JPH01257299A - 原子炉出力制御装置 - 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、制御棒駆動系とポイズン濃度制御系を併用し
て原子炉出力を制御する方法に係り、負荷追従運転に適
し、宜つ、安全性の高い原子炉出力制御装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来の重水減速型原子炉の出力制御は、特開昭５１−１
０４１９３号に記載されているように、炉心部に挿入す
る制御棒の位置を調整することによって行なわれていた
。また、炉心部に挿入する制御棒の位置を検出する手段
と、炉心部に連絡され、且つ位置検出手段からの信号を
受ける液体ポイズン除去手段及び注入手段とを有し、液
体ポイズン濃度を以下のように調節していた。

１、前記制御棒が炉心部における移動可能範囲の限界位
置に到達し、且つ原子炉出力が設定レベルに対して過不
足している時に液体ポイズンの濃度を変化させる。即ち
、はじめに制御棒が出力要求に対応した位置に移動し、
移動限界位置に到達した時点で、液体ポイズン濃度の変
化が開始される。従って、ポイズン濃度が制御棒の位置
変化だけに対応して変化することから、ポイズン１度制
御系は、燃料の燃焼に伴う燃料の劣化を補うためのもの
である。

２、前記制御棒が移動限界位置に到達した後、移動範囲
内に設定された基準位置に制御棒が戻った時５制御棒を
停止させ、同時に液体ポイズン濃度の調節を停止する。

また、前記基準位置は、制御棒の制御能力感度が大きい
範囲に設定されるため、制御棒は原子炉出力の大小に係
りなく制御能力感度が大きい位置にある。従って、原子
炉出力が制御上限付近にある場合でも、制御棒は制御能
力感度の大きい中央位置付近にある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、制御棒駆動系を原子炉の出力調整用と
して設け、また、ポイズン濃度制御系を燃料の燃焼補償
用として構成したものである。従って、負荷追従運転に
対する配慮がされておらず、以下の問題点があった。

１、従来技術を負荷追従運転に適用し、原子炉の出力と
出力要求値に偏差が生じた場合、先ず、制御棒が駆動し
、制御棒が万一子め決められた範囲を逸脱し、位置偏差
が生じた時にはじめてポイズン濃度が調節されるため、
制御の応答性が悪い。また、制御棒は常に原子炉内の微
小な出力変化に追従して駆動しているため、時定数が大
きいポイズン濃度制御を制御棒の位置偏差だけに対応し
て行ない、良好な制御性を得ることは困難である。従っ
て、従来技術では、制御棒の位置を基準範囲内に保つこ
とによって燃料の燃焼度補償を行なうことはできるが、
負荷追従運転、特に、日負荷追従運転のように、変化幅
の大きい制御には適していない。

２、従来技術では、制御棒は原子炉出力の大小に係りな
く、常に制御能力感度の大きい中央位置付近に保たれる
。このため、原子炉出力が制御上限付近にある時、外乱
等により出力急増指令を受けた場合、原子炉の出力がオ
ーバーシュートし、原子炉スクラムに至る可能性がある
ため、稼働率を低下させるだけでなく、安全性を損う可
能性がある。また、原子炉出力が制御下限付近にある時
、出力域指令を受けた場合、原子炉の出力が異常に低下
し、稼働率を低下させる可能性がある。従って従来技術
でも、負荷一定制御の場合には問題は少ないが、ＡＦＣ
、ガバナフリー運転のように、変化の速い負荷追従制御
を行なうことは困難である。

本発明の目的は、以上の問題点を解決し、負荷追従制御
に好適で、且つ、安全性並びに稼働率の高い原子炉出力
制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、以下の技術手段で達成することができる
。

１、ポイズン濃度の調節による原子炉出力の制御性を向
上させるため、原子炉の出力信号と出力要求値との出力
偏差に見合ったポイズン濃度制御信号を求め、この制御
信号で直接ポイズン濃度を調節する構成とする。これに
より、日負荷゛追従運転のように、負荷変化幅が大きく
、且つ、ゆるやかな負荷追従制御に対して良好なポイズ
ン濃度制御を行なうことができる。　　。

２、プラントの稼働率並びに安全性を向上させるため、
制御棒の位置と反応度価値との関係から、原子炉出力に
対して最適な制御棒の位置を求め、制御棒をその最適な
位置に保つようにポイズン濃度を調節する。

第３図に、制御棒の位置と制御能力感度並びに反応度価
値との関係を示す。炉心部の制御棒１１は、制御棒駆動
装置７により、制御棒案内管内を上下に移動する。原子
炉冷却材は燃料棒２６を収納する圧力管２５を通り、原
子炉を冷却する。また、ポイズンを含む重水は重水出入
口管２７を通ってカランドリアタンク９内を循環する。

制御棒の制御能力感度、並びに、反応度価値は共に重水
中に含まれるポイズン濃度に係りなく、前者は上下限位
置付近で小さく、中央位置付近で大きい。また後者は、
上限位置付近で小さく、下限位置付近で大きい。この関
係から、原子炉出力に対する最適な制御棒の位置を考え
ると、原子炉出力が制御上限付近の時、制御棒の位置も
上限付近、また、原子炉出力が制御下限付近の時、制御
棒の位置も下限付近にあることが最適である。制御棒を
前記最適位置に保つことによって、原子炉出力が上下限
付近にある場合、制御棒は制御能力感度の低い位置に保
つことができるため、ＡＦＣ・ガバナフリー運転時のよ
うに、出力要求値の変化率が大きい場合にも、原子炉出
力のオーバーシュート等によるトラブルを防ぐことがで
きる。

〔作用〕

前記の技術手段によって、第２図に示す例のような負荷
追従運転を達成することができる。

（１）日負荷追従運転 変化速度が遅い出力要求信号に対応して、ポイズン濃度
が制御され、原子炉出力が出力要求信号に追従する。こ
の時、制御棒の位置は、キセノン振動等による微少な反
応度変化に対応しながら、原子炉出力に対して最適な制
御能力感度をもつ位置に保たれる。従って、制御上の外
乱等により、原子炉出力がオーバーシュートすることは
ない。

（２）ＡＦＣ・ガバナフリー運転 比較的変化速度が速い出力要求信号に対応して、制御棒
の位置が調整され、原子炉出力が出力要求信号に追従す
る。この場合も、制御棒は出力要求値に対して最適な制
御能力感度をもつ位置になる。この時、ポイズン濃度は
、時定数が大きいため、はとんど変化しない。

以上の運転制御において、原子炉出力が上限付近の時、
制御棒の制御能力感度を低下させることに伴い、制御応
答性も若干低下するが、制御上の要求値を満足する制御
能力感度を保つことは可能である。従って、これが本発
明の効果を妨げるものではない。

また、将来、日負荷追従運転とＡＦＣ・ガバナフリー運
転を併用するような場合でも対応可能である。

［実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図により説明する０Ｍ子
炉出力制御は、炉心中の制御棒の位置をｉ１節する制御
棒制御系と、重水中のポイズン濃度を調節するポイズン
濃度制御系を併用して行なう。

原子炉の出力要求信号としては、負荷一定信号２′　と
日負荷追従、ＡＦＣ・ガバナフリー運転等のための負荷
追従信号３があり、切替器４を介してどちらか一方の出
力要求信号５が原子炉出力制御装置１に与えられる。原
子炉出力制御装置１は、出力要求信号５と原子炉出力信
号４１との出力偏差３１に見合った制御棒駆動信号４２
を不感帯をもつ比例演算器３２及び、制御棒制御回路６
で求め、制御棒駆動装置７に与える。更に、前記出力偏
差３１に見合ったポイズン濃度制御信号４３を不感帯を
もつ比例演算器３３で求め、ポイズン濃度制御装置１３
に与える。

制御棒駆動装置７は、出力偏差３２に見合った正負の制
御棒駆動信号４２に従い、炉心中の制御棒１１を上下に
駆動する。即ち、出力要求信号５が原子炉出力信号４１
と比較して大きい場合、出力偏差３１が比例演算器３２
の不感帯以内になるまで制御棒を引抜き出力を上昇させ
る。逆に出力要求信号５が小さい場合、同様に制御棒を
挿入し出力を低下させる。

また、ポイズン濃度制御装置１３は、出力偏差３１に見
合ったポイズン濃度制御信号４３に従い、偏差が比例演
算器３３の不感帯以内になるまでポイズン除去信号２９
、又は、ポイズン注入信号３ｏを出力し、ポンプ１４、
弁１５並びに冷却器１６等で構成される重水＠環ループ
２８、及び。

カランドリアタンク９の重水中に含まれるポイズン濃度
を調節する。即ち、出力要求信号５が原子炉出力信号４
１と比較して大きい場合、ポイズン除去信号２９を出力
し、ポイズンを含む重水循環ループ２８から、弁１８並
びに除去塔１９等で構成されるポイズン除去装置１７へ
導く重水流量を増加し、ポイズン濃度を減少させて出力
を上昇させる。逆に出力要求信号５が小さい場合、ポイ
ズン注入信号３ｏを出力し、弁２１並びにポンプ２２等
で構成されるポイズン注入装置２０により、ポイズン溶
解槽２３から前記重水ｔｉ環ループへ注入するポイズン
の量を増加しポイズン濃度を増加させて出力を低下させ
る。

上記制御棒制御系及びポイズン濃度制御系は相互に協調
し合いながら原子炉出力を制御するが、制御棒制御系は
比較的速い負荷変化に追従することができるため、ＡＦ
Ｃ・ガバナフリー運転等の場合、この制御系が主体とな
って制御する。また、ポイズン濃度制御系は制御応答の
時定数が大きい為、日負荷追従制御等のゆるやかな負荷
変化の場合、この制御系が主体となって制御する。前記
の両者により制御される原子炉出力は、炉心部の中性子
束検出器１０で検出され、中性子束計測装置１２を介し
、原子炉出力信号として原子炉出力制御装置１にフィー
ドバックされる。

さらに本実施例では、原子炉出力要求信号に対する制御
棒の最適位置を求めて設定する手段をもち、制御棒を最
適な位置に保持するようにポイズン濃度を調整する機能
を有している。制御棒の最適な位置は、制御棒の制御能
力感度並びに反応度価値と原子炉出力との対応から関数
発生器３４により、以下のように設定される。

１、原子炉出力が制御上限付近にある場合、制御棒の位
置は制御能力感度並びに反応度価値が小さい上限付近に
設定する。これは、制御棒を中央位置付近から下側にし
た場合、出力急増指令に対しては原子炉出力がオーバー
シュートする可能性があり、出力域指令に対しては制御
性が悪いことによる。

２、原子炉出力が制御下限付近にある場合、制御棒の位
置は反応度価値が大きい下限付近に設定する。これは、
制御棒を中央位置付近から上側にした場合、出力増指令
に対する制御性が悪いことによる。

上記位置設定信号３５と位置検出器８からの位置信号４
４との偏差信号３６に見合ったポイズン濃度補正信号が
比例積分演算器３７で求められ。

この信号と出力偏差３１に見合ったポイズン濃度制御信
号と加算した制御信号４３をポイズン濃度制御装置１３
に与える。ポイズン濃度制御装置１３は前述の方法と同
様に重水中のポイズン濃度を調節する。

本実施例によれば、負荷変化速度の大小にかかわらず、
最適な負荷追従制御を行なうことができるだけでなく、
安全性並びに稼働率が向上することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、以下の効果が得られる。

１、出力要求値と原子炉出力との偏差に見合った制御信
号により、制御棒の位置及びポイズン濃度を直接的に制
御するため、日負荷追従やＡＦＣ・ガバナフリーのよう
な負荷追従制御に好適な制御性能をもつ原子炉出力制御
装置を提供することができる。

２、原子炉出力に対して、最適な制御能力感度及び反応
度価値をもつ制御棒の位置を求め、制御棒をその位置に
保つように制御するため、出力急増要求や外乱等による
トラブル発生を防ぎ、安全性並びに稼働率の向上を図る
ことができる。

３、ゆるやかな負荷追従に対しては、ポイズン濃度制御
系が主体となり、速い負荷追従に対しては制御棒制御系
が主体となって制御する構成であるため、各々の機器の
長寿命化を図ることができる。

４、前記１項の制御装置を構成するためのハードウェア
は、従来技術の装置に若干の演算器を追加するだけで実
現でき、経済的にも有利である。

また、上記をソフトウェアで構成することも可能であり
、この場合の経済性は従来技術とほぼ同等である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図は本発明に
よる負荷追従運転説明図、第３図は制御棒の位置１反応
度価値並びに制御能力感度と原字炉出力との関係説明図
である。 １・・・原子炉出力制御装置、２・・・負荷一定信号、
３・・・負荷追従信号、４・・・切換器、５・・・出力
要求信号、６・・・制御棒制御回路、７・・・制御駆動
装置、８・・・位置検出器、９・・・カランドリアタン
ク、１０・・・中性子束検出器、１１・・・制御棒、１
２・・・中性子束計測装置、１３・・・ポイズン濃度制
御装置、１４・・・循環ポンプ、１５・・・弁、１６・
・・冷却器、１７・・・ポイズン除去装置、１８・・・
調節弁、１９・・・ポイズン除去塔、２０・・・ポイズ
ン注入装置、２１・・・調節弁。 ２２・・・ポンプ、２３・・・ポイズン溶解槽、２４・
・・制御棒案内管、２５・・・圧力管、２６・・・燃料
棒、２７・・・重水出入口、２８・・・重水循環ループ
、２９・・・ポイズン除去指令、３０・・・ポイズン注
入指令、３１・・・出力偏差信号、３２・・・比例演算
器、３３・・・比例演算器、３４・・・関数発生器、３
５・・・位置設定信号、３６・・・位置偏差信号、３７
・・・比例積分器、４１・・・原子炉出力信号、４２・
・・制御棒駆動信号、４３・・・第２の （１）　目負荷追従運、魂大

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉の出力を求める手段と、原子炉の炉心部に挿
   入される制御棒の位置を調整する制御棒駆動系と、前記
   炉心部の液体ポイズン除去手段及び注入手段を有するポ
   イズン濃度制御系とからなる原子炉出力制御装置におい
   て、原子炉の出力信号と出力要求値との偏差に見合つた
   制御棒制御信号並びにポイズン濃度信号を求める手段を
   備え、かつ、前記２つの制御信号を制御棒駆動系とポイ
   ズン濃度制御系とに与えて協調制御するように構成した
   ことを特徴とする原子炉出力制御装置。 ２、制御棒の位置を検出する手段と、原子炉の炉心部に
   挿入される制御棒の位置を調整する制御棒駆動系と、前
   記炉心部の液体ポイズン除去手段及び注入手段を有する
   ポイズン濃度制御系とからなる原子炉出力制御装置にお
   いて、制御棒の位置と制御棒反応度価値との関係から、
   原子炉の出力信号又は、出力要求値に対して最適な制御
   棒の位置を求めて設定する手段を備え、且つ、前記検出
   位置と設定位置との偏差に見合つた制御信号を求め、こ
   の制御信号によりポイズン濃度を制御する手段を有する
   ことを特徴とする原子炉出力制御装置。 ３、制御棒の位置を検出する手段と、制御棒の位置と制
   御棒反応度価値との関係から、原子炉の出力信号又は、
   出力要求値に対して最適な制御棒の位置を求めて設定す
   る手段を備え、且つ、前記検出位置と設定位置との偏差
   に見合つた制御信号を求める手段をもち、この制御信号
   を原子炉の出力信号と出力要求値の偏差に見合つたポイ
   ズン濃度制御信号に加算した制御信号によつてポイズン
   濃度を制御することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   の原子炉出力制御装置。