JPS60225095A - 原子力発電所の制御棒位置測定装置 - 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、ＢＷＲ型、ＰＷＲ型、ＡＴＩ’（型、ＦＢＲ
望等の原子力発電所の制御棒位置測定装置に係り、例え
ば、原子力発電所のスクラム時に、原子炉制御棒の挿入
位置を測定し、スクラムが健全に行なわれたことを運転
員に報知する原子力発電所の制御棒位置測定装置に関す
る。

（発明の技術的背景とその問題点） 原子炉の出力制御及び原子炉の安全停止を行うものとし
て制御棒がある。この制御棒は、原子炉出力の増大に伴
ない多数の本数になり、最近の１１００ＭＷｅクラスの
沸騰水型原子炉では約２００本設けられている。このた
め、原子力発電所のスクラム発生時に各制御棒が全挿入
されたが否かを測定し、原子炉スクラム機能の健全性を
確認することは、安全性確保の点から重要なことである
。

従来、沸騰水型原子力発電所における制御棒位置指示系
として、例えば第１図のようなものが知られている。第
１図において、Ａは制御棒駆動機禍であり、この駆動機
ｌｌＩ！Ａによって複数本の制御棒８が原子炉Ｃ内へ挿
入される。そしく制御棒駆動機構Ａには制御棒Ｂの原子
炉Ｃ内の各駆動位置に対応して図示せぬ複数個のリード
スイッチが取り付けられており、制御棒Ｂが対応づる位
ｒまで操作されると、対応するリードスイッチがオンし
、ｔ＋１Ｉｌｌ］棒Ｂの位置を識別できるようになって
いる。

制御棒８は、例えば４８分割され、各々の位置に対した
４８個のリードスイッチと他の３つのり一ドスイッチを
有し、制御棒Ｂが全挿入位置にあると００番目のリード
スイッチがオンする。この位置をＯＯと呼称している。

また、制御棒Ｂが全引抜位置にあると４８番目のリード
スイッチがオンする。この位置を位置４８と呼称してい
る。イの間は全挿入位置から全引抜位置に・移行するに
つれて、位置０１，０２，０３．・・・４５，４６．４
７を取る。これらの位置のうち、偶数情誼を制御棒Ｂの
正規な位置、奇数位置をドリフＩ・位置とし、奇数位置
の全ての和をとりその信号をＯＤＤ　（ドリフト）信号
と呼称している。

ここで、例えば偶数位のリードスイッチとＯＤＤ位置等
のリードスイッチは、第２図に示されているようにマト
リックス状に接続され、これらはＨｌ、Ｈ２，ｌ−１４
，Ｈ８，１−１１６，Ｖｌ、Ｖ２゜Ｖ４．Ｖ８．Ｖ１６
．■３２．の各信号で示され、制御棒位置データａ（Ｈ
ｌ、Ｈ２，）−１４，１−１ａ。

Ｈ１６，■１．Ｖ２．Ｖイ、■８．ｖ１６．Ｖ３２）ト
して制御棒位置指示系へ与えられる。

制御棒位置指示系は、制御棒Ｂの位置を中央制御室の運
転員に知らせる機能を有し、第１図に示されるように、
制御棒位置信号入力装置１、ドリフト信号演粋装［２、
υ制御棒位置指示装置３、全制御棒状態表示板４及び制
御棒位置表示器５とより構成される。そして制御棒駆動
機１１Ａがら与えられる制御棒位置データａ　（Ｈｌ、
Ｈ２、Ｈ４゜Ｈ８・Ｈ１６・■１・Ｖ２・Ｖ４・Ｖ８・
ｖ１６゛■３２）は、制御棒位置信号入力装置１でロジ
ックレベルに変換され、１−１２．Ｖｌのデータを抽出
し、ドリフト位置データｂ　（＋−１２、Ｖｌ　）とし
てドリフト信号演算装胃２に出力される。制御棒位置信
号入力装置１の他の出力信号Ｃは、Ｈ，Ｖｌのデータを
除いた信号であり、制御棒駆動機構Ａが健全であれば制
御棒Ｂが停止する位置の信号と４Ｔる。そしてドリフト
信号演算装ＷＩ２の演ｎ結果を示す出力信号ｄと、前記
出力信号Ｃとは、制御ｌｌ棒指示装置３に与えられ、ロ
ジックレベルで演算されて全制御棒状態表示板４により
各ｔｉ制御棒Ｂが全引汰位置か、あるいは全挿入位置か
が表示される。

一方、制御棒位置指示器４３へ指令信号をｈえる制御棒
位置指示器５は、前記指示板４で表示すべき選択された
、例えば４本の制御棒Ｂの位ｌを数字で表示している。

以上の構成において、原子力発電所の緊急時にスクラム
信号（図示せず）が発生すると、第１図の＃Ａ御棒Ｂが
下から上方に挿入され、これによって原子炉Ｃの核反応
が停止する。ここて・制御棒Ｂの挿入に従い、各ｔｉ制
御棒Ｂは、第３図に示すように、偶数位置はＰｄ２．Ｐ
４６．・・・Ｐ２．ＰＯと位置表示され、奇数位置ｔよ
通過中を示す為に−′。

で表示される。各１ｂｌＪｌｌ棒Ｂとも７５％挿入位置
まで約１．６秒程で挿入される。このため、万一制御棒
Ｂが全挿入されず、途中で停止するような不具合が発生
した場合、運転員は制御棒位置指示系の全制御棒状態表
示板４でどのＩＩＩＪＩＸＩ棒が全挿入していないかを
識別できる。

しかしながら、この秤のｌ！ＩＩＩＩｌ棒位置指示系に
あっては、全挿入していない制御棒Ｂがどの位置に停止
１−シているかを判断することができなかった。

また、原子炉の核反応の抑制に効果的な位置に停止して
いるのか、全熱効果のない下の位置（Ｐ４７．Ｐ４５等
）に停止しているのかを判断できず、原子炉を安全に停
止する上で、さらに運転員の次の動作をうながず上で情
報表示が不十分であった。

そこでこの対策どして、制御棒位置指示＠置３の出力信
号を原子力発電所プラントに設置されている電子計算機
に入力し、処理することも考えられる。しかしυ１ｕｌ
ｌ棒Ｂの本数が多く、かつ高速度であるため、１ボジシ
］ンにつき１〜２ｍ秒程度のリードスイッヂのＡン、オ
フを読み取ることは不可能であった。

〔発明の目的〕

本発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、万一に発
生する原子炉スクラム時に全制御棒が全挿入されない事
態があった時、どの制御棒がどの位置にあるかを運転員
に報知し、運転０の速く正確な動作をうながしうる原子
力発電所の制御棒位置測定装置を提供することを目的と
づる。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため、本発明は、原子炉内に挿入さ
れる複数本の制御棒の各位置に応じＩ（制御棒位置信号
を発生する装置と、前記制御棒位置信号を入力して前記
制御棒の位置を記憶づる制御棒位置記憶装置と、前記制
御棒の移動量に応じた位置信号を発生する装置と、前記
位Ｎ　（８ｊ、ｌを入力して制御棒の移動ｍを測定する
菰藺と、前記制御棒位置記憶装置に記憶された制御棒の
位置と前記制御棒の移動色を測定する装置によって測定
された制御棒の移動Φとから制御棒の位置を演算する制
御棒位置演算装置と、この制御棒位置演算装置の演算結
果と前記制Ｗ棒の全挿入！！ｉ置とを比較し前記全制御
棒のスクラムが健全であるか否かを判定する制御棒位置
演算装置と、この制御棒位置計ｌ１Ｉｉ１！置の判定結
果を表示する制御棒位置監視装置とを備えている。寸な
わら、本発明は、例えば、スクラム発生時、各制御棒位
置を記憶し、各制御棒のドリフト位置信号を計数して制
御棒位置記憶データよりドリフト信号数を減算すること
により制御棒スクラム位置を測定し、評価し、必要に応
じて表示出力し、運転員に警報を出力し得るようにした
ことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、第４図及び第５図を参照しつつ本発明の一実施例
を説明する。なお以下の図面において前記第１図乃至第
３図中の要素と同一の符号が付されている。

第４図は制御棒位置測定装置の概略構成図である。この
１＋ｌｌ　ｍ枠位置測定装置は、制御棒位置信号ｅを発
生する制御棒位置検出装置１０どドリフ１−位置信号ｆ
を発生づ−るｌｌｉ制御棒ドリフト信号発１ｌ−ｖＲ謬
１１とからなる制御体位Ｗ指示装詔３と、制御棒Ｂの位
ｎを記憶する制御棒位置記憶装置１２と、ドリフト位置
信号ｆの数を４数づるｉｉ＋＋ａ捧移動聞測定装置１３
と、前記記憶装置１２の出力信号と前記移動量測定装置
１３の出力信号とから制御棒Ｂの位置を演算する制御棒
位置記憶装＠１４と、制御棒Ｂの基準位置を設定するた
めの制御棒基ｔｌ！−位置信号発生装置１５と、この装
置１５と前記位置演算装置１４の出力信号とから全ｉＩ
ｌ制御棒Ｂのスクラムが健全か否かの判定を行なう制御
棒位置演算装置１６と、この装置１６の判定結果を表示
、記録、報告する制御棒位置監視装置１７どを備えてい
る。またこれらの装置の動作を開始させるための装置は
、原子炉Ｃの異常を予測、検出してスクラム信号ｑを発
生する原子炉保護系盤１８と、スクラム信号ｑに基づき
制御棒位置演算装置１２へ制御棒位置記憶の要求信号を
与える制御棒位置記憶要求信号発生装［１１９と、この
装Ｎ１９の要車信号を解除するだめの制御棒位置記憶要
求信号リセットスイッチ２０と、前記信号発生装置１９
の出力イｈ号を所定時間（例えば、１０秒）！延させ前
記評ｇＡ装置１６へ動作開始のために与える時間カウン
ト装置２１とより構成される。

ここで、制御棒位置指示装置３内の制御棒位置発生装置
１０　（１０ａ　〜１０ｎ）は、第１図の信号Ｃを増幅
分岐したもので、制御棒Ｂの木数分設けられて各制御棒
Ｂの現在位置を示す。さらに制御棒ドリフト信号発生装
置ξ１１（１１ａ〜１１ｎ）は、第１図の信号ｄを増幅
分岐したもので、制御棒Ｂの本数分設けられて各制御棒
Ｂの奇数位置の通過位置を示す。制御梓位置記憶要求信
号発生装＠１９は、原子炉保護系盤１８よりのスクラム
（Ａｍｑを受けて＄制御棒位置記憶装置１２（１２ａ〜
１２ｎ）に出力し、制御棒位置を記憶づるよう指示−す
る。この要求信号は、制御棒位置記憶要求信号リセット
スイッチ２０がオンした時解除される。

ｔＩＩ１１１１１棒位胃記憶＠置１２　（１２ａ　〜１
２ｎ）は、制御棒位置記憶要求信号発生装置１９から与
えられる出力信号を入力した時の制御棒ｉＱＲ発住装置
１０ａ〜１０ｎの入力信号ｔａ’＋瞬峙に記憶づるもの
で、制御棒Ｂの本数分設けられスクラム発！１時の各制
御棒Ｂの位置を記憶覆る。ちり部体移動ｆｆｉ測定装置
１３　（１３ａ　〜１３ｎ）は、各制御棒Ｂの本数分設
けられ制御棒ドリフト信号発生装置１１８〜１１ｎの出
力信号、すなわノ）ドリフト信号ｆのパルス数を４数し
て各制御棒Ｂの挿入移動量を測定する。制御棒位置演算
装置１４（１４ａ〜１４ｎ）は、制御棒Ｂの本数分設り
られ、ｉｂ！制御棒位置記憶ｇｉ置装２ａ〜１２ｎの各
出力信号と制御棒移動ｍ測定装置１３８〜１３ｎの各出
力（８８とを入力し、各制御棒毎に下記（１）式の演算
を行い、スクラム発生時点より挿入されたυ１０Ｉｌ棒
位置を推定する。

Ｐ　＝Ｐ　−２Ｐ、ｏ・・・・・・・・・１・・・・・
・・・・・・・・・（１）ｎｔ　ｎＳ 但し、 Ｐｎｔ’スクラム時の制御棒挿入推定位置Ｐｎｓ’スク
ラム信号発生時の制御棒位置（ｉｊ制御棒位置記憶装回
１２よりの入力仏２３）ＰｎＤ’ドリフト（ｇ号のパル
数（制御棒移動ｍ測定装置１３よりの入力信号） 制御棒位置計（ＩｉＩ装置１６は、制御棒位置演算装置
１４ａ〜１４ｎの出力信号を入力し、各制御棒毎に制御
棒巣卑位置信号発生装置１５の出力信号と比較する。こ
の比較は、制御棒位置記憶要求信号発生装置１９の出力
信号をＭ　ＩＦＩ＋カウント装置２１で例えば１０秒ｎ
数して遅延した後の制御棒位置評価装置１６への入力信
号により開始する。前記１０秒は、スクラム信号Ｑによ
り全制御棒Ｂを原子炉Ｃ内へ挿入（スクラム）するため
の発生時間の最小値である。そして制御棒位置評価装置
１６では、下記（２）式の演算を行い、この値が“０″
であれば、制御棒位置監視装置１７により正常であるこ
とを表示させ、゛正″であれば、異常であることを表示
させる。

Ｐｏｊ≧Ｐｎｔ　’ｎ。

但し、 Ｐｎｊ：制御棒位置判定値 Ｐｎｔ’スクラム時の制御捧挿入せ（定位向Ｐｎｏ：制
御捧制御全挿入基準位■（づ４にわら、１１０１１重置
き また制御棒位置評価装置１６は、偏集機能を（ｊし、全
制御棒Ｂの制御棒推定位置、及び全挿入されくいない制
御棒Ｂの番号とその推定位ｄ等を任意のフォーマットで
制御棒位置監視装置１７−１に表示および記録させる。

なお図示してないが、前記位置計ｌＩｌ装置１Ｇの出力
信号を原子力発電所プラントに設置されている計算機に
与え、原子力発電所制御ｎ！　（一般に中央ａｉｌＪ　
Ｉｌｌ室に設置されているベンチボード）にＪ、って前
記と同様な表示や記録を行なうこともできる。

また前記位置監視装置１７により警報を発生しく異常状
態を運転員に報知することもできる。さらに、前記制御
棒位置記憶装置１２、制御捧移初ｆｉｌ測定装置１３、
制御棒位置演算装置１４等を各々制御棒毎に設けている
が、これは癲能を設けていることであって、かならずし
も各々の制御棒毎に設置）る必要はなく、１ｌｌｔｌＩ
ｌｌｉＢのグループ毎、機能毎にまとめることム可能で
ある。また、各々の装置１２．１３．１４等は、デジタ
ルＭ算機、マイクロコンピュータで構成づることもでき
る。

以上のように構成される制御棒位置測定装置の動作につ
いて第５図を参照しつつ説明する。なお、第５図におい
て、縦軸は制御棒挿入位置を示し、“４８″′位置が全
引抜位置、ＩＩ　ＯＯ１１位置が全挿入位置を示す。一
方横軸は、スクラム信号発生時点よりの経過時間である
。そして特性曲線りは、制御棒番地Ｎのスクラム特性を
示している。一般には下方の゛４８°″位置より上方の
’　ｏ　ｏ　”位置まで、約２秒で制御棒８が原子炉Ｃ
へ挿入される。

また信号Ｐ　はスクラム発生時の制御棒位置信号Ｓ であり、信号Ｐ。、は、制御棒がスクラムした時のトリ
フトイ３号を示している。

今、制御棒番地Ｎが全引抜位置（’　４８　”位置）に
あるとさ、スクラムが発生すると、原子炉保護系盤１８
からスクラム信号ｑが出力され、制御棒位置記憶要求信
号発生装置１９から制御棒位置記憶装置１２へ位置記憶
要求信号が与えられると共に、制御棒層！Ｉｊｌ感構Ａ
によって制御棒Ｂが原ｆ炉Ｃ内へ挿入されていく。位置
記憶要求信号の入力により制御棒位置記憶装置１２には
’　４８　”　ｉＱ　ｉ肖が記憶される。また制御棒Ｂ
が挿入されるに従い、制御棒ドリフト信号発生装置１１
は該制御棒Ｂが奇数位置を通過する度にパルス状のドリ
フト信号ｆを発生して制御棒移動量測定装置１３へ与え
る。

するとこの移動吊測定装置１３はドリフト信号［のパル
ス数を計数する。制御棒位置決Ｗ［？１４では前記（１
）式に従って’　４８　”より２倍のドリフト信号パル
ス分を減算してスクラム時の制御棒挿入推定位置を算出
する。この粋出結宋に基づきｔｉｌｌ＠棒位置評価装置
１６は、前記（２）式に従って制御棒Ｂが全挿入位置に
達しているかどうかを判定し、その判定結果を制御棒位
Ｉ！ｌ監視８置１７により表示づる。なお、以上は制ａ
ｎ番地Ｎについて説明したが、他の制御棒Ｂについても
同様に全ての位置が測定される。

而して本実施例によれば、スクラム発生時点の制御棒位
置よりドリフト信号ｆの移動量を減算して制御棒Ｂの位
置を測定するので、全Ｉ！１１ｗ０棒Ｂの位置の測定を
高速度に行うことができ、しかも瞬時に任意のフォーマ
ントで運転員に知らせることができる。このため、運転
員の迅速でタイムリーな原子炉安全停止動作が可能にな
る。

なお、上記実施例は、制御棒位置測定装置を独立に設け
たシステム構成であるが、この装置の機能を制御棒位置
指示系に一つの機能として追加したり、あるいは制御棒
のスクラム時間測定装置の一機能として組み入れること
も可能である。リ−なわち、制御棒位置指示システムの
制御棒位置データとドリフト位置データとにより上記の
ような制御棒位置測定装置の機能を持たせるよう構成し
ｊ〔す、あるいは、原子炉Ｃのスクラム時に制御棒スク
ラム時間を計測するための制御棒駆動時間測定装置に、
上記制御棒位置測定装置の機能を持たけるよう構成する
ことも可能である。

また、上記実施例では、ドリフト信号数の８１数により
移動量を算出しているが、偶数位置の信号の変化量や、
偶数位置の変化どドリフ］〜（＋”＋　；シの組み合せ
でもよい。さらに、スクラム発生時に全ｌｄ制御棒Ｂに
ついて挿入位置を測定Ｊるようにしているが、任意の要
求信号によってｂよく、」、た１本毎の制御棒スクラム
試験時に測定づることも変形例として考えられる。さら
にまた、原子ツノ発電所プラントに設置されている３１
算機により総合的に測定、評価できるようにすることし
応用例として考えられる。

なお、また上記実施例ではＢＷＲ型原子力発電所を例に
して説明したが、必ずしもＢＷＲ型原ｆカ発電所である
必要はなく、本発明はＰＷＲ。

ＡＴＲ，ＦＢＲ型原子力発電所にも適用できることは勿
論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の原子力発電所の制御棒位
置測定装置によれば、次の効果を奏することができる。

第１の効果は、例えばまれにしか発生しない原子炉スク
ラム時にも自動的に全１ｉｌｌｔｉ棒の挿入位置を測定
し、スクラムが健全ぐあったかどうかを瞬時に評価でき
る。第２の効果は、制御棒が例えばドリフト信号位置、
リードスイッチとリードスイッチの間で停止した場合で
も、どこまで制御棒が挿入されているかを推定できる。

第３の効果は、制御棒位置測定を高速度で測定するので
、例えば制御棒位置指示系やプラントに設置されている
計算機に負担をかけず、スクラム発生後、瞬時に制御袢
位躍を運転員に報知できる。第４の効果として１ＩＩＩ
Ｉｌ棒の移動量測定をドリフト信号数によっているので
、例えば制御棒の偶数位置の変化量を常に測定するのに
比べ、システム構成が簡単であり、高速度化が容易であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の制御棒位置指示系の原理を示づブロック
図、第２図及び第３図は制御棒位置指示系の信号特性を
説明する図、第４図は本発明の一実施例に係る制御棒位
置測定装置のシステム構成図、第５図は第４図の装置に
おけるスクラム時の位置測定信号の説用図である。 Ａ・・・制御棒駆動ｌｌ１ｌ、Ｂ・・・制御棒、Ｃ・・
・原子炉、１０．１０ａ〜１０ｎ・・・制御棒位置記憶
装置、１１　、１１　ａ　〜１１　ｎ・ｉ制御部体リフ
トイＬ号発ケ装置、１２．１２ａ〜１２ｎ・・・制御棒
位置記憶装置、１３．１３ａ〜１３ｎ・・・制御棒移動
量測定装置、１４．１４ａ　〜１４ｎ・・・制御棒位Ｅ
？１１算１１．１６・・・制御棒位置評価＠置、１７・
・・制御棒位置記憶装置。 出願人代理人　猪　股　消

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　原子炉内に挿入される複数本の制御棒の各位置に
   応じた制御棒位置信号を発生する装置と、前記制御棒位
   置信号を入力して前記制御ＩＩ棒の位置を記憶するｉｉ
   制御棒位置記憶装置と、前記制御棒の移動Φに応じた位
   置信号を発生する装置と、前記装置信号を入力して制御
   棒の移動量を測定する装置と、前記制御棒位置記憶装置
   に記憶された制御棒の位置と前記制御棒の移８量を測定
   する装置によって測定された制御棒の移動量とから１ｂ
   ｌＩ１１１棒の位置を演算する制御棒位置演算装置と、
   この制御棒位置演ｎ装置の演斡結果と前記制御棒の全挿
   入位置とを比較し前記仝１ｉＩＩ御棒のスクラムが健全
   であるか否かを判定する制御棒位置評価装置と、この制
   御棒位置評価装置の判定結果を表示する制御棒位置演算
   装置とを備えた原子力発電所のａｄｌ　ｌｌ１１棒位置
   測定装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記制
   御棒位置記憶装置は原子炉異常時にＪ５けるスクラム信
   号発生時に制御棒の位置を記憶し、前記位置信号を発生
   ずる装置は、ｆｌ、ＩＩ　ＩＩＩ棒の移ＩＪＪ　ｍに応
   じた数のドリフト位置信号を発生し、前記制御棒の移動
   量を測定する装置は前記ドリフ１〜位：Ｎ信号を入力し
   てこのドリフ１〜位胃信号数を３１数して制御棒の移動
   量をめ、前記制御棒位置演算装置は前記制御棒位置記憶
   装置に記憶されたスクラム信号発生時の制御棒の位置と
   前記制御棒の移動量を測定する装置によって計数された
   ドリフト（０置信号数とから制御棒の位置を演算づるよ
   うに構成され、原子炉のスクラム発生時に挿入される各
   制御棒の位置を測定し表示することを特徴とづる原子力
   発電所の制御棒位置測定装置。