JPH01263403A - 給水制御装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は原子炉またはボイラの水位をある設定値に維持
するように給水流量を制御する給水制御装置に関する。

（従来の技術） 沸騰水型原子炉（以下、ＢＩＮＲと略す）またはドラム
式ボイラにおいては、原子炉またはボイラの性能あるい
は安全の面から炉水位またはボイラ水位をある一定レベ
ルに保つ必要がある。このため、炉水位またはボイラ水
位の変動に応じて給水制御系により給水流量を制御して
いる。第４図に従来使用されている給水流量制御装置（
特願昭６０−２７９０４８号明細書参照）を原子炉給水
制御に適用した例を示す。

第４図において、水位検出器により検出された原子炉水
位Ｓ】と、予め設定した設定水位Ｓ２を加算器１へ入力
して得られる水位偏差信号Ｓ３を水位制御器２へ入力す
る。

この水位制御器２は、比例および積分コントローラで構
成され、原子炉が通常運転中に生じる例えば炉出力変更
に伴う炉水位変動に追従して制御信号Ｓ４を出力する。

また、前記の比例、積分が応容土問題となる原子炉圧力
上昇に起因する炉水位変動については、原子炉内圧力信
号Ｓ５を人力し、過渡的な圧力変化に応答するように設
定された過渡補償器３が炉水位変動を抑制する過渡圧力
信号Ｓ６を出力する。

また、給水流量と主蒸気流量が等しければ、水位変動は
零となるので、給水流量信号Ｓ７と主蒸気流量信号Ｓ８
の流量偏差信号Ｓ９も零とするよう加算器４へ入力し、
両者の偏差信号Ｓ９にゲイン５を乗じる。

水位制御器２、過渡補償器３、ケイン５の各出力信号Ｓ
、、、Ｓ６．Ｓ□。を加算器６へ入力し、それら出力信
号の和である流量制御信号Ｓｌｌを給水制御器７に入力
して給水流量を演算し、給水サーボ系８への旺動信号Ｓ
１２を出力する。これにより、流量制御信号８１．１に
応した給水流量Ｓ１３得ることができる。

ところで、原子炉水位に変動が発生する主な要因は、炉
圧力、給水流量および原子炉出力変更による主蒸気流量
の変化である。

前記したように主蒸気流量８０と給水流量Ｓ７は通常等
しいので、もし両者の間にミスマツチが発生すれば、そ
の偏差信号（ミスマツチ信号）Ｓ！ｌにゲインを乗して
給水流量５１３を制御し、流量偏差Ｓ９が零となるよう
にしている。主蒸気流量と給水流量は、負荷遮断、再循
環ポンプ［・リップ、給水ポンプ１〜リツプ等が発生し
た過渡状態において、当然ミスマツチが発生しているの
で、ミスマツチ量と符号に応して給水流量指令を増減す
ることにより連応性が向上する。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記偏差信号Ｓ９は水位制御器２にとれば外乱
となり、オーバーシュート量や整定時間の増加を招くこ
とになる。例えば、第５図に示すように、ＭＧ速度を急
増させた場合、主蒸気流量Ｓ。

が急増し原子炉水位Ｓ１が急減した後、炉圧信号Ｓ５の
減少を過渡補償器３て検出し、給水流量Ｓ　］、　３を
減少させる補正が行なわれるが、主蒸気流量信号Ｓｎと
給水流量信号Ｓ７の偏差により大きな給水増加バイアス
が加えられているため、炉水位Ｓ１の回復が遅く、かつ
後半では給水流量Ｓｅ］を余分に制御するためオーバー
シュート気味となる。

このため、第４図に示したゲイン５を大きくし過渡状態
の応答特性を改善する調整が必要であるが、ゲイン！ｌ
！＋整だけでは限度がある。また、原子カブラン！−に
よる発電量の電力系統に占める割合は年々増加している
ため、原子カブラン１〜はベース負荷から火力プラント
同様ＡＦＣや、昼と夜の出力を変更する出力調整が必要
となってきている。これらの運転では、プラントにとリ
ノ」１過渡状態が連続して発生していることになり、こ
の時に前記した過渡状態が発生するおそれがある。

このようしこ、原子炉またはボイラが運転中に炉水位ま
たはボイラ水位の変動を引き起こす主要因である炉圧ま
たはボイラ内圧、給水流量および原子炉またはボイラ出
力変更による主蒸気流量の変化において従来技術では圧
力変動については、原子炉またはボイラの圧力信号を微
分特性の過渡補償器を介して水位制御器に加えることに
より、炉圧またはボイラ内圧変動により引き起こされる
炉水位またはボイラ水位の過渡的な変動の抑制を行−４
＝ なっており、給水流量および主蒸気流量については、検
出流量をフィードバック信号として使用し、これら物理
量の変動に即応性し、炉水位またはボイラ水位の大幅な
変動を抑制していた。

しかし、プラント運用の変化により、ＡＦＣ運転や出力
変動回数が増え、主蒸気流量や、給水流量の変動が多く
なり、小過渡状態が連続して発生すると、前記物理量の
フィードバックはゲインが大きく大幅な変動を抑制する
反面、水位制御器にとっての外乱として与える影響が無
視できなくなってきた。

また、再循環ポンプのトリップによる炉水位またはボイ
ラ水位のスエリングや圧力制御系の変動による水位変動
は、再循環流量や原子炉またはボイラ内圧力の整定につ
れて再び元の水位に復帰するのに対して、第４図に示し
た従来の給水制御系は、水位偏差信号をそのまま制御系
に導入するため見掛は上の水位変動にも追従して、給水
流量を調節するので余分な水位変動を生し、過渡現象の
終わりの時点で、給水の過不足による給水系機器のトリ
ップを引き起こし、以後の制御が不能となる不具合があ
った。

そこで本発明は、原子炉またはボイラが運転中に発生す
る大きな水位変動を速やかに抑制し、原子炉またはボイ
ラを安定して運転することができるコンバクＩ〜で経済
的な給水制御装置を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明は、原子炉またはボイラの水位を制御するために
、炉またはボイラの水位を検出して実水位と設定水位と
の偏差を零とするように水位制御器により給水流量を制
御する給水制御装置において、原子炉またはボイラの圧
力と、原子炉またはボイラから発生する主蒸気流量と、
原子炉またはボイラへ供給される給水流量と、炉水位ま
たはボイラ水位の各検出信号を微分特性の過渡補償器を
介して水位制御器の出力信号に加えるようにしたもので
ある。

（作用） 上記の手段により、過渡状態においては、主蒸気流量信
号の変動と給水流量信号の変動が、また、原子炉または
ボイラの圧力信号の変動と水位信号の変動が各々互いに
相殺され、水位制御器の出力信号に加わるバイアスが零
となるように作用するため、定常運転に近い水位制御が
可能となる。

（実施例） 以下、本発明を原子カプラントへ適用した場合の一実施
例を第１図および第２図を参照しつつ説明する。

第１図は本発明の一実施例による給水制御装置の構成図
を示したものであり、図中、第４図と同一符号は同一ま
たは相当部分を示し、第４図の構成と異なる点は、炉水
位信号Ｓｌを微分特性の過渡補償器１１に入力して得ら
れた過渡水位信号５２１を加算器】２に加える点と、給
水流量信号Ｓｌを微分特性の過渡補償器１３に入力し得
られる過渡給水流量信号Ｓ２２と、主蒸気流量信号ＳＯ
を微分特性の過渡補償器１４に入力して得られた過渡主
蒸気流量信号Ｓ２３とを加算器１５に入力し、得られる
偏差信号Ｓ２４を加算器］２に加え、更に偏差信号Ｓ２
４と過渡水位信号ＳＺＸとの偏差を加算器６に加えてい
る点である。

この構成で、炉水位は、比例および積分コンＩ・ローう
で構成された水位制御器２により、設定水位信号Ｓ２と
原子炉水位信号Ｓ１の水位偏差信号Ｓ３を零にするよう
に制御される。一方、通常運転中に給水流量信号Ｓ７と
主蒸気流量信号Ｓｏとは所定出力レートに従って徐々に
且つ同様に変化する。このため、通常運転中に生しる例
えば炉出力変更に伴う炉水位変動は、殆ど発生しない。

また、前記の比例および積分コントローラが応答上問題
となる原子炉圧力−に昇に起因する炉水位変動について
は、第４図に示した従来回路の動作と全く同様に説明で
きる。即ち、電力系統側に発生した擾乱のために発電機
周波数がある値以上に上昇した場合には、ガバナが動作
してタービンに流入する蒸気を調節する加減弁を閉方向
に動作させる。このとき、原子炉圧力か上昇し、原子炉
が運転中に炉内に常時存在するボイ１−をつぶし、その
ボイド消失のために炉水位が急激に低下する。前記の水
位制御器２は、比例、積分コンＩ・ローラのため炉水位
の急激な変動に対する応答は遅いため、原子炉内の急激
な圧力変化を過渡補償器３により検出し、原子炉内圧力
信号Ｓ５の変化に応じた過渡圧力信号Ｓ６を水位制御器
２の出力Ｓ４に加算して、原子炉圧力に起因する炉水位
変動を抑制する。

この過渡補償器３は、第２図に示すように、不完全微分
回路３Ａと、位相補償関数３Ｂと、リミッタ３Ｃとから
構成されている。不完全微分回路３Ａは運転上発生する
長時間（数１０秒以上）の原子炉圧力変動には応答せず
、原子炉の急激な水位変動を引き起こす圧力変動のみに
応答して出力を発生する。また、位相補償関数３Ｂは、
位相補償を行なう周波数範囲に見あうよう決定される。

−例として示すとに；ゲイン、　ＴＪ〜５；時定数、　
Ｓ；ラプラス猷算子である。過渡補償器３の出力Ｓ６は
炉水位制御系に対しては、バイアスとして働き、炉水位
制御系の安定性へは直接影響を与えない。そのため、時
定数Ｔ】〜５は第１図の過渡圧力信号Ｓ６から給水制御
器７を通して炉水位までの制御遅れを補償するように決
定される。また、ゲインには原子炉圧力変動に対して給
水制御系の応答が満足するように決定される。また、こ
の過渡補償器出力Ｓｂが過大となり、炉水位を大幅に変
動させないように出力を制限するためのリミッタを設け
ている。

しかしながら、前記の手段たけでは、ＡＦＣ運転のよう
な系統周波数に同調するための出力変動や電力調整のた
めの出力変更時のような、比較的変化の穏やかな炉圧変
動が連続的に発生する場合に不具合を生ずる。原子炉内
圧力は、主蒸気流量変化の結果、時間遅れを持って変化
するので、この圧力変化により、給水流量Ｓ１３を制御
して炉水位を一定に保とうとすると、前記小過渡状態が
周期的に発生した場合、主蒸気流量信号Ｓｏか増加した
時過渡補償器３からの補正過渡圧力信号ｓ６により給水
流量Ｓ１３を増加する。給水流量信号ｓ７が増と検出さ
れたときに今度はガバナ動作によりタービンに流入する
主蒸気流量が減少しているような位相ズレがあると、第
４図に示した従来回路では主蒸気流量信号Ｓ８と給水流
量信号ｓ７の偏差は大きくなり、これにゲイン５が乗ぜ
られるため、給水制御器７には非常に大きな流量制御信
号Ｓｌｌが久方され給水流量を制御するため余分な水位
変動を生ずることになる。

このため本発明の制御装置では、第２図に示す構成と同
等の過渡補償器１１．１３．１４を給水流量信号Ｓ７、
主蒸気流量信号Ｓｏおよび原子炉水位信号ｓｌに各々設
けて、これら過渡補償器１１．１３．１４の出力信号を
水位制御器２の出力側に加える構成としている。過渡補
償器出力ｓ［ｉは、炉水位制御系に対してはバイアスと
して働いているため通常運転中の緩やかな各プロセス信
号の変化には追従しないので、炉水位制御系の安定性へ
は直接影響を与えない。

一方、前記小過渡状態が連続的に発生する場合には先ず
主蒸気流量信号Ｓｅの変化が過渡補償器１４によって検
知され、炉圧補償回路より先行して過渡主蒸気流量信号
Ｓ２３が出力されることにより給＝１１＝ 水流量Ｓ１３が補正される。給水流量Ｓ１３が制御され
ると給水流量信号Ｓ７も変化し、この変化量が主蒸気流
量の変化量と一致すると相殺され、水位制御器２の出力
へのバイアスは零となる。同様に主蒸気流量信号Ｓｏが
変動した後、遅れて発生する炉内圧力変化により、ボイ
ドが増加または減少して、炉水位が急激に増加または減
少する。この水位信号Ｓ１の急変を過渡補償器１１で検
知し、過渡水位信号Ｓ２］を水位制御器２の出力側へバ
イアスとして加え、過渡圧力信号Ｓ６の出力信号と相殺
する。

以上のように過渡状態においては、主蒸気流量信号Ｓｏ
の変動と給水流量信号Ｓ７の変動が、また、炉内圧力信
号Ｓ５の変動と原子炉水位信号Ｓ１の変動が各々互いに
相殺され、バイアスが零となるように作用するため、定
常運転に近い水位制御が可能となる。そのため、過渡補
償器Ｉ３は過渡給水流量信号Ｓ２２から給水制御器７を
通して炉水位となる迄の制御遅れを補償するように決定
され、ゲインには主蒸気流量変動に対して同等の応答性
が得られるように決定される。同様に、過渡補償器１４
は、過渡主蒸気流量信号Ｓ２３から給水制御器７を通し
て給水流量となり、最終的に炉水位となる迄の制御遅れ
を補償するよう決定され、ゲインには給水流量変動に対
して同等となるよう決定される。また、過渡補償器１１
は過渡水位信号３２３から給水制御器７を通して炉水位
までの制御遅れを補償し、ゲインには原子炉内圧力補償
系と同等になるよう決定される。例えば、第３図に示す
ように、第５図に示した従来例同様にＭＧ速度を急増さ
せた場合を考えると、主蒸気流量信号Ｓ８の急増に対し
て過渡補償器１４により過渡主蒸気流量信号Ｓ２３が出
力され、給水流量Ｓ１３を増方向に補正するため、炉水
位Ｓ１が回復し始め給水流量信号Ｓ７が増方向に変化し
たことを過渡補償器１３により検知し、過渡給水流量信
号Ｓ２２が出力される。これにより、給水流量Ｓ１３の
増加が抑制され炉水位の回復が一時抑えられる。

その後、炉圧信号Ｓ５が減少したことによる過渡圧力信
号Ｓ６が、給水を減少させようと動作するが同時に炉水
位Ｓ】の減少が過渡補償器１１により検知され給水流量
Ｓ　１３を増加させるよう動作する。このため、給水増
のバイアスと給水域のバイアスがバランス良く加えられ
、第５図に見られるような後半のオーバーシュー１〜か
なく力１水位Ｓ１の整定も速く行なわれることが判る。

なお、上記実施例では、本発明の給水制御装置を原子カ
ブランｌ−に適用した場合について説明したが、火力プ
ラントに適用した場合も同様にＨＱ明するごどかできる
。この場合、再循環流鼠の変０ｊは原子炉の場合にはス
エリンクによる水位変動どボイ１−を循環させることに
よる出力変化、即ち主蒸気流量変化に表わオしるのに対
し、ボイラの場合には主に水位夢島とし２て表われる相
違があるが、本発明による構成によれば、７・Ｆ位変動
、主蒸気流量変動共に過渡補償しているため同様に説明
できる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明の給水制御装置によれば、原子
炉またはボイラが運転中に発生する大きな水位変動や連
続的に発生ずる小過渡状態に対して、水位変動の主要因
である主蒸気流量変動や給水流量変動、圧力変動に対し
ては、速やかに抑制する効果が得られる。

そのために、これらの過渡状態における運転マージンが
確保され、原−ｒ炉または火力ブラン１−の安定運転を
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す給水制御装置の構成図
、第２図は第１図の過渡補償器の構成図。 第３図は第１図の給水制御装置の応答特性図、第４図は
従来の給水制御装置の構成図、第５図は従来の給水制御
装置の応答特性図である。 １．４，６，１２．１５・・・加算器、２・・・水位制
御器、３　、　］　］、　。 ］３．１４・・・過渡補償器、５・・・ゲイン、７・自
給水制御器、８・・・給水サーボ系。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原子炉またはボイラの水位を制御するために、炉または
   ボイラの水位を検出して実水位と設定水位との偏差を零
   とするように水位制御器により給水流量を制御する給水
   制御装置において、原子炉またはボイラの圧力の変化分
   を検出する回路と、原子炉またはボイラに供給される給
   水流量の変化分を検出する回路と、原子炉またはボイラ
   から発生する主蒸気流量の変化分を検出する回路と、原
   子炉またはボイラの水位の変化分を検出する回路を備え
   、これら変化分検出回路出力を前記水位制御器出力に加
   えて給水流量を制御することを特徴とする給水制御装置
   。