JPH0241714B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、負荷追従制御運転を行なう沸騰水型
原子炉（以下BWRと呼称する）の運転方法に関
する。

BWRでは、燃料ペレツトと被覆材との機械的
相互作用による燃料棒破損を防止する観点から、
制御棒引抜は燃料棒の線出力密度があるしきい
値以下、またはその燃料棒がすでに経験したこと
のある線出力密度（以下エンベロープと呼称す
る）以下で行なうように制限されている。更に、
しきい値、またはエンベロープ以上での出力上
昇は炉心流量制御で行ない、その上昇率も制限さ
れている。

上記運転制限条件が課せられたBWRにおいて
負荷追従制御運転等大幅な出力変化を必要とする
運転方法において、運転中に制御棒操作を行なつ
て出力分布を制御する方法が考えられるが、この
方法は適時、適量の制御棒操作を必要とし、高精
度の炉心状態監視と、複雑な運転操作を要する。

本発明の目的は、運転操作を単純化でき、原子
炉出力がエンベロープよりも超過する割合を低減
できる負荷追従運転を行える沸騰水型原子炉の運
転方法を提供することにある。

本発明の特徴は、負荷追従運転を行う前に、第
１のエンベロープを作成した定常状態の制御棒を
構成する制御棒のうち、炉心中央部及び炉心周縁
部の双方または炉心中央部において全引抜状態に
ある制御棒を挿入して炉心下部の出力を第１エン
ベロープのそれよりも減少させた第２エンベロー
プを作成し、第２エンベロープを作成した制御棒
パターンで炉心流量を制御することにより負荷追
従運転を行うことにある。

本発明は、発明者等が第１図に示す従来の
BWRにおける負荷追従運転の特性を検討するこ
とによつて得た新たな知見に基づいてなされたも
のである。この検討結果を以下に説明する。こゝ
では電気出力784MW、出力密度51kW／、制
御棒引抜のしきい値8kW／ftのBWRを例にと
り、説明する。第１図に炉心流量制御による負荷
追従運転時の炉心熱出力１０、炉心流量１１、炉
心平均キセノン濃度１２の時間変化と、制御棒パ
ターン（１／４炉心）を示す。この例は、高出力
レベル100％、低出力レベル65％、低出力保持時
間、８時間、出力変更時間をそれぞれ１時間とし
たものである。同図の制御棒パターンにおいて、
制御棒位置に示された数字は制御棒挿入の割合
（ノツチ数）を示し、２４は制御棒の全挿入の状
態を、０または空白部分は制御棒の全引抜の状態
を示している。運転制限条件でいうエンベロープ
は、図中Ａ時点で示される、定格熱出力100％、
定格炉心流量100％で定常運転中の線出力密度分
布である。一般にBWRの負荷追従制御運転に際
して、運転制限条件上最も厳しいのは、高出力レ
ベル復帰後、数時間経過した時点であり、本例に
おいては、高出力レベル復帰後、６時間経過した
Ｂ時点である。この時点において、キセノン濃度
は最低値をとり、キセノン濃度減少による正の反
応度を補償し、100％熱出力を維持するために炉
心流量を約6.5％減少させる必要がある。第２図
は、この時点の代表的燃料バンドルにおける軸方
向線出力密度分布１３を、対応するエンベロープ
１４と比較して示したものである。図にみるよう
に、この時点の線出力密度は、炉心下部で増加
し、かつ炉心下部のピーク位置が下方へ移行す
る。この結果、線出力密度は炉心下部のピーク点
において最大1.2kW／ft、エンベロープを超過す
る。これは、炉心下部のキセノン濃度の減少と、
炉心流量低下に伴うボイド発生点の下方への移行
に起因する。

発明者等は、前述の検討にて得られた新たな知
見、すなわち負荷追従運転時における炉心下部出
力ピークのエンベロープの超過を抑制すべく種々
の検討を行つた結果、前述の特徴を有する本発明
の運転方法を得る結果に到つた。この運転方法
は、定常運転中にエンベロープ１を作成し、その
後、制御棒を挿入して、炉心下部の出力をエンベ
ロープ１よりも減少させたエンベロープ２を作成
し、エンベロープ２を作成した制御棒パターンで
炉心流量制御により負荷追従運転を行い、負荷追
従運転時の出力分布の変化が負荷追従運転時のエ
ンベロープ（詳細には、エンベロープ１とエンベ
ロープ２との合成で得られたエンベロープ３）を
超える度合を著しく抑制するものであり、エンベ
ロープ２を作成するために、エンベロープ１の制
御棒のパターンを構成する制御棒のうち、炉心中
央部及び炉心周縁部の双方または炉心中央部にお
いての全引抜状態にある制御棒を挿入するもので
ある。

第３図は、前記例と同一の炉心で本発明の一実
施例を示す図であり、熱出力１５と炉心流量１６
の時間変化と、制御棒パターン（１／４炉心）
ａ，ｂが示してある。即ち、第３図においてＣ時
点まで制御棒パターンａで、熱出力100％、炉心
流量100％の定常運転を行なつていたものとする。
負荷追従制御運転開始前に、定常運転中に挿入さ
れている制御棒と斜交する位置の炉心中央部の制
御棒を夫々２ノツチずつ合計24本挿入することに
より制御棒パターンｂを実現する。この時、全引
抜の状態にある制御棒を２ノツチずつ挿入するこ
とにより、炉心上部の線出力密度が最大0.6kW／
ft程度上昇する。従つて前記運転制限条件を遵守
するために以下の手順が必要となる。即ち、Ｃ時
点において、炉心流量を約91％に減少させること
により熱出力を95％程度に減少させる。次に前記
制御棒を挿入し、パターンｂを実現する。その後
炉心流量を増加させ熱出力100％、炉心流量100％
を実現する。次に制御棒パターンｂで一定時間
（12時間）以上運転することにより、エンベロー
プを作成する。この結果、以後の負荷追従制御運
転におけるエンベロープは、Ｃ時点とＤ時点の線
出力密度分布を合成したものであり、代表的燃料
バンドルについて、第４図に示した。第４図中、
曲線１７，１８は第３図中のＣ，Ｄ時点での線出
力密度分布（エンベロープ）であり、これらを合
成したエンベロープが曲線１９である。本実施例
において、制御棒挿入による反応度減少は、約
0.0019％Δkであり、これを補償するための炉心
流量増加は約0.05％程度で無視できる。この結
果、Ｄ時点ではＣ時点と同様に熱出力100％、炉
心流量100％の状態が実現できる。ここでΔkは核
分裂における中性子の増倍率である。

この状態で、高出力レベル100％、低出力レベ
ル65％の負荷追従制御運転を実施する。前記運転
制限条件上最も厳しいのは、高出力復帰後約６時
間のＥ時点である。第４図中、曲線２０は、Ｅ時
点の代表的燃料バンドルにおける線出力密度分布
であり、エンベロープ１９に対する超過量は最大
0.7kW／ft程度であり、従来に較べて約40％減少
している。

以上のように、負荷追従運転開始前に炉心中央
部の全引抜の状態にある制御棒を挿入済制御棒に
比して浅く挿入することにより、負荷追従制御運
転時のエンベロープ超過量を約40％減少させるこ
とができる。このため、燃料棒破損の危検性を減
少できる。特に負荷追従運転に伴う出力変更を行
う前にエンベロープを形成するために制御棒の挿
入操作を行うだけであるので、原子炉の運転操作
が単純になる。特に負荷追従運転の出力変更は、
炉心流量制御にて行うので、そのときの運転操作
が著しく単純化される。更に、BWRの経済性及
び安全性を向上させることができる。

なお、炉心中央部制御棒の挿入深さおよび本数
は、炉心下部の出力を、定常運転中のエンベロー
プに対し、負荷追従制御運転時の出力変化幅だけ
減少させるのに十分であると同時に、該制御棒操
作によつて得られるエンベロープと定常運転中の
エンベロープの合成によつて得られるエンベロー
プが炉心下部でデイツプ（くぼみ）をもたない程
度であることが必要である。この結果、電気出力
784MW、出力密度51kW／のBWRで24本、
各々１〜３ノツチ程度である。

次に第５図に、前記実施例と同一の炉心を対象
に本発明の他の実施例を説明する図であり、熱出
力と炉心流量の時間変化２１，２２と制御棒パタ
ーン（１／４炉心）ｃ，ｄ，ｅが示してある。第
５図において、Ｆ時点までは、制御棒パターンｃ
で、熱出力100％、炉心流量95％の定常運転を行
なつていたものとする。負荷追従制御運転開始に
先立ち、定常運転中に挿入されている制御棒と斜
交する位置にある炉心中央部の制御棒をそれぞれ
２ノツチずつ、合計12本と、炉心周縁部の制御棒
を、10ノツチ挿入する制御棒を４本および１５ノ
ツチ挿入する制御棒を８本合計12本挿入すること
により、制御棒パターンｅを実現する。この制御
棒操作により、炉心上部の線出力密度が最大
1.1kW／ft程度、上昇する。従つて、上記制御棒
操作を運転制限条件範囲内で実施するには、次の
操作手順が必要である。

まずＦ時点において炉心流量を約85％に減少さ
せることにより熱出力を約95％に減少させる。こ
の状態で炉心周縁部の制御棒を挿入し、パターン
ｄを実現する。次に炉心流量を漸増させることに
より、運転制限条件で定められた出力上昇率以下
で熱出力を100％に復帰させる。前記炉心周縁部
の制御棒操作は約0.18Δkの反応度減少をもたら
すことから、熱出力が100％に復帰した時点での
炉心流量は約100％となり、定常運転中の炉心流
量に対し約５％増加している。その後Ｇ点におい
て、再度炉心流量を約91％に減少させることによ
り熱出力を95％程度に下げる。なお前記100％熱
出力到達時からＧ点までの時間は任意でよいが、
本実施例では２時間としている。この状態で、炉
心中央部の制御棒を挿入することにより制御棒パ
ターンｅを実現する。その後、前記運転制限条件
を遵守しつゝ炉心流量を漸増させ、熱出力を100
％に復帰させる。この制御棒操作による反応度減
少は約0.0012％Δkであり、前回と同様100％熱出
力復帰時の炉心流量は約100％である。最後に制
御棒パターンｅで一定時間（12時間）以上運転す
ることによりエンベロープを作成する。

以上に示した操作により負荷追従制御運転時の
エンベロープは、Ｆ時点とＨ時点の線出力密度分
布を合成したものであり、代表的燃料バンドルに
ついて、第６図に示した。第６図中、曲線２３，
２４は第５図中のＦ，Ｈ時点の線出力密度分布
（エンベロープ）であり、これらを合成したエン
ベロープが２５である。

次に、前記制御棒パターンｅで高出力レベル
100％、低出力レベル65％の負荷追従制御運転を
実施する。この結果、運転制限条件上最も厳しい
のは、高出力復帰後約６時間のＩ点である。第６
図中曲線２６は、Ｉ点における代表的燃料バンド
ルの線出力密度分布であり、エンベロープ２５に
対する超過量は最大0.6kW／ft程度である。この
超過量は従来に比べて、約50％減少している。

以上のように、負荷追従制御運転開始前にさら
に炉心中央部の全引抜の状態にある制御棒を挿入
済制御棒に比して浅く挿入し、かつ炉心周縁部の
制御棒を軸方向位置の中央部まで挿入することに
より負荷追従運転時のエンベロープ超過量を約50
％減少させることができる。このエンベロープ超
過量の著しい抑制は、燃料棒破損の危検性を減少
できる。更に本実施例も、前述の実施例と同様
に、運転操作が単純化されBWRの経済性及び安
全性を向上できる。

本実施例においては、まず炉心周縁部の制御棒
を挿入し、次に炉心中央部の制御棒を挿入するよ
うに構成したが、先に炉心中央部の制御棒を挿入
し、次に炉心周縁部の制御棒を挿入する方法、お
よび両者を同時に挿入する方法も考えられ、本実
施例と同じ効果が得られることは明らかである。

なお、本実施例において炉心周縁部の制御棒の
挿入深さは、炉心中央部の軸方向下部の出力を減
少させるために軸方向の中央部まで挿入するのが
妥当であり、挿入本数は、定常運転中の炉心流量
と、運転上許容される最大炉心流量の差から決定
される。

前記二つの実施例においては、定常運転中の制
御棒パターンとして、互いに隣接する制御棒を含
まない例について示したが、炉心中央部に既に挿
入済みの周囲の挿入棒より浅く挿入された制御棒
がある場合についても同様に本発明を適用するこ
とができる。

本発明によれば、沸騰水型原子炉の負荷追従運
転時における運転操作を単純化できると共に、そ
の運転時において原子炉出力がエンベロープを超
過する度合いを著しく抑制できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来における沸騰水型原子炉の負荷追
従制御運転時の炉心の特性変化を示す図、第２図
は第１図における代表的燃料バンドルの軸方向に
おける線出力密度分布特性図、第３図及び第４図
は本発明の一実施例を示し、第３図は制御棒パタ
ーンの変更と炉心の特性変化との関係を示す図、
第４図は第３図における代表的燃料バンドルの軸
方向における線出力密度分布特性図、第５図及び
第６図は本発明の他の実施例を示し、第５図は制
御棒パターンの変更と炉心の特性変化との関係を
示す図、第６図は代表的燃料バンドルの軸方向に
おける線出力密度分布特性図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１のエンベロープを作成した定常状態で運
   転し、負荷追従運転を行う前に、前記定常状態の
   制御棒パターンを構成する制御棒のうち、炉心中
   央部及び炉心周縁部の双方または前記炉心中央部
   において全引抜状態にある制御棒を挿入して炉心
   下部の出力を前記第１エンベロープのそれよりも
   減少させた第２エンベロープを作成し、前記第２
   エンベロープを作成した制御棒パターンで炉心流
   量を制御することにより負荷追従運転を行なうこ
   とを特徴とする沸騰水型原子炉の運転方法。