JPS63290994A - 炉心性能計算装置 - 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） 本発明は原子力発電プラントの炉心性能計算装置に関す
る。

（従来の技術） 原子力発電プラント、特に沸騰水型原子炉（以下ＢＷＲ
と称す）においては、その燃料の特殊性から殊に安全性
に注意を払われなければならず、この面から最も重要な
のが炉心性能計算である。

炉心性能計算は、炉心中に組込まれた中性子束測定器（
以下ＬＰＲＭと称す）の読みにもとづいて、周期的に炉
心全領域１にわたる出力分布を計算し、限界出力比・限
界出力密度比・出口クォリティなどの炉心の安全運転に
必要な情報を運転員に提供する。さらに炉心熱出力２発
電機出力、燃料燃焼度、制御棒照射量、ＬＰＲＭ照射量
などを供給する。炉心性能計算に必要なデータは、出力
分布計算直前に走査した瞬時値および直前のある時間間
隔の平均値が用いられる。

次に、従来の炉心性能計算を第４図を参照して説明する
。同図において、炉心回りのプロセスデータ１．ＬＰＲ
Ｍによる炉心計装データ２．制御棒データ３１発電機回
りのデータ４の各データがオンライン計算機へ入力され
る。炉心回りのプロセスデータには、原子炉圧力、給水
流量、炉心流量、給水温度などが含まれており、これら
のデータは出力分布計算直前のある時間間隔の平均値と
して与えられる。ＬＰＲＭデータは炉心内の局所的な中
性子束分布を与えるものである。制御棒データは、出力
分布計算を実行するに先立って制御棒の位置走査を行い
、全ての制御棒の挿入状態が与えられる。発電機回りの
データには、発電機電力と積算電力が含まれている。

炉心性能計算の流れを第５図について説明する。

まず、炉心回りのプロセスデータよりヒートバランスを
用いて、その時の炉心熱出力を計算する。

つぎに、この炉心熱出力とＬＰＲＭデータとから炉心内
の出力分布を計算する。この出力分布は、限界出力比、
限界出力密度比などの安全運転に必要なデータおよび燃
料燃焼度、制御棒照射量、ＬＰＲＭ照射量などの炉心管
理に必要なデータの計算に使用される。この炉心性能計
算は周期的、通常は１時間毎に行われる。

一方、この周期的な出力分布計算とは別に、より短い時
間周期で炉心熱出力と発電機出力が計算されており、周
期的な出力分布計算の間の両者の積算が行われる。この
積算値は５周期的な出力分布計算を実行するときに１日
の積算データに加算され、同時にその計算値はＯとされ
る。

（発明が解決しようとする問題点） 以上述べてきた従来の炉心性能計算方法は、原子カプラ
ントが基底負荷運転と呼ばれる出力を一定とした運転を
対象としたものである。基底負荷運転においては原子炉
炉心が定常状態にあるため、燃料内での熱発生量と燃料
表面の熱流束が一致し、また中性子束と炉心熱出力との
関係が一定となるので、炉心性能計算に係わる諸量を炉
心熱出力から計算できる。

しかしながら、原子カプラントが電力系統に占める割合
いが増大するにつれて、電力系統の周波数維持のために
、原子カプラントが基底負荷運転だけではなく、いわゆ
る周波数制御運転（以下ＡＦＣ運転と称す）を行う必要
性が生じてきた。このＡＦＣ運転においては、中央給電
指令所からの要求によりプラントの出力が制御される。

このような運転においては原子炉炉心は過渡的な状態に
あり、燃料内での熱発生量と燃料表面の熱流束とが一致
しなくなり、また中性子束と炉心熱出力の応答もずれて
くる。ＡＦＣ運転時の原子カプラントの応答の様子を第
６図に模式的に示す、すなわち、中央給電指令所からの
ＡＦＣ要求５に対して、中性子束６はオーバーシュート
・アンダーシュートしながら速やかに追従している。一
方、燃料表面熱流束７はＡＦＣ要求指令に遅れを持った
応答を示しており５発電機出力８はさらに遅れた応答と
なっている。

４一 本来、燃料燃焼度、制御棒照射量、ＬＰＲＭ照射量など
の量は中性子束をもとに計算されるべきものであり、限
界出力比、限界出力密度比などは燃料の表面熱流束をも
とに計算されるべきものであるが、従来の炉心性能計算
方法ではこれらを炉心熱出力という１つの量で同一に扱
っているため、ＡＦＣ運転のような過渡的な炉心状態に
は適用できないという問題がある。また１時間毎という
決まった時間に炉心性能計算を行い、その時の炉心熱出
力を用いて種々の量が計算されるのであるが、その時の
ＡＦＣ指令により炉心熱出力が高くなったり低くなった
りするので、そのような瞬時的な炉心熱出力がＡＦＣ運
転時にどのような意味を持つのか疑問である。またその
熱出力もヒートバランスから計算されるのであるが、ヒ
ートバランスより熱出力が正しく計算されるのは定常状
態の時であり、ＡＦＣ運転のような過渡状態には適用で
きないという問題もある。さらに基底負荷運転において
は、炉心状態が連続する炉心性能計算間であまり変化し
ないため、炉心性能計算時点での限界出力比、限界出力
密度などにより炉心の安全を確認するということは妥当
であるが、ＡＦＣ運転のように連続する炉心性能計算間
で出力が変動している場合には、炉心性能計算時点以外
の点において限界出力比、限界出力密度比が厳しくなる
可能性があるという問題が生ずる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、ＡＦＣ運転のような過渡的な原子炉炉心状態において
も、炉心性能計算により安全運転に必要な情報や炉心管
理に必要なデータを適切に運転員に提供することにある
。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は中央給電指令所か
らの周波数制御要求信号と炉心回りプロセスデータ、中
性子束測定信号の平均値信号を入力としてヒートバラン
スから炉心熱出力を計算しまた、中性子束測定信号の平
均値信号から炉心熱出力への変換係数を計算する熱出力
計算装置と、プロセスデータ、中性子束測定信号の平均
値信号。

中性子束測定信号の平均値信号に燃料棒の熱伝達時定数
相当の遅れを入れたフィルターを通した燃料棒表面熱流
束相当信号、中性子束測定信号を入力とし、最新のプロ
セスデータ、燃料棒表面熱流束、中性子束測定信号、燃
料棒表面熱流束が最大となった時のプロセスデータ、燃
料棒表面熱流束。

中性子束測定信号、および中性子束測定信号の平均値信
号の積算値を収集するデータ収集装置と、前記熱出力計
算装置および前記データ収集装置の結果を保存する記憶
装置と、前記記憶装置に保存されたデータをもとに炉心
の出力分布を計算するオンライン計算機とから構成され
たことを特徴とするものである。

（作用） 本発明の炉心性能計算装置によると、中性子束と燃料表
面熱流束とを区別し、また中央給電指令所からのＡ、　
Ｆ　Ｃ要求の有無によりデータの処理を変え、ＬＰＲＭ
信号の平均である平均出力レンジモニター（以下ＡＰＲ
Ｍと称す）より炉心熱出力を推定するようにしたので、
ＡＦＣ運転時における炉心性能計算を適切に行うことが
できる。

（発明の実施例） 本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の炉心性能計算装置の一実施例の構成図
である。中央給電指令所１０からのＡＦＣ要求償号Ｓ□
は原子カプラントの出力制御装置１１に入り、　これか
らの出力制御指令Ｓ２によって原子炉１２の出力が制御
される。炉心回りのプロセスデータＳ３はプロセス計装
系１３により測定され、ＬＰＲＭ信号の平均値であるＡ
ＰＲＭ信号Ｓ４は核計装系１４により測定される。

熱出力計算装置１５は連続する炉心性能計算の間に、あ
る適切な時間間隔毎に（例えば１０分）、炉心熱出力お
よびＡＰＲＭ信号から炉心熱出力への換算係数を計算し
、記憶装［１６へ時系列的に書込む。この計算について
さらに詳細に説明すると、熱出力計算装置１５はプロセ
スデータＳ３．　　ＡＰＲＭ信号Ｓ４およびＡＦＣ要求
償号ｓ１を久方信号とする。熱出力計算装［１５におい
ては前記の時間間隔においてＡＦＣ要求償号Ｓ□の入っ
ていない時＝８＝ 間帯におけるプロセスデータＳ３およびＡＰＲＭ信号Ｓ
４の平均値を算出する。このようにＡＦＣ信号の入って
いない時間帯においては原子炉１２は定常状態にあると
考えられるので、平均的なプロセスデータよりヒートバ
ランスを用いて炉心熱出力を計算することができる。ヒ
ートバランスにより炉心熱出力は次のように計算される
。

ＣＴＰＨＢ＝ＱＦＬＯＷ＋ＱＣＵ＋ＱＲＡＤ−ＱＰ　　
　・・・■ＱＦＬＯＷ＝（ＷＳ−Ｈ８−ＷＦＷ−ＨＦＷ
−ＷＣＲ−ＨＣＲ）ＱＣＵ＝ＷＣＵ・（ＨＣＵ　１−Ｈ
ＣＵ　２）ここで、 ＣＴＰＨＢ−ヒートバランスによる炉心熱出力、ＷＳ＝
主蒸気流量、 Ｈ８＝主蒸気エンタルピ、 ＷＦＷ＝給水流量、 ＨＦＷ＝給水エンタルピ、 ＷＣＲ＝制御捧制御水流量、 ＨＣＲ−缶律井矧め防水エンタルピ、 ＷＣＵ＝原子炉浄化系流斌、 ＨＣＵ１＝原子炉浄化系人ロエンタルビ、ＨＣＵ２＝原
子炉浄原子炉浄化系タロエンタルピＤ＝放射熱損失、 ＱＰ＝再循環ポンプ電力、 である。ＡＰＲＭ信号から炉心熱出力への変換係数Ａは
、このようにしてヒートバランスより計算された炉心熱
出力ＣＴＰＨＢを平均のＡＰＲＭ読み値ＡＰＲＭＡＶで
割ることにより求まる。

Ａ＝ＣＴＰＨＢ／ＡＰＲＭＡＶ、 データ収集装置１７は、ある適切な時間間隔毎に（例え
ば１分）、炉心性能計算に必要なデータを収集し、記憶
装置１６に書込む。データの収集についてさらに詳細に
説明すると、データ収集装置１７は、プロセスデータＳ
３．ＡＰＲＭ信号Ｓ４．　ＡＰＲＭ信号Ｓ４に燃料棒の
熱伝達の時定数相当の遅れ（１０秒程度）を入れたフィ
ルター１８を通した燃料棒表面熱流束相当信号Ｓ５．核
計装系１４からのＬＰＲＭ信号Ｓ６　および発電機１９
からの発電機出力、積算電力などのデータＳ７を入力信
号とする。

プロセスデータＳ３１　　燃料棒表面熱流束相当信号Ｓ
ｓおよび発電機出力は上記の時間間隔で平均され、ＬＰ
ＲＭ信号Ｓ、、９発電機出力と共に記憶装置１６に最新
データとして書込まれる。また連続する炉心性能計算の
間で、燃料棒表面熱流束相当信号ＳＳが最大となる時点
における上記データを熱的制限値計算用データとして別
に書込む。Ａ、　Ｐ　ＲＭ信号Ｓ４は上記の時間間隔に
おいて積算さね、連続する炉心性能計算の間のＡＰＲＭ
信号積算値として加算され、積算電力と共に積算データ
として記憶装置１６に書込まれる。以上のデータ収集装
置１７の働きを模式的に示すと第２図のとおりに表わせ
る。

オンライン計算機２０は所定の周期毎に（通常１時間）
炉心性能計算を実行する。この時の計算の流れを第３図
に示す。

まず、第１ステツプ１０１では記憶装置１６に時系列的
に書込まれたＡＰＲＭ信号から炉心熱出力への換算係数
Ａを読込み、それを平均することにより前回の炉心性能
計算から今回の実行時までの間の平均的な換算係数ＡＡ
Ｖを求める。次の第２ステツプ１０２では記憶装置１６
より最新データを読込み、上記の換算係数ＡＡＶを表面
熱流束相当データにかけることにより、炉心性能計算時
点での炉心熱出力ＣＴＰを計算する。第３ステツプ１０
３ではこのＣＴＰとプロセスデータ、ＬＰＲＭ信号およ
び炉心性能計算に先立ち走査された制御棒データＳ８を
もとに、出力分布計算を実行する。　この出力分布計算
方法は従来の炉心性能計算と同様であるので詳細は省略
するが、特開昭５６−１６８５９５号等に記載された公
知の物理モデルに基づいて行うこともできる。第４ステ
ツプ１０４では記憶装置１０より熱的制限値計算用デー
タを読込み、その表面熱流束相当データに前記の換算係
数Ａ　Ａ、　Ｖをかけることにより、熱的制限値を計算
すべき時点での炉心熱出力ＣＴＰＬＩＭを計算する。第
５ステツプ１０５ではこのＣＴＰＬＩＭとプロセスデー
タ、ＬＰＲＭ信号および前記の制御棒データＳｌｌ　を
もとに出力分布計算を行う。第６ステツプ１０６では前
の第５ステツプ１０５の結果に基づき限界出力比、限界
出力密度比を計算する。限界出力比の計算方法について
は公知であるので詳細は省略する。第７ステップ１０７
では記憶装置１６より積算データを読込み、ＡＰＲＭ信
号の積算値に前記の換算係数ＡＡＶをかけることにより
、連続する炉心性能計算の間の中性子束ベースでの積算
炉心熱出力ＣＴＰＩＮＴを計算する。第８ステツプ１０
８では前の第７ステツプ１０７のＣＴＰＩＮＴと最新デ
ータに基づき計算された出力分布とから、従来の手法に
より燃料燃焼度、ＬＰＲＭ照射量、制御棒照射量を計算
する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によればＡＦＣ運転時の炉
心性能計算において次のような特徴があるので、運転員
に安全運転に必要な情報、炉心管理に必要なデータを適
切に提供できるという効果を奏する。

■　中央給電指令所からＡＦＣ要求信号の入っていない
状態のデータをもとにヒートバランスから炉心熱出力を
計算し、ＡＰＲＭ信号との換算係数を求め、これに基づ
いて出力分布計算時の炉心熱出力を計算することになる
ので、ＡＦＣ要求償号の入っているヒートバランスの成
立しない時のプロセスデータからヒートバランスにより
炉心熱出力を計算してしまう可能性を排除することがで
きる。

■　炉心熱出力を計算するのに使用するＡＰＲＭ信号に
は燃料棒の熱伝達の時定数相当の遅れを入れたフィルタ
ーをかけて燃料棒表面流束相当としているので、過渡的
な中性子束の応答から炉心熱出力を計算することはなく
、冷却材へ流入する熱量を正しく評価することができる
。また限界出力比などの安全運転に必要なデータは燃料
棒表面流束相当信号が最大となる熱的に最も厳しい状態
に対して計算されることになり、炉心性能計算時点に下
げのＡＦＣ要求信号が入っているにも拘らず、その時の
データをもとに限界出力比を計算してしまうという可能
性を排除しているので、炉心の安全余裕確保という観点
からは合理的なものとなっている。

■　燃料燃焼度、制御棒照射量などはＡＰＲＭ信号その
ものの積算値をもとに計算されるので、中性子束ベース
で正しく評価されることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は第１図の
データ収集装置の機能を模式的に示す図、第３図は第１
図の炉心性能計算の処理の流れを示す図、第４図は従来
の炉心性能計算を説明するための構成図、第５図は第４
図の炉心性能計算の処理の流れを示す図、第６図は従来
のＡＦＣ運転時の原子カプラントの応答を示した波形図
である。 １０・・・中央給電指令所　１１・・・出力制御装置１
２・・・原子炉　　　　　１３・・・プロセス計装系１
４・・・核計装系　　　　１５・・・熱出力計装装置１
６・・・記憶装置　　　　１７・・・データ収集装置１
８・・・フィルター　　　１９・・・発電機２０・・・
計算機 代理人　弁理士　猪股祥晃（ほか１名）第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 中央給電指令所からの周波数制御要求信号、炉心回りプ
   ロセスデータ、中性子束測定信号の平均値信号を入力と
   してヒートバランスから炉心熱出力を計算し、また、中
   性子束測定信号の平均値信号から炉心熱出力ヘの変換係
   数を計算する熱出力計算装置と、プロセスデータ、中性
   子束測定信号の平均値信号、中性子束測定信号の平均値
   信号に燃料棒の熱伝達時定数相当の遅れを入れたフィル
   ターを通した燃料棒表面熱流束相当信号、中性子束測定
   信号を入力とし、最新のプロセスデータ、燃料棒表面熱
   流束、中性子束測定信号、燃料棒表面熱流束が最大とな
   った時のプロセスデータ、燃料棒表面熱流束、中性子束
   測定信号、および中性子束測定信号の平均値信号の積算
   値を収集するデータ収集装置と、前記熱出力計算装置お
   よび前記データ収集装置の結果を保存する記憶装置と、
   前記記憶装置に保存されたデータをもとに炉心の出力分
   布を計算するオンライン計算機とから構成されたことを
   特徴とする炉心性能計算装置。