JPS6255597A - 出力制御装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は出力制御装置に係り、特に沸１１１！水型原子
力発電所の原子炉出力や発電機出力を自動制御するに好
適な出力制御装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来から、沸騰水型＜ＢＷＲ型）原子力発電所の原子炉
出力および発？ｉｆ機出力の制御を行なう場合、原子炉
の出力を制御してこれに見合った発電機出力が得られる
ようにしている。

この原子炉出力の制御方法には、制御棒による出力制御
と再循環ポンプによる炉心内冷却材流量の制御の２つの
方法があるが、通常は一定の制御棒の引抜きまたは挿入
を行なって原子炉の出力分布の形状を定め、その後再循
環ポンプを制御して冷却材流足を変化させて出ノｊの上
界・下降を行なっている。

この再循環ポンプの速度制御に当っては、速度の設定器
により速度の設定を行ない、この設定速度に応じて再循
環ポンプを運転する。再循環ポンプの制御では、一般に
Ｍ　−Ｇ　ｔットと呼ばれる電動機と発電機および流体
継手が用いられ、この流体継手の伝達効率を制御して発
電機の周波数を変え、再循環ポンプの速度を制御してい
る。ここで、流体継手の伝達効率は流体継手に付属する
すくい管の位置によって伝達流体吊を調節することによ
り制御される。

ところが、このＭ−Ｇセットでは、すくい管の位置を一
定に保ってもＭ−Ｇセットの発電機出力がハンチングす
る非線型頭ｂｌｉ＜以下、アンバランス領域と称する）
が存在することがあった。

これに対して、従来からアンバランス運転と呼ばれる運
転方法が知られており、アンバランス領域を避けるべく
運用されている。これは第３図の特性図に示すように、
２台ある原子炉の再循環ポンプの速度差を一定に保ちな
がら個々の再循環ポンプが常にアンバランス領域外にあ
るようにする運転方法（アンバランス運転）である。つ
まり、この運転方法では、アンバランス領域がザくい管
位置つまり再循環ポンプ速度で一定の領域にあることに
着目し、この領域を巧みに避けて運転することにより発
電機出力を安定させている。

一方、アンバランス運転の開始・終了時点では、ポンプ
速度がハンチングする前にアンバランス領域を早く通過
させる必要がある。これに対して、従来は再循環ポンプ
速度の設定値を急激に変えていた。

第４図は、同図（ａ）に示すように再循環ポンプの速度
設定器の位置をステップ的に変化させた場合の再循環ポ
ンプ速度の挙動例をアンバランス領域内にある場合とア
ンバランス領域以外にある場合について同図（ｂ）に示
した特性図である。

第４図（ａ）、（ｂ）から、アンバランス領域では通常
の一次遅れでは近似しにくい急激な挙動をすることがわ
かる。

このため、アンバランス運転に当って、２台の再循環ポ
ンプ速度の設定器を均等に上げ・下げしてもアンバラン
ス領域が存在するため実際のポンプ速度の平均値を設定
器の平均値に保つことができない。

第５図（ａ）〜（Ｃ）は−例として再循環ポンプの速度
設定器位置を従来のように設定値の急激な変更で変えた
場合の再循環ポンプ速度の変化および炉出力の変化の様
子を示す特性図である。同図に示寸Ｊ：うに、再循環ポ
ンプ速度の設定器位置を均等に上げたり下げたりしても
、再循環ポンプ速度の実際の追従性が異なるためアンバ
ランス領域と安定領域の境界で原子炉出力に変動を生じ
る。

このため、原子炉再循環流ｍの突出ひいては原子炉出力
の突出が発生し、炉内の燃料に熱的な応力が発生し燃料
に悪影響を与えるという問題点があった。

（発明の目的〕 従って、本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解消し
、複数台の再循環ポンプの上げ・ドげパターンを調整し
、アンバランス運転の開始・終了時点での原子炉出力の
突出を抑制づ゛ることにより、炉心燃料に熱的応力に基
づく悪影響を与えずにア　・ンバランス運転を行なうこ
とを可能とした出力制御装置を提供するにある。

（発明の概要） 上記目的を達成するために、本発明は冷却材を駆動する
複数台の再循環ポンプを備える沸騰水型原子力発電設備
の出力目標値、出力変化率を設定する操作手段と、この
操作手段の出力から出力指令値を発生する指令値発生手
段と、前記出力指令値と実際の出力値の偏差を演算して
再循環ポンプの速度設定値に変換する変換手段と、前記
速度設定値を複数台の再循環ポンプに対応して均等に分
配する分配器と、前記再循環ポンプのアンバランス領域
における再循環ポンプの速度の急激な動作を補償するべ
く速度設定値のパターンを発生する関数発生手段と、前
記再循環ポンプのアンバランス領域以外で前記分配器か
らの速度設定値を、アンバランス領域内で前記関数発生
手段の出力を選択して再循環ポンプ制御手段に送出する
切替手段とを備えるものである。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照しながら本発明を説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る出力制御装置のブロッ
ク図である。

ＢＷＲ型原子力発電所の制御系を構成し出力目標値、出
力変化率を設定する自動化パネル３１０は指令値Ｒを発
生づ゛る指令値発生器５００．指令値Ｒと帰還値Ｆ、の
偏差Δｑを演算する加算鼎５２０を介して、加算器５０
０からの偏差信号Δｑを速度設定器２０２Ａ、２０２Ｂ
の要求信号に変換する制御要素５２１に接続している。

さらに、制御要素５２１は分配器２１０を経てアンバラ
ンス領域での要求信号の切替を行なう信号切替器２１２
に接続される。

分配器２１０以降はＡ系、Ｂ系の２系統に分かれる。信
号切替器２１２にはアンバランス領域での再循環ポンプ
１１１Ａ、１１１Ｂの急激な動作を補償するために要求
信号のパターンを発生する関数発生器２１１Ａ、２１１
’Ｂが接続され、これらを制御要素５２２Ａ、５２２Ｂ
に接続している。

制御要素５２２△、５２２Ｂの出力は、ざらに１ナンブ
ラーを通して再循環ポンプ１１１Ａ、１１１Ｂの速度設
定器２０２Ａ、２０２Ｂに接続され、その先には速度制
御器２０１Ａ、’２０１Ｂを介して２台の再循環ポンプ
１１１△、１１１Ｂが接続されている。

再循環ポンプ１１１Ａ、１１１Ｂの出力は原子炉のプロ
セス特性５５０を介して主蒸気流ａＱに変換され、さら
にタービン発電機のプロヒス特性５７０を介して電気出
力Ｗが得られる。電気出力Ｗは制御要素５０５を介して
加算器５２０に接続されている。

また、速度設定器２０２Ａ、２０２Ｂの出力はそれぞれ
制御要素５２３Ａ、５２３Ｂを介して分配器２１０の出
力にフィードバックされている。

また、再循環ポンプ１１１Ａ、１１１Ｂの出力はそれぞ
れ制御要素５４０Ａ、５４０Ｂを介して速度設定器２０
２△、２０２Ｂの出力にフィードバックされている。。

第２図は第１図に示した出力制御装置により出力制御さ
れるＢＷＲ型原子力発電所の制御系統図である。

同図に示すように、ＢＷＲ型原子力発電所では原子炉１
と高圧タービン２、低圧タービン３、発電機４が主要な
様器であり、原子炉１からの蒸気は主蒸気管１００で高
圧タービン２に導かれ、高圧タービン２の出口蒸気は低
圧蒸気管１０１を介して湿分分離器１０２を通り低圧タ
ービン３に入る。高圧タービン２、低圧タービン３はタ
ービンシトフト１０３で発電機４に直結されている。低
圧タービン３の出口蒸気は復水器５で冷却されて復水と
なって復水管１０４、復水ポンプ１０５、給水加熱器１
０６、給水ポンプ１０７を経由して再び原子炉１に戻る
ザイクルとなっている。

さらに、原子炉１の炉心には炉心の中性子束の検出器１
０が多数設置されている。また、原子炉の出力を制御す
る制御棒１１の位置検出器１２も多数設置されている。

一方、原子炉には再循環ループ１１０Ａ。

１１０Ｂがあり２台の再循環ポンプ１１１Ａ。

１１１Ｂにより駆動されて炉心に冷却材を循環させてい
る。再循環ポンプＩＩＩＡ、１１１Ｂの制御には一般に
Ｍ−Ｇセットと呼ばれる電動機と発電機および流体継手
が用いられ、その流体継手の伝達効率を制御してその発
電機の周波数を変え再循環ポンプの速度を制御する。こ
の速度制御のための再循環流債制御装置（以下、ＰＬＲ
と称する）２００は速度制御器２０１、速度設定器２０
２、手動／自動切替器２０３から成る。また、再循環ポ
ンプ１１１Ａ、１１１Ｂにはそれぞれの速度を検出する
ための速度検出器２０４Ａ、２０４Ｂが設置され、その
それぞれの検出器２０４Ａ。

２０４Ｂの出力は速度制御器２０１に接続される。

また手動による速度設定５２０５もＰＬＲ２００に接続
される。さらに、発電機４の電力は検出器１４０で検出
されるが、その出力は制御用計算機３００のプロセス入
力装置（以下、ＰＩと称する）３０１に接続される。さ
らに、ＰＬＲ２００の速度設定器２０２の出力はＰＩ３
０１に接続され、制御用ｉｔ　ｌｉｅ　Ｉａ　３００の
プロセス出力装置（以下、ＰＯと称する）３０２の出力
は速度設定器２０２および手動／自動切替器２０３に接
続される。それからＰＯ３０２の出力は自動化パネル３
１０に接続され、自動化パネル３１０の操作信号出力は
ＰＩ３０１に接続される。制御用計算機３００はＣＰＵ
３０３、メモリ３０４、周辺装置３０５などを備えてい
る。

第１図、第２図に示した構成において、次にその作用を
第６図の特性図に従って説明する。ちなみに、第６図（
ａ）は再循環ポンプ速度設定器位置、同図（ｂ）は再循
環ポンプ速度、同図（Ｃ）は原子炉出力をそれぞれ示す
ものである。

さて、ＢＷＲの原子炉１の出力を上界または下降制御す
る場合、燃料に対する熱的応力をできるだけ小さくする
ため出力上背率を一定かつ一定の範囲におくことが必要
であり、特に運転初期の炉心燃料については必須である
。

すなわち、第５図（Ｃ）に示したような原子炉出力の突
出は絶対に避ける必要がある。

そこで、アンバランス運転の開始および終了時点で信号
切替器２１２を切替えて分配器２１０からの信号ｄの代
わりに関数発生器２１１Ａ。

２１１Ｂからの信号ｄ′を速度設定器２０２Ａ。

２０２Ｂに取り込まぜる。

つまり、第６図（ａ）に示すように、アンバランス領域
はちともとＭ−Ｇセットの流体継手のすくい管位置によ
り予め検知できるが、再循環ポンプ１１１Ａ、１１１Ｂ
の速度設定器位置Ｐ。からＰｌの間に基づいてその範囲
を知ることも可能である。

２台の再循環ポンプ１１１Δ、１１１Ｂに対して速度の
平均値は第６図（ｂ）の２点鎖線で示すようにアンバラ
ンス運転開始前と同様の上昇率を保つことが原子炉１の
出力に突変を与えないためには必須である。

第４図（ａ）、（１））の例に示すように、再循環ポン
プ１１１Ａ、１１１Ｂの速度設定器位置の変化はアンバ
ランス領域の内外ともに数十秒の遅れを持って再循環ポ
ンプの回転数に反映される。

また第６図（ｂ）、第６図（Ｃ）に見られるように、さ
らに数十秒の時間遅れを伴って炉出力の変化ど４１って
現われる。

そこで、いま時刻１０に再循環ポンプＩＩＩＡ。

１１１Ｂの速度設定器位置がアンバランス領域の下限Ｐ
。に到達したときアンバランス運転が開始され、信号切
替器２１２が切替わって関数発生器２１１Ａ、２１１Ｂ
からの信号ｄ′を制御要素５２２Ａ、５２２Ｂを介して
速度設定器２０２Ａ。

２０２Ｂに接続する。

２台の再循環ポンプ１１１Ａ、１１１Ｂのうち１台の再
循環ポンプ１１１Ａはアンバランス運転域を通過するこ
とになるので、関数発生器２１１Ａの関数型を第６図（
ａ）の左側の０部のような関数型にしアンバランス領域
でのポンプ速度の特異な変化を補償する。

その結果、第６図（ｂ）に示すように２台の再循環ポン
プ１１１Ａ、１１１Ｂの速度の平均をほぼ一定の上昇率
に保つことができる。従って、再循環ポンプの速度から
決まる再循環流量さらに原子炉出力もほぼ一定の上界率
を保つことができる。

次に、第６図（ａ）に示すように、再循環ポンプ１１１
Ａの速度設定器位置がアンバランス領域の上限Ｐ１に到
達すると、以降再循環ポンプ１１１Ｂの速度設定器位置
がアンバランス領域の下限Ｐ。に到達するまでの間、２
台の再循環ポンプ１１１Ａ、１１１Ｂの速度設定器の位
冒は２台の再循環ポンプ１１１Δ、１１１Ｂの流量の平
均値が一定の上昇率を保つようにバイアスをとって運転
される。

しかる後、再循環ポンプ１１１Ｂの速度設定器位置がア
ンバランス領域の下限Ｐ。に到達するとアンバランス運
転を終了すべく２台の再循環ポンプを収束させるが、そ
の際アンバランス領域を通過する再循環ポンプ１１１Ｂ
に対しては、第６図（ａ）の右側の０７部に示すＪ：う
な関数形の指令を関数発生器２１１Ｂを介して送出する
ことにより、アンバランス領域でのポンプ速度の特異な
変化を補償する。

その結果、第６図（ｂ）、第６図（Ｃ）に示ずように、
２台の再循環ポンプ１１１Ａ、１１１Ｂの速度の平均値
はアンバランス領域の内外でほぼ一定の上界率を保つこ
とができる。従って、再循環流量から決まる原子炉出力
もほぼ一定の上昇率を保つことができる。

次に、第１図に示した出力制御装置により第２図の系統
を制御する場合の具体的な制御アルゴリズムについて説
明する。

自動化パネル３１０にてオペレータにより設定された制
御の目標値、すなわち出力目標値と出力変化率とから指
令値発生器５００により制御の指令値Ｒ６を発生する。

指令値発生器５００からの指令値Ｒ１は加ｔｉ）３５２
０に入力されフィードバック値Ｆ、どの間で偏差Δｑを
演算される。一方、ＰＬＲ２００および制御用計１１ｆ
ｆｉ３００ば２つの速度設定器２０２へ、２０２Ｂの出
力をそれぞれ速度制御器２０１Ａ、２０１Ｂに入力し、
再循環ポンプ１１１△、１１１Ｂの速度の帰還信号を制
御？！ｗ本５／１０Ａ、５４０Ｂを介してフィードバッ
クし設定値とつき合わせてその偏差に基づいて再循環ポ
ンプ１１１Ａ、１１１Ｂを速度制御する。

速度制御器２０１Δ、２０１Ｂの出力で制御される再循
環ポンプ１１１△、１１１Ｂにより駆動される炉心冷却
材流量の増減によってプロレス特性５５０、つまりポン
プ速度、中性子系、主蒸気流量を介して主蒸気流ｆ！ｌ
Ｑが１ｑられる。

ざらに、主蒸気流量Ｑにより駆動されるタービン発電機
のプロレス特性５７０を介して電気出力Ｗが得られる。

上述のようにして得られた電気出力Ｗは制御要素５０５
を介してフィードバック信号Ｆ　として加睦器５２０に
入力される。加算器５２０ではΔＱ＝Ｒ，−’Ｆ（Ｉ　
　　　　・・・・・・・・・（１）により偏差信号Δｑ
が演算され、制御要素５２１、分配器２１０および信号
切替器２１２を介して速度設定器２０２Ａ、２０２Ｂの
要求信号ｄに変換される。ここで分配器２１０からの要
求信号ｄと速度設定器２０２Ａ、２０２Ｂの出力とを制
御要素５２３Ａ、５２３Ｂを介してフィードバック入力
してつき合わせ、その偏差信号を制御要素５２２Ａ、５
２２Ｂを介して速度設定器２’０２Ａ。

２０２Ｂへの入力信号に変換する。

一方、アンバランス運転の開始・終了時点では信号切！
ｌ：２１２が切替わり、再循環ポンプ１１１Ａ、１１１
Ｂの速度の急激な挙動を補償する関数発生器２１１Ａ、
２１１Ｂが接続され、第６図（ａ）に示すような非線型
補償信号ｄ′が制御要素５２２Ａ、５２２Ｂに対しバイ
アスとして出力される。

その結果、アンバランス領域の上限や下限付近での原子
炉出力の突出を抑制することができる。

なお、上記実施例では、原子炉出力が上昇する場合を例
にとって説明したが、原子炉出力の下降あるいは定値制
御の場合も同様に適用することができることは勿論であ
る。

ところで、上記実施例では、制御装置として制御用計算
機を用いた場合を例示したが、アンバランス運転の開始
・終了時点での再循環ポンプ速度の急激な変化を補償す
ることができれば、制御用計算機に限らずマイクロプロ
セッサやアナログ式の制御装置でも適用可能である。

また、上記実施例では、関数発生器２１１Ａ。

２１１Ｂを用いてアンバランス運転領域における再循環
ポンプ速度の急激な変化を補償する場合を例示したが、
関数発生器の代わりに非線形補ｔＲ器によっても同様の
補償を行なうことができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、再循環ポンプのア
ンバランス運転の開始・終了時点での原子炉出力の突出
を抑制することができるため、炉心に熱的応力に基づぐ
悪影響を与えずにアンバランス運転を行なうことを可能
とし、従って原子炉の安全運転を行なう上で絶大な効力
があり、原子力発電所の安全かつ効率的な運転を可能な
らしめる出力制御装置を得ることかできるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る出ツノ制御装置のブロ
ック図、 第２図は第１図の装置により制御される沸騰水型原子力
発電所の制御系統図、 第３図はアンバランス運転の様子を示ず特性図、第４図
は再循環ポンプの速度設定器と速度の関係を示す特性図
、 第５図は従来技術によるアンバランス運転の例を示す特
性図、 第６図は本発明を適用した場合のアンバランス運転の例
を示す特性図である。 １・・・原子炉、２・・・高圧タービン、３・・・低圧
タービン、４・・・発電機、５・・・復水器、１００・
・・主蒸気管、１０１・・・低圧蒸気管、１０２・・・
湿分分離器、１０４・・・復水管、１０５・・・復水ポ
ンプ、１０６・・・給水加熱器、１０７・・・給水ポン
プ、１１１Ａ。 １１１Ｂ・・・再循環ポンプ、１２０・・・蒸気加減弁
、１４０・・・発？ｔｆ機電力検出器、２０１Ａ、２０
１Ｂ・・・速度制御器、２０２Ａ、２０２Ｂ・・・速度
設定器、２１０・・・分配器、２１１Ａ、２１１Ｂ・・
・関数発生器、２１２・・・信号切替器、３１０・・・
自動化パネル、５００・・・指令値発生器、５２０・・
・加算器。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第２図 １、　　　　　　　ｔ／、　　時間→ 第３図 １、　　　　　　　　　＋分間 １、　　　　　　　　　　→時間 −−−アッパランス領芽記て゛の挙動 −−−−−−アンノでランス頌舅に以タトて］乃４ト動
第４図 １、ｏ　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｔ、　　
、Ｈ間１、　　　　　　　　　　　　　　　　１．−詩
間第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 冷却材を駆動する複数台の再循環ポンプを備える沸騰水
   型原子力発電設備の出力目標値、出力変化率を設定する
   操作手段と、この操作手段の出力から出力指令値を発生
   する指令値発生手段と、前記出力指令値と実際の出力値
   の偏差を演算して再循環ポンプの速度設定値に変換する
   変換手段と、前記速度設定値を複数台の再循環ポンプに
   対応して均等に分配する分配器と、前記再循環ポンプの
   アンバランス領域における再循環ポンプの速度の急激な
   動作を補償するべく速度設定値のパターンを発生する関
   数発生手段と、前記再循環ポンプのアンバランス領域以
   外で前記分配器からの速度設定値を、アンバランス領域
   内で前記関数発生手段の出力を選択して再循環ポンプ制
   御手段に送出する切替手段とを備えることを特徴とする
   出力制御装置。