JPS6149106A - 原子炉のタ−ビン制御装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、原子炉タービン：ｔ；＋Ｊ御架装置係り、特
に沸騰水型原子炉に適用するのに好適なタービン制御装
置に関するものである。

〔発明の背景〕

負荷追従運転に対する沸騰水型原子炉の圧力変動を抑制
するだめにタービン加減弁及びタービンバイパス弁を制
御する原子炉のタービン制御装置がある。この原子炉の
タービン制御装置の一例が、特開昭５７−８４３９５号
公報に示されている。タービン制御装置は、主だ気圧力
を蒸気圧力調整器に入力してこの圧力ＦＪｉＪｒＶ器の
出力に基づいてタービンバイパス弁ｋ　１（ｉｌＪ御す
るとともに、タービンの回転数をタービン速度制御器に
入力してタービン速度制御器及び蒸気圧力調整器の出力
信号のうち低値の出力信号に基゛づいてタービン加減弁
を制御する。タービン加減弁は、沸騰水型原子炉の原子
炉圧力容器内で発生した蒸気をタービンに導く主蒸気管
に設けられる。タービンバイパス弁は、主蒸気管と復水
器を連絡するタービンバイパス配管に設けられる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、送電系統での故障発生による原子炉の
スクラムを防止することができる原子炉のタービン制御
装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、検出したタービンの回転数を伝達遅れ
要素を介してタービン速度制御器に入力することに４ち
る。

本発明は、従来の原子炉のタービン制御装置の特性を検
討することによってなされたものである。

電力系統の負荷の長失貴が大きいと、タービン加減弁を
急閉する必要があるので、この喪失世を特願ＨＥ　５８
−１６０４３９　　号明細書の第１図に示されているよ
うにパワーロードアンバランスリレーで検出し、タービ
ン加減弁を急速に閉するとともにタービンバイパス弁を
急速に関することが考えられている。

しかし、パワーロードアンバランスリレーが作動しない
程度の小規模な送電系統じよう乱でもその変化が急波な
場合にはタービン加減弁とタービンバイパス弁の開閉特
性の違いによシ原子炉圧力の変動を引起こし、中性子束
高スクラムに至る可能性がある。前述のようなしよう乱
は、例えば送電系統に落雷等の事故が発生する可能性が
ある。

このような場合には、送電系統のしゃ断器が動作して負
荷が欠落するために系統周波数が上昇する。

その後、送電系統の保賎回路の動作により送電系統の故
障が除去され、系統の周波数は定常値にただちに復帰す
る。このような場合に、原子炉がスクラムする理由を以
下に述べる。

パワーロードアンバランスリレーが作動しない程鹿の負
荷変動により系統周波数が瞬時２．５Ｈｚ変動した場合
の沸騰水型原子炉プラントの応答を説明する。第６図に
、想定した周波数変動を示し、第７図にプラント応答を
示す。周仮数上昇２．５ルはタービン速度５％に相当す
る。またパワーロードアンバランスリレーが作動しない
ためタービンの加減弁は通常制御モードで閉鎖する。

系統周波数が第６図のように変動すると、タービン回転
数（速度）は第７図（ａ）のように変化する。

このタービン回転数を抑えるために蒸気圧力調整器が出
力した信号Ｐ１よりもタービン速度調節器の出力信号Ｓ
１が小さくなジタービン加減弁は信号Ｓ１に基づいて開
度が減少する。これによって、第７図φンのようにター
ビン加減弁を通過する蒸気流量（加減弁流量という）を
減少させる。しかし、タービンバイパス弁のサーボには
ＣＰ＋　　８１　）信号が大きな変化率で加えられるた
めに偏差検出器が作動してタービンバイパス弁は急開し
、第７図（Ｃ）のようにタービンバイパス弁を通過する
蒸気流量（バイパス弁蒸気流量という）が増加する。

この時、タービン加減弁とタービンバイパス弁の開閉特
性の違いにより、加減弁流量とバイパス弁流量の変化に
差（ミスマツチ）が生じ、第７図（ｄ）のように主蒸気
流量が一時的に増加する。また、タービンバイパス弁の
コントローラの１つの要素でらる鳴差検出器が作動しな
い通常制御モードでも、タービンバイパス弁の応答はタ
ービン加減弁の応答に託べ速いため同様の傾向を示す。

このため原子炉圧力は第７図（ｅ）のように一時的に降
下する。この圧力降下によシ炉心内のボイドが一時増加
して中性子束は、第７図（ｆ）のように低下する。

この時、タービン加減弁の開度減少沫作は続いておムさ
らに原子炉圧力の低下を補うべくタービンバイパス弁の
開度が絞られると原子炉圧力は再び上昇し、中性子束も
増加してオーバーシュートしてしまう。このオーバーシ
ュート量は、第７図（ｆ）に示すように中性子束高スク
ラム設定値に達してスクラムに至る可能性が高い。

したがって、パワーロードアンバランスリレーが作動し
ない程匿の系統外乱においてもその変動が急激な場合に
は原子炉がスクラムに至る可能性がある。

前述のような現象が生じる可能性があるのは、タービン
制御装置の応答性が早いためであって、その応答性を前
述したような系統じよう乱が生じた時に遅くすればよい
ことに発明者等は気がついた。このような知見に基づい
てなされた本発明を以下に説明する。

〔発明の実施例〕

沸騰水型原子炉に適用した本発明の好適な一実施例であ
るタービン制御装置を第１図及び第２図に基ついて説明
する。

原子炉圧力容器１内の耐却水は、再循環ポンプ２７にて
昇圧されて再循環配管２８及びジェットポンプ２９を通
って炉心２に導かれ、燃料棒の熱を数収して蒸気となる
。再循環ポンプ２７の回転数は、再循環流量制御装置２
６によシ制御される。

蒸気は、気水分離器２５にて飽和水と蒸気に分けられ、
飽和水は原子炉圧力容器１内に戻る。〕Ａ気は、タービ
ン加減弁４が設けられた主蒸気配管３を通ってタービン
８に達する。タービン８に供給される蒸気−はは、ター
ビン加減弁４の開度制御により調節される。タービン８
から吐出された蒸気は、復水器１１にて凝縮されて水に
戻され、再び原子炉圧力容器１に供給される。ターヒフ
８０回転力は発電機９に伝えられ、電気出力に変換され
る。発電機９にて発生した電気は、電力系統１０に送電
される。

原子炉出力を制御するためには再循環ポンプ２７の回転
数を変えて炉心２を流れる冷却水流量の増減を行なう。

つぎにタービン８に供給される蒸気流量は、タービン蒸
気加減弁４の開度をタービン入口圧力（圧力検出器１３
）が−疋になるように、ｌ’ｊ御される。主蒸気圧力は
蒸気圧力調整器１５にて制御される。蒸気圧力Ａ整器１
５は、主蒸気管３に取付けられた圧力検出器１３の出力
信号圧力設定器１４の出力信号及び設定圧力調整回路２
０の出力信号を入力している。設定圧力調整回路２０は
、負荷要求信号５２を入力している。蒸気圧力調整器１
５は、たとえば再循環流量を制御して原子炉出力を増加
（減少）させた結果、蒸気圧力が設定値よりも上がる（
下がる）と、タービン加減弁４の開度を増加させ（減少
させ）、ターピ／８の出　　　　′力を増して（減らし
て）蒸気圧力を一定に保持するように機能する。また蒸
気圧力制御器１５は、　　　′蒸気圧力がさらに上がっ
て、タービン加減弁４を開いても蒸気圧力の上昇が押え
きれない場合には、タービンバイパス弁６を開いて主蒸
気管３を流れる蒸気をタービンバイパス管１２を介して
復水器１１に直接ダンプし、蒸気圧力の上昇を押えるよ
うに機能する。

タービンバイパス弁６の動作を第２図に基づいて詳細に
説明する。

一般にタービンバイパス弁６は複数個（６ａ。

６ｂ、・・・・・・６ｎ）あシ、通常運転ではシーケン
シャルにタービンバイパス弁６ａ、６ｂ、・・・・・・
６ｎの順に開くよう、バイパス弁開バイアス設定器３６
ａ、３６ｂ、・・・・・・３６ｎの値を段階的に設定し
ておく。もし、タービンバイパス弁６が２個であって全
容量が２５％でちれば、増巾器４４のゲインは、入力２
Ｓチで、２弁Ｘ１００＝２００チの信号が出るように２
００÷２５＝８倍とする。

次にバイパス弁開バイアス設定器３６ａに０％、バイパ
ス弁開バイアス設定器３６ｂに２００％÷２＝１００％
のバイアスをかけておく。バイパス弁開要求信号（信号
Ｐ１と信号ＣＩ　との偏差信号）が０〜２５％まで徐々
に変化すると、増巾器４４の出力は０〜２００％まで徐
々に変化していき、まずタービンバイパス弁６ａが１０
０慢開度になる。その次にタービンバイパス弁６ｂが開
き始めて、２００チ信号にて１００％（２００％−１０
０チ）開度となる。

バイパス弁開要求信号が緩漫な場合に、サーボアンプ３
７への入力信号は、バイパス弁開要求信号と変位検出器
４２の出力であるバイパス弁位置信号１扁差信号が大き
くならない（・５チ以内）。このため、ＩＡＭ検出器４
０は作動せずにサーボアンプ３７のみが動作する。これ
によって、サーボ弁３８が作動して油圧シリンダ３９の
ピストンを作動させる。このピストンの移動Ｖこよって
タービンバイパス弁６ａが開く。

バイパス弁開要求信号の増加速度が急激な場合には圓差
検出器４０が作動することによって’ａｍ急開弁が閉鎖
され、タービン加減弁４の場合と同様に油圧シリンダ３
９内の油を泡、激に抜くことが可能になる。これによっ
てタービンバイパス弁６ａが急開される。第１図のバイ
アス２１は、バイパス弁開バイアス設定器３６２等に相
当する。

１９もバイアスである。

前述したようにタービン蒸気加減弁４は、通常運転時に
は低値選択回路１６によって選択される蒸気圧力調整器
１５の出力信号Ｐ１によって開度制御されている。しか
し、負荷減少などによｐタービン８の回転数（回転計４
３によシ検出）が速度／負荷設定′Ｐｒ１８よシ出力さ
れた設定ｆ直をこえると、タービン速度制御器１７の出
力信号８１が蒸気圧力調整器１５の出力信号Ｐ１よりも
小さいので出力信号Ｓ１が低値選択回路１６にて選択さ
れて加減弁サーボ５に伝えられる。加減弁サーボ５は、
出力信号Ｓ１に基づいてタービン旭減弁４の開度を制御
する。通常運転時にタービン加減弁４がタービン速度制
御器１７の出力信号に基づいて制御されないように、速
度／負荷設定器１８の設定値は、タービン８が定格回転
数で回転している場合にはタービン回転数として１００
．５チに相当する値に設定されている。これによって通
常運転時にはタービン速度制御器１７の出力信号Ｓ１が
低値選択回路１６を通過することができず、蒸気゛圧力
調整器１５の出力信号Ｐ１のみがそれを通過する。前述
したような負荷の減少が生じた場合は、信号Ｓ１の値が
信号Ｐ、の値よシも小さくなる。

送電系統１０の負荷の喪失量が著しく大きいと、タービ
ン加減弁４を急閉する必要があるため、この喪失量をパ
ワーロードアンバランスリレー２４で検出している。こ
のパワーロードアンバランスリレー２４は、タービン８
への機械的入力をタービン第１段後圧力検出器２２で検
出し、発電機負荷は発電機電流信号２３（全波整流）に
よシ検出し、この両者を比較し、第３図に示すような作
動ロジックに基づいて動作される。すなわち、パワーロ
ードアンバランスリレー２４は、負荷減少幅大（４％）
及び負荷域速度大（４０％／１０ｍ５）のアンド東件で
作動する。

第２図のうちのタービン加減弁４およびタービンバイパ
ス弁６の操作回路をさらに詳細に第３図に示す。この動
作を説明する。

通常運転中は低値選択回路１６から出力された信号Ｃ１
は変位検出器３５から出力されたフィー−ドパツク信号
ｆ１　と比較される。信号Ｃｔ　と信号ｆ１との偏差信
号は、サーボアンプ３１で増巾されてサーボ弁３２に伝
えられる。サーボ弁３２ぽ、偏差信号に基づいて油圧シ
リンダ３３のピストン作動させる。油圧シリンダ３３の
ピストンに結合されたタービン加減弁４は、ピストンの
移動に伴って開閉される。負荷喪失量が著しく大きく第
３図のロジックを満足する場合には、パワーロードアン
バランスリレー２４が作動してシリンダ３３内に油を供
給するラインに設けられた電磁急閉弁３４が作動する。

電磁急閉弁３４が閉された後、油圧シリンダ３３内の油
を急激に抜いてタービン加減弁４を急閉する。これと併
行して無負荷設定器３０を投入して信号Ｓｌを零にする
。このため、低値選択回路１６の出力信号が零となり、
４個のタービン加減弁４が同時に閉鎖する。

通常の沸騰水型原子炉の運転時において、切換スイッチ
４８は、第１図に示すように接点４９ａに接続されてい
る。このため、回転計４３にて検出されたタービン８の
回転数（発電機９の回転数に等しい）は、接点４９を介
してタービン速度制御器１７に入力される。

しかし、パワーロードアンバランスリレー２４が作動し
ない程度の小規模なしよう乱であって、タービン８の回
転数が急上昇するしよう乱が送電系統１０に発生したこ
とを、切替判定回路５１で判定し、その状態にあること
が判明すると切換スイッチ４８が切替判定回路５１の出
力信号に基づいて接点４９ｂに接続される。そのような
しよう乱の発生は、切替判定回路５１が回転計４３の出
力信号と回転数のしきい値Ｘとを比較し、出力信号がし
きい値Ｘを超えたことをもって確認する。

しきい値Ｘは、タービンの回転数をステップ状に変更し
ても中性子束高のスクラムに至らない範囲として解析で
求める事ができる。しきい値Ｘは、速度／負荷設定器１
８の設定値よりも大きな値である。

前述のようなしよう乱が生じた場合には、回転計４３の
出力信号が接点４９ｂを介して一次遅れ要素５０に出力
される。−次遅れ要素５０は、回転計４３の出力信号の
急激な変化をなまして緩やかな変化に変える。すなわち
、第４図の実線で示す回転計４３の出力信号が、−次遅
れ要素５０を通過することによって破線のような信号に
なる。

−次遅れ要素５０の出力信号（第５図の破線の信号）は
、クーピン速度制御器１７に入力される。

タービン速度制御器１７から出力された信号８１は低値
選択回路１６に入力され、低値選択回路１６は出力信号
ＣＩとして信号Ｓ１を選択する。

この出力信号Ｃ１に基づいてタービン加減弁４の閉動作
及びタービンバイパス弁６の開動作が緩やかに行なわれ
る。従って、送電系統に前述のしよう乱が発生してから
送電系統の保護回路（図示せず）の動作により送電系統
１００周波数が定常値になるまでの間における原子炉圧
力の変動を押えることができる。これによって原子炉の
スクラムを防止することができる。

タービン加減弁４の開度の減少に伴ってタービン周波数
が減少する。そのタービン回転数がリセットしきい値ｙ
より低下したことを切替判定回路５１で検出すると、切
替スイッチ４８は切替判定回路５１の出力信号に基づい
て接点４９ａに接続される。リセットしきい値ｙは、し
きい値Ｘより小さくかつリセット時の変動を少くするよ
うに速度／負荷設定器１８の設定値近傍に設定する。切
替スイッチ４８は、接点４９ａに接続された以降では回
転計４３の出力信号がしきい値Ｘ以上になるまで接点４
９ａに接続されたままである。

次に前述したしよう乱により送電系統１０の周波数が２
．５　Ｈｚ変動した場合を想定し本実施例を用いた場合
の沸騰水量原子炉の特性を説明する。

送電系統１０の周波数は、第６図と同じように変化する
。なお、−次遅れ要素５０の時定数を２（秒）、切替判
定回路５１に設定しであるしきい値Ｘを１５３０（ｒｐ
ｍ）およびしきい値ｙを１５０７．５（「Ｐ）とする。

タービン回転数は、第５図（ａ）のように変化する。切
換スイッチ４８は検出された夕　　。

−ビン回転数がしきい値Ｘの値に等、シくなった時、接
点４９ｂに接続される。これ以降、−次遅れ要素５０が
機能する。第４図の破線で示す一次遅れ要素５０の出力
信号がタービン速度制御器１７に入力される。タービン
回転数がしきい値ｙの値になった時、切換スイッチ４８
が接点４９ａに接続される。これ以降は、回転計４３の
出力信号がそのままタービン速度制御器１７に伝えられ
る。しきい値ｙの値になるまでタービン速度制御器１７
は、−次遅れ安素５０の出力信号に基づいて信号Ｓｌを
出力する。この信号Ｓｔに基づいてタービン加減弁４の
開度がゆっくりと減する。このため、加減弁流量も、第
５図（ｂ）のように緩やかに変化する。タービンバイパ
ス弁６の開度も緩やかに増大し、第５図（Ｃ）のように
バイパス弁流量が変化する。

加減弁流量とバイパス弁流量とのミスマツチが小さくな
る。第５図（ｄ）及び（ｅ）に示されるように主蒸気流
量の増加及び原子炉圧力の変動が押えられ、中性子束は
第５図（ｆ）に示すようにスクラム設定値に達しない。

切替判定回路５１のしきい値Ｘ及びｙを速度／負荷設定
器の設定値と同じくしてもよい。しかしこの場合は、速
度／負荷設定器の設定値と前述したしきい値Ｘの間の範
囲においても回転計４３の出力信号が一次遅れ要素５０
を介してタービン速度制御器１７に入力されるので、前
述した範囲においてタービン回転数の追従性が損われる
。第１図に示す実施例では、−次遅れ要素５０を機能さ
せる範囲を前述したしよう乱が発生した時に制限してい
るので、しきい値ｘｆ超えるまでのタービン制御装置の
応答性は良好である。本実施例は、−次遅れ要素５０、
切替判定回路５１及び切換スイッチ４８を設けるだけで
よいので構造が著しく単純である。

また、第１図の実施例のうち切換スイッチ４８及び切替
判定回路５１を削除し、回転計４３の出力信号が必らず
一次遅れ要素５０を介してタービン速度制御器１７に入
力されるように回路を構成してもよい。この場合では、
−次遅れ要素５０の出力信号を必らずタービン制御に用
いているので、第１図の実施例に比べて前述のしよう乱
が生じない時のタービン回転数の追従性が悪くなる。し
かし、回路構成は、単純化される。　　・これらの実施
例は、重水減速沸１１ｉ１軽水型原子炉にも適用できる
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、送電系統のしよう乱が発生して送電系
統の保護回路が作動した場合においても、原子炉のスク
ラムを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水型原子炉に適用した本発明の好適な一実
施例であるタービン制御装置の構成図、第２図は第１図
に示す制御装置の詳細系統図、第３図は第１図に示すパ
ワーロードアンバランスリレーの動作ロジックの説明図
、第４図はタービン回転数に一次遅れをかけた場合の状
態を示す説明図、第５図の（ａ）〜（ｆ）は第１図の実
施例における原子炉の各状態量の変化を示す特性図、第
６図は送電系統の周波数変動を示す説明図、第７図の（
ａ）〜（ｆ）は従来のタービン制御装置における原子炉
の各状態量の変化を示す特性図である。 １・・・原子炉圧力容器、３・・・主蒸気管、４・・・
タービン加減弁、５・・・加減弁サーボ、６・・・ター
ビンパイ゛パス弁、７・・・バイパス弁サーボ、８・・
・タービン、９・・・発電機、１１・・・復水器、１２
・・・バイパス管、１３・・・圧力検出器、１５・・・
蒸気圧力調整器、１６・・・低値選択回路、１７・・・
タービン速度制御器、２４・・・パワーロードアンバラ
ンスリレー、４３・・・回転計、４８・・・切換スイッ
チ、５０・・・−次遅れ要素、５１・・・切替判定回路
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、原子炉で発生してタービンに導かれる蒸気の流量を
   調節する加減弁と、前記タービンの下流側にある復水器
   に前記タービンを通ることなく到達する蒸気の流量を調
   節するバイパス弁と、前記蒸気の圧力を検出する圧力検
   出器と前記タービンの回転数を検出する回転数検出器と
   、前記圧力検出器の出力信号を入力する蒸気圧力制御器
   と、前記回転数検出器の出力信号を入力するタービン速
   度調至器と、前記加気圧力制御器及び前記タービン速度
   調整器の出力信号を入力して加減弁、バイパス弁の開度
   を制御する手段とを有する原子炉のタービン制御装置に
   おいて、前記回転数検出器の出力信号を入力して前記タ
   ービン速度調整器に対する出力信号を出す伝達遅れ要素
   を設けたことを特徴とする原子炉のタービン制御装置。