JPH0241719B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は沸謄水型原子力発電プラントの原子炉
圧力の制御方法に係り、特に原子炉昇圧時に冷却
材の温度変化率を制限値以内に保つように原子炉
圧力を制御する方法に関するものである。

沸謄水型原子力発電所における起動の際は、従
来一般に運転員が蒸気圧を調節操作することによ
つて冷却材温度変化率（通常±55℃／Hr）を越
えないように手動的に制御していた。その方法を
第１図乃至第３図を参照しつつ次に述べる。

第１図において１は原子炉圧力容器、２は炉心
部である。平常運転時には炉心部２で発生した蒸
気がタービン止め弁４を介してタービン５に供給
され、復水器６に回収される。

起動時には上記の止め弁４を止じたままタービ
ンバイパス弁３によつて発生蒸気をバイパスさせ
このバイパス弁３の開度調節によつて蒸気圧力を
制御する。

原子炉１内の発熱量は上記の圧力制御と関係な
く、核反応の制御によつて定まるが、炉内圧力は
上記の蒸気圧調節によつて定められ、蒸気圧調節
によつて蒸気温度も制御される。

蒸気の圧力は蒸気圧検出器８によつて検出さ
れ、その蒸気圧力信号９はタービン圧力制御装置
７に入力される。上記タービン圧力制御装置７に
は、運転時の手動調節によつて圧力設定信号１１
が与えられ、制御装置７は蒸気圧力信号９と圧力
設定信号１１との偏差が零となるようにバイパス
弁３を開閉作動せしめるように開度要求信号１０
を出力し、蒸気圧力信号９が圧力設定信号１１の
値よりも高くなるとバイパス弁３を開弁させる。

前記の運転員による圧力調節は次記各項の条件
に適合するように行わねばならないので、高度の
熟練と不断の監視とを必要とし、且つ高い精神的
負荷を伴う作業である。即ち、 (イ) 蒸気温が急激に変化すると、原子炉を構成す
る各部材に熱応力、熱変形を生じて危険である
ため、設計基準に於て原子炉冷却材の温度変化
率の制限値が定められている（沸謄水型原子炉
の起動時について言えば、上記の制限値は即ち
蒸気の昇温率許容限度である。以下、制限値と
略称する）。運転操作員は蒸気温度の上昇が制
限値を越えないように操作しなければならな
い。

(ロ) バイパス弁３は、なるべく閉じたままに保つ
ことが望ましい。その理由は、起動時において
は上記の蒸気圧制御と併行して炉水位制御が行
われるので、バイパス弁を開くと上記炉水位制
御操作に影響を及ぼし、原子炉をスクラムさせ
る虞れがあるからである。

(ハ) 上記各項の制限を守りつつ、運転計画に従つ
て所定の時間内に所定圧まで昇圧させねばなら
ないことは勿論である。

このため、運転計画に基づいて原子炉冷却材の
温度変化率目標値（沸謄水型原子炉の起動時につ
いて言えば蒸気温度の昇温率の計画値である。次
下、目標値と略称する）が、前記の制限値の範囲
内で設定され、これに基づいて圧力制御が行われ
る。

次に、原子炉における圧力制御方式について第
２図を参照しつつ略述する。

同図の横軸は時間、縦軸は圧力である。蒸気が
飽和状態である場合は蒸気圧は蒸気温度によつて
定まるから、前述の蒸気温度の昇温目標値を蒸気
圧力の昇圧目標値に換算することができる。直線
Ａは昇圧目標を表わす圧力−時間率カーブであ
る。昇圧操作における圧力制御は段階的に圧力設
定値をΔPずつ上昇させて行うので、上記昇圧目
標線Ａに合わせた圧力設定カーブＢは階段状の曲
線となる。同図のTIMEは圧力設定値を変更する
時間間隔である。

上述のように圧力設定カーブＢを定めるには、
時間間隔TIMEを一定値として昇圧値ΔPを目標
線Ａに合わせるように設定することもできる。ま
た、一回の昇圧値ΔPを一定値として時間間隔
TIMEを目標線Ａに合わせるように設定すること
もできる。

蒸気の圧力Ｐ及び圧力設定上昇値ΔPと、温度
上昇値ΔTとの関係は次式で表わされる。

ΔT／TIME＝RATE ΔT＝ｆ（Ｐ＋ΔP）−ｆ(P) ただし、ｆ；圧力→飽和温度換算係数 RATE；昇温目標値〔℃／Hr〕 そして、TIMEを一定値としてΔPを算出する
には次式による。

ΔP＝f^-1｛RATE・TIME＋ｆ(P)｝−Ｐ ただし、f^-1；飽和温度→圧力換算係数 また、ΔPを一定値としてTIMEを算出するに
は次式による。

TIME＝ｆ（Ｐ＋ΔP）−ｆ（Ｐ）／RATE 次に、ΔPを一定値として、圧力設定の時間間
隔TIMEを調節する方式の圧力制御について、従
来一般に行われている方法を第３図に示す。

Ａは先に説明した昇圧目標線、Ｂはこれに合わ
せて設定した階段状の圧力制御カーブ、Ｃは蒸気
圧力の上昇カーブ（実測値）である。

実際の圧力制御において、蒸気圧力の上昇カー
ブ（実測値）Ｃが圧力制御カーブＢに比して過低
になつた場合と過高になつた場合とに制御圧力の
設定変更を行わねばならないが、このため、実測
値が制御カーブＢよりも下回る場合の許容偏差値
ε_Sを予め設定しておく。

本図において、時間軸上のt₁時点においては、
圧力実測カーブＣと制御カーブＢとの差がε_Sより
も小さいので、この時点で設定圧力をP₁からP₂
までΔPだけ上昇させ、t₂時点までの一定時間間
隔T₁の間、実測圧力カーブＣの上昇を待機する。
上述の設定圧力をΔPだけ上昇させる操作は第１
図の装置における圧力設定信号１１を手動操作し
て行われる。

t₂時点において、実測圧力Ｃは制御圧力Ｂに比
して許容偏差ε_S以内まで上昇しているので、再び
圧力P₃までΔPだけ制御圧力を上げてt₃時点まで
のT₁時間待機する。

t₃時点において、実測圧力Ｃは制御圧力Ｂに比
して許容偏差ε_Sよりも大きく下回つている。この
場合は設定圧力の上昇を延期して待機を続ける。

t₄時点で実測圧力Ｃが制御圧力Ｂに比して許容
偏差ε_S以内まで上昇しているので、このt₄時点で
制御圧力の設定をΔPだけ上げる。A′は、t₃時点
からt₄時点まで待機時間を延長した後の新たな昇
圧目標線であり、前記の目標線Ａと同じ勾配で、
時間軸の遅れ方向にT₂だけずれた形となる。

この例では、t₄時点からt₅時点までの間に実測
圧力カーブＣが急上昇し、t_d時点において制御圧
力設定値P₄に達している。このため、Ｄ点にお
いてバイパス弁が開き、実測圧力カーブＣは制御
カーブＢを越えないように調圧される。

以上のような方式で制御を行う場合、T₁時間
ごとに昇圧状態を確認して制御圧力の設定値を
ΔPずつ上げねばならないので、熟練した運転員
が絶えず監視しながら、設定圧力の上昇操作を行
わなければならず、その上、上例のようにＤ点で
バイパス弁が開かれると、他の操作（例えば炉水
位制御）に影響を与えるので余り好ましくない。

本発明の目的は、原子炉起動の際、原子炉冷却
材の温度変化率が制限値を越えないように自動的
に制御し、かつ、タービンバイパス弁の開弁を可
能な範囲内で回避し得る原子炉圧力制御方法を提
供しようとするものである。

上記の目的を達成するため、本発明は、蒸気圧
力を検知することによつて原子炉冷却材の温度上
昇を監視し、原子炉圧力容器の熱応力の制約から
設計的に定まる冷却材温度変化率制限値と、運転
計画に基づいて上記の冷却材温度変化率制限値を
越えない範囲で定められる冷却材温度変化率目標
値との双方を原子炉圧力制御の基準数値として用
い、かつ、原子炉昇圧操作中の各時点ごとに上記
２つの基準数値と冷却材温度変化率実測値との偏
差値をそれぞれ演算して圧力制御装置に入力せし
め、この圧力制御装置により、原子炉冷却材の温
度変化率が前記の冷却材温度変化率制限値に達し
ない状態においては、蒸気加減弁を全閉位置に保
たしめるように制御することを特徴とする。

第４図は本発明に係る制御方法を実施するため
に構成した原子炉の圧力制御機構の一例である。

従来装置（第１図）と同様の構成部材である圧
力検出器８の出力信号９は従来装置と同様のター
ビン圧力制御装置７、及び本発明を実施するため
に付設した原子炉圧力制御装置１２に入力させ
る。

そして、切替器１４は従来装置と同様の人為的
な圧力設定信号１１、または上記の制御装置１２
の出力である圧力設定信号１３の、いずれか一方
をタービン圧力制御装置７に入力させるために設
けた手動・自動切替器である。

従つて、上記の切替器１４が手動側に切替えら
れているとき、本装置は従来装置（第１図）と同
様の機能を有する。また、上記の切替器１４が自
動側に切替えられていると、後に詳述するように
本発明に係る方法の制御が行われる。

前記の原子炉圧力制御装置１２は予め与えられ
た圧力上昇の制限値と目標値とを記憶していて、
圧力検出信号９を入力されると後述のごとく所定
の演算を行い、演算結果によつて圧力設定信号１
３を出力する機能を有している。

本発明方法は、昇温、昇圧の制限値と、昇温、
昇圧の目標値と、２つの数値を管理基準として用
いる。

昇温制限値は設計基準によつて定められてお
り、実際の制御においては温度を圧力に換算して
昇圧制限値RATE₁を設定し、後述のように制御
する。

昇温目標値は運転計画に基づき、昇温制限値の
範囲内で適宜に定められる。実際の制御において
は温度を圧力に換算して昇圧目標値RATE₂を設
定し、後述のように制御する。

第５図は本発明方法による圧力制御の実施例を
示す。

制御開始時点t₁において、圧力設定変更待機時
間T₁を次式によつて算出する。

T₁＝ｆ（Ｐ＋P_S）−ｆ（Ｐ）／RATE₂ 即ち、T₁はRATE₂に従つて規定値P_Sだけ上昇
するに要する時間を意味する。

第５図の実施例においては実測蒸気圧カーブＣ
が前述のRATE₂に比して若干下回つており、制
御を開始したt₁時点からT₁時間を経過してt₂時点
になつた時、圧力実測値Ｃは制御圧力設定値Ｂに
比して許容偏差ε_S以内の低圧である。このように
ε≦ε_S（但し、εは制御圧力設定値Ｂに対する実
測値Ｃの偏差）の場合、第７図について後述する
ような自動制御により圧力設定値をP₆からP₇ま
で規定値P_Sだけ階段状に上昇させる。この場合の
圧力設定カーブＢの形状は第３図（従来技術）に
おけるt₂時点の形状と同様になる。

上記のようにRATE₂に従つて制御圧力カーブ
Ｂを定めると、t₂時点において上記のカーブＢ
は、RATE₁に比してΔP_S(1)の余裕をもつて下回
る。

ΔP_S(1)＝f^-1｛RATE₂・T₁＋ｆ(P)｝−Ｐ−P_S 本図の例のように、実測圧力カーブＣが
RATE₂を下回つている場合は、T₁時間ごとに設
定圧力を規定圧力P_Sずつ上昇させ、設定圧力カー
ブＢが常に実測圧力カーブＣよりも高くなるよう
に保つ。従つて、蒸気圧力が制御設定圧力に達し
てバイパス弁が開かれるという状態に至らない。

第６図の実施例は、実測蒸気圧カーブＣが
RATE₂を越えて上昇した場合である。この場合
には、圧力実測カーブＣが制御カーブＢに対して
バイパス弁開指標値ε_n以内に接近したt_B時点にお
いて、原子炉圧力制御装置が圧力設定値を前述の
余裕温度ΔP_S(1)だけ階段的に上昇させる。これに
よりt_B時点におけるバイパス弁の開弁が回避さ
れ、圧力実測カーブＣはRATE₁を越えない範囲
でRATE₂以上になることを許容される。このよ
うにしてT₁時間を経過してt₂時点に達したとき、
ε≦ε_nであれば、前述したt₁時点における制御圧
力設定カーブＢの設定圧上昇と同様に、設定圧を
P_Sだけ上昇させる。

上述の制御方法のフローチヤートを第７図に示
す。

制御開始したとき、最初の１図はステツプ２１
で初期起動であることを判定してステツプ２７ま
で直行し、待機時間T_i+1および圧力設定余裕ΔP_S
（ｉ＋１）を算定し、ステツプ２８、同２９を経
て、Δt（通常10〜15秒）後に最初のステツプ２１
に戻る。その後、Δtごとに繰返す各サイクルに
おいては、このステツプ２１を通過して次のステ
ツプ２２で圧力偏差εを計算する。即ち、実測圧
力と設定圧力との差εを算出する。

次のステツプ２３で上記のεと、計算機に記憶
させてあるε_nとを比較演算させ、ε＜ε_nがNOで
あればステツプ２４で待機時間T₁が経過したか
否かを判断した後、ステツプ２５でε≦ε_Sを判定
し、これがYESであればステツプ２６で圧力設
定値をP_Sだけ変更（上昇）するが、このときε≦
ε_SがNOであればステツプ２８，２９を経てΔt後
に前記と同様の作動を繰返す。このようにして10
〜15秒ごとに繰返し演算しているうちに実測蒸気
圧が制御圧近くまで上昇してきてε＜ε_nになつた
場合には、ステツプ２３から同３０、同３１に進
み、制御設定圧力を圧力設定余裕ΔP_S(i)だけ上昇
させる。この作用を具体的な作動で説明すると、
バイパス弁が開弁する状態（ε＝０）を事前に
（ε＜ε_nになつたときに）検知して、蒸気温度が
制限値を越えない範囲内で（圧力設定余裕ΔP_S(i)
だけ）上昇させて、蒸気加減弁であるバイパス弁
の開弁を抑制するものである。

上述のような制御方法を用いると、蒸気圧力が
制限値を越えない範囲内で自動的にバイパス弁の
開弁が極力回避されるので、誤判断や誤操作のた
めに避け得べき開弁作動が行われる虞れが無い。

次に、第８図および第９図について本発明方法
の変形例を説明する。

本例においては制御開始時点t₁において前述と
同様のRATE₁、RATE₂を設定し、この時点で圧
力P_Sだけ上昇させた制御圧力カーブＢとRATE₁
とが交わる時点t₂、及びRATE₂と交わる時点t₃と
を算定し、上記のt₂時点とt₃時点とに於いて、圧
力実測値Ｃと制御圧力カーブＢとの比較演算を行
う。第８図の例のように圧力実測カーブＣが
RATE₂を越えないときはt₂時点では設定圧力の
変更を行わず、t₃時点において前回（t₁時点）と
同様にして圧力P_Sだけ設定圧を上昇させるととも
に、前回と同様にしてt₄時点、t₅時点を算定す
る。このようにして順次に制御圧力設定を上昇さ
せてゆく。

第９図は蒸気の実測圧力ＣがRATE₂を越えた
場合の例である。t₇時点においてRATE₁と
RATE₂とを算定する。t₈時点で比較演算したと
き圧力実測値Ｃが制御設定圧力Ｂに比してε_n範囲
内に入つていることを検知すると、RATE₁を越
えない範囲内で設定圧力をP_Sだけ上昇させる。詳
しくは、RATE₁を内接線とする形状の階段状に
制御圧力設定カーブＢを上昇させる。

前述の第６図の実施例と第９図の変形例との相
異点は次のごとくであり、本質的な差異は無い。
第６図の実施例においてはT₁時間の範囲内で、
特に時点を定めないで、圧力実測値Ｃが制御圧力
設定値Ｂに比してε_S以内に接近したときに設定圧
力を増加する。第９図の実施例では予め定められ
た時点t₈において比較演算を行い、圧力実測値Ｃ
と制御圧力設定値Ｂとの偏差εがε_nよりも小さけ
れば設定圧力をP_Sだけ増加させる。

上述の第８図、第９図の変形例における作動の
フローチヤートを第１０図に示す。このフローチ
ヤートにおいてステツプ２１、同２２、同２３、
同２５、同２６、同２８および同２９は第７図に
おいて説明したステツプと同様である。第１０図
においては待機時間経過のチエツクを２回に区分
し、ε＜ε_nのチエツク（ステツプ２３）の前のス
テツプ２４ａにおいてT_ni経過をチエツクし、未
経過であればステツプ２８、同２９まで直行して
Δt後に繰返し作動する。

また、ε＜ε_nのチエツク（ステツプ２３）の後
のステツプ２４ｂにおいてT_siの経過をチエツク
し、未経過であればΔt後の繰返しに進み、経過
していれば第７図と同様にε＜ε_s（ステツプ２５）
の比較演算を行う。ステツプ２７′は第７図のス
テツプ２７と類似の作動であるが、本例において
はT_ni+1と、T_si+1との２つの待機時間設定を行
う。

以上説明したように、本発明の方法は、制限値
であるRATE₁と目標値であるRATE₂との両方を
制御の基準数値として用い、原子炉の昇圧操作中
に一定の時間間隔Δtで上記管理基準をそれぞれ
蒸気圧実測値の上昇率とを比較して偏差を算出
し、この偏差値を圧力制御装置に入力せしめて自
動制御を行い、かつ、蒸気実測圧力が制限値を越
えない限り蒸気加減弁の開度を全閉状態に保ちつ
つ蒸気圧力制御を行うことにより、熟練した運転
員による手動操作を要しないで、目標値に近い温
度上昇率となるように自動制御を行い、しかも制
限値を越えることの無い範囲で極力バイパス弁の
開弁を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来一般に用いられている原子炉圧力
制御装置の概要的な機構図、第２図および第３図
は同制御方法を示す時間−圧力図表、第４図は本
発明方法を実施するために構成した原子炉圧力制
御装置の一例を示す概要的な機構図、第５図およ
び第６図は本発明方法の実施例を説明するための
時間−圧力図表、第７図は同フローチヤート、第
８図及び第９図は前記と異なる実施例を説明する
ための時間−圧力図表、第１０図は同フローチヤ
ートである。 ３……タービンバイパス弁、７……タービン圧
力制御装置、１２……原子炉圧力制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉から発生した蒸気を、開度調節可能な
   蒸気加減弁を通して逃がすことにより、前記原子
   炉の昇圧時、減圧時の炉内圧力を制御する機構を
   備えた原子力発電プラントにおいて、蒸気圧力を
   検知することによつて原子炉冷却材の温度変化を
   監視し、原子炉圧力容器の熱応力の制約から設計
   的に定まる冷却材温度変化率制限値と、運転計画
   に基づいて上記の冷却材温度変化率制限値を越え
   ない範囲で定められる冷却材温度変化率目標値と
   の双方を原子炉圧力制御の基準数値として用い、
   かつ、原子炉昇圧操作中の各時点ごとに上記２つ
   の基準数値と冷却材温度変化率実測値との偏差値
   をそれぞれ演算して圧力制御装置に入力せしめ、
   上記の圧力制御装置により、原子炉冷却材の温度
   変化率が前記の冷却材温度変化率制限値に達しな
   い状態においては蒸気加減弁を全閉位置に保たし
   めるように制御することを特徴とする原子炉圧力
   制御方法。 ２ 前記の圧力制御装置がタービンバイパス弁を
   開弁させるように作動する状態の発生を事前に検
   出する手段を備え、この検出手段が作動すると蒸
   気温度変化が前記の冷却材温度変化率制限値を越
   えない範囲内でタービンバイパス弁の開弁作動を
   抑制することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の原子炉圧力制御方法。