JPH024875B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、沸騰水型原子炉（BWR）の運転方
法に係り、特に原子炉の起動及びパタン交換等の
出力変更運転制御に好適な沸騰水型原子炉の運転
方法に関するものである。

BWRでは燃料ペレツトと被覆管との相互作用
による燃料棒の破損を防止する観点から制御棒の
引抜きは、燃料棒の線出力密度があるしきい値
（以後、しきい値という）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、エンベロプという）以下で行うように制限さ
れている。更にしきい値またはエンベロプ以上で
の出力上昇は炉心流量の増加によつて行い、その
上昇率も制限されている。

上記の運転条件を遵守するため、特開昭54−
129290号公報に示された従来例は、原子炉出力を
最終目標である設定出力まで上昇させる運転途中
でエンベロプを拡張する運転法がとられている。
このエンベロプ拡張ではすべての燃料で一度以上
高出力レベルを経験させる必要があるが、この高
出力レベル実現のための炉心流量制御による出力
上昇率が前記のように制限されているため、長時
間を要している。たとえば、電気出力784MW、
出力密度51KW／ｌ、制御棒引抜きのしきい値
8KW／ft、出力上昇率の制限値0.06KW／ft／ｈ
のBWRの場合、起動所要時間は約21日である。
つまり起動、パタン交換の所要時間は長くなり、
原子炉稼動率の悪化の原因となつている。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、燃料破損をおこさずしかも原子炉稼動率を
向上でき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、目標制御棒パタンに、更に１
本または複数本の制御棒を炉心周辺部に挿入した
制御棒パタンを付加してなる状態での運転が、炉
心流量定格値の50％以下の炉心流量範囲において
のみ行なわれることにある。

本発明は、以下に示す２つの事実を考慮してな
されたものである。第１は、燃料破損が操作制御
棒に隣接した燃料集合体でしかもしきい値または
エンベロプ以上の線出力密度を経験する場合にか
ぎられていることである。これは、特開昭51−
141990号公報の第６図に示されていることからも
明らかである。すなわち引抜かれる制御棒１７Ｃ
に隣接する燃料集合体２９Ｃ内のａの位置にある
燃料棒が制御棒１７Ｃの先端付近で曲線３３から
曲線３４のように大きく変化してその燃料棒の破
損の危険性が著しく大きいのに対して、燃料集合
体２９Ｃに隣接して制御棒１７Ｃよりも若干離れ
ている燃料集合体２９Ｂのｂの位置の燃料棒の軸
方向の出力分布は制御棒１７Ｃの引抜きによつて
も曲線３２の状態からほとんど変化しなくその燃
料棒の破損の危険性は前述のａの位置の燃料棒の
それよりも著しく小さい。このような事実に基づ
けば、出力ピーキングの大きい領域では制御棒操
作を原子炉出力が低く線出力密度が小さい時点
（制御棒引抜き後も線出力密度がしきい値以下と
なる時点）で行い、その後に、出力ピーキングの
小さい領域で制御棒を引抜いて原子炉出力を増大
させる運転をすればよいことになる。つまりこの
運転法では、出力ピーキングの小さい領域で制御
棒を引抜く場合において後述するように炉心全体
からみれば線出力密度がしきい値を越える燃料集
合体があるが、制御棒操作時にその制御棒に隣接
している燃料集合体では線出力密度をしきい値以
下とすることができ、その結果、燃料破損をなく
すことができる。第２は、炉心周辺部では中性子
のもれが大きいことである。一般に炉心周辺部で
線出力密度は小さくなつておりこれを利用すれ
ば、しきい値以下で制御棒引抜きをすることは容
易である（制御棒操作時における出力ピークは一
般に大きくなるが）。

以上述べた２つの考察にもとづいて、本発明に
なる沸騰水型原子炉の運転方法では、初めに炉心
周辺部に制御棒が挿入されて原子炉出力が小さく
なつている状態で、出力ピーキングが大きい炉心
中央部で制御棒を操作する。つまり、新しい燃料
集合体が炉心内に装荷された後における運転サイ
クルでの最初の起動時には燃料破損を防止するた
めにしきい値以下で、またエンベロプが形成され
た運転サイクル途中での原子炉スクラム後の再起
動時にはエンベロプ以下で、炉心中央部内に挿入
されている制御棒を引抜き、炉心中央部であらか
じめ目標制御棒パタンを実現する。しかる後、線
出力密度が小さい炉心周辺部に挿入されている制
御棒を全部引抜き、原子炉出力を最終目標である
設定レベルまで上昇させることの可能な目標制御
棒パタンを実現する。この一連の制御棒操作時に
おいて、操作される制御棒に隣接した燃料集合体
はしきい値を越えることがない。従つて、燃料健
全性の維持が期待できる。

以上まとめると、本発明は、目標制御棒パタン
（注目している出力上昇運転で最終的に達成しよ
うとしている制御棒パタン）まで制御棒を引抜く
以前に、その目標制御棒パタンに、更に１本また
は複数本の制御棒を炉心周辺部に挿入した制御棒
パタンを付加した状態での運転を炉心流量定格値
の50％以下の炉心流量範囲でのみ行うものであ
る。

本発明は、炉心周辺部に制御棒を挿入した制御
棒パタンでの運転期間を有する点において、前述
の特開昭54−129290号公報（特願昭53−35492号）
と同じ特徴を有している。しかし、特開昭54−
129290公報に示された発明は、原子炉出力を最終
目標である設定レベルまで上昇させる過程におい
てエンベロプを拡張するために炉心周辺部に制御
棒を挿入した状態で炉心流量を定格値の60％以上
にして運転することが必要不可欠である。これに
対し、本発明は、上記従来例のようにエンベロプ
の拡張を目的としないため、目標制御棒パタンに
制御棒を炉心周辺部に挿入した制御棒パタンを付
加した状態での運転を炉心流量定格値の50％以下
の炉心流量範囲でのみで行うことに特徴がある。
このような本発明は、目標制御棒パタンを形成す
るまでの制御棒引抜き操作を炉心流量定格値の50
％以下の炉心流量範囲でのみ行つており炉心流量
定格値の50％を越える炉心領域では制御棒の引抜
き操作を行つていないので、制御棒の引抜きによ
つて燃料が破損することを防止できる。炉心流量
が定格値の50％以上を越える状態で炉心周辺部の
制御棒を引抜くと、その引抜き制御棒に隣接する
燃料集合体の線出力密度がしきい値を越えそれに
破損が生じる危険性がある。また、本発明は、目
標制御棒パタンに制御棒を炉心周辺部に挿入した
制御棒パタンを付加した状態で炉心流量定格値の
50％を越えて炉心流量を増大させるエンベロプ拡
張のための運転を行う必要がなく、最終目標であ
る設定レベルまで原子炉出力を上昇させるのに必
要な時間を著しく短縮できる。

本発明の好適な一実施例であるBWRの運転方
法を、従来例と同じ電気出力784MWe、出力密度
51KW／ｌ、制御棒引抜きのしきい値8KW／ft、
出力上昇率の制限値0.06KW／ft／ｈのBWRに
適用した場合を例にとり説明する。

原子炉の熱出力と炉心流量とを座標軸とした
BWRの起動運転時の軌跡を第１図に示す。第１
図中、実線は制御棒操作時、破線は炉心流量制御
時における熱出力の上昇過程を示す。代表的な時
点での制御棒パタン（1/4炉心）を第２図に示す。
第２図において制御棒位置に示された数字は制御
棒挿入の割合を示し、24は全挿入を、０または空
白部分は全引抜きをそれぞれ示している。本実施
例の起動時において、制御棒引抜きは最小炉心流
量（炉心流量定格値の約40％）で行う。すなわ
ち、最小炉心流量に保持して炉心周辺部に制御棒
を挿入した状態で出力ピーキングの大きい領域で
ある炉心中央部の制御棒を引抜き第２図ａの制御
棒パタンを実現する（第１図の運転点１）。つま
り本実施例では炉心流量40％で炉心周辺部に全挿
入の制御棒を配置した状態で炉心中央部の制御棒
を所定量引抜いているので、線出力密度がしきい
値8KW／ft以下となり燃料破損を生じることな
く炉心中央部で定格出力制御棒パタン（定格出力
を出すための制御棒パタン）を、炉心周辺部で全
挿入の制御棒がある制御棒パタンを実現すること
ができる。第２図ａの制御棒パタンは、炉心中央
部の制御棒が周辺部の制御棒よりも引抜かれてい
るパタンである。第２図ａの制御棒パタンを形成
する過程における制御棒引抜きにより原子炉の熱
出力は、第１図の実線に沿つて上昇し、第２図ａ
の制御棒パタンが形成された時の熱出力は第１図
の運転点１の熱出力となる。この後、炉心周辺部
に挿入された制御棒を順次引抜いて第２図ｂに示
す定格出力制御棒パタンを形成する（第１図の運
転２）。炉心周辺部の制御棒を引抜いて第２図ｂ
の制御棒パタンを形成することによつて、原子炉
の熱出力は第１図の運転点１から実線に沿つて第
１図の運転点２まで上昇する。第３図は、第２図
ａの制御棒パタンから炉心周辺部の制御棒を引抜
くときの線出力密度の変化を示している。曲線５
は、炉心周辺部に全挿入されている一本の制御棒
を全挿入から全引抜きまで移動させたときにその
制御棒に隣接している燃料集合体での線出力密度
の変化を示している。曲線４は、炉心周辺部に挿
入されている全制御棒（本実施例では24本の制御
棒）を引抜いたときの炉心中央部において最大の
線出力密度になる燃料集合体における線出力密度
の変化を示している。炉心周辺部の制御棒は炉心
中心に対して点対称になるように1/24ずつ、順番
に引抜かれる。曲線４の黒丸は、炉心周辺部に挿
入されている全制御棒が黒丸に対応する制御棒挿
入量まで引抜かれたときの前述の炉心中央部の燃
料集合体の線出力密度を示している。例えば、第
３図の左から２つ目の黒丸は、炉心周辺部に挿入
されている24本の制御棒がすべて20/24の位置ま
で引抜かれたときの前述の燃料集合体での線出力
密度である。炉心周辺部から引抜かれる制御棒に
隣接した燃料集合体の線出力密度は、前述のよう
に炉心周辺部での中性子のもれが大きいので線出
力密度は小さく制御棒が全引抜きされた状態でも
8KW／ft以下（第３図曲線５）である。このた
め、炉心周辺部に位置すると共に引抜き制御棒に
隣接して制御棒引抜き時における線出力密度の変
化が最も大きい燃料集合体においても、燃料棒の
破損が生じない。しかしながら炉心中央部に存在
する燃料集合体は、第２図ａの制御棒パタンから
炉心周辺部の制御棒を引抜くことによつて第３図
の曲線４に示すように線出力密度が8KW／ftを
越えるものが生じる。これは、炉心周辺部に挿入
されている全部の制御棒を全引抜き状態にするま
での線出力密度のトータルの変化量である。炉心
周辺部に挿入されている各制御棒は前述したよう
に炉心中心に対して点対称になるように１本づつ
順番で1/24ずつ引抜かれしかも特開昭51−141990
号公報の第６図に示すように制御棒引抜きの影響
がその制御棒から離れた位置にある燃料集合体に
はあまり及ばないので、炉心中央部に配置された
燃料集合体の線出力密度は炉心周辺部の制御棒の
引抜き操作によつて大幅に増加しない。すなわ
ち、炉心中央部に配置された燃料集合体の線出力
密度は、炉心周辺部の制御棒を引抜いても
0.06KW／ft／ｈ程度の増加率となる。このた
め、炉心周辺部の制御棒を引抜いたとしても、炉
心中央部の燃料集合体に破損が生じない。なお、
炉心周辺部においては、１本の制御棒の所定量の
引抜きが完了した後、キセノンの蓄積を行なうた
めに所定時間経過後に次の制御棒の引抜きを行
う。

このように本実施例では、燃料棒破損をおこさ
ないための前述の第１の事実を考慮した運転制限
を守つて定格出力制御棒パタンを実現したことに
なる。以後、運転点２以降、第２図ｂの制御棒パ
タンを保持して変化率0.06KW／ft／ｈを保ちつ
つ炉心流量を増加させれば、100％（定格）出力
を実現できる（第１図の運転点３）の例の全所要
時間は約７日であり従来技術で示した例の1/3に
短縮されている。

なお、炉心流量をその定格値の50％を越える状
態で第２図ａに示す制御棒パタンから炉心周辺部
の制御棒を引抜いた場合には、引抜き制御棒に隣
接する燃料集合体の線出力密度がしきい値を越え
てしまう。従つて、第２図ａの制御棒パタンで炉
心周辺部の制御棒を引抜く場合は炉心流量をその
定格値の50％以下にする必要がある。

定格制御棒パタンが第２図に示した制御棒パタ
ンと異なる場合を第４図に示す。第４図ｂに示し
た制御棒パタンが定格出力を実現する目標制御棒
パタンであり、第４図ａに示した制御棒パタン
が、目標制御棒パタンにさらに炉心周辺部に複数
本の制御棒を挿入したパタンである。このときの
運転操作方法は、第１の実施例で示した方法と同
じであり、この方法により前記事実１を考慮した
運転制限を守つて100％（定格）出力を実現でき
る。

炉心周辺部に挿入する制御棒本数、その挿入深
さはしきい値が8KW／ft以下となるように出力
レベルを下げるのに十分であるように決めればよ
い。その目安は出力密度51KW／ｌ、電気出力
784MWのBWRで全挿入制御棒20本である。こ
の挿入制御棒の本数は定格出力を出す制御棒パタ
ンの最大線出力密度に比例すると考えてよい。

さらに前述した各実施例は、制御棒のパタン交
換などにも適用できる。つまり制御棒パタン交換
の目標パタンに周辺制御棒を挿入した状態を炉心
流量を低下させ（定格炉心流量の〜40％）たのち
実現し、その後周辺部制御棒を引抜くという実施
例１で示した運転操作法を行えばよい。

なお明細書中で炉心周辺部制御棒とは、炉心最
外周の制御棒およびそれに隣接する制御棒をい
う。

以上説明したごとく本発明になる運転方法を用
いれば、燃料の健全性を損うことがなく短時間に
目標出力運転状態を実現でき、稼動率向上の効果
は大きく産業上の効果は大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の一実施例の説
明図、第３図は、第２図の制御棒パタンａから、
第２図の制御棒パタンｂ（目標制御棒パタン）ま
で周辺制御棒を引抜くときの操作制御棒隣接燃料
の最大線出力密度と炉心中央部での最大線出力密
度の変化を示す図、第４図は、本発明の他の実施
例を示す図である。 １……目標制御棒パタンにさらに周辺制御棒を
挿入した制御棒パタンを実現したときの運転点、
２……目標制御棒パタンを実現したときの運転
点、３……定格出力運転点、４……炉心中央部で
の最大線出力密度、５……操作制御棒に隣接した
燃料集合体での最大線出力密度。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 炉心中央部で制御棒が所定量挿入されてしか
   も前記炉心中央部を取り囲む炉心周辺部で制御棒
   が全部引抜かれてなる目標制御棒パターンに、前
   記炉心周辺部で１本または複数本の制御棒を更に
   挿入した状態を付加した制御棒パターンでの運転
   を、炉心流量定格値の50％以下の炉心流量範囲で
   のみ行い、その後、前記炉心流量定格値の50％以
   下の炉心流量範囲で、前記炉心周辺部に挿入され
   た前記制御棒を引抜いて前記目標制御棒パターン
   を形成し、その状態で出力上昇率の所定の制限値
   を守るように炉心流量を増加させて最終目標であ
   る設定レベルまで原子炉出力を上昇させる沸騰水
   型原子炉の運転方法。