックとはある定められた速度まで再循環ポンプ
のポンプ速度を落とすことをいう。）を入力させて、ポ
ンプ速度全治とすようになっている。

一方、最近原子炉圧力容器の再循環流量制御系に、再循
環２ンプとしてインターナルポンプが用いら汎るよう（
′こなってきた。インターナルポンプを使用した再循環
流量制御系は、慣性が小さいものであり、再循環流量の
減少を図る場合、上述した再循環ポンプトリップ信号や
ステップ状に大幅に降下する再循環ランパック信号を入
力させると、直ちに炉心流量が第４図の符号１５で示す
ように急激に降下するため、原子炉内のボイドが急増し
、炉内水位が第５図の符号１６で示すように急速に上昇
する。炉内水位が所にレベル１７以上になると原子炉水
位高レベル信号が発せられて、タービントリップや給水
ポンプトリップが生じ、全給水流量の喪失に至る恐れが
ある。また、急激な炉心流量の低下により、炉心からの
熱除去イ化力が下がり、燃料が熱的に厳しくなる不都合
が生じるＢＪ舵性がある。このことから、外部ループ方
式の再循環流量制御装置をインターナルポンプ方式の再
南環流量制側１系に適用することが困難であった。

〔発明の目的〕

本発明は上述した点を考慮し、インターナルポンプのよ
うな慣性の小さな再循環光量制御系において、原子炉の
出力制御を図る場笛、炉心流遣金なめらかに変化させて
原子炉低出力運転状態に安尾的にかつスムーズに導くよ
うにした再循環流量制御装置を提供することを目的とす
る。

本発明の他の目的は、原子炉水位の大輪な上昇や炉心か
らの熱除去能力の低下を生じさせることなく原子炉出力
を安定的に敵少させる出力制御を行ない得るようにした
再循環流量制御装置を提供することにある。

〔発明の概要 上述した目的を達成するため、本発明に依る再循環流量
制御装置は、原子炉の炉心流量を調節する再循環ポンプ
と、この再循環ポンプの作動制御を行なう再循環流＝：
壮制＠１器とｆＫ：備えた内循環流准制御裟直に２いて
、上記再循環流量制御器は、再循環ボンゾ叱動用′祇−
機の作動制御」１を行なう速度制帽卸器を有し、この速
度割付：ＦＭｉ／ｉ、原子炉の出力制御を行なう１桧、
再循環ランバック制Ｔｉ１ｌにより前記電動慎才作劾罷
ｊ護し、再６ｉｘ環流賃を低下させるように、設定さ八
たものである。

〔発明の芙施しｉＪ　） 以下、不発明の好ましい実施しＵについて糸付図面を参
照して説明する。

第２図は、インターナルポンプ方式全採用した再循環流
量制御系を示すもので、図中符号２０は沸１１ユ水型原
子炉の原子炉圧力容器を示し、この圧力容器内に多数の
核燃料を充填した炉心部２１が形成される。炉心部ｚｌ
を通る炉心流−辰は原子炉圧力容器頷の底部周辺に設置
されたインターナルポンプ２２により調節され、インタ
ーナルポンプ２２は′電動機器により駆動される。

再循環流量制御系は上記インターナルポンプ２２、その
電ａ機器および再循環流量制御器Ｕから構成される。再
循環流量制御系別は、再循環流量変化信号が入力される
主制御器５と、この主制御器５からの出力信号２５Ａを
入力する中性子束制御器２６と、中性子束制御器２６か
らのポンプ速度要求信号２６　Ａ　２人力させる速匿制
御器都とを有する。

主制御器５には、手動操作あるいはタービンＥＩ（Ｃ系
からの自動モードにより再循環流量変化信号２８Ａ、２
８Ｂが入力される。この入力信号２８Ａまたは２８Ｂが
与えられたとき、中性子束制御器２６に出力信号を兜す
る。中性子束制御器２６は主制御器６からの出力信号２
５Ａを炉出力に相当する中性子束信号２９Ａと比較し、
その誤差が解消される方向にポンプ速度要求信号２６Ａ
を出力し、この信号２６Ａを速度制御器２７に入力させ
ている。速度制御器２７ハ、インターナルポンプ駆動電
動機器の回転駆動を作動制御するもので、インタロック
（論理回路）により選択切り換えられる選択スイッチ３
０と、−次遅れ回路３１と電圧周波数変換器３２および
サイリスタ回路３３をシリーズに接続して構成され、サ
イリスク回路３３からの出力信号により上記電動機器の
作動が制御される。

速度制御器２７の選択スイッチ３０は、中性子束制御器
２６からのポンプ速度要求信号２６Ａと再循環ジンパッ
ク信号３４Ａとを適宜切換えるものであり、この再循環
ランパック信号３４Ａは第３図の実緋で示すように予め
プログラム化嘔れた制御信号Ａで初期には急激な割合で
再循環流量を減少させ、それ以後はなめらかに減少させ
るように勾配がプログラムされている。この再循環ラン
パック信号Ａは、ある足めら汎た速度に再循環ポンプ（
インターナルポンプ２２）のポンプ速度を降下させるた
めの信号である。インターナルポンプ２２は回転域（ポ
ンプインペラ）が小さく、各ポンプの慣性が小さいため
、速度制御器２７からの速１埃制御信号（電圧信号）２
７Ａに対して迅速な応答音するようになっている。

一方、原子炉圧力容器加から主蒸気管３６が延びており
、この主蒸気管３６は主蒸気隔離弁３７およびタービン
カ旧威弁、３８を経て蒸気タービン３９に接続され、こ
の蒸気タービン３９に原子炉圧力容ｇｗ　２０からの主
蒸気を供給し、タービンを駆動させ、光゛電機４０で発
電させるようになっている。タービンｆ：駆動して什Ｖ
をした蒸気は復水器４１に案内され、ここで凝縮され、
復水となる。この復水は図示しない治水ポンプにより給
水加熱器を経て原子炉圧力容器２０内に還流される。

また、上記蒸気タービン３９をバイパスするようにバイ
パス官４２がタービン加減弁３８の上Ａ：側から分岐さ
れる。このバイノξス雷４２はオ中にタービンバイパス
弁１３を有し、その他端が前記復水器４］に接続され、
発電機の負荷遮断時に定格開気（主蒸気）の全「質をこ
のパイノξス嘴４２に案内し、処理できるよう（（なっ
ている。

発電機４０の負荷遮断は仄のようにして行なわれる。

晃′屯（吹４０からの発′亀量は′−；カメータ４５に
入力される一方、タービン蒸気流入量に比例する蒸気タ
ービン３９の高圧第１段圧力が圧力検出器４６により検
出され、電力メータ４５および圧力検出器４６からの検
出信号が比較回路４７で比較される。この比較回路４７
は例えば両信号の差が４０係以上で３ｆＪｍｓｅｃ以内
に生じると、ロードアンバランスリレー４８ニ出力し、
このロードアン・マランスリレ−４８のイ乍ｆ助により
発［Ｅ機の負荷遮断が行なわ汎、タービン加減弁間が急
閉され、タービン・何）ξス弁１１：３が急開さ扛る。

このタービン加減弁３８の急開による主蒸気流量の減少
と、タービンパイ・ぐス弁４３の急開によるバイパス雌
性のＪ’８）ＪＤｉは、第６図に示すように表わされ、
両者間にドツト５０で示すミスマツチが生じる。

ミスマツチが生じると、原子・ｐ圧力容器２ｏ内の圧力
が上昇し、炉心部２１で発生するボイドが潰され、正の
ボイド反応１変が上昇して中性子束が上昇し、炉出力が
例えば１２０条に達し、原子炉がスクラムする場合が生
じ、原子力発電プラントの継続運転が不可能になる恐れ
がある。

本発明は、発電機負荷遮断時、タービンツノ０減弁３８
が急閉し、タービンバイパス弁４３が急開しても、再循
環流量をスムーズに減少させ、原子力発′はプラントの
１硅続１里転を停止させることなく、原子炉出力を安定
的に減少させるようにしたものである。

すなわち、従来の可変周波、６Ｍ−Ｇセット方式では、
再循環ポンプトリップにより再循環流量を減少させてい
るが、従来より１０数倍以上も速い応答特性を有するイ
ンターナルポンプを備えた再循環制御系においては、発
電機負荷遮断時に第３図に示す予めプログラム化された
再循環ランパック信号Ａを第２図に示す再循環ランパッ
ク制御信号３４Ａとして速度制御器２７に入力させる。

これにより、この入力信号に応じた速度側ｔｊ１１１１
＠号２７が１次遅れ回路３１を経て速度制御器２７から
出力沁れる。

この出力はインターナルポンプ駆動用ｆ’に励轡乙に人
力され、屯動機乙の回転が初期は急速に低下し、以後な
めらかに減少するように作動制御される。

これにより、第４図に実線Ｂで示されるように炉心部１
コ流量がなめらかな変化となって減少する。

再循環ランパック信号３４Ａを１次遅れ回路３１に通す
のは、再循環ランパック系の故障時に、この信号の遮１
カ〒により屯動機乙の作動停止が直ちに行なわれないよ
うにするためである。この炉心入口流量のなめらかな減
少により、ボイドの晃生牡もなめらかなものとなり、炉
内水位も第５図に実線Ｃで示すようにスムーズに変化し
、原子炉検出水位の最大上昇値も原子炉水位筒レベル１
７に対し、充分な余裕をもって原子炉出力の低下を図る
ことができる。

通常運転時には、中性子束制御１器２６からのポンプ速
度制御信号２６Ａが速度副側ｊ器２７に入力される。

その際、この人力？が犬さなステップ状の信号であって
も、１次遅れ回路３］を泄すことにより、なめらかな曲
線の１６号となり、この信号に応じた速Ｊ屍制御惰号２
７Ａがインターナルポンプ、昭動用筆動機ｎに送られ、
その作動を制御している。岨動機乙になめらかな速度制
御信号２７Ａを入力させるのは、インターナルポンプ２
２の慣性が小さいことに起因して炉心＃ｉ、量の急激な
変化を防止するためである。

次に、再循環ランツマツク信号の設定方法について説明
する。

発電機４０の負荷遮断時に、タービン加減弁３８とター
ビンパイ／ミス弁４３の開閉特性に起因して発生する蒸
気流量のミスマツチで原子炉圧力が上昇し、中性子束に
ピーク値（第６図の破線参照）が生ずる。このピーク値
による高中性子束スクラムを避けるためには、再循環ラ
ンパック信号の初期の減少を一定値以上の値にして中性
子束のピーク値を抑制する８委がある。

第７図は再循環ポンプ（インターナルポンプ）のポンプ
速度減少率（％／５ｅｃ）とこれに対応する中性子束ピ
ークの分布の関係を示しており、この図から、斜線Ｅで
示される範囲は、タービン加減弁３８およびタービンパ
イ／ミス弁４３の開閉特性により定まるものであるが、
再循環ポンプ速度は、毎秒ｌＯ％〜３０％の範囲で減少
させればよい。この場合には、中性子束ビーク１直がス
クラム設ボ点Ｆを超えないことがわかる。毎秒１０〜３
０％の範囲でポンプ速度を減少させると、再循環ポンプ
速度を初期の希望値（例えば７０係程度）まで減少させ
るのに、第３図を参照すると１秒から３秒程度で達する
ことがわかる。

また、第８図は、再循環ポンプ乙の減少速度継続時間と
原子炉水位の上昇値の関係を示し、斜線Ｇで示された範
囲は再循環ランパックによる減少率により定められる。

原子炉水位が原子炉水位高レベル１７に達しないように
するには、急速な減少継続時：ｉ＝ｊ］＆１秒〜３秒程
度以ＦＫ設定すれば、原子炉水位を所定レベル１７以下
に押えることができる。

第７図および第８図に示された条件を組み合せることに
より、プログラムされる再＜Ｊ？ｉ　４ランノ：！ツク
悟号Ａの設定範囲は第３図の′ＡＮＮ１勝部分Ｈで示さ
れる領域となる。

な２、本発明の一実施例においては、発電機負荷遮断時
を例にとって説明したが、必ずしもこれに限定されず、
再循環流量を再循環ランパック制御により調節するもの
であれば適用でき、原子炉出力低下や、再循環系のトラ
ズル、例えばキャビテーションやポンプの振動を回避す
る場合にも有効である。

〔発明の効果〕

以上に述べたように本発明に係る再循環流量制御装置は
、再循環流量制御器に速度制御器を備え、この速度制御
器は再循環ランパック制御により再循環ポンプ駆動用電
動機を作動制御したから、インターナルポンプを用いた
慣性の小さな再循環流量制御系において、炉心流量をな
めらかに変化させ、原子炉水位の大幅な上昇や下降、炉
心からの熱１余去能力の低下を招くことなく、原子カ兄
電プラントを低出力運転状態に安定的かつスムーズ（で
４くことができる。

また、原子炉の出力制御４を行なう際、炉水位の異常上
昇を招くことがないので原子炉のスクラムを防止でき、
原子炉の継続運転を中断することなく、原子炉出力を安
定的かつ迅速に低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の可変周波数Ｍ−Ｇセットを用いた沸騰水
型原子炉の再循環流量制御装置を示す図、第２図は、本
発明に係る再循環流量制御装置の一実施例を示す図、第
３図は、再循環流量制御系としてインターナルポンプを
使用した沸騰水型原子力＠電析において、発電機負荷ａ
Ｗｒ時に入力される再循環ランパンク信号を示すグラフ
、第４図および第５図は再循環ランパック信号を入力さ
せた際の炉心入口流計変化と原子炉検出水位変化をそれ
ぞれ示すグラフ、第６図は、タービン加減弁およびター
ビンバイパス弁の開閉特性に依存する炉心流量変化およ
び中性子束ピークを示すグラフ、第７図は、再循環ラン
ノ々ツク制御時、インターナルポンプの速度減少率に対
する中性子束ピーク値の分布を示すグラフ、第８図はイ
ンターナルポンプの減少継続時間に対する原子炉水位の
上昇値を示すグラフである。 加・・・原子炉圧力容器、２１・・・炉心部、２２・・
・インターナルポンプ、沼・・・電動機、Ｕ・・・再循
環流量制御器、５・・・主制御器、が・・・中性子束制
御器、２６Ａ・・・ポンプ速度要求信号、都・・・速度
制御器、３０：・・選択スイッチ、３１・・・１次遅れ
回路、３３・・・サイリスク回路、；彊Ａ・・・再循環
ラン・々ツク信号、３６・・・主蒸気管、関・・・ター
ビン加減弁、３９・・・蒸気タービン、−１Ｏ・・・発
電機、４】・・・復水器、４３・・・タービン・ぐイ・
ξス弁、・１８・・・パワーロードアンバランスリレー
。 出願人代理人　　波　多野　　　久 第　１　図 第　６　図 第７図 ｉ成型率　　（％／４少） ｔ　　　　　萌８　図 ｊ爪型ゑ津ゑ売日寺藺　（４少〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉の炉心流量を調節する再循環ポンプと、この
   再循環ポンプの作動制御を行なう再循環流量制御器とを
   備えた再循環流量制御装置において、上記再循環流量制
   御器は、再循環ポンプ駆動用電動機の作動制御を行なう
   速度制ｆＩｆｌＩ器を有し、この速度制御器は、原子炉
   の出力制御を行なう際、再循環ランバック制御により前
   記電動機を作動制御し、再循環流量を低下嘔せるように
   設定したことを特徴とする再循環流量制御装置。 ２、速製制御器は、初期は急激な割合で再循環流量を減
   少させ、その後は緩やかに減少させるように再循環ポン
   プ駆動用電動機を再循環シン・々ツク制御するようにし
   た特許請求の範囲第１項に記載の再循環流量制御装置。 ３、再循環ポンプは原子炉圧力容器内に設置されるイン
   ターナルポンプである特許請求の範囲第１項に記載の再
   循環流量制御装置。 ４、速度制御器は１次遅れ回路を有し、予めプログラム
   された再循環ランパック信号を上記速度制御器に入力さ
   せ、上記１次遅れ回路を経て出力させるように設定した
   特許請求の範囲第１項に記載の再循環流量制御装置。 ５、再循環流量制御器は、再循環流量変化信号が入力さ
   れる主制御器と、この制御器からの出力信号を中性子束
   信号と比較する中性子束制御器と、この中性子束制御器
   からのポンプ速度要求信号が人力される速度制御器とを
   有する時計請求の範囲第１項に記載の再循環流量制御装
   置。 ６、速度制御器は中性子束制御器からのポンプ速度要求
   信号および再循環ランバック信号を選択的に切り換える
   選択スイッチと、１次遅れ回路と、電圧周波数変換器と
   サイリスタ回路と全順次シリーズに接続して備え、上記
   サイリスタ回路から速度制御信号を再循環ポンプ電動機
   に出力させるように構成した特許請求の範囲第５項に記
   載の再循環流量制御装置。