JPH0415439B2 - - 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。

発明の技術的背景とその問題点 従来、沸騰水型原子力発電所（BWR）の原子
炉出力および発電機出力の制御は、原子炉の出力
を制御してそれに見合つた発電機出力が得られる
ようにしている。この原子炉出力の制御におい
て、制御棒による出力制御と再循環ポンプによる
炉心内冷却材流量の制御との二つの制御方法があ
る。通常、一定の制御棒の引抜き挿入を行つて、
原子炉出力分布の特性形状を定め、その後再循環
ポンプを制御して冷却材流量を変化させて、出力
の上昇下降を行つている。

この再循環ポンプの制御には、ポンプ速度の設
定器があり、これを運転員が目視で、手動にて操
作を行つていた。したがつて、所定の電気出力を
得るための再循環ポンプの速度設定操作時には、
他の監視や操作を行うことが困難である。ところ
で、再循環ポンプの速度設定操作時には原子炉出
力の監視を並行して行うことが必要である。これ
は所定の電気出力を得ようとした場合に、原子炉
出力が規定以上の出力を出すときがあるからであ
る。たとえば復水器の真空度が下がつてタービン
の効率が下がつた場合などがこれであるが、この
ような場合には、原子炉出力が規定値以下になる
よう電気出力の設定操作をしなければならない。
この原子炉の出力の監視は中性子の計装系を用い
て行つているのが現状である。

そこで、電気出力の制御を自動化しようとする
考えもあるが、検出器の特性から、この出力制御
のための主帰還として適切なプロセス量がなく、
自動化することが困難であつた。

発明の目的 第１の発明の目的は、原子炉の出力としての主
蒸気流量を検出し、それをもとに原子炉出力を自
動制御することにより、運転員の負担を軽減でき
るとともに、出力と上昇下降時に燃料への熱応力
を過大にしないようにできる原子力発電所の出力
制御装置を得ることにある。

第２の発明の目的は、上記第１の発明の目的に
加えて、最終的に電力系統から要求される電気出
力に精度良く合わせることができる原子力発電所
の出力制御装置を得ることにある。

発明の概要 第１の発明は、原子炉の出力を自動制御するに
際して主蒸気流量信号としてタービンの第１段落
圧力信号を使用したことを特徴とする。

第２の発明は、上記第１の発明の特徴に加え
て、最終目標値は電気出力に合わせるようにした
ことを特徴とする。

発明の実施例 第１図に本発明の一実施例の構成図を示す。沸
騰型原子力発電所では原子炉１と高圧タービン
２、低圧タービン３、発電機４が主要な機器であ
る。原子炉１からの主蒸気は主蒸気管１００で高
圧タービン２に導かれ、高圧タービン２の出口蒸
気は低圧蒸気管１０１を介して湿分分離器１０２
を通り、低圧タービン３に入る。高圧タービン
２、低圧タービン３はタービンシヤフト１０３で
発電機４に直結されている。低圧タービン３の出
口蒸気は復水器５で冷却され復水となつて、復水
管１０４、復水ポンプ１０５、給水加熱器１０
６、給水ポンプ１０７等を経由して再び原子炉１
にもどるサイクルとなつている。さらに原子炉１
の炉心には炉心の中性子束の検出器１０が多数設
置されている。また原子炉の出力を制御する制御
棒１１の位置検出器１２も多数設置されている。

一方、原子炉１には再循環ループ１１０Ａ，１
１０Ｂがあり、各々再循環ポンプ１１１Ａ，１１
１Ｂにより駆動されて炉心に冷却材を循環させて
いる。再循環ポンプ１１１Ａ，１１１Ｂの制御に
は一般にMGセツトとよばれる電動機と発電機お
よび流体継手が用いられ、その流体継手の伝達効
率を制御して再循環ポンプの速度を制御する。こ
の速度制御のための再循環流量制御装置（PLR）
２００は、速度制御器２０１、速度設定器２０
２、手動／自動切換器２０３からなる。また、再
循環ポンプ１１１Ａ，１１１Ｂの速度を検出する
ための速度検出器２０４Ａ，２０４Ｂが設置さ
れ、その各々の検出器の出力は速度制御器２０１
に接続される。また、手動による速度設定器２０
５も再循環流量制御装置２００に接続される。

一方、主蒸気管１００に取付けられている蒸気
加減弁１２０は、主蒸気圧力検出器１２１の圧力
信号が一定値となるように圧力制御装置１２２で
制御される。さらに、高圧タービン２の第１段落
後の圧力を検出する圧力検出器１３０の出力は、
制御用計算機３００のプロセス入力装置（PI）
３０１に接続される。また発電機４の電力の検出
器１４０の出力もプロセス入力装置３０１に接続
される。再循環流量制御装置２００の速度設定器
２０２の出力は、プロセス入力装置３０１に接続
され、制御用計算機３００のプロセス出力装置
（Pφ）３０２の出力は、速度設定器２０２および
手動／自動切換器２０３に接続される。それか
ら、プロセス出力装置３０２の出力は自動化パネ
ル３１０に接続され、自動化パネル３１０の操作
信号出力はプロセス入力装置３０１に接続され
る。また制御用計算機３００には、演算制御装置
（CPU）３０３、記憶装置３０４、周辺装置３０
５などが具備されている。

一般に、沸騰水型原子力発電所では、タービン
２，３、発電機４が原子炉１に追従して運転する
いわゆるタービン、発電機フオロー運転が常であ
り、圧力制御装置１２２は主蒸気圧力すなわち原
子炉１の圧力が一定になるよう制御する。したが
つて、原子炉１の出力を制御するには、制御棒１
１を操作するか、再循環流量制御装置２００の手
動設定器２０５を操作しなければならないが、本
発明においては再循環流量制御装置２００の設定
を自動制御しようとするものである。

沸騰水型原子力発電所の原子炉１の出力を、上
昇または下降制御する場合、燃料に対する熱的応
力をできるだけ小さくするため、出力上昇率を一
定かつ一定の範囲内におくことが必要である。こ
の出力の上昇率を一定にするため、従来手動操作
にて行つていたのは、発電機４の出力上昇率をみ
るか、中性子束検出器１０の平均値の上昇率を見
るかが常だつた。しかしながら、発電機４の出力
は原子炉１の出力が一定でも復水器５の真空度が
下がると外乱を受けたり、中性子束検出器１０は
運転とともに感度が下がるなどの問題がある。

そこで、本発明では、高圧タービン２の第１段
落後の蒸気圧力と主蒸気流量とが定まつた関係と
して規定できることに着目し、主蒸気流量信号と
して第１段落圧力から求めた値をその制御に使用
するものである。すなわち、Ｑを主蒸気流量、Ｐ
を第１段落圧力とすると、Ｑ＝ｆ（Ｐ）なる関係
から、第１段落圧力Ｐを検出器１３０で検出し
て、主蒸気流量Ｑを求める。この主蒸気流量Ｑと
第１段落圧力Ｐとの関係は第３図に示すような関
係にある。

次に、第２図に本発明の制御ブロツク図を示
す。自動化パネル３１０にオペレータにより設定
された制御の目標値すなわち出力目標値と出力変
化率とから指令値発生器５００により、制御の指
令値R_qを発生する。この指令値Rqは、前記出力
目標値に向かつて前記出力変化率で変化する原子
炉出力である。指令値発生器５００の出力R_qは
加算器５２０に入力される。一方、再循環流量制
御装置２００およびプロセスは速度設定器２０２
の出力が速度制御器２０１に入力され、再循環ポ
ンプ１１１Ａ，１１１Ｂの速度の帰還信号を制御
要素５４０を介してフイードバツクし、つき合せ
てその偏差に対して速度制御する。速度制御器２
０１の出力で制御される再循環ポンプ１１１Ａ，
１１１Ｂにより駆動される炉心冷却材流量の増減
によつてプロセス特性５５０（ポンプ速度−中性
子束）を介して主蒸気流量Ｑが得られ、またプロ
セス特性５６０（主蒸気流量−第１段落圧力）を
介して第１段落圧力Ｐが得られる。さらに主蒸気
流量Ｑにより駆動されるタービン、発電機のプロ
セス特性５７０を介して電気出力Ｗが得られる。

第１段落圧力Ｐは変換器を兼ねた制御要素５２
４を介して、原子炉出力としての主蒸気流量信号
であるフイードバツク信号Fqに変換され、加算
器に入力される。このようにタービンの第１段落
圧力Ｐは主帰還（メインフイードバツク信号）と
して使用される。

加算器５２０では△_q＝R_q−F_qにより、偏差信
号△_qを演算し、制御要素５２１を介して速度設
定器２０２の要素信号ｄとする。さらに要求信号
ｄと速度設定器２０２の出力を制御要素５２３を
介してフイードバツク入力してつき合せ、その偏
差信号を制御要素５０２を介して速度設定器２０
２への出力信号に変換し出力する。一方、電気出
力Ｗは制御要素５２５を介してフイードバツクと
して入力し、最終目標値発生器５１０の出力MW
とつき合せ、電気出力の偏差信号である出力△Ｗ
をリミツタ５２６に入力する。リミツタ５２６は
電気出力の偏差信号△Ｗをゲート５２７に出力
し、ゲート５２７は偏差の大小によりゲートを制
御する。ゲート５２７の出力は加算器５２０に入
力される。

以上述べた一実施例では出力制御装置として制
御用計算機を用いた例について述べたが、第１の
発明と第２の発明の要旨は主蒸気流量Ｑとしてタ
ービンの第１段落圧力からの変換値を用いること
にあり、また第２の発明は出力の上昇下降制御は
炉出力を制御し目標値に近づいたら最終値を電気
出力で制御することにあり、その出力制御装置は
マイクロプロセツサを用いたものでも、アナログ
式制御装置であつても実現できることはいうまで
もない。

発明の効果 出力の上昇下降時に発電機の電気出力を用いて
自動制御すると、タービン効率が下がつた場合な
ど原子炉の出力が規定以上に制御される恐れがあ
るが、第１の発明によれば、主蒸気流量信号とし
てタービンの第１段落圧力信号からの変換値を用
いたので、精度良く原子炉の出力を自動で制御で
き、かつ出力の上昇下降時には熱応力において燃
料の健全性を損なう恐れを低減できる、という効
果を得ることができる。

第２の発明によれば、上記第１の発明の効果に
加えて、最終目標値は電気出力で合わせるので、
運転員の微小な補助操作も不要となり、原子力発
電所の安全かつ効率的な運転ができる、という効
果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の出力制御装置を原子力発電所
に適用した場合の構成図、第２図は本発明の一実
施例を示す制御ブロツク図、第３図は主蒸気流量
と第１段落圧力との相関関係を示す特性図であ
る。 １……原子炉、２……高圧タービン、３……低
圧タービン、４……発電機、５……復水器、２０
０……再循環流量制御装置、１３０……第１段圧
力検出器、３００……制御用計算機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子力発電所の高圧タービンの第１段落圧力
   を検出する検出器と、前記原子力発電所の原子炉
   の出力目標値および出力変化率を入力し、この出
   力目標値に向かつて前記出力変化率で変化する原
   子炉出力を指令値として出力する指令値発生器
   と、前記検出器で検出した第１段落圧力信号を主
   蒸気流量信号に変換する変換器と、前記指令値と
   前記主蒸気流量信号との偏差を演算する加算器
   と、前記加算器の出力を再循環ポンプの速度設定
   値要求信号に変換する変換器とを具備し、前記原
   子炉の出力を自動制御するために主蒸気流量信号
   として前記第１段落圧力信号を変換した前記主蒸
   気流量信号を主帰還として使用したことを特徴と
   する原子力発電所の出力制御装置。 ２ 原子力発電所の高圧タービンの第１段落圧力
   を検出する検出器と、前記原子力発電所の原子炉
   の出力目標値および出力変化率を入力し、この出
   力目標値に向かつて前記出力変化率で変化する原
   子炉出力を指令値として出力する指令値発生器
   と、前記検出器で検出した第１段落圧力信号を主
   蒸気流量信号に変換する変換器と、前記指令値と
   前記主蒸気流量信号との偏差を演算する加算器
   と、前記加算器の出力を再循環ポンプの速度設定
   値要求信号に変換する変換器と、発電機の電気出
   力の最終目標値を発生させる目標値発生器と、こ
   の最終目標値と発電機出力とを比較演算する演算
   器と、前記目標値発生器の出力と発電機出力との
   偏差に対する制限器と、前記制限器の制限内でゲ
   ートが閉となるゲート回路とを具備し、前記原子
   炉の出力を自動制御するために主蒸気流量信号と
   して前記第１段落圧力信号を変換した前記主蒸気
   流量信号を主帰還として使用するとともに、制御
   の最終目標値を発電機の電気出力となすことによ
   り出力の上昇下降時は原子炉出力を制御し、最終
   目標値は電気出力に合わせるようにしたことを特
   徴とする原子力発電所の出力制御装置。