JPS6134115B2 - - Google Patents

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力発電所（以後単に
BWR型原子力プラントと記す）において電力系
統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遮断に対して不測の原子
炉停止を避けることができる沸騰水型原子力プラ
ントの出力制御方法とその装置に関するものであ
る。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来の沸騰水型原子力プラントでは電力系統の
周波数上昇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当以上になるとタービン
加減弁を絞るとともにタービンバイパス弁を開放
していた。この場合タービン加減弁の絞り込み量
がタービンバイパス弁の設備容量以上になると第
６図に示すようなプラントの挙動を経て原子炉停
止に到ることがあつた。第６図は前記現象を模式
的に示したものであり点線は物理現象の流れを示
し実線は電気的信号の流れを示している。電力系
統に前記説明の如き周波数上昇が起きると、ター
ビン加減弁は急閉し蒸気タービンへ流入する蒸気
流量は減少しこの減少分はタービンバイパス弁開
による蒸気バイパス流量を上回るため両者の間に
ミスマツチが生じ主蒸気流量は減少する。一方原
子炉出力は一定であるため原子炉の発生蒸気も一
定であり従つて原子炉の発生蒸気と主蒸気流量即
ち原子炉からの流出蒸気との間にミスマツチ（蒸
気発生量が流出蒸気量より大となる）が生じ原子
炉圧力は上昇を始める。原子炉圧力が上昇すれば
沸騰水型原子炉に特有の正の圧力反応度特性によ
り原子炉内中性子束が増加し、この中性子束が増
加すれば原子炉出力はそれに比例して増加し更に
原子炉圧力が上昇するという過程により原子炉圧
力又は中性子束はそれぞれ安全上決められた限界
値を越え原子炉は前記原子炉圧力高又は中性子束
高のいずれかの信号で自動的に急速停止してい
た。

こ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
込み量即ち部分負荷遮断量を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＝
100×Ｆ／Ａ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、一般に圧力優先制御を行つており、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を与えられている。即ちこ
のタービン制御装置は第７図に示す如き回路構成
となつておりタービン速度信号１０Ａは速度調整
器２０１へ入力され速度設定器２０２の設定値と
比較器２０１Ａにて比較しその偏差を増幅器２０
１Ｂにて増幅し速度誤差信号２０１Ｃとして基準
値回路２０５へ接続されている。基準値回路２０
５へは負荷設定器２０３の負荷設定信号２０３Ａ
および負荷設定バイアス２０４とが接続されてい
る。基準値回路２０５の出力はタービン負荷要求
信号２０５Ａとして低値優先回路２０６の入力端
に接続されている。低優先回路２０６の出力はタ
ービン加減弁流量信号１６Ａとしてタービン加減
弁操作部１１Ａへ接続されると共にバイパス弁制
御回路２０９へ入力されている。

タービン入口圧力信号９Ａは圧力調整器２０７
へ入力され圧力設定器２０８の設定値と比較器２
０７Ａにて比較しその偏差は増幅器２０７Ｂにて
増幅され圧力調整器信号２０７Ｃとして前記低値
優先回路２０６の他の入力端及び前記バイパス弁
制御回路２０９の他の入力端へ接続されている。
前記低値優先回路２０６は前記タービン負荷要求
信号２０５Ａおよび圧力調整器信号２０７Ｃ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
205Aは負荷設定バイアス分だけバイアスしてい
るからタービン圧力制御系からの信号２０７Ｃを
優先させることになる。バイパス弁制御回路２０
９は前記タービン加減弁流量信号１６Ａと圧力調
整器信号２０７Ｃとを比較器２０９Ａにて比較し
その偏差を増幅器２０９Ｂにて増幅しバイパス弁
流量信号１６Ｂとしてタービンバイパス弁操作部
１２Ａに出力しバイパス弁の調整を行つている。
前記説明の如く低値優先回路２０６の入力にはタ
ービン負荷要求信号２０５Ａと圧力調整器信号２
０７Ｃとが入力されており、タービン負荷要求信
号２０５Ａは通常運転中は、負荷設定バイアス２
０４分だけ偏倚した状態となつている。この負荷
バイアス２０４は一般に10％定格負荷相当分であ
る。従つて10％定格負荷以内の部分負荷遮断に対
してはタービン加減弁は応動せず一般にＰ％の部
分負荷遮断に対してはタービン加減弁操作部１１
Ａへの実効絞り要求は（Ｐ−10）％定格負荷とな
る。更にタービンバイパス弁の容量をＢ％定格蒸
気流量とすると、（Ｂ＋10）％定格負荷相当迄の
部分負荷遮断に対しては、タービン加減弁の絞り
込みによる蒸気流量減少があつても原子炉側へ原
子炉圧力上昇等の波及的効果が与えないと言え
る。しかし（Ｂ＋10）％定格負荷相当以上の大幅
な部分負荷遮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、前記説明の如く原子炉は停止するこ
ととなる。

〔発明の目的〕

本発明は以上の事情に鑑みなされたもので、そ
の目的とする所は、BWR型原子力プラントにお
いて原子炉を急速停止に到らしめる部分負荷遮断
の限度量を拡大する出力牲御方法とその装置を提
供することにある。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例につき図面を参照して説明す
る。第１図は本発明のBWR型原子力プラントの
出力制御装置の概略構成図で、原子炉１で発生し
た蒸気は蒸気配管１０１、タービン加減弁１１を
経て蒸気タービン１３へ導かれる。また、前記蒸
気は蒸気配管１０２、タービンバイパス弁１２を
介して直接復水器１７へ導かれる。蒸気タービン
１３はこの蒸気エネルギを受け、軸直結されたタ
ービン発電機１４を駆動する。この発電機１４の
出力は変圧器１８で昇圧され遮断器１５を介して
外部の電力系統へ送電される。前記タービン１３
より排気された蒸気は復水器１７で凝縮され給水
配管１０３、給水ポンプ１８を介して原子炉１へ
給水される。原子炉１内には、炉心２と、この炉
心２内に分散して設けられた複数本の制御棒３が
配設されている。原子炉１の出力即ち蒸気発生量
は制御棒３の挿入位置及び炉心内を流れる冷却材
の炉心流量によつて制御されている。前記制御棒
３の挿入位置は制御棒操作部６の指令により制御
されている。また前記炉心流量は再循環流量操作
部５Ａ，５Ｂの出力によつて夫々駆動される再循
環ポンプ４Ａ，４Ｂによつて制御されている。給
水配管１０３からの原子炉給水量は、給水量操作
部１９の指令を受けて給水ポンプ１８によつて制
御されている。

前記蒸気配管１０１，１０２に設けられたター
ビン加減弁１１及びタービンバイパス弁１２は、
タービン加減弁操作部１１Ａ及びタービンバイパ
ス弁操作部１２Ａにより夫々操作されている。前
記タービン加減弁操作部１１Ａ及びタービンバイ
パス弁操作部１２Ａは、前記蒸気配管１０１に設
けられたタービン入口圧力検出器９からの圧力信
号９Ａと、タービン１３に設けられたタービン速
度検出器１０からの速度信号１０Ａとを受けて動
作する従来技術と同様のタービン制御装置１６の
出力信号１６Ａ及び１６Ｂによつて制御されてい
る。前記原子炉１には炉心流量検出器７及び原子
炉水位検出器８が夫々設けられている。又、前記
主蒸気配管１０１の原子炉１とタービン加減弁１
１との間には、主蒸気流量検出器８Ｂが設けられ
ている。更に前記給水ポンプ１８と原子炉１との
間には、給水流量検出器８Ａが設けられている。
前記炉心流量検出器７、原子炉水位検出器８、主
蒸気流検出器８Ｂ、給水流量検出器８Ａの各々の
出力端は、計測装置２０の入力端へ接続される。
前記計測装置２０の出力端は、給水流量操作部１
９と、制御装置２１の夫々の入力端と接続され
る。この制御装置２１は、前記計測装置２０から
の炉心流量信号２８、タービン速度検出器１０か
らの速度信号１０Ａ、発電機１４の遮断器１５の
開閉を検出する開閉検出器１５Ａからの遮断器閉
信号１５Ｂ、図示しない原子炉出力検出装置から
の原子炉出力信号２９、再循環流量操作部５Ａ，
５Ｂからの再循環ポンプトリツプ信号４０Ａ，４
０Ｂとを入力信号として受け、制御棒操作部６及
び再循環流量操作部５Ａ，５Ｂに第１の制御信号
である出力信号３４Ａを、また給水流量操作部１
９に第２の制御信号である出力信号３５Ａを与え
る。

前記制御棒操作部６及び再循環流量操作部５
Ａ，５Ｂは前記第１の制御信号である出力信号３
４Ａを受け夫々予め選択された制御棒３の全挿入
及び原子炉炉心流量を急減させるため再循環ポン
プ４Ａ，４Ｂのトリツプを行う。また給水流量操
作部１９は前記出力信号３５Ａを受け原子炉水位
設定点を限時で降下させ、給水流量を一定時間強
制的に減少させる。

制御装置２１は第２図の構成図で示すように周
波数検知器３０、炉心流量検知器３１、原子炉出
力検知器３２と、第１のアンドゲート３３、第２
のアンドゲート３５及びタイムデレー回路３４で
構成されている。第１のアンドゲート３３は入力
信号として前記遮断器閉信号１５Ｂ及び周波数検
知器３０、炉心流量検知器３１、原子炉出力検知
器３２の各々の出力信号３０Ａ，３１Ａ，３２Ａ
を受けて動作し第１の制御信号である出力信号３
３Ａを出す。この出力信号３３Ａはタイムデレー
回路３４を介して出力信号３４Ａとなり、制御棒
操作部６及び再循環流量操作部５Ａ，５Ｂに接続
されと共に第２のアンドゲート３５の入力端子に
も接続されている。この第２のアンドゲート３５
の他の入力端子には再循環ポンプ停止信号４０
Ａ，４０Ｂが接続されている。第２のアンドゲー
ト３５の出力信号３５Ａである第２の制御信号は
給水流量操作部１９へ接続されている。なお前記
周波数検出器３０にはタービン速度信号１０Ａ
が、炉心流量検知器３１には炉心流量信号２８、
原子炉出力検知器３２には原子炉出力信号２９が
入力信として入力されている。周波数検知器３０
はタービン速度の上昇値が予め定められた量を越
えたことを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パ
ス弁容量分と負荷設定バイアス分の和以上に相当
する部分負荷遮断に対して動作し論理信号“１”
を出力する。炉心流量検知器３１、原子炉出力検
知器３２はプラント出力が無負荷あるいは極めて
低出力レベルの状態ではなく本発明に係る機能を
必要とする出力レベルにあることを検知するもの
であり、各々の状態量が所定の設定値以上で動作
し論理信号“１”を出力する。第１のアンドゲー
ト３３及び第２のアンドゲート３５は全ての入力
が“１”の場合に論理信号“１”を出力する。タ
イムデレー回路３４は入力“１”が所定の時間以
上継続すると論理信号“１”を出力する。（以下
説明では該制御要素が論理信号“１”を出すこと
をONとすると記す。） なお前記一実施例において原子炉炉心流量の急
減は再循環ポンプ４Ａ，４Ｂをトリツプして行つ
ているが、これを再循環流量操作部５Ａ，５Ｂ内
部の再循環ポンプ速度を制御している図示しない
速度制御器の速度設定点を強制的に低下させて再
循環ポンプ４Ａ，４Ｂの速度を降下させることに
より実施してもよく、又原子炉への給水流量の急
減は前記一実施例では給水流量操作部１９より原
子炉水位設定点を限時で降下させ給水流量を一定
時間強制的に減少させて行うとしているが、これ
を原子炉給水ポンプ１８２台ののうち指定の１台
について停止信号を発して原子炉給水ポンプ１８
１台をトリツプしても同様の効果が得られるのは
勿論である。

次に本発明の出力制御装置の作用について説明
する。BWR型原子力プラントが通常運転中、電
力系統に所定の値以上の周波数上昇が起つた場
合、タービン制御装置１６はタービン速度検出器
１０で検出したタービン速度信号１０Ａによりこ
の周波数上昇を検知し、タービン加減弁流操作部
１１Ａを介してタービン加減弁１１を絞り込むと
同時にタービンバンパス弁操作部１２Ａを介して
タービンバイパス弁１２を全開にする。タービン
加減弁１１の絞り込みによりタービン１３への蒸
気流量は減少するがその減少分はタービンバイパ
ス弁１２の全開によるバイパス流量を上回るため
主蒸気流量は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りミスマツチとなる。従つて
原子炉圧力は上昇しようとする。

一方制御装置２１は、第１のアンドゲート３３
の入力のうち炉心流量検知器３１、炉出力検知器
３２はすでにプラントが通常運転時にあることよ
りONしているので、前記タービン速度検出器１
０で検出したタービン速度信号１０Ａを受けて周
波数検知器３０がONにすることにより、第１の
アンドゲート３３はONしタイムデレー回路３４
を介して出力信号３４Ａを制御棒操作部６及び再
循環流量操作部５Ａ，５Ｂへ伝達し、予め決めら
れた制御棒３を炉心に全挿入すると共に再循環ポ
ンプ４Ａ，４Ｂをトリツプし炉心流量を急減させ
る。炉心流量が急減するとボイドが発生し炉心の
核的反応度は減少し中性子束が急減するのでそれ
に応じて原子炉出力は減少し一時的に発生した前
記原子炉出力と主蒸気流量のミスマツチは解消し
原子炉圧力の上昇は抑制される。また炉心流量の
急減により炉心にボイドが発生するため原子炉水
位は上昇を始めるが前記制御装置２１の第２のア
ンドゲート３５は前記第１のアンドゲート３３の
ON信号及び再循環ポンプ４Ａ，４Ｂの停止信号
４０Ａ，４０Ｂを受けてONし出力信号３５Ａを
給水流量操作部１９へ伝え給水ポンプ１８を制御
し原子炉への給水流量を急激に減少させるので原
子炉水位の上昇も抑制される。しかして制御装置
２１の作用により原子炉１の炉圧力、中性子束及
び原子炉水位の夫々の状態量の過渡変化はいずれ
も原子炉急速停止動作設定値以内に収まるためプ
ラントの運転を続行することが出来る。次に本発
明の効果について更に詳しく説明する。従来の
BWR型原子力プラントは第６図に示すようにプ
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遮断が
加わつた時には原子炉より流出する主蒸気流量の
減少をきたし一方原子炉出力は一定であるため原
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ボイドがつ
ぶれ中性子束が増加し原子炉出力が上昇し更に原
子炉圧力が上昇するという過程で原子炉は急速に
停止していた。第４図に前記部分負荷遮断が加わ
つた場合のプラント過渡現象の解析結果を示す。
横軸は時間軸、縦軸は原子炉の各状態量を示し、
実線は本発明の出力制御装置が作用した場合であ
り参考のために破線にて従来プラントの場合の原
子炉熱出力、中性子束及び原子炉圧力の過渡変化
状態を示す。また第５図は同様の解析結果で、横
軸は時間軸、縦軸は原子炉水位及び給水流量の変
化を示すもので実線は本発明の制御装置が作用し
た場合、破線は従来の場合である。さて従来の
BWR型原子力プラントに前記部分負荷遮断が加
わつた場合、第４図に破線で示す如く原子炉圧力
は急上昇し中性子束もそれにつれ上昇し約３秒後
に中性子束は中性子束“高”設定点（120％定
格）に達しておりこの時点で原子炉は急速停止す
る。また破線で示す原子炉圧力は約４秒後に原子
炉圧力“高”設定点に達していることがわかる。
これに対して実線は同様の部分負荷遮断に対して
本発明の出力制御装置が作用した場合を示してい
るが、炉心流量は５秒後に70％迄減少し中性子束
はそれにより減衰し原子炉圧力も一時的に上昇す
るが間もなく中性子束の減少による原子炉熱出力
の減少に追随してピークを示した後減少する。こ
の間原子炉中性子束及び原子炉圧力の最大値はい
ずれも原子炉急速停止設定値（中性子束“高”設
定点及び原子炉圧力“高”設定点）に対して余裕
を示しており原子炉は急速停止することはないこ
とがわかる。また第５図に示す如く従来の場合に
は破線で示す如く原子炉水位は原子炉圧力の上昇
により一時的に減少しているが間もなく炉心流量
が減少するため炉心にボイドが発生し原子炉水位
は上昇し約８秒後に原子炉水位“高”の設定値に
達する。このためタービンへの湿分流入を防止す
るための装置（図示せず）が作動しタービントリ
ツプに到り原子炉は急速停止となる。一方本発明
の出力制御装置によれば原子炉水位設定点を限時
的に降下させる機能が働くため実線で示す如く給
水流量が予知的に絞られ実線で示すように原子炉
水位が上昇を始める前に原子炉水位の降下要因が
入るため原子炉水位の上昇は抑制され約13秒後に
ピークを示すが原子炉水位“高”設定値に達する
ことはなくタービントリツプ及び原子炉急速停止
に到ることはない。

この評価を詳細に行つた結果によれば、現在標
準的に実施されている25％定格蒸気流量相当のタ
ービンバイパス弁を備えている原子力プラントに
おいてはプラント停止に到らない最大許容部分負
荷遮断量は、従来の35％から約50％迄拡大するこ
とが可能となることが判明した。

〔発明の効果〕

以上発明によれば従来の制御装置では原子炉急
速停止に到る様な大幅な部分負荷遮断がBWR型
原子力発電プラントに加わつた場合でも、これに
よつて引き起される原子炉の過渡変化は原子炉が
安全に運転を続行できる範囲におさまり、プラン
トの運転は続行できるので原子力発電プラントの
稼動率向上に寄与する効果が大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の出力制御装置の概略構成図、
第２図は本発明の制御装置の論理演算部を示す構
成図、第３図は本発明の出力制御装置採用の
BWR型原子力プラントに大幅部分負荷遮断が加
わつたとき発生する現象の模式図、第４図及び第
５図は大幅部分負荷遮断に対して本発明の出力制
御装置が作用した場合のプラント過渡現象の模擬
解析結果を示し一部に比較のため従来の場合の同
様な模擬解析結果を併記した特性曲線図、第６図
は従来のBWR型原子力プラントに部分負荷遮断
が加わつたときに発生する現象を説明する模式
図、第７図はBWR型原子力プラントのタービン
制御装置の機能ブロツク図である。 １……原子炉、３……制御棒、４Ａ，４Ｂ……
再循環ポンプ、５Ａ，５Ｂ……再循環流量操作
部、６……制御棒操作部、７……炉心流量検出
器、１０……タービン速度検出器、１５……遮断
器、１５Ａ……開閉検出器、１８……給水ポン
プ、１９……給水流量操作部、２１……制御装
置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉の制御棒操作部と、原子炉炉水の再循
   環ポンプを制御する再循環流量操作部と、前記原
   子炉の発生蒸気によつて駆動されるタービンの復
   水器から原子炉圧力容器に接続される給水配管の
   途中に設けられた給水ポンプを制御する給水流量
   操作部と、前記原子圧力容器に設けられた炉心流
   量検出器と、原子炉炉心中性子束を測定する原子
   炉出力検出器と、前記タービンに設けられたター
   ビン速度検出器と、タービンに接続された発電機
   の遮断器の開閉検出器と、前記炉心流量検出器、
   原子炉出力検出器、タービン速度検出器と発電機
   の遮断器の開閉検出器及び再循環流量操作部より
   の信号を受けて制御棒の操作及び再循環流量と給
   水流量を制御する信号を発する制御装置を備え、
   前記タービン速度検出器、炉心流量検出器及び原
   子炉出力検出器の各出力信号がそれぞれの設定基
   準値を超過したときに発せられる各検知信号と、
   前記発電機の遮断器の開閉検出器の閉信号との論
   理積による第１の制御信号が一定時間継続したと
   き前記制御棒操作部に指令して選択された前記制
   御棒を炉心に挿入するとともに、前記循環流量操
   作部に指令して前記再循環ポンプをトリツプして
   炉心流量を急減させ、次いでこの再循環ポンプの
   停止信号と、前記一定時間継続した後の第１の制
   御信号との論理積による第２の制御信号を用いて
   前記給水流量操作部に指令し、前記給水ポンプを
   制御して給水流量を一定時間減少させることを特
   徴とする沸騰水型原子力発電所の出力制御方法。 ２ 原子炉の制御棒操作部と、原子炉炉水の再循
   環ポンプを制御する再循環流量操作部と、前記原
   子炉の発生蒸気によつて駆動されるタービンの復
   水器から原子炉圧力容器に接続される給水配管の
   途中に設けられた給水ポンプを制御する給水流量
   操作部と、前記原子炉圧力容器に設けられた炉心
   流量検出器と、原子炉炉心中性子束を測定する原
   子炉出力検出器と、前記タービンに設けられたタ
   ービン速度検出器と、タービンに接続された発電
   機の遮断器の開閉検出器とを有する沸騰水型原子
   力発電所の出力制御装置において、前記タービン
   速度検出器、炉心流量検出器及び原子炉出力検出
   器の各出力信号を受けて夫々が設定基準値を超過
   したときに各検知信号を発する各検知器と、前記
   発電機の遮断器の開閉検出器の閉信号との論理積
   を出す第１のアンドゲートと、この第１のアンド
   ゲートの出力が一定時間継続したとき前記制御棒
   操作部及び再循環流量操作部に前記第１のアンド
   ゲートの出力信号を発するタイムデレー回路と、
   このタイムデレー回路の出力信号と前記再循環ポ
   ンプの停止信号と論理積を前記給水流量操作部へ
   送る第２のアンドゲートとを備える制御装置を設
   けたことを特徴とする沸騰水型原子力発電所の出
   力制御装置。