JPS62272190A - 制御棒駆動制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は原子力発電所において原子炉の出力を制御する
制御棒駆動制御装置に係り、特にステップモータなどを
駆動力源とする制御棒駆動機構を用いる原子力発電所に
おいて好適な制御棒駆動制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のｌ１ＷＲ型原子力発電所において制御棒駆動機構
に取り付いている制御棒状態検出スイッチの信号を保護
信号として用いる制御棒駆動制御装置では、制御棒状態
検出スイッチの信号を最終段の制御装置でロジックを組
まず、上流側の制御装置でロジックを組んで単に制御棒
駆動信号を阻止するだけの簡単なものであって、信頼性
の点については十分な配慮がされていない。また現在ま
で研究や開発が行われているステップモータ駆動による
制御棒Ｎ動機構を用いる制御棒駆動制御装置では、たと
えば特開昭５８−３５６０８号公報に記載のように制御
回路の故障検出方法について開示されているものがある
が、この方法では制御棒駆動信号の阻止をドライブ回路
で行っているため、制御棒状態検出スイッチの信号を用
いた制御棒の挿入阻止時の引抜き動作や引抜き阻止時の
挿入動作を行わせることができず、プラントの稼動率の
点で配慮がなされていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、ステップモータ駆動による制御棒駆
動機構の制御装置が現在まで開発過程にあって、定まっ
た制御システムがなく、制御棒状態検出スイッチの信号
を制御棒駆動制御装置の保護信号としてどのように使用
するかが重要な問題点となっている。

本発明の目的は、制御棒状態検出スイッチの信号を用い
て簡単なロジックを組むことにより、低価格で高信頼性
かつ高稼動率のえられる制御棒駆動制御装置を提供する
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、モータを駆動力源とする制御棒駆動機構を
用いる原子力発電所において、制御棒状態検出スイッチ
の信号を保護信号として用いるさい、この信号を最終段
の制御装置に取り込んで、制御棒の挿入阻止時の引抜き
および引抜き阻止時の挿入を可能とするロジックを構成
し、これにより上流側の制御装置が故障または暴走して
も確実にモータを停止可能にして、達成される。

〔作用〕

上記の制御棒駆動制御装置によれば、制御棒状態検出ス
イッチの信号を最終段の制御装置である制御駆動現場盤
に取り込むことにより、上流側の制御装置が故障あるい
は暴走しても確実にステップモータなどへの駆動信号を
阻止することが可能となり、システムの信頼性が向上す
るとともに、制御棒状態検出スイッチの信号と挿入信号
および引抜き信号および要求パルス信号とを用いて、挿
入阻止時の引抜きおよび引抜き阻止時の挿入をそれぞれ
可能とするロジックを組むことにより、システムの稼動
率が向上する。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を第１図ないし第５図により説
明する。

まず第２図は本発明による制御棒駆動制御装置の一実施
例を示す原子力発電所の制御棒ｙＪＡ１１１制御システ
ム構成図である。第２図において、１は中央制御盤、２
は制御棒駆動制御盤（上流側の制御装置）、３は制御Ｉ
Ｓ駆動現場盤（最終段の制御装置）、４は制御棒駆動機
構である０本原子力発電所の制御棒駆動制御システムに
おいて、制御棒駆動制御装置としては中央制御盤１と、
上流側の制御装置をなす制御棒駆動制御１！２と、最終
段の制御装置をなす制御棒駆動ｆｊｌ場盤３とから構成
される。５はステップモータ（駆動力源）、６はシン６
口発信器、７はギヤ、８はドラム、９はプーリ、１０は
制御棒である。本制御捧駆動機構４は土に駆動力源とし
てのステップモータ５と、シンクロ発信器６と、制御棒
１０などから構成され、ステップモータ５とギヤ８を介
してシンクロ発信器６およびドラム８が連結され、ドラ
ム８はワイヤ２２によりプーリ９を介して制御棒１０を
吊り下げる。１１．１２は制御棒駆動機構４に取り付け
られた制御棒状態検出スイッチで、たとえば制御棒状態
検出スイッチ１１は制御棒ｌＯの位置上限を指示するリ
ミットスイッチであり、制御棒状態検出スイッチ１２は
制御棒１０の位置下限を指示するリミットスイッチに相
当する。なお制御棒状態検出スイッチについては、これ
らに限定されるものではなく、Ｈ子炉の種類とも関係し
て、Ａ”ｌ’Ｒ（アドバンスト・サーマル・リアクタ）
では上記の位置上限・下限スイッチ１１．１２のほかワ
イヤ２２の張力を検出する張力上限・下限スイッチ、Ａ
ＢＷＲ（アドバンストＢ　Ｗ　Ｒ）では位置上限・下限
スイッチ、ｌ？　Ｂ　Ｒでは位置上限・下限スイッチの
ほか荷重スイッチなどが使用できる。

以下各図面を通じて同一符号は同一または相当部分を示
すものとする。

上記構成のシステムにおいて、中央制御盤１は制御棒１
０の選択信号と挿入信号および引抜き信号を作成し、ケ
ーブル１３を介して制御棒駆動制御盤２に伝送する。上
流側の制御装置をなす制御棒駆動制御盤２は上記中央制
御盤１からの信号とともに、他系統からの原子炉出力要
求信号１５および原子炉出力信号１６およびインターロ
ック信号２３を取り込み、制御棒１０を駆動する要求償
号と挿入信号および引抜き信号を作成し、ケーブル１７
を介して制御棒駆動現場盤３に伝送する。

最終段の制御装置をなす制御棒駆動現場盤３は上記上流
側の制御棒駆動制御盤２から取り込んだ信号により、制
御棒駆動機構４の駆動力源をなすステップモータ５に供
給する励磁信号（駆動信号）を作成し、ケーブル１９を
介してステップモータ５を駆動させる。制御棒駆動機構
４のステップモータ５とギヤ７を介して連結されている
シンクロ発信器６はステップモータ５の回転角度に応じ
た制御棒位置信号をケーブル２１を介して中央制御盤１
に伝送され、制御棒１０の位置が中央制御盤１に表示さ
れる。一方同じくステップモータ５とギヤ７を介して連
結されたドラム１０はステップモータ５が回転すること
により、ワイヤ２２によリプーリ９を介して吊り下げて
いる制御棒１ｏを回転角度に応じた位置まで上下に駆動
する。制御棒駆動機構４に取り付いている制御棒状態検
出スイッチ１１．１またとえば制御棒１０の位置上限。

下限を指示するリミットスイッチの信号はケーブル２０
を介して制御棒駆動現場盤３に取り込まれ。

他の制御棒状態検出スイッチの信号と共にケーブル２０
を介して上流の制御棒駆動制御盤２に伝送され、種々の
インターロック信号として使用される。さらに制御棒状
態検出スイッチの信号および種々の信号はケーブル１４
を介して中央制御盤１に伝送され、種々の表示や警報用
の信号として使用される。

第３図は第２図の制御棒駆動現場盤３の一実施例を示す
詳細構成図である。第３図において、２３は交流電源、
２１１〜２１６はサイリスタ、２１７〜２２２はスイッ
チング素子（スイッチングトランジスタ）、２２３は平
滑素子（平滑リアクトル）、２２４は平滑素子（平滑コ
ンデンサ）、３１はドライブ回路、３２はパルス分配回
路、３３は加減速演算回路、３４はパルス発生回路、４
２は電圧制御回路、４３はサイリスタドライブ回路であ
る。第４図は第：３図の加減速演算回路３３の動作を説
明する特性図である。

上記構成の制御棒間１！ｌ］現場盤３において、その動
作の詳細を説明すると、制御棒駆動現場盤３は上流の制
御棒駆動制御盤２からの制御棒１０を駆動する要求信号
３７を取り込み、加減速演算回路３３によりステップモ
ータ５が脱調しないような変換要求信号３８に変換して
、パルス発生回路３４に変換要求信号３８を与える。ス
テップモータ５はパルスモータとも呼ばれ、パルス信号
に同期して動く一種の同期モータであって、位置決め精
度が高いことから数値制御（ＮＣ）などに広く使用され
ているが、このステップモータ５は自起動周波数という
ものを持っていて、要求信号３７の周波数が自起動周波
数以上の時にはステップモータ５が要求信号３７に正し
く追従せずに脱調という現象を起こす。このため加減速
演算回路３３は第３図の動作特性図に示すように、制御
棒１０（ステップモータ５）を駆動する要求信号３７が
ステップモータ５の自起動周波数以上の時には所定の時
間遅れｔｌをもたせて階段状に要求信号３７の周波数ま
でもってゆき、ステップモータ５の脱調を防ぐように要
求信号３７を変換要求信号３８に変換する。またこの要
求信号３７から自起動周波数以下に減速および停止する
時にも、同じように階段状に要求信号３７を低下させて
目標の要求信号までもってゆき、ステップモータ５の脱
調を防ぐように要求信号３７を変換要求信号３８に変換
する。このような変換要求信号３８をパルス発生回路３
４により要求パルス信号３９に変換して、パルス分配回
路３２に与える。パルス分配回路３２はパルス発生回路
３４からの要求パルス信号３９とともに、上流の制御棒
駆動制御盤２からの制御棒１０の挿入信号３５および引
抜き信号３６と、制御棒駆動機構４の制御棒状態検出ス
イッチ１２．１１からの信号である制御棒１０の挿入阻
止信号３５および引抜き阻止信号３６とを取り込み、ド
ライブ回Ｉ＃８ｕ動信号６９〜７４を作成し、ドライブ
回路３１を介してスイッチング素子２１７〜２２２のベ
ースにスイッチング素子駆動信号７５〜８０を与える。

なお挿入阻止信号４゜は制御棒状態検出スイッチ１また
とえば位置下限リミットスイッチによりえられる信号で
あり、引抜き阻止信号４１は制御棒状態検出スイッチ１
またとえば位置上限リミットスイッチによりえられる信
号である。スイッチング素子２１７〜２２２の出力から
ステップモータ５のＵ相、■相、Ｗ相の各巻線にスイッ
チング素子駆動信号７５〜８０に対応した励磁信号（＋
ｆＡ動信号）がケーブル１９を介して供給され、ステッ
プモータ５を駆動する。

ここでステップモータ５を高速で駆動するときに１発生
トルクが低下する。これはステップモータ５が誘導負荷
であるので、回転速度の増加すなわちステップモータ励
磁信号の周波数の増加に伴い、ステップモータ５のイン
ピーダンスが増加して各相の巻線電流が減少するためで
ある。この問題を解決するために、サイリスタを用いた
電圧制御方式を採用している。すなわち加減速演算回路
３３からの変換要求信号３８に応じた直流電圧を作成す
ることにより、ステップモータ５に印加する励磁信号の
電圧対周波数の比Ｖ／Ｆを一定とする可変電圧可変周波
数制御方式を用いて、ステップモータ５の巻線に流れる
電流の実効値を概略一定にすることができる。このため
交流電源２３からの交流をサイリスタ２１１〜２１６の
順変換により直流に変換し、平滑素子２２３，２２４を
用いて平滑して、直流電源を作成することによりスイッ
チング素子２１７〜２２２に供給するとともに、サイリ
スタ２１１〜２１６の点弧位相角信号４４を電圧制御回
路４２により変換要求信号３８に応じて作成することに
より、サイリスタドライブ回路４３を介してサイリスタ
２１１〜２１６のゲートにサイリスタ駆動信号４５〜５
０を与え、これにより変換要求信号３８の周波数に応じ
た直流電圧を直流電源として作成するパルス振幅制御（
ＰＡＭ制御）を行う、なおサイリスタ２１１〜２１６を
用いずに、整流素子を用いて交流を直流に変換したのち
トランジスタチョッパ回路を用いて変換要求信号３８に
応じたパルス振幅制御（ＰＡＭ制御）を行ってもよい。

あるいは電圧制御方式として、パルス振幅制御（ＰＡＭ
制御）の代りにパルス幅制御（ＰＷＭ制御）を用いても
、もちろんよい。

つぎに第１図は第３図のパルス分配回路３２の一実施例
を示す詳細構成図である。第１図において、５１．５２
はノットゲート、５３〜５６はアンドゲート、５７はオ
アゲート、５８はフリップフロップ、５９はアップダウ
ンカウンタ、６０はデコーダ、６１〜６３はオアゲート
、６４〜６６はノットゲートである。第１図により、本
発明のメインである制御棒状態検出スイッチの信号を用
いてどのように保護のインターロックを構成するかを詳
細に説明すると、パルス発生回路３４からの要求パルス
信号３９と、上流の制御棒駆動制御盤２からの制御棒１
０の挿入信号３５および引抜き信号３６と、制御棒駆動
機構４の制御棒状態検出スイッチ１２の信号たとえば位
置下限リミットスイッチの位置下限信号である挿入阻止
信号４゜および制御棒状態検出スイッチ１１の信号たと
えば位置上限リミットスイッチの位置上限信号である引
抜き阻止信号４１とを取り込み、ノットゲート５１，５
２とアンドゲート５３〜５６とオアゲート５７により図
示のようにロジックを組み、引抜き阻止信号４１のノッ
トゲート５１を介した反転信号と引抜き信号３６とをア
ントゲ−１−５３に入力するとともに、挿入阻止信号４
０のノットゲート５２を介した反転信号と挿入信号３５
とをアンドゲート５４に人力し、アンドゲート５３の出
力と要求パルス信号３９とをアンドゲート５５に入力す
るとともに、アンドゲート５４の出力と要求パルス信号
３９とをアンドゲート５６に人力したのち、アンドゲー
ト５５，５６の出力をオアゲート５７に入力し、オアゲ
ート５７の出力をアップダウンカウンタ５９のクロック
パルス入力端子−Ｃににパルス信号６８として人力する
。また挿入信号３５、引抜き信号３Ｇはフリップフロッ
プ５８のＳ、Ｒ端子にそれぞれ人力し、Ｑ出力の挿入か
ら引抜きかの状態信号が作成され、アップダウンカウン
タ５９に入力する。アップダウンカウンタ５９のＱ＾〜
Ｑｏ出力の出力信号８１〜８４はデコーダ６０のＡ−Ｄ
端子に入力し、デコーダ６０の出力信号８５〜９０をオ
アゲート６１〜６３とノットゲート６４〜６６により図
示のようにロジックを組み、出力信号８５〜８７．出力
信号８７〜８９．出力信号８５，８９．９０をそれぞれ
オアゲート６１，６２．６３に入力し、オアゲート６１
〜６３の出力とノットゲート６４〜６６を介した反転出
力とをそれぞれドライブ回路駆動信号６９〜７４として
作成し、ドライブ回路３１に供給する。なお、ここでは
ステップモータ５の制御方式として第３図に示すように
３相２相励磁方式を例として説明しているため、デコー
ダ６０の出力信号８５〜９ｏを第１図のようにロジック
を組んでいるが、他の励磁方式のステップモータ５を採
用すれば本ロジックが変更になるのは当然であり、また
そのためのロジックも容易に構成できる。

上記構成のパルス分配回路３２において、制御棒状態検
出スイッチの信号を用いて実際にどのようにして保護の
インターロックが構成されるか動作を説明する。第５Ｉ
ｌ！ＩＩは第１図ないし第４図の各部の動波波形を例示
する各部動作波形図である。

第５図により、いま制御棒状態検出スイッチ１１゜１２
の信号が制御棒１０の駆動を許可している状態で、引抜
き信号３６により制御棒１０を引き抜いている時に、ま
ず制御棒状態検出スイッチ１１の引抜き阻止信号４１が
入った場合と、ついで挿入信号３５が入った場合の動作
について一例を説明する。いま引抜き阻止信号４１が入
る前の状態では、制御棒駆動機構４の制御棒状態検出ス
イッチ１１．１２の引抜き阻止信号４１および挿入阻止
信号４０はオフして論理′″０”の状態であり。

上流の制御棒駆動制御盤２からの引抜き信号３６が論理
゛１″で挿入信号３５は論理“′Ｏ″であって、また要
求パルス信号３９は入力している。この状態で、引抜き
信号３６と引抜き阻止信号４１と要求パルス信号３９は
第１図の太線で示すルートを通って、パルス信号６８が
アップダウンカウンタ５９のＣＫ端子に入力する。カウ
ンタ５９は状態信号６７の論理“１”の入力によりカウ
ントアツプ動作を行い、ドライブ回路駆動信号６９〜７
４を作成するとともに、このドライブ回路駆動４ａ号６
９〜７４と全く同等に対応した論理のスイッチング素子
駆動信号７５〜８ｏが第３図のドライブ回路３１により
作成され、スイッチング素子２１７〜２２２のペースに
与えられる。たとえばパルス信号６８の１発目のパルス
でドライブ回路駆動信号６９〜７４（スイッチング素子
駆動信号７５〜８０）のうち信号６９（７５）と信号７
２（７８）と信号７３　（７９）が論理 ＃　Ｉ　Ｉｆとなって、ステップモータ５の励磁電流は
第３図の太線で示すルートで矢印方向に流れ、ステップ
モータ５の各巻線のＵ相が正で■相が負の電圧に励磁さ
れ、Ｗ相は励磁されない、すなわちＵ相と■相が励磁さ
れる２相励磁である。ただし、ここで第３図のステップ
モータ５内の矢印で示す方向を正の電圧とした。ついで
パルス信号６８の２発目のパルスがカウンタ５９に入力
すると、信号７３　（７９）が論理“０”で信号７４　
（８０）が“１″に変り、スイッチング索子２１９がオ
フでスイッチング素子２２２がオンとなって、ステップ
モータ５の各巻線のＶ相が無励磁でＷ相が励磁されるよ
うになり、ステップモータ５のロータが時計方向に１ス
テップ回転する。このようにパルス信号６８が順次にカ
ウンタ５９に入力すると。

カウンタ５９が順次にカウントアツプ動作を行うことに
より、パルス信号６８に応じてステップモータ５の各巻
線は順次に励磁されつつ、ステップモータ５は時計方向
に回転して制御棒１０を引き抜く動作を行う。

まずこの状態の時に、制御棒駆動機ｔＩＩ！４の制御棒
状態検出スイッチ１１からの引抜き阻止信号４１がオン
して論理゛′１”の信号が入ると、アンドゲート５３が
閉じてパルス信号６８が出力されなくなり、カウンタ５
９の出力信号８１〜８４は引抜き阻止信号４１の論理１
１１．１１の信号が入る直前のデータを保持する。した
がってドライブ回路駆動信号６９〜７４は引抜き阻止信
号４１の論理ｉｔ　ｉ　ｕの信号が入る直前のデータを
保持するため、ステップモータ５も引抜き阻止信号４１
の論理′“１″の信号が入る直前の状態を保持して停止
する。第５図において引抜き阻止信号４１の論理“１ｎ
の信号が入る直前の状態は、ドライブ回路駆動信号６９
〜７４（スイッチング素子駆動信号７５〜８０）のうち
の信号６９　（７５）と信号７２　（７８）と信号７４
　（８０）が論理“１″であるため、ステップモータ５
の各巻線のＵ相とＷ相が励磁されている。ついでこの状
態の時に、上流の制御棒駆動制御盤２から挿入信号３５
の論理＋１１１＋の信号が入力すると、第１図の矢印で
示すルートを通り、パルス信号６８がカウンタ５９のＧ
Ｋ端子に入力する。このとき信号７３　（７９）が論理
“１″′で信号７４　（８０）が論理Ｉｔ　Ｏ７１に変
り、ステップモータ５の各巻線のＷ相が無励磁でＶ相が
励磁されるようになるため、ステップモータ５は前と逆
方向（反時計方向）に１ステップ回転する。このように
パルス信号６８が順次にカウンタ５９に入力すると、カ
ウンタ５９が順次にカウントダウン動作を行うことによ
り、ステップモータ５は前と逆方向（反時計方向）に回
転して制御棒１０を挿入する動作を行うことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、制御棒状態検出スイッチの信号を最終
段の制御装置である制御棒駆動現場盤に取り込み、上記
制御棒状態検出スイッチの信号と上流側の制御装置より
送られてくる制御棒の挿入信号および引抜き信号および
要求パルス信号とを用いて比較的に簡単なロジックを組
むことにより。

上流側の制御装置が故障あるいは暴走しても確実に駆動
用のモータを停止して主機を保護できるとともに、制御
棒挿入阻止時の引抜きおよび引抜き阻止時の挿入を可能
にしてシステムの稼動率を高くできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による制御棒駆動制御装置の一実施例を
示すパルス分配回路の詳細構成図、第２図は同じく制御
棒駆動制御システムの構成図、第３図は同じく制御棒駆
動現場盤の詳細構成図、第４図は同じく加減速演算回路
の特性図、第５図は同じく各部の動作波形図である。 １・・・中央制御盤、２・・・制御棒駆動制御盤、３・
・・制御棒駆動現場盤、４・・・制御棒駆動機構、５・
・・ステップモータ、６・・・シンクロ発振器、１０・
・・制御棒。 １１．１２・・・制御棒状態検出スイッチ、１５・・・
原子炉出力要求信号、１６・・・原子炉出力信号、３１
・・・ドライブ回路、３２・・・パルス分配回路、３３
・・・加減速演算回路、３４・・・パルス発生回路、３
５・・・挿入信号、３６・・・引抜き信号、３７・・・
要求信号、３８・・・変換要求信号、３９・・・要求パ
ルス信号。 ４０・・・挿入阻止信号、４１・・・引抜き阻止信号。 ４２・・・電圧制御回路、４３・・・サイリスタドライ
ブ回路、４４・・・点弧位相角信号、４５〜５０・・・
サイリスタ駆動信号、５１．５２・・・ノットゲート、
５３〜５６・・・アンドゲート、５７・・・オアゲート
、５８・・・フリップフロップ、５９・・・アップダウ
ンカウンタ、６０・・・デコーダ、６１〜６３・・・オ
アゲート、６４〜６６・・・ノットゲート、６９〜７４
・・・ドライブ回路駆動信号、２１１〜２１６・・・サ
イリスタ、２１７〜２２２・・・スイッチング素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、モータを駆動力源とする制御棒駆動機構を用いる原
   子力発電所において、制御棒駆動機構に取り付いている
   制御棒状態検出スイッチの信号を最終段の制御装置であ
   る制御棒駆動現場盤に取り込み、上記制御棒状態検出ス
   イッチの信号と上流側の制御装置より送られてくる制御
   棒の挿入信号および引抜き信号および駆動要求パルス信
   号とでハードウェアのロジックを組むことにより、上流
   側の制御装置の故障および暴走に対しモータを停止して
   主機の保護を行うとともに、制御棒挿入阻止時の引抜き
   および制御棒引抜き阻止時の挿入を可能として稼動率を
   高めるようにした制御棒駆動制御装置。