JPS5952400B2 - 沸騰水形原子力発電装置における負荷追従装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子炉の負荷追従制御方法に係り、特に、沸
騰水型原子炉に適用するのに好適な原子炉の負荷追従制
御方法に関するものである。

公知の沸騰水型原子発電装置（以後ＢＷＲ発電装置と略
称する）は、第１図に示すように構成されている。

すなわち、原子炉１で発生した蒸気は主蒸気加減弁５を
通って蒸気タービン２に入り、蒸気タービン２およびこ
れに直結された発電機３を回転せしめて発電する。

当該発電所の主要な制御系の一つであるタービン制御器
１１は原子炉圧力ＰＢならびに発電機出力りをそれぞれ
の設定値ＰＢＲらびにＬＲに一致させるために、主蒸気
加減弁５ならびにバイパス弁６の開度を調節する。

これと同時に出力偏差△Ｌ＝ＬＲ−Ｌが残留する場合に
はこの信号を後述の炉心流量制御器９に出力する。

原子炉１の蒸気発生量あるいは炉出力は制御棒８の位置
と再循環ポンプ７の速度（原子炉々心流量とほぼ等価）
を変更することにより調整するが、制御棒位置ならびに
再循環ポンプ速度は各々の制御器、すなわち制御棒制御
器１０ならびに炉心流量制御器９によって制御される。

以上の構成において、従来、炉出力を調整するには、運
転者が手動により制御棒位置設定値ＲＲあるいは炉心流
量設定値ＷＲをそれぞれの制御器１０および９に与えて
行なっている。

ところが゛、現在のように原子力発電所が年々増設され
ると、電力系統の運用面から従来の基底負荷運転のみな
らず負荷の変化に応じて発電所出力を変更する負荷追従
運転も要求されるようになり、安全でしかも安定な運転
を行なうためには従来の手動運転では追随できなくなる
。

本発明者たちは、負荷要求信号を出力設定値ＬＲとして
与え、そして出力偏差△Ｌは炉心流量制御器９に含まれ
ている手動／自動切替スイッチ１２の接点を従来の手動
側ａから自動側すに切替えておいて炉心流量制御器９に
直接入力するようにし、負荷要求ＬＲと発電機出力りが
一致せずに出力偏差△Ｌが生じていれば、炉心流量制御
器９ははこれを零にするように再循環ポンプ速度を変化
させ、炉心流量ににしたがって炉出力を調整することを
検討した。

しかしながら、以下に説明するような問題を生じること
が明らかになった。

第２図は炉出力の変化を炉心流量との関係で表わした炉
出カー流量マツプである。

図中の曲線ｗｘｙｚはＢＷＲ発電所の核的、熱的条件に
より決定される運転限界を示し、この曲線より上部の範
囲では運転が禁止されている。

曲線ＵＶは炉出力を変更できる操作量の一つである制御
棒の位置を一定にし、他の操作量である再循環ポンプ速
度（はぼ炉心流量に等しい）を変更した場合の炉出力と
炉心流量の関係の曲線でであり、制御棒を別の位置で一
定にして炉心流量を変更すれば曲線ＵＶをマツプのＹ軸
方向にほぼ平行移動したＵ’Ｖ’曲線上を炉出力は変化
するようになる。

曲線ＴＵは一つの操作量である再循環ポンプ速度を一定
にして他の操作量である制御棒位置を変更した場合の炉
出力の変化を示したものであり、再循環ポンプ速度を他
の一定値にして制御棒位置を変えると炉出力はＴ’Ｕ”
曲線上□を変化する。

このように炉出力は制御棒位置と再循環ポンプ速度（ま
たは炉心流量）に依存して変化するが、現実には核分裂
によって生成されるゼノンが原子炉内の中性子を吸収す
るので、ゼノン濃度にも強く影響される。

ゼノン濃度は従来の基底負荷運転時には炉出力が一定な
のでほぼ平衡していて運転上の問題はほとんど無かった
が、負荷追従運転ともなると炉出力が頻繁に変化するの
で、これに対して非常に緩慢で複雑な応答を呈する。

従って、炉出力は第２図の曲線ＴＵ、ＵＶなとの上のみ
を変化することなく、場合によっては運転限界ＷＸＹＺ
を逸脱することも十分予想される。

例えば状態Ａ （ＷＡ、 Ｑ、Ａ）から炉心流量を減少
させて状態Ｂ （ＷＢ、 ＱＢ）に炉出力を変更する場
合、ゼノン濃度の影響がなければ目標通りに曲線ＵＶ上
で制御できるが、一度状態Ｂに、達してもその後ゼノン
濃度が最初に内増加してそれからゆっくりと減少し新し
い炉出力に対応した平衡値に落着するので、炉出力を一
定値ＱＢに維持させるには炉心流量を初め増やしてそれ
から減らし、ゼノン濃度の変化の影響を補償しなければ
ならない。

このような制御を行なうと曲線Ａ−Ｂ−Ｂ’の軌跡が描
かれる。

状態Ｂ′から状態Ａに戻す、すなわち炉出力をＱＢから
ＱＡに変更する場合も上述のゼノン濃度の影響のため、
曲線Ｂ′〜Ａの軌跡となる。

炉出力Ｑを炉心流量ＷのみによりＱＡからＱＢに変更し
、再びＱＡに戻した場合の時間的変化の様子を示せは゛
第３図のようになる。

したがって、炉出力を変更する場合に、ゼノン濃度によ
る炉出力の変化を補償するため炉心流量は所定のライン
ＵＶより外れ、運転限界ＸＹを超過する懸念がある。

従って現行制御装置のままでは負荷要求に無条件で追従
させることは出来ない。

本発明の目的は、ゼノンの影響によって原子炉出力が運
転限界値を越えない安全な原子炉の負荷追従制御方法を
提供することにある。

本発明の特徴は、原子炉出力検出手段によって検出され
た原子炉出力に基づいて原子炉出力の第１原子炉設定出
力への上昇時に原子炉内で核分裂によって発生するゼノ
ンの濃度変化に起因して原子炉出力が運転限界値を越え
るか否かを予測し、原子炉出力が運転限界値を越えない
時には原子炉出力制御手段も操作して原子炉出力を第１
原子炉設定出力まで上昇させ、原子炉出力が運転限界値
を越える時には第１原子炉設定出力を運転限界値以下で
あって第１原子炉設定出力より低い第２原子炉設定出力
に修正し、その後、原子炉出力制御手段を操作して原子
炉出力を前記原子炉設定出力まで上昇させることにある
。

以下、本発明装置の一実施例を第４図ないし第７図とと
もに詳述する。

第４図は本発明沸騰水形原子力発電装置用負荷追従装置
の構成を示すもので、第１図と共通部分の符号および記
号は同一である。

操作量制御器は操作量決定器２０と操作量切換器２１と
がらなり、さらにシーケンス切換器２２を備えている。

操作量決定器２０は電力系統からの負荷要求ＱＲが与え
られた場合に、原子炉の現在状態、とりわけ炉出力Ｑと
炉心流量Ｗを入力し、炉心流量の調整のみにより現状か
ら断状態に変更しても安全運転が続行できるか否かを判
定し、良好と予測できたときには出力設定値ＬＲを負荷
要求通りとし、否と出たときには安全運転の限界値を越
えない値に修正するかまたは負荷要求通りとしたまま、
安全運転の限界を越えようとした時点に制御棒操作指令
信号ＲＣを発し、制御棒による炉出力の変更を促すかす
る。

また、否の判定の結果において制御棒の操作を伴なった
場合には、この後の運転で炉出力Ｑは第２図に示した炉
出カー流量曲線ＵＶから可成り外れることは明白であり
、曲線ＵＶより上部であれば安全性の面で、下部であれ
ば負荷追従性の面で好ましくない。

このため、ゼノン濃度の変化が平衡し、炉出力が整定し
た時間に制御棒制御量Ｒ′をシーケンス記憶器２２に送
出し、制御棒の操作によって炉出力を平常の運転曲線Ｕ
Ｖに近接させるようにする。

操作量切替器２１では通常はリレー接点２３２を炉心流
量側ａにしておき従来制御器における場合と全く同様の
制御を行なうようにし、操作量決定器２０から制御棒操
作指令信号ＲＣをリレー線輪゛２３１に受けたときには
リレー接点を制御棒側すに切替え、出力偏差△Ｌを零な
らしめるようにシーケンス記憶器２２に出力偏差△Ｌを
送る。

この時、加算器２３３では△Ｌ−△Ｌの演算を行ないこ
の結果を炉心流量制御器９に送るので、炉心流量制御器
９は出力偏差△Ｌは零になったものと見做して炉心流量
による炉出力の変更を中断する。

このように、従来の炉心流量制御系のループ間に切替器
を設置してループを開閉することなく常時ループは活か
し、リレー接点２３２、および加算器２３３を併設する
だけで、操作量の切替えを安全かつ円滑に実行できる。

加算器２３４はタービン制御器１１から出力される出力
偏差△Ｌを制御棒操作により零ならしめる場合の制御量
Ｒと操作量決定器から上述の目的で出力される制御量Ｒ
′をシーケンス記憶器２２に送る。

シーケンス記憶器２２には別途予め炉出力分布、燃料の
燃焼度などを考慮して定めた制御棒操作シーケンスを格
納しておき、当該記憶器２２が制御棒操作量ＲまたはＲ
′を受けた場合は所定の操作シーケンスに従って制御棒
を動かすようにする。

第５図は操作量決定器２０の詳細である。

図中、２０１〜２０５は加算器、２０６〜２１１は正の
入力でリレー線輪を付勢する比較器、２１２〜２１７は
各々に対応する比較器２０６〜２１１により接点が切替
えられるリレー接点、２１８〜２２２は関数発生器、２
２３はフィルタである。

関数発生器２１８には炉出力をＱＡから減少させる場合
、ゼノン濃度の影響のために第２図に示す運転限界ＸＹ
を越えてしまうような炉出力の減少の限界ＱＬを記憶し
ておき、同様に関数発生器２１９には炉出力増加限界Ｑ
ｕを記憶しておく。

第６図は各々に関数形の一例を示すが、これは燃料の燃
焼度その他に依存する第２図の流量制御曲線ＵＶ、ゼノ
ン濃度に関係する諸物理定数などに基いて予め計算し求
めておくものある。

炉出力Ｑの現在値から関数発生器２１８および２１９に
おいて減少させる場合および増加させる場合の限界値Ｑ
ＬおよびＱｕを求め、要求負荷ＱＲが与えられると加算
器２０１．比較器２０６およびリレー接点２１２により
炉出力Ｑとの大小を比較し、小（大）すなわち炉出力の
減少（増加）であればリレー接点２１２をａ （ｂ）側
に切替える。

そして、加算器２０２、比較器２０８、符号変換器２２
４およびリレー接点２１４を用いて要求負荷ＱＲとＱＬ
’（Ｑｕ） を比較し、ＱＲがＱＬより大きい（Ｑｕよ
り小さい）場合には運転上問題がないのでリレー接点２
１４をａ側に倒してＱＲを素通りさせて、これを出力設
定値ＬＲとする。

大小関係が逆の場合にはＬＲをＱＲとするかまたはＱ、
−（Ｑｕ）とするが、要求負荷を修正するか否かの選択
は負荷修正指令信号ＭＩにより行なう。

信号ＭＩは別途運転者の判断により固定しておくもので
、信号を入力した場合には比較器２０７によりリレー接
点２１３はｂ側に倒れ、出力設定値ＬＲは要求負荷ＱＲ
が修正された値になる。

要求負荷ＱＲが修正されないで出力設定値ＬＲになった
場合には炉出力Ｑは運転限界曲線ＸＹを超える心配があ
る。

このため、関数発生器２２１では曲線ＸＹを記憶してお
き、炉心流量Ｗに対応する炉出力の安全限界Ｑ′を求め
、加算器２０５および比較器２１１により炉出力Ｑと安
全限界Ｑ′の大小を比較し、大きな場合にはリレー接点
２１７をｂ側に切替えて制御棒操作指令信号ＲＣを第４
図の操作量切替器２１のリレー線輪２３１に出力する。

このように制御棒操作により炉出力を変更した場合には
、ゼノン濃度が平衡し炉出力が整定した時点の状態は、
第２図の流量制御曲線ＵＶがら離れる。

そこで、出来るだけこの曲線に近接させた運転をするた
めに、まず関数発生器２２０において第２図の曲線ＵＶ
から定まる炉出力Ｑ／／を求めておき、これと炉出力Ｑ
を加算器２０４、関数発生器２２２ならびに比較器２１
０により比較し、関数発生器２２２に設定した規定値よ
り差の大きさが正の方向（負の方向）に大きい場合には
リレー接点２１６をａ側（ｂ側）に切替え制御棒制御量
Ｒ′として制御棒引抜量ＲＯ（制御棒挿入量ＲＩ）を送
る。

なお、制御量Ｒ′を送出するのは、フィルタ２２３にお
いて炉出力Ｑが十分に整定したものと判断し、比較器２
０９によりリレー接点２１５をｂ側に倒した時のみであ
る。

フィルタ２２３は、炉出力Ｑを約１時間の周期ででサン
プリングし、サンプル値が数回連続して所定幅内で一致
した時に整定したとし、正の信号を発するという機能を
有する。

上記装置により負荷追従運転を実施した場合の炉出カー
流量軌跡の一例を第７図および第８図に示す。

状態Ｂで運転中に要求負荷ＱＲが入力されると、この通
り追従させると点線の応答をして状態Ａ′に至り安全限
界ＸＹを超えるという事が予め解るので、負荷修正指令
信号ＭＩがあれば出力設定値ＬＲをＱＲより低いＱｕと
し、再循環ポンプ速度を減少させて炉心流量を低下させ
ることにより、第７図の実線のように追従させて状態Ａ
に至らしめる。

このようにすることによって、炉出力上昇時の核分裂に
より発生するゼノンの濃度の基づいて炉出力が安全限界
ＸＹを超えることを防止できる。

炉出力が安全限界ＸＹを超えると、原子炉の炉心内に装
荷されている燃料が損傷を受け、原子炉の安全性が著し
く阻害される。

本実施例では、燃料破損が防止され、原子炉の安全性が
著しく向上する。

炉出力が状態Ａに到達した後、所定の要求負荷ＱＲを操
作量決定器２０に与える。

その後、前述したようにゼノン濃度を考慮した出力設定
値ＬＲが決められる。

ゼノン濃度の影響が少なければ、出力設定値ＬＲは要求
負荷ＱＲとなり、炉心流量を増加して炉出力を状態Ａ′
に至らしめる。

出力設定値ＬＲが再びＱＲよりも低くなった時には、前
述の操作を繰返して炉出力を要求負荷ＱＲまで上昇させ
る。

指令信号ＭＩがなければ、出力設定値ＬＲを要求負荷Ｑ
Ｒとするが、第８図に示す如く炉出力Ｑが安全限界ＸＹ
に接したならば制御棒を挿入して安全限界を超えないよ
うにし、ゼノン濃度が増えるに従って炉心流量を増加し
、Ｃ′の状態にする。

そして、炉出力が整定してから制御棒を微小量引抜き、
炉心流量を減らすという操作を繰返し、炉出カー流量曲
線ＵＶ上の状態Ｃに至らしめて動作を完了する。

制御棒操作は炉心流量調節に比べて炉出力を大幅に変化
させるので、それを引抜く場合には引抜き量が大きくな
らないように注意する必要がある。

なお、以上述べた実施例ではアナログ演算回路のものに
ついて述べたが、基本的機能を他の手段、たとえばディ
ジタル計算機、ロジツタ回路などによって達成すること
ができる。

本発明によれば、原子炉出力を上昇させる負荷追従運転
時に、出力上昇に伴うゼノン濃度の影響を考慮して原子
炉設定出力を変化できるので、原子炉出力制御手段を操
作して負荷追従運転で原子炉出力を上昇する場合にゼノ
ンの影響によって原子炉出力が運転限界値を越えること
を防止できる。

したがって、原子炉内に装荷された燃料の損傷を防止で
きるので、負荷追従運転時における原子炉の安全性を著
しく向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＢＷＲ形原子力発電装置の構成を示す説
明図、第２図は炉出力と操作量の関係を示す炉出カー流
量曲線図、第３図は従来制御系による運転例の時間応答
図、第４図は本発明装置の一実施例を示す構成説明図、
第５図は本発明装置における操作量決定器の一例を示す
構成説明図、第６図は炉出力の変更の限界を示す説明図
、第７図および８図は本発明の装置により負荷追従運転
を実施した場合の炉出カー流量曲線図である。 符号の説明、１・・・・・・原子炉、９・・・・・・炉
心流量制御器、１０・・・・・・制御棒制御器、１１・
・・・・・タービン制御器、２０，２１・・・・・・操
作量制御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 原子炉出力検出手段と、この検出信号に基づいて操
   作される原子炉出力制御手段とを有する原子炉の原子炉
   出力を指定された異なる要求負荷に対応する第１原子炉
   設定出力まで上昇させる原子炉の負荷追従制御方法にお
   いて、前記原子炉出力検出手段によって検出された原子
   炉出力に基づいて原子炉出力の前記第１原子炉設定出へ
   の上昇時に原子炉内で核分裂によって発生するゼノンの
   濃度変化に起因して原子炉出力が運転限界値を越えるか
   否かを予測し、原子炉出力が前記運転限界値を越えない
   時には前記原子炉出力制御手段を操作して原子炉出力を
   前記第１原子炉設定出力まで上昇させ、原子炉出力が前
   記運転限界値を越える時には前記第１原子炉設定出力を
   前記運転限界値以下であって前記第１原子炉設定出力よ
   り低い第２原子炉設定出力に修正し、その後、前記原子
   炉出力制御手段を操作して原子炉出力を前記第２原子炉
   設定出力まで上昇させることを特徴とする原子炉の負荷
   追従制御方法。