JPS629106A - 蒸気発生プラントの制御装置 - 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、蒸気発生器プラントの制御装置に係ら、特に
低出力時のタービン駆動給水ポンプによる水位制御に好
適な原子炉プラントの制御装置に関する。

〔発明の背景〕

従来の給水制御装置は、特公昭５９−３２６７２号公報
に示すように、ａ子炉の低出力時においてタービン駆動
給水ポンプによる円滑な原子炉の水位制御を達成し、し
かも原子炉の低い出力状態からタービン駆動給水ポンプ
による水位制御を可能とするために、タービン駆動給水
ポンプの吐出側に。

低出力時における給水制御用の給水調節弁を設置するこ
とが考えられている。しかし、この制御方式では、ター
ビン駆動給水ポンプによる原子炉の水位制御を給水調節
弁の開度制御及びタービン駆動給水ポンプの回転数制御
の双方で実施する必要が生じて制御装置が複雑になると
ともに、運転操作が従来に比べて大幅に複雑・煩雑化す
るという欠点があった。すなわち、従来の制御装置では
、１台のモーター駆動給水ポンプ、１台目のタービン駆
動給水ポンプ及び２台目のタービン駆動給水ポンプと２
回の切り替え操作で良かったものが１台のモーター駆動
給水ポンプ、１台目のタービン駆動給水ポンプの吐出側
の給水調節弁制御、２台目のタービン駆動給水ポンプの
吐出側の給水調整弁制御、１台目のタービン駆動給水ポ
ンプの回転数制御及び２台目のタービン駆動給水ポンプ
の回転数制御と４回の切り替え操作が必要になる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、モーター駆動給水ポンプの台数削減が
可能であるとともに蒸気発生器の低出力時に単純な操作
でタービン駆動給水ポンプによる円滑な蒸気発生器の水
位制御が可能な蒸気発生器プラントの制御装置を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、タービン駆動給水ポンプの駆動状態を
検出する手段を設け、駆動状態検出手段の出力信号を入
力してタービン駆動給水ポンプの１台運転を判定する手
段を設け、判定手段がタービン駆動給水ポンプの１台運
転であることを判定した時に高い圧力設定値を出力し、
その１台運転でないことを判定した時に低い圧力設定値
を出力する圧力設定器を設け、圧力設定器の出力信号及
び圧力検出器の出力信号に基づいて蒸気加減弁の開度を
調節する圧力制御手段を設けたことにある。

本発明は、以下に示すようなタービン駆動給水ポンプの
特性を考慮することによってなされたものである。

第５図は、圧力上昇の効果を示している。危険速度防止
の観点から定まる最小回転数Ｎ１　におけるタービン駆
動給水ポンプの揚程臼ＡＩＡとタービン駆動給水ポンプ
を設置したシステムの抵抗曲線Ｂとの交点から求まる流
量ｖ０　が、タービン駆動給水ポンプの最小給水流量で
ある。原子炉最小給水流量は、タービン駆動給水ポンプ
ミニマムコロ−弁流量Ｖ　ｍ　１　ｍを差し引いた値（
Ｖ、−Ｖ、、＝）となる。この原子炉最小給水流量（Ｖ
、−Ｖ、、、）を減少させるために、従来例はタービン
駆動給水ポンプの吐出側に給水調節弁またはオリフィス
等の抵抗体を設けてタービン駆動給水ポンプを有するシ
ステムの抵抗を増大させていた。これによって、システ
ム抵抗曲線Ｃとタービン駆動給水ポンプの揚程曲線Ａと
の交点から求まる流量ｖ１が、タービン駆動給水ポンプ
の最小給水流量となり、原子炉最小給水流量は（Ｖ、−
Ｖ−、、）となる。

一方、原子炉圧力を上昇させることはタービン駆動給水
ポンプを有するシステムの抵抗を増加させたことと同じ
ことになり、圧力はシステム抵抗曲線りのように変化す
る。この場合には、システム抵抗曲線りと、タービン駆
動給水ポンプの揚程曲線Ａとの交点から求まる流量ｖ１
がタービン駆動給水ポンプの最小流量となり、原子炉最
小給水流量を（Ｖ、−Ｖ、、、）にすることが可能にな
る。

このように原子炉圧力を上昇させることは、有効な方法
である。沸騰水型原子炉においては、原子炉出力が低い
時における原子炉出力が、定格の原子炉出力時の原子炉
圧力よりも約白ＩＣｇ／ｄ低い状態で保持されているの
で、原子炉出力の低い時点において原子炉圧力を上昇さ
せることによってタービン駆動給水ポンプの必要なポン
プ揚程を増加させることができ、原子炉の低出力時にお
けるタービン駆動給水ポンプの運転が可能になる。この
時、タービン駆動給水ポンプの最小給水流量を、半分以
下に減少できる。

〔発明の実施例〕 以下、沸騰水型原子炉に適用した本発明の好適な一実施
例を第１図及び第２図により詳細に説明する。

沸騰水型原子炉の原子炉は、蒸気発生器の一種である。

原子炉１で発生した蒸気は、主蒸気管２により蒸気加減
弁３を通してタービン５に送られる。タービン５から排
気された蒸気は、復水器６にて凝縮される。この凝縮に
よって生じた水は、復水器６から吐出され、タービン駆
動給水ポンプ７．８又はモーター駆動給水ポンプ９等に
より昇圧されて給水配管１３により原子炉１に戻される
。また、原子炉の起動時及び停止時においてタービン駆
動給水ポンプ７．８は、最小流量を確保する一必要があ
るので、各ポンプの吐出流量が所定値以下となった場合
にはミニマムフロー弁１０．１１を開いて吐出流量は復
水器６に戻される。モーター駆動給水ポンプ９について
も同様であり、ポンプ流量が所定値以下となると、ミニ
マムフロー弁１２を開き、最小流量を確保する。必要に
応じて、タービンバイパス弁４を開くことによって主蒸
気管２内を流れる蒸気の一部は、復水器６に直接導入さ
れる。

タービン駆動給水ポンプ７．８は、タービン５から抽気
された蒸気により駆動される。

圧力制御器１６はタービン５の上流側で主蒸気管２に設
置された圧力検出器１４の出力信号（蒸気圧力）が追従
するように、蒸気加減弁３又はタービンバイパス弁４の
開度を制御して原子炉１の圧力を制御する。

給水制御器２０は、原子炉１の低出力時において原子炉
１に設けられた水位検出器１７の出力信号（原子炉水位
）により設定水位に、原子炉水位を維持するように制御
信号を出力する。

原子炉の低出力時には、モーター駆動給水ポンプ手動操
作器２３を経て主給水調整弁２４に制御信号が伝達され
、給水調整弁２４の開度制御により、原子炉水位を一定
に維持する。この際、運転の必要のないタービン駆動給
水ポンプ７．８は停止しており、タービン駆動給水ポン
プ出口弁２５゜２６およびタービン駆動給水ポンプ逆止
弁２８゜２９は閉状態になっている。運転中のモーター
駆動給水ポンプ９のモーター駆動給水ポンプ出口弁２７
およびモーター駆動給水ポンプ逆止弁３ｏは開状態にな
っている。

原子炉出力が少し上昇すると、水位検出器１７の出力信
号に加え、主蒸気管２に設けられた蒸気流量検出器１８
の出力信号（蒸気流量）および給水配管１３に設けられ
た給水流量検出器１９の出力信号（給水流量）を加えた
三要素制御による給水制御が行なわれる。モーター駆動
給水ポンプ９で給水可能な原子炉の出力範囲では、一般
に原子炉の低出力時と同様にしてポンプ駆動状態及び弁
の開閉状態で給水制御を行なう、モーター駆動給水ポン
プ９による給水能力を越える原子炉出力状態に達する以
前に、１台のモーター駆動給水ポンプ７を起動してその
回転数を上昇させる。主給水調整弁２４の出口側圧力と
タービン駆動給水ポンプ７の吐出圧力とが接近した時点
で、タービン駆動給水ポンプ出口弁２５を開き、タービ
ン駆動給水ポンプ７による制御に切り替えてモーター駆
動給水ポンプ９を停止する。更に原子炉出力が上昇して
タービン駆動給水ポンプ７による給水能力を越える原子
炉出力に近づくと、２台目のタービン駆動給水ポンプ８
が起動される。タービン駆動給水ポンプ８の吐出圧力が
、タービン駆動給水ポンプ７の吐出圧力に接近した時点
で、タービン駆動給水ポンプ出口弁２６を開き、タービ
ン駆動給水ポンプ７及び８の回転数の制御に切替える。

第１図に示すように、給水系の構成を２台のタービン駆
動給水ポンプ７及び８及び１台のタービン駆動給水ポン
プ９で構成する場合には、信頼性維持および不要な工学
的安全設備の作動防止の観点から、できるだけ低出力段
階で、タービン駆動給水ポンプによる水位制御に切り替
え、モーター駆動給水ポンプ８を時期状態とし、タービ
ン駆動給水ポンプ（７又は８）に異常があった場合、速
やかにモーター駆動給水ポンプ９にバックアップさせる
必要がある。

しかし、タービン駆動給水ポンプは、タービンの危険速
度防止によって決められる最少連続回転数の制約があっ
て、所定の回転数Ｎ□以下に回転数を降下させて運転す
ることはできない。この結果、１台のタービン駆動給水
ポンプによる最小給水流量は、原子炉の低出力時にはミ
ニマムフロー弁が開状態にあることを考慮しても、原子
炉定格給水流量の約２０％程度となる。

このような原子炉の低出力時における本実施例の作用に
ついて説明する。

タービン駆動給水ポンプ７及び８に設けられた回転計（
図示せず）から出力された起動状態信号３１及び３２（
各タービン駆動給水ポンプの回転数）及び給水流量検出
器１９から出力された給水流量信号が、給水・圧力協調
制御装置３３−に入力される。給水・圧力協調制御装置
３３は、入力したそれらの信号に基づいてタービン駆動
給水ポンプの運転状態を判定し、１台のタービン駆動給
水ポンプが駆動されている場合に圧力設定器１５に、圧
力設定点補正信号３４を出力する。また、給水・圧力協
調制御装置３３は、圧力上昇時及びミニマムフロー弁開
時に、タービン駆動給水ポンプによる制御特性が変化す
るので、給水制御器２０に、給水制御系ゲイン補正信号
３５を出力する。

第２図は、給水・圧力協調制御装置３３及び圧力設定器
１５のシーケンスを示すものである。第２図において、
４０．４１及び４２はＡＮＤ回路、４３はＯＲ回路、４
４及び４５はＮＯＴ回路及び４６は遅延回路を示してい
る　、：：　アような給水・圧力協調制御装置３３は、
以下のように動作する。

タービン駆動給水ポンプ７及び８にそれぞれ設けられた
回転計から出力された起動状態信号３１及び３２（回転
数）が入力された時、起動状態信号３１及び３２が所定
の回転数以上になっているか否かを判定する。起動状態
信号３１及び３２が所定の回転数以上になった場合は、
レベル「１」の信号Ｓ１及びＳ２　がそれぞれ発生する
。起動状態信号３１及び３２が所定の回転数未満である
場合には、レベル「０」の信号Ｓ工及びＳ２がそれぞれ
発生する。信号Ｓ１は、ＡＮＤ回路４０に。

またＮＯＴ回路４５を介してＡＮＤ回路４１に入力され
る。信号Ｓ２は、ＡＮＤ回路４１に、またＮＯＴ回路４
４を介してＡＮＤ回路４０に入力される。信号Ｓ１のレ
ベルが「１」であって信号Ｓ２のレベルが「０」の時（
タービン駆動給水ポンプ７が１台運転されている状態）
、ＡＮＤ回路４０の出力信号Ｓ４はレベル「１」となる
。信号Ｓ１のレベルが「０」であって信号Ｓ２．のレベ
ルがｒｌＪの°時（タービン駆動給水ポンプ８が１台運
転されている状態）、ＡＮＤ、回路４１の出力信号Ｓｓ
のレベルが「１」となる。信号Ｓ４及びＳ、は、ＯＲ回
路４３に入力され、その回路の出力信号はＡＮＤ回路４
２に入力される。給水流量検出器１９の出力信号が入力
された時、給水流量が所定値以下になっているか否かが
判断される。

信号Ｓ、は、給水流量の測定値が所定値以下の場合にレ
ベルが「１」に、その測定値が所定値を越える場合にレ
ベルが「０」になる、ＡＮＤ回路４２は、信号Ｓ６及び
ＯＲ回路４３の出力信号がともにレベル「１」になった
時に、レベル「１」の信号Ｓ７を出力する。信号Ｓ７の
レベルが「１」になるのは、タービン駆動給水ポンプの
１台運転の条件が成立する（ＯＲ回路４３の出力信号の
レベルが［１」になる）とともに、給水流量が所定値以
下（例えばミニマムフロー流量以下）になっている条件
が成立した（信号ＳＧのレベルが［１」になる）場合で
ある。給水流量所定値以下の条件を加えるのは、圧力設
定値が原子炉の高出力時に変更されるのを防止するため
である。レベル「１」の信号Ｓ１は、誤動作を避けるた
めに遅延回路４６を通して出力される。遅延回路４６か
ら出力されたレベル「１」の信号Ｓ７に基づいて、給水
・圧力協調制御装置３３は、給水制御器２０のＰ・ニゲ
イン変更（比例ゲイン及び積分ゲインの減少）のための
給水制御系ゲイン補正信号３５を出力し、さらに圧力設
定補正信号３４を出力する。

給水制御器２０は、補正信号３５を入力することによっ
てその信号に応じてゲインが補正される。

圧力設定器１５は１通常運転時の圧力設定値を定める設
定器３６、変更すべき圧力設定値を定める設定器３７、
上下限の変化率を制限する制限器３８、高値選択回路３
９及びスイッチ４７から構成されている。圧力設定点変
更信号３４が圧力設定器１５に入力されると、スイッチ
４７が閉され、高値選択回路３９を受け、設定器３７か
ら出力されたレベルの高い圧力設定値を出力する。圧力
設定器１５は、給水・圧力協調制御装置３３が圧力設定
点変更信号３４を出力しない場合にスイッチ４７を開と
し、高値選択回路３９で選択された設定器３６のレベル
の低い圧力設定値を出力する。

圧力設定器１５から出力された信号は、加算器４８（第
１図）に入力される。加算器１５は、圧力設定器１５の
出力信号及び圧力検出器１４の出力信号に基づいて信号
４９を出力する。圧力制御器１６は、信号４９を入力し
、それに基づ）１て蒸気加減弁３またはバイパス弁４の
開度を調節する。

原子炉出力が低い時には、前述したように圧力設定器１
５からレベルの高い設定値（設定器３７の出力）が出力
される。圧力制御器１６は、圧力設定器１５からレベル
の高い圧力設定値が出力されている間、その設定値に応
じて蒸気加減弁３の開度を減少させる（バイパス弁４は
閉されている）。

これによって、原子炉１の圧力が一時的に増加する。こ
のように、タービン駆動給水ポンプの１台運転時には、
自動的に原子炉圧力を上昇させることができ、簡単な制
御操作により原子炉の低出力時におけるタービン駆動給
水ポンプによる原子炉の給水制御（水位制御）が可能と
なる。

なお上述した説明は、通常の起動停止過程を対象とした
ものであるが、負荷遮断発生時には、定格出力状態から
、急速にタービン駆動給水ポンプ１台による低出力運転
状態に移行する。このため、負荷遮断信号を判定条件に
加え、タービン駆動給水ポンプ１台運転中と給水流量所
定値以下の条件が成立した時には、速やかに圧力設定点
変更および、給水制御系ゲイン変更を行なう。

第３図は、設定器３６のみを有する圧力設定器１５を設
けた場合の特性図である。原子炉圧力は、前述したよう
に、タービン５の上流側に設置した圧力検出器１４の出
力信号が、圧力設定器１５の出力信号に追従するよう制
御されることにより間接的に制御される。圧力設定器１
５の出力信号は一定値Ｅ１　（設定器３６の出力）であ
り、タービン入口の圧力は、一定値Ｅ、を入力する圧力
制御器１６により所定の調定率で、直ｌｌ１ＡＦ１の如
く制御される。原子炉圧力は、タービン入口の圧力より
も、主蒸気管２の圧力損失分だけ高くなっており１曲線
Ｇに示す如く１間接的に制御される。原子炉の低出力時
には、調定率及び、主蒸気管３の圧力損失の寄与が小さ
く、定格出力時に比較して低い原子炉圧力となっている
。

第４図は、前述の実施例の如く設定器３６及び３７を有
する圧力設定器１５を設けた場合の特性図である。圧力
設定器１５は第４図に示すタ−ビン駆動給水ポンプ１台
運転領域では設定器３７の出力信号（高レベルの圧力設
定値）を出力し、その運転領域以外の高出力時では設定
器３６の出力信号（低レベルの圧力設定値）を出力する
。従って、原子炉の低出力時には、タービン駆動給水ポ
ンプの一台運転状態を判定し、その状態の時に圧力設定
器１５の出力信号を一時的に増加しく特性Ｅ２）、原子
炉圧力を一時的に高く維持する（特性Ｇ２）ことが可能
である。

このような本実施例によれば、タービン駆動給水ポンプ
の運転状態に応じて、原子炉の圧力を自動的に円滑に変
更することができ、原子炉低出力時の原子炉圧力を運転
員の負担なく高く維持することが可能となる。しかもタ
ービン効率を向上させることができる。タービン駆動給
水ポンプによる原子炉の水位制御を原子炉低出力から行
なうことが可能となり、結果的に、タービン駆動給水ポ
ンプに異常が発生した場合、予備機である１台のモータ
ー駆動給水ポンプによるバックアップが可能となる。こ
れにより、モニター駆動給水ポンプは、１台に削減でき
る。また、異常発生時の原子炉スクラムを避け１．プラ
ント稼動率向上を図ることができるとともに、水位の異
常低下による工学的安全設備の不要な起動を下げること
ができ、プラントの熱サイクル低減も図れる。

このような本発明は、加圧木型原子炉の蒸気発生器及び
火力プラントのボイラへの給水制御に適用することがで
きる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、モーター駆動給水ポンプの台数を削減
することができ、蒸気発生器の低出力時において単純な
操作でタービン駆動給水ポンプを駆動できるとともに円
滑な蒸気発生器の水位制御ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例である原子炉プラント
の制御装置の概略系統図、第２図は第１図に示す給水・
圧力制御装置及び圧力設定器の詳細構成図、第３図及び
第４図は圧力と原子炉出力との関係を示す特性図、第５
図はタービン駆動給水ポンプの制御特性図である。 １・・・原子炉、２・・・主蒸気管、３・・・蒸気加減
弁、４・・・バイパス弁、５・・・タービシ、６・・・
復水器、７゜８・・・タービン駆動給水ポンプ、９・・
・モーター駆動給水ポンプ、１３・・・給水配管、１４
・・・圧力検出器、１５・・・圧力設定器、１６・・・
圧力制御器、１７・・・水位検出器、１８・・・蒸気流
量検出器、１９・・・給水流帛３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、蒸気発生器と、前記蒸気発生器で発生した蒸気が吐
   出される主蒸気管と、前記主蒸気管を通して蒸気が供給
   されるタービンと、前記主蒸気管に設けられた蒸気加減
   弁と、前記タービンから排気された蒸気を凝縮する復水
   器と、前記復水器にて凝縮されて生じた水を給水として
   前気蒸気発生器に導く給水配管と、前記給水配管に並列
   に設置された複数のタービン駆動給水ポンプと、前記主
   蒸気管に設けられた圧力検出器とを有する蒸気発生プラ
   ントの制御装置において、前記タービン駆動給水ポンプ
   の駆動状態を検出する手段を設け、前記駆動状態検出手
   段の出力信号を入力して前記タービン駆動給水ポンプの
   １台運転を判定する手段を設け、前記判定手段が前記タ
   ービン駆動給水ポンプの１台運転であることを判定した
   時に高い圧力設定値を出力し、その１台運転でないこと
   を判定した時に低い圧力設定値を出力する圧力設定器を
   設け、前記圧力設定器の出力信号及び前記圧力検出器の
   出力信号に基づいて前記蒸気加減弁の開度を調節する圧
   力制御手段を設けたことを特徴とする蒸気発電プラント
   の制御装置。