JPH0133796B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、沸騰水型原子力発電所において、負
荷の変化に応じて発電出力を変更する負荷追従自
動運転装置に関する。

沸騰水型原子力発電所（以下、BWR発電所と
略称する）における炉出力の変更・調整は、周知
の如く制御棒あるいは冷却水の炉心流量を調整す
ることにより行なわれる。この炉出力の変更・調
整を行なうにあたり従来は運転者が手動操作によ
り制御棒位置設定値や炉心流量値をそれぞれの制
御器に与えて操作していた。しかし手動操作では
運転員の操作ミス等が起り易く、安定かつ信頼性
の高い運転を行ない難いという問題があつた。特
に最近では原子力発電所が年年増設されるのに伴
い、電力系統の運用面から、従来の基底負荷運転
のみならず、負荷の変化に応じて発電所出力を変
更する負荷追従運転も要求されるようになつてき
た。このため、従来の手動運転では、昼夜にわた
つての負荷追従運転を安全かつ安定に行なうこと
は極めて困難であり、操作ミスを引起し易い。

ところで原子炉出力は、制御棒位置と再循環ポ
ンプ速度（または炉心流量）に依存して変化する
が、実際には核分裂によつて生成されるゼノンが
原子炉内の中性子を吸収することから、ゼノン濃
度にも強く影響される。ゼノン濃度は従来の基底
負荷運転時にはほぼ平衝していて運転上問題はな
かつたが負荷追従運転を行なう場合は、非常に緩
慢で複雑な応答を示す。この点に関し、第１図を
参照して説明すると次のとおりである。第１図は
炉出力の変化を炉心流量との関係で表わした「炉
出力」−「流量」特性図である。図中の曲線Ｘ１−
Ｘ２はBWR発電所の核的・熱的影響により決定
される運転限界を示し、この曲線より上部の範囲
では運転が禁止されている。また曲線Ｙ１−Ｙ２
はある制御棒位置で炉心流量のみを変化させたと
き、、炉心流量100％で炉出力が100％となる炉出
力の変化であり、曲線Z₁−Z₂は制御棒位置を別の
位置にして、炉心流量を変化させた場合の炉出力
の変化である。この第１図において、例えば今、
状態Ａ（炉心流量W_A、炉出力Q_A）から炉心流量
を減少させて、状態Ｂ（炉心流量W_B、炉出力Q_B）
に炉出力を変更する場合、状態Ｂに一度達して
も、その後ゼノン濃度がはじめは増加し、それか
らゆつくりと減少して新しい炉出力に応じた平衝
値に整定する。したがつて炉心流量一定のとき炉
出力が一度下がり、また上がる。そこで炉出力を
一定値Q_Bに維持するには、一般には制御棒位置
は一定のまま炉心流量を初め増やし、それから減
らしてゼノン濃度の変化の影響を補償しなくては
ならない。即ち、第１図において曲線Ａ，Ｂ，
Ｃ，B′のような軌跡となる。同様に炉出力をQ_B
からQ_Aに戻す場合、ゼノン濃度がいちど減り、
またふえるので、流量のコントロールは、
B′DEAの曲線の軌跡となる。

このように負荷追従運転では炉出力を変更する
場合に、ゼノン濃度による炉出力変化を補償する
必要があるが、その場合の追従方式としてこれま
では炉心流量優先の追従方式が考えられていた。
この方式は、要求出力に対して第１図のB′また
はＥ点がＸ１−Ｘ２の運転限界を越えるおそれが
あるとき、運転限界に近接するまで炉心流量を操
作して炉出力を変更し、しかるのち制御棒を挿入
して運転限界を越えないようにし、ゼノン濃度補
償を炉心流量で行ないながら炉出力を制御し、炉
出力が安定したら制御棒を引き抜き炉心流量を
100％炉出力ライン（曲線Ｙ１−Ｙ２）の流量に
近づける方式である。しかし、この方式では高出
力時において制御棒を引抜くことになるため、燃
料棒の安全運転管理方案（PCIOMR）をおかす
危険性大きく、最悪の場合には燃料棒破損を招く
ことになりかねない。

本発明は、以上の状況を考慮に入れてなされた
もので、その目的はBWR型原子力発電所の運転
限界を越えない負荷追従運転を、燃料棒の安全運
転管理方案（PCIOMR）をおかすことなく、自
動的に行える原子力発電プラントの負荷追従自動
運転装置を得ることにある。

以下、本発明の詳細を図面に示す実施例によつ
て明らかにする。第２図は本発明を沸騰水型原子
力発電所用の負荷追従自動運転装置に適用した一
実施例の構成を示す図である。第２図において、
１は沸騰水型原子炉の圧力容器であり、この圧力
容器１で発生した蒸気は主蒸気管２を通り、主蒸
気加減弁３によりその量を調整されて蒸気タービ
ン４に入り、蒸気タービン４及びこれに直結され
た発電機５を回転せしめる。原子炉の圧力容器１
における蒸気発生量あるいは炉出力は圧力容器１
内に収容配設されている炉心６に対し制御棒７を
挿脱操作することによつて、又再循環ポンプ８の
速度を制御することによつて調整される。一方、
タービン制御器９は主蒸気圧力Ｐならびに発電機
出力Ｌを、端子Ｔ１に与えられる設定値PSなら
らびに端子Ｔ２に与えられる要求出力LRに一致
させるため、主蒸気加減弁３ならびにバイパス弁
１０の開度をそれぞれ調節する。

プラント予測演算器１３は、プラントデータ記
憶器１４と演算器１５とから構成される。プラン
トデータ記憶器１４には100％炉心流量で100％炉
出力となる100％炉出力ライン（第１図の曲線Ｙ
１−Ｙ２）や、運転限界を示す炉出力と炉心流量
の関係や、現在までのプラント運転における各パ
ラメータ等のデータが記憶されている。また演算
器１５ではゼノン演算を含む予測演算を行なう。
この予測演算とは操作する炉心流量が100％炉出
力ライン上の流量に接近するように、演算するこ
とを指す。

操作量選択・切換器１６は、発電機出力Ｌと要
求出力LRとを比較する比較器１７と、制御棒位
置信号Ｒとプラント予測演算器１３からの制御棒
位置予測信号ROとの加減算を行なう加減算器１
８と、炉心流量信号Ｗとプラント予測演算器１３
からの炉心流量予測信号WOとの加減算を行なう
加減算器１９と、判断器２０、リレー２１等で構
成されている。なお上記判断器２０は比較器１７
からの信号極性および加減算器１８，１９からの
各偏差信号Ｓ１，Ｓ２の有無に応じてリレー２１
をONまたはOFFさせるものである。かくして上
記操作量選択・切換器１６は、ある時点での実際
の炉出力と変更すべき出力とを比較し、現在の出
力の方が低い場合には先ず制御棒操作系Ｍ側に偏
差信号Ｓ１が流れるようにリレー接点２１ａを閉
じ２１ｂを開く。そして上記偏差信号Ｓ１が零に
なると炉心流量制御系Ｎ側に偏差信号Ｓ２が流れ
るようにリレー接点２１ｂを閉じ２１ａを開く。
逆に変更すべき出力の方が低い場合には最初リレ
ー接点２１ｂを閉じ２１ａを開き、偏差信号Ｓ２
が零になつたところでリレー接点２１ａを閉じ２
１ｂを開く。

予測補償器２２は、炉出力Ｌと要求出力LRと
の偏差を求める加減算器２３と、前記操作量選
択・切換器１６の加減算器１８，１９の偏差信号
Ｓ１，Ｓ２がいずれも零になつたとき信号を送出
し、上記加減算器２３の出力信号が零になつたと
き信号を断つゲート２４と、このゲート２４から
の信号により動作するリレー２５とで構成されて
いる。かくしてこの予測補償器２２は、前記二つ
の偏差信号Ｓ１，Ｓ２が零になつたときリレー接
点２５ａを閉じ、予測演算に基いた炉心流量制御
棒操作後の炉出力Ｌと要求出力LRとの偏差信号
Ｓ３を炉心流量制御器２６へ与える。

炉心流量制御器２６は、周知の如く主制器、可
変周波数電源装置、等にて構成されており、前記
偏差信号Ｓ２，Ｓ３等に基いて前記再循環ポンプ
８に直結されたポンプ駆動用モータ２７の回転数
を自動制御するものとなつている。

制御棒操作器２８は制御棒選択器２９と、制御
棒操作量指令器３０とで構成されている。上記選
択器２９には予め炉出力分布や熱料の燃焼度など
を考慮して制御棒操作順序が定められている。か
くして前記偏差信号Ｓ１に応じて作動する制御棒
操作量指令器３０から制御棒操作量を指令される
と、所定のシーケンスにしたがつて駆動信号Ｓ４
を制御棒駆動装置３１へ与える。

制御棒駆動装置３１は上記信号Ｓ４に応じて前
記制御棒７の挿脱駆動を行なう。

次に上記の如く構成された本装置の作用を説明
する。プラント予測演算器１３に出力要求LRが
入力すると、プラント予測演算器１３は、プラン
トデータ記憶器１４に記憶されている炉出力の変
化過程のデータや現在の制御パターンにおける炉
心流量と炉出力の関係データ及びゼノン演算式等
を用いて、上記出力要求LRに対する制御棒位置
信号ROと炉心流量信号WOとを演算し、操作量
選択・切換器１６の加減算器１８，１９にそれぞ
れ出力する。加減算器１８，１９には、その時点
での制御棒位置信号Ｒと炉心流量信号Ｗとが入力
されており、演算された制御棒位置信号ROおよ
び炉心流量信号WOとの偏差、Ｓ１（ΔR）＝RO
−ＲおよびＳ２（ΔW）＝WO−Ｗがそれぞれ算
出される。

一方、要求出力LRとその時点の出力Ｌとが比
較器１７により比較される。今、LR＞Ｌであれ
ば判断器２０から信号が送出され、リレー２１が
動作する。したがつてリレー接点２１ｂが開き、
リレー接点２１ａが閉じる。この状態は偏差信号
Ｓ１が零になるまで即ち制御棒７が演算による位
置と一致するまで継続する。偏差信号Ｓ１が零に
なると、判断器２０からの信号が断たれリレー２
１が復帰する。したがつてリレー接点２１ａが開
き２１ｂが閉じる。この状態は偏差信号Ｓ２が零
になるまで即ち炉心流量が演算結果の炉心流量
WOとなるまで継続する。炉心流量Ｗが演算によ
る流量WOと一致し偏差信号Ｓ２が零になると、
リレー２１が再動作しリレー接点２１ｂが開き２
１ａが閉じる。このとき偏差信号Ｓ１は既に零で
あるから、制御棒操作系Ｍにも信号は流れない。
偏差信号Ｓ１，Ｓ２が双方とも零になると、予測
補償器２２のゲート２４から信号が送出される。
したがつてリレー２５が動作しリレー接点２５ａ
が閉じる。このため、制御棒および炉心流量が操
作完了した後の出力Ｌと要求出力LRの間に差が
ある場合はその偏差、すなわち比較器２３の出力
信号Ｓ３（ΔL））＝LR−Ｌを炉心流量制御器２６
に出力する。かくして出力Ｌが要求出力LRに一
致する。リレー接点２５ａは出力Ｌが出力要求
LRと一致した時点で開く。Ｌ＝LRとなることに
より、操作量選択・切換器１６の比較器１７から
の信号はなくなる。したがつてリレー２１は復帰
し、接点２１ａを開き２１ｂを閉じる。このとき
偏差信号Ｓ２は既に零になつているので、流量操
作系Ｎに信号が流れることはない。

要求出力LRが与えられたこき、このLRがその
時点の出力Ｌより低い場合には、操作量選択・切
換器１６のリレー２１は動作せず、リレー接点２
１ａは開いたままであり、リレー接点２１ｂは閉
じたままである。したがつてまず炉心流量操作系
Ｎによる炉心流量操作が行なわれる。炉心流量の
操作が完了すると、リレー接点２１ｂが開き２１
ａが閉じ制御棒操作系Ｍによる制御棒操作が行な
われる。制御棒操作終了後は、要求出力LRが炉
出力Ｌより高いと判断された場合と同様の動作が
行なわれ、予測補償器２２による補償動作を経
て、出力Ｌは要求出力LRと一致する。

第３図および第４図は上記装置により、負荷追
従自動運転を行なつた場合の「炉出力」−「流量」
の軌跡の一例を従来の場合との比較により示した
図である。第３図は、その時点の出力Ａより高い
出力要求LRが与えられた場合であり、第４図は
反対に低い出力要求LRが与えられた場合である。
なお従来の運転による出力と炉心流量の関係は各
図に点線で示してある。高い出力LRが与えられ
た場合は、第３図に示すようにまず制御棒の操作
が行なわれて、図中、ＡからＢに至る。次に炉心
流量の操作が行なわれることにより、Ｂから要求
出力のＣに至り、ゼノンによる影響を補償すべく
Ｃ〜Ｄ〜Ｅと変化して整定する。（Ａ〜C′〜D′は
従来の運転による軌跡）また低い出力要求LRが
与えられた場合は第４図に示すようにまず炉心流
量の操作が行なわれて図中、ＡからＢに至る。次
に制御棒の操作が行なわれることによりＢから要
求出力のＣに至り、ゼノンによる影響を補償すべ
くＣ〜Ｄ〜Ｅと変化して整定する。（Ａ〜B′〜
D′〜E′は従来の運転による軌跡）第３図、第４図
から明らかなように従来の運転では安全限界を超
える幅の出力変更であつても、本発明の装置によ
る運転では安全限界を超えることがなくなる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるも
のではない。たとえば前記実施例では、アナログ
演算回路やマイクロ計算機、リレー等を用いるこ
とを前提として説明したが、基本的機能を満たす
ものであれば他の手段、たとえばデイジタル計算
機やロジツク回路などによつても実施することが
できる。また前記実施例では操作量選択・切換器
における切換スイツチとしてリレー２１を用いた
場合を示したが、半導体スイツチ等であつてもよ
く、その場合接点２１ａ，２１ｂに相当するスイ
ツチング部を独立的に設け判断器２０からの信号
によつて個別制御するようにしてもよい。このほ
か本発明の要旨を変えない範囲で種々変形実施で
きるのは勿論である。

以上説明したように本発明の負荷追従自動運転
装置によれば次のようなすぐれた効果を奏する。

(1) 要求負荷に応じて、炉心流量と制御棒の操作
量を予測計算することができ、しかも制御棒挿
入状態においてゼノン濃度による炉出力変化の
補償動作が自動的に行なわれるので、運転限界
を越えることなく炉出力を安全に負荷に追従さ
せることができる。

(2) 制御棒操作は常に低出力時において行なわれ
るので、熱料の安全運転管理方案（PCIOMK）
を越えることなく、きわめて安全に出力を追従
できる。

(3) 運転員の経験に依存することなしに昼夜にわ
たつて自動運転することができるので運転員の
負担を大幅に軽減し得、人為的操作による誤操
作を回避できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は炉心流量と原子炉出力との関係を示す
「流量」−「炉出力」特性曲線図、第２図は、本発
明装置の一実施例を示す構成説明図、第３図およ
び第４図は同実施例の装置により負荷追従運転を
実行した場合の「流量」−「炉出力」特性曲線図で
ある。 １……原子炉の圧力容器、１３……プラント予
測演算器、１６……操作量選択・切換器、２２…
…予測補償器、１７，２３……比較器、１８，１
９……加減算器、２１，２５……リレー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 沸騰水型原子力発電プラント本体と、この本
   体に与えられた要求出力について予め設定された
   プラントデータおよびプラント運転演算式に基い
   た予側演算を行ない変更を要する制御棒操作量お
   よび炉心流量に相当する二信号を送出するプラン
   ト予測演算器と、この演算器から送出される二信
   号と制御棒の現在位置信号および炉心流量の現在
   流量信号との偏差信号をそれぞれ得るとともに原
   子炉の現在出力と前記要求出力との比較結果に基
   いた順序で上記二つの偏差信号を送出する操作量
   選択・切換器と、この操作量選択・切換器から送
   出される各偏差信号に応じて操作された後の前記
   本体の炉出力と前記要求出力との差が零になるま
   で炉心流量を制御する予測補償器とを具備し、前
   記操作量選択・切換器からは、低出力から高出力
   への変更操作モードのときには制御棒の挿入を促
   す偏差信号が送出された後に炉心流量の増加を促
   す偏差信号が送出され、高出力から低出力への変
   更操作モードのときには炉心流量の減少を促す偏
   差信号が送出された後に制御棒の挿入操作を促す
   偏差信号が送出されることを特徴とする原子力発
   電プラントの負荷追従自動運転装置。 ２ 前記操作量選択・切換器は、原子炉の現在出
   力と要求出力との大小関係に基いて切換スイツチ
   をオンまたはオフさせ、二つの偏差信号が有から
   無になつたとき上記切換スイツチのオン・オフ状
   態を逆転させる判断器を有したものであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の原子力発
   電プラントの負荷追従自動運転装置。 ３ 前記予測補償器は、前記二つの操作用偏差信
   号のいずれもが零になつたときスイツチをオンさ
   せて原子炉の現在出力と要求出力との差信号を操
   作信号として送出し、上記差信号が零になつたと
   き上記スイツチをオフさせるゲート回路を有した
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の原子力発電プラントの負荷追従自動運転
   装置。