JPS6061695A - 沸騰水型原子力プラントにおける炉心急速停止防止装置 - 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、沸騰水型原子カプラントにおいて。

電力系銃側の周波数上昇によるタービンバイパス弁の吸
収能力を上回る部分負荷しゃ断に対して不副の原子炉停
止を避けるようにした、原子炉急速停止防止装置に関す
る。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕近年、電力系統
の拡大１発電ユニットの大容量化とともに、夜間の揚水
発電所の運転量の増大、電源立地点の入手難、送電ルー
トの確保難等の技術的社会的要因から大容量かつ長距離
送電が必要となり、これに伴なって電力系統の安定運用
問題がクローズアップされてきている。

特に、多数の揚水発電所が揚水運転を行なっている夜間
時において、電力系統に短絡、地絡等の系統故障が発生
すると、電源地帯では発電機出力減少のために発電機が
加速され、一方揚水発電所では供給される電力の減少に
よって減速されるため、同期運転限界以上に相差角が開
らき、いわゆる揚水発電所の脱調現象に至る可能性があ
る。

このようにして多数の揚水発電所が脱調すると。

電力系統網の電力の需給バランスがくずれて電源過剰に
なるため、系統周波数は或時間継続して上昇したままに
なる。そして、この周波数の上昇量は揚水発電所の税調
量にほぼ比例している。

ところで、従来の沸１謄水型原子カプラントでは、上述
のような状況下で系統周波数の上昇量がタービン制御装
置内の予め決められた負荷設定バイアス分相肖以上にな
ると、タービン加減弁を絞るとトモニタービンバイパス
弁の開放が行なわれていた。

しかし、この場合タービンバイパス弁へ流れる蒸気がタ
ービンバイパス弁の設備容量以上になると、原子炉停止
に至ることがある。

すなわち、電力系統に前述の如き周波数上昇が起きると
、その電気信号によりタービン加減弁が急閉するととも
にタービンパイ・ぐス弁が全開され蒸気タービンへ流入
する蒸気流量が減少される。

しかし、この減少分がタービンパイ・ξス弁開ンよるノ
ｚイパス流量を上回ると、上記減少分とバイパス流量と
の間にミスマツチが生じ主蒸気流量が減少する。一方、
原子炉出方はほぼ一定であるため原子炉からの発生蒸気
は一定であり、したがって原子炉の発生蒸気と主蒸気流
量すなわち原子炉からの流出蒸気とのミスマツチが生じ
、原子炉圧力が上昇する。このように原子炉圧力が上昇
すれば、沸騰水型原子炉に特有の正の出力反応度特性に
より原子炉内中性子束が増加し、さらにこれに比例して
原子炉圧力が上昇する。したがって、その圧力上昇信号
或は中性子束上昇信号のいずれかが原子炉の安全装置に
導かれ、原子炉急速停止が行なわれる。

こ〜で電力系統の周波数上昇量をＦ％（定格周波数に対
する％値）とし、タービン加減弁の絞り込み量すなわち
部分負荷しゃ断量をＰ％（プラント定格負荷に対する％
値）とすれば、これらの間にはタービン速度制御系の速
度調定率Ａ％に対してＰ＝１００ｘ−なる関係がある。

また沸騰水型原子力タービンのタービン加減弁は、一般
に圧力投光制御を行なっており、そのためにタービン制
御装置からのタービン加減弁制御信号はいわゆるバイア
スが与えられている。

すなわち、第１図はタービン制御装置の回路構成図テ、
Ｉ）す、タービン制御装置ＩＯにはタービン速度信号１
１Ａおよびタービン圧力信号１２Ａが入力されている。

上記タービン速度信号１１Ａは速度調整器１３へ入力さ
れ、速度設定器１４の設定値と比較器１３ａで比較され
、その偏差信号が増幅器１３ｂで増幅されて速度誤差信
号１３Ａとして基準値回路１５に加えられる。基準値回
路１５へは負荷設定器１６の負荷設定信号１６Ａおよび
負荷設定バイアス発生器１７からのバイアス信号１７Ａ
が加えられており、その基準値回路１５の出力はタービ
ン負荷要求信号１５Ａとして低値優先回路１８の入力端
に印加されている。

低値優先回路１８の出力はタービン加減弁流量信号１８
Ａとしてタービン加減弁操作部１９へ加えられるととも
に、バイパス弁制御回路かへ入力される。　−一方、タ
ービン入ロ圧力信号１２Ａは圧力調整器２１へ入力され
、圧力設定器四の設定値と比較器２１ａで比較され、そ
の偏差信号が増幅器２１ｂで増幅され圧力調整信号２１
Ａとして前記低値優先回路１８の他の入力端および前記
パイＡス弁制御回路加の他の入力端に加えられる。前記
低値優先回路１８は前記タービン負荷要求信号１５Ａと
圧力調整信号２１Ａとを比較し低値を優先させて出力し
、タービン加減弁を調整するものであり、通常はタービ
ン負荷要求信号１５Ａが負荷設定バイアス分だけノ々イ
アスしているから、タービン圧力制御系からの信号を優
先させることになる。

パイ・ぐス弁制御回路加は前記タービン加減弁流量信号
１８Ａと全蒸気流量信号となる圧力調整信号２１Ａとを
比較器２０ａで比較し、その偏差を増幅器２０ｂにて増
幅し、パイノξス弁流量信号２０Ａとしてタービンバイ
パス弁操作部２２に出力し、パイ、ξス弁の調整を行な
う。このように低値優先回路１８の入力端にはタービン
負荷要求信号１５Ａと圧力調整信号２１Ａとが入力され
ており、タービン負荷要求信号１５Ａは通常運転中負荷
設定バイアス分だけ偏倚した状態となっている。

上記負荷設定バイアス量は一般に１０％定格負荷相当分
である。したがって、１０％定格負荷以内の部分負荷し
ゃ断に対してはタービン加減弁は応動せず、一般にＰ％
の部分負荷しゃ断に対してはタービン加減弁操作部への
実効絞り要求はｔｐ−ｔｏ）％定格負荷となる。さらに
タービンバイパス弁の容量を８％定格蒸気流量とすると
、ＣＢ＋ｔＯ）％定格負荷相当までの部分負荷しゃ断に
対しては。

タービン加減弁の絞り込みによる蒸気流量減少があって
も原子炉側へ原子炉圧力上昇弁の波及的効果は与えない
といえる。しかし、ＣＢ＋１０）％定格負荷相当以上の
大巾な部分負荷しゃ断に対しては、タービン加減弁の絞
り込み量を前記タービンバイパス弁で吸収しきれなくな
るため、前述の如ぐ原子炉は停止することとなる。

そこで、このような原子炉の急速停止を防止するために
、タービンパイ・ぐス弁の吸収能力を上回る負荷しゃ断
が生じたことを系統周波数によって検出し、選択制御棒
の挿入および再循環ポンプトリップ等によって原子炉出
力を減少させることが提案されている（特開昭５４−３
６４８０号参照）。

しかしながら、系統周波数の上昇が急激に起った場合に
は、たとえ上記のような対策を用いても燃料棒からの熱
出力および炉心発生蒸気量は、数秒以上の時定数でゆっ
くりとしか減少させること′ができず、その間に原子炉
の急速停止に至ってしまう可能性がある等の問題がある
。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点に導入、系統周波数の急激な上昇
による部分負荷しゃ断時において原子炉の急速停止を確
実に防止し得るようにした原子炉急速停止防止装置を得
ることを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、電力系統網の周波数上昇による１部分負荷し
ゃ断に対してその部分負荷しゃ断量がタービン制御系の
タービンバイパス弁容量を超えたことを検出する周波数
検出器と、その周波数検出器からの出力信号を受け、沸
騰水型原子カプラント周辺の指定された電源の出力制限
を行なう出力制限装置と、上記周波数検出器からの出力
信号を、受け、原子炉出力を減少せしめる原子炉出力制
御装置とな有し、沸騰水型原子カプラントにおける部分
負荷しゃ断による原子炉の急速停止を確実に防止するよ
うにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、第２図乃至第４図な参照して本発明の実施例につ
いて説明する。

第２図において符号３０は原子炉であ１）て、その原子
炉閣内には炉心３１が配設されており、その原子炉側の
出力すなわち蒸気発生量は上記炉心３１内に分散して設
けられている複数本の制御棒３２の挿入位置および炉心
内を流れる冷却材の炉心流量によって制御される。上記
制御棒３２の挿入位置は制御棒操作装置ｉ３３によって
制御され、また前記炉心流量は再循環流量制御装置３４
ａ　、　３４ｂの出力によって作動される再循環ポンプ
３５ａ　、　３５ｂによって制御されるようにしである
。

ところで、上記原子炉（資）で発生した蒸気は、主蒸気
管３６およびタービン加減弁３７を経て蒸気タービン謔
に導かれる。蒸気タービン３８に導入された蒸気はそこ
で仕事を行ない軸直結された発電機３９を駆動し、−力
仕事を終えた蒸気は復水器４０に流入して凝縮せしめら
れる。そして、上記復水器４０で凝縮された水は給水管
４１および給水ポンプ４２を介して原子炉間に還流され
る。

また、タービン加減弁３７の上流側と復水器４０とはタ
ービンバイパス弁４３を有するタービン加減弁ぐス管４
４によって接続されており、原子炉３０で発生した蒸気
を上記蒸気タービンあをバイノξスして直接復水器４０
に導入することができるようにしである。

さらに、前記発電機３９の出力は変圧器４５で昇圧され
発電機工しゃ断器４６および送電線４７を介して電力系
統へ送電される。

一方、前記タービン加減弁３７およびタービンバイパス
弁４３は、タービン加減弁操作部３７ａおよびタービン
パイ・ぞス弁操作部４３ａによってそれぞれ操作され、
そのタービン加減弁操作部３７ａおよびタービンバイパ
ス弁操作部４３ａは、主蒸気管３６に設けられたタービ
ン入口圧力検出器４８からの圧力信号４８Ａと、蒸気タ
ービンあに設けられたタービン速度検出器４９からの速
度信号４９Ａとを受けて動作するタービン制御装置間の
出力信号５０Ａ、および５０Ｂによって制御される。

また、符号５１は前記再循環流量制御装置３４ａ。

３４ｂ等に制御信号を与える制御装置であって、その制
御装置５１は、タービン速度検出器４９かもの速度信号
４９Ａ１図示しない原子炉炉心流量検出器および原子炉
出力検出器からの炉心流量信号５２Ａおよび原子炉出力
信号５３Ａ、中央給電司令室５４から出される系統周波
数上昇の原因である複数の揚水発電所５５の脱調検出信
号５４Ａ、および発電機工しゃ断器４６からの主しゃ断
器閉信号４６Ａを入力信号として受け、沸騰水型原子カ
プラント周辺のあらかじめ指定された適当な容量の電源
制限用電源５６の発電機工しゃ断器５７の操作部５８、
および再循環流量操作装置３４ａ　、　３４ｂのそれぞ
れに制御信号５１Ａおよび５１Ｂとを与える。

前記発電機工しゃ断器操作部５８は上記制御波ｆｔ５１
からの制御信号５１Ａを受け、発電機工しゃ断器５７に
対し電源制限指令即ち発電機工しゃ断器間４Ｍ号を出し
電源制限用電源５６を電力系統から分離する。また、再
循環流量操作装置３４ａ　、　３４ｂは制御信号５１Ｂ
を受け、再循環ｌンプ３５ａ　、　３５ｂによって原子
炉炉心流量を除々に減少させる。

第３図は制御装置５１の内部構造を示す図であって、再
循環流量制御回路ωはタービン速度信号４９Ａと速度設
定器６１の設定値を比較器６２で比較した偏差信号が人
力信号として人力し、再循環流量操作装置３４ａ　、　
３４ｂ　Ｋ対して流量を除々に減少させる制御信号５１
Ｂを出力する。また、周波数検出器６３はタービン速度
の上昇値が予め定められた量を所定時間継続して越えた
ことケ検知するものであり、タービン速度の上昇値がプ
ラント定格負荷相当でタービンバイアミス弁容量と負荷
設定パイ１ス分の和以上に相当する部分負荷しゃ断に対
して動作し、論理信号″１”を出力しその出力信号がア
ンドゲート６４に加えられる。

また、炉心流量信号５２Ａおよび原子炉出力信号５３Ａ
はそれぞれ炉心流量検知器６５および炉出力検知器６Ｇ
に加えられる。上記炉心流量検知器６５および炉出力検
知器６６は、プラント出力が無負荷或は低出力レベルの
状態ではなく、それらが所定出力鵞ノー１１　＋ＩｒＪ
ｙ　フ　＞　１−　＋、ＪＩ−１ｍ−ｈ　ｌ　Ｊ−ｎ）
１を七−ｈ　＆ｋｎ）状態量が所定の設定値以上で動作
して論理信号″１”な出力し、その出力信号がアンドゲ
ート６４に加えられる。

上記アンドゲート６４には、さらに発電機工しゃ断器４
６が閉じているとき論理信号”１”となる閉信号４６Ａ
、および中央給電司令室巽からの脱調検出信−Ｆ：＋５
４Ａも加えられており、これらの各信号が全て論理信号
″１″である場合すなわちＯＮとなった場合に、アンド
ゲート６４が論理信号”１”を出方し。

この出力信号が電源制限用電源の発電機工しゃ断器操作
部５８に印加されるようにしである。

しかして、プラントが夜間通常運転中系統事故による揚
水発電所脱調弁に伴なって所定値以上の周波数上昇が起
ると、タービン制御装置間においてタービン速度検出器
４９で検出したタービン速度信号４９Ａによりこの周波
数上昇が検知され、タービン加減弁操作装置３７ａを介
してタービン加減弁３７を絞り込むと同時に、タービン
バイパス弁操作装置４３ａを介してタービンパイ・ぞス
弁４３が全開される。

ところが、タービン加減弁３７の絞り込みにより蒸気タ
ービン羽への蒸気流量は減少するが、その減少分はター
ビンノ々イＡス弁４３の全開によるパイ・ぞス流量を上
回るため、蒸気タービン側に流出する主蒸気流量が減少
し、実質的に原子炉発生蒸気が流出蒸気よりも多くなっ
て原子炉圧力が上昇しようとする。

一方、制御装置５１は、アンｒゲート６４の入力のうち
発電機主しゃ断器４６の閉信号４６Ａ、炉心流量検知器
６５および炉出力検知器６６はすでにプラントが通常運
転状態にあるためＯＮとなっており、前記タービン速度
検出器４９で検出したタービン速度信号４９Ａを受けて
周波数検知器６３がＯＮ　Ｌ、さらに周波数上昇の直接
原因である揚水発電機の脱調信号５４Ａが中央給電指令
室Ｍから入力されることによりアンＰ目−ｒ６４がＯＮ
　Ｌ、制御信号５１Ａが電源制限用電源５６の発電機主
しゃ断器操作部５８に伝達され、発電機主しゃ断器５７
が開放される。

したがって、電力系統内の電力需給のアンノ々ランスす
なわち電源過剰状態が解消され、周波数上昇が抑制され
て沸騰水型原子カプラントの実質的負荷しゃ断器を急激
に減少させることができる。

この結果一時的に発生した前記炉出力と主蒸気流量のミ
スマツチが解消され、原子炉圧力の上昇が抑制される。

一方、再循環流量操作装置３４ａ　、　３４ｂは、ター
ビン速度信号４９Ａが速度設定器６１の設定値と比較器
６２で比較され、さらに再循環流量制御回路６０を介し
て出される制御信号を受けて、再循環ポンプ３５ａ　、
　３５ｂを制御して、初期の炉出力と主蒸気流量のミス
マツチによる原子炉圧力上昇に伴なう中性子束の上昇を
補償するため、徐々に再循環流量を減少させる。

このようにして原子炉の炉上圧力および中性子束の過渡
変化がいずれも原子炉急速停止動作の設定点以内に収め
ら゛れ、プラントの運転な続行することができる。

ところで、従来の沸騰水型原子炉においては、プラント
定格負荷換算でタービンバイパス弁容量と負荷設定バイ
アス分との和以上の部分負荷しや断が加わった場合には
、原子炉より流出する主蒸気流量の減少をきたし、−重
原子炉出力はほぼ一定であるため原子炉の熱収支のバラ
ンスが崩れる。

このため原子炉圧力が上昇し、それにより原子炉内のゼ
イｒがつぶれ中性子束が増加して原子炉出力が上昇し、
それに応じてさらに原子炉圧力が上昇し、その過程で原
子炉の急速停止が発生する。

すなわち、第４図は上述の如き部分負荷しゃ断が加わっ
た場合のプラント過渡現象の模擬解析結果を示す図であ
って、横軸に時間、縦軸に原子炉の各状態量の変化を示
すものであり、従来の沸騰水型原子カプラントにおいて
前述のように部分負荷しゃ断が加わった場合には、上記
第４図に破線で示すように原子炉圧力は急上昇し、中性
子束もそれＫつもれて上昇し、約２秒後に中性子は中性
子゛高″設定点（１２０％定格）に達し、この時点で原
子炉は急速停止する。また、この場合原子炉圧力も約４
秒後に原子炉圧“高”設定点に達することがわかる。

一力、第４図の実線は同様の部分負荷しゃ断に対して本
発明−の炉心急速防止装置が作用した場合の各状９８の
変化を示し、系統側からの部分負荷しゃ断信号によるタ
ービン蒸気流量の絞り込みは。

従来の場合に比べて大巾に抑制され、一時的にその吸収
能力を上回ったタービンバイパス弁蒸気派量も急減して
炉出力と主蒸気流量のミスマツチが解消される。さらに
上記装置によって再循環流量も徐々に減少させられるの
で、一時的に上昇した原子炉圧力および中１生子束も減
少する。このＩＭＪ原子炉中性子束、原子炉圧力の最大
直はいずれも原子炉急速停止設定値（中性子束６高′°
設定点および原子炉圧力６高設定点）に対して余裕を示
しており、原子炉が急速停止することがないことが判る
。

なお、上記実施例においては、原子炉出力の減少を、再
循環流量操作装置に対して循環水流儀を徐々に減少させ
る制御信号を与えることによって行なうようにしたもの
を示したが、制（財）棒操作装置に制御信号な与えて原
子炉出力を減少せしめるようにしてもよい。また、？ｌ
ｉ；Ａｔ４水型原子カゾラント周辺の電源の発電量の急
減を電源制限によって行なうようにしたが、これも周辺
の電源の高速タービンバルブ制御によって行なってよく
、さらに電源制限或は高速タービンバルブ制御を行なう
電源は別に一つである必要はなく、複数の電源を対象と
してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は電力系統網の周波数上昇
による、部分負荷しゃ断に対してその部分負荷しゃ断器
がタービン制御系のタービンパイ・ξス弁容量ヲ超えた
ことを検出する周波数検出器と、その周波数検出器から
の出力信号を受け、沸騰水型原子カプラント周辺の指定
された電源の出力制限を行なう出力制限装置と、上記周
波数検出器からの出力信号を受け、原子炉出力を減少せ
しめる原子炉出力制御装置とを設けたので、従来原子炉
急停止を招くような急激な部分負荷しゃ断が沸騰水型原
子炉に加わったような場合でも、これによって引き起こ
される原子炉の過渡変化を原子炉の安全運転な継続でき
る範囲におさめることができ、原子炉の急速停止を防止
することができる。

また、従来のように選択制御棒の挿入や再循環ポンプト
リップ等により炉出力を大巾に絞り込む必要がないので
、定格運転に近い状態でプラントの運転を継続でき、プ
ラントの稼動率の向上を画ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水型原子カプラントのタービン制御装置の
ブロック図、第２図は本発明の炉心急速停止防止装置の
一実施例を示す概略構成図、第３図は制御装置の論理演
算部を示す構成図、第４図は大巾部分負荷しゃ断が加わ
った場合の、プラント過渡現象の模擬解析結果を示す線
図である。 閣・・・原子炉、３２・・・制御棒、３４ａ　、　３４
ｂ・・・再循環流量制御装置、３７・・・タービン加減
弁、３８・・・蒸気タービン、４３・・・タービン加減
弁ぐス弁、４６・・・発電俵主しゃ断器、４８・・・タ
ービン人ロ圧力検出器、４９・・・タービン速度検出器
、５０・・・タービン制御装置、５１・・・制御装置、
詔・・・発電後生しゃ断器操作部。 ６３・；・周波数検出器、６５・・・炉心流量検知器、
６６・・・炉出力検知器。 出願人代理人　猪　股　清

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電力系統網の周波数上昇による、部分負荷しゃ断に
   対してその部分負荷しゃ断量がタービン制御系のタービ
   ンバイパス弁容量を超えたことを検出する周波数検出器
   と、その周波数検出器からの出力信号を受け、沸騰水源
   原子カプラント周辺の指定された電源の出力制限を行な
   う出力制限装置と、上記周波数検出器からの出方信号を
   受け、原子炉出力を減少せしめる原子炉出−力制御装置
   とを荷することを特徴とする、沸騰水型原子カプラント
   の炉心急速停止防止装置。 ２、指定された電源の出力制限装置は、沸騰水型原子カ
   プラント周辺の指定された電源の発電根土しゃ断器開放
   装置であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の沸騰水型原子カシランドの炉心急速停止防止装置。 ３、指定された電源の出力制限装置は、当該電源の発電
   機の高速タービンバルブ制御装置であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の沸騰水型原子カシランド
   の炉心急速停止防止装置。 ４、原子炉出力制御装置は、炉心再循環流量制御装置で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の沸騰
   水型原子カプラントの炉心急速停止防止装置。 ５、原子炉出力制御装置は、制御棒駆動制御装置である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の沸騰水型
   原子カプラントの炉心急速停止装置。