JPH0410039B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、原子力発電所の出力制御装置に関す
る。 〔発明の技術的背景〕 一般に沸騰水形原子力発電所の出力制御装置に
は、炉心内の制御棒を挿入・引抜駆動する制御棒
駆動系と、炉心を流通する冷却水量を制御する再
循環流量制御系と、タービンへ流入する蒸気流量
を制御するタービン制御系（EHC）がある。こ
のうち制御棒駆動系と再循環流量制御系は原子炉
出力を制御するものであり、タービン制御系はタ
ービンへの蒸気流量を制御することにより発電機
の出力を制御するものである。第１図は従来の沸
騰水形原子力発電所の出力制御装置の構成を示す
ものである。原子炉圧力容器１の内部には炉心２
が設けられ、かつ冷却材（軟水）が収容されてい
る。そして圧力容器１の外部には２系統の再循環
配管３Ａ，３Ｂが設けられ、各配管３Ａ，３Ｂ中
に介挿された再循環ポンプ４Ａ，４Ｂを駆動して
圧力容器１内のジエツトポンプ５…の上方より冷
却材を供給し、冷却材を炉心２に再循環させるよ
うに構成されている。 炉心２を流通する冷却材再循環量は、再循環ポ
ンプ４Ａ，４Ｂの回転数に応じて制御される。ま
た再循環ポンプ４Ａ，４Ｂの回転数は、ポンプ駆
動用の電動機６Ａ，６Ｂへ電力を供給する周波数
電源装置７Ａ，７Ｂの出力周波数を調整すること
により制御される。そして、この周波数の調整は
再循環流量制御装置８によつて行なわれる。一方
炉心２には燃料棒（図示せず）の他に複数の制御
棒９…が下方より挿入され、かつ炉心出力を検出
する複数の中性子検出器１０…が設けられてい
る。そして制御棒９…は圧力容器１の下方に設け
られた制御棒駆動機構１１…により上下に駆動さ
れ、炉心２に対する挿入・引抜動作を行なう。ま
た原子炉で発生した主蒸気は主蒸気配管１２より
送出される。この主蒸気配管１２にはタービン主
蒸気止め弁１３及び蒸気加減弁１４が介挿されて
いる。そして主蒸気配管１２より送出された主蒸
気はタービン１５へ供給され、このタービン１５
を駆動する。またタービン１５は発電機１６を駆
動し、その電気出力は送電線１７を通して電力系
統へ供給される。 またタービン入口の蒸気圧力はタービン主蒸気
止め弁１３の上流側に設けられた圧力検出器１８
により検出され、その検出圧力は電気信号に変換
されてタービン制御系（EHC）１９の圧力設定
値と比較される。そしてその検出圧力が圧力設定
値より高い場合にはタービンバイパス弁２０の開
度を増加させて主蒸気配管１２より復水器２１へ
至るバイパス流量を増加させる。一方、蒸気加減
弁１４の開度はEHC１９の負荷設定器２２と、
送電線１７に設けられている電圧変成器２３、電
流変成器２４よより電力を検知する発電機出力検
出器２５の偏差に応じて制御される。なお発電機
出力検出器２５はタービン入口第１段翼後の圧力
も置換できる。 〔背景技術の問題点〕 原子炉の起動から定格出力運転に至るまでの出
力制御は、定格出力の約65％までを制御棒駆動系
により行ない、その後は再循環流量制御系により
行なわれている。 そして制御棒駆動系の操作と再循環流量制御系
の操作が別々の運転員によつて行なわれるため、
多数の運転員が必要であり、さらに、燃料ペレツ
トと燃料被覆材の相互作用による燃料破損を防止
する、いわゆるPCIOMR運転が導入されると、
運転員に高度な熟練が要求される問題があつた。 〔発明の目的〕 本発明は、このような事情にもとづいてなされ
たもので、その目的は、出力制御を自動化して運
転員の負担を軽減し、かつ燃料消費量の節減と燃
料調整時間の短縮を図ることができる原子力発電
所の出力制御装置を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明に係る原子力発電所の出力制御装置は、
再循環ポンプの回転速度を制御する再循環流量制
御系と、原子炉圧力容器内における出力決定要因
となる情報を入力して原子炉出力を演算する原子
炉出力演算器と、この原子炉出力演算器の出力信
号と発電所出力設定器からの設定信号とを入力し
て発電所出力の変動率を演算する出力設定演算器
と、この出力設定演算器における運転パターンを
切換える運転パターン選択装置と、前記出力設定
演算器の出力信号及び制御棒位置信号にもとづい
て制御棒の制御手順を決定する制御棒密度設定演
算器と、この制御棒密度設定演算器の出力信号及
び前記出力設定演算器の出力信号にもとづいて発
電所の出力制御状態を表示する状態表示装置と、
出力制御モードを制御棒操作モード又は再循環流
量制御モードに切換える制御モード選択装置と、
前記出力設定演算器の出力信号及び再循環流量信
号にもとづいて前記再循環流量制御系の設定値を
調整する再循環流量設定演算器と、前記原子炉出
力演算器の出力信号にもとづき原子炉出力上昇に
追従してタービンの出力設定値を調整するタービ
ン出力設定演算器とを具備したことを特徴とする
ものである。 〔発明の実施例〕 以下本発明の一実施例を第２図ないし第３図を
参照して説明する。 第２図ないし第３図は原子炉発電所の出力制御
装置の構成を示すもので、沸騰水形原子炉プラン
トについては第１図と同様の構成であるため同一
部分に同一符号を付して詳細な説明は省略する。 図中３０は再循環流量制御系を示し、図中３１
はこの再循環流量制御系３０の主制御器である。
この主制御系３１の出力信号は速度制限器３２を
経て、２系統の自動／手動切換器３３Ａ，３３Ｂ
の入力となる。上記速度制限器３２は原子炉出力
75％相当速度以上の信号を通過させるものであ
り、自動／手動切換器３３Ａ，３３Ｂは自動、手
動のモード選択を行なうためのものである。そし
て手動モードを選択したときは運転員が調整ダイ
ヤルを直接操作できるほか、外部からの電気信号
によつても調整ダイヤルを操作することができ
る。 そこでまず運転員が手動モードで再循環ポンプ
４Ａ，４Ｂの速度を徐々に速度制限器３２の制限
値まで上昇させたのち、自動／手動切換器３３
Ａ，３３Ｂを自動モードに切換えると、自動／手
動切換器３３Ａ，３３Ｂは主制御器３１からの信
号により制御される。各自動／手動切換器３３
Ａ，３３Ｂの出力信号は速度制御装置３４Ａ，３
４Ｂを経て前記可変周波数電源装置７Ａ，７Ｂの
入力となり、さらに電動機６Ａ，６Ｂへ出力され
て再循環ポンプ４Ａ，４Ｂの回転数を制御する。 一方、図中４１は原子炉出力演算器で、この演
算器４１は原子炉圧力容器１内における出力決定
要因となる情報、例えば炉心２内部の中性子束検
出器１０…，主蒸気流量検出器（図示せず）、熱
出力検出器（図示せず）等からの信号を入力し、
原子炉の出力状況に応じた演算結果を出力する。
この出力信号は出力設定演算器４２、原子炉出力
検出器４３及びタービン出力設定演算器４４の入
力となる。なお図中４３Ａ，４３Ｂは上記原子炉
出力検出器４３の出力接点である。 上記出力設定演算器４２は、出力制御パターン
切換接点４５，４６の閉成動作により発電所出力
設定器４７からの要求信号と原子炉出力演算器４
１からの原子炉出力信号とを比較してその両信号
の偏差量を演算すると同時に、原子炉及びタービ
ンの負荷上昇率の制限値の演算を行なう。そして
この演算結果を再循環流量設定演算器４８、制御
棒密度設定演算器４９及び状態表示制御装置５０
にそれぞれ出力する。また上記制御棒密度設定演
算器４９は制御棒９…の位置信号と前記出力設定
演算器４２からの出力とを比較し、その結果を前
記状態表示制御装置５０へ出力する。そこでこの
状態表示制御装置５０は出力設定演算器４２から
の信号と制御棒密度設定演算器４９からの信号と
を入力し、炉心２における制御棒９…の状態及び
原子炉出力情報等をデイスプレイ５１に表示させ
る。そこで運転員はデイスプレイ５１の表示に従
つて制御棒位置監視装置（図示せず）や前記主制
御器３１及び自動／手動切換器３３Ａ，３３Ｂ等
を操作することができる。すなわち、上記状態表
示制御装置５０とデイスプレイ５１により、前記
原子炉出力演算器４１の制御内容を表示する状態
表示装置を構成している。 一方、前記再循環配管３Ａ，３Ｂに設けられた
流量検出器５３Ａ，５３Ｂからの検出信号が再循
環総流量演算器５４に入力され、この演算器５４
からの再循環総流量信号が前記再循環流量設定演
算器４８へ出力される。そこでこの再循環流量設
定演算器４８では前記出力設定演算器４２からの
原子炉出力要求信号と再循環総流量信号とを比較
してその偏差量をパルス信号として出力する。そ
して、原子炉出力が例えば目標出力の75％未満で
あればリレー接点５５が閉成し、再循環流量設定
演算器４８の出力信号で自動／手動切換器３３
Ａ，３３Ｂの出力信号調整ダイヤルを制御するよ
うになり、原子炉出力が目標出力の75％以上であ
ればリレー接点５６が閉成し、再循環流量設定演
算器４８の出力信号で主制御器３１の出力信号調
整ダイヤルを制御するようになる。上記主制御器
３１及び自動／手動切換器３３Ａ，３３Ｂはそれ
ぞれのモード切換接点５７及び５８Ａ，５８Ｂが
開放しているとき、手動モードが選択されて外部
より出力信号調整ダイヤルを制御することができ
る。このようにして再循環流量設定演算器４８よ
り出力されるパルス信号によつて、主制御器３１
及び自動／手動切換器３３Ａ，３３Ｂの各出力信
号調整ダイヤルを１ステツプ上昇させることがで
きる。 原子炉出力が目標出力の65％に達するまで制御
棒操作によつて出力を上昇させ、その後は目標出
力に達するまで再循環流量の制御によつて出力を
上昇させるが、この切換えは前記出力設定演算器
４２に設けられた一方の出力制御パターン切換信
号接点４５によつて行なわれる。また他方の接点
４６はPCIOMR運転用であつて、原子炉出力が
目標出力の65％以下の場合でも再循環流量制御系
３０を用いて出力を上昇させ、制御棒操作と再循
環流量制御を数回ずつ行なうことにより目標出力
まで上昇させることができる。 第３図は出力選択装置の構成を示すもので、図
中５９，６０は択一的に閉成する制御モード選択
スイツチであり、図中６１，６２は択一的に閉成
する運転パターン選択スイツチである。一方の制
御モード選択スイツチ５９が閉成すると制御棒操
作モードが選択され、他方の制御モード選択スイ
ツチ６０が閉成すると再循環流量制御モードが選
択される。また一方の運転パターン選択スイツチ
６１が閉成すると第１の出力制御モードが選択さ
れ、他方の運転パターン選択スイツチ６２が閉成
すると第２の出力制御モードが選択される。 図中６４，６５は原子炉系が正常であるとき閉
成している接点であり、図中６６，６７はタービ
ン発電機系が正常であるとき閉成している接点で
ある。さらに図中６８は制御棒手動制御系が正常
であるとき閉成している接点であり、図中６９は
制御棒位置指示系が正常であるとき閉成している
接点である。そして図中７０は出力制御モードを
制御棒操作モードに設定するリレーであり、この
リレー７０の接点７０Ａは前記出力設定演算器４
２と制御棒密度設定演算器４９との間に介挿され
ている。 図中７１，７２も原子炉出力検出器４３の接点
であつて、接点７１は原子炉出力が目標出力の75
％以下であるとき閉成し、接点７２は原子炉出力
が目標出力の75％〜100％であるとき閉成する。 また図中７３は一方の自動／手動切換器３３Ａ
が手動モードのときに閉成する接点であり、図中
７４は他方の自動／手動切換器３３Ｂが手動モー
ドのときに閉成する接点である。そして図中７５
は一方の自動／手動切換器３３Ｂが自動モードの
ときに閉成する接点であり、図中７６は他方の自
動／手動切換器３３Ｂが自動モードのときに閉成
する接点である。 図中７７，７８は再循環流量制御モードに設定
するためのリレーである。一方のリレー７７では
前記接点５５を閉成して自動／手動切換器３３
Ａ，３３Ｂのモード選択を行ない、他方のリレー
７８では前記接点５６を閉成して主制御器３１の
モード選択を行なう。そしてリレー７０，７７，
７８は前記制御モード選択スイツチ５９，６０と
共に制御モード選択装置を構成する。 図中７９は炉心２における燃料棒密度が予め定
められた密度となつているときの運転パターンを
設定するリレーで、その出力接点は第２図接点４
５である。また図中８０は運転パターン
PCIOMR運転パターンに設定する補助リレーで、
その出力接点は第２図の接点４６である。なお、
これらのリレー７９，８０は前記運転パターン選
択スイツチ６１，６２と共に運転パターン選択装
置を構成する。 さらに、図中８１は発電機１６を電力系統に併
入するしや断器（図示せず）の接点であり、前記
タービン出力設定演算器４４はこの接点８１を介
してしや断器の動作信号と原子炉出力演算器４１
からの原子炉出力信号とを入力し、原子炉出力に
一定出力（例えば原子炉出力信号の約10％相当）
をバイアスし、その結果を、負荷設定器駆動装置
８２を介して前記EHC１９の負荷設定器２２へ
出力し、タービン出力を設定する。 次に、このように構成された原子力発電所の出
力制御装置の作用について説明する。 原子力発電所の起動にあたり、第３図に示す運
転パターン選択スイツチ６１を閉成操作して第１
の出力制御モードを選択するとともに、制御モー
ド選択択スイツチ５９を閉成操作して制御棒操作
モードを選択し、発電所出力設定器４７で目標出
力を設定する。 そこで原子炉系及びタービン発電機系が正常で
あるときはリレー７０が動作してその出力接点７
０Ａが閉成し、出力設定演算器４２の出力信号を
制御棒密度設定演算器４９に入力する。そして圧
力容器１内の各部と冷却材の温度上昇が予め定め
られたパターンで行なわれるように、デイスプレ
イ５１には制御棒引抜手順が表示される。そこで
運転員は、デイスプレイ５１の表示に従つて制御
棒位置監視装置（図示せず）を操作し、制御棒引
抜き操作を行なうことができる。 そして原子炉出力の上昇に伴ない、EHC１９
はタービンバイパス弁２０の開度を徐々に増加さ
せ、原子炉出力が目標出力の10％に達すると、発
電機１６を電力系統に併入させる。その後、
EHC１９の負荷設定器２２がタービン出力設定
演算器４４によつて徐々に増方向へ駆動され、こ
れによつて発電機１６の出力が徐々に増大し、タ
ービンバイパス弁２０が全閉する。この間、原子
炉出力は一定に保持される。 タービンバイパス弁２０が全閉すると、出力設
定演算器４２の出力信号と制御棒密度設定演算器
４９の出力信号が状態表示制御装置５０に入力
し、制御棒９…の引抜き状態がデイスプレイ５１
に表示される。そこで運転員は、この表示に従つ
て制御棒９…を引抜き操作することができる。 制御棒９…の引抜きにより原子炉出力が目標出
力の65％に達するまでの間に、再循環ポンプ４
Ａ，４Ｂの回転速度は約20％上昇し、炉心流量は
自然循環量より若干増加する。またこの間に原子
炉出力は第４図に示す出力曲線上のＡ点よりＢ
点に移行する。 原子炉出力がＢ点に達すると、出力設定演算器
４２からの信号は状態表示制御装置５０に出力さ
れ、デイスプレイ５１には制御モード選択スイツ
チ６０の閉成指示が表示される。 そこで運転員が選択スイツチ６０を閉成操作し
て再循環流量制御モードを選択すると、原子炉系
及びタービン発電機系が正常であればリレー７７
が作動して接点５５が閉成し、出力設定演算器４
２は制御棒引抜操作を停止し、再循環流量設定演
算器４８の出力信号が自動／手動切換器３３Ａ，
３３Ｂに入力される。そして原子炉出力が予め定
められた上昇率で目標出力に達するように、再循
環ポンプ４Ａ，４Ｂの速度が制御される。 次に、原子炉出力が目標出力の75％以上になる
と、リレー７８が動作し、接点５７が閉成して主
制御器３１により再循環流量が制御される。また
発電所出力設定器４７により100％出力が設定さ
れている場合には、原子炉出力は出力曲線のＢ
点からＣ点に達する。 一方、PCIOMR運転を要する場合には、運転
パターン選択スイツチ６２を閉成操作する。そう
すると補助リレー８０が動作し、その接点４６が
閉成して出力設定演算器４２への入力がなされ
る。さらに制御モード選択スイツチ５９を閉成操
作して制御棒操作モードを選択し、出力設定器４
７により第４図中の出力曲線上のＤ点を出力上
昇点として設定する。なお出力曲線は
PCIOMR運転用である。そしてデイスプレイ５
１には状態表示制御装置５０からの信号により出
力上昇点Ｄまでの制御棒引抜き手順等が表示され
るので、運転員はこの表示に従い、制御棒引抜き
操作を行なうことができる。このようにして原子
炉出力が出力曲線上のＤ点に達すると、デイス
プレイ５１には制御棒引抜き中止の表示ととも
に、制御モード変更の表示がなされる。 そこで運転員は制御モード選択スイツチ６０を
閉成操作して再循環流量制御モードを選択すると
ともに、出力設定器４７により出力曲線上のＥ
点を次の出力上昇点として設定する。これによつ
て、出力設定演算器４２の出力信号は再循環流量
設定演算器４８に入力され、再循環流量は予め定
められた上昇率で増加して原子炉出力が出力力曲
線上のＥ点まで上昇すると、デイスプレイ５１
には制御モード変更の表示がなされる。 運転員が再度、制御モード選択スイツチ５９を
閉成操作して制御棒操作モードを選択するととも
に、発電所出力設定器４７により次の出力上昇点
を出力曲線上のＦ点に設定すると、デイスプレ
イ５１には制御棒引抜き表示がなされる。そこで
運転員は、この表示に従つて再び制御棒引抜き操
作を行なう。 そして原子炉出力が出力曲線上のＦ点に達す
ると、デイスプレイ５１に制御棒引抜き中止の表
示とともに、制御モード変更の表示がなされる。 そこで運転員は制御モード選択スイツチ６０を
閉成操作し、再循環流量制御モードを選択すると
ともに、発電所出力設定器４７により最終目標出
力点であるＣ点を設定する。これによつて、出力
設定演算器４２の出力信号は再循環流量設定演算
器４８に入力され、再循環流量が予め定められた
上昇率で増加する。そして原子炉出力がＣ点に達
すると、デイスプレイ５１には目標出力到達表示
がなされる。 なお以上の説明では、制御モードの変更を、制
御棒操作と再循環流量制御を２回ずつ行なうもの
として説明したが、燃料棒の燃焼度によつては制
御モードの変更回数をさらに多くしてもよい。ま
た出力上昇のみでなく、出力下降についても発電
所出力設定器４７における出力設定により自動的
に出力制御することができる。 また、以上の実施例では制御システムにアナロ
グ制御回路を使用するものとしたが、デジタル制
御回路を使用することもできる。またデジタルハ
ードウエアを採用するときはプログラミングされ
たデジタルコンピユータを、公知の手段によつて
制御回路に組込むことができる。 〔発明の効果〕 以上詳述したように、本発明に係る原子力発電
所の出力制御装置によれば、原子炉系とタービン
発電機系とを協調させて自動的に目標出力到達ま
での出力制御を行なうことができ、燃料経済性の
向上と、燃料調整時間の短縮を図ることができ
る。また、燃料棒の燃焼密度に応じて運転パター
ンを変更でき、PCIOMR運転の操作も容易にな
り、PCIOMR運転終了後は負荷変動を迅速に行
なうことができ、出力制御の自動化により運転員
の負担を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水形原子力発電所の出力制御装置
を示す系統図、第２図及び第３図は本発明の一実
施例を示すもので、第２図は沸騰水形原子力発電
所の出力制御装置の系統図、第３図は同出力制御
装置の出力選択装置を示す系統図、第４図は炉心
流量と原子炉出力との関係における出力特性図で
ある。 １……原子炉圧力容器、２……炉心、４Ａ，４
Ｂ……再循環ポンプ、９……制御棒、１０……中
性子検出器、１５……タービン、１６……発電
機、３０……再循環流量制御系、４１……原子炉
出力演算器、４２……出力設定演算器、４４……
タービン出力設定演算器、４７……発電所出力設
定器、４８……再循環流量設定演算器、４９……
制御棒密度設定演算器、５０……状態表示制御装
置、５１……デイスプレイ、５３Ａ，５３Ｂ……
流量検出器、５９，６０……制御モード選択スイ
ツチ、６１，６２……運転モード選択スイツチ、
７０，７７，７８，７９，８０……リレー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 再循環ポンプの回転速度を制御する再循環流
   量制御系と、 原子炉圧力容器内における出力決定要因となる
   信号を入力して原子炉出力を演算する原子炉出力
   演算器と、 この原子炉出力演算器の出力信号と発電所出力
   設定器からの設定信号とを入力して発電所出力の
   上昇率を演算する出力設定演算器と、 出力制御モードを制御棒操作モードまたは再循
   環流量制御モードに切換える制御モード選択装置
   と、 前記出力設定演算器における運転パターンとし
   て、原子炉出力が目標出力に達するまでに前記制
   御棒操作モードと再循環流量制御モードとの切換
   えを１回のみ行う第１の運転パターンと、複数回
   行う第２の運転パターンとを切換える運転パター
   ン選択装置と、 前記制御モード選択装置により制御棒操作モー
   ドが選択された状態で前記出力設定演算器の出力
   信号及び制御棒位置信号にもとづいて制御棒の制
   御手順を決定する制御棒密度設定演算器と、 この制御棒密度設定演算器の出力信号及び前記
   出力設定演算器の出力信号にもとづいて発電所の
   出力制御状態を表示する状態表示装置と、 前記制御モード選択装置により再循環流量モー
   ドが選択された状態で前記出力設定演算器の出力
   信号及び再循環流量信号にもとづいて前記再循環
   流量制御系の設定値を調整する再循環流量設定演
   算器と、 前記原子炉出力演算器の出力信号にもとづき原
   子炉出力上昇に追従してタービンの出力設定値を
   調整するタービン出力設定演算器と、 を具備したことを特徴とする原子炉発電所の出力
   制御装置。