JPS63144293A - 原子炉出力制御装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は原子炉出力制御装置に係り、特に沸騰水型原子
炉の制御パターン変更時において、適切な原子炉出力お
よび炉心流量の運転状態を安全に達成できる原子炉出力
制御装置に関する。

（従来の技術） 一般に沸騰水型原子炉においては、炉心流量と制御棒の
挿入量とによって炉心の反応度を制御し、定格出力運転
を行なっている。

第４図は、炉心の余剰反応度の燃焼度変化の一例を示し
ている。第４図において、余剰反応度は、サイクル初期
から中期にかけての期間ａでは上昇傾向となり、その後
の期間すでは減少し、サイクル燃焼度９Ｇｖｄ／ｌにお
いて零となる。

通常の原子炉運転中は、期間ａでは燃焼の進捗による反
応度の増加を補償するため、炉心流量を減少させて定格
出力運転を維持する。

ところが、一般に炉心流量の調整範囲は、下限値９０％
定格流量から上限値１０００％定格流量までの１０％程
度の幅で、これは反応度にすると０．３％Δに程度と小
さい。このため、期間ａでは炉心流量が調整範囲の下限
に達し、流量調整だけでは一定出力を保持できなくなる
。そこで従来は、制御棒の挿入を行ない、制御棒により
反応度調整を行なっている。

第５図（ａ）、　　（ｂ）は、この制御棒パターン変更
の一例を示している。第５図（ａ）、　　（ｂ）におい
て、各制御棒の炉心への挿入度Ｎは、全挿入の状態から
Ｎ／４８だけ引抜かれていることを表わす。例えば１４
の数値が記入された制御棒は、全挿入の状態から１４７
４８だけ引抜かれていることを表わしている。また、数
値の記入のない制御棒は全引抜を表わしている。第５図
においては、２１本の制御棒のうち、符号Ｃで示す１６
本の制御棒が各々第５図（ａ）に示す炉心状態から２／
４８ずつ挿入されている。

一方、第４図に示すサイクル後半の期間すにおいては、
期間ａとは逆に燃焼が進むに従って反応度は低下する。

このため、炉心流量を増加させて定格出力を維持するが
、流量が上限値に達した際には、制御棒の引抜を行なっ
て反応度を調整している。

第６図（ａ）、　　（ｂ）は、このときの制御棒引抜の
一例を示している。第６図（ｂ）においては、炉心に挿
入されている９本の制御棒のうち、符号ｄで示す８本の
制御棒が第５図（ａ）に示す炉心状態から各々２／４８
ずつ引抜かれている。

ところで、現状では多くの場合、このような制御棒パタ
ーン変更を行なう際には、６０％〜９０９６定格程度ま
で一旦出力を低下させる必要がある。

これは、燃料の出力をある出力以上に上げる場合には、
出力上昇率を充分低くして燃料ベレットと燃料被覆管と
の機械的干渉を和らげるため、一種のならし運転を行な
う必要があるからである。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、今後新型燃料が炉心に装荷された際には、こ
のならし運転の規定が撤廃されるため、制御棒パターン
の変更を、定格出力またはそれに近いような高出力を維
持したままで行なうことが可能となる。

第７図（ａ）〜（ｑ）は、このような新型燃料装荷炉心
において、はぼ定格出力を保持したまま制御棒の挿入を
行なった場合の制御棒パターンの推移を示し、また第８
図（ａ）、　　（ｂ）は、その場合の原子炉出力、炉心
流量の推移を示す。

また第９図（ａ）〜（ｉ）は、制御棒の引抜を行なった
場合の制御パターンの推移４示し、また第１０図（ａ）
、　　（ｂ）は、その場合の原子炉出力、炉心流量の推
移を示す。

ところで、制御棒挿入時において、制御棒の操作は、第
７図（ａ）〜（ｑ）に示すように１６のステップに分け
て１本ずつ行なわれる。そして、その際の原子炉出力、
炉心流量は第８図（ａ）。

（ｂ）に示すように推移する。

すなわち、原子炉の出力調整は、運転員の操作により次
のようにしてなされる。まず、第８図（ａ）、（ｂ）に
おいて符号Ａから符号Ｂまでの；Ａ程では、制御棒を１
本２１４８だけ炉心内に挿入する。これにより、原子炉
出力は多少減少する。次に符号Ｂから符号Ｃまでの過程
では、炉心流量を上昇させて原子炉出力とする。次に、
符号Ｃから符号Ａまでの過程では、定格出力を保持して
炉心状態が正常であることを確認する。その後次のステ
ップに進む。以下、このようなステップを１６回繰返し
て制御棒操作を終了する。またこの間、炉心流量は、下
限値（９０％定格）近くから増加し、操作終了後には上
限値（１００％定格）程度となる。

ここで、複数の制御棒の挿入を一度に行なわないのは、
出力の変動を小さくして可及的定格出力に近い高出力状
態を達成するためである。

ところが、このような制御棒パターン変更では、全工程
が２４時間にも及び、この間の各ステップでは、制御棒
の微挿入と炉心流量の微調整とを繰返すので、非常に細
かく繁雑な運転操作が長時間に亘って要求され、運転員
に大きな負担となる。

一方、制御棒引抜時において、制御棒の操作は、第９図
（ａ）〜（１）に示すように８のステップに分けて１本
ずつ行なわれる。そして、その際の原子炉出力、炉心流
量は第１０図に（ａ）、（ｂ）示す推移となる。

すなわち、原子炉の出力調整は、運転員の操作により次
のようにしてなされる。まず、第１０図（ａ）、　　（
ｂ）において符号りから符号Ｅまでの過程では、炉心流
量を低下させて原子炉出力を減少させる。次に符号Ｅか
ら符号Ｆまでの過程では、制御棒の炉心からの引抜によ
り原子炉出力を増加させる。次に符号Ｆから符号Ｇまで
の過程では、炉心流量を増加させて原子炉出力を定格ま
で増加させる。次に符号Ｇから符号りまでの過程では、
定格出力を保持して炉心状態を確認する。そしてその後
次のステップに進む。以下、このようなステップを８回
繰返して制御棒操作を終了する。この間炉心流量は、上
限値（１００９１ｆ定格）から減少し、−息下限値（９
０％定格）を上廻るものの、操作終了後には下限値付近
で安定状態となる。

前記制御棒引抜時には引抜により原子炉出力が上昇する
ので、予め炉心流量により出力を低下させることが必要
となる。この操作を行なわないと、原子炉出力が定格値
を上田ることになる。また、符号りから符号Ｅまでの過
程において炉心流量の減少量は、炉心性能計算コード等
により予め求めておくものであるが、実際の運転時には
、予測値が実際よりも小さくずれ、その後の制御棒引抜
時に、原子炉出力が定格出力を上田ることのないよう若
干大きめ（数％定格程度）に流量降下させ、その後再び
流量を上昇させて定格出力に復帰させるようにしている
。このため、出力弯動は必要以上に大きくなり、また長
時間に亘ってこのような操作を繰返すことになるため、
運転操作上の運転員に対する負担が大きくなる。

本発明はこのような点を考慮してなされたちので、制御
棒パターン変更時に、制御棒の操作と炉心流量の：Ａ整
とを自動的に行ない、所定の原子炉出力および炉心流量
の運転状態を安全に達成でき、運転員の負担を大幅に軽
減できる原子炉出力制御装置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、炉心流量が下限値または上限値に達した際に
おいて、目標原子炉出力を達成するための制御棒パター
ンを演算する目標制御棒パターン演算部と、現状の制御
棒パターンから目標制御棒パターンに至る制御棒の操作
手順を作成する操作手順作成部と、作成された操作手順
で制御棒を操作した場合の、操作中の各段階および操作
後の炉心状態を予測する炉心状態予測部と、予測された
炉心状態が健全であるか否かを判定する判定部と、判定
部で健全であると判定された場合に、制御棒および炉心
流量の制御信号を出力する制御部とを備えたことを特徴
とする。

（作　用） 本発明に係る原子炉出力制御装置においては、炉心流量
が下限値または上限値に達した際に、目標制御棒パター
ン演算部において、制御棒をどのように操作すれば目標
炉心流量で目標原子炉出力を達成できるかが演算される
とともに、操作手順作成部において、現在の制御棒パタ
ーンから目標制御棒パターンに至る制御棒の操作手順が
作成される。さらに炉心状態予測部において、作成され
た操作手順で制御棒を操作した場合の、操作中の各段階
および操作後の炉心状態がＦ１？Ｊされるとともに、判
定部において、予測された炉心状態が健全であるか否か
が判定される。そして、判定部で炉心状態が健全である
と判定された場合に、制御部から制御棒および炉心流量
の制御信号が出力されて原子炉出力が制御される。この
ため、制御パターン変更時の運転員の負担が大幅に軽減
され、安全に適確な制御棒パターンの変更を行なうこと
が可能となり、また特に制御棒引抜時の原子炉出力の変
動を最少に抑えて燃料に与える出力変化の影響を小さく
することが可能と、なる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を第１図ないし第３図を参照して
説明する。

第１図は本発明に係る原子炉出力制御装置の一例を示す
もので、図中、符号１は炉心２を収容する原子炉圧力容
器であり、炉心２には、複数本の制御棒３が制御棒駆動
機構４により挿入、引抜されるようになっている。また
炉心流量は、再循環ポンプ５の速度を変化させることに
より調整されるようになっている。

また原子炉で発生した蒸気は、第１図に示すように主蒸
気配管６を通し図示しないタービン、発電機系に送られ
るようになっており、この主蒸気は、冷却された後、給
水配管７を介し原子炉に戻されるようになっている。

再循環ポンプ５は、第１図に示すように再循環ポンプ制
御回路８によって速度制御されるようになっているとと
もに、速度制御により調整された炉心流量信号は再循環
ポンプ制御回路８から後述する出力制御装置１０に与え
られるようになっている。また制御棒３は、第１図に示
すように制御棒挿入制御回路９によりその挿入度が制御
されるようになっているとともに、現状の制御棒パター
ン信号が、制御棒挿入制御回路９から出力制御装置１０
に与えられるようになっている。

出力制御装置１０は、第１図に示すように出力制御回路
１１と炉心状態予測装置１２とから構成されており、出
力制御回路１１は、両制御回路８゜９および炉心状態予
測装置１２に各々信号線で接続されている。またこの出
力制御回路１１には、主蒸気配管６に設けた主蒸気流量
検出器１３からの主蒸気流量信号が後述する目標出力Ｐ
。とじて入力されるようになっている。

すなわち、出力制御回路１１には、炉心流量の下限値Ｗ
　、炉心流量の上限値Ｗ２、制御棒操作後の炉心流量の
目標値Ｗ。、操作中に維持すべき原子炉の目標出力Ｐ。

、および操作対象とする制御棒が予めあるいは時々刻々
入力されるようになっており、この出力制御回路１１は
、後述する炉心状態予測装置１２による予測結果に基づ
き両制御回路８．９に制御信号を出力するようになって
いる。

炉心状態予測装置１２は、炉心流量が下限値Ｗ　または
上限値Ｗ２に達した際に、制御棒３をどのように操作す
れば目標値Ｗ　で目標出力Ｐ。

を達成できるかを演算する目標制御棒パターン演算部と
、現状の制御棒パターンから目標制御棒パターンに至る
制御棒３の操作手順、例えば第７図（ａ）〜（ｑ）およ
び第９図（ａ）〜（ｉ）に示すような手順を作成する操
作手順作成部と、作成された操作手順で制御棒を操作し
た場合の、操作中の各段階および操作後の炉心状態を、
炉心性能計算コード等により予測する炉心状態予測部と
、予測された炉心状態が健全であるか否かを判定する判
定部とを備えており、この判定部で炉心状態が健全であ
ると判定された場合には、両制御回路８．９に出力制御
回路１０から制御棒３および炉心流量の制御信号がそれ
ぞれ出力されるとともに、判定部で炉心状態が不良と判
定された場合には、警報ランプの点灯等で運転員にこれ
を報知し、以下の処理は中止されるようになっている。

次に、このような構成からなる本実施例の作用について
説明する。

目標出力Ｐ。が１００％定格となっている通常の原子炉
運転中には、炉心流量の調整によって定格出力が保持さ
れるが、この時各時点の炉心流量値は、再循環ポンプ制
御回路８から出力制御回路１１に送信される。

定出力運転を続けているうちに、炉心流量が下限ｒ１１
Ｗ　　または上限値Ｗ２に達した際には、その時点での
各制御棒３の挿入度が、制御棒挿入制御回路９から出力
制御回路１１を介し炉心状態予測装置１２に送出される
。

炉心状態予測装置１２は、まず指定されている制御棒３
をどのように操作すれば、目標値Ｗ。で目標出力Ｐ。を
達成できるかを演算する。そして目標とする制御棒パタ
ーンが確認されたならば、現状の制御棒パターンから目
標パターンに至る第７図（ａ）〜（ｑ）のような挿入手
順あるいは第９図（ａ）〜（ｉ）のような引抜手順を作
成する。

さらにこの操作手順が、制御棒操作中の各段階および操
作後の炉心状態が健全であるか否かを判定し、炉心状態
が不良と判定された際には、警報ランプの点灯等により
運転員にこれを報知し、以下の処理を中止する。一方、
炉心状態が良好と予測判定された場合には、出力制御回
路１１から再循環ポンプ制御回路８および制御棒挿入制
御回路９に信号が出力され、炉心流量および制御棒３の
調整が定められた手順で行なわれる。

出力制御装置１０により制御棒３の挿入を行なった際の
原子炉出力、炉心流量の推移を第２図（ａ）、　　（ｂ
）に示し、また引抜を行なった際の同様の推移を第３図
（ａ）、（ｂ）に示す。

原子炉出力、炉心流量の調整手順は、制御棒の挿入時に
は、第２図に示すように符号Ａ−符号Ｂ−符号Ｃ−符号
Ａを繰返して行ない、また制御棒の引抜時には、第３図
に示すように符号り一符号Ｅ−符号Ｆ−符号Ｇ−符号り
の手順を繰返して行なう。

ここで、各符号Ａ−Ｃ，Ｄ−Ｇで示す各手順は、第８図
および第１０図に示す従来の場合と同一内容である。た
だし、制御棒３の調整は、出力制御回路１１が制御棒挿
入制御回路９に送出した信号により制御棒駆動機構４を
動作させることによって自動的に行なわれ、また炉心流
量の調整は、出力制御回路１１が再循環ポンプ制御回路
８に送出した信号により再循環ポンプ５の速度を調整す
ることによって自動的に行なわれる。

また、主蒸気流量は、原子炉出力とほぼ比例関係にある
ため、主蒸気流量検出器１３の信号を出力制御回路１１
に入力して原子炉出力の変化を監視し、これを目標出力
Ｐ。とする。また制御棒挿入時の目標値Ｗ。は、上限値
Ｗ２と等しく設定されており、引抜時の目標値Ｗ。は、
下限値Ｗ１と等しくセットされている。

また、制御棒引抜時の例を示す第３図（ａ）。

（ｂ）において、破線で示すグラフは、出力制御装置１
０のない場合の原子炉出力の変化を示している。出力制
御装置１０が装備された際には、炉心状態予測装置 １２によって精度よく必要とする炉心流量の減少分を予
測することができるので、実線グラフで示すように余分
な流量減少による出力降下量を従来よりも小さくするこ
とができる。

なお前記実施例においては、炉心流量を再循環ポンプ５
により制御するものについて説明したが、インターナル
ポンプを用いる原子炉にも同様に適用できる。また原子
炉出力は、主蒸気流量検出器１３以外の手段を用いて検
出するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、制御棒パターン変更時に
おいて、炉心流量および制御棒の挿入量を自動的に制御
するようにしているので、運転操作上の運転員の負担を
大幅に削減し、安全かつ適確に制御棒パターンの変更を
行なうことができる。

また炉心状態を予測してその健全性を判定するようにし
ているので、制御棒操作時、特に制御棒引抜時における
原子炉出力の変動を最少に抑え、燃料に与える出力変化
の影響を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す原子炉出力制御装置の
構成図、第２図（ａ）、（ｂ）はこの装置を用いて制御
棒を挿入した際の原子炉出力、炉心流量の推移を示すグ
ラフ、第３図（ａ）、（ｂ）は同様の制御棒引抜時の原
子炉出力、炉心流量の推移を示すグラフ、第４図は燃焼
に伴う炉心の余剰反応度の変化を示すグラフ、第５図（
ａ）。 （ｂ）は制御棒挿入時の制御棒パターンの一例を示す説
明図、第６図は（ａ）、（ｂ）制御棒引抜時の制御棒パ
ターンの一例を示す説明図、第７図（ａ）〜（Ｑ）は制
御棒挿入時の制御棒操作ステップを順次示す説明図、第
８図（ａ）、（ｂ）は従来の制御棒挿入時の原子炉出力
、炉心流量の推移を示すグラフ、第９図（ａ）〜（ｉ）
は制御棒引抜時の制御棒操作ステップを順次示す説明図
、第１０図（ａ）、（ｂ）は従来の制御棒引抜時の原子
炉出力、炉心流量の推移を示すグラフである。 １・・・原子炉圧力容器、２・・・炉心、３・・・制御
棒、５・・・再循環ポンプ、６・・・主蒸気配管、８・
・・再循環ポンプ制御回路、９・・・制御棒挿入制御回
路、１０・・・出力制御装置、１１・・・出力制御回路
、１２・・・炉心状態予測装置、１３・・・主蒸気流量
検出器。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第１図 価し燗（ｈｒ） 経過時間（ｈｒ） 第２図（ｂ） 経過時間（ｈｒ） 第３図（ｂ） 第５図（ａ） 第５図（ｂ） 第６図（ａ） 第６図（ｂ） 経過時間（ｈｒ） 第８図（ｂ） 経過時間（ｈｒ） 経過時間（ｈｒ） 第１０図（ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ａ、炉心流量が下限値または上限値に 達した際において、目標原子炉出力を達成するためのパ
   ターンを演算する目標制御棒パターン演算部と、 ｂ、現状の制御棒パターンから目標制御棒 パターンに至る制御棒の操作手順を作成する操作手順作
   成部と、 ｃ、作成された操作手順で制御棒を操作し た場合の、操作中の各段階および操作後の炉心状態を予
   測する炉心状態予測部と、 ｄ、予測された炉心状態が健全であるか否 かを判定する判定部と、 ｅ、判定部で健全であると判定された場合 に、制御棒および炉心流量の制御信号を出力する制御部
   と、 を具備することを特徴とする原子炉出力制御装置。 ２、炉心状態予測部は、炉心性能計算コードを用いて炉
   心状態を予測することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の原子炉出力制御装置。