JPS62139908A - 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、沸騰水型原子力発電プラントのタービン制御
装置に係り、特に、電力系統外乱発生によりタービン速
度変動が生じた場合、原子炉スクラムを招くことなく原
子炉運転を継続させるのに好適なタービン制御装置に関
する。

〔発明の背景〕

タービン制御系は大別すると、検出された圧力信号に応
じて原子炉圧力を制御する圧力調整機能と、検出された
タービン速度信号及び負荷設定値に応じてタービン出力
を制御する速度／負荷調整機能の２つを備えており、こ
の両者の信号により主に蒸気加減弁とタービンバイパス
弁とを協調制御している。

第３図は従来のタービン制御系の一例を示すブロック図
である。

図において、原子炉又は主蒸気配管に設置した圧力検出
器で測定された圧力信号１と予め設定された圧力設定値
２との偏差信号は、フィルター回路３を通り、圧力調定
器４に入力される。圧力調定器４は、その偏差信号によ
り全主蒸気流量信号５を作成する。一方、タービン速度
検出器により測定されたタービン速度信号８とタービン
速度設定値９との偏差信号は、速度調定器１０に入力さ
れ、そこでタービン速度制御信号１１となる。速度制御
信号１１は更に、負荷設定器１３の出力信号である負荷
設定値１２を付加され、速度／負荷制御信号１８となる
。

これら全主蒸気流量信号５と速度／負荷制御信号１８は
、低値優先回路２０に入力される６低値優先選択の結果
、両者のうち低い方の信号が、加減弁流量要求信号３３
となり、加減弁開度を制御することになる。沸騰水型原
子力発電所は複数の加減弁を４個備えており、加減弁流
量要求信号３３はそれら各弁に入力される。

なお、負荷設定器１３には、パワーロードアンバランス
リレー２２からの信号も入力されており、リレー２２は
、中間蒸気圧力信号２３と発電機電流信号とを取り込ん
でいる。

上記系統で制御される蒸気加減弁に対し、タービンバイ
パス弁は、全主蒸気流量信号５から加減弁流量要求信号
３３と通常運転時のバイパス弁チャタリング防止用バイ
アス信号６とを減算したバイパス弁流量要求信号７で開
度制御されている。

沸騰水型原子力発電所では、炉心内のボイド（蒸気泡）
量により原子炉出力を調整しているので、中性子束は圧
力変化に対し敏感に反応する。

従って、通常運転時は、圧力信号１による全主蒸気流量
信号５で加減弁が優先的に制御され、タービン速度の比
較的小さな変動に反応して加減弁が動作しないように、
負荷設定値１２を全主蒸気流量信号５の１０％程度上に
設定しである。速度要求信号１１が一１０％以内（一般
的に速度調定率は１００％制御信号７５％速度変化であ
り、５０Ｈｚの場合、０　、２５　Ｈｚ　　に相当する
）となるタービン速度上昇に対して、加減弁は応答せず
、圧力制御が優先的になされる。一方、１０％以上に速
度／負荷制御信号１８が減少するようなタービン速度上
昇（すなわち０　、２５　Ｈｚ　以上の周波数上昇）に
対しては、速度／負荷制御信号１８が全主蒸気流量信号
５以下となり、加減弁が絞られる。

この加減弁の絞り動作により余剰となった蒸気は、全主
蒸気流量信号５から加減弁流量要求信号３３とバイアス
値６とを減算した信号、すなわちバイパス弁流量要求信
号７でバイパス弁を開いて処理される。このように、加
減弁とバイパス弁とを協調動作させると、原子炉圧力は
ほとんど変化することなく、プラント運転を安定に継続
できることになる。

送電系統において、パワーロードアンバランスリレーが
作動しない程度の故障が発生し、比較的大きなタービン
速度上昇（０、２５Ｈｚ　以上）が生じた後、再度整定
状態となった場合の原子力発電所応答を、第６図により
説明する。

送電系統において落雷等の事故が発生すると、送電系遮
断器が動作し負荷が欠落するため、系統周波数が上昇す
る。その後、送電系保護回路が動作して故障が除去され
、周波数は定常値に整定する。

この時、タービン速度信号８が上昇すると速度制御信号
１１は負値となり、速度／負荷制御信号１８も通常の値
より絞られる。タービン速度が約０　、２５　Ｈｚ　上
昇した時点で速度／負荷制御信号１８が全主蒸気流量信
号５以下となり、低値優先回路２０の出力は速度／負荷
制御信号１８側に切換わる。従って、加減弁は速度／負
荷制御信号１８の減少に従い絞られ、タービン出力を減
少させる。これに伴い、全主蒸気流量信号５から加減弁
流量要求信号３３を引いた値が正値となり、チャタリン
グ防止用バイアス６を超える。そこでバイパス弁流量要
求信号７によりバイパス弁が開き、原子炉圧力の制御は
バイパス弁で行われることになる。

その後、送電系統側で故障が除去されタービン回転数が
定常に復帰する過程では、速度／負荷制御信号１８の上
昇に従い加減弁が開く一方、これに合わせてバイパス弁
が閉じ、通常のプラント運転状態に復帰する。

上記過渡変化において、加減弁とバイパス弁の動作特性
が同一であれば、ｙＸ子炉圧力制御は「加減弁→バイパ
ス弁→加減弁」と円滑に推移し、圧力変動等を生じない
、しかし、実際には、加減弁とバイパス弁の機構上の制
約から特性に相異がある。すなわち、加減弁は、開動作
側は油圧サーボ機構による油圧制御で動作し、閉動作側
はバネ圧力により動作するから、閉動作に比べ開動作が
かなり遅い、一方、バイパス弁は開閉動作共に油圧サー
ボ方式であり開閉特性はほぼ同等となっている。更にバ
イパス弁は加減弁に比べ小型であり、加減弁に比べ良好
な即応性を有している。

従って、第６図に示したような事象では、タービン回転
数上昇による加減弁流量要求信号減少に対し実際の加減
弁閉動作がやや遅れるが、バイパス弁の開動作は加減弁
流量要求信号減少に伴うバイパス弁流量要求信号増加に
ほぼ遅れなく追従する。このため、原子炉圧力は一旦や
や低下するが、バイパス弁の開動作終了後も、加減弁の
絞り動作が継続すること及び若干の圧力低下を補正する
ようバイパス弁がやや絞られることにより、原子炉圧力
は上昇し初期値に復帰する。更に、タービン速度が通常
値に復帰する過程においては、加減弁が開く、前記の如
く、この加減弁開動作は、閉動作に比べ、更に遅れるこ
とになる。この時、併せてバイパス弁の閉動作が行われ
るが、パイパイ弁流量要求信号７は実際の加減弁応答に
よらず加減弁流量要求信号３３の変化にのみ従うため実
際の加減弁開動作が十分でないにも拘らず、バイパス弁
が絞られる。その結果、原子炉圧力が上昇することにな
る。

沸騰水型原子力発電所は、前述の通り、炉心内ボイド量
による反応度制御を行っており、中性子束の挙動は原子
炉圧力変化に対し非常に敏感である。従って、上記原子
炉圧力変動により中性子束が変動し、第６図最下段に示
した中性子束高スクラム設定値に達する可能性が高い。

このような場合のスクラム防止対策としては。

加減弁あるいはバイパス弁開閉特性を調整することが考
えられるが、バイパス弁は、負荷遮断（パワーロードア
ンバランスリレー作動）又はタービントリップ発生時に
、極めて高速に動作することが要求されており、また、
加減弁は、弁の構成上及び法規制上の制約があるために
、弁本体の改善が困難となっている。

このような従来例を示すものとしては、特開昭５３−３
５２０１号があるが、バイパス弁が急開を要求されるよ
うな系統外乱が発生した場合、単にバイパス弁を急開さ
せるだけで、その後の圧力制御性の向上には、配慮がな
かった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、沸騰水型原子力発電プラントにおいて
、電力系統外乱によるタービン速度変動が生じ、加減弁
が開閉動作する場合にも、不要な原子炉スクラムを回避
しながら原子炉運転を継続可能なタービン制御装置を提
供することである。

〔発明の概要〕

本発明は、系統外乱発生時にタービン速度変動で加減弁
及びバイパス弁が開閉動作する場合、加減弁及びバイパ
ス弁の流量要求信号の変化に対し弁動作特性上どうして
も実際の流量変化がそれぞれ遅いこと、特に加減弁はバ
イパス弁に対して開閉速度が遅いため加減弁流量要求信
号と実際の加減弁流量との偏差が大きくなることから原
子炉圧力変動が生じてしまう点に着目し、実際の加減弁
開閉特性に合うように、バイパス弁流量要求信号演算の
基礎とされる加減弁流量要求信号を全主蒸気流量信号か
らそのまま減算することをやめて、変化率を制限した加
減弁流量減算信号としてバイパス弁流量要求信号演算部
に供給することを特徴とする。

更に、タービン負荷が急減してパワーロードアンバラン
スリレーが作動し、加減弁が急閉するような場合、パワ
ーロードアンバランスリレーがリセットしても加減弁の
制御油充填に時間がかかるため加減弁の開動作開始が遅
れ、この時の加減弁流量要求信号と実際の加減弁流量と
に偏差が生じ、原子炉圧力変動が生じてしまうことに着
目し、実際の加減弁開動作開始に合うようにパワーロー
ドアンバランスリレーリセット後の一定時間、速度／負
荷要求信号の値をあらかじめ定められた値に保持するよ
うにしである。

〔発明の実施例〕

次に、図面第１図を参照して、本発明によるタービン制
御装置の一実施例の構成を説明する。第３図の従来装置
と同一機能を果す部分には同一番号を付して説明を省略
する。

本発明が従来装置と異なるのは次の２点である。

まず、速度調定器１０からの速度制御信号１１と負荷設
定器１３からの負荷設定イ直の和で作られる速度／負荷
要求信号１４を、そのまま低値優先回路２０への速度／
負荷制御信号として入力するのでなく、速度／負荷信号
切換回路１７に入力し、速度／負荷設定器１５からの設
定値１６と択一的に切換え入力するようにしである。１
９は、パワーロードアンバランスリレー２２からの信号
により瞬時に動作し一定時限後に復帰して切換回路１７
を切換制御する瞬時動作時限復帰回路である。

また、バイパス弁流量要求信号７を演算するために、低
値優先回路２０の出力を供給する糸路に、変化率制限器
３０を設置しである。この変化率制限器３０は、パワー
ロードアンバランスリレー２２の出力を受は動作する時
限動作瞬時復帰回路２６とその出力を保持する自己保持
回路２７とにより制御される。自己保持回路２７は、Ａ
ＮＤ回路２９の出力２８により解除される。ＡＮＤ回路
２９は、前記変化率制限器３０前後段の信号で動作する
モニタリレーからの信号３２とパワーロードアンバラン
スリレー信号を否定回路２５で否定した信号との論理積
をとる回路である。

このように構成した本発明装置の作用について、場合分
けして述べるが、その前に各付加部分の基本的動作につ
いて説明する。

瞬時動作時限復帰回路１９は、パワーロードアンバラン
スリレー２２から信号が入力されると。

速度／負荷信号切換回路１７を速度／負荷設定器１５側
に接続させ、所定時限後に速度／負荷要求信号１４を受
ける側に復帰させる。

一方１時限動作瞬時復帰回路２６は、パワーロードアン
バランスリレーから信号が入力されてから所定時間後に
自己保持回路２７を自己保持状態に至らせ、自身は瞬時
に復帰する。また、否定回路２５は、パワーロードアン
バランスリレー２２から信号がないときまたはなくなっ
たときに。

ＡＮＤ回路２９に信号を出力する。更に、モニタリレー
３０は変化率制限器３０の前後の信号にレベル差がない
ときまたはなくなったときに信号を出力する。従って、
ＡＮＤ回路２９は、パワーロードアンバランスリレー２
２が作動し信号を出力した場合、その信号が終了したと
きに否定回路２５からの信号を受け、しかも上記レベル
差がなくなりモニタリレー３０からの信号が出されたと
きに、自己保持回路２７をリセットさせる。その結果、
もはや変化率を制限する必要がなくなった変化率制限器
３０の制限動作は解除される。

第一に、パワーロードアンバランスリレー２２が作動し
ないような負荷遮断が発生した場合のプラント応答につ
いて説明する。これは、加減弁流量減算信号３４に常に
変化率制限をさせた場合である。ここでは、パワーロー
ドアンバランスリレー２２が作動しないので、速度／負
荷制御信号１８は速度／負荷要求信号１４と同一のまま
である。また１時駆動作瞬時復帰回路２６及び自己保持
回路２７は、入力信号がないから変化せず、変化率制限
器３０は制限動作を続ける。この場合の系統周波数変動
時の制御信号の相互関係を第４図に、またこの時のプラ
ント応答を第５図に示す。

第４図において、タービン速度８の上昇により速度／負
荷制御信号１８が低下し、全主蒸気流量信号５を下回る
。この時点から、加減弁は、速度／負荷制御信号１８に
より制御されるため、絞られる６その後タービン速度８
が定常値に復帰する過程では、速度／負荷制御信号１８
が増加し、加減弁は開かれる。更にタービン速度８とタ
ービン速度設定値９との偏差が小さくなると、速度／負
荷制御信号１８は全主蒸気流量信号５を上回り。

加減弁は再び金主蒸気流量信号５に応じて制御される。

実際の加減弁開閉速度は、弁内体の特性により、加減弁
流量要求信号３３の変化速度よりかなり遅いが、本実施
例では、変化率制限器３０が、実際の加減弁の開閉速度
に合うように加減弁流量要求信号の変化率を制限するの
で、第４図において、加減弁流量要求変化率制限信号と
実際の加減弁流′　量との偏差が小さくなっていること
がわかる。

また、バイパス弁流量要求信号７は全主蒸気流量信号５
から加減弁流量減算信号３４及び通常運転時のチャタリ
ング防止用バイアス６を減算した値となる。従って、変
化率制限器３０で制限された加減弁流量減算信号３４と
加減弁流量要求信号の偏差は、バイパス弁流量要求信号
７の増加分となる。そこで、圧力制御のために要求され
る全主蒸気流量信号５と、実際の加減弁流量とバイパス
弁流量の和との偏差が小さくなり、圧力変動幅もまた小
さくなるため、中性子束高スクラムに至ることはない。

次に、パワーロードアンバランスリレー２２が作動する
ような負荷遮断が発生した場合のプラント応答について
説明する。これは、パワーロードアンバランスリレー２
２が作動するときにのみ加減弁流量減算信号３４に変化
率制限を行った場合である。

本実施例の特徴をより明確にするために、同じ状況での
従来のプラント応答を第８図に示す。

この従来例では、負荷遮断によりタービン速度８が急上
昇し、パワーロードアンバランスリレー２２の作動によ
り、負荷設定器１３の負荷設定値１２が零となる。また
、インターロックにより加減弁は急閉されバイパス弁は
急開される。この加減弁の急開は制御油をダンプするこ
とにより行われている。その後、選択制御棒挿入による
出力低下や他プラントの運転の影響などから系統周波数
（タービン速度８）が低下し、タービン速度設定値９を
下回る。このため、速度／負荷制御信号１８は、負荷設
定値１２が零となっているにもかかわらず、タービン速
度変化に応じた大きな値をもつようになる。このとき、
全主蒸気流量信号５は、加減弁急閉・バイパス弁急開時
の弁特性の差による蒸気流量ミスマツチから生ずる圧力
上昇のため、最大値１１０％となっている。従って、低
値優先回路２０により加減弁流量要求信号３３は、速度
／負荷制御信号１８と等しくなる。負荷遮断発生後約４
．２秒でパワーロードアンバランスリレー２２がリセッ
トし、負荷設定値１２は２０％に保たれ、速度／負荷制
御信号１８及び加減弁流量要求信号３３はこれに応じ上
昇する。しかし、加減弁の開動作開始には、加減弁急閉
時にダンプした制御油の油圧を必要な油圧にまで高めな
ければならないので、パワーロードアンバランスリレー
リセット後数秒かかる。ところで、現状の制御系では、
加減弁流量要求信号３３どおりに加減弁流量が流れてい
るものとして、全主蒸気流量信号５／より減算し、バイ
パス弁流量要求信号７を求めているから圧力制御のため
に要求される全主蒸気流量信号と実際の加減弁流量とバ
イパス弁流量の和との偏差が大きくなり、圧力が上昇し
て、圧力高スクラムに至ってしまう。

次に本実施例のプラント応答を第７図に示す。

パワーロードアンバランスリレー２２のリセットから速
度／負荷制御信号１８の上昇までのタイミングは、瞬時
動作時限復帰回路１９により、実際の加減弁開動作開始
可能タイミングと一致させである。また、加減弁流量減
算信号３４の変化率も、変化率制限器３ｏにより、実際
の加減弁の開閉速度と一致させである。従って、実際の
加減弁流量との偏差が小さくなっている。このため、金
主蒸気流量信号５と実際の加減弁流量とバイパス弁流量
の和との偏差が小さくなり、圧力は選択制御棒挿入によ
る出力低下に見合う安定な降下を示し、圧力高スクラム
に至ることはない。

なお９時駆動作瞬時復帰回路２６により、パワーロード
アンバランスリレー作動後、所定の時間。

変化率制限を遅らせるのは、負荷遮断発生直後のバイパ
ス弁急開機能をそこなわないようにするためである。

また、パワーロードアンバランスリレーリセット後、加
減弁流量要求信号３３と加減弁流量減算信号３４の偏差
が小さくなった場合に、それをモニタリレー３１で検出
して、変化率制限を自動的に解除するのは、負荷遮断後
の運転員の操作を軽減するためである。

更に、第１図の変化率制限器３０周りの構成は、第２図
のようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電力系統外乱によるタービン速度変動
が生じ加減弁及びバイパス弁が開閉動作する場合、開閉
速度の遅い加減弁に合わせて加減弁流量要求信号に変化
率制限を行うので、制限された加減弁流量要求信号を越
える加減弁の流量要求分は開閉速度の速いバイパス弁の
バイパス弁流量要求信号の増加分となり、全主蒸気流量
信号と。

実際の加減弁流量とバイパス弁流量の和との偏差が小さ
くなる。従って、原子炉圧力変動を抑制し不要な原子炉
スクラムを避けながら５Ｍ転を継続できるので、原子カ
プラントの系統外乱耐力を大幅に向上させ、稼動率を上
げることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるタービン制御装置の一実施例を示
す系統図、第２図は同じく他の実施例を示す系統図、第
３図は従来のタービン制御装置の一例を示す系統図、第
４図は第１図実施例においてパワーロードアンバランス
リレーが作動しない系統周波数変動時の制御信号の相互
関係を示す図。 第５図はそのときのプラント応答を示す図、第６図は第
５図と同条件における従来のプラント応答を示す図、第
７図はパワーロードアンバランスリレーが作動する系統
周波数変動時の第１図実施例におけるプラント応答を示
す図、第８図は同じ〈従来のプラント応答を示す図であ
る。 １・・・圧力信号、２・・・圧力設定値、３・・・フィ
ルター、４・・・圧力調定器、５・・・全主蒸気流量信
号、６・・・チャタリング防止用バイアス、７・・・バ
イパス弁流量要求信号、８・・・タービン速度信号、９
・・・タービン速度設定値、１０・・・速度調定器、１
１・・・速度制御信号、１２・・・負荷設定値、１３・
・・負荷設定器。 １４・・・速度／負荷要求信号、１５・・・速度／負荷
信号設定器、１６・・・速度／負荷信号設定値、１７・
・・速度／負荷信号切換回路、１８・・・速度／負荷制
御信号、１９・・・瞬時動作時限復帰回路、２０・・・
低値優先回路、２１・・・パワーロードアンバランスリ
レー信号、２２・・・パワーロードアンバランスリレー
、２３・・・中間蒸気圧力信号、２４・・・発電機電流
信号、２５・・・否定回路、２６・・・時限動作瞬時復
帰回路、２７・・・自己保持回路、２８・・・自己保持
解除信号。 ２９・・・ＡＮＤ回路、３０・・・変化率制限器、３１
・・・モニタリレー、３２・・・モニタリレー信号、３
３・・・加減弁流量要求信号、３４・・・加減弁流量減
算信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、沸騰水型原子力発電所の全主蒸気流量信号と速度／
   負荷要求信号とを比較し低値を選択する手段と、選択さ
   れた信号を加減弁流量要求信号として加減弁開度を制御
   する手段と、全蒸気流量信号から加減弁流量要求信号を
   減算しバイパス弁流量要求信号としてバイパス弁開度を
   制御する手段とを含むタービン制御装置において、全蒸
   気流量信号から減算すべき加減弁流量要求信号の変化率
   に制限を加え加減弁流量減算信号として前記バイパス弁
   流量要求信号演算手段に出力する変化率制限器を設けた
   ことを特徴とするタービン制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、タービン負荷が急
   減しパワーロードアンバランスリレーが作動する場合、
   リレー動作後の一定時間、変化率制限器を不動作状態に
   おき、バイパス弁の作動を自在にする時限手段を設けた
   ことを特徴とするタービン制御装置。 ３、特許請求の範囲第２項において、パワーロードアン
   バランスリレーリセット後一定時間が経過し、かつ加減
   弁流量要求信号の変化率が所定値より小さくなると、変
   化率制限器の動作を解除させる手段を設けたことを特徴
   とするタービン制御装置。 ４、特許請求の範囲第２項または第３項において、パワ
   ーロードアンバランスリレー作動後の一定時間、速度／
   負荷要求信号の値を予め定めた値に保持し加減弁の油圧
   の回復を待つ時限手段を設けたことを特徴とするタービ
   ン制御装置。