JPS63233398A - 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】 〔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
原子力発電所の出力を中央給電指令所等からのＡＦＣ信
号に従って自動的に制御する機能を備えた負荷追従制御
装置に関する。

〔従来の技術〕

第８図は従来の沸騰水型原子力発電所の再循環流量制御
による原子炉出力制御装置の一例を示すブロック図であ
る。この種の原子炉の出力は、制御棒２ｏの位置調整に
よる方式と、再循環ポンプの速度を調整し炉心流量を制
御する方式の２通りの手段で調整される。再循環流量制
御による出力制御は、原子炉定格出力の１００％から約
６０％までの範囲でなされる。本発明はこの再循環流量
制御による出力制御を行う原子炉出力制御装置に関する
ものである。

第８図の負荷追従操作は、タービン制御装置９の負荷設
定回路１３に内蔵されたモータを、作業員が「増」また
は「減」の押しボタンスイッチで駆動し、手動設定する
方式によりなされてきた。

タービン制御装置９は、負荷運転中は、タービン１０の
入口圧力を一定にするようにタービン加減弁１１の開度
を制御する圧力制御動作を行っている。負荷設定信号１
４は、タービン速度信号１５に基づいた修正速度誤差信
号１６と加算され、タービン入口圧力信号１７から演算
された全蒸気流量信号１８との偏差をとられる。この偏
差信号は、振幅制限器１９を通り、再循環流量制御装置
８の主制御器に送られ、ここで比例積分演算を受ける。

その出力は、すくい管駆動装ｆｉｉ７に加えられ、流体
継手５を制御する。このようにして再循環ポンプＭＧセ
ット発電機４のＭＧ上セツト動電動機による回転が制御
され、したがって再循環ポンプＭＧセット電動機３を介
して再循環ポンプ２の速度。

すなわち再循環流量が制御される。

上記手動による負荷追従操作を自動的に行う装置が、す
でにいくつか提案されている。第９図にその一例を示す
。本例は、予め定められた負荷追従パターンまたは中央
給電指令所等からのＡＦＣ信号に従って、発電機出力を
自動追従制御する機能を備えた原子炉出力調整装置２３
による負荷追従制御方式を採用している。

原子炉出力調整装置２３は、自らの内部で発生させる負
荷追従パターン信号２１をＡＦＣ信号２５に重畳し、発
電機出力信号２２との偏差量を演算して、この偏差に基
づき再循環ポンプ速度要求信号２４を演算出力する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第９図の従来例にあっては、次のような問題点があった
。

再循環流量制御による原子炉出力の変更は、応答の速い
制御が期待できるが、原子炉の中性子束の応答が敏感で
ある。中性子束高によるスクラム防止の点から、そのオ
ーバーシュートを抑えるため、第１０図（Ｂ）に示すよ
うに、原子炉出力調整装置２３および再循環流量制御装
置８の°制御ゲインを制限する必要がある。したがって
、±５％３０秒周期程度の比較的短かい周期のＡＦＣ要
求に対しては、第１０図（Ａ）に示すように、５％ノ要
求に対しせいぜい３％程度した応答できず、発電機出力
の応答性が必ずしも十分とはいえなかった。

本発明の目的は、特に中性子束のオーバーシュートの影
響が小さい低出力運転領域における発電機出力の応答を
向上させた原子炉出力制御装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、原子力発電所の
負荷追従パターン信号を重畳したＡＦＣ信号と発電機出
力との偏差に基づき少なくとも高低２段のゲインのいず
れかにより再循環ポンプ速度要求信号を演算し出力する
原子炉出力調整装置と、原子炉出力調整装置からの再循
環ポンプ速度要求信号と再循環ポンプＭＧセット速度と
の偏差に基づき少なくとも高低２段のゲインのいずれか
により再循環ポンプ回転数の制御信号を演算し再循環ポ
ンプを制御する再循環流量制御装置と、ＡＦＣ信号と原
子炉の出力信号と炉心流量信号とから原子炉の現状の運
転点を定めてこの運転点が出力の所定領域内にあるとき
は原子炉出力調整装置および再循環流量制御装置を現状
よりも高いゲインに切り換えさせる負荷追従制御装置と
を備えた原子炉出力制御装置を提案するものである。

すなわち、炉心流量と原子炉出力の相関関係で定められ
る原子炉の運転領域を監視し、中性子束変化のオーバー
シュート等の影響が小さい低出力運転領域では、制御ゲ
インを大きく設定し、多少の中性子束オーバーシュート
は許容し、ＡＦＣ指令に対する発電機出力の応答性を向
上させたものである。

〔作用〕

本発明においては、原子炉の出力と炉心流量とＡＦＣ要
求信号とから現状の運転点を定め、その運転点が高制御
ゲイン可能領域か否かを判定する。

高制御ゲイン可能領域であった場合には、ＡＦＣ運転に
関連する再循環ＭＧ上セツト度制御器や出力調整装置出
力制御器のＰ、Ｉ、Ｄゲインをそれぞれ予め定められた
高いゲインに設定することにより、ＡＦＣ信号に対する
再循環ＭＧ上セツト応答性を向上させ、発電機出力の変
化を速くする。

それによって、３０秒程度の高周期のＡＦＣ要求信号に
対しても十分に応答できるようになる。

〔実施例〕

以下、第１図〜第７図を参照して本発明の一実施例を説
明する。第１図は本発明による原子炉出力制御装置の全
体構成を示すブロック図である。

図において、１は原子炉、２は再循環ポンプ、３は再循
環ポンプＭＧセット電動機、４は再循環ポンプＭＯセッ
ト発電機、５はＭＧ上セツト動電動機６と前記ＭＧ上セ
ツト電機４とをつなぐ流体継手、７はその流体継手５を
制御するすくい管駆動装置、８はすくい管駆動装置７に
指−令を与える再循環流量制御装置、９はタービン制御
装置、１゜はタービン、１１はタービン加減弁、１２は
タービン１０により駆動される主発電機、１５はタービ
ン速度信号、１７はタービン入口圧力信号、２２は発電
機出力信号、２３は原子炉出力調整装置、２４は再循環
ポンプ速度要求信号、２５はＡＦＣ信号、２６は負荷設
定追従信号、４３は負荷追従制御装置、４４は中性子束
信号、４５は炉心流量信号、４６は速度制御器ゲイン変
更指令、４７は出力制御器ゲイン変更指令である。

第２図に負荷追従制御装置の内部構成を示す。

図において、５１は６秒の一次遅れを示す遅延回路、５
２は１分の一次遅れを示す遅延回路、５３Ａは中性子束
信号４４の０レベルを判定する判定部、５３Ｂは３０秒
のタイマ、５４は現状の運転点を定める運転領域判断部
である。

なお、前記−次遅れ５１の６秒は、中性子束の信号が変
化し、実際の熱出力に変化が生じるまでの時間であり、
タイマ５３Ｂの３ｏ秒は０レベルが３０秒以上継続した
場合にＡＦＣ運転中でないことを判定するためのもので
ある。したがって、ＡＦＣ信号が入力されている場合、
あるいはＡＦＣ信号がＯレベルとなり３０秒以内の場合
は、ＡＦＣ運転となり変動を１分のフィルタ５２を通す
ことにより除去し、規定運転点とみなしている。

第３図は、原子炉出力調整装置２３の内部構成を示すブ
ロック図である。図において、３２はＡＦＣ信号２５の
振幅制限器、３３はその変化率制限器、３４は負荷追従
パターン信号発生回路、３５はＡＦＣ信号と負荷追従パ
ターン信号の加算器、３６は負荷追従パターン２１と発
電機出力信号２２との偏差をとる偏差演算器、３８はそ
の偏差に対するＰ、Ｉ、Ｄ　（比例積分）演算器、３９
は負荷追従パターン信号２１に対する一次遅れ演算器、
３７はその出力とバイアス４０とを加算する加算器、４
１は比例演算器である。

本発明の場合、比例積分演算器３８は、前記負荷追従制
御装置４３からの出力制御器ゲイン変更指令４７に応じ
て少なくとも高低２段にゲインを切り換えられるように
なっている。

第４図は、本発明の再循環流量制御装置の構成を示すブ
ロック図である。図において、４８はＭＧ上セツト度、
４９は比例積分演算による速度制御器、５０はすくい管
位置要求信号である。この再循環流量制御装置の場合も
、負荷追従制御装置４３からの速度制御器ゲイン変更指
令４６に応じて、演算時のゲインを少なくとも高低２段
に切り換えられるようになっている。

以上のように構成した本発明の原子炉出力制御装置を備
えた沸騰水型原子力発電所では、第３図に示す出力調整
装置２３により、中央給電指令所等から発電所に対して
送られてくるＡＦＣ信号２５と、日負荷調整運転のため
予め設定された負荷追従パターン発生器３４から出力さ
れる規定出力設定値を信号加算器３５で加算し、負荷追
従パターン信号２１として、実際の発電機出力信号２２
との偏差をとり、比例積分演算器３８で演算して再循環
ポンプ速度要求信号２４を再循環流量制御装置８に出力
する。

再循環流量制御装置８では、第４図に示すように、再循
環ポンプ速度要求信号２４とＭＧ上セツト度４８との偏
差をとり、速度制御器４９で比例積分演算し、すくい管
位置要求信号５０を、すくい管駆動装置７に出力する。

すくい管駆動装置７は、流体継手５の位置を調整し、Ｍ
Ｇセット速度を再循環ポンプ速度要求信号と一致するよ
うに制御する。これにより、・再循環ポンプ２の回転数
が変化し、炉心流量が変わるため、原子炉出力が変更さ
れる。その結果、原子炉から発生する蒸気量が変化し、
タービン入口圧力１７が変化する。タービン制御器Ｗ９
では、このタービン入口圧力に応じてタービン加減弁１
１の開度を調節し、タービン１０への蒸気量を調整して
１発電機１２の出力２２が目標値に一致するように制御
する。

この制御装置では、すくい管制御装置７以降発電機１２
までの応答は、ハードウェアおよび炉心の特性により決
まり、十分な高速応答性を有している。したがって１日
負荷追従やＡＦＣ等の負荷追従運転時の応答性は、再循
環流量装置８および出力調整装置２３の出力制御器３８
や速度制御器４９の特性に左右されることになる。日負
荷追従運転のように、出力変化幅が大きく（２０％以上
）でも変化率（４０％／ｈ程度）が小さい場合は、制御
器のゲインによる応答性は問題とならないが、ＡＦＣ運
転においては、ＡＦＣ要求信号の周期が３０秒程度と短
いため、制御器のゲインによって応答性が大きく左右さ
れる。

本発明では、この２つの制御器のゲインを、原子炉の運
転領域に応じて、ＡＦＣ運転に対し、最適に調整するゲ
イン変更指令を負荷追従制御装置から出し、中性子束信
号のオーバーシュートが原子炉運転に悪影響を与えない
低出力領域においてゲインを高く設定させ、最適値に調
整することを特徴とする。そのためには、現在の運転状
態がどの点にあるかを判定する必要がある。

以下に１佐運転点の推定方法と制御ゲインの変更方法と
運転領域および制御ゲインの決め方とを説明する。

（１）葱故運転点の推定方法 この推定は、負荷追従制御装置４３により行われる。本
底運転点は、ＡＦＣ運転でない場合。

すなわちＡＦＣ信号が入力されず出力が整定中の場合は
、中性子束信号に６秒の一次遅れを施した熱出力相当値
と炉心流量値とにより定まる。

ＡＦＣ運転中は、両パラメータとも変動しているため、
ＡＦＣ信号２５のＯレベルが３０秒以上継続しているか
どうかにより、ＡＦＣ運転中か否かを判断する。そして
、ＡＦＣ運転でない場合は、上記信号を運転領域判断部
５４に入力し、Ｉｌ、教運転点を推定する。

一方、・ＡＦＣ信号が入力している場合、またはＡＦＣ
信号が０レベルとなっても３０秒以内の場合は、ＡＦＣ
運転による変動を１分のフィルタを通すことにより除去
し、その信号を用いてａ喪運転点を推定する。なお、Ａ
ＦＣ信号は周期は短かいが、信号の間の間隔は長いため
、この方法により規定運転点を十分に把握可能である。

このようにして求めたＪｌ！ｎ運転点が、予め設定され
た低出力運転領域に入っているが否かを、運転領域判断
部５４で判断し、入っていれば、制御ゲイン変更指令４
６および４７を再循環流量制御装置８および出力調整装
置２３に出力する。

（２）制御ゲイン変更方法 再循環流量制御装置８および出力調整装置２３ではその
変更指令に応じて通常用いている低ゲインから高ゲイン
に変更する。その変更とは、例えば通常の２倍とするこ
とである。

この制御ゲインの変更により、低出方運転領域でのＡＦ
Ｃ運転は、第５図に示すように、３０秒程度の周期のＡ
ＦＣ信号に対し１通常ゲインに比べ応答性が２倍程度向
上する。この場合、中性子束のオーバーシュートおよび
アンダーシュートは、約５％程度増大するが、低出力運
転領域であるため、中性子束高スクラムおよびＴＰＭス
クラムに至ることはない。

次に、低出力運転領域の決定方法を示す。

（３）運転領域と制御ゲインの決め方 まず、制御ゲインは、高出力用、低出力用でそれぞれ次
に示す目安で決定する。

（ａ）高出力時（通常時）のゲイン ステップ状のＡＦＣ信号（最大５％）に対し、中性子束
のオーバーシュートがノイズを除き２％以下となるよう
に出力制御器ゲインと速度制御器ゲインとをＷＩｉ整す
る。

（ｂ）低出力時のゲイン 同じくステップ状のＡＦＣ信号（最大５％）に対して、
中性子束のオーバーシュートが１０％以下となるように
、出力制御器ゲインと速度制御器ゲインとを調整する。

ここでは、微分ゲインをできるだけ大きくし、初期応答
の向上を図る。

＋５％のステップ入力に対するそれぞれのＡＦＣ信号の
応答結果を第６図に示す。

この応答に対し、運転領域を以下の通りに定める。

（Ｃ）低出力運転領域 ±５％のＡＦＣ信号に対し、中性子束のオーバーシュー
トおよびそれに伴う熱流束の上昇により中性子束高スク
ラム１２０％およびＴＰＭスクラムに至らない運転点に
対し、７％の中性子束ノイズおよび５％の余裕を見込ん
だ出力以下とする。

（ｄ）高出力運転領域 低出力運転領域以外を高出力運転領域とする。

第７図に運転領域の一例を示す。

本方式によれば、ＡＦＣ運転時の発電機出力の応答を、
中性子束高スクラム等に対し余裕がある低出力運転時に
、制御ゲインを高めることにより、大幅に向上させるこ
とが可能である。また、本方式では、＄櫨運転点により
制御ゲインを自動的に変更できるため、日負荷追従とＡ
ＦＣ運転とを重畳させた運転等のようにｉＡ基出出力変
化する場合にも好適である。

なお、上記実施例では、運転領域°を低出力運転領域と
高出力運転領域の２つに分けたが、さらに細かく分けて
中出方運転領域等を設定することもでき、制御器のゲイ
ンは２段に限らず、さらに多段にすることもできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、沸騰水型原子力発電所にょるＡＦＣ運
転の応答性を低出力時に自動的に向上できるため、電力
系統の安定化に有利であり、発電コストの低減にもつな
がる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による原子炉出力制御装置の一実施例を
示すブロック図、第２図は第１図実施例の負荷追従制御
装置の構成を示すブロック図、第３図は第１図実施例の
原子炉出力調整装置の構成を示すブロック図、第４図は
第１図実施例の再循環流量制御装置の構成を示すブロッ
ク図、第５図は低出力運転領域での本発明によるＡＦＣ
運転の応答性を示す図、第６図は本発明による制御ゲイ
ン決定後のステップ応答例を示す図、第７図は本発明で
用いる運転領域の区分の一例を示す図、第８図は出力調
整装置を用いない従来の原子炉出力制御装置の一例を示
す図、第９図は従来の出力調整装置を用いた原子炉出力
調整装置の一例を示す図、第１０図は第９図従来装置に
よるＡＦＣ運転の応答例を示す図である。 ８・・・再循環流量制御装置、９・・・タービン制御装
置。 １３・・・負荷設定回路、２３・・・原子炉出力調整装
置。 ２Ｓ・・・ＡＦＣ信号、２６・・・負荷設定追従信号、
３２・・・振幅制限器、３３・・・変化率制限器、３４
・・・パターン発生回路、３８・・・比例積分演算器、
３９・・・−次遅れ演算器、４１・・・比例演算器、４
３・・・負荷追従制御装置、４４・・・中性子束信号、
４５３．、炉心流量信号、４６・・・速度制御器ゲイン
変更指令、４７・・・出力制御器ゲイン変更指令、４８
・・・ＭＧ上セツト度、４９・・・速度制御器、５０・
・・すくい管位置要求信号、５１・・・−次遅れ（６秒
）、５２・・・−次遅れ（１分）、５３Ａ・・・０レベ
ル判定部、５３Ｂ・・・３０秒タイマ、５４・・・運転
領域判断部、５５・・・１００％流量制御曲線、５６・
・・中性子束高スクラム設定値、５７・・・ＴＰＭスク
ラム設定値、５８・・・高出力運転領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子力発電所の負荷追従パターン信号を重畳したＡ
   ＦＣ信号と発電機出力信号との偏差に基づき少なくとも
   高低２段のゲインのいずれかにより再循環ポンプ速度要
   求信号を演算し出力する原子炉出力調整装置と、 前記原子炉出力調整装置からの前記再循環ポンプ速度要
   求信号と再循環ポンプＭＧセット速度との偏差に基づき
   少なくとも高低２段のゲインのいずれかにより再循環ポ
   ンプ回転数の制御信号を演算し再循環ポンプを制御する
   再循環流量制御装置と、 前記ＡＦＣ信号と原子炉の出力信号と炉心流量信号とか
   ら原子炉の現状の運転点を定めて前記運転点が出力の所
   定領域内にあるときは前記原子炉出力調整装置および前
   記再循環流量制御装置を現状よりも高いゲインに切り換
   えさせる負荷追従制御装置と を備えたことを特徴とする原子炉出力制御装置。