JPS6175296A

JPS6175296A - 原子炉水位制御装置

Info

Publication number: JPS6175296A
Application number: JP59196236A
Authority: JP
Inventors: 洋一小瀬; 幸治大賀
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-09-19
Filing date: 1984-09-19
Publication date: 1986-04-17
Also published as: JPH0456957B2

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、沸騰水型原子力プラントの水位制御装置に係
り、特に常用給水ポンプのトリップを原因とする給水喪
失が発生した際の水位低下を防止する水位制御装置に関
する。

〔発明の背景〕

例えば、沸騰水型原子力プラントでは、常用給水ポンプ
が２台設置されており、通常運転時には、このポンプ流
量が給水制御系により、原子炉水位を一定に保つように
制御されている。プラントに異常が発生し、これら常用
ポンプのトリップが発生すると、予備の給水ポンプが自
動的に起動する。

しかし、この予備ポンプの起動には時間遅れがあること
、及び予備ポンプの容量は常用ポンプのそれに比べて小
さいことから、主蒸気流量と給水流量のミスマツチが発
生し、原子炉水位が低下する。

この水位低下が大きい場合には、水位低信号により原子
炉スクラムが発生し、プラント稼動率が低下するため、
給水ポンプ・トリップ時の水位低下幅を小さくするため
に次のような方策が採られている。

再循環ポンプ・ランバック開始水位を設定し、給水ポン
プ・トリップ発生時に原子炉水位がこの設定水位以下に
低下すると、再循環ポンプ・ランバック（再循環流量の
急速減少）を自動的に開始し、炉心部のボイドを増加さ
せることにより水位低下を抑える方法が採られている。

こうすると、給水ポンプの作動状態によっては、水位低
によるスクラムを回避することが可能である。しかし。

原子炉水位がランバック設定水位にまで下がってから再
循環ポンプのランバックが開始されるため、給水流量の
減少が急激な場合には、水位低スクラムが発生すること
がある。

他に、特開昭５６−５１６９５では、作動している給水
ポンプの容量に応じて、再循環流量を調整する方法、あ
るいは常用ポンプ・トリップ発生時、即時に再循環流量
を急速減少させ、一定時間後向動的に給水ポンプの状態
に応じた値に再循環流量を制御する方法が提案されてい
る。

前者の方法では、給水ポンプの作動状態によっては、水
位低によるスクラムの回避が可能であるが、給水流量の
変化が急激な場合には、再循環ポンプ流量の調整だけで
は水位低下を抑えることができず、スクラムが発生する
ことがある。また。

後者の方法では、給水ポンプの作動状態によらずスクラ
ム回避が可能となるが、給水ポンプ・トリップ時に、必
ず再循環流量を急速減少させるために、給水流量の変化
が穏かな場合にも、不必要に再循環流量、原子炉出力が
大きく変動してしまう。

一方、上記の再循環流量を制御する方法とは別に、水位
を調整する手段として、原子炉圧力を制御する方法があ
る。これは、炉心部のボイド量を減圧あるいは昇圧によ
り増加あるいは減少させて、原子炉水位を調整するもの
である。この圧力による水位制御を行なうものとして特
開昭５ｓ−Ｌｔｓｓ４９９゜特開昭５８−１８１９９が
知られている。しかし、これらの方法は、給水ポンプ流
量と原子炉圧力を協調制御し水位を調整することを目的
としたものであり、給水ポンプ・トリップ発生時の水位
制御の問題については認識していない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し。

常用給水ポンプ・トリップ時の水位低によるスクラムを
回避できる範囲を拡大するとともに、不要な再循環流量
の変動及びそれに伴う原子炉出方の変動を防止する原子
炉水位制御装置を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明の原子炉水位制御装置は、常用給水ポンプのトリ
ップ台数および予備の給水ポンプの立上がり台数に応じ
て、再循環流量制御、原子炉圧力制御ＩＪＸ子炉出炉出
力制御ちから必要な制御手段を選択して、原子炉水位を
制御することを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照し、本発明の実施例について詳細に説
明する。第１図は第１実施例の原子炉水位制御装置溝酸
を模式的に示したものである。沸騰水型原子炉において
は、圧力容器１内の炉心部２で発生した蒸気は、主蒸気
管３を通り、タービン蒸気加減弁４によって流量を調整
され、タービン５に導かれる。タービン５を通った蒸気
とバイパス弁６を通った余分な蒸気は、復水器７で凝縮
した後、給水ポンプ８１〜８４により昇圧され、給水配
管９を通して、再び原子炉圧力容器１内に給水される。

ただし、通常の定格運転では、定格給水流量の５０％容
量のタービン駆動給水ポンプ８１．８２が稼動しており
、定格給水流量の２５％容量のモータ駆動給水ポンプ８
３．８４は、ポンプ８１．８２が停止した際の予備とし
て、待機状態にある。ヱがし安全弁１０は、原子炉圧力
容器１内の蒸気を放出し、原子炉圧力を下げる機能をも
つ。原子炉圧力容器１内の冷却水は、再循環流量制御装
置１１の制御のもと、再循環ポンプ１２により再循環配
管１３を通して、炉心２に強制的に送り込まれる。ｙＸ
子出炉おいて、ａ出炉出力は、再循環流量の調整および
選択制御棒駆動機Ｗ１４１を介した選択制御棒１５１の
挿入により制御される。また、原子炉圧力は、圧力制御
装置１６の制御のもと、タービン蒸気加減弁４およびバ
イパス弁６の弁開度を５１整し制御される。

本実施例の水位制御装置１８は、給水ポンプ監ｍ部ｉ９
．出７［整ｍ２０１１Ｅ力ＷＲ整部２１１からなる。給
水ポンプ監視部１９は、各給水ポンプ８１〜８４の回転
数信号を取り込み、ポンプが正常か、トリップしたか、
あるいは立上がり始めたかを判定し、これに応じて、出
力調整部２０１および圧力屑整部２１１に起動信号を出
力する。

出力調整部２０１は、給水ポンプ監視部１９からの信号
をもとに、再循環流量制御装置ｌ！１１を介した再循環
ポンプ１２の回転数のＩＩＩＩ整、あるいは選択制御棒
駆動機＄１４１を介した選択制御棒１５Ｊの挿入により
原子炉出力を制御する。圧力調整部２１１は、給水ポン
プ監視部１９からの信号と水位計１７の信号をもとに、
圧力制御装置１６を介して圧力を制御する。

第２図は、本装置の処理の流れを示すフローチャートで
ある１判定ａでは１通常作動しているタービン駆動給水
ポンプの回転数の変化からトリップを判定し、トリップ
台数に応じて処理をかえる。

トリップ台数０は給水ポンプが正常な場合であり、何も
操作しない、トリップ台数１の場合は、予備の給水ポンプであるモー
タ駆動給水ポンプの立上がりを監視する。

モータ駆動給水ポンプが立上がったか否かの判定すは、
トリップ後、設定時間が経過してから実施する。この設
定時間は、モータ駆動給水ポンプの立上がり時間を認定
した結果に基づいて決定し。

通常５秒程度である。この判定すで立上がり台数２の場
合は、給水が１００％に復帰するので、何も操作しない
、立上がり台数１（給水流量：定格の７５％（漸近）の
場合、再循環流量を急減（以後、再循環ボンプランバッ
クという）する、この結果、炉心のボイドが一時的に増
加し、水位の低下が抑制される。また、負のボイド反応
度印加により原子炉出力が低下する。この状態で水位が
安定するのを待ち、水位が安定した後は、給水流量が定
格の７５％であることに合せて、再循環流量を調整し、
原子炉出力を定格の７５％に制御する。

判定すで立上がり台数Ｏ（給水流Ｊｉ：定格の５０％に
漸近）の場合は、再循環ボンプランバックの後、張子炉
水位を監視し、あらかじめ設定した判定用水位Ｌ０以下
になったら、時間関数に従って減圧する。この時間関数
は１ｇ子濾過渡屏析プログラムなどを用いて解析し、最
適な減圧方法として決定したものである。この状態で水
位が安定するのを待ち、給水流量が定格の５０％である
ことに合せて、再循環流量を調整し、水位安定後は、原
子炉出力を定格の５０％に制御する。

一方１判定ａでトリップ台数２の場合は、判定と同時に
再循環ボンプランバックを行う０次に。

１台トリップの場合と同様に、モータ駆動給水ポンプの
立上がりを監視し、判定Ｃの立上がり台数に応じて処理
を変える。立上がり台数２（給水流量：定格の５０％に
漸近）の場合は、水位安定後、再＠ＩＦ環流量を調整し
、原子炉出力を定格の５０％に制御する０判定Ｃで立上
がり台数１（給水流量：定格の２５％に漸近）の場合は
、あらかじめ設定した時間が経過した後、選択制御棒を
挿入し、一旦原子炉出力を定格の２５％以下にする。さ
らに水位を監視し１判定用水位Ｌ０以下になったらあら
かじめ定めた時間関数に従って減圧する。水位が安定し
た後は、再循環流量を調整し、原子炉出力を定格の２５
％に制御する。さて、判定Ｃで立上がり台数０（完全な
給水喪失）の場合には、本装置は何も操作しないが、従
来から原子炉に設けられている安全保護系の水位低イン
ターロックが働いて、原子炉は安全にスクラムする。

第３図は、本実施例装置の動作を時間の流れに沿って示
したものである。給水ポンプ・トリップ発生後、１秒程
度でトリップ発生が検出される。

トリップ台数２の場合はトリップ検出と同時に再循環ポ
ンプ・ランバックを行う。５秒程度の監視の後、予備の
給水ポンプの立上がり台数に応じて、制御操作手順を決
定する。これに基づき、順次操作を実施する。トリップ
台１・立上がり台数２なら再循環ボンプランバック不用
であるため、何も操作しない。トリップ台数１・立上が
り台数１なら再循環ボンプランバックの後、再循環流量
を調整し、原子炉出力を定格の７５％に制御する。トリ
ップ台数１・立上がり台数Ｏなら再循環ボンプランバッ
クの他、減圧を実施し、最終的に、原子炉出力を定格５
０％に制御する。　トリップ台数２・立上がり台数２な
ら、再循環ボンプランバックによりスクラムが回避でき
るため、水位安定後再循環流量制御により原子炉出力を
定格５０％に制御する。トリップ台数２・立上がり台数
１なら。

スクラム回避のためには選択制御棒挿入と減圧が必要で
あるので、設定時間後に選択制御棒を挿入し、水位がＬ
ｏ　となってから減圧を実施する６そして最終的に原子
炉出力を定格の２５％に制御する。トリップ台数２・立
上がり台数０なら、本装置は再循環ボンプランバックの
みを実施し、従来の安全保護系によるスクラムを待つ。

第４図は、本実施例装置の回路構成を示す。

１０１〜１０９は比較器、１１０〜１１１は加算器、１
１２〜１１４はアンド回路、１１５と１１６はオア回路
、１１７と１１８は遅延回路、１１９はゲート回路、１
２０は関数発生器、１２７はクロックである。比較器１
０１は原子炉水位りが判定用水位５０以上なら’Ｏ’　
、　Ｌ、以下になると′１′を出力する。比較器１０２
，１０３は、タービン駆動メ給水ポンプの回転数ＲＴ１
．ＲＴ２が判定用回転数ＲＴ、以上の場合’Ｏ’、トリ
ップにより回転数が低下した場合゛１′　を出力する。

また比較器１０４と１０５は、モータ駆動給水ポンプの
回転数ＲＭ、、ＲＭ、が判定用回転数ＲＭ。

以下の場合′０′立上がりにより回転数が上昇した場合
″１′″を出力する。つまり加算器１１ｏ。

１１１はそれぞれトリップ台数および立上がり台数を出
力する。

遅延回路１１１およびゲート回路１１９は、設定時間経
過後にモータ駆動給水ポンプ立上がりを判定するために
ある。ゲート回路１１９は通常″２′を出力し、遅延回
路１１７の信号が′１′になると、加算器１１１と同じ
信号を出力する。

アンド回路１１２は、タービン駆動給水ポンプが１台ま
たは２台トリップし、かつ原子炉水位りが判定用水位り
、以下になると′１′を出力する。

この信号′１′をトリガとしてクロック１２７が起動し
１時間信号を出力する。ｒ！ｉＪ数発生器１２０は、こ
の時間信号の関数として圧力設定変更値ΔＰ８を圧力制
御系に出力する。なお、クロック１２７起動前には、関
数発生器１２０からの信号ＡＰ８は零に設定されている
。

比較器１０６，１０７はトリップ台数、比較器１０８．
１０９は立上がり台数を判定し、基準値と一致すれば１
１′を出力する。アンド回路１１３、オア回路１１５，
１１６により、トリップ台数２の場合は比較器１０７が
１１′になると同時に再循環ボンプランバック信号１１
′が発生するが、トリップ台数の場合は、比較器１０８
または１０９が′１′になると同時に再循環ボンプラン
バック信号１１′が発生する。　　゛アンド回路１１４
は、トリップ台数２・立上がり台数１の場合のみ“１′
を出力し、遅延回路１１８により、設定時間経過後、選
択制御棒駆動装置の起動信号′１′を出力する。

第５図および第６図は、本実施例装置の効果を示す図で
ある。第５図は１本実施例装置と従来の制御系とを用い
た場合の給水ポンプトリップ時のプラン１一応答を比較
し、トリップ台数１・立上がり台数０の例について示し
たものである。従来の制御系（Ｂ）では、原子炉水位が
再循環ボンプランバック開始水位以下になった後約５秒
でランバックを開始している。しかし、水位の低下を十
分には抑えられず、水位低スクラムすることがあった。

一方１本実施例装置（Ａ）では、予備の給水ポンプの立
上がりを監視するため、従来の制御系と同様に約５秒で
再循環ボンプランバックしているにもかかわらず、スク
ラム回避可能である。水位低スクラム設定値より少し上
方に減圧開始水位り、を設定しており、水位がＬ０以下
になると減圧を開始するために原子炉圧力容器内のボイ
ドが増加し、水位の低下が抑えられるからである。

また、第６図は、トリップ台数１・立上がり台数２の場
合について示したものである。従来の制御系（Ｂ）では
１ｇ子炉水位が低下し、一時的に再循環ボンプランバッ
ク開始水位低下となるために、ランバックが発生し、原
子炉出力が低下することがある。しかし、給水流量は、
早期に１００％に復帰するため、この再循環ボンプラン
バックは不要である。一方１本実施例装！　（Ａ）では
。

予備の給水ポンプの立上がりを監視し、立上がり台数２
の場合には、再循環ボンプランバックのインターロック
を解除し、ランバックを回避する。

そのため、再循環流量の変動からくる中性子束の変動を
防止できる。

第７図は、第２実施例装置の構成を模式的に示したもの
である１図において、１４２は制御棒駆動機構、１５２
は制御棒である０本装置１８内の出力調整部２０２は、
制御棒駆動機構１４２に制御棒挿入パターン信号を出力
し、制御棒１５２を駆動させ原子炉出力を制御する。ま
た、再循環流敏制御装置１１を介して再循環ポンプ１２
の回転数を制御し、原子炉出力を制御する。一方、圧力
調整部２１２は、原子炉水位の測定値を取り込み。

その測定値と、あらかじめ解析等により定めた判定用水
位り、との偏差信号をもとに、圧力制御装置１６に圧力
設定変更値を出力する。その他の部分の構成は第１実施
例装置と同様である。

第８図は、第２実施例装置の回路構成を示したものであ
る。加算器１２１は、原子炉水位りのあらかじめ解析な
どにより定めた判定用水位Ｌ０からの偏差信号ΔＬを出
力する。比較器１１０は。

原子炉水位りが判定用水位Ｌ１以下になると′１′を出
力する。加算器１１０および１１１は、それぞれ給水ポ
ンプトリップ台数、立上がり台数を出力する。比較器１
０１が１１′かつ加算器１１０が１１′以上の時に、ア
ンド回路１２２は、ゲート回路に信号゛１′を出力する
。従って、この時に限り、水位偏差信号ΔＬが、関数発
生器１２３に入力され、関数発生器１２３は、圧力設定
変更値ΔＰ６を出力する。ここで、ＡＬの入力がない場
合は、関数発生器１２３の出力信号ΔＰ８は零に設定さ
れている。再循環ボンプランバック起動イご号およびア
ンド回路１１４の信号を発生する回路構成は、第１実施
例と同じである。制御挿入パターン発生器１２４は、ア
ンド回路１１４の信号゛１′をトリガとして、制御棒駆
動機構に制御信号である挿入パターン信号を出力するに
の挿入パターンは、原子炉核計算コードなどにより、あ
らかじめ解析し決定したものである。

第９図は、第３実施例装置の構成を示したものである。

原子炉圧力の減圧手段として逃がし安全弁を用いること
、および再循環ボンプランバックのみならず再循環ポン
プトリップを行うこと以外は、第１実施例と同じである
０本装置１８内の圧力調整部２」３は、逃がし安全弁１
０のアクチュエータに開放信号を送り、減圧する。また
、出力調整部２０３は、選択制御棒を挿入してから設定
時間経過後、再循環ポンプトリップ信号を出力する。

第１０図は、第３実施例装置の回路構成を示したもので
ある。クロック１２７の時間信号、オア回路１１６のラ
ンバック起動信号、および遅延回路１１８の選択制御棒
駆動ｉａ構の起動信号に関する部分は、第１実施例と同
じである。関数発生器１２６は、クロック１２７からの
時間信号を受けて、設定時間だけ逃がし安全弁開信号を
出力する。

また、遅延回路１１８からの選択制御棒駆動提携の起動
信号を、遅延回路１２５により設定時間でけ遅らせ、再
循環ボンプランバック信号としている。

第１１図は、第°３実施例装置の効果を明らかにするた
め、トリップ台数２・立上がり台数１の場合について、
本実施例装にと従来制御系とを使用した場合のプラント
応答を示したものである。従来の制御系（Ｂ）では、原
子炉水位が急激に低下するため、水位低スクラムが発生
することがある。

−六本実施例＠霞（Ａ）では、給水ポンプトリップ直後
に再循環ポンプをランバックし、さらに選択制御棒挿入
、減圧、再循環ポンプトリップを順次実施して水位低下
を抑え、図のようにスクラム回避できる。

なお１以上の実施例は、ディジタル回路により構成した
ものであるが、同様の機能はプロセス計算機を用いた計
算機制御によっても容易に実現可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、沸騰水型原子力ブラン１−において、
給水ポンプトリップに起因する給水喪失が発生した際の
水位低によるスクラムを回避可能な事象の範囲を拡大し
、不要な再循環流量の変動による原子炉の出力変動も防
止できる。

スクラム回避によりプラント稼動率が向上するとともに
、不要な出力変動の防止によりプラント構成機器の健全
性に！７−える悪影響を除去できるから、本発明原子炉
水位制御装置を使用すると、経済性と安全性の改善効果
が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第１実施例装置の構成を示すブロック図
、第２図は第１図装置の処理の流れ、を示すフローチャ
ート、第３図は第１図装置の動作を説明する図、第４図
は第１実施例装置の具体的回路構成を示す回路図、第５
図および第６図は第１実施例の効果を従来例と比較して
示す図、第７図は第２実施例装置の構成を示すブロック
図、第８図は第２実施例装置の具体的回路構成を示す回
路図、第９図は第３実施例装置の構成を示すブロック図
、第１０図は第３実施例装置の具体的回路構成を示す回
路図、ｆｊＳｌ１図は第３実施例装置の効果を従来例と
比較して示す図である。１・・・圧力容器、２・・・炉心部、３・・・主蒸気管
、４・・・タービン蒸気加減弁、５・・・タービン、６
・・・バイパス弁、７・・・復水器、８１．８２・・・
タービン駆動給水ポンプ、８３，８４・・・モータ駆動
給水ポンプ、９・・・給水配管、１０・・・逃がし安全
弁、１１・・・再循環流量制御装置、１２・・・再循環
ポンプ、１３・・・再循環配管、１４１・・・選択制御
棒駆動機構、１４２・・・制御棒駆動機構、１５１・・
・選択制御棒、１５２・・・制御棒、１６・・・圧力制
御装置、１７・・・水位計、１８・・・メ水位制御装置
、１９・・・給水ポンプ監視部。２０１〜２０３−８５カｍ！１部、２１１〜２１３−・
・圧力瀾整部、１０１〜１０９・・・比較器、１１０゜
１１１．１２１・・・加算器、１１２〜１１４・・・ア
ンド回路、１１５，１１６・・・オア回路、１１７゜１
１８．１２５・・・遅延回路、１１９，１２２・・・ゲ
ート回路、１２０，１２３，１２６・・・関数発生器、
１２４・・・制御棒挿入パターン発生器、１２７・・・
クロック。

Claims

【特許請求の範囲】１、通常運転時に作動する複数の常用給水ポンプと通常
運転時に待機状態にある予備給水ポンプとを有する沸騰
水型原子力プラントにおいて、常用給水ポンプのトリッ
プ発生時に、常用給水ポンプと予備給水ポンプとの作動
状態に関する測定値から、常用給水ポンプのトリップ台
数と予備給水ポンプの起動台数とを検知し、これら給水
ポンプの作動状態に応じて、再循環流量制御、原子炉圧
力制御、原子炉出力制御のうち少なくとも１つの制御手
段を選択して実行し、原子炉水位を制御することを特徴
とする原子炉水位制御装置。２、特許請求の範囲第１項において、再循環流量制御手
段がランバクック起動信号を出力し、原子炉圧力制御手
段が時間信号を出力し、原子炉圧力制御手段が時間信号
の関数としての圧力設定変更値を出力し、原子炉出力制
御手段が選択制御棒駆動機構起動信号を出力することを
特徴とする原子炉水位制御装置。３、特許請求の範囲第１項において、再循環流量制御手
段がランバック起動信号を出力し、原子炉圧力制御手段
が水位偏差信号の関数としての圧力設定変更値を出力し
、原子炉出力制御手段が制御棒挿入パターン信号を出力
することを特徴とする原子炉水位制御装置。４、特許請求の範囲第１項において、再循環流量制御手
段がランバック起動信号を出力し、原子炉圧力制御手段
が逃がし安全弁開放信号を出力し、原子炉出力制御手段
が選択制御棒駆動機構起動信号と再循環ポンプトリップ
信号とを出力することを特徴とする原子炉水位制御装置
。