JPS60169795A - 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り、とりわ
け原子炉出力の安定性あるいは冷却材の流動安定性が損
われないように常時原子炉運転領域を監視し制御する原
子炉安全性制御装置を備えた原子炉の運転制御装置に関
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、予期されるいがなる運
転状態、例えば所内電源喪失後、冷却拐強制ｗｉ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拐へ
の熱の移動が妨げられたり、またそれにより原子炉出力
が振動したりづるようなチＶンネル内の水ツノ学的な安
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。 通常、これらの安定性の評価方法としては減ｒｌＪ比を
用いて行っている。第１図は圧力、流通等の原子炉パラ
メータと原子炉出力の関係を示す図であり、この図を用
いて減中比の説明を行う。今、ある原子炉パラメータが
Ａ。で、原子炉出力がＰｏに保たれている時、時刻ｔｏ
において原子炉パラメータにΔＡの微小ステップ状の入
力変化が生じたとづると、原子炉出力は第１図に承りよ
うな振動を生ずる。減巾比は、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第１のＡ−バシュート
の偏差×１と、第２のオーハシ１−トの偏差Ｘ　どの比
Ｘ　／ｘ１により定義される。 ２ また、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」ど称する）と、実際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Ｆ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１．０１
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１．０１、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１］比は大きくなり、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
ド体槓率が大きく、冷却材液体単相圧力損失に対−リ−
る冷却材二相圧力損失の割合が大きくなり、チャンネル
の水力学的安定性を悪くする。またボイド体積率が大き
いと、ボイド反応度係数は大きくなり、炉心安定性は悪
くなる。 従来技術においては運転条件を付（プて、上記のような
不安定条件下の運転に至らないよう運転の制御を行って
いた。第２図は原子炉出力と冷却材流量の相関関係で示
しに１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
へは、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すと、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線
ｄと、１０５％原子炉出力制御棒パターン流量制御曲線
ｅと、原子炉定格点ａを左方へ平行移動さゼた時の制御
棒パターン流量制御曲線ｅどの交点ｆと原子炉定格点ａ
とを結ぶ直線により囲まれた範囲（＃で示す部分）であ
る。 第３図は第２図において不安定条１’ｌ−（減ｒｌＪ比
が１．０を越える）が成立覆る領域を炉心入口サブクー
ルとの相関で示したものであり、チＩｚンネルの水力学
的な不安定条件面ｆ；Ａｇ、あるいは炉心の不安定条件
曲線りより左方にある領域（斜線で示す）が、不安定条
件が成立覆る領域である。同図より炉心入口勺ブクール
が大きい領域では減１１］比は大きく安定性は悪くなり
、逆に炉心入口サブクールが小さい領域では減巾比は小
さく安定性が良くなることがわかる。ここで炉心入口サ
ブクールについて説明づ゛ると、原子炉炉心〈燃料集合
体）入口冷却材液体の熱的飽和までの余裕を示した熱力
学指標のことである。つまり炉心入口サブクールが大き
い程、その液体は沸騰に至るまでの余裕が大きいという
ことであり、逆に炉心入口ザブクールが小さいというこ
とは沸騰までの余裕が少ないということに他ならない。 従来技術にｉＪ３いては、このような不安定条件下の運
転に至らないにう、運転員が常に監視するとともに、運
転条件を付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。 〔発明の目的〕 本発明はこのような点を考成してなされたものであり、
従来技術に、＋１１ノるような運転条件の制約という手
法でなく、機器構成やｍ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、原子炉がそれ以上
不安定領域に接近りるのを自動的に防止り−ることによ
り、運転員の負担軽減、運転制約条ｆ１の緩和などの原
子炉運転性能の向上どどしに、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
」ニを削ることのできる原子炉の運転制御ｇｉ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ｈ１装と、制御棒駆動装置制御器
からの制御棒駆動装置制御信号により制御棒を駆動Ｊ−
るｌｌｉ制御棒駆動装置と、原子炉圧力容器内下部に導
かれた冷却材の圧力ど温度をｈ１測することにより原子
炉炉心入口冷却材のサブクールを４算づる炉心入口サブ
クールｎ１測装置とを備えた原子炉の原子炉安全性制御
装置において、炉心入口サブクール計測装置と制御棒駆
動装置制御器とを接続する回路中に、安定性監視装置、
安定度設定器および安定性制御装置を配設し、安定性監
視装置において炉心入ロサブクール訓測装置から発きら
れる炉心入ロ勺ブクール信号により安定性の許容出力を
演算して安定性許容出力信号を発し、この安定性Ｗ［客
用力信号の信号レベルと原子炉出力１１装から発せられ
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
信号の信号レベルを上まわった時に安定性保持信号を′
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ＩＣ所定の安定性制御信
号に変換し、制御棒引扱き阻止１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
ていることを特徴としている。 本発明によれば、精度良く計測することが困難な炉心入
口冷却材流量に代え、比較的容易に精度良い計測を行う
ことのできる炉心入口サブクールにより原子炉運転領域
を推定し、原子炉の安全性の向上を図ることができる。 （発明の実施例） 以下、第４図および第５図を参照して本発明の実施例に
ついで説明する。 第４図において符号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４０２に支
えられた炉心４０３、制御棒４０４、原子炉出力信号を
５ＡＭる原子炉出力計装４０５、原子炉炉心入口冷却材
圧力信号４３３を発する原子炉圧力計装４３１、原子炉
炉心入口冷却材温度信号４３４を発り“る冷却材温度計
装４３２￥ｊが配設されており、冷却材は給水管４０６
より圧力容器４０１内に導かれ、圧力容器４０１内で蒸
発した後、主蒸気管４０７より圧ノコ容器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
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を通
って再び圧力容器４０１内に環流する。 原子炉圧力計装４３１及び冷却材温度計装４３２は、炉
心入ロサブクール計測装＠４１３に接続され、炉心人口
ザブクール計測装置４１３は、入力される原子炉炉心人
［ｌ冷却材１１力信号４３３及び原子炉炉心入口冷却拐
渇瓜信ｊ５４３４より、予め用意された蒸気表を用いて
炉心入口サブクールを演算し、炉心入口サブクール信号
４１４を発する。尚、炉心入口サブクール計測装置４１
３内で用いられる蒸気にの代わりに、簡易蒸気表または
近似式を用いて炉心人口ザブクールを演算することも可
能である。炉心入口サブクール計測装置４１３には、炉
心入口サブクール計測装置４１３から発せられた炉心人
口サブクール信号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装置４１５が接続されている。こ
の安定性許容出力の演算は、第５図に示ずような、炉心
入口サブクールΔｈの関数で表わされた原子炉の安定性
許容出力Ｙ＝、ｆ（Δｈ）の特性曲線を用いて行われる
。例えば、炉心入口サブクールをΔｈＯとすれば、この
炉心入口サブクールΔ［１０における安定性許容出力Ｙ
に関しては、情報表示及び制御棒引抜き阻止曲線Ｚ１か
ら警報表示及び制御棒引抜き阻止出力Ｙ１、選択制御棒
挿入出ツノ曲Ｉ！１１７２から選択制御棒挿入出力Ｙ２
、全制御棒緊急挿入出力曲線１３から全制御棒緊急挿入
出力Ｙ３が決定される。なお、この３つの特性曲線は予
め設定されており、任意の炉心入口サブクールΔｈＯに
対しその安定ｆｌｙ；’ｒ容出力Ｙは、ＹｌくＹ２くＹ
３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用ツノ’Ｙは安定性γｌｌ出出力
信号１６に変換されて、安定性監視装置４１５に接続さ
れた安定ｆｇ、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Ｙ　−Ｙ２・Ｙ　に対応″
りる安定性ｄ［音出力信号をｙｌ　・ｙ２・ｙ３とする
。 安定度設定器４１２には原子炉出力；］装装置５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より発せられた安定性
許容出力信号４１６の信号レベル１〜とが比較され、原
子炉出力信号４１１の信号レベルが安定性許容出力信号
４１６の信号レベルを上まわった時、安定性保持信号４
１７を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により原
子炉出力信号４１１の信号レベルに応じた安定性制御信
号４２ＯＡ、４２０Ｂ、４２０Ｃを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４１８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４
２２．４２３．４２４は、制御棒駆動装置制御信号４２
９を発表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４０／Ｉ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、原子炉出力信号４１１の信号レベル
が安定性許容出力信号４１６の３つの信号ｙ　ψｙ　−
ｙ３のいｆれの信号２ 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は発ぼられない。 原子炉出力信号４１１が安定性ｒ［客用力（ｆｆｉ号４
１６のｙｌとｙ２の間又はｙｌ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ａｌｌ装置４１８に向

【〕て発せられ、安定性
監視装置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＠発する。これに
にす、警報表示信号４１９を受信した警報表示装＠４２
１から運転員に警報が表示されるとともに、安定性制御
４５号４２０Ａを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Ｊ信号４２５が１ｉｔ）　
ａｌｌｌｌ動駆動装置制御器４２８して発せられる。制
御棒駆ｉ！ｌ装置制御器４２８ｔよ、原子炉内に存在り
゛る複数個の制御棒駆動装置４３０の全部に苅し、制御
がこれ以上引抜かれるのを阻止する。これにより制御棒
４０４の引抜きにより原子炉がより不安定な運転領域に
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ｙ２とｙ３の間又（よｙ２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１発ぜられ、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
４２０Ｂを発する。安定性制御信号４２０Ｂは選択制御
棒挿入イ５号発生装Ｎ４２３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。これにより制御棒駆動装置制御器４２８は、
複数個の制御棒駆動装置４３０の全部に対し、制御棒４
０４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４０４
の挿入を命じる制御　″棒駆動装置制御信＠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＠４１８は
この信号４１７に基づいて安定性制御信号４２０Ｃを発
する。安定性制御信号４２０Ｃ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４２
７が制御棒駆動装置制御器４２８に対して発けられる。 これにより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＠＠４３０に対し、制御棒４
０４の緊急挿入を命じる制御棒駆動装置制御信号４２９
を発し、いわゆるスクラムにより原子炉は安全に停止さ
れる。 尚、安定度設定器４１２、冷却材循環流量計測装置４１
３、安定性監視装＠４１５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
流量の関数である安定性許容出力の信号を、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づる
か、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［１］比と原子炉出力との関係で示した図である。図
において斜線部は域中比が１．０を越える領域であり、
第３図で示したチ１シ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し　、−転鎖線は第
５図の選択制御棒挿入出力曲線に対応する信号レベルＬ
２、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Ｌ３である。このように本発明によれ
ば、域中比が大きくなる（安全性が厳しくなる）出力線
上で、各運転状態のチｌシンネルの水力学的安定性の減
１１】比に応じた、Ｒ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ｒＩＪ比と原子炉出ノＪとの関
係を示した図であり、第６図と同様、斜線部は。 減［１］比が１．０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づる信号レ
ベルＬ１、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Ｌ２、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Ｌ３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域中比に応じた、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。ずなわら、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
に比べ原子炉を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
は本発明にょる原子炉の運転制御装置を示リブロック図
、第５図は原子炉安定性許容出力の特性曲線を承り一図
、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中比で示しｔｓ図、第７図は本発
明ににる効果を原子炉出力と炉心安定性減中比で示し／
Ｃ図、第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・・・原子炉出力信号、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・・・炉心人ロリブクール泪測
装置、４１４・・・炉心入口ザブクール信号、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、４２０Ａ、４２０Ｂ、４２０Ｃ・・・安定性制
御装置、４２Ｂ・・・制御棒駆動装置制御３１１器、４
３０・・・制御棒駆動装置、４３１・・・１京子炉ルカ
Ｒ１装、４３２・・・冷却材温度計装、４３３・・・原
子炉炉心入ロ冷却擾４圧力信号、４３４・・・原子炉炉
心入口冷ｙｆＩ初温度信号。 ８１目 ０ 羽　間 乃２目 筋３図 う４：鴎 ４０、 第５図 ６６聞 躬２目 あり目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　原子炉出力をｎ１装し原子炉出力信号を発Ｊる原子
   炉出力信号と、原子炉炉心入口冷却温度と圧ツノを計測
   し炉心入ロＶブクール４Ｃ号を発４る炉心入口サブクー
   ル計測装置ど、前記原子炉出力信号と炉心入口サブクー
   ル信号とに基づいて制御棒挿入信号を制御駆動装置制御
   器へ入ツノし原子炉の安全性を制御する原子炉安全性制
   御装置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、前記炉心人口りブク
   ール信号により安定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監視装置と；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用り信号の信号レベル
   を上まわっ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、選狗制御棒挿入信号あ
   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
   と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。