JPH01314998A - 原子炉出力制御装置とその制御方法 - 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、原子力発電プラントの原子炉出力制御、特に
制御棒操作と炉心流量を設定された出力変更パターン等
に従って自動的に調整する原子炉出力制御装置とその制
御方法に関するものである。

（従来の技術） 原子炉内で冷却材を沸騰させて蒸気を得る沸臆水型原子
炉においては、従来より制御棒の炉心内への挿入、引抜
きと、炉心における冷却材の流量を調整することにより
、原子炉の出力を調節している。即ち制御棒駆動機構を
操作して制御棒を炉心内に挿入すると原子炉の出力が低
下し１、制御棒を引抜くと出力は上昇する。また冷却材
ポンプの回転数を変化させて、炉心流量を増加させると
出力が上昇し、流量を減少させると出力は低下する。

これにより発生する蒸気量を制御して、発電機の出力電
力を調整していた。

（発明が解決しようとする課題〉 従来出力の調整に際し、制御棒と炉心流量は個別に制御
しており、かつ一般に運転員の手動操作によって調節さ
れていたため、出力変更等の時に制御棒と炉心流量のい
ずれを調節するかは運転員の判断に任されていた。しか
しながら一般に制御棒による原子炉の出力調節は制御棒
操作量に対する出力変化が大きいが応答は遅く、また冷
却材の炉心流量制御については応答は速いが起動、停止
時のような大幅な出力変化は得難い、このため制御棒操
作と、流量制御とを協調して特に所定の出力変化パター
ンの設定信号に従って制御するためには、制御棒駆動機
構の運転、停止操作を頻繁に繰返す必要があり、運転員
には豊富な経験と多大の労力を要求されるだけでなく、
定められた出力変更パターン等に精度よく一致させるこ
とは極めて困難であった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、定められた出力設定信号に追従して炉
心流量を調整すると共に、その所定の調整範囲内におい
て制御棒と炉心流量を協調して自動的に制御し、しかも
精度よく発電機出力を調節できる原子炉出力制御装置と
その制御方法を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 制御棒を挿抜する制御棒駆動機構と炉心に冷却水を循環
させる冷却水ポンプの速度を制御するポンプ駆動装置を
備えた原子炉と前記原子炉から発生する蒸気によって駆
動される蒸気タービン及び発電機からなる原子力発電プ
ラントにおいて、目標出力を設定した出力設定装置と、
この出力設定装置の設定出力信号と前記発電機の出力信
号との偏差を検出してこれを補償するように前記炉心の
冷却水流量の制御信号を出力すると共に予め炉心流量の
定格値と上限値及び下限値を設定して炉心流量信号との
比較信号を出力する炉心流量制御装置と、前記比較信号
を入力して炉心流量が前記設定値より大の時には制御棒
の引抜きを、小の時には制御棒の挿入指令信号を出力す
る制御棒制御装置を備える。

（作用） 出力設定値と発電機出力信号との偏差を検出し、この偏
差が零となるような速度制御信号を冷却水ポンプの駆動
装置に出力し、炉心流量を変化させて炉出力及び発電機
出力を設定値に合致するように制御すると共に、炉心流
量が予め設定した所定流量の範囲外となった場合には制
御棒の挿入、引抜操作を実施し、これによる出力の変動
も炉心流量の所定流量範囲内において自動的に制御する
。

（実施例） 本発明の一実施例について図面を参照して説明する。第
１図は構成図で、原子炉１内には炉心２が設置されてお
り、この炉心２内に炉出力を調節するための制御棒３が
設けられている。この制御棒３を挿入、引抜きする制御
棒駆動機構４は高圧水または電動機を動力源とし原子炉
１の外部に設置してある。また原子炉１には、内蔵ある
いは外部に設置して原子炉１と配管で連結された冷却材
ポンプ５がいずれも複数台設置されていて、ポンプ電源
装置６により駆動され回転速度を調節して炉心流量を変
化させる。なおこの炉心流量は炉心流量検出器７により
検出される。原子炉１の上部には主蒸気通路である主蒸
気配管８が蒸気タービン９との間に連通されていて、こ
の蒸気タービン９には発電機１０が直結されている。前
記原子炉１で発生した蒸気は蒸気タービン９を廻し、発
電機１０を駆動する。この発電機１０の発電出力は、電
力検出器１１によって検出されて電力信号Ｐｇとして炉
心流量制御装置２１に伝達される。また出力設定装置２
２は、予め制御目標である発電機１０の出力変化パター
ン等、設定値を設定してあり、その出力設定値Ｐｒを前
記炉心流量制御装置２１に出力する。炉心流量制御装置
２１では、前記電力信号Ｐｇと出力設定値Ｐｒの偏差を
零とするような流量制御信号である速度制御信号を、前
記ポンプ電源装置６に出力する。また炉心流量制御装置
２１には前記炉心流量検出器７よりの炉心流量信号Ｆｃ
も入力される。炉心流量制御装置２１には予め許容され
る炉心流量の下限値Ｆ［と上限値Ｆｕ及び定格値ＦＯが
設定されていて、炉心流量信号Ｆｃと比較して炉心流量
が下限値ＰＬであることを示す信号３１と、上限値Ｆｕ
であることを示す信号３２、炉心流量が定格値以下であ
ることを示す信号３３及び定格値以上であることを示す
信号３４を制御棒駆動制御装置２３に出力する。この制
御棒駆動制御装置２３は、制御棒３に対する挿入、引抜
指令信号を前記制御棒駆動機構４と炉心流量制御装置２
１に出力する。

なお前記一実施例の構成において、炉心流量検出器７は
、冷却材ポンプ５と炉心流量との間の特性が明確な場合
には、冷却材ポンプ５の図示しない速度検出器、または
ポンプ電源装置６のやはり図示しない出力周波数検出器
等、等測的信号発生器で代替しても同様の効果が得られ
る 次に上記構成による作用について説明する。なお原子力
発電プラントに出力上昇をさせる場合と、出力降下をさ
せる場合とではその制御方法に一部相違がある。また出
力上昇か、下降かは前記出力設定装置２２に設定される
設定値である出力変化パターン等によって決まる。

まず出力上昇時について説明する。第２図は出力上昇時
のフローチャートで、 ステップＡ・・・炉心流量制御装置２１は電力検出器１
１からの発電機出力である電力信号Ｐｇと出力設定装置
２２からの出力設定値Ｐｒを入力して、その偏差が零と
なるような速度制御信号をポンプ電源装置６に出力する
。ポンプ電源装置６は、この速度制御信号に応じて冷却
材ポンプ５の速度を変化して炉心流量を変化させる。炉
心流量の変化により原子炉の出力が変化し発生蒸気量が
変わる。

この発生蒸気量の変化は、蒸気タービン９の駆動力を変
化させて発電機１０の発電出力を変化させる。この発電
出力は電力検出器１１の電力信号Ｐｇ’ｈなって、再び
前記炉心流量制御装置２１にフィードバックされ、最終
的にはＰｇ＝Ｐｒとなるように制御される。この過程に
おいて、炉心２を流れる冷却材の流量（炉心流量）は、
炉心流量検出器７によって検出され、炉心流量信号Ｆｃ
として炉心流量制御装置２１に出力される。

ステップＢ・・・上記ステップＡの過程において、炉心
流量制御装置２１は入力した炉心流量信号Ｆｃと許容さ
れる炉心流量下限値ＦＬとを比較し、Ｆｃ≦ＦＬの場合
には炉心流量がＦｃ＝ＦＬとなるように冷却材ポンプ５
の速度を制御すると共に、制御棒駆動制御装置２３に対
し、炉心流量が下限値Ｆ［であることを示す信号３１を
出力する。これは発電機１０の発電出力である電力信号
Ｐｇが出力設定値Ｐｒよりも大きい場合である。制御棒
駆動制御装置２３は、前記の信号３１が入力されている
間、制御棒３を炉心２に挿入するように制御棒駆動機構
４に挿入指令信号を出力する。この制御棒３の挿入によ
り、原子炉１の出力即ち発電機１０の発電出力は低下し
、制御棒３の動きに追従して炉心流量が制御される。制
御棒３の挿入による出力低下分を補償するように炉心流
量制御装置２１は炉心流量を増加させて、Ｆｃ＞ＦＬと
なった時点で前記信号３１をリセットし、制御棒駆動制
御装置２３は制御棒駆動機１１１４に対する制御棒３の
挿入指令信号を止め、制御棒３を停止する。

以上のようにして炉心流量（Ｆｃ）が許容される下限値
ＦＬ以上で、発電機１０の発電出力（Ｐｇ）＝出力設定
値Ｐｒとなるように制御される。なお図示しないが前記
信号３１をリセットする条件のＦｃ＞ＦＬに、ハンチン
グ防止のためデッドバンド（不怒帯）εを設けて、Ｆｃ
＞ＦＬ＋εとすることは容易に可能である。

ステップＣ・・・また前記ステップＡの過程において、
炉心流量制御装置２１は入力した炉心流量信号Ｆｃと許
容される炉心流量の上限値Ｆｕを比較し、Ｆｃ≧Ｆｕの
場合には炉心流量がＦｃ＝Ｆｕとなるように冷却材ポン
プ５の速度を制御すると共に、制御棒駆動制御装置２３
に対し、炉心流量が上限値であることを示す信号３２を
出力する。

これは発電機１０の発電出力である電力信号Ｐｇが出力
設定値Ｐｒよりも小さい場合である。制御棒駆動制御装
置２３は、前記の信号３２が入力されている間、制御棒
３を引抜くように制御棒駆動機構４に引抜指令信号を出
力する。これにより発電機１０の発電出力は上昇し、電
力信号Ｐｇが出力設定値Ｐｒと等しくなった後、制御棒
３の引抜きによる出力上昇分を補償するよう炉心流量制
御装置２１は炉心流量を減少させて、Ｆｃ＜Ｆｕとなっ
た時点で前記信号３２をリセットし、制御棒駆動制御装
置２３は制御棒駆動機構４に対する制御棒３の引抜指令
信号を停止する。以上のようにして、炉心流量（Ｆｃ）
が許容される上限値Ｆｕ以下で、発電機１０の発電出力
（Ｐｇ）＝出力設定値Ｐｒとなるように制御される。な
お前記ステップＢと同様に信号３２をリセットする条件
Ｆｃ＜Ｆｕにはデッドバンドεを設けて、Ｆｃ＜ＦＬ−
εとすることは容易である。

ステップＤ・・・さらに上記ステップＡの過程において
、炉心流量（Ｆｃ）が許容される下限値ＦＬと上限値Ｆ
ｕとの間にある場合に、炉心流量制御装置２１は上記ス
テップＡの過程で説明したように、まず発電機１０の電
力信号Ｐｇと出力設定装置２２の出力設定値Ｐｒとの偏
差が零となるようにポンプ電源装置６に速度制御信号を
出力する。

この時の炉心流量は、炉心流量検出器７によって検出さ
れ、炉心流量信号Ｆｃとして炉心流量制御装置２１に入
力される。この炉心流量制御装置２１ではこの時の炉心
流量信号Ｆｃと炉心流量の定格値ＦＯとを比較して、Ｆ
ｃ＞Ｆｏ＋ΔＦの場合には、炉心流量が定格値Ｆｏより
も大きいことを示す信号３４を制御棒駆動制御装置２３
に出力する。ここでΔＦとは、制御にヒステリシスを持
たせて、調整制御にハンチングを発生させないためのデ
ッドバンドεである。制御棒駆動制御装置２３は、前記
炉心流量が定格値よりも大きいとする信号３４が入力さ
れている間、制御棒３を引抜くように、制御棒駆動機構
４と炉心流量制御装置２１に引抜指令信号を出力する。

この制御棒３の引抜きにより発電機１０の発電出力（Ｐ
ｇ）は増加し、これを補償するように炉心流量制御装置
２１は上記ステップＡで述べたように炉心流量を減少さ
せるように制御し、制御棒３の引抜指令信号入力継続中
に炉心流量信号ＦｃがＦｃ＝Ｆｏとなった時点で前記信
号３４をリセットして、制御棒駆動制御装置２３は制御
棒駆動機構４に対し引抜指令信号を停止する。以上のよ
うにして炉心流量（Ｆｃ）が定格値Ｆｏに対して、Ｆｃ
＞Ｆｏ＋ΔＦとなった場合にはＦｃ≦Ｆｏとなるように
制御棒３を引抜く動作をする。なお炉心流量の定格値Ｆ
ｏ及びデッドバンドΔＦは、定数であっても、また出力
設定装置２２からの出力設定値Ｐｒの関数として可変の
ものであってもよい。

次に出力降下時について第３図の出力降下時のフローチ
ャートにより説明する。なおステップＡ“の過程につい
ては、上記した第２図における出力上昇時のステップＡ
と同様であり、またステップＢ°は上記ステップＣ１さ
らにステップＣ。

は上記ステップＢと同様であるので説明を省略する。し
かしステップＤ゛については、炉心流量が許容される下
限値Ｆ［と上限値Ｆｕとの間にある場合には、上記した
ステップＤとは相違しているので、以下ステップＤ°に
ついて説明する。

ステップＤ−・・先ず上記ステップＡの過程で述べたよ
うに、炉心流量制御装置２１は発電機１０からの発電出
力である電力信号ｐｇと、出力設定装置２２からの出力
設定値Ｐｒの偏差が零となるよう、冷却材ポンプ５を駆
動するポンプ電源装置６に速度制御信号を出力する。こ
の時の炉心流量は炉心流量検出器７によって検出され、
この出力である炉心流量信号Ｆｃは炉心流量制御装置２
１に入力される。炉心流量制御装置２１では入力した炉
心流量信号Ｆｃと炉心流量の定格値Ｆ○とを比較して、
Ｆｃ＜Ｆｏ−ΔＦの場合には炉心流量が定格値Ｆｏより
も小さいことを示す記号３３を制御棒駆動制御装置２３
に出力する。ここでΔＦは前記出力上昇時と同じく制御
にヒステリシスをもたせるためのデッドバンドである。

制御棒駆動制御装置２３はこの時、上記炉心流量信号Ｆ
ｃが定格値ＦＯよりも小さいことの信号３３が入力され
ている間、制御棒３を炉心２に挿入する挿入指令信号を
制御棒駆動機１１１４及び炉心流量制御装置２１に出力
する。この制御棒３の炉心２挿入により、原子炉出力（
Ｐｇ）は減少し、これを補償するように炉心流量制御装
置２１は上記ステップＡにて述べたように、炉心流量を
増加させるように制御し、挿入指令信号入力継続中にＦ
ｃ≧Ｆｏとなった時点で、信号３３をリセットして制御
棒駆動制御装置２３は、制御棒駆動機構４に対する制御
棒３の挿入指令信号を停止する。

以上のようにして、炉心流量（Ｆｃ）が炉心流量の定格
値ＦＯに対してＦｃ＜Ｆｏ−ΔＦとなりた場合には、Ｆ
ｃ≧Ｆｏとなるように制御棒３を挿入操作する。

なお炉心流量の定格値Ｆｏ及びデッドバンドΔＦは、定
数であっても、また出力設定装置２２からの出力設定値
Ｐｒの関数として可変のものであってもよいことは、上
記したステップＤの出力上昇の場合と同様である。

［発明の効果］ 以上本発明によれば、炉心流量を原子炉の運転上、許容
する上限値と下限値の間に制御しながら予め設定した発
電機の出力変更パターン等設定値に対して精度よく一致
させるように制御すると共に、作動時間が遅くその操作
量に対して出力変化の大きい制御棒による出力制御を応
答の速い冷却材の炉心流量制御により微細に補償を行な
う等、制御棒操作と炉心流量制御の特徴をを活用し、し
かもこれを同時に協調させて運転員の操作を煩わせるこ
となく、自動的に原子力発電プラントの出力制御を精度
よ〈実施できるので、その運転効率と信頼性向上に効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は出力上昇時のフロー
チャート、第３図は出力下降時のフローチャートである
。 １・・・：原子炉　　２・・・炉心 ３・・・制御棒　　４・・・制御棒駆動機構５・・・再
循環ポンプ ６・・・ポンプ電源装置 ７・・・炉心流量検出器 ９・・・窯気タービン　　１０・・・発電機１１・・・
電力検出器 ２１・・・炉心流量制御装置 ２２・・・出力設定装置 ２３・・・制御棒駆動制御装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子炉炉心内の制御棒を挿抜する制御棒駆動機構
   と炉心に冷却水を循環させる冷却水ポンプの速度を制御
   するポンプ駆動装置を備えた原子炉と前記原子炉から発
   生する蒸気によって駆動される蒸気タービンと前記蒸気
   タービンにより駆動する発電機からなる原子力発電プラ
   ントにおいて、目標出力を設定した出力設定装置と、こ
   の出力設定装置の設定出力信号と前記発電機の出力信号
   との偏差を検出してこれを補償するように前記炉心の冷
   却水流量の制御信号を出力すると共に予め炉心流量の定
   格値と上限値及び下限値を設定して炉心流量信号との比
   較信号を出力する炉心流量制御装置と、前記炉心流量制
   御装置からの比較信号を入力して炉心流量が前記設定値
   より大の時には制御棒の引抜きを、小の時には制御棒の
   挿入指令信号を出力する制御棒制御装置を具備したこと
   を特徴とする原子炉出力制御装置。
2. （２）目標出力を設定した出力設定装置よりの出力設定
   信号と発電機からの電力信号を炉心流量制御装置に入力
   して、その両信号の偏差が零となるような炉心流量制御
   信号をポンプ電源装置に出力すると共に、前記ポンプ電
   源装置は入力した炉心流量制御信号により冷却水ポンプ
   の速度を調節し、炉心流量を変化させて出力設定信号と
   発電機の電力信号とが一致するように炉出力を制御する
   。 さらに炉心流量制御装置において炉心流量信号を入力し
   て、予め設定してある炉心流量の下限値、上限値及び定
   格値の流量設定値と比較し、出力上昇時において、炉心
   流量が下限値以下、上限値以上及び下限値と上限値の中
   間では定格値以上において夫々の比較信号を制御棒制御
   装置に出力して制御棒制御装置において前記下限値以下
   の比較信号が入力されている間は制御棒挿入指令信号を
   、上限値以上あるいは定格値以上の比較信号の時には制
   御棒引抜指令信号を制御棒駆動機構に出力して制御棒を
   操作する。また前記制御棒挿入指令信号は炉心流量が下
   限値を超過した時に止め、制御棒引抜指令信号は炉心流
   量が上限値より減少した時及び定格値と同様あるいは減
   少した時に止めて制御棒の操作を停止する。なお出力下
   降時においては、炉心流量が下限値と上限値との中間時
   において、定格値以下の場合に比較信号が炉心流量制御
   装置より制御棒制御装置に出力され、制御棒制御装置か
   ら制御棒挿入指令信号が制御棒駆動機構に出力される。 また制御棒操作停止後に出力設定信号と発電機の電力信
   号の不一致が残留している時には、その出力設定信号と
   電力信号の偏差が零となるような炉心流量制御信号を炉
   心流量制御装置がポンプ電源装置に出力し、炉心流量を
   調整して制御棒操作と協調制御することを特徴とした原
   子炉出力制御方法。