JPS61295401A

JPS61295401A - 給水ポンプの制御装置

Info

Publication number: JPS61295401A
Application number: JP60134128A
Authority: JP
Inventors: 洋一小瀬; 幸治大賀
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-06-21
Filing date: 1985-06-21
Publication date: 1986-12-26

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〕本発明は原子炉へ給水を行なうポンプの制御系に係り、
特に給水ポンプの切替時に原子炉水位の変動を小さくし
、切替え全安全に、しかも所用時間を短縮して実施可能
な給水ポンプ制御装置に関する。

〔発明の背景〕

原子炉への給水ポンプの制御装置として、特に複数の給
水ポンプの運転を切替える場合に原子炉水位の変動を少
なくすることを主要な課題としたものには、例えば特開
５８−２１７１０３がちるつこの例では、原子炉水位の
水位設定値からの偏差が設定範囲を外れた場合に、切替
えのために起動／停止する給水ポンプの切替制御信号の
率化率を補正し、偏差を少なくするような構成となって
いる。

この制御方法では、給水ポンプの切替制御信号の変化率
の絶対値を減少させるような補正が多くなり、切替えの
所要時間が長くなる恐れがある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、複数台ある給水ポンプの運転切替え全
行なう場合に、原子炉水位の変動を少なくし、切替所要
時間の大福な短縮が可能な給水ポンプの制御装置を提供
することにある。

〔発明の概要〕

原子炉水位の変動の原因としては、主蒸気流量と給水流
量のミスマツチに加え、沸騰水型原子炉では、原子炉圧
力ないし出力変動による炉内ボイドの変動が考えられる
。従って給水ポンプの切替中は、変動または停止しよう
としている給水ポンプの流量増加分と減少分のミスマツ
チがなくなるよう各ポンプを制御するだけでは、十分に
水位変動を抑えることができない恐れがある。そこで、
本発明では原子炉水位を、短時間で正常範囲内へ復帰さ
せるために、切替えを一旦停止し、稼動中の給水ポンプ
全てを、従来からある主水位制御器１台でフィードバッ
ク水位制御することを基本的な考え方としている。この
ためには、切替えを停止または再開するタイミングを知
るために、水位制御の異常を検出すること及び、制御器
全切替える時、制御信号の連続性を保つことが必要であ
る。

水位制御の異常は、水位偏差、水位変化率及び、給水流
量と主蒸気流量のミスマツチの大きさから検出する。制
御信号の連続性を保った切替え（以後、バンプレス切替
えという）は、制御信号の差の分を、バイアスとして加
算する回路を持たせることによって実現する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例の基本構成を第１図により説明す
る。この図は、本発明を沸騰水型原子力発電所（以下、
ＢＷＲプラントと略す）に適用した例を示すブロック図
である。原子炉圧力容器１内の炉心２で発生した熱によ
り炉心２内の冷却水の一部が蒸気となる。その蒸気は、
主蒸気配管３全通って発電用タービン４へ導かれる。タ
ービン４から排気された蒸気は、復水器５で凝縮した後
、給水ポンプ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄにより、給水配管
９を介して再び原子炉圧力容器１に給水される。

本実施例の給水ポンプの制御装置１３は、水位制御装［
２０，ポンプ切替制御装置３０、プラント状態監視部４
０、制御信号切替部５０及びスイッチ６０ａ、６０ｂ、
６０ｃ、６０ｄから構成され、原子炉水位を一定に制御
する。水位制御装置２０は、原子炉水位検出器１ｏがら
の原子炉水位信号１１０、主蒸気流量検出器１１からの
主蒸気流量信号１１１及び給水流量検出器１２からの給
水流量信号１１２を入力し、給水要求信号１２０を出力
する。この信号１２０により、タービン駆動給水ポンプ
６ａ及び６ｂ（以下、ＴＤＲ，ＦＰ　−Ａ及びＴＤＲＦ
Ｐ−Ｂと略す）Ｋあっては、駆動用タービン７ａ及び７
ｂへ導かれる蒸気流量を調整する蒸気加減弁８ａ及び８
ｂの開度が制御される。

一方、モータ駆動給水ポンプ６Ｃ及び６ｄ（以下、ＭＤ
ＲＦＰ−Ａ及びＭｆ）ＲＦＰ−Ｂと略す）にあっては、
給水調整弁８’ｃ及び８ｄの開度が制御される。

給水ポンプの役割分担は、原子炉出力２０％までは、Ｍ
ＤＲＦＰ−Ａが用いられ、２０％出力から４０１出力ま
ではＴＤＲＦＰ−Ａが用いられ、４゜チ出力以上ではＴ
ＤＲＦＰ−Ａ及びＴＤＲＦＰ−Ｂが用いられる。従って
給水ポンプの切替操作は、原子炉出力上昇時または出力
下降時に、原子炉出力２０俤及び４０チに達した時点で
行なわれる。例えば、原子炉出力２０チでＭＤＲＦＰ−
ＡからＴＤＲＦＰ−Ａに切替える場合には、ＴＤＲＦＰ
−Ａを起動した後、ＴＤＲＦＰ−Ａをポンプ切替制御信
号１５０で制御し、一方ＭＤＲ，ＦＰ−Ａを給水要求信
号１２０で制御する。ポンプ切替制御信号１５０を徐々
に増加すると、フィードバックにより給水要求信号１２
０は徐々に減少する。２つの信号が等しくなった時点で
、信号を切替え、ＭＤＲＦＰ−人をポンプ切替制御信号
１５０で制御し、ＴＤＲＦＰ−Ａを給水要求信号１２０
で制御する。今度は、ポンプ切替制御信号１５０を徐々
に減少してゆくと、給水−要求信号１２０は徐々に増加
し、信号１５０が零となった後、ＭＤＲＦＰ−Ａをトリ
ップすると、ポンプの切替えが完了する。

ポンプ切替制御装置３０は、一定の増減率のポンプ切替
制御信号１３０を出力するとともに、あらかじめ記憶さ
せた上記のポンプ切替えの通常時の操作手順に従って、
スイッチ６０ａ、６０ｂ。

６０ｃ、６０ｄを切替え、給水要求信号１２０またはポ
ンプ切替制御信号１５０を選択するか、あるいはポンプ
を起動、トリップする。プラント状態監視部４０は、原
子炉水位信号１１０．主蒸気流量信号１１１及び給水流
量信号１１２を取シ込み、水位制御の異常検出信号１４
０を出力する。

この信号１４０に応じて、制御信号切替部５０は、給水
要求信号１２０にバイアスを加算した信号と、ポンプ切
替制御信号１３０とをパンプレスモ切替え、ポンプ切替
制御信号１５０ｉ出力する。ポンプ切替制御装置３０も
、異常検出信号１４０によって、リセットされる。

本発明の給水ポンプの制御装置１３の第１の実施例の詳
細ブロック線図ｆｊｒ：第２図に示す。水位制御装置２
０内の単要素／三要素切替器２２により、原子炉出力３
０チまでは単要素が選択され、原子炉水位信号１１０の
みが、水位設定器２３の水位設定値と比較される。一方
、原子炉出力３０％以上では三要素が選択され、原子炉
水位信号１１０に主蒸気流量１１１と給水流量１１２の
ミスマツチを比例演算器２１で水位だ換算した補正値を
加えた信号１２６と、水位設定値との偏差１２７が算出
される。主水位制御器２４は、この偏差１２７を取り込
み、給水要求信号１２０を出力する。

プラント状態監視部４ｏでは、原子炉水位信号１１０と
水位設定器４１の水位設定値との偏差信号１４９を関数
発生器４２を通すことにより、水位制御の異常検出信号
１４０を出力する。異常検出信号１４０は、水位偏差信
号１４９が一定値以下の時０１一定値以上の時１となる
。

ポンプ切替制御装置３０内のスイッチ制御器３６は予め
記憶した操作手順によりスイッチ制御信号１３６及び１
３９を出力し、スイッチ３４及びｆｉｏａ、６０ｂ、６
０ｃ、６０ｄを制御する。

切替速度設定器３１．３２及び３３には、それぞれ、正
、零、負の設定値が設定されており、スイッチ３４によ
シ選択された値１３４は、積分器３５で積分され、ラン
プ状の信号１３０となる。

スイッチ３４は、異常検出信号１４０が０の時はスイッ
チ制御信号１３６により制御されるが、信号１４０が１
の場合、強制的に切替速度設定器３２の設定値が選択さ
れる。

制（財）信号切替部５０は、異常検出信号１４０の立ち
上りを検出し、検出時に１を出力する回路５１と信号保
持回路５２，５３．及び２つの加算器から構成される。

信号１５１は、異常発生信号１４０がＯから１に変った
瞬間のみ１となる。信号保持回路５２及び５３は、それ
ぞれ信号１５１゜１４０が１の時リセットされる。すな
わち、信号保持回路５２には、異常検出信号１４０が１
になった瞬間の給水要求信号１２０が記憶される。この
記憶した値１５２と給水要求信号１２０との差１５９は
、異常検出信号１４０が１である間、信号保持回路５３
に新たに記憶されるから、信号１４０が１の時は、信号
１５９がそのまま信号１５３として出力される。信号１
４０が０の時は、０になった瞬間に記憶した逍が出力さ
れる。この信号１５３とポンプ切替側（財）信号１３０
の和が新たにポンプ切替制御信号１５０となって出力さ
れる。

第３図は、第１の実施例の給水ポンプの制御装置の動作
を示す。ここでは、原子炉出力２０％におけるＭＤＲ，
ＦＰ−Ａ運転からＴＤＲＦＰ−Ａ運転への切替時を取シ
上ばて動作を説明する。時間【。

で給水ポンプの切替えが開始されると、ＴＤＲＦＰ−Ａ
はスイッチ６０ａｉ介して給水ポンプ制御信号１５０に
より、一方ＭＤＲＦＰ−Ａはスイッチ６０ｃを介して給
水要求信号１２０により制御される。他の２台のポンプ
は停止している。またスイッチ３４では、切替速度設定
器３１の正の設定値１３４が選択され、給水ポンプ切替
制御信号１３０は増加する。

プラントに外乱が入シ、原子炉水位１１０が異常に上昇
し、時間ｔ、に水位高が検出されると、異常検出信号１
４０はＯからＩＫ変化する。この瞬間のみ信号１５１は
１となるとともに、この瞬間に保持した給水要求信号１
２０と以後の給水要求信号１２０との偏差１５９は、異
常検出信号１４０が１である時間ｔ、までの間そのまま
信号１５３となる。この間、切替速度の設定値１３４は
零となり、また、ＴＤＲＦＰ−Ａは給水要求信号１２０
によるフィードバック制御が実施され、給水ポンプ制御
信号１５０は減少し、原子炉水位１１０が正常に戻る。

以後、給水要求信号１２０と給水ポンプ制御信号１５０
が等しくなるまで、給水ポンプ制御信号を増加し、等し
くなった時間ｔ３以後は、ＴＤＦｔＦＰ−Ａは給水要求
信号１２０により、ま７’ｊＭＤＩ（、ＦＰ−人は給水
ポンプ制御信号１５０により制御される。

この場合において、プラントに外乱が入り、原子炉水位
１１０が異常に降下した時にも、先の異常上昇の時と同
様に水位が制御される。

第４図に第１の実施例の効果を示す。従来からのポンプ
切替速度一定の給水ポンプ切替制御装置にあっては、外
乱が入った場合の水位変動によってタービントリップあ
るいは原子炉スクラムが発生することがないよう従来人
に示すように、低速で切替えを実施する必要があった。

すなわち従来Ｂに示すように、高速の切替えを実施した
場合、もし外乱が入ると原子炉スクラム等の恐れがあっ
た。

これに対し、本発明では、高速の切替えを実施した場合
でも、外乱が入って水位が変動すればＭＤＲＦＰ−Ａ及
びＴＤＲＦＰ−Ａの両ポンプをフィードバック制御する
ことによって、水位変動を少なくシ、タービントリップ
あるいは原子炉スクラムを回避している。このように、
従来にくらべ、短時間で給水ポンプの切替えを実施する
ことができる。また、給水ポンプ切替時に異常が発生し
た場合にも、スクラム等の発生を回避できる。これはプ
ラントの稼動率向上につながる。

本発明の給水ポンプの制御装置の第２の実施例の詳細ブ
ロック線図を第５図に示す。水位制御装［２０及びスイ
ッチ６０ａ、６０ｂ、６０ｃ。

６０ｄについては第１の実施例と同じである。

プラント状態監視部４０では、原子炉水位信号１１０を
取り込み、ローパスフィルタ４３で雑音を除去した後、
微分器４４によシ変化率を求め、比例演算器４５によっ
て、一定時間後の変化量１４５を演算する。加算器４８
では、水位設定器４１の水位設定値と一定時間後の水位
偏差１４８を演算する。関数発生器４６は、この水位偏
差１４８が一定値以下の時Ｏ１一定値以上の時１となる
異常検出信号１４０を出力する。

ポンプ切替制御装置３０ば、第１の実施例の場合と同様
に一定変化率のランプ状の信号１３０を出力するが、異
常検出信号１４０を一定時間遅延した信号１３７によっ
て、この信号１３０を零にリセット及びスイッチ３８に
よる切離しができる。

制御信号切替部５０は、第１の実施例とほぼ同様の構成
であるが、違いは、信号保持回路５２の入力信号が、給
水要求信号１２０とポンプ制御信号１５０の差１５８と
いうことである。

第２の実施例における動作及び効果は、第１の実施例の
場合とほぼ同様であるが、スイッチ３８により、ポンプ
切替制御装置３０を切離すことから、この装置３０の故
障による水位制御の異常にも対応できる。

次に、第３の実施例の給水ポンプの制御装置１３につい
て、プラント状態監視部４ｏを取り出し、詳細ブロック
線図を第６図に示す。このプラント状態監視部４０は、
水位制御装置２０と同様の構成とし、原子炉出力信号２
００が、定格の３０％以下では原子炉水位信号１１０の
みを用い、３０チ以上では、原子炉水位信号１１０の他
、主蒸気流量信号１１１及び給水流量信号１１２を用い
て、水位設定器７３の設定値からの偏差１７７を求める
。関数発生器７４は、偏差１７７が一定値以上の時０、
−足置以上の時１となる異常検出信号１４０を出力する
。

最後に、第４の実施例の給水ポンプの制御装置１３につ
いて、プラント状態監視部４０を取り出し、詳細ブロッ
ク線図を第７図に示す。このプラント成製監視部４０は
、第３の実施例のプラント状態監視部とほぼ同様な構成
であるが、原子炉出力に応じた単要素／三要素の切替え
を不要とし、原子炉出力に無関係に、水位制御の異常が
高感度で検出できる。

〔発明の効果〕

従来技術では、給水ポンプ切替中の水位変動を少なくす
るために、切替速度を下げるか、あるいは、２台のポン
プを別々のフィードバック制御装置ｔ用いて制御する必
要があった。これに対し、本発明の給水ポンプの制御装
置は、原子炉水位の制御が異常となシ、水位変動が大き
くなった場合には、２台の給水ポンプを１台のフィード
バンク制御装置によって制御する。このため、外乱が入
った場合の水位制御能力が強化されることから、給水ポ
ンプ切替えに伴う定常的な原子炉水位偏差が大きくても
、水位高タービントリップ、原子炉スクラム等が回避で
きる。このことから、切替速度を大きくとることが可能
となり、従来よシも切替所要時間を短縮することが可能
でおる。従って、このような給水ポンプの制御装置を使
用することによる安全性及び経済性の改善の効果は大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の基本構成を示すブロック図、
第２図は本発明の第１の実施例の詳細ブロック図、第３
図はその動作を説明する線図、第４図はその効果を示す
線図、第５図は第２の実施例の詳細ブロック図、第６図
は第３の実施例の詳細ブロック図、第７図は第４の詳細
ブロック図である。１・・・原子炉圧力容器、２川炉心、３・・・主蒸気配
管、４・・・発電用タービン、５・・・復水器、５ａ、
５ｂ・・・タービン駆動給水ポンプ（ＴＤＦＬＦＰ）、
６Ｃ１６ｄ・・・モータ、駆動給水ポンプ（ＭＤＲＦＰ
＞、７ａ。７ｂ・・・駆動用タービン、８ａ、８ｂ・・・蒸気加減
弁、８ｃ、８ｄ・・・給水調整弁、９・・・給水配管、
１０・・・原子炉木立検出器、１１０・・・原子炉水位
信号、１１・・・主蒸気流量検出器、１１１・・・主蒸
気流量信号、１２・・・給水流量検出器、１１２・・・
給水流量信号、１３・・・給水ポンプの制御装置、２０
・・・水位制御装置、２１・・・係数器、２２・・・ス
イッチ、２３・・・水位設定器、２４・・・主水位制御
器、２５，２６゜２７・・・加算器、１２０・・・給水
要求信号、３０・・・給水ポンプ切替制御装置、３１，
３２．３３・・・切替速度設定器、３４・・・スイッチ
、３５・・・積分器、３６・・・スイッチ制＠ｌ器、３
７・・・遅延器、３８・・・スイッチ、１３０・・・ポ
ンプ切替制御信号、１３６゜１３９・・・スイッチ制御
信号、４ｏ・・・プラント状態監視部、４１・・・水位
設定器、４２・・・関数発生器、４３・・・ローパスフ
ィルタ、４４・・・微分Ｌ　４　ｓ・・・係数器、４６
・・・関数発生器、４８．４９・・・加算器、１４０・
・・異常検出信号、５０・・・制御信号切替部、５１・
・・信号立ち上り検出器、５２．５３・・・信号保持回
路、５７，５８．５９・・・加算器、１５０・・・ポン
プ制御信号、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ・・・ス
イッチ、７１・・・係数器、７２・・・スイッチ、７３
・・・水位設定器、７４・・・関数発生器、７５，７６
゜代理人　弁理士　小川勝馬　−一高１図も２図Ｌ□　　　　　　　　Ｌ＋　　　　　Ｌ２來５図帛６図

Claims

【特許請求の範囲】１、原子炉への給水ポンプを複数台有し、水位を一定値
に保つために該給水ポンプの流量を制御する水位制御装
置と、給水ポンプの切替時に給水ポンプの制御信号の変
化率を制御する給水ポンプ切替制御装置を有する原子力
発電プラントにおいて、原子炉水位、主蒸気流量、もし
くは給水流量に関する測定値を用いて水位制御の異常を
検出するプラント状態監視部と、上記水位制御装置から
の給水要求信号及び上記給水ポンプ切替制御装置からの
給水ポンプ制御信号とを連続性を保つて切替える制御信
号切替部を持ち、該制御信号切替部を用いて、該プラン
ト状態監視部からの異常検出信号発生時には、給水ポン
プに制御信号を出力する装置を給水ポンプ切替制御装置
から水位制御装置に切替え、一方上記異常検出信号消滅
時には逆に水位制御装置から給水ポンプ切替制御装置に
切替えることを特徴とする給水ポンプの制御装置。２、前記制御信号切替部において、給水ポンプに制御信
号を出力する装置を給水ポンプ切替制御装置から水位制
御装置に切替える場合には、前記異常検出信号が発生し
た時点における両制御装置からの制御信号の差を算出し
、水位制御装置の制御信号に該差を加算することにより
、一方給水ポンプに制御信号を出力する装置を水位制御
装置から給水ポンプ切替制御装置に切替える場合には、
前記異常検出信号が消滅した時点における両制御装置か
らの制御信号の差を算出し、給水ポンプ切替制御装置の
制御信号に該差を加算することにより、制御信号の連続
性を保持したままで切替えを実施することを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の給水ポンプの制御装置。