JPS63235897A - 原子炉保護装置 - 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、原子炉保護装置に係り、特にインターナルポ
ンプを有する原子炉に適用するのに好適な原子炉保護装
置に関するものである。

［従来の技術］ 再循環系配管に設けた再循環ポンプによって炉心流量を
調節する沸騰水型原子炉に代わる新しいタイプの沸騰水
型原子炉が開発されている。この沸騰水型原子炉は、原
子炉圧力容器内に設けたインターナルポンプによって炉
心流量を調節するものである。このようなインターナル
ポンプを有する沸騰水型原子炉の保護装置としては、特
開昭５９−８４１９７号公報、特開昭５９−１８８５９
９号公報及び特開６０−１５５９９号公報に示すものが
知られている。

第５図は、従来のインターナルポンプを有する沸騰水型
原子炉を示している。インターナルポンプ２１は、炉心
２２を内蔵する原子炉圧力容器２３内に設置されている
。インターナルポンプ２１の回転軸は、原子炉圧力容器
２３の外側に設置されたモータ２４に連結される。イン
ターナルポンプ２１のモータ２４は、静止形インバータ
１９から電源を供給される。静止形インバータ１９は、
再循環流量制御装置２０から出力される制御信号に基づ
いて母線１８から入力する電源周波数を調節し、インタ
ーナルポンプ２１の回転速度を制御する。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来のインターナルポンプを複数含有する原子炉におい
て、仮想的に全数のインターナルポンプがトリップした
場合を想定すると炉心の冷却能力が過渡的に低下する可
能性があることが新たにわかった。

すなわち、インターナルポンプを有する原子炉における
インターナルポンプ２１及び静止形インバータ１９を合
わせた慣性は、再循環系配管を有する原子炉における再
循環ポンプ及びその回転数を制御するＭＧ上セツト合わ
せた慣性に比べて非常に小さくなる。このため、原子炉
出力の変更要求等に対する即応性は、インターナルポン
プを有する原子炉が優れている。しかし、万一、母線１
８の電源が喪失する等によって全数のインターナルポン
プ２１がトリップした場合には、インターナルポンプの
回転数は急激に低下して、炉心流量が急減する。このよ
うな炉心流量の急減は炉心冷却能力を急激に低下させる
ことにつながり、燃料の熱的余裕の観点から好ましくな
い状態に至る可・飽性がある。

本発明の目的は、インターナルポンプが全数トリップし
た場合においても原子炉を短時間でスクラムできる原子
炉保護装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段〕 上記問題点は、原子炉出力検出手段にて検出された原子
炉出力が第１の所定レベル以上であって回転計で測定さ
れたインターナルポンプの所定台数以上の回転数が第２
の所定レベル以下である場合にスクラム信号を出力する
スクラム判定手段を設け、このスクラム判定手段から出
力されたスクラム信号に基づいて制御棒を炉心内に急速
挿入することによって解決される。

［作　用］ スクラム判定装置がインターナルポンプの全数トリップ
によるポンプ回転数の低下による原子炉スクラムの要否
を判定し、要の場合にスクラム信号に出力され、このス
クラム信号に基づいて原子炉がスクラムされる。

［実施例］ 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図に基づいて説明する。

インターナルポンプを有する沸騰水型原子炉は、炉心２
２を内蔵する原子炉圧力容器２３内にインターナルポン
プ２１が設置されている。１０台のインターナルポンプ
２１は、原子炉圧力容器２３と炉心２２を取囲む炉心シ
ュラウド２５との間の環状間隙に炉心シュラウド２５を
取囲むように配置される。１０台のモータ２４が、原子
炉圧力容器２３の外側で原子炉圧力容器２３の下部に設
置される。インターナルポンプ２１の回転軸は、原子炉
圧力容器２３の下部壁を貫通してモータ２４に連結され
る。１台のインターナルポンプ２１に１台のモータ２４
が連結される。１台のモータ２４に２台の回転計２８．
３６が設置される。原子炉出力を調節する制御棒１６が
、炉心２２内へ出し入れ可能に設置されている。制御棒
１６は、制御捧駆動装［１５に連結されている。原子炉
出力を検出する局所出力領域モニタ（以下ＬＰＲＭとい
う）２６が、炉心２２内に多数設置される。平均先方領
域モニタ（以下ＡＰＲＭという）２７は、各ＬＰＲＭ２
６の出力信号を入力して原子炉の平均出力に対応する平
均中性子束信号を求める。１９は静止形インバータであ
って電源である母線１８に接続されている。２０は再循
環流量制御装置である。

本実施例の原子炉保護装置は、制御棒駆動装置制御装置
３、スクラム判定装置１７、ＬＰＲＭ２６及び回転計２
８．３６を有している。スクラム判定装置１７の詳細を
第２図に基づいて説明する。

スクラム判定装置１７は、独立に４側設けられ、各々内
部の処理機能は同様である為、主に１個のスクラム判定
装置１７について１代表的に説明する。スクラム判定装
置１７は、原子炉出力判定部４、ポンプトリップ判定部
１０及びアンド回路２９を有している。原子炉出力判定
部４は、フィルタ２を介してＡＰＲＭ２７に接続される
。ポンプトリップ判定部１０は、回転計２８．３６に接
続される。アンド回路２９の一方の入力端は、原子炉出
力判定部４に、アンド回路２９の他方の入力端は、ポン
プトリップ判定部１０にそれぞれ接続される。アンド回
路２９の出力端は、制御控駆動装置制御装Ｍ３に接続さ
れる。制御棒駆動装置制御装置３は、特開昭５１−１３
７０９１号公報に示されたスクラム人口弁、スクラム出
口弁及びスクラム用パイロット電磁弁から構成される。

アンド回路２９の出力信号は、スクラム用パイロット′
雀磁弁の開信号となる。ここで、ポンプトリップ判定部
ｌＯの詳細を第３図に基づいて説明する。ポンプトリッ
プ判定部１０は１２回転数判定部７．第２個の回転計２
８．３６を設けた例であるが、ポンプの回転計２８は、
１つのスクラム判定装置１７へ接続され、ポンプの回転
計３６は、別のスクラム判定装置１７へ接続される。ポ
ンプ１０台の各回転計２８．３６は、４つのスクラム判
定装置１７のうちの任意の２つへ接続される。回転数判
定部７は、回転計２８に接続される。回転数判定部７の
詳細を第４図に基づいて説明する。回転数判定部７は、
フィルタ１１及びポンプ回転数判定部３０を有している
。ポンプ回転数判定部３０は、フィルタ１１を介して回
転計２８又は回転計３６へ接続される。オア回路３２の
一方の入力端は、回転数判定部７に、オア回路３２の他
方の入力端は、回転計３６に接続された他スクラム判定
装置１７の回転数判定部７にそれぞれ接続される。オア
回路３２の出力端は、ポンプトリップ台数判定部３３に
接続される。ポンプトリップ台数判定部３３は、オア回
路３２が各ポンプ（１０台）分接続され、所定の台数（
例えば６台）以上トリップした事を判定し、トリップ信
号１３を出力する。本実施例は、ポンプ回転計２８．３
６を５台ずつ４つのスクラム判定装置へ接続した場合で
ある。

本実施例の原子炉保護装置は、下記の検討結果に基づい
て原子炉に設けられた。

本実施例の原子炉保護装置が対象としている事象は、静
止インバータ１９の電源喪失または静止インバータのト
リップ等によりインターナルポンプが全数トリップする
というような仮想的な事象であり、炉心流量が急減して
過渡的に炉心冷却能力が急激に低下する可能性のある事
象である。従４でその保護装置を考えるに際しては次の
３点を考慮する必要がある。

（１）　インターナルポンプが全数トリップした時点で
の原子炉出力（以下、初期原子炉出力という）が高いほ
ど炉心流量急減による原子炉に対する悪影響は大きくな
る。反面、初期原子炉出力が低ければ、炉心流量が急減
しても炉心冷却能力の低下は問題にならない。解析によ
れば、悪影響が生じる下限の初期原子炉出力は７０％出
力と考えられる。

（２）炉心流量の低下幅が大きく急速なほど悪影響は大
きくなるがインターナルポンプ最低速度運転点以上の通
常運転範囲内での炉心流量の変動は問題がなく全数イン
ターナルポンプがトリップして、インターナルポンプ回
転数が最低速度運転点以下に低下する様な仮想的な事象
に対して保護をすれば充分である。

（３）通常運転時あるいは起動停止時に不要なスクラム
信号を出すことがないよう配慮すべきである。

上記の点を考慮した原子炉保護の論理は次の通りである
。

（ａ）　　初期原子炉出力約７０％以上の時に、原子炉
の保護動作を行う、すなわち原子炉をスクラムする。

（ｂ）　　最低ポンプ速度ラインまでは、通常運転時に
運転が予想される領域であり、また再＠環ポンプ全数ト
リップ時には自然循環状態に至る。従って、自然循環ラ
インと最低ポンプ速度ラインの間でスクラムをかけるこ
とが合理的である。即ち、６台以上のポンプ回転数が「
異常低」である約３０％以下（例えば２０％）で原子炉
の保護動作を行う。

第１図に示す原子炉保護装置は、上記（ａ）〜（ｂ）の
機能を有している。

ＡＰＲＭ２６より出力された平均中性子束信号は、遅れ
要素を有するフィルタ２に入力される。

フィルタ２は、平均中性子連信号のノイズの除去及び原
子炉出力への換算を行う。

このようなフィルタ２は、原子炉出力を求める手段であ
る。

原子炉出力判定部４は、フィルタ２から出力された原子
炉出力信号と原子炉出力判定値（７０％出力）５とを比
較し、前者のレベルが後者のレベルを超える場合に「原
子炉出力判定値以上」であることを示す信号６を出力す
る。この信号６は、アンド回路２９に出力される。

一方、回転計２８で測定されたポンプ回転数信号９は、
フィルタ１１に入力されてノイズが除去された後、ポン
プ回転数判定部３０に入力される。

ポンプ回転数判定部３０は、そのポンプ回転数信号９と
ポンプ回転数異常判定値（約２０％回転数）１２とを比
較し、前者のレベルが後者のレベルよりも小さくなった
場合に「ポンプ回転数似」の信号３１を出力する。この
「ポンプ回転数似」の信号３１は、オア回路３２に入力
されると共に他の全てのスクラム判定装置１７に入力さ
れる。

上記回転計２８が接続されたスクラム判定装置１７とは
別のスクラム判定装置１７に接続された回転計３６で測
定されたポンプ回転数信号３７は、フィルタ１１に入力
されてノイズが除去された後、ポンプ回転数判定部３０
に入力される。ポンプ回転数判定部３０は、そのポンプ
回転数信号３７とポンプ回転数異常判定値（約２０％回
転数）１２とを比較し、前者のレベルが後者のレベルよ
りも小さくなった場合に「ポンプ回転数似」の信号３４
を出力する。この「ポンプ回転数似」の信号３４はオア
回路３２に入力されると共に他のスクラム判定袋＠１７
に入力される。

回転計２８に接続されたスクラム判定装置１７のオア回
路３２は、回転計２８の回転数が所定値（判定値２０％
）以下である事を示す信号３１と回転計３６の回転数が
所定値（判定値２０％）以下である事を示す信号３４を
入力した時に、ポンプ１台トリップ信号３５を出力する
。回転計３６に接続されたスクラム判定袋［１７のオア
回路３２は、回転計３６の回転数が所定値（判定値２０
％）以下である事を示す信号３４と回転計２８の回転数
が所定値（判定値２０％）以下である事を示す信号３１
を入力した時に、ポンプ１台トリップ信号３５を出力す
る。これにより、ポンプトリップ検出に対し１回転計１
台が故障しても、他の１台で検出が可能であり、かつ、
スクラム判定袋［１７が１個故障しても、他のスクラム
判定袋［１７において、ポンプトリップ検出が可能とな
る。ポンプトリップ台数判定部３３は、ポンプ１台トリ
ップ信号３５と同様に、他のポンプについてのポンプ１
台トリップ信号を入力し、所定台数（例えば６台）以上
のトリップ信号入力にて、ポンプ必要台数トリップ信号
１３を出力する。アンド回路２９は、原子炉出力が所定
値（判定値７０％）以上であることを示す「原子炉出力
判定値以上」の信号６と、ポンプトリップ台数が所定値
（６台）以上であることを示す「ポンプ６台以上トリッ
プ」の信号１３を共に入力した時に、インターナルポン
プトリップスクラム信号１４を出力する。

インターナルポンプトリップスクラム信号１４は、制御
棒駆動装置制御装置３のスクラム用パイロット電磁弁に
入力される。スクラム用パイロット電磁弁は、スクラム
信号１４の入力により特開昭５１−１３７０９１号公報
に示されているように作動してスクラム入口弁及びスク
ラム出口弁を開にする。このため、アキュームレータか
ら高圧駆動水が制御棒駆動装置１５に供給され、制御棒
駆動装置１５の駆動により制御棒１６が炉心２２内に急
速挿入される。従って、原子炉がスクラムされる。

現状考えられているシステムでは、仮想的にインターナ
ルポンプ２１の全数トリップを想定した場合、炉心流量
の急減により炉心２２内のボイド量が急激に増加し、炉
水位が上昇して炉水位高によるタービントリップに至る
。タービントリップが発生すると、Ｈ子炉はスクラムし
、安全に停止する。しかしながら本実施例は、このよう
な原子炉保護装置よりも短時間に原子炉をスクラムさせ
ることができる。

尚、本実施例では、原子炉出力信号を得るためにＡＰＲ
Ｍ２７による平均中性子束信号にフィルタをかける事と
したが、主蒸気流量やタービン入口圧力等をとり込み、
類似のフィルタ処理を行う事によっても実現可能である
。また、本実施例ではポンプ１台当りの回転計の個数を
２個とし、同一ポンプの各回転計の回転数低下信号の論
理和より実現したが、３個の場合についても同様に、各
スクラム判定装置１７毎に同一ポンプの各回転計の回転
数低下信号の論理和により実現可能である。また、ポン
プ１台当りの回転計の個数が４個の場合については、４
個の各スクラム判定装置１７毎に各ポンプの回転計を１
個ずつ接続し、各ポンプの回転数低下を判定する事によ
り、前記同一ポンプの各回転計の回転数低下信号の論理
和を取らずに実現可能である。

以上の実施例においては、回転計がモータに設置される
場合を前提にして説明しているが、回転数信号はポンプ
モータ軸の回転数を直接計測する以外にも得ることがで
きる。例えば、静止形インバータ１９の出力電圧は、（
電圧）＊（周波数）比一定で制御されている。従って、
電圧を計測して、その大きさ又は周波数などの信号によ
り回転数信号を得ることができる。また、同様に静止形
インバータ１９の出力電流の大きさ及び周波数もモータ
回転数の関数となるので、これからも回転数信号を得る
ことができる。この他にもポンプの流れ及び振動にも回
転数の関数となる成分が含まれているので、このスペク
トル分析などにより回転数信号を得ることができる。以
上のことを踏まえ、ポンプモータに設置した回転計以外
の回転数検出方法を用いること、及び複数の回転数信号
を用いる時に種々の回転数検出方法を組み合せて用いる
ことも本案の実施例の一つである。

［発明の効果］ 本発明によれば、インターナルポンプの全数トリップが
生じたとしても原子炉を短時間でスクラムすることがで
き、原子炉の安全性が著しく向上する。

【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保護装置
の構成図、第２図は第１図のスクラム判定装置の詳細構
成図、第３図は第２図のスクラム判定装置の中のポンプ
トリップ判定部の論理を説明する構成図、第４図は、第
３図のポンプトリップ判定部の中の回転数判定部の論理
を示す構成図、第５図は、インターナルポンプを有する
原子炉の構成図である。 ２．１１・・・フィルタ、４・・・原子炉出力判定部。 ３０・・・ポンプ回転数判定部、１５・・・制御棒駆動
装置、１６・・・制御棒、１７・・・スクラム判定装置
Ｌ　２１・・・インターナルポンプ、２２・・・炉心、
２４・・・モータ、２９・・・アンド回路。 励１図 ゛２ζＪ６−−−１ジ私硅 寛　′２．　　凹

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炉心を内蔵する原子炉容器と、前記原子炉容器内に
   設けられて前記炉心内に冷却材を供給する複数のインタ
   ーナルポンプと、前記炉心内に挿入される制御棒と、前
   記制御棒を駆動する手段とを有する原子炉の保護装置に
   おいて、原子炉出力を検出する手段と、前記インターナ
   ルポンプの回転数を検出する回転計と、前記原子炉出力
   検出手段にて検出された原子炉出力が第１の所定レベル
   以上であって前記回転計で測定された前記インターナル
   ポンプの所定台数以上の回転数が第２の所定レベル以下
   である場合にスクラム信号を出力するスクラム判定手段
   と、前記スクラム判定手段から出力された前記スクラム
   信号に基づいて前記制御棒を急速挿入させるべく前記制
   御棒駆動装置を制御する手段とを有することを特徴とす
   る原子炉保護装置。 ２、前記第１の所定レベルが７０％出力であり、前記第
   ２の所定レベルが２０％回転数であり、前記所定台数が
   ６台である特許請求の範囲第１項記載の原子炉保護装置
   。 ３、前記インターナルポンプの回転数検出によるスクラ
   ム判定手段が、同一のポンプに対して、複数の回転計か
   らの入力による特許請求の範囲第１項記載の原子炉保護
   装置。