JPS639638B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原子力発電所のタービン制御装置に
関するもので、特に沸騰水型原子力発電所の安定
な圧力制御特性および原子炉出力制御特性を実現
する制御装置に関する。

一般に、沸騰水型原子炉では原子炉圧力が変動
すると炉心内のボイド率が変化して炉出力変動を
もたらす。この場合、原子炉圧力が一定に制御さ
れていればボイド率変化による反応度へのフイー
ドバツクは負であるので安定な出力制御特性が保
たれる。しかしながら、近年原子力発電所の電力
系統に占める割合が増加するに伴い火力発電所の
ような負荷追従運転の要求が高まつており、より
大きな原子炉出力および圧力の外乱に対する制御
特性を更に向上させる必要がある。従来制御装置
においては、タービン負荷設定点を変化させると
まず再循環流量が変化し、原子炉出力が変化して
原子炉圧力の変動をもたらす。原子炉圧力制御装
置は原子炉圧力の変化を検出して主蒸気流量を変
化させて原子炉圧力を一定に保とうとする結果、
タービン出力が変化して負荷設定点に追従してい
く。このように、従来制御装置では、さきに原子
炉出力を制御しこれにタービン側を従属応答させ
ているが、制御ループとしては原子炉出力制御部
と圧力制御部が直列に結合されることになつてお
り、急激かつ大きな外乱に対しては制御応答の遅
れが無視できない。

従つて、本発明の目的は、原子炉出力および原
子炉圧力が大きく変動する大幅負荷追従運転等の
過渡時においてもプラント全体として安定な制御
特性をもたらすようなタービン制御装置を提供す
ることにある。

以下、本発明の実施例を詳細に述べる。

第１図は、本発明になるタービン制御装置を沸
騰水型原子力発電所に適用したシステム構成図を
示すが、従来技術と異なる部分は破線で囲んだ主
蒸気偏差値検出部２４が付加されていることで、
以下の作動説明ではこの部分を除けば共通するも
のである。原子炉１で発生した蒸気はタービン加
減弁６を経てタービン２に導かれ、発電機３の出
力をもたらし、復水器４で復水となる。なお、復
水を原子炉１に給水する給水系は省略した。ター
ビン制御装置は、タービン入口の検出圧力１１と
タービンの検出速度１３をとり込み、タービン加
減弁６とタービンバイパス弁７の開度を調整して
原子炉圧力およびタービン速度を制御する。通常
運転状態では、負荷設定器１６は圧力調整器８の
出力よりも10％大きくバイアスを持たせた負荷設
定を行うので、低値選択器１４により圧力調整器
８の出力が選択される。すなわち、急激なタービ
ン速度上昇または負荷設定降下時等を除き、常時
圧力制御が優先させていると考えてよい。一方タ
ービン負荷設定値と実負荷値との偏差信号から更
にバイアス分を除いた負荷偏差信号１９は再循環
流量制御器１８に入力され再循環ポンプ５の速度
を変えて再循環流量を変化させることにより、原
子炉出力を調整する。本発明の構成により新たに
付加された主蒸気偏差値検出部２４は、中性子束
２０をとり込み遅れ補償器２２を通して主蒸気流
量２１とつき合わせ、この信号を補償器２３に通
して出力する。この出力信号の物理的意味は、原
子炉内の主蒸気発生源となる熱出力と原子炉から
流出する主蒸気流量との偏差であり、原子炉圧力
の変化分に対応するものである。従つて、この主
蒸気偏差値検出部２４の出力を圧力調整器８の出
力とつき合わせて新たなタービン加減弁の調整信
号を得る本発明の制御装置構成では、原子炉圧力
の変化要因がフイードバツクされており原子炉圧
力の制御特性向上に寄与するであろうことが、給
水流量制御系の単要素制御に対する３要素制御の
例を考えても容易に理解されるはずである。なお
本実施例では原子炉圧力を増加させる原子炉内の
状態量として中性子束をとつているが、例えば炉
心流量変化率でもほぼ同等の効果が得られること
はもちろんである。

上記した従来技術と本発明のタービン制御装置
の作動を、簡明なブロツク図である第２図を用い
て更に詳細に説明する。従来技術では破線で囲ま
れた部分に示す主蒸気偏差値検出部２４は付加さ
れていないことは前記したとうりである。いま、
負荷設定器１６により負荷設定点を変更すると再
循環流量制御器３４により炉心流量が変化し、炉
心核動特性３２により中性子束φが変化する。こ
の中性子束φの応答は炉心流量変化の初期に急峻
かつ大きなピークを示すように変動するもので、
ピーク抑制の必要から出力変化率が制限されてい
る。中性子束φは燃料熱伝達特性３１により燃料
棒熱流束q_fとなるが、この熱流束は炉心内におけ
る蒸気発生量に相当する。したがつて原子炉圧力
は原子炉内発生蒸気量と原子炉から流出する主蒸
気流量W_gの差を積分的特性である原子炉圧力特
性３３に通して求まる。変化分を考えるとタービ
ン入口圧力P_Tは原子炉圧力にほぼ等しくなるの
で、第２図のようなブロツク構成とすることがで
きる。圧力調整器８はタービン圧力P_Tの変化に
対して全主蒸気流量要求信号３６として原子炉圧
力調整信号３５を出力するが、これは加減弁特性
３０を通つて主蒸気流量W_gとなる。また、全主
蒸気流量要求信号３６は近似的にはタービン負荷
に等しいと考えられ、タービン負荷設定点にフイ
ードバツクされる。このように、従来技術では、
負荷設定点が変更されるとまず原子炉出力が変化
し、原子炉流出入蒸気流量の偏差が積分されて原
子炉圧力が変化した結果、圧力調整器の出力が変
化してタービン負荷の変化としてフイードバツク
される過程を経る。しかるに、本発明の制御装置
構成では、主蒸気偏差値検出部２４により近似的
に原子炉流出入蒸気流量の偏差が検出されて、全
主蒸気流量要求信号に反映されるようにフイード
バツクされている。ここで、主蒸気偏差値検出部
２４の出力をε_Rで表すと、 ε_R＝G₁（ｓ）・（W_g−G₂（ｓ）・φ） …(1) ただし、G₁（ｓ）およびG₂（ｓ）は補償器２３
および遅れ補償器２２の伝達関数であり最も簡単
な例としては、次に示すようなゲイン特性と１次
遅れ特性で良いが、この他に前者では１次遅れ特
性または進み／遅れ特性および後者には２次遅れ
特性が考えられる。

G₁（ｓ）＝Ｋ …(2) G₂（ｓ）＝１／１＋T_S …(3) このようなシステム構成とすることにより、次
に述べる制御系構成上の利点が生じる。

(1) 原子炉圧力制御系に原子炉圧力変化率相当の
信号がフイードバツクされ、制御特性の向上を
もたらす。

(2) 原子炉出力制御系に、発生熱出力と消費熱出
力の近似的な偏差信号がフイードバツクされ、
制御特性の向上がもたらされる。

次に、従来技術と本発明による制御装置の制御
特性の相違をみるために、計算機シミユレーシヨ
ンによる解析を行つた結果について示す。第３図
は、圧力設定点をステツプ上に上昇させた場合の
応答であり、破線の応答が従来技術によるもの、
実線の応答が本発明の結果である。原子炉圧力上
昇により炉心内のボイドが過渡的に減少し、ボイ
ド反応度フイードバツクによつて中性子束は上昇
するが、実線で示される本発明の制御装置による
応答では、原子炉圧力変化率フイードバツクの効
果で原子炉圧力の上昇率は抑えられオーバシユー
トもほとんど発生しない。したがつて、中性子束
の過渡的ピークも減少している。以上の解析結果
から、本発明の制御装置では、原子炉圧力の応答
速度は多少遅くなるが、制御安定性は向上してい
ることがわかる。第４図は、負荷設定点をステツ
プ状に上昇させた場合の解析結果であり、同様に
破線の応答が従来技術によるもの、実線の応答が
本発明の結果である。負荷設定点を上昇させると
再循環流量制御系により炉心流量が増加し、過渡
的ボイド減少で中性子束が増大するが炉心熱出力
増加で平衝点に達する。中性子束の増大は原子炉
内の発生蒸気流量増加になり、原子炉圧力は上昇
するが圧力調整器による全主蒸気流量要求信号が
増大して主蒸気流量も増加し、負荷設定点上昇に
相当する分増加して整定に至る。この時、原子炉
圧力は圧力調定率により負荷設定点上昇に対応す
る分上昇して整定に達する。この場合、本発明の
制御装置では、前記した制御系構成上の利点(1)，
(2)により、まず全主蒸気流量要求信号がすぐに増
大する結果、原子炉内発生蒸気流量の増大により
速く主蒸気流量が増加し過渡的に原子炉圧力は少
し減少する。この原子炉圧力低下のボイド反応度
に及ぼす効果と、炉心流量増加速度の制限が共に
中性子束の過渡的上昇を抑制し、実線にみるよう
な良好な応答を示している。また注目すべきこと
は、主蒸気流量の応答、すなわち負荷設定点上昇
に対するタービン出力応答の前段階量応答が速く
なつていることであり、好ましい特性といえる。

以上述べた、シミユレーシヨン解析の結果から
本発明になるタービン制御装置は原子炉内発生熱
出力と消費熱出力の偏差相当量という基本量のフ
イードバツクによつて自然な制御系構成を有して
おり、制御特性の改善効果は大であることがわか
つた。もちろん、従来技術における制御装置でも
制御特性は実用上全く問題のないものであるが、
今後予想される大幅負荷追従運転時においては本
発明の制御装置はより適したものである。

次に、本発明になるタービン制御装置の他の実
施例を第５図に示す。本実施例では、主蒸気偏差
値検出部２４の出力信号が圧力設定点に入力され
ている点を除き、既述した実施例と基本構成は等
しいものである。本実施例においても、圧力調整
器は進み／遅れ特性を有するために、全主蒸気流
量要求信号に影響する主蒸気偏差値検出部２４の
出力信号のフイードバツク効果は既述した実施例
の場合と本質的な違いはないので制御特性の説明
は省略する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になるタービン制御装置を適用
した沸騰水型原子力発電所のシステム構成図、第
２図は本発明になるタービン制御装置の作動を説
明したブロツク図、第３図は本発明および従来技
術による制御装置を適用した場合の圧力設定点変
更に対するシステム応答の解析結果を示す図、第
４図は本発明および従来技術による制御装置を適
用した場合の負荷設定点変更に対するシステム応
答の解析結果を示す図、第５図は本発明になるタ
ービン制御装置の他の実施例の作動を説明したブ
ロツク図である。 １……原子炉、２……タービン、３……発電
機、４……復水器、５……再循環ポンプ、６……
タービン加減弁、７……タービンバイパス弁、８
……圧力調整器、９……速度制御器、１０……圧
力設定器、１１……検出圧力、１２……速度設定
器、１３……検出速度、１４……低値選択器、１
５……バイパス、１６……負荷設定器、１７……
バイアス、１８……再循環流量制御器、１９……
負荷偏差信号、２０……中性子束、２１……主蒸
気流量、２２……遅れ補償器、２３……補償器、
２４……主蒸気偏差値検出部、３０……加減弁特
性、３１……燃料熱伝達特性、３２……炉心核動
特性、３３……原子炉圧力特性、３４……再循環
流量制御器、３５……原子炉圧力調整信号、３６
……全主蒸気流量要求信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉から流出される蒸気流量および原子炉
   内の再循環流量を制御することにより原子炉圧力
   とタービン負荷を制御する原子力発電所のタービ
   ン制御装置において、原子炉圧力およびあらかじ
   め設定された圧力設定値から原子炉圧力調整信号
   を得る圧力調整器と、原子炉圧力を上昇させる原
   子炉内の状態量に遅れ補償器を通した状態量と前
   記蒸気流量から偏差信号を得る主蒸気偏差値検出
   部と、タービンがとろうとする負荷をあらかじめ
   設定するタービン負荷設定信号とタービン加減弁
   およびタービンバイパス弁の蒸気流量の要求信号
   である全主蒸気流量要求信号から前記再循環流量
   の制御信号を得る原子炉出力制御部とからなり、
   前記全主蒸気流量要求信号として前記原子炉圧力
   調整信号に前記主蒸気偏差値検出部の出力信号を
   結合して得られる信号をとり、前記原子炉内の状
   態量が増加したとき前記全主蒸気流量要求信号を
   増加させる方向に制御することを特徴とする原子
   力発電所のタービン制御装置。 ２ タービン加減弁およびタービンバイパス弁の
   蒸気流量の要求信号である全主蒸気流量要求信号
   として、原子炉圧力とあらかじめ設定された圧力
   設定値との偏差信号に前記主蒸気偏差値検出部の
   出力信号を加算した信号を圧力調整器に通して得
   られる原子炉圧力調整信号をとり、原子炉圧力を
   上昇させる原子炉内の状態量が増加したとき前記
   全主蒸気流量要求信号を増加させる方向に制御す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   原子力発電所のタービン制御装置。