JPS62228995A - 全容量バイパス原子力プラント - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、新報換型原子炉等の軽水炉を全容Ｉｉ１バイ
パスブラントとする際、原子炉水位や最小限出力比を許
容値内に抑制した全容量バイパス原子力プラントに関す
る。

（従来の技術） 一般に、原子炉で発生した蒸気は、主蒸気管を通りター
ビン蒸気加減弁を経て蒸気タービンへ導かれ、このター
ビンで膨服して仕事をし、発電機を駆動させる。然気タ
ービンで仕事をした蒸気は、主復水器へ導かれて凝縮さ
れ、復水どなる。

この主復水器には、蒸気タービンをバイパスして主蒸気
管から直接に蒸気を導くバイパス管も接続されている。

このバイパス管にはタービンバイパス弁が設置されてお
り、このバイパス弁は通常、閉鎖されている。

そして、例えば送電系統の事故等によって発電機の負荷
が遮断された場合、蒸気タービンおよび発電機を保護す
るためにタービン蒸気加減弁が急速閉鎖されて蒸気ター
ビンへの蒸気の供給を停止すると共に、ターごンバイパ
ス弁が急開して原子炉で生じた蒸気を直接に復水器へ導
くようになっている。

しかして、原子炉からの主蒸気量を全容量バイパスさせ
ることが困難な部分容量バイパスプラントでは、タービ
ンバイパス弁や復水器の容量が小ざく、一部分の蒸気し
か吸収できないために、原子炉の圧力が上＋ｆ１Ｖる。

これを解決するため、部分容１ｄバイパスプラン１〜で
は、負荷遮断と同時に原子炉をスクラムさせ、炉出力や
炉圧力の上昇を緩和している。

一方、全容ωバイパスプラントでは、タービンバイパス
弁が定格運転中の蒸気流ｎを１００％吸収できる能力を
有しているため、負荷遮断が生じても、原子炉を停止さ
せることなく、炉内単独運転に移行できる設計となって
いる。また、万一、タービンバイパス弁が間放しなかっ
た場合には、タービンバイパス弁開失敗の信号を受けて
、原子炉をスクラムさせ、その後の炉出力や炉圧力の上
昇を緩和している。現行の設計では、負荷遮断発生後、
タービンバイパス弁が開放するまでの時間を２００Ｔｒ
Ｌｓｅｃ以内とし、この時間内にタービンバイパス弁が
開放しない場合は、原子炉を直ちにスクラムさせること
としている。

次に、発電機負荷遮断と再循環ポンプトリップとの関係
について説明する。

部分容憬バイパスプラントや全容価バイパスプラントの
場合において、タービンバイパス弁開放に失敗した場合
、炉出力や炉圧力の上昇を抑制するため、原子炉はスク
ラムされる。その際、通常は、原子炉スクラムのみでは
抑制手段として充分でなく、特に、最小限界出力比は許
容限界値を超える。このため、再循環ポンプを負荷遮断
信号によりトリップさせて、炉心流量を低下させ、ボイ
ドの増加による負の反応度投入を行ない、炉出力の低下
を図っている。

ところで、現在開発中の新転換型原子炉では、再循１１
ポンプは、原子炉圧力容器内に例えば１０台設けられる
インターナルタイプのポンプとなっている。この再循環
ポンプは回転慣性が小さく、トリップ時の炉心流ｍの低
Ｆが急速であり、あまりに多数の再循環ポンプを同時に
トリップさせると、かえって冷却材が不足し、最小限界
出力比が大ぎくなり、熱的に厳しくなる。

このため、部分容量バイパスプラントでは、負荷遮断信
号により原子炉をスクラムさＵると共に、１０台の再循
環ポンプのうち数台をトリップさせる設Ｎ１としている
。

一方、全容量バイパスプラントにおいては、再循環ポン
プをトリップさせる方法として、従来は次の２つのもの
が考えられていた。

第１の方法、負荷遮断信号によって直ちに数台の再循環
ポンプをトリップさせる。このトリップから約２００ｍ
５ｅＣの後、タービンバイパス弁が開放しているか否か
を確認し、開放しているならば所内単独運転に移行し、
また、間失敗ならば原子炉をスクラムさせるものである
。

第２の方法は、負荷遮断信号が生じた場合、タービンバ
イパス弁の開を確認するまでの約２００ｍ　ｓｅｃの闇
は、特に緩和操作をとらず、間失敗の時のみ原子炉をス
クラムさせ、数台の再循環ポンプをトリップさせるもの
である。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、新転換型原子炉を全容量バイパスプラントと
する際、詳細な評価を行なったところ、上述した２案に
は、各々次のような問題点があることが判明した。

第１の方法では、発電機負荷遮断が生じると、タービン
蒸気加減弁が急速閉鎖され、タービンバイパス弁が急開
するため、炉出力や炉圧力の上昇は許容範囲内に抑制さ
れ、プラントは継続運転が可能である。

しかしながら、負荷Ｍ断信号で１０台中数台の再循環ポ
ンプがトリップすると、炉心流量が減少し、ボイドが増
加して原子炉水位が上昇し、原子炉水位高のタービント
リップに至る。タービントリップが生じると主蒸気管に
設けられたタービン止め弁が閉鎖すると共に、原子炉ス
クラムが発生し、原子炉プラント停止に至る。

すなわち、折角、タービンバイパス弁が間成功して継続
運転可能な状態にしたのにも拘らず、原子炉水位の上昇
という伯の要因によって原子炉プラン１−が停止してし
まう結果となる。このため、全容量バイパスプラントと
してバイパス弁等の容量を増加させても、その機能は果
せないものであった。

第２の方法では、発電機負荷遮断が生じてタービン蒸気
加減弁が急速閉鎖された場合、蒸気が遮断されるため、
タービンバイパス弁が急開すればよいが、開失敗した場
合、炉出力や炉圧力が上昇する。圧力上昇は、ボイドの
減少を導き、これは正の反応度投下の原因となり、原子
炉出力上昇を招く。全容量バイパスプラントにおいて、
特にタービンバイパス弁が間失敗した場合、この動作確
認に要する時間のため、原子炉スクラムが遅れて行なわ
れるため原子炉出力の上昇は一層顕著である。

これを抑制するには、いち早く緩和機能を働かせる必要
があるにも拘らず、この第２の方法では、抑制動作はバ
イパス弁開失敗を確認するまでの約２００ｍ５ｅｃの間
は保留され、この間、炉出力や炉圧力は上昇を続ける。

すなわち、評価検討結果によれば、２００　ｍ５Ｑｃ遅
れて原子炉スクラムおよび１０台中数台の再循環ポンプ
をトリップさせたとしてし、最小限界出力比は許容限界
値に抑制することはできないものであった。

したがって、新転換型原子炉を全容量バイパスプラント
にしようとすると、現状の設計では相当な困難を伴う。

それにも拘らず、再循環ポンプのトリップ以外の方法に
よって、全容量バイパスプラントを構成するならば、原
子炉圧力容器の大型化、主蒸気配管の大径化等のコスト
的にみてち相当に影響の大きい設計変更が必要になる。

例えば、主蒸気配管を設訂変更するとしたら、その容積
は部分客層バイパスブラントの約２倍が必要である等の
問題点がある。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、新転
換型原子炉等の軽水炉を全容量バイパスプラントとする
際、発電機負荷１１断が生じた場合に、タービンバイパ
ス弁が開放すれば、原子炉水位高によるプラント停止に
至ることなく運転を継続でき、かつ、タービンバイパス
弁が何らかの理由によって開放しなかった場合でも、燃
料の最小限界出力比が許容限界値を超えることなく、プ
ラントが安定停止できる全容量バイパス原子力プラント
の提供にある。

〔発明の構成） （問題点を解決するための手段） 本発明に係る仝容量バイパス原子力プラントは、発電機
の負荷遮蔽が生じた時の負荷遮蔽信号によって、蒸気タ
ービンへの蒸気供給を停止させ、かつ原子炉からの主蒸
気をタービンバイパス弁によって復水器へ導き、原子炉
の圧力上昇を防止する一方、炉心流量を低下させる再循
環ポンプをトリップさせる再循環ポンプトリップ回路を
備えた全容量バイパス原子力プラントにおいて、複数の
再循環ポンプのうら幾台かをトリップ用とし、上記トリ
ップ用再循環ポンプを第１のトリップ群と第２のトリッ
プ群とに分け、負荷遮蔽信号によっていずれか一方のト
リップ群をトリップさせ、タービンバイパス弁開の失敗
信号によって、他方のトリップ群をも追加トリップさせ
るようにしたものである。

（作用） 本発明の仝容量バイパス原子力プラントにおいて、送電
系統の事故等によって発電機の０６１が遮断されると、
その負荷遮断信号によって、タービンへの蒸気供給を停
止して発電機の回転を停止さＵる。一方、原子炉で発生
した蒸気は、負荷遮断信号によって急開するタービンバ
イパス弁によって復水器へ導かれ、原子炉の圧力は上昇
しない。

そして、発電機負荷遮断発生時での負荷遮断信号によっ
て、複数の再循環ポンプのうちの第１のトリップ群のそ
れが１〜リツプし、これにより、原子炉水位の上昇によ
る原子炉水位高タービントリップを回避する。さらに、
約２００ｍ５ｅｃｆｉれでタービンバイパス弁が開放し
ていれば、そのまま所内単独運転に移行する。

また、タービンバイパス弁が開放していなければ、原子
炉スクラムとともに、タービンバイパス弁開の失敗信号
によって第２のトリップ群にも追加トリップさせる。

その結果、トリップ用とされた再循環ポンプの全てによ
ってトリップが行なわれ、ボイドの増加による負の反応
度投入によって出力を低下さゼ、原子炉スクラムとも相
俟って燃料の最小限界出力比を許容限界値以下に抑制す
る。

（実施例） 以下、本発明に係る全容量バイパス原子力プラントの一
実施例を添付図面を参照して説明する。

図において、符号１は新報換型原子炉や沸騰水型原子炉
等の軽水炉の原子炉圧力容器であり、その内部には、核
燃料を装荷した炉心２が収容されている。原子炉の炉心
２では核反応で発生した熱を冷却材に与えれている。冷
却材が効率よく熱除去を行ない、なお、かつ冷却材の流
量を変えて原子炉出力を制御するために、原子炉圧力容
器１の下部周辺には、複数の、例えば１０台のインター
ナルポンプタイプの再循環ポンプ３が配設されている。

炉心２で発生した蒸気は、原子炉圧力容器１の上部に接
続された主蒸気管４を通して蒸気タービン５に導かれ、
この蒸気タービン５内で膨張して仕事をする。蒸気ター
ビン５で発生した回転力はタービン主軸６によって発７
１機（図示せず）へ伝えられ、発電を行なっている。

蒸気タービン５で仕事をした蒸気は復水器７に案内され
、ここで冷却されて復水になる。

この復水器７には、主蒸気管４から蒸気タービン５をバ
イパスして直接に蒸気を導くバイパス管８が設けられて
いる。主蒸気管４にはタービン蒸気加減弁９が、また、
バイパス管８にはタービンバイパス弁１０厚ＦｉＪけら
れている。タービン蒸気加減弁９は、通常は、原子炉の
圧力制御を行なうべく、所要の信号によって制御されて
いるのに対して、タービンバイパス弁１０は閉鎖された
ままである。

一方、前記再循環ポンプ３には、ポンプインペラをポン
プ駆動させるポンプモータ１１が設けられており、この
ポンプモータ１１は、ポンプ電源装ｖ１１２からの電力
を入力して駆動される。

また、原子炉圧力容器１下部には、炉出力制御のための
制御棒１３が配設されている。この制御棒１３は制御棒
駆１ＰＪＩ機構１４によって炉心２への挿入あるいは抜
出動作が行なわれる。

このような原子力プラントにおいて、発電所の送電系統
の事故等により発電機の負荷が遮断された場合、発電機
負荷遮断検出回路１５がこれを検知して負荷遮断信号を
出力し、タービン蒸気加減弁９を急速閉鎖させて蒸気タ
ービン５への蒸気供給を停止し、蒸気タービン５の回転
を停止させる。

それと同時に、タービンバイパス弁１ｏには急開信号を
与えて、原子炉で発生した蒸気を直接に復水器７へ導き
、原子炉圧力が上昇しないようにして′いる。

しかして、部分容量バイパスプラントでは、負荷遮断信
号は制御棒駆動機構１４にも原子炉スクラムの信号を与
えて原子炉も停止させてしまうのに対し、本発明が対象
とする全容量バイパスプラントでは、タービンバイパス
弁動作確認回路１６が「タービンバイパス弁１０が開放
に失敗した」という信号を発生したときのみ、原子炉を
スクラムさせる。

原子炉スクラムのみでの抑制が不十分で、最小限界出力
比が許容限界値を超えると、前記再循環ポンプ３を負荷
遮断信号によってトリップさＵ、炉心流埴を低下させる
再循環ポンプトリップ回路１７が設けられている。

この再循環ポンプトリップ回路１７は、複数の再循環ポ
ンプ３のうちの幾台かをトリップ用とし、トリップ用再
循環ポンプのトリップ群と第２のトリップ群とに分ける
。そして、負荷遮断信号によって、まず第１段階として
、第１のトリップ群の再循環ポンプ３に対してのトリッ
プ信号をポンプ電源装置１２にも与え、第１のトリップ
群の再循環ポンプ３をトリップさせる。また、タービン
バイパス弁動作確認回路１６からのタービンバイパス弁
１０間失敗の信号を受けると、第２段階として、第２の
トリップ群の再循環ポンプ３に対してのトリップ信号を
ポンプ電源装２１２にも与え、さらに、第２のトリップ
群の再循環ポンプ３をもトリップさせる追加指令を行な
うことになっている。

なお、第２段階でのトリップは、第１段階でのトリップ
によって第１のトリップ群の再循環ポンプ３がトリップ
しているとき、タービンバイパス弁１０が開放して、原
子炉で発生した蒸気が復水器７へ直接に導かれ、原子炉
の圧力上昇が阻止されたタービンバイパス弁開成功の場
合には、作動されない。

この実施例においては、再循環ポンプ３の総数は、前述
の如く、例えば１０台としてあり、トリップ用としては
そのうりの例えば５台を使用するものとし、第１のトリ
ップ群の再循環ポンプ３数は３台とし、第２の１へリッ
プ群の再循環ポンプ３数は２台としである。もとより、
第１のトリップ群の再循環ボン１３数を２台とし、第２
のトリップ群の再循環ポンプ３数を３台とするもよく、
ただ、その場合は、初期のトリップ機能は少なくなる。

また、第１のトリップ群と第２のトリップ群とは、これ
を選択的にトリップさせるようにしてらよく、例えば、
第１のトリップ群が第２のトリップｌ！Ｙのいずれか一
方をトリップさせた後、さらにいずれか他方のそれを追
加させるものとするも、いずれか他方のそれに切換える
ものとしてもよい。

その際、まず、第１段階でのトリップする再循環ポンプ
３数に比し、第２段階でのトリップするそれの数は多く
なるようにしておくものであり、トリップを確実に行な
えるようにする。

なＪ３、新報換型原子炉の設計においては、例えば１０
台の再循環ポンプ３のうちの３台以下のポンプトリップ
に対しては、炉心流量の減少によるボイドの発生で水位
が上昇しても、その上昇幅は小さく、そのため、原子炉
水位高によるタービントリップには至らないようになっ
ており、本発明の採用により原子力プラント停止に至る
ことがないようにすることは可能である。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成されており、発電機負荷遮断
時にタービンバイパス弁の間失敗があると、トリップ用
として用意された幾台かの再循環ポンプのうちの第１の
トリップ群のものがトリップを行ない、原子炉水位の上
昇による原子炉水位高タービントリップを回避し、さら
に、第２のトリップ群のものが追加トリップして原子炉
の出力を低下させ、燃料の最小限界出力比を許容限界値
を超えないようにすることができる。

したがって、新転換原子炉を全容重バイパスプラントと
する際、発電機負荷遮断が生じた場合に、タービンバイ
パス弁が開放すれば原子炉水位高によるプラント停止に
至ることなく運転を継続でき、また、タービンバイパス
弁が何らかの理由によって１７１放しなかった場合でも
、燃料の最小限界出力比が許容値を超えることなくプラ
ントを安定停止でき、しかも、原子炉圧力容器の拡大、
主蒸気Ｔｔの容積拡大等の大幅な設計変更を要しない等
の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る全容量バイパス原子力プラントの一
実施例を示す概略系統図である。 １・・・原子炉圧力容器、２・・・炉心、３・・・再循
環ポンプ、４・・・主蒸気管、５・・・蒸気タービン、
６・・・タービン主軸、７・・・復水器、８・・・バイ
パス管、９・・・タービン蒸気加減弁、１０・・・ター
ビンバイパス弁、１１・・・モータ、１２・・・ポンプ
電源装置、１３・・・制御棒、１４・・・制９］１棒駆
動機構、１５・・・発電機負荷遮断検出回路、１６・・
・タービンバイパス弁Ｅ）＋作回路、１７・・・再循環
ポンプ１〜リツプ回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発電機の負荷遮蔽が生じた時の負荷遮蔽信号によっ
   て、蒸気タービンへの蒸気供給を停止させ、かつ原子炉
   からの主蒸気をタービンバイパス弁によって復水器へ導
   き、原子炉の圧力上昇を防止する一方、炉心流量を低下
   させる再循環ポンプをトリップさせる再循環ポンプトリ
   ップ回路を備えた全容量バイパス原子力プラントにおい
   て、複数の再循環ポンプのうち幾台かをトリップ用とし
   、上記トリップ用再循環ポンプを第１のトリップ群と第
   ２のトリップ群とに分け、負荷遮蔽信号によっていずれ
   か一方のトリップ群をトリップさせ、タービンバイパス
   弁開の失敗信号によって、他方のトリップ群をも追加ト
   リップさせるようにしたことを特徴とする全容量バイパ
   ス原子力プラント。 ２、再循環ポンプの配設数を１０台とし、そのうちの３
   台を第１のトリップ群とし、同じく２台を第２のトリッ
   プ群とした特許請求の範囲第１項記載の全容量バイパス
   原子力プラント。