JPS5930239B2 - 原子炉給水制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は大容量タービンバイパス弁等の蒸気逃し機能を
有する沸とう水彩原子力発電所における給水制御装置に
関するものである。

従来、発電所以外の電力系統の事故により送電不能とな
り発電機の主しゃ断器が開放され、タービン発電機の全
負荷しゃ断が発生したときに、大容量タービンバイパス
弁等の蒸気逃し機能を動作させ、原子炉の停止を防止し
、所内単独運転を行なうことを目的とした沸とう水彩原
子力発電所の原子炉給水系において、原子炉給水系は２
種類の給水ポンプで構成されている。

即ち、原子炉への定格給水流量の５０パーセント容量を
もつタービン駆動給水ポンプが２台、２５パーセント容
量をもつモータ駆動給水ポンプが２台とから構成され通
常原子力発電所定格出力運転時は２台のタービン駆動給
水ポンプを運転し原子炉への１００パーセントの定格冷
却水の給水を行っている。

またこのときモータ駆動給水ポンプは停止しており、タ
ービン駆動給水ポンプ故障時起動し、原子炉への給水を
行なう。

定格出力運転中全負荷しゃ断器も原子炉への冷却水の給
水はタービン駆動給水ポンプの回転数を制御することに
より行っている。

タービン駆動給水ポンプは、原子炉蒸気を駆動エネルギ
としてタービンを駆動し、これと機械的に結合したポン
プを回転させるものであり、大きな慣性を有する構造で
ある。

したがって、タービン駆動給水ポンプ流量変化要求に対
するポンプ流量の応答は大きな時間遅れをもっていて制
御性は良（ない。

□ シ方、全負荷しゃ断時はタービン発電機の入力エネ
ルギと出力エネルギのアンバランスにより生ずる過速度
を防止するために、タービン入口の加減弁が急速に閉止
される。

この急激な蒸気しゃ断により生じる原子炉圧力の変動は
、特に、原子炉水位に影響を与え、原子炉水圧の過渡的
変動が犬き（なる。

このとき、原子炉への給水を前記のタービン駆動給水ポ
ンプを従来のように行なってい℃は、制御応答性が悪い
ために過渡的に原子炉水位が上昇しタービン発電機停止
制限値に達する。

この制限値に達すると、タービン側への湿分の多い蒸気
の流出を防止するためにタービン発電機を停止しなけれ
ばならない。

タービン発電機が停止すると原子炉も緊急停止してしま
うので、本来の目的である所内単独運転が不可能になる
。

本発明の目的は、運転中の原子力発電所の系統全負荷し
ゃ新発生時に、原子炉水位の過渡的変動を抑制して、円
滑に所内単独運転に移行させることができる原子炉給水
制御装置を提供することにある。

すなわち本発明は、タービン復水器より原子炉へ至る給
水配管に並列にして介挿され、通常出力運転中に供用さ
れる２台のタービン駆動給水ポンプと、これらのタービ
ン駆動給水ポンプと並列に設けられた２台のモータ駆動
給水ポンプと、これらのタービン駆動給水ポンプと並列
に設けられた２台のモータ駆動給水ポンプと、発電機の
系統全負荷しゃ断を検出してタービンの蒸気加減弁閉止
に用いられるトリップ信号の発生手段とを有する原子力
発電所の原子炉給水制御装置において、トリップ信号が
入力されたときに第１タービン駆動給水ポンプに停止信
号を出力する回路と、同じ（トリップ信号が入力された
ときに２台のモータ駆動給水ポンプに起動信号を出力す
る回路と、同Ｃクトリップ信号によって起動し、モータ
駆動給水ポンプの起動立上り時間にほぼ等しく定められ
た遅延時間を持つタイマと、２台のモータ駆動給水ポン
プの合計流量検出信号が予め定められた設定値を超えた
ときに出力する判断器と、タイマと判断器の各出力信号
の論理積によって、第２タービン駆動給水ポンプに停止
信号を出力する回路とを具備した原子炉給水制御装置を
提供し、原子力発電所の系統全負荷しゃ断が発生した場
合、タービン駆動給水ポンプのうち１台に停止を指令す
るとともに、２台のモータ駆動給水ポンプを始動させ、
これらのモータ駆動給水ポンプが運転状態に入り、且つ
それらの給水流量が設定値以上に達したことを検出した
後、タービン駆動給水ポンプの残り１台を停止させ、２
台のモータ駆動給水ポンプを用いて原子炉給水を行ない
、所内単独運転に移行して上記目的を達成している。

以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第１図に大容量タービンバイパス弁を有する沸とう水彩
発電所の全体構成を示す。

通常の出力運転時、原子炉６で発生したすべての蒸気は
、主蒸気１０を通り加減弁４を通過しタービン１へ送り
発電機９により電気エネルギに変換している。

発電々力は主しゃ断器９Ｂを介して送電装置９Ｃにより
外部電力系統へ供給される。

加減弁４上流で主蒸気１０より分岐され、バイパス弁４
Ａを介し℃復水器ＩＢに配管されている。

バイパス弁４Ａは通常開じており、バイパス弁４Ａの蒸
気容量は原子炉発生蒸気量の最大容量を持たせている。

タービンＩで仕事をした蒸気は復水器７Ｂで冷却され再
び給水ポンプ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ，５Ｄで昇圧し、原子炉
６へもどす。

給水ポンプ５Ａ乃至りは２台のタービン駆動給水ボン７
”５Ａ、５Ｂ（以下ＴＤＲ，ＦＰと略す）と、２台のモ
ータ駆動給水ポンプ５Ｃ、５Ｄ （以下ＭＤＲＦＰと略
す）により構成される。

ＴＤＲＦＰの流量はその回転速度を調整し制御され、Ｍ
ＤＲＦＰの流量はその出口側に設置した給水調整弁５Ｆ
、５Ｇの開度を調整し制御している。

通常の原子炉６の高出力運転時、２台のＴＤＲＦＰ５Ａ
、５Ｂにより給水を行ない、２台のＭＤＲＦＰ５Ｃ，５
Ｄはバンクアンプ用として待機停止している。

一方原子炉６の出力制御は再循環ポンプ６Ｄの回転速度
を調整して行なっている。

給水制御装置１への情報量として、次の検出を行なう。

即ち水位検出器２により原子炉水位信号２Ａを検出し、
主蒸気流量制限器３の信号にもとず（流量検出器３Ａに
より主蒸気流量信号３Ｂを検出し、給水流量制限器１１
の信号にもとすく流量検出器１１Ａおよび５Ｈによる全
給水流量信号１１Ｂと２台のＭＤＲＦＰの合計流量信号
５Ｊとをそれぞれ検出する。

タービン７に黒人する蒸気エネルギと発電機９の電気負
荷との不平衡が生じたとき、それぞれタービン入口圧力
計ＩＣよりのタービン入口圧力信号７Ａと発電機の電気
出力信号９Ａを出力と負荷不平衡検出器８に入力し、発
電機負荷しゃ断を検出する。

このときトリップ信号８Ａを給水制御装置１に入力する
。

給水制御装置１は第２図に示すようにＴＤＲＦＰ５Ａ停
止装置２１と、タイマ２２Ａと判断器２２Ｂの同時信号
により動作するＴＤＲＦＰ５Ｂ停止装置２２と、ＭＤＲ
ＦＰ５Ｃ，５Ｄの起動装置２３２４と、水位制御器２５
とから構成されている。

次に原子炉給水制御装置１０作用について説明する。

給水制御装置１は電力系統事故による発電機の負荷しゃ
断時に原子炉水位の過渡的変動をできるだけ小さくし原
子力発電所の所内単独運転を行なうためのものである。

第２図に給水制御装置１とプラントのプロセス変数およ
び指令信号との関係を示す。

電力系統に地絡等の事故が発生すると、第１図に示す発
電所の主しゃ断器９Ｂを開放する。

このとき電気出力信号９Ａは瞬時零となり、一方、ター
ビン入口圧力信号７Ａは変化しないので、出力と負荷不
平衡検出器８は発電機負荷しゃ断と判断し、トリップ信
号８Ａを発振する。

この信号８Ａを給水制御装置１が受信し、まずＴＤＲＦ
Ｐ５Ａ停止ロジック２１によりＴＤＲＦＰ５Ａ停止信号
１Ａを発信する。

同時にＭＤＲＦＰ５Ｃ起動ロジック２３とＭＤＲＦＰ５
Ｄ起動ロジック２４により、それぞれＭＤＲＦＰ５Ｃ起
動信号１ＣとＭＤＲ，ＦＰ５Ｄ起動信号１Ｄを発生させ
る。

さらにトリップ信号８Ａが入るとタイマ２２Ａを駆動し
、ある時間後出力信号を発するまでＭＤＲＦＰ流量信号
５Ｊの大小を判断器２２Ｂで判定し、ＭＤＲＦＰ流量信
号５Ｊがある設定値より太き（なれば出力信号を発する
。

このようにＴＤＲＦＰ５Ｂ停止条件としてＭＤＲＦＰ流
量信号５Ｊを監視するのは、ＭＤＲ，ＦＰが起動し、流
量を流していることを確認するためである。

タイマ２２Ａと判断！２２ Ｂの出力信号をアンドロジ
ック２２Ｃを受け、これら２つの信号の同時信号により
、ＴＤＲＦＰ５Ｂ停止ロジック２２を介して、ＴＤＲＦ
Ｐ５Ｂ停止信号１Ｂを発生させる。

上記給水ポンプ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ，５Ｄの起動停止の状
態図を第３図に示す。

横軸は時間であり、時間零はトリップ信号８Ａの発生時
点を示す。

この起動停止によｌ１ｌ）ＴＤＲＦＰｚ台の合計流量、
ＭＤＲ，ＦＰＺ台の合計流量の過渡応答を第４図と第５
図に示す。

時間零でＴＤＲＦＰ５Ａは停止信号ＩＡにより停止し、
同時にＴＤＲＦＰ合計流量は数秒で初期値の約半分に減
少する。

ＭＤＲＦＰ５Ｃ，５Ｄは起動信号１Ｃ９１Ｄにより起動
する。

しかしＭＤＲＦＰの回転上昇をしポンプ吐出圧力の上昇
に数秒の時間を要し、起動後ＭＤＲＦＰ合計流量が生じ
るのは数秒後となる。

タイマ２２Ａの時間設定はＭＤＲＦＰが十分回転上昇で
きる時間をあらかじめ決めて行っているのでＭＤＲＦＰ
２台の合計流量５Ｊがある置板上に達する時間Ｔ１すな
わち判断器２２Ｂが動作時点以前にタイマ２２Ａは動作
する。

したかつ１時間Ｔ□でＴＤＲＦＰ５Ｂ停止信号１Ｂによ
りＴＤＲＦＰｚ台は停止する。

そこで約半分に減少したＴＤＲＦＰ合計流量は零となる
。

このように流量の減少を補うように、かわりに起動した
ＭＤＲＦＰ５Ｃ，５Ｄにより原子炉への給水を行なう。

このときの給水流量の制御はＭＤＲＦＰ吐出側に設置し
た給水調整弁５Ｆ 、５Ｇで行なう。

給水調整弁５Ｆ、５Ｇの制御指令信号ＩＥ、１Ｆは給水
制御装置１内の水位制御器２５で算出され原子炉水位を
一定にするように働く。

水位制御器２５は原子炉水位信号２Ａ、主蒸気流量信号
３Ｂ、給水流量信号１１Ｂの３要素の信号を受け、原子
炉水位を過渡時には変動を小さくシ、その後の定常時に
は一定に保つような制御を行なう。

次に第６図、第７図、第８図により原子炉出力、原子炉
水位、給水流量の過渡応答について説明する。

発電機負荷しゃ断が発生すると、トリップ信号８Ａで加
減弁４が急速閉止し、これにより生じる原子炉６の圧力
６Ｂの上昇を防止するため、複数個で構成するバイパス
弁４Ａをトリップ信号８Ａで急速開放し蒸気を復水器７
Ｂに逃す。

復水器ＩＢでは流入する蒸気を冷やし、凝縮させ冷却水
にもどす。

このとき復水器７Ｂの冷却能力上の理由から、原子炉出
力を再循環ポンプ６Ｄを停止させて減少させる。

こうすることによりバイパス弁４Ａを介して復水器７Ｂ
に流入する蒸気量は減少する。

第６図に示すように原子炉出力はＰ。がらＰｌに減少す
る。

発電機負荷しゃ新装原子炉出力は減少させるので、従来
のように、そのままＴＤＲＦＰ５Ａ、５Ｂを用い℃原子
炉へ給水制御を行なえば応答性が悪いために第１図の破
線で示すように原子炉水位の上昇が生じ、水位制御器２
５が給水流量を減少させようとしてもその制御動作が遅
れ、原子炉水位の上昇が続づざ、タービン停止制限値に
も達し、タービン発電機を停止し、原子炉をも停止させ
てしまうものである。

本発明の給水制御装置１は応答性の悪いＴＤＲＦＰは停
止し、自動的に応答性のいいＭＤＲＦＰでの給水制御へ
の切換えを実施するものである。

こうすることにより第８図に示すような給水流量の安定
した過渡応答を得ることができ、第１図の実線で示すよ
うに原子炉水位の変動をも小さくでき、タービン停止制
限値に達することを防止できる。

第８図に示す給水流量の過渡特性は、時間零でＴＤＲＦ
Ｐ５Ａが停止するために給水流量は約半分に減少し、時
間Ｔ１で２台のＭＤＲＦＰ ５Ｃ。

５Ｄが起動と同時に残りのＴＤＲＦＰ５Ｂが停止するの
で、これらの切換の時少々給水流量は増えるが、すぐに
ＴＤＲＦＰ５Ｂの流量は零になるので、時間Ｔ２以降は
２台のＭＤＲＦＰ５Ｃ，５Ｄのみが運転状態となる。

このとき給水流量の制御は給水制御装置１の水位制御器
２５よりの制御信号ＩＥ、ＩＦで給水調整弁５Ｆ 、５
Ｇを調整しながら行なうため制御応答性がよ（なってい
る。

２台のＭＤＲＦＰ５Ｃ，５Ｄの給水容量は５０パーセン
トであり、完全に原子炉への給水をＭＤＲＦＰ５Ｃ，５
Ｄで行なう時点Ｔ２においては、前記のように原子炉出
力は十分に低下し、出力Ｐ１は５０パーセント以下とな
っているので、２台のＭＤＲＦＰ５Ｃ，５Ｄにより十分
に給水可能である。

斯して、本発明の原子炉給水制御装置は大容量蒸気逃し
設備をもつ原子力発電所の電力系統事故にともなう原子
炉水位の過渡変動を最小にし、かつ安定に所内単独運転
に移行できるような制御を可能にするものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水形原子炉のタービン発電機系、給水系統
図の構成図例、第２図は本発明による原子炉給水形制御
系制御装置の制御ブロック図例、第３図は本発明による
給水ポンプの停止起動を示す運転状態図で横軸は時間で
あり時間零はトリップ信号の発生時点で以下第４図乃至
第８図も同様である。 第４図は本発明によるＴＤＲＦＰＺ台の合計流量の過渡
応答図、第５図はＭＤＲＦＰＺ台の合計流量の過渡応答
図、第６図は原子炉出力過渡応答図、第１図は本発明に
より得られる原子炉水位の過渡応答図と従来技術での過
渡応答図、第８図は本発明により得られる給水流量の過
渡応答図で第４図と第５図に示すＴＤＲＦＰ流量とＭＤ
ＲＦＰ流量を加えたものである。 １・・・・・・給水制御装置、２１・・・・・・タービ
ン駆動給水ポンプ５Ａ停止ロジツク、２２・・・・・・
タービン駆動給水ポンプ５Ｂ停止ロジツク、２２Ａ・・
・・・・タイマ、２２Ｂ・・・・・憫断器、２２Ｃ・・
・・・・ＡＮＤ、２３・・・・・・モータ駆動給水ポン
プ５Ｃ起動ロジツク、２４・・・・・・モータ給水ポン
プ５Ｄ起動ロジツク、２５・・・・・・水位制御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ タービン復水器より原子炉へ至る給水配管に並列に
   して介挿され通常出力運転中に供用される２台のタービ
   ン駆動給水ポンプと、これらのタービン駆動給水ポンプ
   と並列に設けられた２台のモータ駆動給水ポンプと、発
   電機の系統全負荷しゃ断を検出してタービンの蒸気加減
   弁閉止に用いられるトリップ信号の発生手段とを有する
   原子力発電所の原子炉給水制御装置において、前記トリ
   ップ信号が入力されたときに第１の前記タービン駆動給
   水ポンプに停止信号を出力する回路と、前記トリップ信
   号が入力されたときに第１および第２の前記モータ駆動
   給水ポンプに起動信号を出力する回路と、前記トリップ
   信号によって起動し前記モータ駆動給水ポンプの起動立
   上り時間にほぼ等しく定められた遅延時間を持つタイマ
   と、前記第１および第２のモータ駆動給水ポンプの合計
   流量検出信号が予め定められた設定値を超えたときに出
   力する判断器と、前記タイマの出力信号と前記判断器の
   出力信号の論理積によって第２の前記タービン駆動給水
   ポンプに停止信号を出力する回路とを具備させたことを
   特徴とする原子炉給水制御装置。