JPS6029699A - 再循環流量制御装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、沸騰水形原子炉の再循環流量制御装置に係り
、特に、即応性が高く、かつ出力急変や中性子束ノイズ
等の外乱に対し耐力の高い再循環流量制御装置に関する
ものである。

従来の沸騰水形原子炉の再循環流量制御装置においては
、通常、再循環ポンプ速度全所定の値に制御することに
より、再循環流量を制御していた。

しかし、この方法は、以下に述べる点での改良が必要で
あった。

（イ）出力変更速度を高めるためには、再循環流量変更
速度を高める必要があるが、この際中性子束のオーバー
シュートから、スクラムし易くなり１何らかの抑制手段
が必要である。

（０）制御棒操作、圧力変動等により、出力が急変した
場合の出力制御機能金有していない。

この解決策として、再循環流量制御回路の上位の制御回
路として、中性子束信号をフィードバック信号として用
いる中性子束制御器？：設置した例はあるが、機器の寿
命を縮めないよう中性子束のホワイトノイズの除去法の
解決が必要であり、また、不要な出力変更速度えて、燃
料へ悪影響全力えないよう、中性子検出器の感度劣化を
補正する複雑な回路が必要であった。

ｒ全８月の日々匂］ 本発明の目的は、中性子束信号を補助制御信号として使
用することにより、即応性および外乱に対する耐力の高
く、かつ中性子束ノイズの影響を受けない再循環流量制
御装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、中性子束フィードバック信号を用いた中性子
束制御器よりの出力信号を、再循環流量制御信号の補正
信号とし、中性子束設定信号を再循環流量要求信号の関
数として設定することにより、状態に応じた適切な補正
信号を出力させ、再循環流ｉｉｉ濡！Ｉ　ＩＩ系の即応
性および、外乱に対する耐力全向上させ、かつ中性子束
ノイズの影響を完全に除去したものである。

〔発明の実施例〕

第１図は、沸騰水型原子炉の再循環流量制御装置を示１
゜主制御器１は、運転員の手動操作又は負荷要求信号に
基づき、再循環流量要求信号を出す。流量要求制限器２
は、過剰々再循環流量要求信号又は、過小な再循環流量
要求信号の出ることのないよう、上下限制限を行なう。

再循環流量検出素子３は、再循環流量を計測するか、又
は、それと等価な信号である再循環ポンプ速度等を検出
する素子である。再循環流量検出素子３からの検出信号
は流量フィルター４で、高周波ノイズ分をカットし速度
要求制限器からの出力信号と加算され、流量制御器５に
入る。流量制御器５は、所定の再循環流量が得られるよ
う、流量制御素子６を制御する。流量制御素子６として
は、再循環ＭＯ上セツト流量制御弁あるいはサイリスタ
周波数制御装置が該当する。

従来の再循環流量制御装置は、以上説明した要素から構
成されている。従来の制御システムでは再循環流量又は
、これに該当する状態量を制御手段としているため、本
来の目的である原子炉の出力制御全迅速に行なえない欠
点があった。これは下記理由による。

（ａ）　再循環流量制御系により、再循環流量を変え原
子炉出力を変更する際に、原子炉出力変更となるまでに
再循環流量変化→ボイド不変化→反応度変化→中性子束
変化→燃料時定数（約６秒）の遅れ→熱流速変化→ボイ
ド率回蝮→出力整定といったメカニズムを介し、一時的
な中性子束のオーバーシュートが存在する。この結果、
再循環流量変化と中性子束変化が１対１に対応しなくな
り、特に出力変化を速く行なう場合中性子束のオーバー
シュートが大きくなる。炉心流量を急増をせる場合には
、中性子束高スクラムと々るため、流量変化率を抑えな
ければならず、結果的に出力変更速度は大幅に抑えられ
る。

（ｂ）　再循環流量変化以外にも、圧力変動や制御棒操
作による反応度外乱、又は、玲水温度変動によっても、
原子炉出力は変動する。これらの外乱に対して、再循環
流量制御系により、原子炉出方を一定に保持するのが望
ましいが、制御信号として、再循環流量信号のみを採用
しているため、これら外乱に対し、対応能力を有してい
ない。

この直接的な解決策は、原子炉出力を表わす中性子束信
号凱上位の制御手段とすることである。

中性子束信号をフィードバック信号とすることにより、
再循環流量の急変から、中性子束がオーバーシュートし
ても、自動的にこのオーバーシュートを抑えるよう再循
環流量制御信号が補正されるため、過度のオーバーシュ
ートが生じることはなく、出力変更速度を大幅に改善で
きる。また、再循環系以外の系統からの外乱で、中性子
束が変動しても、これを補正するよう再循環流量制御系
が応答し、原子炉出力を一定に保持することが可能とな
る。

しかし、本方式においては次の問題があり、中性子束信
号をフィードバック信号としている特性を生かし切れて
い々い。

（ａ）中性子束信号には、多大々ホワイトノイズが含ま
れている。制御系がノイズに応答し、出力変動を増大さ
せ、凍た機器寿命にも悪影’ｌｆ’に力えぬようノイズ
を除去する必要がある。

（ｂ）　ノイズ除去のため一次フイルター又は２次フィ
ルターを使用するがノイズを完全に除去するために、か
なり、大きな時定数を持たせなければならない。

（Ｃ）　フィルターに大きな時定数を持たせることによ
り、中性子束フィードバック信号の遅れが大きくなり、
出力抑制効果が減少する。

（ｄ）　上記より、出力変更速度の大幅向上は望めなく
なる。

本発明においては、中性子束フィードバック信号の利点
を懇犬隅に生かすため、これ全補助信号として使用して
いる。すなわち、再循環流量ｆｆ＋ＩＪ御系の主信号會
、框１図に示すごとく、従来１ｍり主制御器からの、再
循環流量要求信号とし、この補正信号として、中性子束
検出装置Ｆｔ、７からの中性子東信号全フィードバック
とし、主制御器からの再循環流量要求信号全入力とし７
た、出力監視回路８からの信号を用いてｂる。月ｊ力監
視制御回路８は再循環に旬要求信号に対応した原子炉出
力が得らｔ］るよう、常に補正信号食出す構成となって
いるが１本回路に（・よ、後述するように、中性子束の
高周波ノイズ除去のための小さな時定数のフィルターヲ
崩し、かつ適切な不感帯幅手ｆ有しているため、中性子
束ノイズの影響を受けることはなく、また中性子束フィ
ードバック信号に“大きな時間遅れが生じることもなく
、高い出力変更速度の維持が可能となっている。なお、
最終的な原子炉出力ｃよ、後述するように、主制御器か
らの再循環流量要求信号により定まるため、出力制御監
視回路８内の不感帯幅が原子炉出力の安定性を劣化させ
ることもなく良好な応答性が得らｔ′？−る。

第２図に、本発明による出力制御監視回路８の詳細を示
す。主制御器１カ・らの再循環流■要求（Ｎ号に基づき
、中性子束設定器９１−ｉ、流量制御曲線上の出力に相
当する中性子束設定値が得ら：ｔするよう、以下に示す
式に基づき、中性子束設定信号φバＳ）を出す。

ここで　Ｔｌ　二流量変化から中性子束変化に至るまで
の遅れ時間 Ｔ２　：運転モードにより変化する時定数 Ｋｌ　：再循環流量制御曲線に対応した定数 φ（Ｓド検出中性子束 Ｆａ（ｓ）：主制御器からの流量要求信号（１）左の第
一項は、主制御器ｌからの再循環流量要求信号に基づき
速やかに出力設定信号金変えるものであり、第３図に示
す流量制御曲線に相当する流量〜出力の傾きが持たされ
ている。第２項は、二つの機能金有している。第一の機
能は、再循環流量の変更時の出力偏差を補正するもので
あり、第２の機能は第３図に示すごとく流量制御曲線が
制御棒パターン変更等により変化した場合の補正全行な
うものである。Ｔ２は運転モードによって設定が変わる
が、第２の機能はゆっくりした補正を実施ずれば充分で
あり、運転モードにより変化し得るが、通例充分大きな
値に設定される。

中性子束検出装置７からの（Ｎ号は、中性子束フィルタ
ー１０により、高周波ノイズ分をカットされる。この際
、中性子束フィルター１０は、高周波ノイズを除去する
だけのものであり、比較的小さな時定数を持つ１次遅れ
、又＆″ｉ２次遅れ伝達関数より構成される。中性子束
フィルター１（ｌ出走信号は、中性子束設定器１０より
の中性子束要求信号と比較され、可変幅不感帯１１に入
る。可変幅不感帯１１１−ｔ、後述するように主として
中性子束の低周波ノイズを除去するために設定されるも
のであり、この不感帯幅は、不感帯幅設定器１２より設
定される。不感帯幅設定器１２は、運転状態に応じて、
最適な不感帯幅を設定する。この出力信号は、中性子束
制御器１３を通り、補正信号として、主制御器１からの
再循環流量要求信号に加算され、流量要求制限器２の入
力信号となる。

第４図に、中性子束設定器９内の時定数Ｔ２および不感
帯幅設定器１２での不感帯幅の設定ロジック金示したも
のである。通常運転中には、機器の故障や、運転員誤操
作がない限り、急激な出力変化が生じないことを考慮し
、Ｔ２　としては充分大きな値、たとえば数十分の値を
設定する。また不感帯幅としては、中性子束の低周波ノ
イズの除去に充分な値として１〜２％の値を設定する。

速い出力変化が要求されるＡＦＣ運転時にはＩｒ２とし
て比較的大きな数分の値を設定し、不感帯幅としては、
中性子束の過度のオーバーシュートに抑えるに光分なよ
う若干大きめの値である３〜４％を設定する。原子炉出
力制御が不要となる再循環流量ランバック時には、Ｔ２
を数十秒の値に設定するとともに、不感帯を数１０％に
選定し、不要な補正信号のはいるのを避ける。

第５図は、本発明による出力制御装置の中性子ノイズ除
去能力を示したものである。中性子束信号ａＶｒＣは、
通例かなりのホワイトノイズが含まれている。このノイ
ズは中性子フィルター１０の出力信号すでも完全には、
除去さｔｌていない。しかし、低周波のノイズ全除去す
るに足りるだけの不感帯幅を設定した可変不感帯幅１１
を通過した中性子束制御器１３の入カイへ号Ｃでは、中
性子束ノイズは完全に除去され、中性子束ノイズが再循
環流量制御信号に影響を与えることはない。

なお、第（１）式の第二項の動きにより、中性子束設定
信号ｅは、通常時は、中性子束信号ａｉ長時間にわたっ
て時間平均した値と等価となって、おり、常に不感帯の
中央に位置することになる。また中性子束信号には、通
例感度劣化によるゆっくりとした信号低下が見られるが
、第（１）式の第二項の働きにより、自動的に出力設定
点が補正されるので感度劣化を出力変動と判断して不要
な出力変動を生じさせることもない。

第６図は、ＡＦＣ運転により、再循環流量要求信号４が
急速に増加した場合の応答金示す図である。なお、説明
を簡単にするため、ここでは中性子束のノイズ金除いて
示しているが、前述した中性子束フィルター１０および
可変不感帯幅１１の働きにより、これが存在している場
合でも、特性に差は生じない。再循環流量要求信号ｄが
急速に増加すると、第（１）式の第１項に基づき中性子
束設定信号ｅも急速に増加する。これと同時に速度制限
器入力信号りも増加し、流量制御器５、流量制御素子６
により、再循環流量を増加させる。再循環流量の増加に
より、原子炉出力も急増し、中性子束信号ｆも急速に上
昇する。本発明を適用しない場合には、破・線で示すよ
うに、中性子束は大きくオーバーシュートし、高中性子
束スクラムの可能性が出てくる。一方、本発明ケ適用し
た場合には、中性子束のオーバーシュートから、中性子
束信号ｆと中性子束設定信号ｅとの偏差が不感帯幅全開
えれば速やかに、中性子束制御器より補正信号ｇが出力
され、再循環流量の増加を抑えるため出力変化全円滑に
行なうことが可能となる。なお中性子束設定信号ｅが、
一定時間経過後、ゆるやかに微少変化するのは第（］、
）式の第二項の動きにより、偏差が補正されるためであ
る。

第７図は、出力外乱等により原子炉出力が急変した場合
の応答を示す図である。中性子束信号ｆが急変しても、
中性子束設定信号ｅはほとんど変化せず、ために、中性
子束信号が不感弗幅全超えて増加すると、中性子束制御
器出力ｇは、再循環流量を減小さぜるよう減少し、龍度
制限器入力信号ｈｌ減少させる。この結果、従来制御装
置では破線で示すように、スクラムしていたような外乱
に対しても、運転継続可能となり、プラント稼動率が向
上する一方、燃料等へのインパフトラ大幅に低減できる
。

第（１）式において、Ｔ２’ｅ運転モードによって可変
としているが、これ全一定とし、積分器の入力に変化率
制限を設け、制限値を運転モードにより可変とすること
によっても、等価の効果を得ることができる。本方式は
、特に原子炉の出力変化全所定の値以下に保持する必要
のある時、効果的である−といえる。

また、第（１）式において、ＫＩ　金流験制御曲線に対
応した定数と示しているが、第３図に示すごとく運転点
により、流量制御曲線が変わり得ることを考慮し、この
定数金、炉ｌＬＪ？流量と炉出力に対応させて変えるこ
とにより、即応性および制御精度の面でより優れた制御
装置とすることが可能となる。具体的には、炉心流層Ｆ
と、原子炉出力Ｐｋ計測し、この比から、適切なＫｌｔ
＞’固定することになる。

〔発明の効果〕

再循環流量制御系において、再循環流量要求信号又は、
これと等価な信号に対応した原子炉出力が得られるよう
、中性子束信号をフィードバック信号とする中性子束制
御器からの出力信号を、再循環流電要求信号の補正信号
として用いることにより以下の効果が得られる。

（１）中性子束信号を直接フィードバックした場合に比
べ、小さな時定数を有す゛るフィルターで、中性子束ノ
イズが除去可能となり、再循環流量制御の即応性を大幅
に向上させることができる。

（２）応答遅れのない中性子束信号をフィードバック信
号として使用可能となるため、圧力変動や反応度外乱を
効果的に抑制することが可能となり、不要なスクラムを
防止し、プラントの稼動率を大幅向上させるとともに、
過度の出力上昇を抑えることから安全性も向上できる。

（３）　中性子束検出信号は、検出装置の感度劣化から
、ゆるやかに低下し、定期的に補正する必要がある。中
性子束信号を直接フィードバックしている場合には、複
雑な補正回路が必要となるが、本方式ではその必要性が
無くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は再循環流量制御系と本発明による制御装置の関
係図、第２図は本発明の制御装置の詳細図、第３図は沸
騰水形原子炉の流量制御曲線図。 第４図は本発明の構成要素の時定数および不感帯幅設定
のインターロックを示した図１第５図は本発明による中
性子束ノイズ除去効果を示した図、第６図は本発明によ
るＡＦＣ運転時の制御特性図、第７図は本発明による外
乱抑制効果を示した図である。 ９・・・中性子束設定器、１０・・・中性子束フィルタ
ー、１１・・・可変幅不感帯、１２・・・不感帯幅設定
器、芽ｌ　ロ ＃　２　図 痒３　目 ？１し　β気１【（７−） ＃−４固 ＨＯ化路 ＜ＷＯ）　ＷＩＦＥ　０ｔ）Ｔ 茅５　目 に、６　ロ 茅７固

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、再循環流量制御による出力制御が可能な沸騰水形原
   子炉の再循環流量制御系において、再循環流量制御の第
   一制御対象とし再循環流量又は再循環ポンプ速度とし、
   制御性向上のための補正的な制御回路として中性子束信
   号をフィードバック信号として用い、所定の変化幅、又
   は変化率を超えた場合適切な補正信号を出せるよう中性
   子束設定値を、再循環流量又は再循環ポンプ速度要求信
   号の関数として定める制御回路を有すること全特徴とす
   る再循環流量制御装置。