JPH03213603A - タービン蒸気加減弁制御装置 - 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） 本発明は沸騰水型軽水炉を備えた原子力発電プラントに
おけるタービン蒸気加減弁制御装置に係り、特に定格出
力運転中の圧力制御装置等の故障によって生じるタービ
ン蒸気加減弁の閉鎖時において、原子炉の過渡事象を緩
和することができるとともに、原子炉出力が低い状態で
発電機負荷遮断が生じた場合において、タービン主軸の
回転数上昇が設計目標値を超えることを防止しかつ原子
炉の過渡事象を緩和することができるようにしたタービ
ン蒸気加減弁制御装置に関する。

（従来の技術） 沸騰水型軽水炉を備えた原子力発電プラントにおいては
、圧力制御装置等の故障によりタービン蒸気加減弁の閉
鎖要求信号が出力された場合、特にその閉鎖時間を制限
するような回路が設けられていないために、タービン蒸
気加減弁は非常に速い速度で閉鎖する。その閉鎖時間は
沸騰水型原子炉を備えた一般的な原子力発電プラントで
は、概ね数秒未満である。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このような速い速度でタービン蒸気加減弁か
閉鎖すると、原子炉の発生蒸気の流出が制限されるため
に、原子炉の圧力が上昇し、その結果上して炉心内のボ
イドが潰れて正の反応度が投入され、原子炉の出力が増
加する。動特性解析の結果によれば、原子炉の出力上昇
で燃料の健全性上の余裕か低下する可能性があることか
分っている。

これを緩和するための一方策として、タービン蒸気加減
弁の閉鎖時間を現状よりも遅くすることか考えられる。

動特性解析の結果によれば、タービン蒸気加減弁の閉鎖
時間を全開から全閉まで６〜８秒以上とすれば、過渡事
象発生時の燃料健全性を確保できることが分っている。

この目的のため、タービン蒸気加減弁の弁位置制御回路
に閉鎖速度の変化率制限器を設けて閉鎖時間を遅くする
ことは有効な対策であると言える。

一方、沸騰水型軽水炉を備えた原子力発電プラントにお
いては、プラント運転中に電力系統が遮断された場合、
タービン発電機への蒸気供給を速やかに停止してタービ
ン主軸の回転数が上昇するのを防ぐため、タービン蒸気
加減弁を急速に閉鎖するめの回路が設けられている。こ
の原子力発電プラントでは発電機負荷の遮断時にタービ
ン主軸の回転数が定格値の約１１０％を超えないことを
設計目標としており、この観点からタービン蒸気加減弁
の閉鎖時間は速いことか要求される。

この目的のため、原子力発電プラントにはパワーロード
アンバランスリレーと呼ばれる保護リレーがあり、ター
ビンの第１段蒸気室圧力より換算した原子炉出力と送電
線電流より求めた発電機負荷を常時比較して、その差が
４０％を超えたとき、タービン蒸気加減弁を急速作動モ
ードで閉鎖する構成としている。このとき、原子炉側は
急激な圧力上昇で出力が増加し、燃料健全性上の余裕は
低下するものの、急速作動モードの起動と同時に生じる
原子炉スクラム等によって核沸騰状態は維持され、特に
問題となる事象には至らないように設計されている。急
速作動モードによるタービン蒸気加減弁の閉鎖時間は極
めて速く、通常約１００ｍ５ｅｃ以下であり、譬え発電
機負荷遮断が生じてもタービン主軸の回転数が設計目標
値を超えることはない。

しかしなから、原子炉の初期出力が定格出力より低い状
態で発電機負荷遮断が生じたときにパワーロードアンバ
ランスリレーの動作設定値に至らない場合かある。それ
は、原子炉出力が４０％以下で発電機負荷遮断か生じた
場合が代表的であるが、実際には原子炉出力が６０〜７
５％の場合でもパワーロードアンバランスリレーの動作
に至らないことがある。

これは、初めに原子炉出力が６０〜７５％で運転されて
いるときに電力系統周波数が少し上昇して、その後に発
電機負荷遮断に至った場合である。

一般に系統周波数が上昇すると、圧力制御装置はこれを
検出してタービン主軸の回転数を低下すべくタービン蒸
気加減弁をやや絞るように指令する。

このため、原子炉からタービン発電機に供給される蒸気
の量が減少し、タービン第１段蒸気室圧力が低下し、結
果としてパワーロードアンバランスリレーに入力される
原子炉出力相当信号が４０％以下になっていると、譬え
そこで発電機負荷遮断か生じてもパワーロードアンバラ
ンスリレーは動作しない。パワーロードアンバランスリ
レーが動作しない場合、タービン蒸気加減弁の急速作動
モトは働かず、タービン蒸気加減弁は圧力制御装置の指
令に従って、急速作動モードよりは遅い通常閉鎖モード
で閉鎖する。

解析の結果によれば、このような場合にタービン主軸の
回転数増加は最も厳しくなることが知られており、設計
目標である定格値の約１１０％以下を守るためには、タ
ービン蒸気加減弁の通常閉鎖モードでの閉鎖時間は全開
から全閉まで６〜８秒程度以下であることが要求される
。

いま、定格出力運転中において、圧力制御装置の故障に
よってタービン蒸気加減弁の閉鎖要求信号が生じたとき
の過渡事象を緩和するためのタービン蒸気加減弁の最小
許容閉鎖時間をα秒、パワーローＦアンバンスリレーが
動作しないような発電機負荷遮断が生じたときのタービ
ン主軸の回転数増加を約１１０％以下に抑えるためのタ
ービン蒸気加減弁の最大許容閉鎖時間をβ秒として、個
々の発電プラント毎にこれを評価すると、β〈αである
かまたはα〈βあってもその差か少なく、実際にタービ
ン蒸気加減弁の弁位置制御回路に変化率制御器を設けて
閉鎖時間を制限することは難しいという結果か得られて
いる。

なお、現状の原子力発電プラントにおいて、パワーロー
トアンバランスリレーの設定値は４０％であり、この設
定値を下げて発電機負荷遮断か生したときはいっても急
速作動モードによりタービン蒸気加減弁を急速閉鎖させ
れば、タービン主軸回転数の上ゲ７は問題なくなるが、
この場合には平行して生しる原子炉スクラムによって原
子炉か停止してしまうというデメリットがあり現実的な
案ではない。

本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、タービ
ン蒸気加減弁の閉鎖時間について、圧力制御装置の故障
によって生しるタービン蒸気加減弁の閉鎖時の、原子炉
の過渡事象を緩和するために閉鎖時間を遅くする必要が
あるという要求と、パワーロードアンバランスリレーか
動作せずタービン蒸気加減弁の急速作動モードが作動し
ないような発電機負荷遮断か生したときに、タービン主
軸の回転数上昇を設計目標値以下に抑えるために閉鎖時
間を速くする必要があるという要求の２つの要求を満た
すことができるタービン蒸気加減弁制御装置を提供する
ことを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明は、沸騰水型軽水炉
からタービン発電機に蒸気を案内する主蒸気管に設けら
れたタービン蒸気加減弁と、このタービン蒸気加減弁の
弁位置を制御する弁位置制御回路とを備えたタービン蒸
気加減弁制御装置において、上記タービン蒸気加減弁の
閉鎖速度を制限する変化率制限器と、この変化率制限器
の設定値を原子炉の出力に応じて変化させる変化率設定
制御回路とを備えたものである。

（作用） 原子炉出力が定格出力程度に高いときには、変化率設定
制御回路か、圧力制御装置等の故障によって、タービン
蒸気加減弁の閉鎖要求信号か生したときの、過渡事象を
緩和するためのタービン蒸気加減弁の最小許容閉鎖時間
よりも閉鎖速度が遅くなるように、変化率制限器の設定
値を変化させる。

変化率制限器はその設定値に基づいて上記最小許容閉鎖
時間よりも遅くなるようにタービン蒸気加減弁の閉鎖速
度を制限する。したがって、原子炉の出力上昇で燃料の
健全性上の余裕が低下するような原子炉の過渡事象を緩
和することができる。

一方、原子炉出力がパワーロードアンバランスリレーが
動作しないことがある程度に低いときには、変化率設定
制御回路か、パワーロードアンバランスリレーか動作し
ないうような発電機負荷遮断が生じたときのタービン主
軸の回転数増加を設計目標値以下に抑えるためのタービ
ン蒸気加減弁の最大許容閉鎖時間よりも速くなるように
、変化率制限器の設定値を変化させる。

変化率制限器はその設定値に基づいて上記最大許容閉鎖
時間よりも速くなるようにタービン蒸気加減弁の閉鎖速
度を制限する。したかって、タービン主軸の回転数上昇
を設計目標値以下に抑えることができる。この場合、原
子炉出力が低いため、タービン蒸気加減弁の閉鎖速度を
速くしても、原子炉の過渡事象を緩和することができる
。

（実施例） 以下、本発明に係るタービン蒸気加減弁制御装置の一実
施例について添付図面を参照して説明する。

第１図において、原子炉圧力容器１には主蒸気管２が接
続され、この主蒸気管２は下流においてタービン蒸気加
減弁３を介装した後、タービン４に接続される。タービ
ン４はタービン主軸５を介して発電機６と連結され、こ
の発電機６て発電された電力は送電線７によって電力系
統網に送電される。

一方、原子炉圧力容器１からの原子炉圧力信号８が圧力
制御装置９に入力されており、この圧力制御装置９はタ
ービン蒸気加減弁３の開度要求信号１０を出力するよう
になっている。この開度要求信号１０はタービン蒸気加
減弁弁位置制御回路１１に入力され、このタービン蒸気
加減弁弁位置制御回路１１は開度要求信号１０に従って
、タピン蒸気加減弁３の弁位置を決定するようになって
いる。

また、タービン４からのタービン第１段蒸気室圧力信号
１２と、送電線７からの電流信号１３がパワーロードア
ンバランスリレー１４に入力されており、このパワーロ
ードアンバランスリレー１４はそれらの出力偏差が４０
％以上のときに、タービン蒸気加減弁の急速作動モード
を起動する急速作動モード起動回路１５に信号を送って
、タービン蒸気加減弁３を急速閉鎖させるとともに、原
子炉緊急停止系１６に信号を送って原子炉を直ちにスク
ラムさせる。

いま、圧力制御装置９が故障して、タービン蒸気加減弁
３を閉鎖させる開度要求信号１０が出力されると、ター
ビン蒸気加減弁３は数秒で全閉に至り、原子炉の圧力が
上昇して、燃料健全性上飯しい事象となる。また、電力
系統の周波数が一時的に上昇したり、発電機負荷遮断が
生じて、タービン主軸５の回転数が上昇すると、タービ
ン回転数上昇信号１７が圧力制御装置９に伝えられて、
タービン蒸気加減弁３を閉鎖するような指令が発せられ
る。

第２図は圧力制御装置９に故障が生じてタービン蒸気加
減弁３がある時間で閉鎖したと仮定して実施した動特性
解析の結果から、タービン蒸気加減弁３の閉鎖時間の最
小許容値αを原子炉の出力毎に求めたものであり、定格
出力運転状態では、その値αは６〜８秒程度である。ま
た、原子炉出力が低下した状態ではαは徐々に小さくな
り、例えば５０〜６０％出力状態では相当速く閉鎖して
も、原子炉の燃料健全性は充分に維持することが可能で
ある。

一方、パワーロードアンバランスリレー１４が動作しな
いような発電機負荷遮断が生じる原子炉出力は、個々の
沸騰水型軽水炉によって異なるが、概ね６０〜７５％程
度である。このような場合において、タービン蒸気加減
弁３の最大許容閉鎖時間βは、これも個々の沸騰水型軽
水炉によって異なるものの、概ね５〜７秒程度である。

そこで、第２図にはこの観点からの制約条件も併せて記
載している。従来の沸騰水型軽水炉のタービン蒸気加減
弁弁位置制御回路１１においては、タービン蒸気加減弁
３の閉鎖時間を制限する回路は設けられていないが、こ
れがない場合のタービン蒸気加減弁３の実際の閉鎖時間
γはタービン蒸気加減弁３本体の構造によって決まり、
概ね数秒未満である。

これらのことを考慮すると、原子炉の燃料健全性を維持
するためには、第２図における線αと線γの交点Ｐ。の
出力以上では、タービン蒸気加減弁３の閉鎖時間を線α
以上になるように制御する必要があることがわかる。定
格出力運転状態でのαがβより大きいときは、全出力領
域に亘って一定の値を用いてタービン蒸気加減弁３の閉
鎖時間を制限することは不可能であるが、これを第２図
の破線Ａで示すように、原子炉出力に応じて可変とする
ことにより、当初の要求を満足する構成とすることがで
きる。なお、破線Ａは線αを包絡するものなら曲線状あ
るいは階段状等としてもよい。

そこで、本実施例においては、タービン蒸気加減弁弁位
置制御回路１１内にタービン蒸気加減弁３の閉鎖速度を
制限する変化率制限器１８を設けた。そして、第２図の
破線Ａに示すようにタービン蒸気加減弁３の閉鎖時間を
変化させるため、原子炉出力またはそれに相当する原子
炉出力相当信号１９を入力し、変化率制限器１８の設定
値を原子炉の出力に応じて変化させる変化率設定制御回
路２０を設けた。

この実施例において、原子炉出力が定格出力程度に高い
ときには、変化率設定制御回路２０が、圧力制御装置９
等の故障によって、タービン蒸気加減弁３の閉鎖要求信
号が生じたときの、過渡事象を緩和するためのタービン
蒸気加減弁３の最小許容閉鎖時間αよりも閉鎖速度が遅
（なるように、変化率制限器１８の設定値を変化させる
。

変化率制限器１８はその設定値に基づいて上記最小許容
閉鎖時間αよりも遅くなるようにタービン蒸気加減弁３
の閉鎖速度を制限する。したがって、原子炉の出力上昇
で燃料の健全性上の余裕か低下するような原子炉の過渡
事象を緩和することかできる。

一方、原子炉出力かパワーロードアンバランスリレー１
４か動作しないことかある程度に低いときには、変化率
設定制御回路２０が、パワーロードアンバランスリレー
１４か動作しないうような発電機負荷遮断が生じたとき
のタービン主軸５の回転数増加を設計目標値以下に抑え
るためのタービン蒸気加減弁３の最大許容閉鎖時間βよ
りも速くなるように、変化率制限器１８の設定値を変化
させる。

変化率制限器１８はその設定値に基づいて上記最大許容
閉鎖時間βよりも速くなるようにタービン蒸気加減弁３
の閉鎖速度を制限する。したがって、タービン主軸５の
回転数上昇を設計目標値以下に抑えることができる。こ
の場合、原子炉出力が低いため、タービン蒸気加減弁３
の閉鎖速度を速くしても、原子炉の過渡事象を緩和する
ことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明はタービン蒸気加減弁の閉
鎖速度を制限する変化率制限器と、この変化率制限器の
設定値を原子炉の出力に応じて変化させる変化率設定制
御回路とを備えたから、圧力制御装置の故障等によって
生しるタービン蒸気加減弁の閉鎖時の原子炉の過渡事象
を緩和することができるとともに、発電機負荷遮断時の
タービン主軸の回転数上昇を設計目標値以下に抑えるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るタービン蒸気加減弁制御装置を備
えた原子力発電プラントを示す構成図、第２図は上記実
施例において圧力制御装置の故障に関する動特性解析の
結果の一例とタービン蒸気加減弁の閉鎖時間の設定値の
関係を示す特性図である。 １　・原子炉圧力容器、２・・主蒸気管、３・・・ター
ビン蒸気加減弁、４・・タービン、５・・・タービン主
軸、６・・・発電機、７・・・送電線、９・・・圧力制
御装置、１１・・・タービン蒸気加減弁弁位置制御回路
、Ｉ２・・・タービン第１段蒸気室圧力信号、１５・・
・急速作動モード起動回路、１６・・・原子炉緊急停止
系、１８・・変化率制限器、１９・・原子炉出力相当信
号、２０・・変化率設定制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 沸騰水型軽水炉からタービン発電機に蒸気を案内する主
   蒸気管に設けられたタービン蒸気加減弁と、このタービ
   ン蒸気加減弁の弁位置を制御する弁位置制御回路とを備
   えたタービン蒸気加減弁制御装置において、上記タービ
   ン蒸気加減弁の閉鎖速度を制限する変化率制限器と、こ
   の変化率制限器の設定値を原子炉の出力に応じて変化さ
   せる変化率設定制御回路とを備えたことを特徴とするタ
   ービン蒸気加減弁制御装置。