KR810001338B1 - 로오드 폴로우를 조절하기 위한 원자로 운전방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

로오드 폴로우를 조절하기 위한 원자로 운전방법

제1도는 원자력 발전소의 개략도.

제2도는 본 발명의 각 과정을 설치하기 위해서 사용될 수 있는 실험적인 제어 시스템의 블록 다이아그램.

제3도는 평균 온도 제어와 부분 길이 제어봉 없이 일정한 축방향 옵세트 제어의 기술 상태를 사용한 전형적인 원자력발전소의 발전시작과 끝에서 부하증가의 필요에 따른 터빈 출력의 상승 가능율을 예시하는 그래프.

제4도는 본 발명을 사용하여 얻을 수 있는 터빈 출력 증가율을 예시하는 그래프.

제5도는 본 발명의 방법을 사용하여 출력복귀 동안 감소된 온도작동 영역을 예시하는 그래프.

제6도는 원자로 운전을 제어하기 위하여 원자로의 1차 냉각재의 평균 온도 프로그램에 사용될 수 있는 3가지 변화를 예시하는 그래프.

제7도는 제6도의 평균온도 프로그램에 따라서 증기압 대 출력에서 일어날 수 있는 변화를 예시하는 그래프.

제8도는 부분 길이 제어봉 제어를 사용함에 의해서 얻을 수 있는 예로든 동력의 과도적인 증가를 예시하는 그래프.

제9도는 제8도에서 예시한 동력의 과도 현상에 해당하는 평균온도 프로그램과 평균 온도를 예시하는 그래프.

제10도는 제8도에서 예시한 동력의 과도현상에 해당하는 시간에 따른 증기압의 변화를 예시하는 그래프.

제11도는 부분 길이 제어봉 없이 평균온도 제어와 윤전기술을 사용한 동력 과도현상의 급속한 복귀를 예시하는 그래프.

제12도는 제11도에 예시된 과도 현상에 해당하는 평균온도 프로그램과 평균온도를 예시하는 그래프.

제13도는 제11도에 예시된 과도현상에 해당하는 시간 대 증기압의 변화를 예시하는 그래프.

제14도는 본 발명의 과정들을 사용하여 전동력으로 금속한 복귀를 예시하는 그래프.

제15도는 제14도의 과도현상에 해당하는 평균온도 프로그램을 예시하는 그래프.

제16도는 제14도에서 예시한 동력 과도현상에 해당하는 시간 대 중기압의 변화를 예시하는 그래프.

본 발명은 실질적으로 일정한 축방향 동력분포를 유지하면서 로오드 폴로우(load follow)를 조절하기 위한 개량된 원자로 운전방법에 관한 것이다.

일반적으로 가압수형 원자로에서, 중성자 흡수체가 필요할때, 반응도와 노심내에서 발생한 열을 조절하기 위해 조절된 가변 농도로 냉각재(감속재로도 사용)내에 포함되어 있다. 부가적으로 연료 집합체 사이에는 노심의 반응도를 제어하여 그 출력을 제어하기 위해 노심내에 세로 방향으로 움직일 수 있게 축방향으로 제어봉이 분포되어 있다.

일반적으로, 가압수로에서 과거에는 여러가지 목적으로 사용되는 세가지 형태의 제어봉이 있었다. 적어도 노심의 축방향 높이까지 뻗혀있는 온길이 제어봉은 보통 반응도 제어를 위해 사용된다. 실질적으로 노심의 높이보다 작은 축방향 길이를 가진 부분길이 제어봉은 축방향 동력분포 제어를 위해 사용된다.

또 노심 내에서 계속되는 핵분열 반응을 중지시켜 원자로를 정지시키기 위해서는 원자로 정지 제어봉이 사용된다. 부분길이 제어봉과 온길이 제어봉은 원하는 제어정도를 얻기위해 노심 내외로 크게 움질일 수 있도록 배치되어 있다.

핵분열 반응의 생산물로서, 방사성 옥소(I)의 베타붕괴 과정을 통해서 크세논이 만들어진다. 크세논은 많은 중성자 흡수 단면적을 가진 속성을 지녀서, 노심내에서 동력분포와 반응도제어에 큰 영향을 미친다.

다른 형태의 반응도 관리는 제어에 직접 응답하는 반면, 노심내에 있는 크세논농도는 원자로 제어에 중대한 문제점을 야기시킨다. 그것은 비교적으로 긴 붕괴시간을 필요로 하므로 정상상태치에 도달하기 위해서는 동력변화후 적어도 20시간을 필요로 한다.

노심의 방사상 동력분포가 연료 집합체의 규정된 배치의 노심을 통해서 제어봉을 방사상으로 그리고 대칭으로 자리잡게 함으로서 상당히 일정하게 되는 반면에, 축방향 동력분포는 원자로 윤전시 크게 변화될 수 있다. 노심의 축방향 동력분포는 원자로를 윤전하는 동안 많은 문제점을 야기시킬 수 있다. 보통 냉각재는 연료 집합체를 통해서 노심의 아랫부분에서 윗부분으로 흐른다. 그래서 노심을 따라 축방향으로 온도의 기울기(temperature gradient)가 생긴다. 온도에 따라 좌우되는 핵분열 율의 변화는 노심의 축을 따라서 변화할 것이다. 둘째로는, 동력 분포에서 축방향 변화는 크세논의 축방향 분포를 변화시키고, 그것을 또 노심을 따라 축방향 동력 변화를 가속시킨다. 세째로, 원자로의 과거의 윤전주기에 대한 적절한 고려없이 온길이 제어봉의 삽입은 축방향 동력 비대칭성을 증가시킬 것이다.

발전소의 전기 출력변화를 조절하기 위하여 필요한 원자로 노심출력변화를 일반적으로 로오드 폴로우라고 한다. 보통 원자로 매각인에 의해 추천되는 로오드 폴로우 제어 프로그램은 동력레벨의 증감을 위하여 온길이 제어봉을, 축방향 진동과 축방향 동력분포 모양을 제어하기 위하여 부분길이 제어봉을 사용한다.

크세논 농도 변화에 따른 반응도 변화는 일반적으로 노심 냉각재나 감속재에 있는 중성자 흡수체의 농도변화에 의해서 보상된다. 이런 형태의 윤전에서는, 축방향 옵세트를 필요한 범위 내로(보통 +15~-15%) 유지하기 위하여 부분길이 제어봉을 이동시킨다. 축방향 옵세트는 축방향 축력분포를 측정하기 위한 유용한 변수이고 다음과 같이 정의된다.

여기에서 Pt 와 Pb는 각각 노심의 상단 절반과 하단 절반에서의 출력률을 나타낸다. 그러한 로오드 폴로우의 프로그램하에서는, 노심의 축방향 동력분포를 유지하기 위해 이루어진 효과가 없다. 부분길이 제어봉이 이전에 만들어진 정상상태 축방향 옵세트에 관계없이 축방향 옵세트를 감소시키고 최소화시키기위해 사용된다. 이 과정은 로오드 폴로우의 윤전을 계속하는 동안 수많은 바람직스럽지 못한 동작을 일으키는 축방향 옵세트의 일정한 파동을 일으킨다.

한가지 일로는 축방향으로 집중된 큰 동력 피이크(Peak)인 동력 핀칭(Power pinching)이 일어나기 쉽다. 그러한 동력 피이크는 원자로가 감소된 동력 레벨에서 운전되도록 하는 원자로 동력손실을 야기시킨다. 그래서 그러한 피이크는 규정된 크기를 초과하지 않는다. 둘째로, 감소된 동력 레벨에서 제어봉의 많은 삽입 때문에 일어나는 큰 부하 변동시 과도적 성질의 축방향 동력변화에서 중대한 변동이 일어난다.

세째로, 동력이 회복되는데 큰 크세논 과도현상이 일어나서 축방향 동력진동이 일어난다. 넷째로, 원자로 제조자에 의해서 제공된 부분 길이 제어봉의 광범한 운전명령은 일반적으로 모호하고 원자로 운전자의 설명과 예상을 필요로 한다. 다섯째로 연료집합체 사이의 냉각 채널내에서 일어나는 열점인 열 채널 요인을 증가시키고, 중요한 과도현상이나 역방향 동력분포를 조정하기 위해 원자로의 동력률의 감소를 필요로 한다. 그러한 로오드 폴로우 프로그램 하에서는 작은 축방향 옵세트를 가진 중요한 핀칭에 대해서는 보호 장치가 없다.

미합중국 특허 제5,057,463호에는 앞에서 말한 역방향 동작 특성을 피하기 위한 원자로 운전의 새로운 방법을 제안하고 있다. 제안된 방법은 로오드 폴로우를 포함해서 정상적인 원자로 운전동안 실질적으로 대칭적인 크세논의 축방향 분포를 유지한다. 정상적인 운전이란 일반적으로 원자로의 기동이나 정지를 포함하고 부하의 필요에 따라서 원자로의 동력동작 영역을 포함하는 것으로 설명된다. 이 방법에 따라서 원하는 크세논 분포의 장치는 제1, 제2 축방향 위치에서 노심에 발생한 동력을 조정함에 의해서 얻어진다. 두 위치에서 측정된 노심동력 변수는 노심의 축방향 동력분포를 나타내는 값을 주기 위하여 축방향 옵세트 같은 미리 정하여진 관계에 따라서 계산된다. 원자로의 반응도 제어 메카니즘은 로오드 폴로우를 포함한 원자로 운전을 통해서 노심내의 실질적으로 대칭인 동력분포를 유지하기 위해 조정된 값에 따라서 조작된다.

두개의 별개의 실시예가 이 새로운 원자로방법에 의해 규정된, 원하는 축방향 동력분포를 유지하는데 대하여 설명하고 있다. 첫째로는, 부분 길이 제어봉이 노심으로 부터 제거되어 있고, 반면 노심냉각재내에 있는 중성자 흡수체가 동력 필요량의 변화에 따라서 노심의 반응도를 조절하기 위하여 사용되었고 그리고, 온 길이 제어봉은 요구된 축방향 동력분포를 유지하기 위하여 조종된다. 제2의 실시예에서는, 온 길이 제어봉이 노심동력의 변화와 관련된 반응도 변화를 제어하기 위해서 사용되었고, 부분길이 제어봉이 축방향 동력분포 제어하기 위해 사용되었다. 한편 노심 냉각재내의 중성자 흡수체는 크세논 축적과 소모 때문에 생기는 반응도 변화를 보상한다. 각 실시예는 그 방법의 개념들을 충족시킬 수 있고, 각각은 각자의 분명한 잇점을 갖고 있다. 예를 들면, 부분길이 제어봉의 운전은 부분길이 제어봉이 없는 운전에 대해서 동력의 빠른 변화를 제공하는 능력과 축방향옵세트 제어의 용이성 같은 분명한 잇점을 갖고 있다. 부분길이 제어봉 운전의 한가지 불리한 점은 전동력 운전시 부분길이 제어봉이 노심 중앙 가까이에 위치하고 있을 때 일어나는 연소도 투영법이다. 부분길이 제어봉이 중성자 흡수체로 작용하기 때문에, 부분길이 제어봉을 제거했을 때, 노심 중앙 가까이에서 높은 피킹을 야기시킨다. 연소도 투영법이 고무적인 주제가되었고, 부분 길이 제어봉의 사용이 지양되었다. 대신으로, 부분 길이 제어봉 없이 운전하는 것은 연료효율면에서는 바람직하지만 부하 증가에 따른 동력 능력이 비교적 천천히 회복된다. 부분 길이 제어봉없이 운전하는 동안 동력 증가율은 가압수형 원자로의 경우에는 붕소인 냉각재내에 있는 중성자 흡수체의 희석율에 좌우된다. 현재 운전하는 원자로는 냉각재 내에 있는 붕소농도를 제어하기 위해 이온교환이나 또는 냉각재에 대치 시스템을 사용한다. 전형적으로 이러한 시스템은 비교적 느린 응답시간을 갖는다.

따라서, 원자로 운전의 개량된 방법은 부하변화에 따른 행정(excursion)을 위해서 원자력 발전소의 로오드 폴로우 능력을 증가시키는 것이 바람직하다.

실질적으로 일정한 축방향 동력분포를 유지하면서 로오드 폴로우를 조절하기 위해 원자로를 운전하는 개량된 방법을 제공하는 것이 본 발명의 중요한 목적이다.

본 발명은 원자로가 축방향 크기를 가진 핵분열 물질을 포함하는 반응 노심을 갖고, 냉각재와 감속재가 각각 노심으로부터 열을 제거하고 핵분열을 위해 노심에 있는 중성자를 감속시키고, 감속재가 부의 반응도 온도계수를 갖고, 그 방법이 노심을 통해서 축방향으로 실질적으로 일정한 동력 분포를 유지하는 과정을 포함하고, 제어방법으로 냉각재의 온도를 감소시킴에 의해서, 실질적으로 노심의 축방향 출력분포를 변화시킴이 없이 노심내의 반응도를 증가시켜, 로오드 폴로우를 조절하기 위한 원자로 운전방법이다.

간단히 본 발명의 방법은 부의 반응도, 감속재 온도계수를 갖고, 실질적으로 일정한 축방향 옵세트를 갖고, 부분길이 제어봉으로 또는 그것 없이 노심온도의 제어된 감소로서 붕소 시스템의 희석능력 상하의 노심내에서 반응도를 증가시키기 위한 필요물을 조절해서 원자로의 로오드 폴로우 능력을 증진시킨다. 노심의 온도는 원자로의 계획된 운전온도로부터 이미 설정된 최대온도차까지 부하 필요물의 증가율과 적합한 율로 감소한다. 부가적으로, 역으로 요구된 축방향 옵세트를 변경시키려는 레벨 이상으로 온길이 제어봉의 제거가 금지되어 있다.

제1도는 전로오드 폴로우의 능력을 유지하면서 종전의 기술에 의해서 경험한 운전의 문제점을 피하기위해, 본 발명의 방법을 사용할 수 있는 전형적인 가압수형 원자로를 개략적으로 나타내고 있다.

제1도의 원자로는 그것의 헤드 조립체 12에 의해서 밀봉될때 압력용기를 형성하는 원자로 용기 10을 포함한다. 그 용기는 실린더 벽을 통해 전체를 형성하는 냉각재 유입장치 16과 냉각재 유출장치 14를 가졌다. 그 기술에서 알려진 바와 같이 원자로 용기 10은 앞에서 설명한 것과 같은 형태의 원자로심을 가졌고, 앞에서 설명한 제어봉의 위치에 좌우되어 많은 열을 발생하는 수많은 피복된 핵 연료체로 구성되어 있다.

원자로심에서 발생된 열은 유입장치 16을 통해서 들어오는 냉각재 유입과 유출장치 14를 통해서 유출되는 냉각재에 의해서 노심으로부터 전달된다. 일반적으로 유출장치 14를 통한 유출은 출구도관 26을 통해서 열교환 증기 발생기 28에 전달되고, 거기서 가열된 냉각재는 참조번호 18에 의해 개략적으로 예시된 튜브를 통해서 전달된다. 그것은 증기를 생산하기 위해 사용되는 냉각수와 열교환 관계가 있다. 증기 발생기 28에 의해서 발생된 증기는 전력 생산용 터빈 20을 구동하기 위하여 사용된다. 냉각재는 증기 발생기 28로부터 펌프 22에 의해서 냉각도관 30을 통해서 유입장치 16에 전달된다. 그래서 밀폐된 재순환 또는 증기 발생루프는 원자로 용기 10과 증기 발생기 28을 연결하는 냉각재 파이프에 의해 제공된다. 제1도에 보인 용기는 그러한 하나의 밀폐된 냉각계나 혹은 루프(loop)로 예시되었는데, 그러한 루프의 수는 발전소에 따라 변하고, 보통 2개, 3개 혹은 4개가 사용되는 것을 인식해야 한다. 제1도에 예시된 루프에는 도시되어 있지 않지만, 각 발전소의 한 루프는 실질적으로 일정한 압력을 유지하기 위해서 다른 운전상태의 변화와 온도변화 때문에 생기는 주냉각계 내에서 압력변화의 시작에 따라 응답하는 가압기를 포함하고 있다.

2차 증기 발생기는 열교환관 18에 의해서 1차 냉각재로부터 고립되어 있다. 증기 발생기에서 2차 냉각재 34는 1차 냉각재와 열교환 관계에 놓여있고, 거기서 가열되어 증기로 변환된다. 그 증기는 화살표 36에 의해서 표시된 것과 같은 증기도관 38을 통해서, 예를 들어 발전기와 같은 부하에 샤프트 24를 통해 연결된 터빈으로 흐른다. 터빈에서 고갈되는 증기의 양은 드로틀 밸브(throttle valve) 40에 의해서 제어된다.

터빈 20을 통과한 후 증기는 복수기 42에서 응결된다. 응축물 또는 형성된 물은 화살표 52에 의해서 표시된 것 같이 도관 50, 복수 펌프 44, 급수 가열기 46, 급수 펌프 48을 통해서 2차 증기 발생기로 되돌아온다. 2차 순환 발전 시스템은 증기 발생기 28을 터빈 20에 결합하는 2차 냉각재 파이프가 제공되어 있다.

제1도에 예시한 것과 같은, 전형적인 가압수형 원자로 시스템의 제1루프의 각각에 대해서 원자로 출구도관 26과 원자로 입구도관 30에서을 냉각재 온도는 각각 온도 측정장치 54, 56에 의해서 감지되고 그들의 각각은 열전대나 열저항 밸브를 포함한다. 온도측정 장치 54와 56은 각각 출력신호 T₁과 T₂를 만들고, 그들은 측정위치에서의 순간적인 온도를 나타낸다. 각 루프에 대한 T₁,T₂신호는 온도 평균장치에 공급되고 몇개의 루프로부터 온 각각의 평균은 원자로의 가장 높은 순간 평균온도를 확인하기 위하여 경매된다. 확인된 동작온도는 부하의 프로그램된 기능인 기준치에 비교된다. 현재로는, 원자로의 확인된 순간 온도가 프로그램된 기준치로부터 이탈될 때, 오차신호가 발생되어, 오차를 최소로 하는 방향으로 제어봉을 이동시킨다. 따라서, 프로그램된 평균온도 크세논, 운전의 로오드 폴로우 형태는 씨이. 에프. 크레이 등에 의해 미합중국 특허 제3,4423,285호에 설명된 것과 같이 사용한다.

부하 수요의 증가에 따라서 발전소 운전자는 요구된 출력을 얻을때까지 드로틀 밸브 40을 터빈 20에 개방한다. 터빈에서 고갈된 증가된 증기 유출율은 제2압력을 낮추고 1차 냉각재로부터 열제거를 증가시킨다. 그렇지 않으면 일어날 수 있는 해당하는 1차 냉각재온도의 감소는 (크레이등의 특허에서 기술된) 프로그램된 평균온도 제어시스템으로부터 얻은 제어신호에 따라 응답하는 제어봉 58의 조종에 의해서 피할 수 있다.

그 기술에서, 여러가지의 평균온도 제어 역토그램이 인지되었다. 예를 들면, 초기의 프로그램들 중 하나는 원자로의 전 부하영프에 대해서 일정한 온도로 제1루프 안에 있는 냉각재를 유지시킨다. 주어진 원자로에 대해서 이런 형태의 운전프로그램은 원자력 발전의 전부하 정격을 원자로의 안전한 운전상한에 더 가깝게 할 수 있다. 이것은 냉각재 온도가 증가됨에 따라 원자로의 허용출력이 감소되는 열수력학적인 고려때문에, 원자로의 제한 요소중의 하나가 냉각재의 온도 때문이라는 사실로부터 생긴다. 더구나 원자력 발전소에 전기적 부하의 과도현상, 예를 들어 터빈발전기 부하의 90%로부터 100%로의 급격한 증가는 100% 정격부하를 넘어서 5% 이상 원자로를 과도적으로 과부하시킨다. 일정한 평균온도 제어프로그램으로 보아서, 냉각재 온도증가는 그러한 과도현상중 최소화된다. 그래서, 발전소 전부하 정격은 그러한 과부하동안 정상적으로 온도증가를 허락하는 프로그램 온도 제어형태 보다 원자로의 안전한 동작 상한에 더 가까워질 수 있다. 이런 형태의 온도제어로, 1차 냉각재 온도는 발전소 부하에 무관하고, 부하변화에 따라 1차 냉각재에서 부피변화가 적게 일어나거나, 일어나지 않는다. 그러므로 제1루프에 결합된 가압기는 그것이 오직 과도적인 조건에 대하여 크기가 결정되므로 상대적으로 소형화할 수 있다.

그러나 전 부하영역에 대해서 일정온도 제어를 사용할 경우 불리한 점은 경부하에서 1차 루프압력을 상승시킨다는 점이다. 경부하에서 증기발생기의 표면측과 튜브사이에 평균온도차는 제2유체온도가 1차 냉각재온도에 가까운 값으로 상승함으로 낮은 값으로 떨어진다. 제2유체온도의 이러한 상승은 제2 유체압력의 상승을 야기시킨다. 그러므로 주어진 전부하 증기압에 대해서 2차 루프는 전부하 동작수준에서 생기는 압력보다 훨씬 높은 압력에 대해서 설계되어야 한다. 분명히 높은 설계압력이 필요하면 2차 루프 주위에 사용된 증기 발생기와 다른 부품의 가격의 상당한 상승을 초래한다. 제6도의 그래프 A는 제7도 그래프 B에 의해서 예시된 동력대 증기압력의 해당하는 변화를 가진 일정한 평균온도 프로그램을 예시한다.

또 만약 제7도의 그래프 B에 의해서 예시된대로 일정한 증기압 프로그램이 사용된다면, 제1온도의 큰 변화는 그것의 부수적인 가격과 다른 불리한 점을 가진 확장된 가압기를 필요로 하는 제6도의 그래프에 의해서 예시한 바와 같다. 제6도 그래프 C에 예시된 가변 평균온도 프로그램과 제7도 그래프 C에 표시된 해당 증기압은 서로 절충해야 하고 크레이 등 특허에서 설명된대로 정상동력운전에 대해서 가장 효율적인 운전상태를 제공한다. 동력 손실을 피하고 원자로 내에 가장 바람직한 운전상태를 유지하기 위해서 부분길이 제어봉을 사용하지 않고 일정한 축방향 옵세트 제어를 설치하는 것은 원하는 반응도 변화율을 얻고 프로그램된 평균 온도와 같은 순간 평균온도를 유지하기 위해서 온길이 제어봉을 사용하는 실제 기준을 변화시킨다. 부분길이 제어봉 없이 일정한 축방향 옵세트 제어하에 있는 온길이 제어봉은 실질적으로 목표치와 같은 축방향 옵세트를 유지하기 위하여 사용된다. 온도변화와 마찬가지로 동력변화도 냉각재내에 있는 중성자 흡수체의 농도를 변화시킴에 의해 조정된다. 경수로에서는 냉각제 내에 있는 수소가 핵분열 과정에서 생기는 중성자를 노심내에서 일어나는 핵분열의 연쇄반응을 유지할 수 있는 에너지 수준까지 감속시키는 감속재로 작용한다. 붕소가 일반적으로 냉각재내의 중성자 흡수체로 그러한 원자로에서 사용된다.

일반적으로 붕소의 농도는 이온 교환이나, 노심의 점화로부터 정지까지 효과적으로 감속시키거나 감쇄시키는 희석과정을 통해서 제어된다. 그러나 그 시스템이 노심의 축방향 동력분포를 파괴시키지 않고 부하변화를 조정하기 위해서는 가장 효과적이다.

제3도는 터빈부하 증가를 조정하기 위해 전형적인 원자로심의 점화(BOL)와 정지(EOL)에 대하여 온길이 제어봉 시스템과 붕소시스템의 능력을 시간의 함수로 예시하고 있다. 부하의 더 빠른 변화의 필요성이 과거에는 핵분열 연료 플랜트를 후비 시스템(back up system)으로 사용함에 의해서 조정되었다.

본 발명은 일정한 축방향 옵세트 제어에 의하여 명시된 과정을 유지하는 원자로의 개량된 운전방법을 제시하고 있다. 그리고 부하증가의 필요성에 응답하는 증가된 능력을 제공하고 붕소시스템의 희석능력의 제한을 극복한다. 이러한 목적을 수행하기 위해서 본 발명은 1차 루프 온도의 제어된 감소에 의해서 반응도의 급격한 증가를 얻기 위해 가압 경수형 원자로의 부의 반응도, 감속재 온도특성 계수를 허용한다.

부분 길이 제어봉 없는 일정한 축방향 옵세트 제어를 사용한 로오드 폴로우 동안 동력의 급속한 회복은 노심에서 원하는 축방향 유속형태를 유지하기 위해 필요한 양은 제어봉 삽입때문에 제한된다. 동력회복능력의 상당한 개선은 유용한 과도적인 드로틀 밸브능력을 이용하거나 부하의 과도적인 증가동안 1차 냉각재 온도를 감소시킴으로 얻을 수 있다. 반응도 증가량은 1차 루프에서 얻은 온도 강하와 부의 감속재 계수의 크기에 좌우된다. 과도적인 드로틀 밸브능력은(대부분의 원자로에 사용된다) 더 높은 동력레벨을 허증락하고 기압을 감소시킨다. 제4도는 제3도에서 가정된 제어봉 반응도 삽입에 따라서 BOL에서 5%/분(50% 동력으로 부터)에서 얻을 수 있는 동력 레벨을 예시한다. 각 경우에 정상적인 105%의 드로틀 밸브능력을 가정하였다. 두 결과 비교는 본 발명의 방법을 사용해서 로오드 폴로우 능력의 증가를 예시한다.

부하증가의 필요에 따른 동력 유출의 필요량의 증가에 응하여, 본 발명의 더 좋은 실시예에 따라서, 터빈 드로틀 밸브는 원하는 증가율로 열려있다(예를 들면 5%/분). 동시에 붕소 희석은 사용할 수 있는 최대율에 영향을 받는다. 앞에서 설명한 바와 같이 터빈의 부하는 평균온도 시스템을 통해서 온길이 제어봉의 자동적인 제거에 영향을 미치는 평균순간 노심냉각재 온도의 감소를 초래한다. 노심의 상단과 하단에서 감시된 프락스(flux)의 차이인 축방향 프락스차가 확인되어, 만약 축방향 프락스 차이가(일정한 축방향 옵세트 명시에 지정된) 그 목표치에 해당하는 상측(대부분+) 제어범위의 상하에 도달했다면, 온길이 제어봉의 자동적인 제거가 정지된다. 1차 냉각재 온도는 만약 프락스 차의 제어 극한치에 도달하지 못할지라도, 제어봉이 노심의 상단 제거 극한치에 도달할때, 제어봉이 정지하자마자 하강하기 시작할 것이다.

1차 순간 평균 냉각재 온도는 끊임없이 조정된다. 만약 1차 순간 평균 냉각재온도와 평균온도 제어시스템에 의해 지정된 프로그램된 냉각재 온도의 차이가 미리 지정된 최대치(보통 20도)에 도달했을 때, 터빈 부하는 더 이상 온도 감소를 방지하기 위해 정지된다. 실제로 시스템의 열관성을 허락하기 위해 비례 및 래그(lag) 보상이 사용된다. 최대온도 상한이 온도강하를 증기발생기 라인의 파괴로 해석하는 시스템으로부터의 원자로 트립(reactor trip)을 방지하기 위해 지정되어 있다. 만약 미리 지정된 온도 극한치에 도달하고 터빈부하가 정지되면, 프로그램된 냉각재 온도차의 실제치는 붕소희석의 결과에 따라 감소될 것이다.

대부분의 예에서 온도의 20도 강하는 원하는 반응도 증가율을 공제할 것이다. 만약 그렇지 않다면 터빈은 드로틀 밸브가 완전히 열릴때까지 위에서 지정한대로 부하가 걸리거나 걸리지 않을 것이다. 이런 점으로부터 동력 증가율은 붕소 희석율에 의해서 제어된다. 이 후자의 페이스는 원하는 동력이 어떤 중간점에 미치지 않았다고 가정한다. 붕소희석 운전은 터빈이 원하는 동력에 있을때 정지되고 냉각재 온도는 평균 냉각재 온도 제어 시스템에 의해서 지정된 그 프로그램치에 도달한다. 사용될 어떠한 과도적 드로틀 밸브용량은 현재 터빈 제어장치에 의해서 전동력에 도달하므로 자동적으로 감소한다. 이런 방법의 과정들은 동력운전시 기동 동력 레벨과 정상운전조건의 어떠한 지정치에 적용된다. 동력율로의 가속된 회복에서 얻은 동력 레벨은 기동 동력 레벨, 노심사이클(평형 또는 불평형), 노심사이클 수명, 동력율, 허락된 온도 감소에 주로 좌우된다. 물론 명시된 값은 전형적인 값이나, 특별한 발전소 운전명세서에 보면 발전소마다 약간씩 변화한다는 사실을 이해해야 한다.

1차 냉각재 온도를 감소시켜서 얻을 수 있는 동력(반응도)의 양은 허용된 온도강하에 비례한다. 그러나 얻을 수 있는 온도강하의 양에는 실제적인 제한이 있다. 제5도는 경수 가압로에 대한 전형적인 감소된 온도 동작영역을 보여준다. 동작영역의 왼쪽 경계치는 제어봉 자동시스템의 동작 하한에 의해서 그리고 원자로 냉각보호 트립에 의해서 정의된다. 오른쪽 경계치는 유속온도/압력의 함수로 드로틀 밸브용량에 의해서 지배된다. 제5도에 보인 오른쪽 경계는 전동력의 105%의 드로틀 밸브용량을 가정하였다. 105-110%의 과도적 드로틀 밸브용량은 원자로 운전기능에 존재한다. 운전영역의 하부경계는 원자로 냉각보호 트립장치, 원자로 용기 그리고 다른 발전소 부품열응력, 증기발생기 수증기 유출등을 생각함에 의해 정의된다.

본 발명의 방법은 앞에서 인용한 크레이 등의 특허에서 설명한 평균온도 프로그램 제어와 양립할 수 있다.

부분장 제어봉 없이 일정한 축방향 옵세트 제어에 대해서 필요한 유일한 변화는 노심 냉각재의 순간 평균의 온도조정이 제어봉 이동보다는 오히려 붕소희석에 의해서 수행된다는 점이다. 제2도의 참조번호 60에 의해서 예시된 블록 다이아 그램 회로는 필요한 수정을 가할 수 있다. 원자로 동력의 함수인 프락스상환에 대한 목표범위는 설정점 회로 62에 프로그램 되어 있다. 노심의 상, 하한 영역 사이의 프락스 차이는 원자로 주위에 자리잡고 있는 중성자 검출기의 4세트에 의해서 감시된다. 프락스차에 의해서 조정된 최악의 값은 경매장치 64에 의해서 확인된다. 최악의 경우 프락스 차는 비교기구 66에 의한 회로 62에 의해서 발생한 설정점과 비교된다. 만약 설정점이 초과되면 제어봉의 더 많은 제거를 방지하기 위해 전장 제어봉 시스템에 금지 신호가 생긴다. 비슷하게 온도차가 상한 금지신호가 참조번호 70으로 예시된 블록회로에 의해서 장도된다. 측정된 평균냉각재 온도는 냉각재 온치의 프로그램 값과 비교되고, 그것은 프로그램 유니트 72에 터빈 임펄스 입력으로 표시된 부하의 기능을 한다. 측정된 평균 냉각재 온도와 프로그램 온도 사이의 크기가 신호를 온도차 보정점에 비교하는 비교기구에 전달된다. 만약 설정점이 초과되면 터빈드로틀 밸브에 부하를 가하는 것이 조절기 74에 의해서 금지된다. 신호보상 76은 시스템의 열관성을 보상하기 위하여 비례 또는 래그 형태로 제공된다. 따라서 현재 운전되고 있는 평균 온도 제어 시스템은 일정한 축방향 옵세트 운전을 하는 동안 로오드 폴로우 능력을 개량하기 위한 본 발명의 각 과정을 수행하기 위해 쉽게 변형된다.

제14, 15, 16도는 본 발명의 방법을 사용하여 동력의 급속한 제한의 플랜트 상태에서 해당변화를 예시한다. 제15도에 예시된 곡선의 점선부가 본 발명의 과정들을 사용하여 얻은 이탈을 나타냄에 반하여 평균온도 제어 프로그램을 확인한다. 제16도의 점선과 실선부는 각각 제15도에 확인된 동작상태에 해당한다. 대조해서 제8, 9, 10도는 각각 50%의 동력으로부터 5%/분의 율로 동력의 실험적인 회복을 나타내고, 이는 50%동력으로부터 전 스피닝(spinning) 보유 능력과 같다. 제9도와 제10도의 접선은 프로그램치를 지시하고 직선은 동작상태에 해당한다. 스피닝 보유는 발전소의 현재 운전하고 있는 동력 수준과 동력이 갑자기 많이 필요한 경우에 얻을 수 있는 동력수준 사이의 차이다. 제8도에 예시한 과도현상은 그들을 제거함으로서 그러한 변화를 조절할만큼 충분히 멀리 제어봉이 삽입되지 않을 때는 부분 길이 제어봉에 의한 운전을 하지 않고서는 불가능하다. 그러나 만약 축방향 동력분포를 고려하지 않는다면 그러한 과도현상은 이론적으로 만들어질 수가 있다. 제11, 12, 13도는 부분길이 제어봉 없이 일정한 축방향 옵세트 제어하에서 전동력을 얻기 위한 능력을 예시하고 있다. 그래프의 점선부와 실선부는 같같 프로그램된 운전상태와 경험에 의한 실제운전 상태에 해당한다. 설명된 운전 특성은 제3도에서 설명된 데이타의 결과와 일치된다.

동력의 70%만이 5%/분의 증가율로 얻어질 수 있다. 따라서 본 발명에 따라서 얻은 로오드 폴로우능력의 증가는 대단한 평가를 받을 수 있다.

Claims (1)

1. 축방향 크기를 가진 핵분열성 물질과 핵분열동안 노심에서 각각 열을 제거하고 노심내의 중성자를 감속시키는 냉각제와 감속재를 포함하며 본 감속재가 부반응도 온도계수를 가진 노심과, 냉각재를 열교환증기 발생기에 전달하기 위한 1차 냉각회로와, 발생된 증기를 증기이용 장치에 전달하기 위한 2차 냉각회로를 가지고 로오드 폴로우를 조절하기 위한 원자로를 운전하며, 노심을 통해 축방향으로 실제 대칭인 동력분포를 유지하는 단계를 포함하는 방법에 있어서 실제로 일정하게 1차 냉각재 유량을 유지하는 동안 냉각재의 평균온도를 감소시킴으로서 주어진 수요에 따라 노심의 축방향 동력 분포를 변화시키지 않고 노심내의 반응도가 증가되는 것을 특징으로 하는 로오드 폴로우를 조절하기 위한 원자로 운전방법.

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