JPS6112236B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、原子炉制御系の故障判別装置に係
り、特に、沸騰水型原子炉（BWR）の制御棒駆
動系の故障判定装置に関する。 沸騰水型原子炉では炉出力を変更する手段とし
て制御棒位置を変更すること及び炉心内再循環流
量を変化することの２方法が採用されていること
は周知である。 ところの制御棒位置を変更すると一般に炉心の
出力分布が大幅に変化するゆえ、燃料の熱的限界
を逸脱する様な局部的過出力等が生じない様、制
御棒位置変更は特に慎重かつ計画的でなければな
らない。 そのため従来は複数人の高度に訓練された操作
員が、制御盤上に多数配置された種々のプラント
状態量を表示する計測器指示をもとに、複雑な思
考過程を経る異常チエツクをしながら制御棒を操
作している。従つて制御棒駆動系あるいはその位
置検出系等の異常チエツクに対しても特に定形的
な手法が用いられているわけではなく、再試行を
行なつたりあるいは関連する物理量の変化を慎重
に監視しながら、異常判断を行なつており判断に
長時間を要し又熟練度によつては判断が困難であ
るなどの問題があつた。 そして更に問題であるのは、従来の制御棒機構
では制御棒本体（中性子吸収体）を水圧駆動機構
に結ぶ連結棒の結合が外れているか否かの検出手
段を有していないことである。 即ち、制御棒を順次引抜いて原子炉出力を増加
して行く場合、万一結合の外れている制御棒が引
抜かれ、中性子吸収体が燃料等にはさまれてその
位置にとどまつている様な事態となると、それが
不明である場合にはその制御棒による反応度分だ
け他の制御棒を引抜くこととなり、地震などが発
生して後刻その制御棒本体が落下すると、その分
の反応度が急激に追加され、局部的に燃料の熱的
制限を逸脱する可能性があるなどの問題を惹起す
ることとなる。 従来の原子炉では、この落下事故が発生しても
危険な事態とはならないように制御棒の引抜き順
序を定め、かつ制御棒反応度価値ミニマイザとい
う装置によりその引抜順序を監視するごとくして
いる。しかし、この装置も完全無故障にすること
は不可能であるため連結外れを検出する手段の開
発が強く望まれているものである。 尚、制御棒本体は一定の照射を受けた後、交換
することもあり、定期的に保守も行なうゆえ、連
結棒と完全な一体構造とすることはできない。 本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、制御棒駆動系および制御棒位置検出系の故
障を精度良く検出できる原子炉制御系の故障判別
装置を提供することにある。 本発明の特徴は、操作すべく選択された制御棒
付近にある局部中性子束検出器の出力とすべての
局部中性子束検出器の出力の平均値との中性子束
差を求め、選択された制御棒の操作開始後の所定
時間経過時での中性子束差の変化の有無を検出
し、所定時間経過時での選択された制御棒に対応
する制御棒位置検出器の出力変化の有無を検出
し、中性子束差および制御棒位置の変化の有無に
基づいて原子炉制御系の故障を判別することにあ
る。 以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。 第１図は本発明の好適な一実施例を適用する沸
騰水型原子炉の概略を示してものであり、１は原
子炉圧力容器、２はその中に存在する炉心であ
る。炉心２内には、多数の燃料集合体３、制御棒
４および中性子検出器５が設置されている。 制御棒４は、図示しない制御棒駆動装置により
炉心２内を上下動する構造となつている。制御棒
４と制御棒駆動装置は、保守時などに制御棒駆動
装置を取り外ずして点検できるように結合部６に
て連結されている。この結合部６は、機械的に離
脱可能な構造をしている。 また中性子検出器５は、第１図のごとく炉心２
の軸方向にたとえば４個、半径方向にもたとえば
電気出力800MW級で約31ケ所にものぼる多数個
が配置されている。各々の中性子検出器５の出力
は、増幅器７により一定のレベルまで増幅され
る。各々の制御棒４の位置は、磁石２１にて作動
する位置検出スイツチ２０により検出される。 これらの制御棒、燃料集合体３および中性子検
出器５の半径方向の配置例を第２図に示す。 第２図は小形の沸騰水型原子炉の例を示したも
のある。これらの第１図および第２図からも明ら
かなように、制御棒４および中性子検出器５を炉
心２内に多数配設しているのが沸騰水型原子炉の
大きな特徴であるが、数が多いために各々が故障
することもある。したがつてそれらの故障検出が
必要欠くべからざるものとなるのである。 以下、本発明の原子炉制御系の故障判別装置の
好適な一実施例の構成と動作について、第３図以
下の図面を用いて詳細に説明する。 さて第３図は本発明の１実施例を示すブロツク
線図である。第１図に示した原子炉圧力容器１内
の中性子検出器５から出力される中性子束信号
は、増幅器７〜７ｎにより増幅されて、信号選択
回路８に入力される。平均回路１５は、増幅器７
〜７ｎの出力信号を平均するものである。また、
制御棒４の位置信号は制御棒駆動装置１０内で検
出され、ケーブルを通して位置情報回路１１に伝
えられる。ここで各制御棒４の位置が常時監視さ
れている。制御棒選択回路９は、端子９ａに与え
られる制御棒選択指令にもとづいて操作すべき制
御棒を選択し、端子９ｂに与えられる駆動指令に
もとづいて制御棒駆動装置１０に操作指令を与え
るものである。１６は差動増幅器であつて、信号
選択回路８および平均回路１５の出力信号を入力
する。差動増幅器１６の出力信号は、平滑回路１
３を通り、演算装置１２に入力される。さらに、
１４はタイマであり、端子９ｂの操作指令が与え
られてから一定時間後に信号を出力し、演算装置
１２を起動する。 演算装置１２は、たとえば第４図に示すような
構造のいわゆる計算機を用いることができる。第
４図において、４１は記憶装置、４２は中央処理
装置、４３は端子７１〜７ｎおよび１４１などに
与えられる信号を取込む入力装置、４４は演算の
結果によりそれぞれの状態信号を端子１２ａ〜１
２ｄに出力する出力装置である。端子７１〜７ｎ
は各々の平滑回路１３の出力信号の入力端子であ
り、端子１４１はタイマ１４の出力信号の入力端
子である。 以上のごとく構成した本実施例の故障判別装置
の動作を詳細に説明する。 まず、手動又は自動により次に操作すべき制御
棒４の選択座標信号を端子９ａに与えると、制御
棒選択回路９内に設けたその制御棒４を駆動する
ためのリレーが選択される。それと同時に、選択
座標信号が信号選択回路８にも入力され、選択さ
れた制御棒４周辺の局部中性子束検出器群（中性
子検出器４個を炉心軸方向に並べたものを２本又
は４本使用）の出力が選択される。それらの中性
子束信号は、各差動増幅器１６にそれぞれ入力さ
れる。一方、平均回路１５は、すべての中性子検
出器５の出力信号である中性子束信号を入力して
中性子束信号の平均値を求める。平均回路１５の
出力は、差動増幅器１６に入力される。各々の差
動増幅器１６は、平均中性子束信号と選択された
制御棒付近の個々の中性子検出器５の出力である
中性子束信号との中性子束差を出力する。差動増
幅器１６を設けることによつて全出力の平均値ま
わりに分布している中性子束信号のゲタ分を除去
でき、また更に大きな利点は炉心２を流れる再循
環流量による中性子束信号の変化などの同相変
化、すなわち、同相炉雑音が除去できることであ
る。差動増幅器１６の出力信号は、平滑回路１３
にて微少変動分あるいはノイズが平滑された後、
演算装置１２に入力される。 この状態から端子９ｂに操作指令信号を与える
と、制御棒駆動装置１０内の電動バルブが制御棒
選択回路９内の選択されたリレーによつて作動さ
れ、制御棒駆動装置１０内のピストンに水圧が印
加されて選択された制御棒４が指令された方向に
動き始める。それと同時にタイマ１４もリセツト
スタートされ、設定時間的に出力を演算装置１２
に与え演算装置１２は第５図に示すごとき演算を
行う。 即ち、制御棒４が正常に動作すると、位置検出
スイツチ２０がその位置に応じて開閉し、それが
制御棒４の位置信号となつて演算装置１２に伝送
される。しかし、制御棒位置検出器またはその信
号伝送装置に故障があると、制御棒位置信号は変
化しない。又、制御棒４が移動すると炉心２内の
中性子束分布が変化し、移動する制御棒４のの近
傍に配置されている中性子検出器５の出力が変化
する。 演算装置１２は、それらの信号を受けてタイマ
信号が与えられる度毎に、第５図のフローチヤー
トのごとく前記信号変化を比較してその変化状態
に応じた信号を端子１２ａ〜１２ｄへ出力するの
である。この様に演算装置１２は、数値の記憶、
比較などの機能を持つ必要があり、小形の計算機
が好適である。 以上の動作を第６図を用いて図式的に説明す
る。第６図は制御棒４を位置“08”から“12”へ
引抜く場合を例にとつて各部の動作波形を示した
ものであり、炉出力及び局部中性子束信号は、
500MW（電気出力）級の沸騰水型原子炉で実測
した値を示してある。 さて、時間t₁で制御棒操作を開始すると、制御
棒位置信号“08”がオフとなり、制御棒引抜きに
伴つてその近傍の局部中性子束信号が増加し始め
る。制御棒４の１操作単位に要する時間後のt₂で
制御棒位置信号が“10”に変化した後、その時間
t₂でタイマ１４の出力が演算装置１２に与えら
れ、局部中性子束信号および制御棒位置信号が変
化したか否かの演算が開始され、例えば両者が変
化している第６図の如き状態では、端子１２ａに
信号が出力される。この場合、制御系は正常と判
断される。 このあと、時間t₃で再び同様の動作が行われる
が、例えば位置“12”の制御棒位置信号が故障の
場合には、位置信号が現われないゆえ、端子１２
ａには信号は出力されず、１２ｂに出力される。
この様に演算装置１２のいずれの端子に出力信号
が現われるにより、表１に示すように異常判断が
可能となる。

【表】 勿論同一の信号変化に対する異常原因はこの外
にも種々考えられるが、例えば中性子束検出系１
２は、前述した如く８重あるいは16重の並列冗長
系であり、全数が同時に故障する確率は上記原因
に対する故障確率と比較すると、完全に無視する
ことができるし、一旦異常であることが明らかに
なれば手動操作により蝶子１２ｂ〜１２ｄのオア
信号により制御棒操作を禁止して、他の制御棒を
最小量操作する試行により、位置検出系あるい
は、制御棒駆動系の冗長性の利用と、上記の判定
性を使うことによつてさらに確実に原因が明確化
できる。 制御棒を操作した場合、例えばそれを引抜いた
場合には第６図に示すように平均炉出力はほとん
ど変化しなく、引抜いた制御棒近傍の局部中性子
束のみが増加する。この局部中性子束も、前述し
たように一時的に増加するが、引抜き制御棒近傍
の燃料のドツプラー効果およびボイド反応度効率
の影響により制御棒引抜き後ある時間が経過する
と第６図のt₃以降のように減少する。場合によつ
ては、制御棒引抜き前のレベルまで局部中性子束
が減少する。したがつて、制御系の故障判別は、
ドツプラー効果およびボイド反応度効率の影響に
よつて局部中性子束が変化する前（t₃到達前）に
行なうことが望しい。 信号選択回路８および平均回路１５の出力信号
を差動増幅器１６に入力し、差動増幅器１６にて
平均中性子束と局部中性子束の差を求めているの
で、同期炉雑音を除去でき、局部中性子束が制御
棒操作により変化したものであるか否かを明確に
区別できる。すなわち、炉心２内に設置された中
性子検出器５の出力信号は、その周辺の冷却材流
量の微少変動および中性子検出器５の位置の微少
変動等により、第６図に示すように制御棒４の位
置が一定であつてもたえず変動している。従つ
て、炉心２周辺の制御棒のように実効反応度の小
さい制御棒４を微小距離移動させた場合、それに
よる局部中性子束の変化は、上記の外乱による変
化の中に埋もれてしまうため検出ができなくな
る。本実施例では、上記の微少変動等の同相炉雑
音を除去できるので、実効反応度の小さい制御棒
を微少距離移動させた場合でも、前述の表に示す
ような制御系の異常を確実に検出できる。なお、
同相炉雑音は、局部中性子束信号および平均中性
子束信号の両方に含まれており、これらの信号の
差を求めることによつて除去できる。 なお、第３図に示した中性子信号を得るための
中性子検出器、増幅器、それらの平均を求める平
均回路、制御棒選択に伴つて前記中性子信号を選
択する手段、ならびに位置情報を得るための手段
等は、いずれも現在の沸騰水型原子炉に並設され
ておるものをそのまま転用あるいは共用できる。 本発明によれば、簡単な装置で制御棒駆動系お
よび制御棒位置検出系の故障を簡単に精度良く検
出でき、それらの区別も明確にできる。すなわち
実効反応度の小さい制御棒を微少操作した場合で
も確実に制御系の故障を区別して検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用する沸騰水型原子炉の概
形図、第２図は第１図原子炉の炉心半径方向の断
面を示す図、第３図は本発明の好適な一実施例で
ある故障判別装置を示す系統図、第４図は第３図
中の演算装置の詳細を示す系統図、第５図は第４
図の演算装置の動作を示すフローチヤート、第６
図は第３図の実施例の動作を説明するための各部
の波形図である。 １…原子炉圧力容器、２…炉心、４…制御棒、
５…中性子検出器、８…信号選択回路、９…制御
棒選択回路、１０…制御棒駆動動装置、１１…位
置情報回路、１２…演算装置、１５…平均回路、
１６…差動増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の制御棒、複数の局部中性子束検出器お
   よび複数の制御棒位置検出器を有する原子炉の制
   御系の故障を判別する装置において、選択された
   制御棒付近にある前記局部中性子束検出器の出力
   とすべての前記局部中性子束検出器の出力の平均
   値の中性子束差を求める手段と、選択された制御
   棒の操作開始後の所定時間経過時での前記中性子
   束差の変化の有無を検出する手段と、 前記所時間経過時での選択された制御棒に対応
   する前記制御棒位置検出器の出力変化の有無を検
   出する手段と、前記中性子束差および前記制御棒
   位置の変化の有無に基づいて原子炉制御系の故障
   を判別する手段とを備えたことを特徴とする原子
   炉制御系の故障判別装置。