JPS608795A - 原子炉起動計画作成装置 - 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〕 この発明は、原子炉の起動あるいは再起動時の運転計画
を作成する原子炉起動計画作成装置に係り、特に原子炉
出力と時間との関係を示すロードカーブを自動的に計画
作成する原子炉起動計画作成装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に、沸騰水型原子炉のような熱中性子炉では、核分
裂性物質あるいはその娘核（中間的核分裂性物質である
ヨウ素１３５のβ崩壊）としてゼノン（Ｘｅ）が生成さ
れる。このゼノンは中性子吸収能力が太きいため、ゼノ
ンが全く存在しない起動開始時と、ゼノンが飽和に達し
た原子炉の定格運転時とでは、ゼノンが寄与する反応度
効果が２６５チΔに／Ｋ（ただし、Ｋは中性子実効増倍
率１．０に対する反応度の大きさ）程度異なシ、原子炉
の起動あるいは再起動計画を立案する上でゼノン濃度が
重要なウエートを占めることになる。

例えば、原子炉の起動時において、ゼノンがほとんどな
い起動初期に制御棒を引き抜くと、原子炉炉心部は急速
に反応し、定格の原子炉出カレペルを実現するに必要と
される制御棒・ξターンまで制御棒を引き抜く以前に、
原子炉出方が大幅に上昇する。制御棒の引抜き量の少な
い段階で炉出力を上昇させると、引き抜かれた制御棒の
割合が少ないため、核反応が引き抜かれた制御棒の燃料
集合体に果申し、この部分に局所的に過出力部分が存在
する。

一般に、原子炉の燃料設計は、定格運転時の飽和ゼノン
の状態で適切な炉出力分布となるように行なわれており
、ゼノンのない状態では、ボイドの発生がない炉心下部
の出力が局所的に大幅に増大するという問題がある。

原子炉の運転にあたっては、一般に燃料の健全性を確保
するためにいわゆるＰＣＩＯＭＲ（Ｐｒｅｃｏｎｄｉｔ
ｉｏｎｉｎｇ　Ｉｎｔｅｒｉｍ　ＯｐｅｒａｔｉｎｇＭ
ａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ
　；　燃料のならし運転）が設けられ、燃料の出力に制
限ｔｉ　＜これをＰＣ（Ｐｒｅｃｏｎｄｌｔｉｏｎｉｎ
ｇ）エンベロープと呼ぶ）が設定されている。このため
、ゼノンのない状態で急激に炉出力を上昇させると、前
述のように局所的な出力上昇が発生し、このＰＣエンペ
ローゾを部分的に越えてしまうことが考えられる。した
がって、原子炉出力上昇時には、ゼノンの蓄積を待って
順次出力を増加させることが、燃料の健全性や原子炉の
健全性を確保する上でも、必要である。

一般に、沸騰水型厚そ炉では炉出カレペルの制御手段と
して、再循環流量による方法と制御棒操作による方法と
があり、原子炉起動時には制御棒を全挿入の状態から順
次引き抜いて最終的には定格運転用制御棒パターンとす
るが、この間に引き抜かれる制御棒引抜パターンによっ
ては、炉出力分布が局所的に、大きく歪み、ＰＣエンベ
ロープを侵す場合が考えられる。このような場合にはぜ
ノン濃度の増加を利用して局所的な炉出力の請願を下げ
る必要がある。

一方、再循環流量により炉出力レベルを制御する場合に
は、前述のＰＣＩＯＭＲがある規定値以下の出力上昇率
であれば、ＰＣエンベロープヲ超えた局所的な炉出力上
昇が許容されている。このため、炉出力を徐々に増加さ
せることが可能となり、ＰＣＩＯＭＲで定められた設定
値以上に炉出力を上昇させることができる。

〔背景技術の問題点〕

従来の沸騰水型原子炉の起動時の運転では、起動運転の
簡便さを優先させ、制御棒を充分に低い局所的な炉出力
レベルで引き抜くことができるように低出力レベル運転
を長時間続けているため、起動に要する時間が非常に長
くなるという問題がある。このことから、原子炉の起動
時間を短縮する要求が、原子力発電プラントの稼動率を
向上させる観点から非常に強＜、ＰＣＩＯＭＲを満たし
つつ短時間で原子炉を起動させることができる原子炉起
動計画の作成が強く望まれていた。

しかしながら、原子炉の起動運転時には、ゼノン濃度が
複雑に要化し、また、制御棒引抜き操作に伴う局所的な
炉出力分布変化が太きいため、原子炉の起動時における
いわゆるロードカーブを自動的に作成することができる
原子炉起動計画作成装置を提供することは困難であった
。

このような従来からの技術的課題を解決すべく鋭意研究
した結果、原子炉の起動、再起動計画をゼノン濃度を横
軸にとシ、縦軸に出力レベルをとつたいわゆるゼノ／・
炉出力空間と呼ぶ空間内で作成することにより、制御棒
（引抜き）パターンと局所的な炉出力分布との関係やゼ
ノン濃度変化を充分に考慮に入れて原子炉の起動・再起
動計画を作成することができることを見出した。

すなわち、ある１つの制御棒（引抜き）・クターンにお
ける炉心で適当なぜノン・ヨウ素濃ｉを仮定し、そのま
ま放置した場合を考えると炉心内の炉出力分布および炉
出力レベルはゼノン・ヨウ素濃度に関して立てられる次
式の微分方程式から決凍るゼノン濃度変化に対応して変
化する。

ここに、Ｘ：ゼノン濃度 工：ヨウ素濃度 γｘ：核分裂あたりのゼノンの発生割合ｒ工：核分裂あ
たυのヨウ素の発生割合Σｆ：核分裂断面績 λ１：ゼノンの崩壊定数 λＸ：ヨウ素の崩壊定数 σＸ：ぜノンの中性子吸収断面積 φ：中性子束　である。

なお、ヨウ素は中間的核分裂生成物であり、そのβ崩壊
により安定したゼノンに変換される。

第１図はこのときのゼノン濃度と出カレペルの変化を横
軸に時間をとって示すもので、曲線ａはゼノン濃度の変
化を、曲線すは炉出力の変化をそれぞれ示している。一
般に、ゼノン濃度は原子炉の炉心内に三次元的に分析す
るものであるが、第１図では、ゼノン濃度をわかり易く
表現できるように、第１図の炉出力の時間変化を（１）
式のφ（中性子束）に代入して得られた値がゼノン濃度
とされている。

すなわち、第１図は、ゼノンが零の状態である制御棒（
引抜き）パターンにまで制御棒を引き抜いた状態（時刻
零）から（１）式に従って曲線ａで示されるようにゼノ
ンが蓄積し、このゼノンの中性子吸収能力による中性子
吸収量が増大し、この結果炉出力が曲線すで示されるよ
うに減少し、やがてゼノン濃度および炉出力が平衡状態
に落ちつくことが示されている。

第２図は第１図で示したゼノン濃度と炉出力との関係を
、横軸にゼノン濃度を縦軸に炉出力をとって示されるゼ
ノン・炉出力空間にプロットしたもので、炉出力はほぼ
ゼノン濃度に反比例し、ゼノンのないＡ点から平衡ゼノ
ンのＢ点まで減少している。さらに、ゼノン濃度が平衡
値より増大した場合として両者の関係は０点まで延長す
ることができる。

すなわち、ｉ般に与えられた制御棒（引抜き）パターン
と再循環流量とでゼノン濃度を変化させると、炉出力は
点線ＡＣ上を変化することになる。

また、ＡＣ間で実現される出力分布のうち、先に述べた
ＰＣエンベロープ内におさまる点ｉＤとすれば、炉出力
レベルＡＤ間ではＰＣＣエンベロープ満足できず、ＤＣ
間でＩ）Ｃエンベロープに対する制限が満足されること
になる。

〔発明の目的〕

この発明は上述した点を考慮し、目標とする制御棒（引
抜き）パターンを作成する際のゼノン濃度やゼノン濃度
分布を考慮し、原子炉の最適な起動あるいは再起動計画
を作成することができる原子炉起動計画作成装置を提供
することを目的とする。

〔発明の概要〕

上述した目的を達成するため、この発明に係る原子炉起
動計画作成装置は、原子炉の起動あるいは再起動計画を
作成するものであり、横軸にゼノン濃度、縦軸に炉出力
をとった二次元空間内に、目標とする制御棒ノミターン
および再循環流量に対応して炉出力およびゼノン濃度を
演算する第１計算装置と、発電機併入から急速な出力上
昇可能な炉出力および制御棒ノミターンを計算する第２
計算装置と、第１および第２計算装置からの入力を受け
て前記発電機併入から目標とする制御棒ノミターフ作成
までの過程のゼノン濃度を計算し、このゼノン濃度が前
記第１計算装置でめた炉出力およびゼノン濃度となるよ
うに原子炉起動あるいは再起動用ロードカーブを作成す
る第３計算装置とを有するものである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の好ましい実施例について添付図面を参
照して説明する。

第３図はこの発明に係る原子炉起動計画作成装置の一実
施例を示すもので、この原子炉起動計画作成装置は、入
力装置ｌと、第１乃至第５計算装置２，３，４，５．６
と、出力装置７とから構成される。

入力装置１は各計算装置２〜６に対して初期設定を行な
う装置で、目標とする制御棒パターンや目標制御棒ノミ
ター／に到る制御棒引抜きシーケンスへの入力を行なう
装置である。もちろん、目標制御棒パターンおよび制御
棒引抜きシーケンスの自動作成装置を作ることも可能で
ある。

第１計算装置２は、ゼノン濃度を横軸に、縦軸に炉出力
をとって示される二次元空間内に、目標制御棒・ぞター
ンおよび再循環流量に対応した炉出力やゼノン濃度を計
算する装置である。初めに、ぜノン濃度・ヨウ素濃度を
ゼロとして達成される炉出力を計算し、以下時間を更新
してゼノン濃度と炉出力との関係を計算し、その計算結
果からＰＣＩＯＭＲ上の限界炉出力を算出し、この限界
出力に対応するゼノン濃度を第３計韓装置４に出力する
ようになっている。

一方、第２計算装置３は、発電機併入（発電機の送電開
始）から急速な出力上昇で達成し得る炉出力および制御
棒、６ターンを計算する装置である。

この第２計算装置ｔ３では入力装置１の制御棒引抜きシ
ーケンスに従い、ゼノン濃度・ヨウ素濃度ゼロで達成さ
れ得る炉出力をめ、ＰＣエンペローゾを満足しているか
否かを判定し、このＰＣエンベロープを満足すべき制御
棒パターンや炉出力が急速な出力上昇で達成される。

また、第３計算裟置４は発電機併入から目標制御棒ハタ
ーンを作成するまでの起動過程のゼノン濃度を計算し、
第１計算装置２により算出された炉出力・ゼノン濃度と
なるように起動工程を作成する装置である。

この第３計算装置４により作成された起動工程の１例を
第４図に示す。

第４図は横軸に時間、縦軸に炉出力をとったいわゆるロ
ードカーブで、０点で発電機に併入され、Ａ点まで炉出
力を急速に上昇させる。Ａ点からＢ点に至る区画は炉出
力分布の確認のための時間を示しており、この確認後、
Ｂ点から０点までゼノン蓄積のためのランプ出力の上昇
が行なわれる。

０点からＤ点は再循環流量減による炉出力降下を、Ｄ点
からＥ点は制御棒引抜きによる炉出力上昇が示される。

制御棒引抜きにより炉出力が上昇した後、Ｆ点までゼノ
ン安定のための炉出力保持が行なわれ、その後、Ｆ点か
ら再循環流量増加によりＧ点までランプ出力が上昇せし
められ、その後定格出力運転が行なわれる。

第３計Ｓ装置４によるロードカー１作成において、Ａ点
は第２計算装置により計算された炉出力を示し、Ｅ点は
第１計算装置２にょシ算出された炉出力を示す。第３計
算装置４では、上記ロードカーブのＢ点から０点に至る
ゼノン蓄積工程をパラメータとして演算し、Ｅ点で第１
計算袈置２により算出されたゼノン濃度となるように、
０点がらＥ点に至るポイントモデルのゼノン過渡解析手
段を用いて計算を行なう。

また、第４計算装置５は、第１計算装置２により得られ
た炉出力、再循環流量、制御棒パターンで、平衡ゼノン
濃度の計算を行なう装置で、この計算装置５により軸方
向相対せノン濃度分布ＸＥ。

（２）、すなわち原子炉炉心部上下方向のゼノン濃度分
布が第５計算装置６に出力される。

第５計算装置６は第４計算装置５により計算された軸方
向ゼノン濃度分布と、第３計算装置によって作成された
ロードカーブに基づいて詳細に計算した場合のＥ点の軸
方向相対ゼノン濃度分布ＸＥ（Ｚ）が同一となるように
、Ｅ点までの制御棒・ぐターンとを調整する装置である
。

次に、第５図を参照して原子炉炉心軸方向位置（上下方
向位置）におけるゼノン濃度分布と炉出力分布との関係
について説明する。

第５図（４）は、平衡ゼノン状態でないある軸方向相対
ゼノン濃度分布曲線Ｃおよび軸方向相対出力分布曲線ｄ
を示す。軸方向相対出力分布が炉心下部で歪んで大きい
のは、炉心下部のゼノン良度蓄積が少ないためである。

したがって、軸方向相対ゼノン濃度を、第５図（Ｂ）に
示すように、平衡ゼノン濃度分布ＸＦ、Ｑ（ｚ）（曲線
ｅで表わす。）とほぼ同一とすることにより、炉心部の
軸方向出力分布は曲線ｇで示すように炉心下部に歪みの
ない炉出力を得ることができる。

第５図（Ｂ）は平衡ゼノン状態における軸方向相対ゼノ
ン製置分布曲線ｅおよび軸方向相対出方分布曲線ｆを示
すも、ので、軸方向相対ゼノン濃度分布を、平衡ゼノン
状態と同一にした場合、非平衡ゼノン状態の場合にも、
軸方向相対出力分布が第５図（Ｂ）の曲線ｇで示される
ように、平衡ゼノン状態と同様安定した炉出力が得られ
ることがわかる。

したがって、軸方向相対ゼノン濃度分布を、平衡ゼノン
状態で得られる軸方向相対ゼノン濃度分布曲線ｅに一致
させることにより、軸方向相対出力分布は平衡ゼノン状
態における炉出力分布と同一となり、その結果、ＰｃＩ
ｏＭＲを遵守できるような平坦でなめらかな炉出力分布
を得ることができる。

この点に着目し、第５計算装置６では、第４図のＥ点に
おける軸方向相対ゼノン濃度分布Ｘ、（Ｚ）と、平衡ゼ
ノン濃度分布ＸＦ、Ｑ（Ｚ）とを原子炉炉心部を軸方向
にＵ等分して次式で演算する。

ここにおいて、ｅ・・・経験的な判定因子（通常は２〜
３％）である。

軸方向相対ゼノン濃度分布ＸＥ（ｚ）が（２）式を満足
する場合には演算を終了し、出力装置７からロードカー
ブ、制御棒ノミターンを出力する。

軸方向相対ゼノン濃度分布ＸＦ、（ｚ）が（２）式を満
足させない場合には次式により軸方向ゼノン濃度が炉心
下部で蓄積されているか否かを判定する。

２ Σ（ＸＩｉ、（ｚ）−ＸＦ、Ｑ（ｚ））≦０・・・曲・
・（３）Ｚ＝１ （３）式が成立する場合には、ゼノンは炉心下部で蓄積
されていないことになり、第４図におけるＥ点までの炉
出力上昇過程で、炉心下部にぜノン濃度の蓄積をうなが
すために、Ａ点からＢ点にかけて浅挿入制御棒（少し挿
入されている制御棒）の引抜きが行なわれる。浅挿入制
御棒の引抜きにより軸方向の相対的出力分布は炉心下部
に出てくるので、炉心下部にゼノン濃度の蓄積が可能に
なる。

逆に、（３）式が成立しない場合は、ゼノンが炉心下部
で充分蓄積されていることになり、この場合、ゼノンの
中性子吸収効果により炉心下部における炉出力分布は抑
えられた形となり、ｐｃＩＯＭＲ上問題とならないため
演算を終了し、出力装置７からロードカーブ、制御棒パ
ターンを出力する。

〔発明の効果〕

以上に述べたようにこの発明に係る原子炉起動計画作成
装置においては、目標とする制御棒パターンまでのゼノ
ン濃度を計算し、このゼノン濃度が第１計算装置により
められた炉出力およびゼノン濃度となるように原子炉起
動あるいは再起動用ロードカーブを第３計算装置により
作成することにより、目標とする制御棒パターンまで制
御棒を引き抜く運転計画を自動的に作成することができ
る。したがってゼノン濃度やゼノン濃度分布を考慮して
原子炉の最適な起動あるいは再起動計画を作成すること
ができ、これにより原子炉の起動あるいは再起動に要す
る時間を短縮し、原子力発電プラントの稼動率の向上が
図れる等の効果を奏する０

【図面の簡単な説明】

第１図は原子炉炉心部におけるゼノン濃度と炉出力レベ
ルの時間的変化を示すグラフ、第２図はゼノン・炉出力
空間内における炉出力変化を示すグラフ、第３図はこの
発明に係る原子炉起動計画作成装置の一実施例を示すブ
ロック図、第４図は上記原子炉起動計画作成装置に組み
込まれた第３計算装置により作成されたロードカーブを
示す図、第５図内は非平衡ゼノン状態におげろ軸方向相
対ゼノン濃度分布および軸方向相対炉出力分布を示すグ
ラフ、第５図の）は平衡ゼノン状態における軸方向相対
ゼノン濃度分布と軸方向相対炉出力分布を示すグラフで
ある。 １・・・入力装置、２・・・第１計算装置、３・・・第
２計算装置、４・・・第３計算装置、５・・・第４計算
装置、６・・・第５計算装置、７・・・出力装置、ａ・
・・ゼノン濃度、ｂ・・・炉出力、Ｃ・・・非平衡状態
における軸方向相対ゼノン濃度分布、ｄ・・・非平衡状
態におり゛る軸方向相対出力分布、θ・・・平衡ゼノン
状態における軸方向相対ゼノン濃度分布、ｆ・・・平衡
ゼノン状態における軸方向相対出力分布、ｇ・・・非平
衡状態における軸方向相対ゼノン濃度分布っ 出願人代理人　波多野　久 第１図 第２図 セ゛ノン５Ｘハ〔 第３図 第４図 Ｆｉ今間 第５図 （Ａ）（Ｂ） イ１ｊ対イＪ　相対イ！１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉の起動あるいは再起動時の運転計画を作成す
   る原子炉起動計画作成装置において、横軸にゼノン濃度
   、縦軸に炉出力をとった二次元空間内に、目標とする制
   御棒・ξターンおよび再循環流量に対応して炉出力およ
   びゼノン濃度を計算する第１計算装置と、発電機併入か
   ら急速な出力上昇可能な炉出力および制御棒パターンを
   演算する第２計算装置と、第１および第２計算装置から
   の入力を受けて前記発電機併入から目標とする制御棒／
   ｅターン作成までの過程のゼノン濃度を計算し、このゼ
   ノン濃度が前記第１計算装置でめた炉出力およびゼノン
   ｇｋ度となるように原子炉起動あるいは再起動用ロード
   カーブを作成する第３計算装置とを有することを特徴と
   する原子炉起動計画作成装置。 ２、第３計算装置で作成されたロードカーズ上において
   、軸方向ゼノン濃度分布を平衡ゼノン状態でのゼノン濃
   度分布とほぼ同一となるように較正させる第５計算装置
   を有する特許請求の範囲第１項に記載の原子炉起動計画
   作成装置。 ３、第５計算装置には、目標制御棒ノソターンで平衡ゼ
   ノン状態の軸方向ゼノン濃度分布全計算する第４計算装
   置から出力信号が入力される特許請求の範囲第２項に記
   載の原子炉起動計画作成装置。 ４、第３計算装置からの出力は第５計算装置を経て行な
   われ、所望のロードカーズ、制御棒・リーンが出力され
   る特許請求の範囲第１項または第２項に記載の原子炉起
   動計画作成装置。