JPS6053895A - 沸騰水形原子力発電プラントのタ−ビンバイパス弁急開制御装置 - 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１騰水形原子力発市プラント（ＢＷＲ）のタ
ービンバイパス弁急開制御装置に係わり、特にパワーロ
ードアンバランスリレーが作動しない程度の大巾負荷急
減時に、原子炉に大きなしよう乱を与えない好適な制御
装置に関する。

〔発明の背景〕

第１図に沸騰水形１’＋ｉｊ子力発電フリント（Ｉ３Ｗ
Ｒ，）の圧力／負荷制■１１系統図を示す。

原子炉１を循環する冷却機は、再循環流量ｆｌｔｌＪ呻
装置２６、再循環ポンプ２７により、再循環ループ２８
を通シ、ジェットポンプ２９によって炉心１に送りこま
れ、核反応の熱を吸収して沸騰し、ボイドを発生させつ
つ上昇する。気水分離器２５により飽和水と蒸気に分け
られ、飽和水は圧力容器１内を降下してふたたび給水（
図示せず）と混合してジェットポンプ２９にもどる。蒸
気は主蒸気ライン３を通り、タービン加減弁４により祠
整されてタービン８に人って機械的な仕事をし、復水″
５１１にて凝縮されて水にもどり、ふたたび原子炉に給
水される。タービンの機誠仕事は発電機９によって電気
出力に変ｊ徨され、電力系統１０に送電される。現在の
４＠では自動負荷追従機能を生かさない方式が主となっ
ているので、この方式にもとづいてｉｌＪ　ｌ］　ｊｐ
能を説明する。

原子炉出力を制（至）するためには再）′盾９ポンプ２
７の回転数を変えて炉心工の流丑の増減を貸なう。

つぎにタービン蒸気流諺であるが、タービン蒸気力旧或
升４はタービン人口圧力（主蒸気圧力検出器１３）を一
定に保つように、その開度を制御している。主蒸気圧力
調整回路がこれで、たとえば再循環流量を制御して原子
炉出力を増加（滅、少）させた結果、蒸気圧力が設定値
よシも上がる（下がる）と、加減弁開度を開き（閉じ）
タービン出力を増して（減らして）素気圧力を一定に保
とうとする。蒸気圧力がさらに上がって、加減弁を開い
ても圧力上昇がおさえきれない場合には、タービンバイ
パス弁６を開いて蒸気を直接復水器にダンプし、蒸気圧
の上昇をおさえるようにしている。

以上のようにタービン蒸気加減弁は平常Ｊ６時には主蒸
気圧力調整回路よりの指令によってその開度を副６１１
１されているが、急激な以萌械少などによりタービン発
電（幾の回転数が設定値をこえると回転速度４３を検出
しだタービン１束度／負荷制呻回路１７からの指令が主
蒸気ＩＥ力調整回路１５よシのＮｊｌＪ　ｉｆｆ￥Ｉイ
ｕ令に愛児してタービン潰気加減弁の開度をへらし、タ
ービンの過速を防止するようにしている。

このことをもう少しくわしく説明する。

タービン入口圧力を主蒸気圧力検出イペ１３で検出した
信号は出力設定器１４の設定圧力と比・咬され、誤差信
号は主蒸気圧力調整回路１５に伝えられる。この出力信
号１）　ｒは、低ｔｉｌＥ　：ｒｔ’＋過ゲート１６を
経てＣ＋侶号となり、加減弁サーボ５を作動させる。

一方、タービン速度負荷制御回路１７からの指令Ｓ、ば
、平常運転時にはタービン蒸気加減弁４を制御１しない
よう１１（度／負荷設定器１Ｂにより設定値が与えられ
ている。すなわちタービン発電機が定格速度で回転して
いるときＫ　ｉＪ：　、速度／負荷制御回路１７の出力
Ｓ１が負荷にして１１０％の値を示すように１０％高め
に速度負荷設定が与えられている（速度としては１００
．５％に相当）。

これは主蒸気圧力調整回路１５の出力信号よシも大きく
、低値通過ゲート１６を通過できないため、蒸気加減弁
４を判御することはなく、ただ急激な伯荷減少などでタ
ービン発電機８，９の回転速度が設定値をこえると、Ｓ
ｌはＰ、よシも小さくなり低値通過ゲート１６を経てタ
ービン蒸気加減弁４の開度を減らし、タービン８の過速
を防止する。

さらにＰ＋　とＣ１との差信号は、バイパス弁サーボ７
に送られ、バイアス２１をこえると、バイパス弁６が開
き、余剰蒸気を復水器１１に導く。

電力系統の負荷の喪失量が大きいと、加減弁４を急閉す
る必要があるだめ、この喪失量をパワーロードアンバラ
ンスリレー２４で検出している。

このリレーは、タービン８への機イ戒的入力をタービン
第１段後圧力検出器２２で検出し、発゛市機負荷は発電
機電流信号２３（全波整流）によ＃）噴出し、この両者
を比較し、第３図に示すような作動ロジック図で動作さ
せている。

第１図のうちのタービン加減弁４およびタービンバイパ
ス弁６の作動回路をさらに詳細に第２図に示す。この動
作を説明する。

（１）加減弁４の動作について 通常運転中は低値通過ゲートを出たＣ１信号は変位検出
器３５によるフィードバック信号と比較され、その間第
信号はサーボアンプ３１で増巾されてサーボ弁３２に加
えられる。このサーボ弁によジ油圧シリンダ３３が動作
し、これに結合されたタービン加減弁４が動作する。パ
ワーロードアンバランスリレー２４が動作すると電磁急
閉弁３４が動作し、油圧シリンダ３３の油を急激に抜い
て加減弁４を急閉する。これと併行り一で無負荷設定器
３０を投入してＳＩ倍信号零とし、低値通過ゲート１６
を通る信号となる。実際の加減弁は４弁あり、同時に開
閉する。

（２）　タービンバイパス弁６の動作について一般にタ
ービンバイパス弁は腹数個あり、西宮運転ではシーケン
シャルに（３ａ　＋　６　ｂ　＋・・・６ｎの順釦開く
よう、バイパス弁開バイアス設定器３６ａ。

３６ｂ、・・・・・・３６ｎの直を段階的に設定してお
く。

もし弁が２個であり、全容計が２５％であれば、増巾器
４４のゲインは、入力２５％で、２弁×１００＝２００
％の信号が出るように２００÷２５−８倍とする。

次に３６２に０％ ３６ｂに２００％÷２＝１００％ のバイアスをかけておく。バイパス弁開要求信号が０〜
２５％まで除々に変化すると増巾器４４の出力は０〜２
００％まで徐々に変化していき、まずバイパス弁６ａが
１００％開度になり、その次に６ｂが開き始めて、２０
０％信号にて２００％−１００％＝１００％開度となる
。

バイパス弁開要求信号が緩漫な場合には、サーボアンプ
３７への人力信号は開度要求信号とバイパス弁位置を示
す変位検出器４２との偏差信号が大きくならないので（
５％以内）、偏差検出器４０は作動せず、サーボアンプ
３７のみが動作し、これによってサーボ弁３８が動作し
、油圧シリンダ３９を作動さき、これに直結されたバイ
パス弁６ａを開ける。

バイパス弁開安水信号の増加速度が急激な」弱含には−
に記に加えて偏差検出器４０が動作し、これによってｍ
−磁急開庁が動作し、油圧シリンダ３９の油を急激に抜
いてバイパス弁６ａを急開する。

さて、ここでタービン加減ｆｒ’　４とタービンバイパ
ス′４Ｐ６の開閉特性およびそれに伴う蒸気流量特性に
ついて説明する。

（１）第５図に通常信号によるタービン加減弁開閉特性
と全蒸気流源特性を示す。タービン加減弁４は４閏設け
られ、制御信号によって４弁とも同時に開閉する。スト
ロークと通過蒸気流量の特性は、定格蒸気流量を流すの
に５０％ストロークで足り、それ以上のストロークでは
非線形性があられれて蒸気流量はせいぜい５％位しか増
加しない。そのため、全蒸気流量とストロークとの関係
は第５図のようになる。通常制御信号による最大開閉速
度はこの程度がのぞましい。

（２）第６図に通常制御信号によるタービンバイパス弁
開閉苛性と蒸気流量特性を示す。前述したように２弁で
全蒸気流量２５％の場合を示す。第１弁、第２沖はンー
ケンシャルに動作する。ストロークと蒸気流量との関係
は線形であるので全蒸気流量は図示のようになる。通常
信号による最大開閉速度は、第５図のタービン加減弁の
全蒸気流量ノ変化率とタービンバイパス弁のそれとが一
致するように定められる。

（３）第７図に急開、急閉信号による加減弁およびバイ
パス弁開閉特性を示す。

加減弁ハハワーロードアンバランスリレー２４が作動す
ると前述のように急閉する。フルストロークからの全閉
時間は０．２秒以内である。前述したように加減弁の非
線形特性により、加減弁全流量は図示のように、５０％
ストローク程度になって定格蒸気流量となる。

バイパス弁は前述のように偏差検出器４０が作動すると
急開する。この図は大きな開要求信号が入ってきたため
第１弁、第２弁とも結果的に同時に急開した場合である
。実際、偏差検出器４０の（９） 設定値は５％（呈度なので動作１７やすい。

これに対応するバイパス弁蒸気流１甘は点線で示したよ
うに線形に変化する。

以上１４りべてきた従来技術の制用］糸を有するプラン
トにおいて、第３図に示すパワーロードアンパランスリ
ｌノー作動ロシックを満たすような電力系統１０のじよ
う乱が生じた場合には、直ちに加減弁４急閉、バイパス
弁６急開となると共に、原子炉２を保護するために制御
棒駆動機構４６によって制御棒４５が急挿入されて原子
炉は停止する。

しかし、プラント運用上、パワーロードアンバランスリ
レーが作動しない程度の電力系統１０のじよう乱に対し
ては、プラントの運転が続行できることが望ましい。

しかし、従来技術においては、バイパス４′Ｐ６の急開
動作が生じやすいだめ、’Ｉｔ子炉２にじよう乱を及ぼ
しやすい。この例を第８図に示す。この図では負荷がバ
イパス弁６容計ぎりぎりの２５％まで急減するような電
力系統のしよう乱が生じた場合を想定する。この場合、
タービン回転数が一時（１０） 的に上昇し、それを元にもどすため、タービン速度負荷
制御回路１７の出力信号Ｓ１が小さくなってＰＩ４ＦＴ
号にうちかつて加減弁サーボ５に伝達されて、加減弁流
量を減少させる。しかし、バイパス弁サーボ７へばＰ＋
　Ｓ＋　（＝Ｐ＋　Ｃ＋　）信号が可成り早い変化率で
加えられるため、各バイパス弁へは約５００％／秒程度
の速さの開要求信号となり、偏差検出器４０を作動させ
て、バイパス弁は急開する。従って加減弁流量とバイパ
ス弁流量の変化率が大きく異なるだめ、主蒸気ライン３
の全蒸気流量は一時的に１２０％位まで上昇する。この
だめ原子炉圧力容器ｌ内の圧力は一時的に降下する。こ
の圧力降下によって原子炉２内のボイド量がいったん増
加して、反応度が下がり、中性子束はいったん降下する
。加減弁４による蒸気流量の絞シ込みが７５％に向けて
続行されていること、および減圧を補うべく、さらにバ
イパス弁もいったん絞られることにより、原子炉圧力は
ふたたび上昇しはじめる。これによって原子炉２内のボ
イドは増加から減少に転じ、反応度が上が（１１） す、中１生子東はふたたび増加に転じてオーバシュート
する。このオーバシュート着は中性子束高スクラム設定
値（１２０％）に達する可能性が高く、スクラムすると
、その後の全蒸気流量、ＪＪＩＩ減弁流量弁流量パス弁
流財は減少していき、坤子炉ＩＥ力は主蒸気圧力調整回
路Ｊ５の働きによって一定値に保たれた状態とな乙。こ
のようにプラントは停止してしまう。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、たとえパワーロードアンバランスリレ
ーが作動しない４呈度ではあるが、電力系統に大きなし
よう乱が生じた喝合でも、プラントをスクラムさｄ−ず
に、運転続行可能なタービンバイパス弁急開制仰装置を
提供するこ゛とにある。

〔発明のイ既安〕

電力系統１０にしよう乱が発生し、パワーロードアンバ
ランスリレーが作＋ｊ！＋　ｌ、ない用台には、加減弁
は通常側弁信号によって絞りこまれる。

バイパス弁ｄ１この絞りこみ冴をタイミング良く補償す
べきであるという考えにもとづき、閤差（１２） 検出器４０を囁かせる際には「無負荷設定器３０が動作
した」という粂件を加えることによって、容易にバイパ
ス片が急開しないようにして解決した。

〔発明の実施例〕

本発明になるタービンバイパス弁開口路を第４図に示す
。すなわち、電力系統１０にじよう乱が生じて、パワー
ロードアンバランスリレーが作動し々い場合には、加減
弁４は急閉しないで、通常側（財）信号にて絞り込まれ
るので、バイパス弁６も急開させずに、これに呼応して
通常側（財）信号で開放させる必要がある。さらにパワ
ーロードアンバランスリレーが作動する場合には加減弁
急閉に呼応して、バイパス弁を急開させる必要がある。

図示していないが、タービントリップが生じて主蒸気止
め弁が急閉したときにも、タービンバイパス弁を急開さ
せるために無１１荷設定器３０が動作する。以上を考慮
し、バイパス弁６を急開させる場合には、従来よりある
間第検出器４０が動作したことと、無負荷設定器３０が
共に動作したと（１３） とのＡ　Ｎ　Ｉ）　条件によってタービンバイパス弁を
急開させるのが良い。こうすることによって負荷しゃ断
、タービントリップに対処することが従来通り可能とな
ると共に、パワーロードアンバランスリレーが動作する
には至らぬが比較的大きな電力系統のじよう乱時にも、
プラントを停止させることなく運転を続行させることが
可能となる。

この実施例を第９図に示す。負荷が２５％急減少すると
、第３図に示すようにパワーロードアンバランスリレー
は働かない。加減弁４けタービン８の過速を防＋ｈする
ため、通常の制御信号によって絞りこまれる。これに対
応してバイパス弁流量も通常の制御信号によって開放さ
れる。主蒸気ライン３における全蒸気滝川信号は安定し
たものとなる。ｔ＝１秒あたシにあるわずかな全蒸気流
量の減少はバイパスライン１２０分岐点からバイパス弁
６までの距離が、加減弁４−！、での距離より多少長い
ために一時的な全蒸気流量の減少となるためである。こ
れがわずかに原子炉圧力容器１内の圧力を高め、原子炉
１の中性子束にもわずかな」二（１４） 昇をもたらす。しかし従来技術のように中性子束高によ
る１■子炉スクラム、プラント停止トに至ることはなく
、プラントは運転を継続できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電力系統のしよう乱時で、パワーロー
ドアンバランスリレーが作動しない、程度の急激な負荷
減少時でもプラントの運転を継続することが可能となり
、稼動率の向上の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はＢＷＲの圧力／負荷制御卸系統図、第２図はタ
ービン加減弁急閉／タービンバイパス弁急開回路図、第
３図はパワーロードアンバランスリレー作動ロジック図
、第４図は本発明になるタービンバイパス弁開回路図、
第５図は通常制（財）信号による加減弁開閉特性（４弁
）と蒸気流量特性を示す図、第６図は通常制（財）信号
によるタービンバイパス弁開閉特性（２弁）と蒸気流量
特性を示す図、第７図は急閉、急開信号による加減弁お
よびバイパス弁開閉特性図、第８図は従来技術による負
荷２５％減少時の特性図、第９図は本発明によ（１５） る↑１荷２５％城少時の特性図である。 １・・・原子炉圧力容器、２・・・原子炉、３・・・主
蒸気ライン、４・・・タービン加Ｍ弁、６・・・タービ
ンバイパス弁、８・・・タービン、９・・・発電機、１
０・・・電力系統、１５・・・主蒸気圧力調整回路、１
７・・・タービン速度負荷制１ｉ１１１回路、２４・・
・パワーロードアンパランスリ１ノー、３０・・・無負
荷設定器、３６・・・バイパス弁開バイアス設定器、３
７・・・サーボアンプ、３８・・・サーボ弁、３９・・
・シリンダ、４０・・・偏差検（１６） 垢７０ 括３０ 第４０ ０ 贋式到−１％ＩＩ　’−＋’、４　ｆ却］−４梯博ギ＆
−−５７５−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電力系統の負荷がパワーロードアンバランスリレー
   が作動しない程１夏の変化ｌ】および変化率で急減した
   場合において、タービン加減弁の閉鎖特性を補償するよ
   うにタービンバイパス弁の開放特性を合わせ、これによ
   って原子炉に不要なしよう乱を与えないことを特徴とす
   る沸騰水形原子力発電プラントのタービンバイパス弁急
   開制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、タービンバイパス
   弁を急開させる電磁急開弁を作動させる信号は、タービ
   ンバイパス弁開要求信号と弁位置フィードバック信号の
   圏差信号および無負荷設定器動作信号との一致（ＡＮＤ
   ）信号とすることを特徴とする那１＠水形原子力発電プ
   ラントのタービンバイパス弁急開制御装置。