JP2809639B2 - 原子炉自動起動装置 - Google Patents
原子炉自動起動装置Info
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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における臨界の達成と
中性子束の上昇を安全かつ効率的に行うための原子炉自
動起動装置に関する。
中性子束の上昇を安全かつ効率的に行うための原子炉自
動起動装置に関する。
（従来の技術） 一般に、原子力発電プラント、たとえば沸騰水型原子
力発電プラントでは、従来は運転員が中性子束検出器の
読み値およびその対数変化率である炉周期を監視しなが
ら手動で制御棒を引抜き臨界を達成している。
力発電プラントでは、従来は運転員が中性子束検出器の
読み値およびその対数変化率である炉周期を監視しなが
ら手動で制御棒を引抜き臨界を達成している。
臨界までの制御操作は、オフライン計算による予測臨
界パターンを目安として、引抜シーケンスに従い制御棒
を１本づつ引抜き、引抜き中および引抜後の中性子束の
応答を見て引抜きのタイミングを判断し行っていく。
界パターンを目安として、引抜シーケンスに従い制御棒
を１本づつ引抜き、引抜き中および引抜後の中性子束の
応答を見て引抜きのタイミングを判断し行っていく。
未臨界の深い制御棒の引抜き始めでは、制御棒引抜き
に伴い中性子束は、直ちに上昇し整定する。また、この
とき中性子束レベルは臨界時の予測値と比べて低く、予
測パターンと現状パターンとの差が大きなため、この領
域では、制御棒を連続的に引抜くことができる。
に伴い中性子束は、直ちに上昇し整定する。また、この
とき中性子束レベルは臨界時の予測値と比べて低く、予
測パターンと現状パターンとの差が大きなため、この領
域では、制御棒を連続的に引抜くことができる。
臨界に近づくと制御棒を引抜いてから中性子束が増加
し整定するまでの時間が長くなってくる。これに伴い運
転員は制御棒引抜量を小さくとり、慎重に制御棒引抜き
を行い、臨界近傍では、ノッチ単位の操作となる。
し整定するまでの時間が長くなってくる。これに伴い運
転員は制御棒引抜量を小さくとり、慎重に制御棒引抜き
を行い、臨界近傍では、ノッチ単位の操作となる。
原子炉が物理的な臨界すなわち反応度が０以上の状態
になると、中性子束は一定の正の炉周期、すなわち中性
子束の対数変化率の逆数で上昇するようになるが、この
値が所定の正の値になるよう制御棒を引抜き、この炉周
期を測定して原子炉の臨界状態が達成されたことを確認
する。
になると、中性子束は一定の正の炉周期、すなわち中性
子束の対数変化率の逆数で上昇するようになるが、この
値が所定の正の値になるよう制御棒を引抜き、この炉周
期を測定して原子炉の臨界状態が達成されたことを確認
する。
この臨界達成までには、通常の炉水温度が70℃程度の
ときの冷態起動時では全制御棒の20〜40％、またスクラ
ムからの再起動時のように炉水温度が高い領域では50％
程度の制御棒を引抜く。
ときの冷態起動時では全制御棒の20〜40％、またスクラ
ムからの再起動時のように炉水温度が高い領域では50％
程度の制御棒を引抜く。
（発明が解決しようとする課題） 上述の運転では、制御棒を運転員が手動操作で引抜く
ためそのワークロードは大きく、また、臨界に接近した
状態では、制御棒の過引抜きによる臨界超過による中性
子束の急上昇によってアラームの発生および原子炉トリ
ップなどが起らないよう注意深く操作する必要があり、
運転員の精神的負担も大きい。
ためそのワークロードは大きく、また、臨界に接近した
状態では、制御棒の過引抜きによる臨界超過による中性
子束の急上昇によってアラームの発生および原子炉トリ
ップなどが起らないよう注意深く操作する必要があり、
運転員の精神的負担も大きい。
したがって、制御棒操作を自動化し、運転員の負担軽
減と誤操作によるプラントトリップの防止を行うことが
考えられている。
減と誤操作によるプラントトリップの防止を行うことが
考えられている。
制御棒操作の自動化方法として、上述の監視運転をそ
のまま自動化する方法、すなわ、ち中性子束検出器読み
値から炉周期を求め、これが設定値以上ならば制御棒を
引抜く、また、この炉周期が別の設定値以上の状態を持
続すれば臨界と判定するといった方法が考えられる。
のまま自動化する方法、すなわ、ち中性子束検出器読み
値から炉周期を求め、これが設定値以上ならば制御棒を
引抜く、また、この炉周期が別の設定値以上の状態を持
続すれば臨界と判定するといった方法が考えられる。
しかしながら、このような方法では、炉周期の測定は
制御棒操作後しかできないため、制御棒操作中およびペ
リオド測定中の中性子束の挙動を監視できない。このた
め運転の安全性上問題がある。
制御棒操作後しかできないため、制御棒操作中およびペ
リオド測定中の中性子束の挙動を監視できない。このた
め運転の安全性上問題がある。
特に、給水制御系の系統に外乱が入り、給水が急激に
増加した場合には、冷水による反応度印加により中性子
束が急上昇し、アラームレベルに達したり、原子炉のト
リップを発生する可能性がある。
増加した場合には、冷水による反応度印加により中性子
束が急上昇し、アラームレベルに達したり、原子炉のト
リップを発生する可能性がある。
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもの
で、安全かつ効率的に原子炉の臨界達成を行うことので
きる原子炉自動起動装置を提供しようとするものであ
る。
で、安全かつ効率的に原子炉の臨界達成を行うことので
きる原子炉自動起動装置を提供しようとするものであ
る。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち本発明は、制御棒操作によって反応度を投入
し原子炉炉心の臨界状態を達成し、中性子束を上昇させ
る原子炉自動起動装置にあって、前記原子炉炉心内に配
置された中性子検出器からの情報によって前記原子炉炉
心の推定反応度を算出する反応度推定手段と、制御棒価
値が既知の場合には前記反応度推定手段によって算出さ
れた前記推定反応度と予め設定された目標反応度との偏
差に比例させて反応度投入量を決めることにより制御棒
操作量を決め、制御棒価値が既知でない場合には前記反
応度推定手段によって推定された単位時間あたりの反応
度投入量と、推定反応度と目標反応度の偏差に制御ゲイ
ンを乗じたものが等しくなるように制御棒操作量を決め
ることにより制御棒の操作を制御する制御棒操作手段と
を備えたことを特徴とする。
し原子炉炉心の臨界状態を達成し、中性子束を上昇させ
る原子炉自動起動装置にあって、前記原子炉炉心内に配
置された中性子検出器からの情報によって前記原子炉炉
心の推定反応度を算出する反応度推定手段と、制御棒価
値が既知の場合には前記反応度推定手段によって算出さ
れた前記推定反応度と予め設定された目標反応度との偏
差に比例させて反応度投入量を決めることにより制御棒
操作量を決め、制御棒価値が既知でない場合には前記反
応度推定手段によって推定された単位時間あたりの反応
度投入量と、推定反応度と目標反応度の偏差に制御ゲイ
ンを乗じたものが等しくなるように制御棒操作量を決め
ることにより制御棒の操作を制御する制御棒操作手段と
を備えたことを特徴とする。
（作用） 上記構成の本発明の原紙炉自動起動装置では、炉心の
中性子束の監視を原子炉内に配置された核計装データか
ら推定される推定反応度により監視し、この推定反応度
の目標反応度との偏差に比例させて投入反応度を決定す
ることにより、中性子束の対数的な変化率を一定にして
目標反応度の達成維持ができる。
中性子束の監視を原子炉内に配置された核計装データか
ら推定される推定反応度により監視し、この推定反応度
の目標反応度との偏差に比例させて投入反応度を決定す
ることにより、中性子束の対数的な変化率を一定にして
目標反応度の達成維持ができる。
（実施例） 以下、本発明を沸騰水型原子炉に適用した一実施例に
ついて図面を参照して説明する。
ついて図面を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例の原子炉自動起動装置の構
成を示すもので、原子炉炉心１の中性子束を炉心内に配
置した中性子束検出器２によって電気信号として測定
し、核計装装置３によって中性子束検出器読みとして反
応度推定装置４に入力される。
成を示すもので、原子炉炉心１の中性子束を炉心内に配
置した中性子束検出器２によって電気信号として測定
し、核計装装置３によって中性子束検出器読みとして反
応度推定装置４に入力される。
反応度推定装置４はこの中性子束検出器読みから物理
モデルを用いて炉心の推定反応度を算出する。この推定
反応度は、制御棒操作量判定装置５に入力され、制御棒
操作量判定装置５は、この推定反応度と反応度設定装置
６から入力された目標反応度との偏差に比例させて反応
度投入量を決め、この反応度投入量および制御棒シーケ
ンス装置７からの情報をもとに制御棒11を何ノッチ引抜
くかまたは挿入するかの制御棒操作量と操作すべき制御
棒11の座標である制御棒操作信号を制御棒駆動制御装置
８に出力する。
モデルを用いて炉心の推定反応度を算出する。この推定
反応度は、制御棒操作量判定装置５に入力され、制御棒
操作量判定装置５は、この推定反応度と反応度設定装置
６から入力された目標反応度との偏差に比例させて反応
度投入量を決め、この反応度投入量および制御棒シーケ
ンス装置７からの情報をもとに制御棒11を何ノッチ引抜
くかまたは挿入するかの制御棒操作量と操作すべき制御
棒11の座標である制御棒操作信号を制御棒駆動制御装置
８に出力する。
この制御棒駆動制御装置８では、選択された制御棒11
を制御棒駆動装置９により自動的に駆動させ中性子束の
上昇が行なわれる。また、選択された制御棒、制御棒操
作量および推定反応度は表示装置10に表示される。
を制御棒駆動装置９により自動的に駆動させ中性子束の
上昇が行なわれる。また、選択された制御棒、制御棒操
作量および推定反応度は表示装置10に表示される。
これらの操作が完了した後、再び反応度推定計算が行
なわれ次の制御棒操作が決定され同様に次々と実行され
る。
なわれ次の制御棒操作が決定され同様に次々と実行され
る。
上記構成のこの実施例の原子炉自動起動装置では、単
位時間あたりの反応度投入量ρ′ａは、反応度推定装置
４の出力である推定反応度ρと目標反応度ρｔ（≧０）
の差に比例して決める。
位時間あたりの反応度投入量ρ′ａは、反応度推定装置
４の出力である推定反応度ρと目標反応度ρｔ（≧０）
の差に比例して決める。
すなわち、 ρ′ａ＝KI（ρｔ−ρ） …… とする。ここでKIは投入反応度を決める制御ゲインであ
り、（時間）-1の単位を持つ定数である。
り、（時間）-1の単位を持つ定数である。
上記式のように反応度投入量を決めると、未臨界の
深い状態では、ρｔ＜＜−ρであるから、ρｔ＝０と
し、また反応度の推定誤差がないとすればρａ＝ρであ
るから、 ρ′ａ＝KI（−ρａ） …… となり、ｌを中性子寿命、Ｓを炉心内の固定中性子源と
した次式に示す未臨界の深い状態での中性子束ｎと反応
度ρとの関係 ｎ＝−lS/ρ …… から、 となり、中性子束の対数変化率はKIに等しくなり、すな
わち、いわゆるペリオド一定での臨界までの中性子束増
加が可能となる。
深い状態では、ρｔ＜＜−ρであるから、ρｔ＝０と
し、また反応度の推定誤差がないとすればρａ＝ρであ
るから、 ρ′ａ＝KI（−ρａ） …… となり、ｌを中性子寿命、Ｓを炉心内の固定中性子源と
した次式に示す未臨界の深い状態での中性子束ｎと反応
度ρとの関係 ｎ＝−lS/ρ …… から、 となり、中性子束の対数変化率はKIに等しくなり、すな
わち、いわゆるペリオド一定での臨界までの中性子束増
加が可能となる。
したがって、KIを中性子束変化率のアラームレベル以
下に設定することにより、アラームを発生することなく
効率的に臨界近接操作ができる。
下に設定することにより、アラームを発生することなく
効率的に臨界近接操作ができる。
実際の制御棒操作量ΔＮは、投入反応度ρ′ａに制御
棒価値の補正をし、 ΔＮ＝Ｗ（x,y,z）ρ′ａ …… として、求める。ここでＷは、反応度の制御棒操作量へ
の変換係数であり、炉心内位置（x,y,z）の関数であ
る。制御棒価値は、オフラインでの３次元中性子束分布
計算より求めることができる。換言すればΔＮは、単位
時間あたりにρ′ａの反応度変化を変える制御棒操作量
である。
棒価値の補正をし、 ΔＮ＝Ｗ（x,y,z）ρ′ａ …… として、求める。ここでＷは、反応度の制御棒操作量へ
の変換係数であり、炉心内位置（x,y,z）の関数であ
る。制御棒価値は、オフラインでの３次元中性子束分布
計算より求めることができる。換言すればΔＮは、単位
時間あたりにρ′ａの反応度変化を変える制御棒操作量
である。
また、この方法によれば、原子炉の臨界を判定する反
応度レベルをρｃ（ρｃ＜ρｔ）として、臨界達成まで
に必要とする時間tcが、 tc＝（−1/KI）In［（ρｃ−ρｔ）／（ρ０−ρｔ）］ …… より求められ、予め臨界達成の時刻を知ることができ、
運転員にとってわかりやすい制御棒自動操作が可能とな
る。ただし、ここでρｏは、制御棒引抜開始時の反応度
である。
応度レベルをρｃ（ρｃ＜ρｔ）として、臨界達成まで
に必要とする時間tcが、 tc＝（−1/KI）In［（ρｃ−ρｔ）／（ρ０−ρｔ）］ …… より求められ、予め臨界達成の時刻を知ることができ、
運転員にとってわかりやすい制御棒自動操作が可能とな
る。ただし、ここでρｏは、制御棒引抜開始時の反応度
である。
臨界が達成された時に制御棒操作をホールドするとす
れば、臨界達成時の反応度はρｃとなるが、臨界超過状
態では、安定な炉周期と反応度は、第２図のグラフに示
すように１対１の関係にあり、従来の運転方法と整合性
がある。
れば、臨界達成時の反応度はρｃとなるが、臨界超過状
態では、安定な炉周期と反応度は、第２図のグラフに示
すように１対１の関係にあり、従来の運転方法と整合性
がある。
さらに、本発明の原子炉自動起動装置では、原子炉反
応度を推定しそれをフィードバックしているため制御棒
操作中にも反応度の挙動がわかり、外乱にも迅速に対応
することができる。
応度を推定しそれをフィードバックしているため制御棒
操作中にも反応度の挙動がわかり、外乱にも迅速に対応
することができる。
第３図のグラフは、この実施例の原子炉自動起動装置
により、制御棒自動操作を行い、臨界を達成した時の制
御棒引抜量、中性子束、炉周期、反応度の変化の例を示
している。なお、この例においては、KI＝90.3-1（sec
-1），ρｔ＝0.03％である。このグラフに示されるよう
に、中性子束は、変化率約90-1（sec-1）で滑らかに増
加し、約10分後に臨界判定レベルρ＝0.0％ΔＫに達し
ている。臨界達成後は、目標反応度ρｔ＝0.03％に対応
する炉周期250秒で中性子束が増加している。
により、制御棒自動操作を行い、臨界を達成した時の制
御棒引抜量、中性子束、炉周期、反応度の変化の例を示
している。なお、この例においては、KI＝90.3-1（sec
-1），ρｔ＝0.03％である。このグラフに示されるよう
に、中性子束は、変化率約90-1（sec-1）で滑らかに増
加し、約10分後に臨界判定レベルρ＝0.0％ΔＫに達し
ている。臨界達成後は、目標反応度ρｔ＝0.03％に対応
する炉周期250秒で中性子束が増加している。
以上は、制御棒の反応度価値の既知な場合について説
明してきたが、制御棒価値が既知でない場合は次のよう
にして制御棒を操作すればよい。
明してきたが、制御棒価値が既知でない場合は次のよう
にして制御棒を操作すればよい。
すなわち、式の条件が成り立つよう制御棒を操作す
ればよいわけで、反応度の推定値からρ′およびKi（ρ
ｔ−ρ）を算出し、これらが各ステップごとに等しくな
るように制御棒を操作する。
ればよいわけで、反応度の推定値からρ′およびKi（ρ
ｔ−ρ）を算出し、これらが各ステップごとに等しくな
るように制御棒を操作する。
例えば１ステップあたりの制御棒操作ノッチ数ΔＮ
は、 として、 ΔＮ＝intΔＮ′ ΔNr＝ΔＮ′−ΔＮ で与えられる。ここでΔｔは、制御のタイムステップで
あり、Ｋ′は制御棒操作のためのゲインであり、ΔNr
は、１ノッチ以下の操作量の残量、intは整数化の関数
である。
は、 として、 ΔＮ＝intΔＮ′ ΔNr＝ΔＮ′−ΔＮ で与えられる。ここでΔｔは、制御のタイムステップで
あり、Ｋ′は制御棒操作のためのゲインであり、ΔNr
は、１ノッチ以下の操作量の残量、intは整数化の関数
である。
ここで、Ｋ′＝−0.5、Δｔ＝10秒としておけば、十
分である。第４図はこの方式で臨界近接を行ったときの
結果である。このケースでは、制御棒価値を小さく見積
っているため、起動開始後６分までは、制御棒は連続的
に操作され、その後は、制御棒操作はノッチ単位の操作
となり、目標反応度0.03％ΔＫすなわち目標ペリオド20
0秒（逆数で0.005（秒-1））で臨界を達成して中性子束
上昇が行われていることがわかる。
分である。第４図はこの方式で臨界近接を行ったときの
結果である。このケースでは、制御棒価値を小さく見積
っているため、起動開始後６分までは、制御棒は連続的
に操作され、その後は、制御棒操作はノッチ単位の操作
となり、目標反応度0.03％ΔＫすなわち目標ペリオド20
0秒（逆数で0.005（秒-1））で臨界を達成して中性子束
上昇が行われていることがわかる。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明の原子炉自動起動装置によ
れば、制御棒の自動操作を推定反応度と目標反応度との
偏差に比例させて行うことにより、臨界達成を中性子束
変化率一定で効率的かつ安全に行うことができ、また、
炉水温度等の反応度外乱に対して迅速に応答することが
でき、運転操作の安全性、安定性および効率を向上させ
ることができる。
れば、制御棒の自動操作を推定反応度と目標反応度との
偏差に比例させて行うことにより、臨界達成を中性子束
変化率一定で効率的かつ安全に行うことができ、また、
炉水温度等の反応度外乱に対して迅速に応答することが
でき、運転操作の安全性、安定性および効率を向上させ
ることができる。
第１図は本発明の一実施例の原子炉自動起動装置の構成
を示すブロック図、第２図は安定炉周期と反応度の関係
を示すグラフ、第３図は第１図に示す原子炉自動起動装
置で起動運転を行った場合の制御棒引抜量、中性子束、
炉周期、反応度の変化の例を示すグラフ、第４図は制御
棒価値が既知でない場合の第１図に示す原子炉自動起動
装置で起動運転を行った場合の中性子束、炉周期、反応
度の変化の例を示すグラフである。 １……炉心 ２……中性子束検出器 ３……核計装装置 ４……反応度推定装置 ５……制御棒操作量判定装置 ６……反応度設定装置 ７……制御棒シーケンス設定器 ８……制御棒駆動制御装置 ９……制御棒駆動装置 10……表示装置 11……制御棒
を示すブロック図、第２図は安定炉周期と反応度の関係
を示すグラフ、第３図は第１図に示す原子炉自動起動装
置で起動運転を行った場合の制御棒引抜量、中性子束、
炉周期、反応度の変化の例を示すグラフ、第４図は制御
棒価値が既知でない場合の第１図に示す原子炉自動起動
装置で起動運転を行った場合の中性子束、炉周期、反応
度の変化の例を示すグラフである。 １……炉心 ２……中性子束検出器 ３……核計装装置 ４……反応度推定装置 ５……制御棒操作量判定装置 ６……反応度設定装置 ７……制御棒シーケンス設定器 ８……制御棒駆動制御装置 ９……制御棒駆動装置 10……表示装置 11……制御棒
Claims (1)
- 【請求項１】制御棒操作によって反応度を投入し原子炉
炉心の臨界状態を達成し、中性子束を上昇させる原子炉
自動起動装置にあって、前記原子炉炉心内に配置された
中性子検出器からの情報によって前記原子炉炉心の推定
反応度を算出する反応度推定手段と、制御棒価値が既知
の場合には前記反応度推定手段によって算出された前記
推定反応度と予め設定された目標反応度との偏差に比例
させて反応度投入量を決めることにより制御棒操作量を
決め、制御棒価値が既知でない場合には前記反応度推定
手段によって推定された単位時間あたりの反応度投入量
と、推定反応度と目標反応度の偏差に制御ゲインを乗じ
たものが等しくなるように制御棒操作量を決めることに
より制御棒の操作を制御する制御棒操作手段とを備えた
ことを特徴とする原子炉自動起動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63089982A JP2809639B2 (ja) | 1988-04-12 | 1988-04-12 | 原子炉自動起動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63089982A JP2809639B2 (ja) | 1988-04-12 | 1988-04-12 | 原子炉自動起動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01262496A JPH01262496A (ja) | 1989-10-19 |
| JP2809639B2 true JP2809639B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=13985867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63089982A Expired - Fee Related JP2809639B2 (ja) | 1988-04-12 | 1988-04-12 | 原子炉自動起動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2809639B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6181759B1 (en) * | 1999-07-23 | 2001-01-30 | Westinghouse Electric Company Llc | Method and apparatus for determining nearness to criticality of a nuclear fueled electric power generating unit |
| JP4810402B2 (ja) * | 2006-11-08 | 2011-11-09 | 株式会社東芝 | 原子炉出力制御装置、原子炉システム、および、原子炉出力制御方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0697269B2 (ja) * | 1985-11-15 | 1994-11-30 | 株式会社東芝 | 原子炉の運転方法 |
-
1988
- 1988-04-12 JP JP63089982A patent/JP2809639B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01262496A (ja) | 1989-10-19 |
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