JPS5950396A - 原子炉の運転制御装置 - 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炉の運転制御装置に係シ、とりわ
け原子炉出力の安定性あるいは冷却材の流量安定性が損
われないように常時これらを監視し制御する原子炉安全
性制御装Ｋを備えた運転制御装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

沸騰水型原子炉などにおいては、予期されるいかなる運
転状態、例えば所内電瀞喪失があって冷却利強制循環ポ
ンプが機能を喪失し自然循環状態となっても、原子炉固
有の安定性が損われないように設計されている。原子炉
固有の安定性としては、冷却材流量の振動により減速材
への熱の移動が妨げられたり、またそれにより原子炉出
力が振動したりするようなチャンネル内の水力学的な安
定性と、原子炉全体の反応度帰還効果による安定性とが
検討される。

辿常、これらの安定性の計測方法としては減ｌＪ比を用
いて行っている。第１図は圧力、カ゛所等の原子炉パラ
メータと原子炉出力の関係を示す図であり、この図を用
いて減巾比の説明を行う。今。

ある原子炉パラメータがＡ、Ｊで、原子炉出力がＰ。

に保たれている時、時刻１．［おいて原子炉パラメータ
にΔＡの微小ヌテツプ状の入力変化が生じたとすると、
原子炉出力は第１図に示すような振動を生ずる。減由比
は、この時の原子炉出力最終整定値Ｐ１に対する原子炉
出力のφ、１のオーバシュートの偏差ｘ１と、第２のオ
ーバシュートの偏差Ｘ、との比Ｘ２／Ｘ、により定義さ
れる。

捷た、原子炉設計の観点からは、原子炉運転中に予期さ
れるあらゆる運転状態で守るべき減巾比（以下「限界基
準」と称する）と、欠除の運転に際し良好な安定性上の
特性が確保されるために見込んでいる設計上の余裕とし
てこれ以上の値では好ましくないという減巾比（以下「
運転上の設計基準」と称する）を定義している。具体的
にはチャンネルの水力学的安定性の限界基準は１．０、
運転上の設計基準は０．５であり、炉心安定性の限界基
準は１．０、運転上の設計基準は０．２５である。

これらの安定性は冷却材流量が低い程、また原子炉出力
が高い程減巾比は大きくなシ、安定性は悪くなる。また
冷却材流量が低い程、また原子炉出力が高い程蒸気ボイ
ド体ＹＲｔ、が大きく、冷却材液体単相圧力損失に対す
る冷却材二相圧力損失の割合が大きくなシャチャンネル
の水力学的安定性を悪くする。またボイド体積鹿が大き
いと、ボイド反応度係数は大をくなり、炉心安定性は悪
くなる。

従来技術においては運転条件欠付けて、上記のような不
安定条件下の運転に至らないよう運転あ制御を行ってい
た。第２図は原子炉出力と冷却材流量の相関関係で示し
た、従来技術における原子炉の運転範囲を示す図である
。第２図において、従来技術による原子炉の運転範囲Ａ
は、原子炉定格点ａより右下方に延びる冷却材強制循環
ポンプ定速度曲線Ｃと、キャビテーション防止インター
ロック曲線Ｃと、冷却材強制循環ポンプ最低速度曲想ｄ
と、１０５チ原子炉出力制御棒パターン流を旨匍１７１
１１１曲が７０と、原子炉定格点ａを左方へ平行移動さ
ぜた時の制御棒パターン流量制御曲線ｅとの交点ｆと原
子炉定格点ａとを結ぶ直線により囲まれた範囲（斜線で
示す部分）である。

第３図は第２図において不安定条件（減［１］比が１．
０ケ越える）が成立する領域ケ示したものであり、チャ
ンネルの水力学的な不安定条件曲線ｇ、あるいは炉心の
不安定条件下ｍｈより左方にある領域（斜線で示す）が
、不安定条件が成立する領域である。

従来技術においては、このような不安定条件下の運転に
至らないよう一運転搬が常に監視するとともに、運転条
件を（＝Ｊけて運転の制限を行っていた。したがって運
転員の負担が大きいとともに、原子炉を運転し得る範囲
が狭いという問題があった。

〔発明の一的〕

本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、
従来技術におけるような運転条件の制約という手法でな
く、機器構成や機器自動化技術により原子炉を監視し、
不安定領域に接近した際には、原子炉がそれ１ノ上不安
定領域に接近するのを自動的に防止することにより、運
転員の負担軽減、運転制約条件の緩和などの原子炉運転
性能の向上とともに、より高い信頼度をもって不安定条
件の成立を未然に防止するという安全性能の向上を割る
ことのできる原子炉の運転制御装置を提供することを目
的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、原子炉出力計装と、制御１（Φ駆動＠置ｆｌ
ｉｌｌ徊ｉ器からのｉｌ＋ｌ制御棒駆動装置制御信号に
より制御棒を駆動する制御棒駆動装置と、原子炉圧力容
器内に導かれた冷−線材の一部を萌？制循環させる冷却
材強制循環ポンプと、この冷却材強制循環ポンプの回転
数を計測するポンプ回転数計測装置とを備えた原子炉の
原子炉安全性制御装置ＶＣおいて、ポンプ回転数計１ｉ
１１Ｉ装置と制御棒駆動装置制御器とｔ接続する回路中
に、安定性監視装置、安定１皮設定器および安定性制御
装置を配設し、安定性監視装置においてポンプ回転数計
測装置から発せられるポンプ回転数信号により簀定性の
許容出力を演算して安定性許容出力信号を発し、この安
定性許容出力信号の信勾レベルと原子炉出力計装から覚
せられる原子炉出力信号の信号レベルとを安定度設定器
により比較し、原子炉出力信号の信号レベルが安定性許
容出力信号の信号レベル全土まわった時に安定性制御信
号金発し、この安定性保持信号を安定性制御装置により
原子炉出力信号の信号レベルに応じ１こ所定の安定性制
御信号に変換し、制御棒引抜き阻止、選択制御棒挿入、
全制御棒緊急挿入のいずれかの動作を行なわせることに
より、原子炉を安定に制御する原子炉安定性制御装置を
備えていることｆ　７［、′ｒ徴としている。

実施例 以下、第４図および第５図を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。

第４図において拘置４０１は〜沸騰水型原子炉の圧力容
器であり、この圧力容器４０１内に炉心支持板４ｔ３２
に支えられた炉心４０３、制御棒４０４、原子炉出力信
号を発する原子炉出力計装４０５などが配設されており
、冷却材は給水管４０６よシ圧力容器４０１内に導かれ
、圧力容器４０１内で蒸発した後、主蒸気４ｉ４１Ｊ７
より圧力容器４０１外へ導かれるようになっている。ま
た、圧力容器４０１内に導ひかれた冷却材の一部は、冷
却材強制循環ポンプ４０８により吸入配管４０９から導
出され、吐出配管４１０ヲ通りて再び圧力容器４０１内
に戻されるようになっている。

冷却材強制循環ポンプ４０８には、このポンプの回転数
を計測しポンプ回転数信号４１４を発するポンプ回転数
計測装置４１３が接続されている。ポンプ回転数計測装
置４１３には、ポンプ回転数計測装置ｆｉ４１３から発
せられたポンプ回転数信号４１４により原子炉の安定性
許容出力を演算する安定性監視＠置４１５が接続されて
いる。この安定性許容出力の演算は、第５図に示すよう
な、ポンプ回転数ｎの間融で表わされた原子炉安定性許
容出力Ｙ＝ｆ（ｎ）の特性曲線會用いて行われる。例１
えｌ（１’、冷却材強制循糠ポンプ４０８の回転数をｎ
。とすれば、このポンプ回転数ｎ。における安定性許容
出力Ｙに関しては、゛腎報表示及び制御棒引抜き阻止曲
線から訃報表示及び制御棒引抜き阻止出力Ｙ１、選択制
御棒挿入出力曲線から選択制御棒挿入出力Ｙ７、全制御
棒緊急挿入出力曲線から全制御棒緊急挿入出力Ｙ３が決
定される。なお、この３つの特性曲厨は予め設定されて
おり、任意のポンプ回転数ｎ。

に対しその安定性許容出力Ｙは、Ｙ、＜Ｙ、（Ｙ３の関
係が常に保たれている。安定性監視装置４１５で演算さ
れた安定性許容出力Ｙｌｄ安定性許容出力信号４１６に
変換されて、安定性監視装置４１５に接゛続された安定
度設定器４１２に入力される。なおここで、それぞれの
安定性許容出力Ｙ１　’ｓ　ＹＲ、”ＹＲに対応する安
定性許容出力信号ｅ７ｔ　、７ｔ　、７ｇとする。

安定度設定器４１２には原子炉出力計装４０５も接続さ
れており、安定度設定器４１２において、原子炉出力計
装４０５より発せられ−た原子炉出力信号４１１の信号
レベルと、安定性監視装置４１５よシ発せられた安定性
許容出力信号４１６の信号レベルとが比＝ａれ、原子炉
出力信号４１１の信号レベルが安定性許容量ブ月−号４
１６の信号レベル金上まわった時、安定性保持信号４１
７ケ発するようになっている。

安定度設定器４１２は、安定性保持信号４１７によシ原
子炉出力信号４１１の信号レベルに応じた安定性制御信
号４２０Ａ、、　４２０Ｂ、　４２００奮発する安定性
制御装置４１８に接続されている。安定性制御装置４１
８は、警報表示装置４２１に接続されるとともに、制御
棒引抜き阻止信号４２５を発する制御棒引抜き阻止信号
発生装置４２２、選択制御棒挿入信号４２６を発する選
択制御棒挿入信号発生装置４２３、全制御棒緊急挿入信
号４２７を発する全制御棒緊急挿入信号発生装置４２４
に接続されている。これらの装置４２２　、４２３　、
４２４は、制御棒駆動装置制御信号４２９を発する制御
棒駆動装置制御器４２８に接続され、制御棒駆動装置制
御信号４２９は制御棒駆動装置４３０に入力されて、制
御棒４０４が制御されるようになっている。

次にこのような構成からなる本実施例の作用について説
明する。

安定性監視装置４１５から発せられた安定性許容出力信
号４１６と原子炉出力信号４１１とを安定度設定器４１
２において比較し、原子路用力信号４１１の信号レベル
が安定性許容出力信号４１６の３つの信号７１　ｓ　７
　’２　ｓ　７　Ｈのいずれの信号レベルよりも小さい
場合には、原子炉出力は安定な運転領域にあると判断さ
れ、安定度設定器４１２からは安定性保持信号４１７は
発せられない。

原子炉出力信号４１１が安定性許容出力信号４１６のｙ
ｌとｙ、の間又はｙ、と同一のレベルにあるときは、安
定度設定器４１２より安定性保持信号４１７が安定性制
御装置４１８に向けて発せられ、安定性制御装置４１８
はこの信号４１７に基づいて、警報表示信号４１９と安
定性制御信号４２０Ａを発する。

これにより、警報表示信号４１９ヲ受信した警報表示装
置４２１から運転員に警報が表示されるとともに、安定
性制御信号４２０Ａ’ｉ−受信した制御棒引抜き阻止信
号発生装置４２２から制御棒引抜き阻止信号４２５が制
御棒駆動装置制御器４２８に対して発せられる。制御棒
駆動装置制御器４２８は、原子炉内に存在する複数個の
制御棒駆動装置４３０の全部に対し、制御棒駆動装置制
御信号４２９を発し、制御棒４０４がこれ以上引抜かれ
るのを阻止する。これによシ、制御棒４０４の引抜きに
よシ原子炉がよシネ安定な運転領域に接近するのが阻止
され、原子炉の安定性が保たれる。

次に、原子炉出力信号４１１が安定性許容出力信号４１
６のｙ、とｙ、の間又はｙ、と同一のレベルにあるとき
は、安定度設定器４１２より安定性保持信号４１７が安
定性制御装置４１８に対して発せられ、安定性制御装置
４１８はこの信号４１７に基づいて、安定性制御信号４
２０Ｂを発する。安定性制御信号４２０Ｂは選択制御棒
挿入信号発生装置４２３に入力され、選択制御棒挿入信
号４２６が制御棒駆動装置制御器４２８に対して発せら
れる。これにより制御棒部＃Ｊ装置制御器４２８は、複
数個の制御棒駆動装置”ｔ４３０の全部に対し、制御棒
４０４のこれ以上の引抜きを阻止するとともに複数個の
うちの一部の制御棒駆動装置４３０に対し、制御棒４０
４の挿入を命じる制御棒駆動装置制御信号４２９を発す
る。この結果、制御棒４０４の挿入が選択的に行われ、
原子炉の運転状態がより安定な運転範囲に移行される。

原子炉出力信号４１１が安定性許容出力信号４１６のｙ
３と等しいか又はそれ以上のレベルに、あるときも、安
定度設定器４１２から安定性制御装置４１８に対して安
定性保持信号４１７が発せられ、安定性制御装置４１８
はこの信号４１７に基づいて安定性制御信号４２００　
？発する。安定性制御信号４２００は全制御棒緊急挿入
信号発生装置４２４に・入力され、全制御棒緊急挿入信
号４２７が制御棒駆動装置制御器４２８　Ｋ対して発せ
られる。これにょシ制御棒駆動装置制御器４２８は、原
子炉内に存在する全部の制御棒駆動装置４３０Ｖｃ対し
、制御棒４０４の緊急挿入を命じる制御棒駆動装置制御
信号４２９ヲ発し、いわゆるヌクラムにょシ原子炉は安
全に停止される。

女お安定度設定器４１２の機能は計算機等の機能を用い
て実現することも可能である。

〔発明の効果〕

このように、本発明によれば、冷却材強制循環ポンプの
回転数の関数である安定性許容出方の信号を、原子炉出
力信号と比較し、その信号レベルに応じて最適な原子炉
の制御方法を選択し、原子炉の運転状態を安定に維持す
るが、あるいは安全に停止することができる。

第６図は本発明の効果をチャンネルの水力学的安定性の
減小比と原子炉出方との関係で示した図である。図にお
いて斜線部は減小比が１．０を越える領域であり、第３
図で示したチャンネルの水力学的不安定領域に対応して
いる。また各破線は安定性制御信号の各レベルを示して
おり、点線は第５図の警報表示及び制御棒引抜き阻止出
力曲線に対応する信号レベル、一点鎖線は第５図の選択
制御棒挿入出力曲線に対応する信号レベル、二点鎖線は
第５図の全制御棒緊急層つ入出力曲線に対応する信号レ
ベルである。このように本発明によれば、減巾比が大き
く寿る（厳しくなる）出力線上で、各運転状態のチャン
ネルの水力学的安定性の減巾比に応じた、最適な出力制
御を行うことができる。

第７図は炉心安定性の減巾比と原子炉出力との関係を示
した図であり、第６図と同様、斜線部は減巾比がｉ、ｏ
を越える領域であり、第３図で示した炉心の不安定領域
に対応している。また各破線は安定性制御信号の各レベ
ルを示しており、点線は第５図の警報表示及び制御棒引
抜き阻止出力曲線に対応する信号レベル、一点鎖線は第
５図の選択制御棒挿入出力曲線に対応する信号レベル、
二点鎖線は第５図の全制御棒緊急挿入出力曲線に対応す
る信号レベルである。この第７図から明らかなように、
本発明によれば、各運転状態の炉心安定性の減巾比に応
じた、最適な出力制御を行うことができる。

第８図は本発明の総合的効果を原子炉出力と冷却材流量
の相関関係に対応させて示した図である。

第８図において斜線部分は、本発明による原子炉安定性
制御装置を採用したことにより、従来技術に比べ拡大し
た原子炉運転範、囲を示している。すなわち、本発明に
よれば、原子炉の安定性を常に監視することにより、原
子炉が不安定な運転領域に接近すると、警報表示及び制
御棒引抜き阻止、選択制御棒挿入、あるいは全制御棒緊
急挿入が行われて、原子炉の安定な制御がなされ、従来
に比べ原子炉全停止させる必要がなくなった部分だけ、
原子炉の運転範囲を拡大することができる。

以上のように本発明によれば、運転員の負担を軽減する
とともに、最適な安定性維持手段を講することにより、
原子炉のスクラム回数を減少させることができ、原子炉
運転の経済性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧力、流量等の原子炉パラメータと原子炉出力
の関係を示す図、第２図は原子炉出力と冷却材流量の相
関関係で示した従来技術における原子炉の運転範囲を示
す図、第３図は第２図において不安定条件が成立する領
域を原子炉出力と冷却材流量の相関で示した図、第４図
は本発明による原子炉の運転制御装置を示すブロック図
、第５図は原子炉管定性許容出力の特性的＃１１ヲ示す
図、第６図は本発明による効果を原子炉出力とチャンネ
ルの熱水力学的安定性減巾比で示した図、第７図は本発
明による効果を原子炉出力と炉心安定性減巾比で示した
図、稟８図は本発明による総合的効果を原子炉出力と冷
却材流量の相関で示した図である。 ４０５・・・原子炉出力計装、４０８・・・冷却材強制
循環ポンプ、４１１・・・原子炉出力信号、４１２・・
・安定度設定器、４１３・・・ポンプ回転数計測装置、
４１４・・・ポンプ回転数信号、４１５・・・安定性監
視装置、４１６・・・安定性許容出力信号、４１７・・
・安定性保持信号、４１８・・・安定性制御装置、４２
０Ａ、　４２０Ｂ、　４２００・・・安定性制御信号、
４２８・・・制御棒駆動装置制御器、４３０・・・制御
棒駆動装置。 出願人代理人　　猪　股　　　清

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉出力を計装し原子炉出力信号を発する原子炉
   出力計装と、冷却材強制循環ポンプの回転数を計測しポ
   ンプ回転数信号を発するポンプ回転数計測装置と、前記
   原子炉出力信号とポンプ回転数信号とに基づいて制御棒
   」用人信号を制ｔ１棒駆動装ｆｉ；：ｆ：制御器へ入力
   し原子炉の安全性を制御するＩｔ＋を子炉安全性制御装
   置匠とを備えた沸騰水型原子炉の運転制御装置において
   、前記原子炉安全性制御装置は、前記ポンプ回転数４Ｑ
   号により安全性の許容出力を演算し安定性許容出力信号
   を発する安定性り；に祝装置と；前記原子炉出力信号と
   安定性許容出力信号の信号レベルを比較し、原子炉出力
   信号の信号レベルが安定性許容出力１１号の信号レベル
   を上まわでりた時に安定性保持信号を発する安定度設定
   器と；前記安定性保持信号により原子炉出力信号の信号
   レベルに応じた安定性制御信号を発する安定性制御装置
   と：この安定性制御信号に基づいて制御棒挿入信号を発
   する制御棒挿入信号発生装置とから構成されていること
   を特徴とする原子炉の運転制御装置。 ２、制御棒挿入信号発生装置から発せられる制御棒挿入
   信号は、制御棒引抜き阻止信号、選択制御棒挿入信号あ
   るいは全制御棒緊急挿入信号のいずれかの信号であるこ
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の原子炉の運転
   制御装置。