JPS62228996A - 沸騰水型原子力発電プラント - 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） 本発明は主蒸気管に逃し弁装置を設ける沸騰水型原子力
発電プラントに係り、特に、プラントに部分負荷しゃ断
があった場合の原子炉伶１の防止を図った沸騰水型原子
力発電プラントに関する。

（従来の技術） 近年、電力系統網の拡大や、発電ユニツＩ〜の太古ｎ化
とともに、夜間の揚水発電所の運転Ｇの増大、電源立地
点の入手難、送電ルートの確保難等の技術的社会的要因
から大容量かつ長距離送電が必要となり、これに伴って
電力系統網の安定運用問題がクローズアップされてきて
いる。

特に、多数の揚水発電所が揚水運転を行なっている夜間
時において、電力系統網に短絡、地絡等の系統故障が発
生すると、電源部では発電機出力減少のために発電機が
加速され、一方揚水￥１！電所では供給される電力の減
少によって減速されるため、周期運転限界以上に相差角
が開き、いわゆる揚水発電所の脱調現象に至る恐れがあ
る。

このようにして多数の揚水発電所が脱調すると、電力系
統網の電力の需給バランスが崩れて電力供給過剰になる
ため、系統周波数は或時間継続して上昇したままになる
。ぞして、この周波数の上昇量は揚水発電所の脱調聞に
ほぼ比例している。

従来の沸騰水型原子力発電ブラン］・では、上述のよう
な状況下で系統周波数の上昇量がタービン制御装置内の
予め決められた負荷設定バイアス分相当以上になると、
タービン加減弁を絞るとともにタービンバイパス弁の開
放が行なわれていた。

しかし、この場合タービンバイパス弁へ流れる蒸気がタ
ービンバイパス弁の設備容ω以上になると、原子炉の運
転停止に至る虞れがある。

すなわち、電力系統網に前述の如き周波数上界が検出さ
れると、その検出信号によりタービン加減弁が急閉する
とともにタービンバイパス弁が全開され、蒸気タービン
へ流入する蒸気流苗が減少される。しかし、この減少分
がタービンバイパス弁全１１１時のバイパス弁容聞を上
回ると、蒸気減少分とバイパス流出との間にミスマツチ
が生じ、主蒸気流量が減少覆る。

＃、１ｒＡ子炉出力はこの間はぼ一定であるため原子炉
にＪ３ける発生蒸気量は一定であり、したがって原子炉
の発生蒸気量と主蒸気流量ずなわち原子炉からの流出然
気とのミスマツチが生じ、原子炉圧力が上界する。

しかも、原子炉圧力が上昇すれば、沸騰水型原子炉に特
有の正の出ツノ反応度特性により原子炉内中性子束が、
増加し、さらにこれに比例して原子炉圧力が上界する。

したがって、原子炉圧力高信号あるいは中性子束高信号
のいずれかが原子炉の安全装置に導かれ、原子炉急速停
止が行なわれる。

ここで電力系統網の周波数上７ζ足をＰ％（定格周波数
に対する％値）とし、タービン加減弁の絞り込み吊、す
なわち部分負荷しゃ断崖をＰ％（プラント定格負荷に対
１６％値）とザれば、これらの間にはタービン速度制御
系の速度調定率Ａ％に対してＰ＝１００ＸＦ／Ａなる関
係がある。

また沸騰水型原子力発電プラントのタービン加減弁は、
一般に圧力優先制−を行なっており、そのためにタービ
ン制御装置からのタービン加減弁制御信号にはいわゆる
バイアスが与えられている。

ずなわら、第４図のタービン制御装置のブロック図に示
ずＪ：うに、タービン制御装置１００にはタービン回転
速度信号２２Ａおよびタービン圧力信号１９Ａが与えら
れている。

タービン回転速度信号２２Ａは速度調整器１１３へ与え
られ、速度設定器１１４の設定値と比較器１１３ａで比
較され、その偏差信号が増幅器１１３ｂで増幅されて速
度誤差信号１１３Ａとして基準値回路１１５に加えられ
る。

基準値回路１１５へは負荷設定器１１６の負荷設定信号
１１６Ａおよび負荷設定バイアス発生器１１７からのバ
イアス信号１１７Ａが加えられており、その基準値回路
１１５の出ノ〕はタービン負荷要求信号１１５Ａとして
低値優先回路１１８の一つの入力端に印加されている。

低値優先回路１１８の出力は主蒸気加減弁流量信号１０
０Ａとして主蒸気加減弁操作部９ａへ与えられるととも
に、バイパス弁制御回路１２０へ与えられる。

一方、タービンの入口圧力信号１９Ａは圧力調節器１２
１へ加えられて、圧力設定器１２２の設定値と比較器１
２１ａで比較され、その偏差信号が増幅器１２１ｂで増
幅され圧力調整信号１２１Ａとして前記低値優先回路１
１８の他の入力端および前記バイパス弁制御回路１２０
のイｌの入力端に加えられる。

前記低値優先回路１１８は前記タービン負荷要求信３１
１５Ａと圧力調整信号１２１Ａとを比較し、低値を優先
させて出力し、主蒸気加減弁を調整するものであり、通
常はタービン負荷要求信号“１１５Ａが負荷設定バイア
ス分だけバイアスされているから、タービン圧力制御系
からの信号を優先させることになる。

バイパス弁制御回路１２０は前記主蒸気加減弁流量信号
１００Ａと全蒸気流開信号となる圧力調整信号１２１Ａ
とを比較器１２０ａで比較し、その偏差を増幅器１２０
ｂにて増幅し、バイパス弁１ｉＩＪ御信号１００Ｂとし
てタービンバイパス弁操作部１０ａに与え、バイパス弁
の調整を行なう。このように低値優先回路１１８の入力
端にはタービン負荷要求信号１１５Ａと圧力調整信＠　
１２１　Ａとが入力されており、タービン負荷要求信号
１１５Ａは通常運転中負荷設定バイアス分だけバイアス
した状態となっている。

上記負荷設定バイアス砧は一般に１０％定格負荷相当分
に設定されている。したがって、１０％定格負荷以内の
部分負荷しゃ断に対しては主蒸気加減弁は応動せず、一
般にＰ％の部分負荷しゃ断に対して主蒸気加減弁操作部
への実効絞り要求は（Ｐ−１０）％定格負荷となる。

さらに、タービンバイパス弁の容量を８％定格主蒸気流
０とすると、（Ｂ＋１０）％定格負荷相当までの部分負
荷しゃ断に対しては、タービン加減弁の絞り込みによる
蒸気流量減少があっても原子炉側へ原子炉圧力上昇等の
波及的効果は与えられないと言える。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このように構成された従来の沸騰水型原
子力発電プラントでは、例えば（Ｂ＋１０）％定格負荷
相当以上の大幅な部分負荷しゃ断に対しては、主蒸気加
減弁の絞り込み伍を前記タービンバイパス弁で吸収しき
れな（なるため、前述の如く原子炉の運転は停止するこ
ととなる。

すなわち、従来の沸騰水型原子カプラントにおいては、
プラント定格負荷換算でタービンバイパス評容けと負荷
設定バイアス分との和以上の部分負荷しゃ断が加わった
場合には、原子炉より流出する主蒸気流量の減少をきた
し、一方、原子炉出力がほぼ一定であるために、原子炉
の熱収支のバランスが崩れる。このため、原子炉圧力が
上昇し、それにより原子炉内のボイドがつぶれて、中性
子束が増加して原子炉出力が上品し、ぞれに応じてさら
に原子炉圧力が上昇し、その過程で、原子炉の急速停止
を眉く。

そこで、このような原子炉の急速停止を防止するために
、タービンバイパス弁の吸収能力を上回る負荷しゃ断が
生じたことを系統周波数によって検出し、選択制御棒の
挿入および再循環ポンプトリップ等によって原子炉出力
を減少させることが提案されている（特開昭５４−３６
４８０号参照）。

しかし、これでは、系統周波数の上昇が急激に起った場
合には、燃料棒からの熱出力および炉心発生蒸気量は、
数秒以上の時定数で緩慢にしか減少させることができず
、その間に原子炉が急速停止に至ってしまうおそれがあ
る等の問題がある。

そこで、本発明はタービンバイパス弁のバイパス容量を
超えるタービン負荷の減少があった場合でも、原子炉の
運転を停止させることのない沸騰水型原子力発電プラン
トを提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は原子力発電プラントに設けた逃し弁の、余剰蒸
気放出機能に着目しでなされたものであり、次のように
構成される。

原子炉で発生した蒸気を主蒸気管を通して導入するター
ビンの入口圧力および回転速度を検出して、主蒸気加減
弁とタービンバイパス弁との開度制御を行なうタービン
制御装置と、上記主蒸気管の蒸気を１ナプレツシジンブ
ールへ放出させる逃し弁装置とを有する原子力発電プラ
ン１〜にＪ３いて、上記タービン制御装置より上記ター
ビンバイパス弁へ与えるタービンバイパス弁制御信号を
受けて上記逃し弁装置の逃し弁の開閉制御を行なうと共
に、上記タービンバイパス弁の開度制御を行なう逃し弁
開６１Ｉ装置を設けた。

（作用） タービン負荷の減少をタービン制御装置が検出すると、
このタービン制御装置より主然気加減弁の開度を絞る加
減弁制御信号と、タービンバイパス弁の開度を開放する
タービンバイパス弁制御信号とが出力される。

タービンバイパス弁制御信号を受ける逃し弁制御装置は
このタービンバイパス弁制御信号の制御岱に応じて１台
、もしくは複数の逃し弁を１７ｉ１放し、タービンバイ
パス弁の開度を制御する。

したがって、タービンバイパス弁のバイパス容箔を超え
る負荷しゃ断があっても、その余剰蒸気を逃し弁装置に
よりサプレッションブールへ排出できるので、原子炉運
転の停止を防止することができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図〜第３図を参照
して説明する。

第１図は本発明の一実施例の全体構成を示しており、沸
騰水型の原子炉１内に炉心２を炉水Ｗに冠水させた状態
で収容している。

炉心２内には制御棒３が制御棒駆動装置４により挿入さ
れ、あるいは引抜かれ、炉心反応度が制御される。

原子炉１は炉水Ｗを炉心２に強制循環して、発生器気組
を制御する原子炉再循環ポンプ５ａ、５ｂを例えば２台
有し、これらポンプ５ａ、５ｂは駆動七−夕６ａ、６ｂ
により運転される。

原子炉１は主蒸気管７を介してタービン８に接続され、
タービン８の入口側の主蒸気管７には主蒸気加減弁９が
介装され、その上流側にはタービンバイパス弁１０を介
装したタービンバイパス１１の一端が接続され、その他
端には復水器１２が接合されている。

復水器１２は給水ポンプ１３を介装した給水管１４を介
して原子炉１に連結され、復水器１２内の復水を給水と
して原子炉に戻す。

タービン８の出力軸は発電様１５に連結され、発電機１
５の電気出力は変圧Ｐ５１６で昇圧されてから発電機主
しゃ断器１７および送電線１８を介して図示しない電力
系統網へ送電される。

上記主蒸気管７は主蒸気加減弁９の上流側に、タービン
８の入口圧力を検出する圧力検出器１９を設けると共に
、ざらにその上流側に逃し弁装置２０を設けている。

逃し弁装置２０は主蒸気管７に接続された複数本の排気
管２０ａの入口部に逃し弁２０ｂをそれぞれ設け、各排
気管２０ａの先端をサプレッションブール２１内にて開
口させ、逃し弁２０ｂの開放時には主蒸気ｆｆ７の蒸気
をサプレッションブール２１に放出するようになってい
る。

タービン８の回転速度を検出する速度検出器２２と入口
圧力検出器１９とはタービン制御装置１００の入ツノ側
に図中破線で示す信号線を介して接続されている。

タービン制御装置１００は第４図で示す従来例のものと
同様に構成され、主蒸気加減弁９の絞り込み市を指示す
る主蒸気加減弁制御信号１００Ａを主蒸気加減弁操作部
９ａへ、タービンバイパス弁１０の開放量を指示するタ
ービンバイパス弁制御信号１００Ｂを逃し弁制御装置２
３へそれぞれ与える。

逃し弁制御装置２３は第２図に示すように構成され、タ
ービンバイパス弁制御信号１００Ｂを減算器２４に与え
る。

減算器２４の出力側は２股に分岐しており、一方はター
ビンバイパス弁２０ｂを操作するバイパス弁操作部２０
Ｇに接続されて、タービンバイパス弁操作信号２３Ｂを
出力し、他方は演算２５２５に接続されている。

演【）器２５は、タービンバイパス弁１０（すなわら、
タービンバイパス１１）のバイパス容７ｄ以下の所定値
を設定しており、この設定値を前段の減算器２４からの
出力より減算して、算出値が正数のときに演算信号（＋
１）を、負数のときに（−）を次段のカウンタ２６に与
える。

カウンタ２６は初期値零からカウントを開始し、前段の
演算器２５からの信号を入力の都度積多ツし、（＋１）
の場合は加剪し、（−１）の場合は減免する。但し、こ
こでの算出値が負数のときに【よ零信号を出力する。

カウンタ２６からの整数出力は乗停器２７と逃し弁制御
回路２８、とに与えられる。

乗算器２７は演算器２５の設定値と等しい設定バイアス
を有し、バイアス信号発生器２９からの出力と、カウン
タ２６からの整数出力を乗わし、そのＳｌｌ値を減免器
２４に与えて、タービンバイパス弁制御信号１００Ｂよ
り減免する。

逃し弁制御回路２８はカウンタ２６からの整数信号に基
づいて、１台もしくは複数台の逃し弁２０ｂを開放させ
るための逃し弁開操作信号２３Ａを逃し弁操作部２０Ｇ
へ与える。

次に本実施例の作用について説明する。

ここでは、仮に、タービンバイパス弁１０のバイパス容
量を２５％定格蒸気流ｍとし、バイアス信号発生器２９
の負荷設定バイアス聞を２０％定格負荷相当分に設定し
た場合について述べる。

まず、電力系統網の系統周波数が、ヒ界すると、これを
タービン制御装置１００が検出し、主蒸気加減弁流量信
号１００Ａを主蒸気加減弁操作部９ａに与えると共に、
タービンバイパス弁制御信号１００Ｂを逃し弁制御装置
２３の減口器２４に与える。

これにより、主蒸気加減弁操作部９ａはその流母信号１
００Ａに従って主然気加減弁９を所定の開度に絞り、タ
ービン８への流入蒸気量を減少させる。

一方、逃し弁制御装置２３ではそのカウンタ２６が初期
値である場合には零出力が乗算器２７と逃し弁制御回路
２８とに与えられているので、乗算器２７の出力は零で
あり、減口器２４には零が与えられている。したがって
、減算器２４へ与えられたタービンバイパス弁制御信号
１００Ｂは減算されずに、入力状態のままで、タービン
バイパス弁操作信号２３Ｂが、タービンバイパス弁１０
の操作部１０ａへ与えられ、タービンバイパス弁１０を
所定の開度に開放する。

そして、逃し弁制御装置２３のカウンタ２６により零出
力を受けた逃し弁制御回路２８は逃し弁操作信号２３Ａ
を出力しない。

したがって、逃し弁２０ｂは開放されない。

次に、タービン制御装置１００からのタービンバイパス
弁開神佑＠１００Ｂが逃し弁制御装置２３のバイアス信
号発生器２９の負荷設定バイアス聞である２０％定格負
荷相当を超えた場合には、演算器２５は、信号（÷１）
をカウンタ２６に与え、カウンタ２６はその入力をカウ
ントして整数信号（１〉を乗算器２７と逃し弁制御２１
１回路２８とに与え、逃し弁制御回路２８では２０％定
格負荷相当分の余剰蒸気を放出させるために逃し弁２０
ｂの開度に換ｎして、逃し弁操作信号２３Ａを逃し弁２
０ｂに与えて、これを開弁する。

一方、カウンタ２６からの整数信号（１）を受【プる乗
算器２７はバイアス信号発生器２９の設定値（２０）と
乗算して、減算３２４に（２０）を与えている。このた
めに、減算器２４ではタービンバイパス弁制御信号１０
０Ｂとの偏差が零となるので、逃し弁制御装置２３から
のタービンバイパス弁操作部Ｍ２３Ｂの出力は停止され
、タービンバイパス弁１０は原状に復帰して閉じる。

しかし、上述したように逃し弁２０ｂは開放しており、
２０％定格流ｍ相当分の余剰蒸気をサプレッションブー
ルに放出している。

したがって、原子炉圧力の上昇は緩和される。

また、タービン負荷の減少が４０％定格負荷相当を超え
た場合でも逃し弁制御装置２３により複数台の逃し弁２
０ｂが開放して、４０％定格負荷相当分の余剰蒸気がタ
ービン８をバイパスして放出され、この間、タービンバ
イパス弁１０を０〜２０％定格蒸気流伍で開放すること
ができる。

そして、タービンバイパス弁制御信号１００Ｂの蒸気温
良が２０％より減少した場合には減算器２４からの偏差
が負数になるので、演Ｆ［器２５からカウンタ２６へは
く−１）が与えられる。

このため、カウンタ２６は乗算器２７と逃し弁制御（！
す路２８とに零出力を与えるので、逃し弁制御回路２８
からの逃し弁操作信号２０Ｇの出力は停止され、各逃し
弁２０Ｃは閉じる。

一方、乗算器２７からは零が減算器２４に与えられるの
で、この減ｎＶｓ２４に与えられるタービンバイパス弁
制御信号１００Ｂは減口されずに、タービンバイパス弁
操作信号２３Ｂとして、タービンバイパスフッ操作部１
０ａに与えられ、タービンバイパス弁１０を所定の開度
に開放する。したがって、余剰蒸気はタービンバイパス
弁１０により復水器１２へ放出され、原子炉圧力の上昇
を緩和することができる。

このように構成された本実施例によれば、系統周波数の
急激な上昇による部分負荷しゃ断が発生した場合であっ
ても、第３図に示１゛ように原子炉圧力と中性子束の上
昇を抑制することができ、原子炉１の運転停止を防止す
ることができる。

第３図は本実施例において上記部分負荷しゃ断が加わっ
た場合のプラント過渡現象の模擬解析結果を従来プラン
トと比較して示しており、従来プラントにおいて、部分
負荷しゃ断が加わった場合には破線３０で示すように原
子炉圧力が急上昇し、例えば約３秒後に原子炉圧力高設
定点βに達する。

また、この原子炉、圧力急上昇に伴って中性子束が破線
６０に示すように急上昇し、例えば約２秒後に中性子高
設定点（定格１２０％）に達し、原子炉１は急速停止す
る。

また、タービンバイパス弁１０の蒸気流間は破線４０に
示すように変動する。

一方、本実施例において、例えば１台当りの蒸気流０が
５％の逃し弁２０ｂを４台設け、逃し弁バイアス設定値
を２０％に設定した場合には、原子炉圧力は実線３１に
示ずように当初一時的に上昇するが、それ以後は殆ど上
昇せず、原子炉圧力高設定点βに対して大幅な裕度を示
している。

また、中性子束も実線６１に示すように殆ど上９７ぜず
、中性子束高設定点αに対して大幅な裕度を示している
。

なお、第３図中、実ｆｉ１５０は木実ｆｆ１例の逃し弁
２０ｂの開放による逃し蒸気流ｍを示しており、２度の
逃し弁開要求に応答している状態を示している。

したがって、本実施例によれば、プラント定格負荷換算
でタービンバイパス弁容量と負荷設定バイアス分との和
以上の部分負荷しゃ断が加わった場合においても、原子
炉圧力高または中性子束高のいずれかによる原子炉停止
を防止することができる。

（発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、従来であれば不測
の原子炉急速停止を１ａ＜ような急激な部分負荷しゃ断
が沸騰水型原子炉に加わったような場合でも、これによ
って引ぎ起こされる原子炉の過渡変化を原子炉の安全運
転を継続できる範囲におさめることができ、原子炉停止
を防止することが可能となり、？！！騰水型原子力発電
プラントの稼動率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る沸騰水型原子力発電プラントの一
実施例の全体構成を示す構成図、第２図は第１図で示す
逃し弁υ制御装置のブロック図、第３図は大幅な負荷し
１５断が加わった場合の本実施例におけるプラント過渡
現象の模擬解析結果を従来例と比較して示すグラフ、第
４図は従来のｔａ水型原子力発電プラントのタービンＩ
制御装置のブロック図である。 １・・・原子炉、２・・・炉心、３・・・制御棒、４・
・・制御棒駆動装置、７・・・主蒸気管、８・・・蒸気
タービン、９・・・主蒸気加減弁、１０・・・タービン
バイパス弁１．２０・・・逃し弁装置、２１・・・サプ
レッションブール、２３・・・逃し弁制御袋δ、１００
・・・タービン制御装置。 時間 竿３　薗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 沸騰水型原子炉で発生した蒸気を主蒸気管を通して導入
   するタービンの入口圧力および回転速度を検出して、主
   蒸気加減弁とタービンバイパス弁との開度制御を行なう
   タービン制御装置と、上記主蒸気管の蒸気をサプレッシ
   ョンプールへ放出させる逃し弁装置とを有する原子力発
   電プラントにおいて、上記タービン制御装置より上記タ
   ービンバイパス弁へ与えるタービンバイパス弁制御信号
   を受けて上記逃し弁装置の逃し弁の開閉制御を行なうと
   共に、上記タービンバイパス弁の開度制御を行なう逃し
   弁制御装置を設けたことを特徴する沸騰水型原子力発電
   プラント。