JPS61218996A

JPS61218996A - 原子炉出力自動設定装置

Info

Publication number: JPS61218996A
Application number: JP60060144A
Authority: JP
Inventors: 羽田　昌英
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-03-25
Filing date: 1985-03-25
Publication date: 1986-09-29

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、エネルギー源である蒸気発生部と、発生し九
蒸気の熱エネルギーｔｌ−寛気エネルギーに変換する丸
めのタービンおよび発電機部と併せもつ原子力発電プラ
ントに係り、特に、定格運転時に、原子ｆ熱出力を一定
に制御して運転するのに好適な原子炉出力自動設定装置
に関する。

〔発明の背景〕

発電機出力が初期に８定し上値となるように、原子炉出
力を変化させて制御する方法としては、例えば特開昭５
６−４３５９７号公報に示される如く、沸騰水型原子力
発電プ〉ン）（ＢＷＲ）において、発電機出力と初期設
定の偏差を、その出力制御装置である再循項流量制御系
の入力信号とし、これによって原子炉出力を変化させ、
発電機出力を制御するものが知られている。この方法は
、原則的に、原子炉発電プラントの発電機出力を一定に
制御するという電力系統側からの電力安定供給要求に基
づくものである。

これに対して、原子力発電プラントのエネルギー発生源
でおる原子炉の能カ一杯に発電し、電力Ｂ、最大限供給
するという考え方もできる。原子炉の能力は、原子炉熱
出力で規定できる。し九がって原子炉の能カ一杯に発電
する場合、原子炉熱出力を制限一杯のところで運転する
ことが効率的である。

このような要求に応えるには、従来の方法では次のよう
な不都合があつ九。原子炉熱出力と発電機出力は一対一
に対応しないので、発ＩＥ機出力を一定としても、その
エネルギー変換効率等によシ、原子炉熱出力は変化する
。し九がって前記要求を満たす（は、新次な制御方法が
必要となる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、原子力発電プラントにおいて、定格運
転時に、そのプラント状態量から算出し九原子炉熱出力
相当信号を制御することによシ、原子炉熱量カ一定の運
転が可能な原子炉出力自動設定装置ｔ−提供することで
らる。

〔発明の概要〕

本発明は、原子力発電プラントにおいて、原子ｆの能カ
一杯に発電し最大限の電力を供給できるようにするもの
である。すなわち、原子ｆの能力を規定する原子炉熱出
力を一定に制御し、それに応じ九発電機出力を電力系統
側に供給するものである。

本発明（おいて、制５４ｔである原子炉熱出力相当信号
の換算または演算方法には、次に示す三つの方法がある
。

（１）発電機の電気出力を、復水器循環水である海水温
度ま尺は復水器真空度等に依存する効率で換算する方法
。

伐）　中性子計装系のＡＰＲＭ（炉心平均中性子束人ｙ
ｅｒａｇｅｐ□ｙｅｒ　Ｒａｎｇｅ！　Ｍｏｎ１ｔｏｒ
）信号を、検出器の経年変化等を考慮し交換算係数で補
正する方法。

（３）　　プラントの各種状態量から熱平衡等に基づく
演算により求める方法。

これら３方法のそれぞれの特徴を次に示す。

（１）の方法の特徴〔発明の背景〕の項で述べた発電機出力を制御する出力
自動設定値の最小限の変更で実現できる。すなわち、発
電機出力を海水温度ま几は復水器真空度によシ原子炉熱
出力に変換する換算器を追加すればよい。この発［機出
力を制御する出力自動設定装置は、実プラントで実績も
あり、それによって、発電機出力をかなシの精度で制御
できることがわかっている。し友がつで、この方法にお
いても原子炉熱出力を精度よく制御することが充分に期
待できる。

（２）の方法の特徴原子炉熱出力の指標となるプラント状態量である人Ｐ几
Ｍ信号を制御パラメータとする方法の場合、入Ｐ几Ｍは
原子炉熱出力を先行的に表わす状態量である丸め、−次
遅れ回路を設は九り、雑音成分を取シ除くフィルターを
設置し九シ、さらには中性子検出器の経年変化に伴う感
度劣化を補償する几めの補償器等を設ける必要がある。

（３）の方法の特徴プラント状態量、例えば給水温度、給水流量。

原子炉圧力その他から熱平衡等に基づく演算をおこなつ
友結果である原子炉熱出力を直接制御する。この方法の
場合、本制御装置内で、上記原子炉熱出力を直接演算す
る方法と、他の演算装置で計算し九結果の原子炉熱出力
値を制御パラメータとして、本制御装置内に取込む二つ
の方法が考えられる。本方法では、一定周期で演算して
求められ７ｔｗ、子炉熱出力と設定値との偏差ｔ−ｏと
するように原子炉出力を制御する。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する０本発明
の制御モードは、原子炉の起動および停止時等のプラン
ト過渡変化時の従来例に近い制御モード（第１図）と、
一応定格運転状態に違し７ｔ＋後に原子炉熱出力を一定
にする制御モード（第２図等）とに切シ換えられるよう
になっている。

まず、沸騰水型原子力発電プラン）（ＢＶＩ）Ｋおける
原子炉出力制御について第１図によシ説明する。原子炉
１の出力は、制御棒３の位置を調整する方法と再循環ポ
ンプ２の速度を調整し炉心流ｔを制御する方法とで調整
される。後者の再循環流量制御による出力制御は、原子
炉定格出力の１００チから約６０−１での範囲で可能で
ある。

従来の負荷ｖ４整操作は、タービン制御装置１９の負荷
設定回路９においてモータ速度「増」、「減」用押釦ス
イッチによシ手動設定する方法でおる。

タービン制御装置１９はｔ７？、、負荷運転中は、ター
ビン７の入口圧力１１を一定にするように、タービン加
減弁６の開度を制御する圧力制御動作をおこなっている
。タービン加減弁６の開度は、低値優先器１０によれば
、タービン発電機８かラノタービン速度信号１４に応じ
ても制御される。負荷設定信号１７はタービン速度設定
信号１５とともに演算される。次に、それらに基づい九
修正速度誤差信号１６とタービン入口圧力信号１１から
演算され九全蒸気流量信号１３との偏差がとられる。こ
の偏差信号は出力変更要求信号２１８として再循環流量
制御装置５の主制御器に送られる。主制御器は比例・積
分（ＰＩ）演算をおこない、再循環ポンプ速度要求信号
を出力し、再循環ポンプ駆動モータ４を介して再循環ポ
ンプ２の速度を制御する。

以上がＢＷＲプラントの原子炉出力を一定とする制御で
ある。本発明による原子炉熱出力側＃による原子炉自動
出力設定装置においても、前記の圧力制御を含むタービ
ン制御は基本的には変わらないが、定格出力運転時に、
原子炉熱量カ一定運転を選択すると、本発明に基づく熱
出力一定制御をおこなうことになる。次に、本発明によ
る出力自動設定装置の具体的実施例を〔発明の概要〕の
項で示し上玉つの方法について説明する。

（１）の方法〔発ｔ！ｌの電気出力を、復水器循環水である海水温度
または復水器真空度等に依存する効率で換算し九原子炉
熱出力を制御する方法。〕第１図の原子炉出力制御状態
から原子炉熱出力制御に切換えて、第２図は、発電機の
電気出力を海水温度に依存する効率で換算し熱出力信号
とした場合の例である。図において、発電機８からの出
力信号８人は換算器２０により、熱出力信号２２に変換
される。換算器２０では、タービン７および発電機８の
発電効率とその発電効率を変化させる要因の中で最も支
配的な復水器循環水の海水温度２１との積を換算係数と
して演算する。換算器に用いる換算係数の一例を第３図
に示す。この図に示し次ように、換算器においては海水
温度を取込み、関係発生器等によυ換算係数に変換して
、その換算係数を１１Ｅ２図の発電機出力信号８人に乗
じ、熱出力信号２２を出力する。この熱出力信号２２と
熱出力設定信号２３との偏差を出力変更要求信号１８人
とする。この出力変更要求信号１８Ａは適当な処理を受
は再循環ポンプ速度要求信号として再循環流量制御系５
に入力され、再循環ポンプ速度を調節し、炉心流量を変
化させ、原子炉出力を制御する。

第４図は、本発明を適用し次自動出力設定装置の制御ブ
ロックの例である。発電機出力信号８人は発’ｄＥ機出
力ー原子炉熱出力換算器２０において別に取込まれｔ海
水温度信号２ＵＣ＃：存し次換算係数で変換され、原子
炉熱出力信号２２として、熱出力制御演算ユニット２４
へ出力される。熱出力制御演算ユニット２４は、前記原
子炉熱出力信号と熱出力設定信号２３とを取込み、るる
一定の時間周期（例えば１分）で、次式によシ再循環ポ
ンプ速度要求信号の操作量を演算する。

ＤＭＫ＝ＧＫ　・（ＧＭＷＴｒＡＭＴＮｔ　）ただし、ＤＭπ；速度要求操作量〔−〕ＧＫ、制御ゲイン定数ＧＭＷＴに；目標原子炉熱出力（ＭＷｔ）ＡＭＷＫ　　
Ｈ原子炉熱出力時間平均値（ＭＷｔ）ＤＭｘはパルス変
換回路２５で増を几は減のパルス信号２６．２７に＊＊
され、アナログメモリ２８に出力され、アナログメモリ
２８はパルス数に応じて積分動作をおこない、再循環ポ
ンプ速度要求信号２９を出力する。なお、３０は信号変
換器である。

第５図は、上記の制御方式の説明図である。本例での特
徴は、目標原子炉熱出力と換算し九原子炉熱出力の偏差
に応じて、再循環ポンプ速度要求信号’ｋｖ４整し、こ
の操作量に対する原子炉熱出力の応答、整定を待って、
次の制御動作をするとζろに６シ、一定の設定に対して
安定１ｃｆ１度よく調整し、原子炉出力のゆらぎを生ま
ない制ｇＩＪｔ−可能にする。！１九、本方式では、操
作量に対するプラント応答チェック機能の採用が可能と
なシ、信頼性の高い原子炉熱出力一定制御運転が実現で
きる。

本方法に基づく出力自動設定装置を採用し、原子炉熱出
力を一定に制御する運転をおこなつ九場合の発電機出力
範囲を第６図に示す。Ｋ６図は、海水温度と発電機出力
の関係を示したものである。

限界性能曲線は、原子炉の能カ一杯である原子炉熱出力
の制限値（設計熱出力）で一定に運転し友場合の発電機
出力を示す。このように、原子炉熱出力を一定としても
、復水器循環水でるる海水温度に大きく依存する原子炉
熱出力−発電機出力変換効率の九め、発電機出力は、海
水温度によって変化する。熱量カ一定制御曲線は、本発
明による出力自動設定装置を適用し上場合でおる。この
列では、原子炉熱出力設定値としては、原子炉熱出力制
限値に対して、本出力自動設定装置の制御精度を考慮し
た制御余裕分だけを差し引い比値としている。し友がっ
て、熱出力一定制御運転中、原子炉熱出力が熱出力制限
値を超えることはない。

本発明によシ、日間の海水温度変動および年間の海水温
度変動を気にせず、原子炉熱出力一定制御運転が可能と
なる。

次に本方法の変形例を８７図により説明する。

第７図の例では、発電機出力を原子炉熱出力に換算する
代わりに、発［機出力設定パターン発生器３１において
、原子炉熱出力を一定とするための発電機出力設定信号
３２を発生させている。発電機出力設定パターン発生器
３１では、海水温度信電機出力設定の関係は、第６図に
示し九熱出力一定制御曲線と同様になる。第７図におい
て、タービン発を機８からの発電機出力信号８Ａと、発
電機出力設定パターン発生器３１で、海水温度信号１１
に依存して定められ几発電機出力設定信号３２の偏差を
出力変更要求信号１８Ｂとする。この出力変更要求信号
１８Ｂは、第４図で説明し皮ように適切に処理され、再
循環ポンプ速度要求信号として再循環流量制御系５に入
力され、再循環ポンプ速度を調節して炉心流量を変化さ
せ、原子炉出力制御する。以上により、第７図の場合も
結局１、原子炉熱出力を一定に制御できる。

ま几、本方法による原子炉熱出力制御の保護機能として
、プラント状態を表わす代表パラメータの監視ま友は制
御パラメータである原子炉熱出力信号と設定値の偏差を
監視し、その監視値が一定以上となつ７ｔ＋場合に１本
方法による原子炉熱出力設定値御を中断するインターロ
ックを追加することもできる。これによって、プラント
過波変化のような外乱発生時に、本原子炉出力自動設定
装置がプラン）Ｋ悪影響を及ぼすことなく、Ｋ１図の状
態に戻ることになる。

本方法において、海水温度信号を復水器真空度信号に置
き換えても全く同様の効果が得られる。

（２）の方法〔中性子計装系の入ＰＲＭ信号を、検出器の経年変化等
を考慮し皮換算係数で補正して原子炉熱出力を制御する
方法。〕第８図において、中性子計装系４２では中性子検出器か
らの局所中性子束（ＬＰＲＭ）信号４１を平均化し、Ａ
ＰＲＭ４３を出力する。本方法では、このＡＰＲＭ信号
４３を原子炉熱出力換算器４４で換算し、原子炉熱出力
相当信号４５とする。

原子炉熱出力換算器４４は、λＰＲＭ信号を原子炉熱出
力信号に変換する九めの変換係数を含み、必要に応じて
、−次遅れ回路を設け７ｔシ、雑音成分を取シ除く几め
のフィルターを設置したり、中性子検出器の経年変化を
補償する皮めの補償器を設ける。このような原子炉熱出
力換算器４４を通して得られ九原子炉熱出力相当信号４
５は、原子炉熱出力設定［４６と比較され、その偏差信
号が出力変更要求信号Ｌ８Ｃとなる。この出力変更要求
信号１８Ｇは（１）の方法と同様に第４因に示したよう
な処理を受け、再循環ポンプ速度要！ｃ摂号として再循
環流量制御系５に入力され、再循環ポンプ速度を調整し
、炉心流１を変化させ、原子炉出力を制御する。

本制御方式の場合も、第５図と同様の制御動作となり、
結果的に、その発電機出力は、適切な制御余裕の基に第
６図の煎出力一定制御曲線と同様になる。

°　本方法の場合も（１）の方法で示し九と同様に、保
護機能を追加して、外乱発生時にプラントを保護できる
ことは勿論である。

（３）の方法〔プラントの各種状態量から熱平衡等に基づく演算によ
って求め７ｔＪｉＩＣ子炉熱出力を制御する方法。〕第９図において、原子炉熱出力演算器５３ではプラント
各種状態量信号５２（例えば、給水ポンプ５１の給水流
量、給水温度１ｗ、子炉圧力等）を取込み、これに熱平
衡等の演算をおこなって、原子炉熱出力を算出する。こ
の原子炉熱出力演算器５３では、単に演算するだけでな
く、必要に応じて、その演算結果を時間的平均化し、制
御に適した原子炉熱出力信号５４として出力する。原子
炉熱出力信号５４は、原子炉熱出力設定値５５と比較さ
れその偏差信号が、出力変更要求信号１８Ｄとなる。出
力変更要求信号１８Ｄは（１）の方法と同様に第４図の
例と同様に処理され、再循環ポンプ速度要求信号として
再循環流量制御系５に入力され、再循環ポンプ速度を調
節して、炉心流量を変化させ、原子炉出力を制御する。

本方法の場合も（１）の方法で示し友と同様に、保護機
能を追加して、外乱発生時にプラントを保護できる。

本方法において、以上の実施例では原子炉出力自動設定
装置内に、原子炉熱出力演算器を備えているが、他の演
算装置で計算し几結果の原子炉熱出力値を制御パ之メー
タとして取込み使用しても全く同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、原子力発電プラントにおいて、原子炉
（電気）出力を一定とする制御から切換えて、原子炉熱
出力を一定とする制御ができ、原子炉能力を十分に活用
した運転が可能となシ、原子゛　　力発電プラントの発
電効率を最大限に高められる効果がある。

【図面の簡単な説明】

ｇ１図は沸騰水用原子力発電プラントの電気出力を一定
とする通常の制御系のブロック図、第２因は本発明の熱
出力を−・定とする第１方法を沸騰水型原子力発電プラ
ントに適用し比例を示すブロック図、第３図は第２図の
発電機出力−原子炉熱出力換算器における換算係数の例
を示す図、第４図は本発明を適用した出力自動設定装置
の制御系を示す図、第５図は原子炉熱出力一定制御にお
ける制御動作の一例を示す閃、第６図は原子炉熱出力一
定制御運転時の発電機出力範囲を説明する図、第７図は
本発明の第１方法の変形例を示す図、第８図は本発明の
第２方法を沸騰水型原子力発電プラントに適用し７′２
．例を示す図、第９図は本発明の８ｇ３方法を沸騰水型
原子力発電プラントに適用し比例を示す図でおる。１・・・原子炉、２・・・再循環ポンプ、３・・・制御
棒、４・・・再循環ポンプ駆動モータ、５・・・再循環
流量制御系、６・・・タービン加減弁、７・・・タービ
ン、８・・・タービン発電機、８Ａ・・・発電機出力信
号、９・・・負荷設定回路、１０・・・低値優先回路、
１１・・・タービン入口圧力信号、１２・・・圧力設定
信号、１３・・・全蒸気流量信号、１４・・・タービン
速度信号、１５・・・タービン速度設定信号、１６・・
・タービン速度偏差信号、１７・・・負荷設定信号、１
８・・・出力変更要求信号、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ，
１８Ｄ・・・熱出力一定制御時出力変更要求信号、１９
・・・タービン制御装置、１９人・・・熱出力一定制御
時タービン制御装置、２０・・・発電機出力−原子炉熱
出力換算器、２１・・・海水温度信号、２２・・・熱出
力信号、２３・・・熱出力設定信号、２４・・・熱出力
制御演算ユニット、２５・・・パルス変換回路、２６・
・・増パルス信号、２７・・・減パルス信号、２８・・
・アナログメモリ、２９・・・再ｔｊ＆環ボ／プ速度要
求信号、３０・・・信号変換器、３１・・・発電機出力
設定バタ・−７発生器、３２・・・発電機出力設定信号
、４１・・・ＬＰＲＭ信号、４２・・・中性子計装系、
４３・・・ＡＰＲＭ信号、４４・・・原子炉熱出力換算
器、４５・・・原子炉熱出力相当信号、４６・・・原子
炉熱出力設定値、５１・・・給水ポンプ、５２・・・プ
ラント各種状態量信号、５３・・・原子炉熱出力演算器
、５４・・・原子炉熱出力信号、５５・・・原子炉熱出
力設定値。

Claims

【特許請求の範囲】１、原子炉または原子炉および別設の蒸気発生器と、前
記原子炉または別設の蒸気発生器で発生させた蒸気の熱
エネルギーを電気エネルギーに変換するタービンおよび
発電機とを備えた原子力発電プラントの原子炉出力自動
設定装置において、プランとの起動および停止等の過渡
変化時を除く定格運転状態にあるときに、そのプラント
状態量から原子炉熱出力を算出しそれが一定となるよう
に原子炉出力を制御することを特徴とする原子炉出力自
動設定装置。２、特許請求の範囲第１項において、発電機の電気出力
を復水器循環水である海水温度または復水器真空度等に
依存する効率で補正し、その結果に基づき前記原子炉熱
出力を算出することを特徴とする原子炉出力自動設定装
置。３、特許請求の範囲第１項において、原子炉の中性子計
装系でのＡＰＲＭ信号を検出器の経年変化等を考慮した
換算係数で補正し、その結果に基づき前記原子炉熱出力
を算出することを特徴とする原子炉出力自動設定装置。４、特許請求の範囲第１項において、必要なプラント各
種状態量から熱平衡に基づく演算をおこない、原子炉熱
出力を得ることを特徴とする原子炉出力自動設定装置。５、上記特許請求の範囲のいずれか一項において、原子
炉熱出力一定制御状態において、あるプラント状態量が
所定範囲外になつたとき、原子炉熱出力一定制御状態か
ら原子炉出力一定制御状態に切換えるインターロックを
含むことを特徴とする原子炉出力自動設定装置。