JPS6041205B2 - 原子力タ−ビンプラントの制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタービンプラントの制御方法及び制御装置に関
し、特に軽水炉とともに用いられる原子力タービンプラ
ントの制御方法及び装置に関する。

一般に原子炉の運転に際しては原子炉の運転状況が急激
に変動することは効率や原子炉保護の点から好ましいこ
とではない。

従って、軽水沸騰形原子炉とともに使用される蒸気ター
ビンプラントに於ては、蒸気タービンの起動時及びター
ビントリップ時並びに負荷しや断時における原子炉炉内
圧の急激な上昇を防止するために、蒸気加減弁と蒸気タ
ービンとをバィパスして原子炉発生蒸気を直接に復水器
へ排気させるためのバイパス管路が設けられるとともに
前記の各場合に於て開かれるバイパス弁が該バイパス管
路に設けられている。このような公知の原子力タービン
プラントに於ては、次のような理由によってバイパス弁
の急開動作の可否が原子炉の容量決定に際して極めて重
要である。すなわち、一般に原子炉は最大蒸発量近傍の
設計容量で運転されている時が最も効率が良いが、もし
、原子炉が最大出力近傍で運転されていて且つバイパス
弁の急開性能に信頼がおけない場合には、蒸気加減弁急
閉時に於て急速にバイパス管内に多量の蒸気を逃がすこ
とができないため、原子炉の炉内圧はたちまち許容圧力
に達して極めて危険な状態となるからである。従って、
バイパス弁の急開性能に信頼がおけない場合には蒸気加
減弁急開時に於ても原子炉炉内圧が許容圧力に達しない
ように予め原子炉の容量を大きく設計することが必要と
なる。

しかしながら、このように原子炉容量を大きく設計する
ことは原子炉に附属する機器類のすべてを大容量に設計
することにつながり、極めて不経済である。それ故、こ
のような不経済性を回避して原子炉の適切な容量の決定
と原子炉の効率的な運転とを図るためには、蒸気加減弁
急開時に於て原子炉炉内圧の危険な急上昇を回避できる
ようにバイパス弁の急関作動に対する信頼性を向上させ
るとともにバイパス管流量を増加させることが必要とな
る。従釆、前記の如き公知の蒸気タービンプラントに於
ては、蒸気加減弁とバイパス弁とは電子−油圧式調速機
中の電子制御装置によって制御されているが、従来の制
御系に於ては蒸気加減弁とバイパス弁とが前記電子制御
装置を介しての単一制御系によって連動するように横成
されていたので、もし電子制御装置に故障や不調が生じ
た時には両弁が連動しなくなる恐れがあった。それ故、
最近では、蒸気加減弁とバイパス弁との連動制御系を二
重化することが計画されているが、このようにした場合
、高価な電子制御装置が更に高価になること、及び現時
点では電子制御装置を構成する電子部品の信頼性がまだ
低いために高価な割りには信頼性の高いバックアップ制
御系が得られないことなどの問題を生じることが判って
いる。本発明は前記の如き種々の事情を考慮してなされ
たもので、蒸気加減弁の急閉に応じて急速にバイパス弁
を開くことができ、大きなバイパス流量を確保するとと
もに、電子制御装置が故障や不調の時にもバイパス弁を
急関可能な制御方法と、低コストで信頼性の高い制御装
置とを提供することを目的とする。

以下に添付図面を参照して本発明の実施例について説明
するが、これに先立ってまず、第１図を参照して公知の
原子力タービンプラントの概略構成について説明する。

（尚、第１図に於て、２本の平行線は電気的接続を示す
ものである。）原子炉１と蒸気タービン２との間には主
蒸気管３が設けられ、原子炉１で発生した蒸気は主蒸気
管３を通って蒸気タービン２に注入された後、復水器４
に排出される。主蒸気管３には蒸気塞止弁５と蒸気加減
弁６とが設けられ、黍気塞止弁５の上流側の位置で主蒸
気管３から分Ｍ皮したバイパス管７が復水器４に接続さ
れている。バイパス管７には蒸気タービン２の定常運転
時には閉じられているバイパス弁８が設けられている。
蒸気塞止弁５の操作シリンダ９は唯一個のボート９ａを
有し、蒸気塞止弁５を常に閉方向に附勢するばね９Ａを
内部に有している。操作シリンダ９はトリップ装置１０
に接続された管路１１に接続され、該トリップ装置１０
及び圧油供給管１２を介して圧油源（図示せず）から圧
油が供給されるようになっている。トリツプ装置１０は
一般に電気−圧油サーボ弁の如き装置により構成される
もので、蒸気タービン２の速度を検出するための速度検
出器１３の出力信号によって制御され、管路１１を圧油
供給管１２もしくはＢＥ油管１４に切換え操作する機能
を有している。トリップ装置１０に接続された管路１１
は切換弁１５の一つのボート１５ａに接続され、該切襖
弁１５の他のボート１５ｂを介して蒸気加減弁操作シリ
ンダ１６への接続配管１７に蓮通されうるようになって
いる。

切襖弁１５は蒸気タービンの負荷しや断の発生時に蒸気
加減弁操作シリンダ１６から圧油を急速に排油させて蒸
気加減弁６を急開するためのもので、３個のボート１５
ａ〜１５ｃを有するとともに内部にばね１５Ａを有して
おり、弁スプールの一端はソレノィド１８のスプールに
連結されている。切換弁１５の第一のボート１５ａはト
リップ装置１０‘こ達る配管１１に接続され、第二のボ
ート１５ｂは蒸気加減弁操作シリンダー６への接続配管
１７を介して電気−油圧サーボ弁１９に接続され、また
第三のボート１５ｃは排油管２川こ接続されている。ソ
レノィド１８は負荷しや断時に負荷応動リレー２１を介
して附勢され、切襖弁１５の弁スプールを図に於て下方
へ駆動し、蒸気加減弁操作シリンダー６中を配管１７、
切換弁１５のボート１５ｂ、１５ｃを介して技Ｅ油管２
０へ蓮通させるもので、蒸気塞止弁５、蒸気加減弁６及
びバイパス弁８などと電子制御装置２２の制御下におか
れる。

蒸気加減弁操作シリンダー６は蒸気塞止弁操作シリンダ
９と全く同一の構造であり、蒸気加減弁６は常時は閉じ
る方向に附勢しているばね１６Ａを内部に有し、蒸気加
減弁６の閣法時には図示のように管路１２、トリップ装
置１０、配管１１、切換弁１５のボート１５ａ，１５ｂ
、及び配管１７を介して圧油源から圧油が供給されるよ
うにあつている。蒸気タービン２によって駆動される発
電機の如き負荷２３には、該負荷２３の変動を検出する
ための負荷検出器２４が取付けられ、該負荷検出器２４
の出力信号は負荷応動リレー２１に入力されるようにな
っている。

負荷応動リレー２１は一般に比較機能を有し、電子制御
装置２２の制御下におかれている。電子制御装贋２２は
蒸気タービンの調速を行う電子−油圧調速器（ＥＨＣ）
の中枢部を構成するもので、後記するバイパス弁制御系
と前記した蒸気加減弁と蒸気塞止弁との制御系の全体を
統括する。

蒸気加減弁操作シリンダ１６の接続配管１７に接続され
た電気−圧油サーボ弁１９は、前記した電子制御装置２
２によって電気的に制御され、蒸気タービン２の定常運
転時には配管１７に圧油供給管２５と排油管２６とを接
続し、且つ配管１７内に供給する油量を電子制御装置２
２の制御信号に応じて制御する。

バイパス弁８の弁棒８Ａは、それに取付けられた腕８ａ
を図に於て常時下方に向けて附勢するばね２７によって
弁８を閉じる方向に附勢されており、バイパス弁操作シ
リンダ２８内のピストンに連結されている。

バイパス弁操作シリンダ２８はピストンの両側のチヤン
バに開□する一対のボート２８ａ，２８ｂを有し、該ボ
ート２８ａ，２８ｂは電気油圧サーボ弁２９と切襖弁３
０とにそれぞれ接続されている。電気−油圧サーボ弁２
９は電子制御装置２２から電気的に制御されるもので、
前記の電気−油圧サーボ弁１９と同様に、蒸気タービン
の定常運転時には電子制御装置２２の制御の下に庄油供
給管３１と排油管３２とをバイパス弁操作シＩＪンダ２
８のボート２８ａ，２８ｂに接続し、圧油供給管３１か
らバイパス弁操作シリンダ２８への圧油供給量及び排油
量を制御する。
・バイパス弁操作シリンダ２８のボート２８ａ，２８ｂ
に接続された配管３３，３４に分岐した配管３５，３６
は切換弁３０の一対のボートに接続され、切換弁３川ま
また、配管３７を介して圧油供給管３１に接続されると
ともに排油管３８に接続されている。切襖弁３０はター
ビントリップ時などの過渡運転状況に於て操作されるも
ので、電子制御装置２２によって附勢されるソレノィド
３９によって弁スプールが駆動されるようになっており
、内部にばね４０が収容されている。なお、トリップ装
置１０‘こ運る配管１１には夕−ピントリップ時の配管
１１内の圧力を検出するための圧力検出器４１が設けら
れ、主蒸気管３には主蒸気管３内の圧力を検出するため
の別の圧力検出器４２が設けられ、電子制御装置２２は
圧力検出器４１，４２の出力信号に応じて他の機器を操
作するようになっている。

また、電気−油圧サーボ弁２９に蓮る圧油供給管３１に
はチェック弁４３及びアキュムレータ４４が設けられて
いる。

前記の如き構成の公知の蒸気タービンプラントに於て、
蒸気タービンの定常運転時には蒸気塞止弁５、蒸気加減
弁６、切換弁１５、３０、バイパス弁８は第１図図示の
状態にあり、トリップ装置１０は配管１１を圧油供給管
１２及び排油警１４から遮断し、切換弁１５は配管１７
及び電気一滴圧サーボ弁１９を介して圧油供給管２５に
蓮通され、蒸気加減弁操作シリンダ１６は電気−油圧サ
ーボ弁１９によって制御されている。

一方、バイパス弁操作シリング２８は電気−圧油サーボ
弁２９を介して圧油供給管３１に蓮通され、電気−油圧
サーボ弁２９によって制御されている。タービントリッ
プが生じると、速度検出器１３の出力信号によってトリ
ップ装置１０が作動して配管１１を排油管１４に蓮通さ
せ、蒸気加減弁操作シリンダー６内の圧油は配管１７、
切換弁１５のボート１５ｂ，１５ａ、配管１１、トリッ
プ装置１０を介して排油され、また、蒸気塞止弁操作シ
リンダ９内の圧油も同様に雛油され、蒸気加減弁６と蒸
気塞止弁５とはそれぞれの操作シリンダ９，１６内のは
ね１６Ａ，９Ａによって急速に閉じられる。

一方、配管１１内の圧力減少を検出した圧力検出器４１
の出力信号に応じて電子制御装置２２はソレノィド３９
を附勢し、切換弁３０の弁スプールが第１図に於て下方
に駆動されてバイパス弁操作シリンダ２８の上部ポ−ト
２８ａは配管３５及び切換弁３０を介して排油管３８に
蓮通される。その結果、バイパス弁８の弁棒８Ａはバイ
パス弁操作シリンダ２８のボート２８ｂに配管３６及び
切換弁３０並びに配管３７を経由して流入する圧油によ
って急上昇させられ、バイパス弁８が開かれる。タービ
ンの定常運転時における負荷変動は負荷検出器２４によ
って検出され、負荷検出器２４の出力信号は負荷応動リ
レー２１を介して電子制御装置２２に入力され、電子制
御装置２２の制御信号によって電気−油圧サーボ弁１９
により蒸気加減弁操作シリンダー６が操作される。

負荷しや断が生じると、負荷応動リレー２１がソレノィ
ド１８を附勢し、ソレノィド１８によって切換弁１５の
スプールが第１図に於て下方へ動かされ、配管１７は切
換弁１５のボート１５ｂ，１５ｃを介して排油管２川こ
連通される。その結果、配管１７を介して蒸気加減弁操
作シリンダー６中が擬油されて蒸気加減弁６が急速に閉
じられると同時に、蒸気塞止弁操作シリンダ９中も排油
されて蒸気塞止弁５も急閉される。蒸気塞止弁５と蒸気
加減弁６の急開に伴って主蒸気管３内の圧力が急上昇す
ると、この圧力上昇は圧力検出器４２により検知され、
電子制御装置２２は圧力検出器４２の出力信号に応じて
ソレノィド３９を附勢する。その結果、前記と同様にバ
イパス弁操作シリンダ２８の上部ボート２８ａが切挨弁
３０を介して排油管３８に接続され、また、ボート２８
ｂが切換弁３０を介して配管３７に後続されてバイパス
弁８が開かれる。前記の如き公知の蒸気タービンプラン
トに於ては、負荷しや断時における蒸気加減弁の急閉作
動とバイパス弁の急関作動とが電子制御装置の制御の下
に行なわれるようになっているため、もしも電子制御装
置に不調や故障が生じた場合にはバイパス弁が急開不可
能になる恐れがあり、しかも現時点では電子制御装置を
構成する電子部品の信頼性が必ずしも高くないために、
このような事態が発生する恐れが全くないとは言えなか
った。

それ故、バイパス弁の急関がどんな場合にでも確実に行
われるように蒸気加減弁とバイパス弁との制御系を二重
化することが計画されているが、制御系を二重化すると
、高価な電子制御袋直が一層高価になる上に電子部品の
信頼性が比較的低いという事情から、高価な割りには信
頼性の高くないバックアップ制御系が構成される恐れが
あった。本発明は高価な電子制御装置を更に高価にする
ことないこ、どんな場合にでもバイパス弁を確実に急開
できる制御方法と、安価で信頼性の高い制御装置とを堤
供ることを目的としている。以下に第２図を参照して本
発明の第一実施例について説明するが、第２図に於て第
１図と同一符号を以て表示された部分は第１図に示され
た部分と同一の部分であるから、これらの同一部分につ
いての説明を省略する。

第２図に示される本発明の制御袋贋に於ては、切換弁３
０を操作するための切換弁操作シリング４５と、該切換
弁操作シリンダ４５を操作するための圧油配管４７，４
５が蒸気加減弁操作シリソダ１６の圧油配管１７に切換
弁４６を介して接続されており、これによって蒸気加減
弁操作シリンダ１６の作動に直接に連動して切換弁３０
が操作されるように構成されている。

そして、切換弁４６をバイパス弁８の開放後の所定時間
経過後にリセツトするりセット装置が設けられている。
蒸気加減弁操作シリンダ１６の配管１７に接続された附
加的な配管４７、切換弁４６、切換弁操作シリンダ４５
、配管４８、切襖弁４６のリセット用ソレノィド４９、
ソレノィド４９の作動時期を決定するタイマ５０、バイ
パス弁８の開放を検出するための検出器５１、は電子制
御装置２２を介さずに蒸気加減弁６とバイパス弁８とを
蓮通させるための応動装置を構成している。切換弁４６
は三つのボート４６ａ，４６ｂ，４６ｃを有し、ボート
４６ａは切換弁操作シリンダ４５の唯一個のボートに配
管４８を介して蓮通され、ボート４６ｂは附加的配管４
７を介して蒸気加減弁操作シリンダ１６の唯一個のボー
トに蓮通され、ボート４６ｃは圧油供給管３１に配管５
２を介して接続されている。

切襖弁操作シリンダ４５及び附加的な切換弁４６は蒸気
タービンの定常運転時にはそれぞれの内部のはね４５Ａ
及び４６Ａによって第２図図示の状態に保持されている
。タービントリップが生ずると、速度検出器１３の出力
信号に応じてトリップ装置１０が作動し、配管１１がＢ
Ｅ油管１４に蓮通され、配管１１を介して蒸気塞止弁操
作シリンダ９を蒸気加減弁操作シリンダー６とがＳＥ油
される。これにより、蒸気塞止弁５と蒸気加減弁６とが
同時に閉じられるが、この時、配管４７内を排油される
ので、切換弁操作シリンダ４５内の庄油が配管４８、切
襖弁４６のボート４６ａ，４６ｂ及び配管４７を通って
排出される。その結果、切換弁操作シリンダ４５内のは
ね４５Ａの作用によって切換弁３０内のスプールが第２
図に於て下方に駆動される。従って、バイパス弁操作シ
ーＪソダ２８のボート２８ａは配管３５、切換弁３０を
介して排油管３８に銃され、一方、ボート２８ｂは配管
３６及び配管３７を介して圧油供給管３１に接続される
ので、バィパス弁８は急騰に上昇してバイパス管７を開
放する。バイパス弁８が全開されると、弁棒８Ａに取付
けられているスイッチ作動子８ｂが検出器５１を作動さ
せ、これによりタイマー５０が起動される。

タイマー５０が起動された後、所定時間が経過すると、
ソレノィド４９が起動し切襖弁４６のスプールをばね４
６Ａの反発力に打ち勝って下方に移動させ配管４８はポ
−ト４６ｃを介して配管５２に接続される。その結果、
圧油が配管３１，５２，４８を介して切換弁操作シＩＪ
ンダ４５内に導入され、切換弁操作シリンダ４５のピス
トン及び切換弁３０のスプールは第２図図示の状態に復
帰する。従って、バイパス弁操作シリンダ２８のボート
２８ａ，２８ｂは配管３３，３４を介して電気−油圧サ
ーボ弁２９に切襖接続される。一方、負荷しや断を生ず
ると、負荷検出器２４からの信号は負荷応動リレー２１
を介して電子制御装置２２に入力され、電子制御装置２
２の出力によってソレノィド１８が附勢される。ソレノ
ィド１８の附勢により、切襖弁竃５のスプールが第２図
に於て下方に動かされ、その結果、配管１７内は切換弁
１５のボート１５ｂ，ｉ５ｃを介して排油管２０に蓮通
されて貴Ｅ油され「蒸気加減弁６は蒸気加減弁操作ソリ
ンダ１６内の１まね１６Ａにより急速に閉じられる。従
って、前記と同様に、配管４７，４８を介して切換弁操
作シリンダ４５内が排油されて切襖弁３０の弁スプール
が下方に駆動され、バイパス弁操作シＩＪソダ２８によ
りバイパス弁８が急関これる。以上のように、本発明に
よれば、電子制御装置２２を含まぬ制御系によって蒸気
加減弁とバイパス弁とが連動するので、たとえ電子制御
装贋に不調や故障が生じてもバイパス弁を確実に開くこ
とができ、しかも高価な電子制御装置を含む主制御系を
二重化する必要もなく、安価で信頼性の高い制御系を得
ることができる。

なお、蒸気加減弁とバイパス弁との応動装置に含まれる
切換弁４６のリセット装置として、バイパス弁の弁棒の
動きを検出する検出器５１の代りに、第２図に表示され
るようにバイパス管７に圧力検出器５３を設けておき、
この圧力検出器５３をソレノィド４９に直接に、もしく
はタイマー５０を介して間接に、接続しておいてもよい
。

また、実施例に於ては、蒸気加減弁操作シリンダ翼６の
配管亀７と切換弁操作シリンダ４５の配管４８とを接続
しているが、蒸気加減弁操作シリンダー６の動作を電気
的もしくは機械的に切換弁操作シリンダ４５に電子制御
装置２２を介さずに伝達するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知の原子力タービンプラント制御装置の概略
を示す系統図、第２図は本発明による原子カタービンプ
ラント制御装置の概略を示す系統図である。 １…原子炉、２…蒸気タービン、３…主蒸気管「 ５…
蒸気塞止弁、６・・・蒸気加減弁、７・・・バイパス管
、８…バイパス弁、１０・・・トリッブ装置、９・・・
蒸気姿止弁操作シリンダ、１６・・・蒸気加減弁操作シ
リンダ、２８…バイパス弁操作シリンダ、１９，２９…
電気−油圧サーボ弁、１５，３０・・・切換弁、４１，
４２，５３・・・圧力検出器「 １３・・・速度検出器
、２１・・も負荷応動リレー、２２…電子制御装置、２
４・・・負荷検出器。 努」図 豹２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蒸気タービンと、蒸気タービンに供給する蒸気量を
   加減する蒸気加減弁と、蒸気加減弁を操作する蒸気加減
   弁操作シリンダと、蒸気加減弁操作シリンダに配管を介
   して接続され負荷しや断時に電気的に操作される第一切
   換弁と、蒸気タービンと蒸気加減弁とをバイパスするバ
   イパス管に設けられたバイパス弁と、バイパス弁を操作
   するバイパス弁操作シリンダと、バイパス弁操作シリン
   ダに配管を介して接続されタービントリツプ時及び負荷
   しや断時に操作されバイパス弁を急開させる第二切換弁
   と、定常運転時に蒸気加減弁及びタービンバイパス弁の
   開度を調整しタービン速度及び原子炉圧力を制御する電
   子制御装置とを有する原子力タービンプラントの制御方
   法において、蒸気加減弁の急閉時に電子制御装置の制御
   信号によらずに第二切換弁を蒸気加減弁の急閉作動に直
   接連動させてバイパス弁を急開させることを特徴とする
   原子力タービンプラントの制御方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の原子力タービンプラン
   トの制御方法において、蒸気加減弁急閉時の蒸気加減弁
   操作シリンダからの排油に応じて電子制御装置を介さず
   に第二切換弁を操作してバイパス弁を急開させることを
   特徴とする原子力タービンプラントの制御方法。 ３ 蒸気タービンと、蒸気タービンに供給する蒸気量を
   加減する蒸気加減弁と、蒸気加減弁を操作する蒸気加減
   弁操作シリンダと、蒸気加減弁操作シリンダに配管を介
   して接続され負荷しや断時に電気的に操作される第一切
   換弁と、蒸気タービンと蒸気加減弁とをバイパスするバ
   イパス管に設けられたバイパス弁と、バイパス弁を操作
   するバイパス弁操作シリンダと、バイパス弁操作シリン
   ダに配管を介して接続されタービントリツプ時及び負荷
   しや断時に操作されバイパス弁を急開させる第二切換弁
   と、定常運転時に蒸気加減弁及びタービンバイパス弁の
   開度を調整しタービン速度及び原子炉圧力を制御する電
   子制御装置とを有する原子力タービンプラントの制御装
   置において、蒸気加減弁操作シリンダと第二切換弁とを
   連通させる第二配管を設けると共に、蒸気加減弁急閉時
   に蒸気加減弁操作シリンダの作動に直接応動して第二切
   換弁を操作しバイパス弁操作シリンダをバイパス弁開方
   向に急作動させる応動装置を第二配管に設けたことを特
   徴とする原子力タービンプラントの制御装置。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の原子力タービンプラン
   トの制御装置において、応動装置が第二配管内の油圧に
   応動して第二切換弁を操作する第二切換弁操作シリンダ
   と、バイパス弁急開状態を検知する検出装置と、検出装
   置からの検出信号により操作されバイパス弁急開状態か
   な所定時間経過後に第二切換弁操作シリンダをリセツト
   するリセツト装置とを含むことを特徴とする原子力ター
   ビンプラントの制御装置。 ５ 特許請求の範囲第４項記載の原子力タービンプラン
   トの制御装置において、検出装置がバイパス弁開度検出
   装置であり、リセツト装置がタイマーと電磁弁とからな
   ることを特徴とする原子力タービンプラントの制御装置
   。 ６ 特許請求の範囲第４項記載の原子力タービンプラン
   トの制御装置において、検出装置がバイパス管の蒸気圧
   力を検出する圧力検出装置であり、リセツト装置がタイ
   マーと電磁弁とからなることを特徴とする原子力タービ
   ンプラントの制御装置。