JPS6246107A - 水位制御装置 - 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〕 本発明は原子力発電プラントの湿分分離器ドレンタンク
の水位制御装置に関するものである。

〔発明の背景〕

原子力発電プラントにおいて、高圧タービンで仕事し、
排出された蒸気は重量比で約１０％程度の水分を含んだ
湿シ蒸気となっている為、このまま低圧タービンに導入
すると低圧タービンの動翼を損傷させる虞れがあシ、且
つ低圧タービンの効率が低下する間頂がある。この為、
高圧タービンの排出蒸気は低圧タービンに導入する前に
湿分分離器に導き、ここで水分を調和蒸気とに分離され
る。分離された蒸気は低圧タービンに導かれ、分離さｉ
ｚた水分はドレンとなる。ドレンは湿分分離器の下方に
設けられたドレンタンクに洛下し、一旦貯水された後、
調節弁を経て排出される。

湿分分点器ドレンタンクの水位制御装置には、実開昭５
６−１２４７０４号に示されるように、常用水位制御系
の他、非常用水位制御系を設け、非常用水位制御系は、
水位調節計の出力信号と水位の上昇率とを検出する為の
一次微分器を設け、−次微分器の出力信号と非常用水位
調節計の出力信号とを比較し、湿分分離器ドレンタンク
の水位上昇率が大きい場合には、非常用水位調節弁を速
やかに動作させ、湿分分離器ドレンタンクの水位が異常
に上昇することがないように制御する方式が知られてい
る。

しかし従来方式によって非常用水位調節弁を速やかに動
作させる為には一次微分器の感度を上げて設定する必要
がある一方、湿分分離器ドレンタンクの水位は常時小さ
な振幅で脈動を繰返している為、−次微分器の感度を下
げて設定しないと通常運転中においても非常用水位調節
弁が開き、ドレンが復水器側に排出される為、常用木立
制御系と非常用水位制御系とが干渉を生じやすかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は発電機の自動負荷追従運転や主さい止弁
、中１（さい止弁、タービンバイパス弁等の開閉テスト
によって生ずる負荷の急変時においても、ドレン排出流
量を目標値通シ制御することによって安定に作動し得る
湿分分離器ドレンタンク水位制御装置を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

湿分分離器ドレンタンクの水位制＠装置は常用制御系と
非常用水位制御系とによって構成されるが、いずれも湿
分分離器ドレンタンクよりの排出ドレン流出を調節弁に
よって制御してドレンタンク水位を規定値に保つ方法で
、いわゆる出口制御方式である。調節弁のドレン通過流
量は一般に次記（１）〜（４）式で示される。

Ｗ＝α・ｃ、　−Ｊ”７虱７　　・・・・・・・・・（
１）Δｐ、＝ｐ、−Ｐ、　　　　　　　　・・・・・・
・・・（２）ΔＰ２＝に−（Ｐ＋−ｒ、　・Ｐ、）　　
・−”・（８）ただしΔＰ１はΔＰ＋　とΔＰ２の内い
ずれか小さい方とする ＰＩ＝Ｐｏ＋Ｈ−ｒ−ΔＰ　Ｐ　１　　　　−・・・・
−・−（４）〔記号説明〕 Ｗ：調節弁通過ドレン流量 α：定数 Ｃ９：調節弁の流量係数 ΔＰ、：％節弁容量針弁容量計 算用差圧調節弁の実差圧 ΔＰ２：調節弁調節計容ｌ計算許容差圧に１：調節弁の
圧力回復係数 ｒ、：ドレンの臨界圧力比 Ｐ、：ドレンの飽和圧力 ＰＩ：調節弁入口圧力 ＰＩ：：！ＪＦ４節弁出口圧力 Ｈ：湿分分離器内水面よシ調節弁入ロ迄のレベル差 ΔＰＰＩ　：湿分分離器ドレンタンクから調節弁入口ま
でのドレン流動による圧力損失 ｒ　：ドレンの比重 湿分分離器ドレンは飽和水である為、一般には、ΔＰ！
≧ΔＰ２となりドレン流量Ｗは調節弁入口圧力Ｐ＋　と
調節弁のＣ，値とドレン比重γの関数となり（１）式で
求められる。この為タービン負荷急減少等によって湿分
分離器の内圧Ｐｏが急減少すると、これに伴って許容差
圧Ｐ２も急減少する為調節弁開度を一定に保持した場合
には排出ドレン流量も急減少する特性がある。反対に、
負荷急上昇等によって湿分分離器の内圧Ｐｏが急増する
とΔＰ２が急増する為、調節弁開度を一定に保持した場
合は排出ドレン流量Ｗも急増する特性がある。

一方、湿分分離器の分離用波板で分離されたドレンは集
水路を通って湿分分離器ドレンタンクに流入する為、分
離後ドレンタンクに貯水される値約２０〜４０秒間を特
徴とする特性がある。この結果、湿分分＃ｉ器ドレンタ
ンク水位信号のみでドレンタンク水位調節弁を制御する
方式を採用した場合においては、タービン負荷急減少時
の動作を例にとると、流入ドレン流量が一定であるにか
かわらず調節弁入口圧力の急減少によって、排出ドレン
流量が急減少する為、流入ドレン流量よりも流出ドレン
流出の方が少量となりこのアンバランスによって湿分分
離器ドレンタンクの水位が急上昇する。ドレンタンク水
位の上昇を検出し、水位調節計の制御動作によって水位
調節弁の開度が増加してドレン排出流量を増す結果、負
荷急減少開始の２０〜４０秒後がレベル上昇のピークト
ナシ、その後はドレンタンクに流入するドレン流出の急
減少と、調節弁開度の開き過ぎによる排出ドレン流量増
加に伴うドレン流出、入流量のアンバランスの為に、ド
レンタンク水位が急降下し、常用制御水位よシも大幅に
低下する。本発明者らの実機運転試験により、上記の水
位急降下の後、レベル回復に数分間を要することが確認
された。

負荷急減少時においても排出ドレン流量が急減少するこ
とがないよう制御する為、本発明はカスケード設定形の
流を調節計を設け、流量調節計の目標流量はドレンタン
クの水位調節計出力信号によって設定すると共に常時ド
レン流量を計測し、負荷急減によって湿分分離器内圧が
急低下した場合は直ちに調節弁通過流量の低下を検出し
、ドレンタンク水位が上昇する前に流量調節計の制御動
作により調節弁開度を増しドレン排出流量を負荷急減少
の直前値迄復帰させ、流入ドレン流量と排出ドレン流量
とのバランスを図り、ドレンタンク水位の異常上昇を防
止するものである。また、本発明は、前記と反対に負荷
急増加によって湿分分離器内圧が急上昇した場合は直ち
に調節弁通過流量の増加を検出して流量調節計の制御動
作によって調節弁開度を減じ、ドレン排出流量を負荷急
増直前値迄復帰させ、流入ドレン愈と排出ドレン量との
バランスを図りドレンタンク水位の異常低下を防止する
ものである。

以上に略述したようにして前記の目的（安定したドレン
タンク水位制御）を達成するため、本発明に係る湿分分
離器ドレンタンクの水位制御装置は、高圧タービンの排
気および抽気の少なくとも何れか一方を低圧タービンに
導入する蒸気配管と、上記配管の途中に設けた湿分分離
器（湿分分離再熱器を含む）のドレンタンクと、調節弁
とを有する原子力発４プラントに関し、前記湿分分離器
のドレンタンク内の水位を所定値に保つための制御装置
において、湿分分離器ドレンタンクの水位調節計の出力
信号に基づいて目標流量を算定するとともに、調節弁の
通過流量をフィードバック信号とするカスケード設定形
の流１Ａ節計を設けたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

次に、本発明の１実施例を第１図だついて説明する。原
子炉１で発生した蒸気は高圧タービン２に導びかれ、こ
こで仕事をして湿り蒸気となって蒸気配’ｆｆ３ａに排
出される。排出された湿、！７蒸気は湿分分離器４に導
びかれ、ドレンと蒸気とに分離される。蒸気は蒸気配管
３ｂを経て低圧タービン５に導ひかれ、ここで仕事をし
た後、復水器１０に排出される。高圧タービン２と低圧
タービン５とは発電機６を回転させ、ここで発電を行う
。

湿分分離器４の波板４ａで分離されたドレンは集水路４
ｂを経て湿分分離器４の下側に設けたドレンタンク７に
一旦貯水した後、ドレン配Ｗｓａｔ８ｂと、常用流量検
出器３３と常用調節−ｙＰ３７とドレン配置ｉ８ｃとを
経て給水加熱器９に排出される。給水加熱器９に排出さ
れたドレンは高温である為、給水ポンプ１１から送られ
た給水を加熱昇温し熱回収の後、給水は原子炉１に送水
し、温度の低下したドレンは記載していないドレン配管
系統を経て復水器１０に排出される。

通常運転中においてドレンタンク７の水位が低下し、ド
レンタンク７が空になると湿分分離器４の蒸気が給水加
熱器９に流出し、低圧タービン５に送られる蒸気流量が
減少する為に低圧タービン５の出力が低下するという問
題があシ、反対にドレンタンク７の水位が上昇してドレ
ンタンク７が満水すると湿分分離器４で分離したドレン
はドレンタンク７に落、下することができない為に蒸気
配管３ｂを通って低圧タービン５に流入し、低圧タービ
ン５の動翼に損傷を与える恐れがある為に記載していな
いタービン保護制御装置によって高圧タービン２及び低
圧タービン５を自動的て停止させるようになっている。

この為にドレンタンク７の水位が常に規定値になるよう
、通常運転中は常用水位噴出器３１と常用水位調節計４
１と常用流量演出器３３と常用流量調節計４４と常用調
節弁３７とによって制御する。万一常用調節弁３７が全
閉となるか又は何らかの事情で水位が異常に上昇した場
合においてもドレンタンク７が満水してタービンが自動
停止に至ることがないよう非常用水位噴出器３２と非常
用水位調節計５１と非常用流１０出器５３と非常用調節
弁３８とによってバックアップ制−を行い、ドレンタン
ク７の水位が非常用水位調節計５１の設定水位を越えな
いように制御する。本例における常用流量検出器３３と
非常用流量検出器５３とは、超音波式流量計を採用して
いるが、オリフィス又はベンチュリー管もしくはピトー
管等によって差圧を検出し’Ｒ，ｆｖｔを測定する方式
、又はイ磁流量計による方法等も採用可能である。第２
図によって常用制御系の制御方式の詳細を説明する。常
用流ｌｔ検出器３３によって常用調節弁３７の通過流量
を測定し、カスケード設定形の常用流ｔａ節計４４にフ
ィードバック信号として伝達する。常用水位噴出器３１
でドレンタンク７の水位を検出し、常用水位調節計４１
に伝達して比列＋墳分演算を行った後、前記常用流ｆ調
節計４４にｆｆ１着設着設定色して伝達する。

常用流を調節計４４で比的＋積分制刈演算を行った後、
常用調節弁３７に伝達し、常用水位調節計４１の出力信
号すなわち常用流量調節計４４の設定流量となるように
ドレン流量を加減することによってドレンタンク７の水
位を規定値に自動制由１する。発電機６の負荷が安定し
ている通常運転の場合は湿分分離器４の内部圧力及び分
ぼｔドレン流量は一定である為、ドレンタンク７の水位
、及び常用調節弁３７の開度、並びに常用流を検出器・
３３の通過流量は一定となっているが、列えば、記載し
ていないタービンバイパス弁の全開テスト等によって高
圧タービン２及び低圧タービン５の蒸気流入量が減少し
てタービン負荷が急減少すると湿分分離器４の圧力が＠
、減少し、常用調節弁３７の入口圧力が急低下する為、
調節弁３７を通過するドレン流量も減少するが、この佛
責減少状況を常用流−、ｆ噴出器３３で速やかに検出し
て常用流ｔｇ節計４４に伝達する。負荷急減少開始直後
のドレンタ／り７の水位は常用水位にある為、常用水位
調節計４１の出力信号に変化はなく、従って常用流量調
節計４４の設定流量は一定のままとなシ、フィードバッ
ク信号の常用流量検出器３３の信号との間に偏差が発生
する。常用流量調節計４４は比例＋積分動作によって出
力信号を変化させ、常用調節弁３７を制御して、速やか
に常用流量演出器３３の通過流量を負荷急減少直前の流
量迄回復させる、′壱果ドレ／タンク７への流入ドレン
流看と検出ドレン流層とがバランスしてドレンタンク７
の水位上昇はほとんど生じることは無く、従って非常用
調節弁３８によるバックアンプを受けることなく規定水
位に制御することができる。

負荷急減少から２０〜４０秒経過後にはドレンタ／り７
への流入ドレン流−着が急減少する為、流出ドレン流量
との間にアンバランスが生じてドレンタンク７の水位は
低下するが、常用水位検出器３１が水位＾化状況を検出
して、常用水位調節計４１に伝達し、比例＋積分制御演
算によって出力信号を変え、常用流量調節計４４の設定
流量を下げる。常用流量調節計４４は比則＋積分動作に
よって出力信号を変化させ、常用調節弁３７の開度を減
少させる為流出ドレン流量が減少しドレンタンク７への
流入ドレン流量と流出ドレンｆｆ１ｊ　４ｉ（とがバラ
ンスしてドレンタンク７の水位低下はほとんど生じるこ
とが無い。

発電機６の負荷が安定している通常運転の後、記載して
いない給老系統の要因やその他の事情で負荷が急増した
場合においては常用調節弁３７の通過流量は急増するが
流量の変化状況を常用流量検出器３３で演出して常用流
量調節計４４に伝える。負荷急増直後のドレンタンク７
の水位は規定水位にある為、常、用水位調節計４１の出
力信号すなわち常用流量調節計４４の設定流量は変化な
く、従って常用流量調節計４４のフィードバック信号の
みが変化し流量増加となる為、常用流量調節計４４は比
例＋積分動作によって出力を変え、常用流量調節弁３７
の開度を減少させることによって流出ドレン流量を負荷
急増直前の流量にまで復帰させる為、ドレンタンク７へ
の流入ドレン流１と流出ドレン流液とがバランスし、ド
レンタンク７の水位低下はほとんど生じることがなく、
従って過剰に常用調節弁３７の開度を減少させない。更
に、負荷急増から２０〜４０秒後にドレンタンク７への
流入ドレン流量が急増する為、流出ドレン流量との間（
てアンバランスが生じ、ドレンタンク水位は上昇するが
、常用水位検出器３１と常用水位調節計４１とが応答し
、常用流量調節計４４の目標流量を増して常用調節弁３
７の開度を増加させる結果水位上昇もほとんどなく安定
した水位制御を行うことができる。

以上は常用水位制御の制御状況について説明したが、非
常用水位検出器３２と非常用水位調節計５１、非常用流
を調節計５２、非常用流を検出器５３、非常用調節弁３
８によって構成される非常用水位制御系によっても常用
水位制御系と同様の水位制御が行なわれる。但し、非常
用制御系のみで連続的に制御を継続する場合は、記載し
ていない強制閉止信号により常用調節弁３７は全閉とな
る。

第３図及び第４図は前記と異なる実施例を示す配管及び
制御系、読図である。ドレンタンク７よりの流出ドレン
流壜測定の為に常用圧力発信器３４で常用調節弁３７０
入ロ圧力を噴出し、常用温度検出器３５で常用調節弁３
７の入口温度を噴出し、常用調節弁３７の開度検出器３
７Ｃで弁開度を噴出して常用流量演算器４２に伝達し、
第４図に示す演算を行って常用調節弁３７の通過流量を
求める。

常用流量演算器４２で求めた流量信号を常用流量調節計
４４に伝達し、以後は前記第１図、第２図によって説、
明したと同じ制御方式によってドレンタンクの水位を安
定制御するものである。

常用流を演算器４２（では常用調節弁３７の開度検出器
３７ｃの信号を入力し、これによって常用調節弁３７の
Ｃｗ直を計算し、これをもとにドレン流：なを求める為
、誤差が大きくなるが、ドレンタンク７の常用水位検出
器３１と常用水位調節計４１によってフィードバック制
御される為、常用流量演算器４２の誤差は制御上まった
く支障とならない。

第５図及び第６図は更に異々る実ＹＡ列を示す配管図及
び制御系統図である。

常用流量演９器４２の入力信号として、常用圧力検出器
３４の出力信号と、常用流量調節計４４の出力信号との
２人力としたもので、第６図に示す演算によって、流出
ドレン流量を求めるものである。本例におけるその曲の
制御方式は第２図。

第４図と同様である。

第７図及び第８図は更に異なる実施例を示す配管図及び
制御系統図である。

原子炉１で発生した蒸気は高圧タービン２に喀びかれ、
ここで仕事をして湿り蒸気となって蒸気配管３ａに排出
される。排出された湿り蒸気は湿分分離再熱器６０に導
びかれ、ドレンと蒸気とに分離される。ドレンは集水路
６０ａを経てドレンタンク７に流入し、常用調節弁３７
によってドレンタンクの水位を制御している。一方、分
離された気気は第１段再熱器６０ｄと第２段再熱器６０
ｃとによって加熱されて過熱蒸気となり、蒸気配管３ｂ
を（て記載していない低圧タービンに送られる。第１段
再熱器には高圧タービン２より蒸気を抽出し、蒸気配管
３ｅを経て導入しておシ、この蒸気は熱交換によって凝
縮し、飽和水となってドレン配ｇ７７　ａを経て第１段
ドレンタンク７ｏに流入し一旦貯水される。第１段ドレ
ンタンク７゜のドレンは、ドレン配−ｆ！７７　ｂと７
７０と常用流量噴出器７３と常用調節弁７４とを経て給
水加熱器７９に排出される。

第２段再熱器６０ｃには原子炉１から蒸気配管３ｄを経
て蒸気が・尊大されておシ、熱交換によって凝縮し、飽
和水となってドレン配管８７ａを経て第２段ドレンタン
ク８０に流入し一旦貯水される。第１段ドレンタンク８
０のドレンはドレン配管８７ｂと８７ｃと常用流を噴出
器８３と常用調節弁８４とを１．予て給水加熱器７８に
排出される。

湿分分離器６０のドレンタンク７と第１段ドレンタンク
７０と第２段ドレンタンク８ｏとのいずれにも常用ドレ
ン配管系統と非常用ドレン配管系統があり、通常時は常
用ドレン配管によって給水加熱器にドレンを排出し、非
常時には非常用ドレン配管’ｔ　ｄて復水器に排出する
ようになっている。

各ドレンタンクの水位制御系統を第８図に示すが本例に
おける制一方式は第２図に示す制御方式と同じである。

〔発明の効果〕

以上に詳述したごとく、本発明の水位制御装置を適用す
ると、負荷自動追従運転中はもちろん主さい止弁、中間
さい止弁、タービンバイパス弁の動作テスト時において
も、湿分分離器の内圧の変化に左右されることなく、排
出ドレン流量を目標流量に保つことができる為、湿分分
子ａ、器ドレンタンク水位を常に安定して制御すること
ができるという優れた実用的効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水位制御装置の１実施例を備えた原子
力発４プラントの配管、制御系統図、第２図は上記実施
例における水位制御系統の詳、？ｌＩ１図でちる。第３
図は、上記と異なる実施例の配管・制御系統図、第４図
は上記実施例の水位制御系統詳細図である。第５図は、
更に異なる実施列の配管・制御系統図、第６図は上記実
施列の水位制御系統詳細図である。第７図は、更に具な
る実施例の配管・制御系統図、第８図は上記実施タリの
水位制御系統詳細図である。 １・・・原子炉、２・・・高圧タービン、３ａ、３ｂ・
・・蒸気配管、４・・・湿分分離器、４ａ・・・波板、
４ｂ・・・集水路、５・・・低圧タービン、６・・・発
電機、７・・・ドレンタンク、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｃ
Ｌ・・ドレン配管、９・・・給水加熱器、１０・・・復
水器、１１・・・給水ポンプ、１２ａ、１２１）・・・
給水配管、３１・・・常用水位検出器、３２・・・非常
用水位検出器、３３・・・常用流量検出器、３４・・・
常用圧力発信器、３５・・・常用温度検出器、３７・・
・常用調節弁、３７ａ・・・調節弁、３７ｂ・・・ポジ
ショナ、３７Ｃ・・・開度検出器、３８・・・非常用調
節弁、３８ａ・・・調節弁、３８ｂ・・・ポジショナ、
３８Ｃ・・・開度検出器、４１・・・常用水位調節計、
４２・・・常用流量演算器、４４・・・常用流１ｉ謂節
計、５１・・・非常用水位調節計、５２・・・非常用流
量調節計、５３・・・非常用流量検出器、５４・・・非
常用流量演算器、５５・・・非常用圧力検出器、５６・
・・非常用温度検出器、６０・・・湿分分離再熱器、６
０ａ・・・集水路、６０ｂ・・・波板、６０Ｃ・・・第
２段再熱器、６０ｄ・・・第１段再熱器、７０・・・第
１段ドレンタンク、７１・・・非常用水位検出器、９１
・・・非常用水位調節計、７２・・・常用水位検出器、
９２・・・常用水位調節計、７３・・・常用流量検出器
、９３・・・常用流量調節計、７４・・・常用調節弁、
７５・・・非常用流量検出器、９５・・・非常用流量調
節計、７６・・・非常用調節弁、７７ａ〜７７ｅ・・・
ドレン配管、７８．７９・・・給水加熱器、８０・・・
第２段ドレンタンク、８１・・・非常用水位検出器、８
２・・・常用水位検出器、８３・・・常用流量検出器、
８４・・・常用調節弁、８５・・・非常用流量検出器、
８６・・・非常用調節弁、９７３〜８７ｅ・・・ドレン
配管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、高圧タービンの排気および抽気の少なくとも何れか
   一方を低圧タービンに導入する蒸気配管と、上記配管の
   途中に設けた湿分分離器（湿分分離再熱器を含む）のド
   レンタンクと、調節弁とを有する原子力発電プラントに
   関し、前記湿分分離器のドレンタンク内の水位を所定値
   に保つための制御装置において、湿分分離器ドレンタン
   クの水位調節計の出力信号に基づいて目標流量を算定す
   るとともに、調節弁の通過流量をフィードバック信号と
   するカスケード設定形の流量調節計を設けたことを特徴
   とする湿分分離器ドレンタンクの水位制御装置。