JPH0353525B2

JPH0353525B2 -

Info

Publication number: JPH0353525B2
Application number: JP57031872A
Authority: JP
Inventors: Maikeru Kutsuku Buruusu
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1981-03-02
Filing date: 1982-03-02
Publication date: 1991-08-15
Also published as: ATE22986T1; KR890001252B1; CA1191400A; EP0067497A3; GB2093958B; ZA82667B; ES510024A0; DE3273839D1; IL64934A; EP0067497B1; KR830009424A; IT8219903A0; YU30482A; US4424186A; GB2093958A; ES8401644A1; IT1206683B; EP0067497A2; JPS57158596A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は発電に関し、特に発電の際の給水流量
の制御に関するものである。本発明の理解を助け
るために、原子力発電所に組み込まれたものとし
て、本発明の説明を行なう。本発明が原子力発電
所以外の設備に適用される場合、本発明を具体化
する装置は、本発明の範囲に含まれる。本明細書
において「給水流量」とは、給水が流れるときの
時間率即ち１秒又は他の１単位時間当りのガロン
数又はリツトル数を表わすものとする。同様に、
「蒸気流量」とは、蒸気流の時間率即ち単位時間
当りの立法フイート数又は立方メートル数を表わ
すものとする。本明細書においては具体的にする
ために給水及び蒸気について言及している。本発
明が液体ナトリウムのような他の流体を使用する
原子力発電所に適用される限りにおいて、かかる
適用も本発明の範囲に包含される。

原子力発電所は、１基以上の蒸気発生器にエネ
ルギーを供給する原子炉を備えている。蒸気発生
器はタービンを駆動するための蒸気を供給し、タ
ービンは１台の発電機を駆動する。各蒸気発生器
は、原子炉冷却材を搬送するＵ字形又は直管形の
１次配管を備えている。１次配管は給水と熱交換
関係にあり、給水をタービンのための蒸気に変換
する。発電に使用後のタービンからの蒸気は凝縮
され予熱されて給水として蒸気発生器に戻され
る。給水は主弁及びバイパス弁を経て各蒸気発生
器に供給され、バイパス弁は給水の要求量が低い
時に同給水を搬送する。この低要求量は最大即ち
100％給水要求量の20〜25％と定義される。各蒸
気発生器は普通には中空円筒形状の胴部を有し、
この胴部が、降水領域と呼ばれる外側領域と内側
の沸騰領域とに蒸気発生器を分けている。降水領
域は給水を収容し、給水は降水領域に供給され
る。降水領域における給水の水位は、給水の要求
量を定める１つの尺度又は基準として用いられ
る。沸騰領域は蒸気を収容している。給水流量の
制御において重要なのは、降水領域と沸騰領域と
の間の給水流体（液相と蒸気相との両方）の移動
である。以上の説明は加圧水型原子炉による発電
の場合であり、本発明が他の型式の原子力発電に
適用される限りにおいて、かかる適用も本発明の
範囲に包含される。

従来の技術によれば、要求に従つて給水弁を制
御する指令は、実際の蒸気流量及び実際の給水流
量の差と、降水領域における水位及び水位設定点
の差とを組み合わせることにより導出されてい
る。給水弁は、これ等の差を表わすパラメーター
を平衡に保つ傾向をもつように、即ちこれ等の差
を零に保つ傾向をもつように制御される。

従来の技術による発電装置を使用した場合に
は、給水の水位の応答に、比較的長時間にわたる
相当な行き過ぎ即ちオーバーシユートが認められ
ていた。この状態は、特に、発電装置に対する大
負荷の遮断即ち発電装置における大きな負荷減少
の場合に現れる。かかる大負荷の遮断は典型的に
は発電装置から給電を受ける回路網の故障の結果
であり得る。

本発明の目的は、そうした従来技術の欠点を解
消し、給水の水位応答の目標を超える行き過ぎが
抑制されるようにした給水流量の制御方法及び発
電装置を提供することにある。

また、本発明の好適な実施例は、温態停止から
原子力発電所の全出力運転まで有効な自動給水制
御が原子力発電所において行われるようにしてい
る。「温態停止」とは、通常の運転温度にありな
がら発電は行われていない発電装置の状態を意味
する。これは運転状態から停止となつた直後の発
電装置の状態である。発電装置は始動される時
に、運転状態となる前に冷態から温態に移行する
ので、始動時には「温態停止」にはなつていな
い。

上述の目的を達成するために、本願の第１の発
明は、原子炉と、該原子炉により駆動されるター
ビンと、該原子炉からエネルギーを取り出すため
に該原子炉に連結され、沸騰領域及び降水領域を
備えた蒸気発生器と、該蒸気発生器及び上記ター
ビンに連結され、上記蒸気発生器から上記タービ
ンに蒸気を供給するための第１分路及び上記ター
ビンから上記蒸気発生器に給水を供給するための
第２分路を備えた流体循環手段とを有する発電装
置における上記蒸気発生器への給水流量を制御す
るために、給水流量を測定し、蒸気流量を測定
し、上記原子炉により供給される原子炉供給エネ
ルギーを測定し、蒸気圧力を測定する、給水流量
制御方法において、測定した上記原子炉供給エネ
ルギー、上記給水流量及び上記蒸気圧力から沸騰
エネルギーを導出し、上記発電装置の運転の変化
により生じた圧力増分を上記蒸気圧力から導出
し、導出した上記沸騰エネルギー及び圧力増分か
ら、上記発電装置の運転の上記変化により生ずる
上記沸騰領域及び上記降水領域の間の流体質量の
移動信号を導出し、上記給水流量及び上記蒸気流
量の差を決定し、導出した上記流体質量の移動信
号から、上記発電装置の運転の上記変化により生
ずると予測される給水流量要求の増分を表す予測
信号を決定し、上記給水流量及び上記蒸気流量の
上記決定された差と上記決定された予測信号との
間の差を決定し、上記給水流量及び上記蒸気流量
の上記決定された差と上記決定された予測信号と
の間の上記差に対して補償するように上記給水流
量を変更することを特徴とすものである。

また、上述の目的を達成するために、本願の第
２の発明は、原子炉と、該原子炉により作動され
るタービンと、該原子炉からエネルギーを取り出
すように該原子炉に連結されると共に、沸騰領域
及び降水領域を有する蒸気発生器と、該蒸気発生
器及び前記タービンに連結され、該蒸気発生器か
ら前記タービンに蒸気を供給して前記タービンを
駆動する第１分路及び前記タービンから前記蒸気
発生器に給水を供給するための第２分路を備えた
流体循環手段と、給水流量を測定するための手段
と、蒸気流量を測定するための手段と、前記原子
炉により供給される原子炉供給エネルギーを測定
するための手段と、蒸気圧力を測定するための手
段とを有し、前記給水は前記原子炉により前記蒸
気発生器に供給されるエネルギーにより前記蒸気
発生器内において蒸気に変換されるように前記蒸
気発生器に供給され、前記第２分路中には前記蒸
気発生器への給水の流量を制御するための弁装置
が設けられている発電装置において、測定された
前記原子炉供給エネルギー、前記給水流量及び前
記蒸気圧力から、前記原子炉により前記蒸気発生
器において発生される沸騰エネルギ（BP）ーを
導出する手段と、該沸騰エネルギー（BP）を前
記蒸気発生器における気相及び液相の双方の全流
体の質量（Ｍ）に変換する関数発生器と、前記沸
騰エネルギー（BP）から、前記蒸気圧力に関す
る前記蒸気発生器における流体の質量の変化率
（ΔM／ΔP）を導出する手段と、前記蒸気発生器
における前記蒸気圧力（Ps）から単位時間当た
りの圧力変化（ΔP）を導出する手段と、前記流
体の質量の変化率（ΔM／ΔP）に前記圧力変化
（ΔP）を乗算して出力信号（ΔM）を出す掛算器
と、前記蒸気発生器における全流体質量（Ｍ）に
前記出力信号（ΔM）を加えて、前記蒸気発生器
の前記沸騰領域及び前記降水領域間の質量の移動
信号である（Ｍ＋ΔM）を導出する加算器と、前
記蒸気発生器における設定水位を維持すべく、前
記移動信号（Ｍ＋ΔM）を時間微分して給水流量
及び蒸気流量の瞬時的な差、即ち前記発電装置の
運転の変化により生ずると予測される給水流量要
求の増分を表す予測信号（ΔW_fw）を決定する手
段と、測定した前記給水流量（W_fw）及び前記蒸
気流量（W_s）の差信号（W_fw−W_s）を導出する
加算器と、給水流量の誤差信号として前記予測信
号（ΔW_fw）及び前記差信号（W_fw−W_s）の差
［ΔW_fw−（W_fw−W_s］を導出する差導出手段と、
該誤差信号に対して補償するように該誤差信号に
対応して前記弁装置を作動させる弁作動手段と、
を備えることを特徴とするものである。

本発明は、大負荷の遮断のような苛酷な過渡現
象の際の水位応答の大きな行き過ぎの原因の発見
ないしは認識に基づいたものである。負荷遮断に
よる影響の１つは蒸気流量の減少である。この影
響は給水制御部によつて最初に認知され、同制御
部は、給水流量を減少させることにより応答す
る。大きな負荷遮断があると、蒸気要求量は現象
するが、この減少により蒸気発生器内部の蒸気圧
力が一時的に上昇する。これ等の影響が組み合わ
さつて、蒸気発生器の沸騰領域中の気泡が崩壊
し、降水領域の水位が下降する。降水領域の水位
が下降すると制御部はより多くの給水を要求す
る。これは負荷遮断に続く後の運転段階において
生ずる。そのため制御部は２つの矛盾する制御パ
ラメータの影響下におかれる。即ち、１組の制御
パラメーターは給水流量の減少を要求し、別の組
の制御パラメーターは後に給水流量の増大を要求
する。制御系が低水位に応答する時までには、給
水状態は安定化を開始してしまつている。その結
果、給水レベル応答の甚だしい行き過ぎになる。
行き過ぎ状態の持続時間は数分間にわたることが
ある。

本発明によれば、予測因子が制御に導入され
る。この予測因子は、気泡の崩壊から生ずるボイ
ド率の変化を定め、その変化に従つて給水弁（弁
装置）を制御することにより、改良された応答を
可能にする信号である。該信号は、後から定義す
る沸騰エネルギーと蒸気圧力とから導出される。
気泡の崩壊により生じるボイドは沸騰エネルギー
に比例し、一般的には、沸騰エネルギーと共に増
減する。沸騰エネルギーは、次式により定義され
る。

BP＝K₁・Q_N−α・（h_s−h_fw）・W_fw ここで BP＝沸騰エネルギー K₁＝発電装置に特有の定数 Q_N＝原子炉供給エネルギー（原子炉からの入力
エネルギー） α＝発電装置に特有の定数 h_s＝飽和水即ち更にエネルギーが加えられると蒸
気になる水が有するエンタルピー h_fw＝蒸気発生器に注入される給水のエンタルピ
ー W_fw＝給水流量上式の負の項は給水を飽和にするのに必要なエ
ネルギーである。正の項は蒸気発生器への入力エ
ネルギーである。２つの項の差は飽和した水を沸
騰させて蒸気とするのに要するエネルギーであ
り、本明細書ではこれを沸騰エネルギーと定義し
ている。

過渡現象の結果として蒸気発生器の降水領域と
沸騰領域との間に起こる質量移動の大きさ、即ち
降水領域にある流体の質量と比較した沸騰領域中
の流体の質量の割合は、蒸気圧力の時間変化率及
び沸騰エネルギーの関数として導出される。気相
及び液相においての流体の質量Ｍは沸騰エネルギ
ーから導出される。過渡現象の結果としての圧力
変化に伴う質量変化ΔM／ΔPも導出される。圧
力の時間微分を取ることにより、過渡現象から生
じる圧力増分ΔPが導出される。圧力に関する質
量変化ΔM／ΔPに圧力増分ΔPを掛けて、過渡現
象から生じる質量増分ΔMが得られる。この質量
増分ΔMを沸騰エネルギーから導出された質量Ｍ
に加算する。和Ｍ＋ΔMを時間微分する。微分は
ΔW_fwであり、この増分ΔW_fwは、正常な水位を
保つのに必要な給水流量と蒸気流量との間の予測
瞬時流量差である。この予測された流量差ΔW_fw
は測定された流量差W_fw−W_sと比較され、給水
弁の制御に用いられる流量依存の誤差信号成分が
導出される。追加される別の成分は、降水領域中
において測定された水位の、水位設定点からの偏
差の目安となる誤差信号である。この誤差信号
は、装置が定常状態に到達した時に水位が所望の
位置になるように追加される。この誤差信号の利
得は、過渡現象の間水位変化が給水弁の制御に従
属的な役割を果すように設定される。複合誤差信
号は比例−積分制御器を経て給水制御部に転送さ
れる。この制御器の比例素子は誤差信号に瞬時的
に応答し、積分素子は応答を長期補正まで延ば
す。

給水の低出力制御（約20％出力までの温態停
止）については、本発明による制御部は、米国特
許第4104117号明細書に開示された制御部を有す
る発電装置に組み込まれる。比例−積分制御器に
より補正された水位の誤差信号は、低出力レベル
での給水流量を制御するために、原子炉供給エネ
ルギーに比例するフイードフオワード信号に組み
合わされる。本発明の実施に当り、水位の誤差信
号は、率−遅れについて補償された原子炉供給エ
ネルギー信号に加えられる。和信号は比例−積分
制御器を経て給水弁制御部に供給される。本発明
の実施に当たり、上記米国特許第4104117号明細
書の教示による低出力運転にも、比較的高出力の
運転にも、共通の比例−積分制御器を使用するこ
とができる。しかし、比例−積分制御器は、率一
遅れ制御器（フイードフオワード原子炉供給エネ
ルギー信号はこの制御器を通つて印加される）と
数学的に逆にすることが必要とされる。即ち比例
−積分制御器の時定数は、率−遅れ制御器（フイ
ードフオワード信号がこれを通り印加される）の
時定数とほぼ同一としなければならない。

本発明の好適な実施例によれば、低出力−主給
水制御の間の切換えは、原子炉供給エネルギーの
大きさに依存して動作する双安定回路により制御
される。出力制御は、低出力においの切換えが突
出的な状況なしに行われるように、率−遅れ制御
部に連結されていない時は、適当な信号を追跡
（トラツキング）する。

本発明の好適な実施例による発電装置は給水弁
装置のための自動−手動制御器を備えている。弁
要求信号はこの制御器に印加される。この制御器
は自動モードにある時に入力信号を出力部に移行
させ、手動モードにある時は電流出力を保持す
る。この出力は弁装置を制御する押しボタンの操
作により上下動させることができる。主弁とバイ
パス弁との間の移行は手動により開始させ得る。
運転員は弁制御のためには自動モードを選択す
る。弁要求信号が所定の限界以上又は以下になつ
た時には自動的に移行を開始させることもでき
る。一旦移行がなされた後は、運転員の介入なし
にはそれ以上の移行がなされないように、移行モ
ードを手動にする。移行手順には、適当な方の弁
を自動とし他の弁を開弁することが含まれる。両
方の弁が手動モードになつた場合、両方の弁の間
に進行するいかなる移行も停止され、運転員が一
方又は両方の弁の開度を決めることができるよう
にする。両方の弁が手動モードにある時には、比
例−積分制御器（弁要求はこの制御器を経て印加
される）は、単独に用いられるどちらの弁につい
てもモード移行が突出的な状況なしに行われるよ
うに、或る信号を追跡（トラツキング）する。

本発明の構成ないしは運転形態がよりよく理解
されるようにするために、添付図面に示した本発
明の好ましい実施例を参照して一層詳細に説明す
る。

図示した装置は原子力発電所（発電装置）であ
り、複数の蒸気発生器１３，１５と熱交換関係に
ある原子炉１１を備えている。それぞれポンプ１
８，２０を備えた１次ループ１７，１９は、原子
炉１１と蒸気発生器１３，１５とを熱的に相互に
連結している。典型的には加圧水である冷却材
は、原子炉１１の炉心（図示せず）及び蒸気発生
器１３，１５を通つて流れる。１次ループ１７，
１９により炉心から取り出された熱は、蒸気発生
器１３，１５中の水を蒸発させる。２次ループ２
１，２３はそれぞれ蒸気発生器１３，１５に組み
合わされている。

本発明は蒸気により作動される装置に特に適合
しているが、本願において「水」及び「蒸気」に
言及したことにより本発明の範囲は制限されな
い。本発明が水以外の流体により作動される発電
装置に適用される限りにおいて、かかる応用も本
発明の範囲に包含され、本願において使用された
「水」及び「蒸気」という用語にはかかる他の流
体も含まれると解すべきである。

図示した装置は、タービン２５及び同タービン
により駆動される発電機２７も備えている。各２
次ループ（流体循環手段）２１，２３は、タービ
ン２５を駆動するために各蒸気発生器１３，１５
から蒸気を供給するための第１分路２９と、ター
ビン２５から対応の蒸気発生器１３，１５に給水
を供給するための第２分路３１とを備えている。
分路３１に共通に、タービン２５からの流体を凝
縮するための凝縮器３３と、凝縮液ポンプ３５
と、複数の加熱器３７とがある。各第２分路３１
は給水ポンプ３９と、加熱器４１と、弁ユニツト
即ち弁装置４３（第５図）とを更に備えている。
各弁ユニツト４３は主配管中に主弁４５を備えて
いる。主弁４５を横切つてバイパス配管４７があ
り、バイパス配管４７中にはバイパス弁４９があ
る。各バイパス弁４９は主弁４５の容量の約20〜
25％の容量を有し、低負荷レベルの間給水流量を
制限する働きをする。

原子炉１１は、原子炉出力即ち原子炉供給エネ
ルギーに依存する中性子束から信号を導出するた
めの普通のセンサー（原子炉供給エネルギーを測
定するための手段）５１を備えている。蒸気発生
器１３，１５は、蒸気発生器１３，１５中の給水
レベルに依存する信号を導出するための普通のセ
ンサー５３，５５を備えている。第２分路３１か
らの給水流量を表わす信号を導出するためのセン
サー（給水流量を測定するための手段）５６，５
８、典型的には蒸気配管６４，６６からの蒸気流
量を表わす信号を導出するためのセンサー（蒸気
流量を測定するための手段）６０，６２、及び典
型的には蒸気ヘツダー７２からの蒸気圧力を導出
するためのセンサー（蒸気圧力を測定するための
手段）６８，７０が設けられている。これ等のセ
ンサー５１，５３，５５，５６，５８，６０，６
２，６８，７０からの信号は弁制御部５７，５９
に供給される（第４，５，６図）。弁制御部５７，
５９は各給水配管即ち第２分路３１中の弁４５，
４９を制御する。

典型的な蒸気発生器１３，１５を第２図に断面
図により示す。この蒸気発生器は、底部に入口プ
レナム１０３及び出口プレナム１０５を有する容
器１０１を備えている。プレナム１０３，１０５
は、壁部１０６により隔てられている。１次ルー
プ１７又は１９の高温脚部１０７は入口プレナム
１０３に連結されており、そのループの低温脚部
１０９は出口プレナム１０５に連結されている。
プレナム１０３，１０５は、多数のＵ字管１１１
（又は直管）により相互に連結されており、これ
等のＵ字管は蒸気発生器を貫流するように冷却材
を導き、熱を給水１１３に伝達し、タービン２５
を作動させるための蒸気を発生する。給水１１３
は第２分路即ち配管３１を経て蒸気発生器１３，
１５に供給される。蒸気発生器は胴１１５を有
し、胴１１５は蒸気が発生される領域１１９から
給水が流入する環状の領域１１７を隔てている。
領域１１７，１１９内における状態に依存して、
環状の領域１１７は降水領域と呼ばれ、領域１１
９は沸騰領域と呼ばれる。給水１１３は蒸気分離
器１１０から胴１１５の開放底部を通つて矢印１
２０，１２１，１２３により示すようにこれ等の
領域を循環するように流れる。

運転中に蒸気の気泡１２５が沸騰領域１１９中
に発生する。負荷の喪失が大きいと、タービン２
５からくる蒸気圧力が増大して気泡１２５を崩壊
させ、沸騰領域１１９内の流体の体積を減少させ
るので、降水領域１１７からの水が沸騰領域１１
９中に流入し、降水領域における水位は低下す
る。従来の運転ではセンサー５３，５５がより多
量の給水を要求する。しかし、蒸気流量は減少す
るのでセンサー６０，６２はより少量の給水を要
求する。センサー６０，６２の最初の対応はセン
サー５３，５５により要求される対応と矛盾す
る。センサー６０，６２に対する対応の結果、従
来技術による装置は安定化を開始する。次に、装
置はセンサー５３，５５に応答し、水位制御の目
標を超える行き過ぎ即ちオーバーシユートが起こ
る。

この現象は第３図に略示されている。従来の技
術によれば、蒸気流量W_sと給水流量W_fwとは加
算器１３１により比較される。各蒸気発生器にお
ける給水の水位１２７は加算器１３３により設定
点と比較される。出力OA（W_s−W_fw）及びOB
（設定点−水位レベル）とは加算器１３５におい
て加算される。加算器１３５の出力OCは給水の
ための弁４５，４７を制御する。正常運転の間
は、W_sとW_fwとは平衡され、設定点と水位レベ
ルとは平衡されているため、出力OA，OBは零
である。大きな負荷遮断が起こると、W_fwはW_s
を超過するため、出力OAは負となり、設定点は
水位レベルを超過するため、出力OBは正とな
り、矛盾が生ずる。出力OBが正となる前に出力
OAが負となるとオーバーシユートが起こる。出
力OAは一方向の変化を生じ、それが影響を示し
始めた後に、出力OBにより逆方向の変化が生ず
る。本発明によれば、沸騰エネルギーに依存する
予測信号ΔW_fwBPが導入され、それが異常な運転
を抑制する。沸騰エネルギーは蒸気発生器中に生
じたボイド率の変化の瞬時的な目安であり、それ
を使用することにより、ボイド率の変化による制
御の欠陥が抑制される。

増分ΔW_fwの決定と、弁に対する要求（弁要
求）の決定への同増分ΔW_fwの寄与の決定とは第
４図に図示されている。沸騰エネルギーBPにつ
いての２つの式の項α・h_fwは原子炉供給エネル
ギー信号Q_Nから導出される。信号Q_Nはセンサー
５１から得られる。信号Q_Nはフイルター１４３
を経て関数発生器１４１に印加される。フイルタ
ー１４３は長い時定数τ₁（約30秒）を有する。そ
の目的はノイズ及び短い過渡信号を消去又は波
することにある。記号Ｓはラプラス演算子ｄ／dt
（ｔは時間）である。関数発生器１４１は、水平
にプロツトされるフイルター１４３を通過した信
号Q_Nの変更の関数として、垂直にプロツトされ
たα・h_fwを導出する。関数発生器１４１の負の
出力は加算器１４５に印加される。蒸気圧力P_sは
関数発生器１４７に印加される。この関数発生器
は、水平にプロツトされるP_sの関数として、垂直
にプロツトされる項α・h_sをP_sから導出する。関
数発生器１４７の出力は加算器１４５に印加され
る。加算器１４５の出力はα・（h_s−h_fw）であ
り、掛算器１４９に印加される。係数W_fwも掛算
器１４９に印加される。掛算器１４９の出力は
α・（hs−h_fw）・W_fwである。この積の負信号は
加算器１５１に印加される。Q_Nと利得K₁との積
はブロツク１５３により表わされ、加算器１５１
に印加される。加算器１５１の出力は K₁・Q_N−α・（h_s−h_fw）・W_fw 即ち沸騰エネルギーBPである。このように、
関数発生器１４１，１４７、加算器１４５，１５
１及び掛算器１４９は沸騰エネルギーBPを導出
する手段を構成する。

加算器１５１の出力BPは関数発生器（沸騰エ
ネルギーから全流体質量を導出する手段）１５５
に印加される。関数発生器１５５は、水平にプロ
ツトされるBPの関数として、垂直にプロツトさ
れる蒸気発生器中の全流体質量ＭをBPから導出
する。沸騰エネルギーBPは関数発生器（流体質
量の変化率を導出する手段）１５７にも印加され
る。関数発生器１５７は、圧力変化に伴う全質量
の変化率ΔM／ΔPである係数を沸騰エネルギー
BPの関数として導出する。沸騰エネルギーBPは
水平にプロツトされ、ΔM／ΔPは垂直にプロツ
トされる。関数発生器１５７の出力信号は掛算器
１５９に印加される。蒸気圧P_sは、微分−波組
合せ回路である制御器（圧力変化を導出する手
段）１６１に印加される。制御器１６１の時定数
τ₂は約１秒である。単位時間当たりのこの圧力の
変化分である出力信号ΔPは掛算器１５９に印加
される。掛算器１５９の出力信号ΔMは、関数発
生器１５５の出力信号Ｍと共に加算器１６３に印
加される。制御器（予測信号を決定する手段）１
６５は微分−波組合せ回路であり、時定数τ₃は
約１秒である。加算器１６３の出力信号Ｍ＋ΔM
は制御器１６５に印加される。制御器１６５の出
力信号ΔW_fwは、予測される給水流量要求の増分
を表す。この増分ΔW_fwは、加算器１６９を介し
導出される実際の流量差W_fw−W_sと、加算器
（差導出手段）１６７において比較される。差
ΔW_fw＋W_s−W_fwは弁要求の目安となる修正され
た誤差信号である。しかし、給水の水位１２７も
勘案されねばならない。水位１２７は時定数τ₆が
約５〜10秒であるフイルター１７１により修正さ
れる。波された水位は、加算器１７３において
レベル設定点と比較され、ブロツク１７５におい
て利得K₃の掛算が行われる。水位が従属的役目
をすることが望まれるため利得K₃は低い。利得
K₃により補正された水位と設定点との差は、加
算器（弁作動手段）１７７に印加され、そこで増
分ΔW_fwに加算される。加算器１７７の出力信号
は比例−積分制御器（弁作動手段）１７９に印加
される。制御器１７９の出力信号は弁要求信号で
ある。

高出力運転と低出力運転との間において論理回
路を切替えるためにスイツチ１８１が設けられて
いる。スイツチ１８１は信号Q_Nに依存する双安
定回路１８３により制御される。双安定回路１８
３は閾値素子として動作する。低出力設定におい
てはバイパス弁４９のみが制御される。この制御
は大体において米国特許第4104117号明細書に開
示されているように行われる。しかし米国特許第
4104117号においてはその第３図に示すように、
信号Q_Nはフイルター８３を経て加算器６３に供
給され、水位誤差信号は比例−積分制御器８１を
経て供給される。加算器６３の出力信号は自動−
手動制御部８３に直接に転送される。本発明の装
置において、加算器１７７の出力信号は、比例−
積分制御器１７９を経て弁ユニツト４３を制御す
るように転送される。スイツチ１８１の低出力端
子１８５における出力信号は弁装置の制御出力信
号に整合されねばならない。そのため、信号Q_N
は、K₂利得素子１８７及び率−遅れ制御器１８
９を経て端子１８５に印加される。制御器１８９
は、比例−積分制御器１７９の逆である。制御器
１８９の時定数τ₅は制御器１７９の時定数τ₄にほ
ぼ等しく、どちらも約50秒である。利得K₂、K₄
は弁要求が所要の利得をもつように設定される。

率−遅れ制御器１８９は追跡のための入力部１
９０を有し、入力部１９０には、発電装置が高出
力設定にある時に閉成されるスイツチ１９４によ
り加算器１６７の出力部から信号が供給される。
制御器１８９の出力部は、スイツチ１８１が高出
力即ち高流速設定にある時に上記信号を受け、こ
のように設定が高出力を追跡する。高出力が低下
して、スイツチ１８１が低出力設定に切り替えら
れると、過渡状態には突出するような状況はな
い。

弁装置がバイパスモードにある時、比例−積分
制御器１７９は、主要求とバイパス要求とを相関
させる信号を追跡するので、主モードとバイパス
モードとの間の過渡状態に突出的な状況はない。
加算器１９３はこの目的のために設けられてい
る。この加算器１９３の一方の入力は、率−遅れ
加算器１８９から導出され、他方の入力信号は、
W_fwとW_sとの差を生成させる出力加算器１６９
から導出される。加算器１９３の出力はスイツチ
１９５を経て入力部１９２において制御器１６５
に接続され、スイツチ１９５は、弁が低出力バイ
パス設定にある時に閉成される。追跡信号は追跡
＝主要求＋１／K₅・バイパス要求により与えら
れる。K₅は、弁要求とバイパス弁自動−手動制
御器２０３（第５図）との間に介在されたブロツ
ク２０１により表わされる利得である。

主弁４５及びバイパス弁４９への弁要求指令の
伝達は、バイパス弁自動−手動制御器２０３（第
５図）、主弁自動−手動制御器２０５及び伝達順
序ロジツク２０７（第６図）により制御される。
伝達順序ロジツクは指令されたように制御器２０
３，２０５の動作モードを設定する。伝達順序ロ
ジツク２０７は要求に依存して双安定回路２０９
から自動的に制御され得る。上述したように双安
定回路２０９はヒステリシス効果をもつて動作す
る閾値素子であるため、主弁モードとバイパスモ
ードとの間の反復移行が阻止される。

ロジツク２０７（第６図）は、弁４５，４９の
制御を自動的に又は手動により行われるように設
定するための転送スイツチ２１１，２１２、主弁
４５の制御を自動モード又は手動モードに設定す
るためのスイツチ２１３，２１４及びバイパス弁
４９の制御を自動モード又は手動モードに設定す
るためのスイツチ２１５，２１６を備えている。
スイツチ２１１〜２１６は典型的には押しボタン
であり、瞬時的に動作し、押圧されている間のみ
閉成されている。自動伝達モードでは主弁４５と
バイパス弁４９との間の切替は弁要求に依存して
双安定回路２０９により制御される。

ロジツク２０７のAND、OR及びNOTの各素
子の制御はデジタル式に行われ、入力及び出力は
１又は０である。双安定回路２０９が高弁要求モ
ードにある時には、その出力及び導線２１７に
「１」が生じ、低弁要求モードにある時に、その
出力及び導線２１７に「０」が生じる。

発電装置の待機設定においては、全部のスイツ
チ２１１〜２１６は開成され、「０」出力を与え
る。どれか１つのスイツチが閉成されていると、
そのスイツチは「１」出力を与える。発電装置が
待機に設定されると手動のスイツチ２１２，２１
４，２１６は作動される。導線２２５，２２７，
２２９には一時的に「１」が生ずる。導線２１
９，２２１，２２３には「０」が生ずる。弁４
５，４９は閉弁される。弁要求がないと導線２１
７には「０」が生ずる。バイパス弁要求低限界回
路２３０の出力には「１」が生ずる。NOT２３
１により、AND２３５の入力２３３に「０」、そ
の出力に「０」がそれぞれ生ずる。この時に、バ
イパス弁は閉弁しているが、AND２３７の出力
の「１」により積極的に閉弁されているのではな
く、動作可能である。

OR２３９の入力２３７には「０」が生ずる。
OR２３９の入力２４１には導線２２１により
「０」が生ずる。AND２４５の入力部２４３には
導線２１７により「０」が生ずる。AND２４５
の出力には「０」が生じ、OR２３９の入力２４
９には「０」が生ずる。OR２３９の出力及び導
線２５１には「０」が生ずる。OR２５５の入力
２５３には導線２１９により「０」が生ずる。
（一時的に手動に設定された）導線２２５から、
OR２５９の入力２５７に「１」が加えられ、
NOT２６１を経てAND２６５の入力２６３に
「０」が加えられる。OR２５５の入力２６７に
「０」が加えられ、その出力及び導線２６９に
「０」が加えられる。AND２７３の入力２７１に
は、導線２６９により「０」が加えられ、その出
力及びOR２７７の入力２７５には「０」が加え
られる。この時点では、主弁要求低限界回路２７
６は低限界になり、その出力には「１」が生じ、
AND２８３の入力２８１にはNOT２７９を介し
て「０」が生ずる。AND２８３の出力及びOR２
７７の入力２８５には「０」が生ずる。AND２
８３の出力及びOR２７７の入力２８５には
「０」が生ずる。OR２７７の出力には「０」が
生ずる。

導線２８９からOR２９３の入力２９１に
「０」が生ずる。導線２２３からAND２９７の入
力２９５に「０」が生ずる。このAND２９７の
出力とOR２９３のの入力２９９とには「０」が
ある。手動のスイツチ２１６が閉成に保たれてい
た時に、導線２２９及びOR３０３の入力３０１
に「１」が入力されている。AND３０９の入力
３０７にはNOT３０５を経て「０」が入力され
る。OR２９３の入力３１１及びその出力には
「０」が加えられる。バイパス弁４９はNOT３１
３を経て手動制御に設定される。導線３１４には
「０」が加えられる。導線２５１からOR３１７
の入力３１５に「０」が加えられる。導線２２１
からAND３２１の入力３１９とその出力及びOR
３１７の入力３２３に「０」が加えられる。スイ
ツチ２１４が閉成されていた時に導線２２７から
OR３２７の入力３２５に「１」、その出力に
「１」が加えられ、NOT３３３を経てAND３３
１の入力３２９に「０」が加えられる。AND３
３１の出力及びOR３１７の入力３３５に「０」
が加えられる。OR３１７の出力及び導線３３７
に「０」が加えられる。発電装置はNOT３３９
により主弁４５の手動制御に設定されている。

発電装置の始動時に運転員は一時的にバイパス
弁のスイツチ２１５を操作する。導線２２３には
一時的に「１」が入力される。AND２９７の入
力２９５には「１」が入力される。導線３３７か
らNOT３４３を経てAND２９７の入力３４１に
「１」が入力される。AND２９７の出力、OR２
９３の入力２９９及びその出力に「１」が加えら
れる。バイパス弁の設定は手動から自動に移行さ
れ、導線３１４には「１」が入力される。AND
３０９の入力３４５には「１」が入力される。導
線２２９上に「０」があると、OR３０３の入力
３０１には「０」が生ずる。導線２５１からその
入力３４７にも「０」が加えられる。OR３０３
の出力には「０」が生じ、NOT３０５を経て
AND３０９の入力３０７に「１」が生ずる。
AND３０９の出力及びOR２９３の入力３１１に
「１」が生ずる。バイパス弁は自動にラツチされ
る。

導線３３７からAND３３１の入力３７７に
「０」が生じ、その出力及びOR３１７の入力３
３５に「０」が生じる。導線２５１からOR３１
７の入力３１５に「０」が生じ、導線２２１か
ら、AND３２１の入力３１９及び出力を経てOR
３１７の入力３２３に「０」が生ずる。OR３１
７の出力に「０」が生じ、主弁は手動に設定され
る。

この時点でバイパス弁４９は閉弁している。し
かしバイパス弁要求低限界回路２３０が低限界以
下であるため、AND２３５の出力には「０」が
生じ、バイパス弁４９は要求に応答して開放され
ることができる。バイパス弁４９は開放され、給
水はバイパス弁４９を通つて流れる。

主弁要求低限界回路２７６はその低限界以下で
あり、NOT２７９を経てAND２８３の出力に
「０」が生ずる。AND２８３の出力には「０」が
生じる。主弁４５が閉弁された時、主弁４５は
AND２８３の出力の「１」により積極的に閉成
されたのではなく、開放可能である。

転送スイツチ２１１は一時的に自動に作動され
る。導線２２５及びOR２５９の入力２５７に
「０」が入力される。導線３９５，３９６から
OR２５９の入力３４９，３５１に「０」が加え
られる。NOT２６１を経てAND２６５の入力２
６３に「１」が加えられる。導線２１９からOR
２５５の入力２５３に「１」が加えられる。
AND２６５の入力３５３及びOR２５５の出力に
「１」が生ずる。発電装置は自動伝達にラツチさ
れ、導線２６９には「１」が生ずる。

高弁要求に到達する前に、導線２１７に「０」
が生じ、導線３７１を経てAND２４５の入力２
４３に「０」が生じる。OR２３９の入力２４９
には「０」が生じる。OR２３９の入力２４１に
は導線２２１から「０」が生じる。AND２３５
の出力からOR２３９の入力２３７に「０」が生
じる。AND２３５の入力３８３及びその出力に
は「０」が生じ、バイパス弁４９は開放し続ける
ことができる。

導線２１７に「０」がある時には、NOT３６
１を経てAND２７３の入力３５９に「１」が加
えられる。導線２６９から、AND２７３の入力
２７１に「１」が加えられ、その出力及びOR２
７７の入力２７５に「１」が加えられる。AND
２８３の入力３６３には「１」が生じる。しかし
主弁要求はこの時はその低限界以下であり、
AND２８３の入力及び出力には「０」が生じる。

高弁要求が超過されると双安定回路２０９から
導線２１７，３７１に「１」が生じる。

導線２６９，３７１からAND２４５の入力３
５５，２４３に「１」が生ずる。AND２４５の
出力並びにOR２３９の入力２４９及び出力には
「１」が生ずる。導線２５１には「１」が生じ、
OR３１７の入力３１５及び出力には「１」が生
じる。主弁は自動に設定される。導線３３７及び
AND３３１の入力３７７には「１」が生じる。
導線２２７，２８９上に「０」があると、OR３
２７の出力は「０」、AND３３１の入力３２９は
「１」になつている。主弁は自動にラツチされる。
導線３３７からAND２３５の入力３８１に「１」
が生じ、導線２５１から入力３８３に「１」が生
じる。バイパス弁要求は低限界以上であるから、
AND２３５の入力２３３には「１」が生じる。
バイパス弁４９は閉弁され、閉弁設定にラツチさ
れる。

AND２３５の出力から導線３９５に「１」が
生じ、そのためOR２５９の入力３４９及び出力
に「１」が生じる。NOT２６１を経てAND２６
５の入力２６３と出力及びOR２５５の入力２６
７に「０」が生じるため、自動伝達モードのラツ
チが解かれる。この特徴により、運転員が操作し
ない限り、弁のそれ以上の伝達は阻止される。

主弁４５は給水を供給するように作動される。
この作動の間に給水要求が高弁要求以下に降下す
ると、導線２１７に「０」が入力される。導線３
７１を経てOR２３９の入力２４９及びAND２４
５の入力２４３に「０」が入力される。導線２２
１から導線３８７を経てOR２３９の入力２４１
にも「０」が入力される。この時までにバイパス
弁４９はその低限界に到達しており、AND２３
５の入力２３３に「０」が入力される。OR２３
９のラツチは解かれ、導線２５１に「０」が入力
される。導線２２９，２５１は、OR３０３の入
力３０１，３４７に「０」を入力する。NOT３
０５を経てAND３０９の入力３０７に「１」が
入力される。NOT３６１を経てAND２７３の入
力３５９に「１」が入力され、運転員が自動伝達
モードを再設定していれば、導線２６９を経て
AND２７３の入力２７１に「１」が入力される。
OR２７７の入力２７５と出力及び導線２８９に
「１」が入力される。導線２８９からOR２９３
の入力２９１に、またその出力を経て、AND３
０９の入力３４５に「１」が入力される。バイパ
ス弁４９は自動にラツチされる。導線２８９から
OR３２７の入力３９１と出力とに「１」が入力
される。AND３３１の入力３２９及びOR３１７
の入力３３５に「０」が入力される。導線２５１
からOR３１７の入力３１５に「０」が入力され
る。導線２２１からAND３２１の入力３１９と
出力及びOR３１７の入力３２３に「０」が入力
される。OR３１７の出力は「０」であり、主弁
４５は手動になつている。

導線３１４によりAND２８３の入力３６５に
「１」が入力され、OR２７７の出力によりAND
２８３の入力３６３に「１」が入力される。主弁
４５はこの時は低限界以上に設定されているの
で、AND２８３の入力２８１には「１」が入力
される。AND２８３の出力に「１」が入力され、
主弁４５は閉止設定になる。AND２６５−OR２
５５の自動伝達モードは破られ、運転員が操作し
ない限り、それ以上の弁伝達は阻止される。この
時には導線３９６及びOR２５９の入力３５１の
「１」により自動伝達モードが破られる。

バイパス弁４９が自動になつている時に自動の
スイツチ２１３を作動すると、主弁４５は自動に
なり、バイパス弁４９は閉弁される。この連鎖は
以上の説明により理解されよう。

本発明は、本願出願人のインダストリーズ・シ
ステムズ・デイビジヨンにより製造される7300シ
リーズのような標準型「オフ・ザ・シエルフ
（off the shelf）」アナログモジユールについて実
施し得る。しかし、本発明は適当なコンピユータ
ー又はマイクロコンピユーターを用いたデジタル
制御技術により最も容易に実施可能である。

本発明は上述した特定的な実施例のみに限定さ
れず、そのほかに種々の変形が本発明の範囲内に
包含される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による発電装置を示す略配列
図、第２図は第１図の発電装置に含まれる蒸気発
生器を示す略断面図、第３図は給水の弁装置のた
めの制御指令の発生についての本発明と従来技術
との相違点を示すための論理回路略図、第４図は
本発明による制御部の詳細な論理回路図、第５図
は本発明による発電装置の自動及び手動設定にお
いて制御指令が弁装置に伝達されるしかたを示す
ためのブロツク線図、第６図は第５図のブロツク
線図に示された伝達素子の詳細な論理回路図であ
る。１１……原子炉、１３，１５……蒸気発生器、
２１，２３……２次ループ（流体循環手段）、２
５……タービン、２９……第１分路、３１……第
２分路、４３……弁ユニツト（弁装置）、４５…
…主弁（弁装置）、４９……バイパス弁（弁装
置）、５１……センサー（原子炉供給エネルギー
を測定するための手段）、５６，５８……センサ
ー（給水流量を測定するための手段）、６０，６
２……センサー（蒸気流量を測定するための手
段）、６８，７０……センサー（蒸気圧力を測定
するための手段）、１１７……降水領域、１１９
……沸騰領域、１４１，１４７……関数発生器
（沸騰エネルギーを導出する手段）、１４５，１５
１……加算器（沸騰エネルギーを導出する手段）、
１４９……掛算器（沸騰エネルギーを導出する手
段）、１５５……沸騰エネルギーを全流体質量に
変換する関数発生器、１５７……関数発生器（流
体質量の変化率を導出する手段）、１５９……流
体質量の変化率に圧力変化を乗算する掛算器、１
６１……制御器（蒸気圧力から単位時間当たりの
圧力変化を導出する手段）、１６３……質量の移
動信号を導出する加算器、１６５……制御器（予
測信号を決定する手段）、１６７……加算器（差
導出手段）、１６９……給水流量と蒸気流量の差
を導出する加算器、１７７……加算器（弁作動手
段）、１７９……制御器（弁作動手段）。

Claims

【特許請求の範囲】１原子炉と、該原子炉により駆動されるタービ
ンと、該原子炉からエネルギーを取り出すために
該原子炉に連結され、沸騰領域及び降水領域を備
えた蒸気発生器と、該蒸気発生器及び前記タービ
ンに連結され、前記蒸気発生器から前記タービン
に蒸気を供給するための第１分路及び前記タービ
ンから前記蒸気発生器に給水を供給するための第
２分路を備えた流体循環手段とを有する発電装置
における前記蒸気発生器への給水流量を制御する
ために、給水流量を測定し、蒸気流量を測定し、
前記原子炉により供給される原子炉供給エネルギ
ーを測定し、蒸気圧力を測定する、給水流量の制
御方法において、測定した前記原子炉供給エネルギー、前記給水
流量及び前記蒸気圧力から沸騰エネルギーを導出
し、前記発電装置の運転の変化により生じた圧力増
分を前記蒸気圧力から導出し、導出した前記沸騰エネルギー及び圧力増分か
ら、前記発電装置の運転の前記変化により生ずる
前記沸騰領域及び前記降水領域の間の流体質量の
移動信号を導出し、前記給水流量及び前記蒸気流量の差を決定し、
導出した前記流体質量の移動信号から、前記発電
装置の運転の前記変化により生ずると予測される
給水流量要求の増分を表す予測信号を決定し、前記給水流量及び前記蒸気流量の前記決定され
た差と前記決定された予測信号との間の差を決定
し、前記給水流量及び前記蒸気流量の前記決定され
た差と前記決定された予測信号との間の前記差に
対して補償するように給水流量を変更する、ことを特徴とする給水流量の制御方法。２原子炉と、該原子炉により作動されるタービ
ンと、該原子炉からエネルギーを取り出すように
該原子炉に連結されると共に、沸騰領域及び降水
領域を有する蒸気発生器と、該蒸気発生器及び前
記タービンに連結され、該蒸気発生器から前記タ
ービンに蒸気を供給して前記タービンを駆動する
第１分路及び前記タービンから前記蒸気発生器に
給水を供給するための第２分路を備えた流体循環
手段と、給水流量を測定するための手段と、蒸気
流量を測定するための手段と、前記原子炉により
供給される原子炉供給エネルギーを測定するため
の手段と、蒸気圧力を測定するための手段とを有
し、前記給水は前記原子炉により前記蒸気発生器
に供給されるエネルギーにより前記蒸気発生器内
において蒸気に変換されるように前記蒸気発生器
に供給され、前記第２分路中には前記蒸気発生器
への給水の流量を制御するための弁装置が設けら
れている発電装置において、測定された前記原子炉供給エネルギー、前記給
水流量及び前記蒸気圧力から、前記原子炉により
前記蒸気発生器において発生される沸騰エネルギ
（BP）ーを導出する手段と、該沸騰エネルギー（BP）を前記蒸気発生器に
おける気相及び液相の双方の全流体の質量（Ｍ）
に変換する関数発生器と、前記沸騰エネルギー（BP）から、前記蒸気圧
力に関する前記蒸気発生器における流体の質量の
変化率（ΔM／ΔP）を導出する手段と、前記蒸気発生器における前記蒸気圧力（Ps）
から単位時間当たりの圧力変化（ΔP）を導出す
る手段と、前記流体の質量の変化率（ΔM／ΔP）
に前記圧力変化（ΔP）を乗算して出力信号
（ΔM）を出す掛算器と、前記蒸気発生器における全流体の質量（Ｍ）に
前記出力信号（ΔM）を加えて、前記蒸気発生器
の前記沸騰領域及び前記降水領域間の質量の移動
信号である（Ｍ＋ΔM）を導出する加算器と、前記蒸気発生器における設定水位を維持すべ
く、前記移動信号（Ｍ＋ΔM）を時間微分して給
水流量及び蒸気流量の瞬時的な差、即ち前記発電
装置の運転の変化により生ずると予測される給水
流量要求の増分を表す予測信号（ΔW_fw）を決定
する手段と、測定した前記給水流量（W_fw）及び前記蒸気流
量（W_s）の差信号（M_fw−W_s）を導出する加算
器と、給水流量の誤差信号として前記予測信号
（ΔW_fw）と前記差信号（W_fw−W_s）の差［ΔW_fw
−（W_fw−W_s）］を導出する差導出手段と、該誤差信号に対して補償するように該誤差信号
に対応して前記弁装置を作動させる弁作動手段
と、を備えることを特徴とする発電装置。