JPS622278B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子力発電所の出力制御装置に係り
特に原子炉への給水供給能力の低下時、原子炉を
停止せずに、最適な原子力出力状態に制御する原
子力発電所の出力制御装置に関するものである。

従来の沸騰水形原子力発電所は、原子炉の出力
制御に係るものとして、 ａ 制御棒挿入位置制御 ｂ 原子炉炉心冷却材流量制御（一般に原子炉再
循環流量制御によつて行つている。） ｃ 炉内の冷却水位制御 等があり、一般的にはａの制御棒挿入位置制御
は、原子炉の起動停止に使用し、原子炉の電力系
統に対する追従は、ｂで行つている。いずれの場
合も原子炉の冷却材の水位は、定められた範囲内
になる様ｃの炉水位制御系で制御される。この炉
水位制御系はタービンの復水器内の水を低圧復水
ポンプ、高圧復水ポンプ、給水ポンプを経て原子
炉へ給水する系統の給水ポンプの吐出流量を原子
炉水位と原子炉より流出する主蒸気流量とのバラ
ンスを計算して制御している。この給水ポンプの
吐出流量が要求値より低下すると、短期間に原子
炉内の水位が低下し、原子炉は自動的にスクラム
する。給水の供給能力の喪失によりスクラムする
ことは、原子炉の安全上必要なことであるが、給
水の供給能力の一部低下でもスクラムすることに
なる。従来このスクラムを避ける為、炉水位の監
視又は給水ポンプの運転状態を監視する二つの方
法で給水供給能力の低下を検出し、直ちに原子炉
再循環ポンプを最低速度迄低下させて、原子炉出
力を減少させて、原子炉水位の危険水位迄の低下
を防止することが考えられていた。しかし、炉水
位の監視では、制御系として遅くなり過ぎ、原子
炉出力を低下させて、炉水位の低下を防ぐことは
困難である為、給水ポンプの運転状態を給水ポン
プ駆動用のタービンの起動、停止、又は電動駆動
の場合にはしや断器の入、切状態を組み合わせ
て、異常を検出し、実用化してきた。この給水ポ
ンプの運転状態監視は、給水ポンプの異常を早期
に検出できる利点があるが、各給水ポンプの最大
給水能力で判断しているので、給水要求値との相
対比較ができない。この為、不必要に原子炉出力
を低下させることや、系統・運転方法が複雑なの
で、あらゆるモードに対応できない欠点があつ
た。昨今の大容量原子力発電所は、昼夜の出力変
動が大きくなつてきているので、更に異常検出の
精度を向上させ、不必要な出力低下を防ぐととも
に、設備率向上の面からも、給水能力の低下があ
つても可能な限り最大出力で運転することが必要
になつてきた。

本発明は、以上の事情に鑑みてなされたもの
で、第１の目的は、あらゆる運転モードにおい
て、給水供給能力の低下量を正確に把握し不必要
な出力変動を避けることができ、給水供給能力に
応じた原子炉出力で運転継続ができる原子力発電
所の出力制御装置を得ることである。

以下図面を参照して本発明の一実施例を説明す
る。第１図に沸騰水形原子力発電所の主要構成を
示す。原子炉圧力容器１内には、炉心２、冷却材
（軽水）３と冷却材を炉心に循環するジエツトポ
ンプ４ａ，４ｂが設けられている。ジエツトポン
プ４ａ，４ｂは原子炉圧力容器外に設けられた２
個の原子炉再循環ポンプ５ａ，５ｂにより駆動さ
れる。原子炉再循環ポンプ５ａ，５ｂの速度を変
化させることにより、原子炉栄循環配管６ａ，６
ｂとジエツトポンプ４ａ，４ｂの流量が変化し、
その結果冷却材３の炉心２を循環する量が変るこ
とになり、炉心２の出力が変化する。原子炉再循
環ポンプ５ａ，５ｂの速度は、流体接手９ａ，９
ｂの二次側に直結している発電機８ａ，８ｂの周
波数変化によつて制御されている。流体接手９
ａ，９ｂの一次側には、所内電源（図示してな
い）に接続し、駆動される電動機１０ａ，１０ｂ
が各々直結している。前記発電機８ａ，８ｂの周
波数変化は、再循環ポンプ速度制御装置１１より
の電気信号により流体接手９ａ，９ｂのカツプリ
ングを変え、電動機１０ａ，１０ｂの伝達トルク
を制御することで行なわれている。

原子炉圧力容器１内で発生した蒸気は主蒸気管
２１、蒸気加減弁２３を経てタービン２５に供給
され、タービンシヤフト（図示しない）の運動エ
ネルギーに変換され、シヤフトに直結した発電機
（図示しない）で電気エネルギに変換して送電さ
れる。タービンで仕事を終えた蒸気は復水器２６
で冷却され、復水となる。この復水は３台の50％
容量のの低圧復水ポンプ２７ａ，２７ｂ，２７ｃ
復水脱塩装置２８、３台の50％容量の高圧復水ポ
ンプ２９ａ，２９ｂ，２９c2台のタービン駆動の
給水ポンプ３０ａ，３０ｂ、２台の電動駆動の給
水ポンプ３１ａ，３１ｂと給水配管２２を経て、
原子炉圧力容器１内に供給される。前記給水ポン
プは、原子炉の定格給水量に対し、各タービン駆
動の給水ポンプ３０ａ，３０ｂは50％、各電動駆
動の給水ポンプ３１ａ，３１ｂは25％の容量を有
しており、いずれかのポンプが事故で停止した場
合は、待期中のポンプがスタンバイ起動するのが
一般的である。主蒸気管２１には主蒸気流量測定
装置３２が設けられ、主蒸気流量を電気信号に変
換する。給水配管２２には給水流量測定装置３３
が設けられ給水流量を電気信号に変換する。この
二つの電気信号を減算器４０で演算し、主蒸気流
量と給水流量の差流量に相当する電気信号を得
る。（これをミスマツチ量と呼ぶ）この信号を微
分演算器４１に入力させミスマツチ量の変化率を
演算し、その結果を比較器４２に入力する。この
比較器４２は、ミスマツチ量の変化率が、プラン
トの正常運転で許容できる変化率より大きい時に
出力信号を出す。比較器４２の出力は原子炉圧力
容器１内の冷却材３のレベルを検出する原子炉水
位検出器４３の出力接点４４を経て、コンパレー
タ４５の入力となる。出力接点４４は原子炉出力
100％の時、給水ポンプが50％喪失して冷却材の
レベルが低下し、50％スタンバン給水復水系のバ
ツクアツプ効果が生かされて、危険レベル迄のレ
ベル降下が回避できる最低水位を検出して閉する
接点である。コンパレータ４５は、給水供給能力
が低下し、原子炉冷却材レベルがスタンバイ給水
ポンプの効果が生かされる最低水位に達した時動
作し、出力接点４６を閉して、減算器４０のミス
マツチ量信条を演算器４７，４８，４９の夫々に
入力する。ここでは説明の便宜上スタンバイ給
水・復水系は２台の電動駆動の給水ポンプに限定
して説明する。演算器４７と４８は、ミスマツチ
量が25％以下を演算する為、25％容量の電動駆動
の給水ポンプ３１ａ，３１ｂ運転中の信号５０a₁
又は５１a₁を給水流量に換算した信号とミスマツ
チ信号との差を演算する。演算器４９は、ミスマ
ツチ量が50％以下を演算する為、２台の25％容量
の電動駆動の給水ポンプ３１ａ，３１ｂ運転中の
信号５０a₁、又は５１a₁を給水流量に換算した信
号とミスマツチ信号との営を演算する、演算器４
９は、ミスマツチ量が50％以下を演算する為、２
台の25％容量の電動駆動の給水ポンプ３１ａ，３
１ｂ運転中の信号、５０a₂と５１a₂のANDを給水
流量に換算した信号とミスマツチ信号との差を演
算する。５７，５８，５９は演算器４７，４８，
４９の電源の負極母線である。これ等の演算器
は、演算結果が零より正側になつた時、出力信号
を出し、コンパレータ５２を動作させる。コンパ
レータ５２の出力接点５３は、演算器４７，４
８，４９の出力信号で閉し、演算器４０のミスマ
ツチ量信号をパルス発生器５４に接続する。パル
ス発生器５４は、関数演算機能を持ち、ミスマツ
チ量が大なる時連続信号を小なる時不連続なパル
ス信号を出力し、再循環ポンプ速度制御装置１１
の一つの入力信号となる。

次に本発明の原子力発電所の出力制御装置の作
用を説明する。第２図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、横
軸に時間縦軸に給水流量、主蒸気流量、再循環ポ
ンプ速度、原子炉水位、主蒸気流量―給水流量の
ミスマツチ量の夫々を示したものである。同図に
おいて実線７１，７３，７５，７７は従来の制御
装置による特性を示したもので、点線７２，７
４，７６，７８，７９は、本発明の制御装置によ
る特性を示したものである。第１図の低圧復水ポ
ンプ２７ａ，２７ｂ，２７ｃ、復水脱塩装置２
８、高圧復水ポンプ２９ａ，２９ｂ，２９ｃ、給
水ポンプ３０ａ，３０ｂ，３１ａ，３１ｂ等の異
常で給水能力が低低下すれば第２図Ａの様に、給
水流量はａ点よりｂ点に急速降下する。（一般
に、負荷変動による給水要求量の変動速度は５〜
20％／秒であるが、ポンプが故障で停止した場合
は約50％／秒で急速に給水流量が降下する。）こ
の時、主蒸気流量は同図Ｂに示す様に変化せず、
Ｄの原子炉水位の降下で給水流量の不足分を補な
う。従つて減算器４０の出力（ミスマツチ量）
は、零より正信号に変り、Ｅの様に急激にこのミ
スマツチ量は大きくなる。この信号を微分演算器
４１で変化率を演算し、ｃ点からｄ点迄の変化率
が異常に大であれば、比較器４２より出力信号が
発生する。原子炉水位検出器４３は、原子炉の水
位を監視しており、第２図Ｄに示すｅ点迄降下し
た時、出力接点４４が閉し、コンパレータ４５が
動作する。ｅ点は前記の如く100％出力運転中に
給水供給能力が喪失し、50％の給水供給能力、
（例えば、電動駆動の給水ポンプ２台等）がスタ
ンバイ起動することにより、危険水位８１に低下
するのを回避できる点である。コンパレータ４５
の動作をｅ点に低下する迄待つのは、各々の低圧
復水ポンプ、高圧復水ポンプ、タービン駆動の給
水ポンプ、電動駆動の給水ポンプにスタンバイ起
動時間が必要でありしかも、これ等の補助油ポン
プの停止中又は起動中、油温の状態、運転の形態
によりスタンバイ起動時間が異なる為である。原
子炉水位がｅ点迄低下しなければ、正常な給水供
給系で補正されているか、又は、すでにスタンバ
イ能力の効果が生かされている為、原子炉出力を
変えずに運転継続できるので、不必要な再循環ポ
ンプ速度のランバツク制御をせずに済む。コンパ
レータ４５の出力接点４６が閉すると、演算器４
７，４８，４９がミスマツチ量と、スタンバイ給
水能力量を比較し、スタンバイ給水能力量がミス
マツチ量より小なる時、コンパレータ５２が動作
し、パルス発生器５４を動作させ、ミスマツチ量
が零になる迄再循環ポンプ速度制御装置を経て、
第２図Ｃの様にポンプ速度を降下させる。ポンプ
速度の降下により、第２図Ｂの様に主蒸気流量が
少なくなり、発電動出力が減少する。パルス発生
器５４は、ミスマツチ量が大なる時、第２図Ｃの
ｆ点からｇ点迄の様に再循環ポンプ５ａ，５ｂの
速度を急速に降下させ、ミスマツチ量が小さくな
つたならばｇ点からｈ点迄の様に、緩るやかに降
下させ、ハンチングを防ぎ不必要な原子炉出力変
動を抑える。第３図は横軸に炉心流量、縦軸に炉
熱出力で原子炉運転特性を示したもので、従来給
水供給能力の低下によりａ点からｂ点迄再循環ポ
ンプ速度を降下して原子力出力を減少させていた
が本発明によれば、再循環ポンプ速度の降下をｃ
点迄とすることができ、従来より△Ｐだけ出力を
増加させることができる。

以上説明のように本発明の原子力発電所の出力
制御装置は構成されているので次の効果を奏する
ことができる。まず第１の効果は、原子力発電所
の不必要な出力の低下を防止することができる。
すなわち従来復水、給水ポンプの運転状態即ちポ
ンプの駆動電動機用しや断器やポンプの駆動ター
ビン用制御油圧検出スイツチで給水供給能力の低
下を検出していた為、原子力発電所が部分負荷で
運転している場合や、スタンバイポンプの有効な
バツクアツプがあつても、ミスマツチ量が定量的
に判定できないので、再循環ポンプを最小速度迄
降下させ、主蒸気流量を減少させて、いたものを
給水流量と主蒸気流量のミスマツチ量の変化率で
給水供給能力の低下を検出し、運転可能の最低水
位迄正常部分での修正効果を持つ為に、原子力発
電所の不必要な出力低下が防げる。大容量原子力
発電所で、昼夜の負荷に大きな差があり、部分負
荷を行つている時間が長いものについては更にこ
の効果が生かされる。又全ての運転モードにおい
て、確実に給水供給能力低下が検出できるので、
不必要な出力低下を防止でき、電力系統に安定し
た電力を供給できる。

第２の効果は、ミスマツチ量を把握することに
より、給水供給系統の事故時に、おいても許され
る給水供給能力の最大値で原子炉を運転すること
ができるので、可能な範囲での高出力運転が可能
である。これは下記する効果と相まつて原子力発
電所の稼動率向上に寄与するものである。

第３の効果は、主蒸気流量や給水流量を測定し
て、給水供給能力の低下を検出しているので、全
ての運転モードで、確実に給水供給能力を検出し
て、再循環ポンプの速度を速みやかに降下させ、
原子炉出力を減少するようにしたので、原子炉水
位の危険水位（スクラム水位）迄の降下を回避
し、原子炉スクラムを未然に防止でき、運転を継
続することができるので原子力発電所の稼動率が
向上する。

なお本発明装置は前述の一実施例に限定するも
のではなく、本発明の思想を逸脱しない範囲で
種々設計変形して実施できるものである。例えば
原子炉水位検出器の動作点を、主蒸気流量、給水
流流量も考慮して、演算しミスマツチ量が小さい
時は、原子炉水位を第２図Ｄのｅ点より更に低い
位置迄待つことにより、原子炉の出力変動の可能
性をできる限り回避することもできる。

またスタンバイ給水供給量の算出は、ポンプの
スタンドバイ起動信号でポンプ最大容量を期待し
ているが、ポンプの実際の吐出流量を検出して、
算出することにより、早期に原子炉再循環ポンプ
の速度を降下させて、更に原子炉水位低下による
原子炉スクラムを回避するようにしてもよい。

更に前記説明では専用の演算器で制御する例に
ついて説明したが電子計算機で、多数のパラメー
タを含んで演算することにより、制御精度を向上
させることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原子力発電所の出力制御装置
の一実施例を示す図、第２図は原子力発電所の出
力制御装置の特性を示す図、第３図は原子炉の運
転特性を示す図である。 １１……再循環ポンプ速度制御装置、４０……
減算器、４１……微分演算器、４２……比較器、
４３……原子炉水位検出器、４４……原子炉水位
検出器出力接点、４５……コンパレータ、４７，
４８，４９……演算器、５２……コンパレータ、
５４……パルス発生器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 主蒸気流量と給水流量の差を算出する第１の
   演算器と、第１の演算器の出力変化率と原子炉水
   位とから給水供給能力の低下を算出する第２の演
   算器と、第１の演算器とバツクアツプ給水供給量
   との差を算出する第３の演算器と、バツクアツプ
   給水供給量が不足の時、原子炉出力を減少させる
   制御器とからなり、給水供給能力の低下時に、主
   蒸気流量と給水流量が等しくなる迄、原子炉出力
   を低下させることを特徴とする原子力発電所の出
   力制御装置。