JPH0441798B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は発電用沸騰水型原子炉の原子炉圧力制
御系において、電力系統の周波数擾乱発生時にお
ける原子炉圧力容器内の圧力変動の抑制、および
この圧力変動による中性子束の大幅な変動を抑制
する原子炉圧力制御装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

第４図は沸騰水型原子炉（以下BWRと称す）
を備えた発電設備の概略を示している。この第４
図に基づいて発電設備を説明すれば、炉心１を内
蔵する原子炉圧力容器２は主蒸気加減弁３の介装
された主蒸気配管４によつてタービン５に連結さ
れ、さらにこのタービン５に連設された復水器６
は給水配管７によつて原子炉圧力容器２に連結さ
れている。また、主蒸気配管４には主蒸気加減弁
３の上流側に、タービンバイパス弁８の介装され
たタービンバイパス配管９が分岐して設けられて
いる。そして、このバイパス配管９の他端は復水
器６に接続されている。一方、タービン５には発
電機１０が連結されている。

この発電設備においては、原子炉圧力容器２内
の冷却材（軟水）は炉心１を通過する際加熱され
る。そして、冷却材は主蒸気となり、この主蒸気
は主蒸気配管４を通してタービン５へ供給され、
タービン５を回転させる。このタービン５の回転
により発電機１０は駆動される。一方、タービン
５を駆動した後の主蒸気は復水器６へ流入して冷
却液化され、給水配管７を通して原子炉圧力容器
２へ戻される。

なお、タービンバイパス配管９に介装されたタ
ービンバイパス弁８は次のような機能を有する。

第１に、起動時の蒸気処理、停止時の崩壊熱に
よる蒸気処理、および原子炉内の異常時による原
子炉圧力容器２内の圧力上昇を抑制するための機
能を有する。

第２に、負荷遮断、主発電機用タービントリツ
プ等による急激な負荷変動時の主蒸気遮断による
圧力上昇を抑制するための機能を有する。

第３に、電力系統の負荷変動による周波数変動
を抑制する際の余剰蒸気を排出するための機能を
有する。

ところで、発電プラントにおいては主蒸気加減
弁３およびタービンバイパス弁８を制御するため
原子炉制御装置が設けられている。

この原子炉圧力制御装置をその作用に基づいて
説明すれば、タービン５より与えられるタービン
速度信号５ａは速度比較器（減算器）１１により
タービン速度設定値５ｂと比較されこの両信号５
ａ，５ｂの差が速度比較器出力信号１１ａとして
出力される。この場合の速度比較器出力信号１１
ａは周波数変化を示す。次いで、速度比較器出力
信号１１ａは負荷調定器１２により負荷調定率に
従つて負荷の変化に変換され負荷調定器出力信号
１２ａとして出力される。この場合の負荷調定率
は通常５％の周波数変化を100％の負荷変化とす
るように設定されている。一方、負荷設定器１５
より与えられる負荷設定器出力信号（通常100％）
１５ａは通常の圧力制御を圧力調整器１７により
行なわせるために設けられた負荷設定バイアス
（通常10％）１５ｂと加算演算器１４において加
算され負荷設定信号１４ａとして出力される。ま
た、負荷調定器出力信号１２ａおよび負荷設定信
号１４ａは加算演算器１３により加算され負荷設
定偏差信号１３ａとして出力される。他方、原子
炉圧力容器２より与えられる圧力信号２ａおよび
設定圧力信号２ｂは圧力調整器１７により比較演
算され、この演算結果は圧力調整器出力信号（通
常100％）１７ａとして出力される。また、負荷
設定偏差信号１３ａおよび圧力調整器出力信号１
７ａは低値優先回路１６により比較され、いずれ
か低い値を示す信号が低値優先回路出力信号１６
ａとして出力される。そして、この低値優先回路
出力信号１６ａによつて主蒸気加減弁３が制御さ
れる。また、低値優先回路出力信号１６ａおよび
圧力調整器出力信号１７ａは差圧演算器１８にて
比較され、この差がバイパス弁制御信号１８ａと
して出力され、このバイパス弁制御信号１８ａに
よつてタービンバイパス弁８が制御される。

続いて、この原子炉圧力制御装置の作用を具体
的数値に基づいてさらに説明すれば、通常運転状
態においてはタービン速度信号５ａとタービン速
度設定値５ｂは等しいため負荷調定器出力信号１
２ａの値は零であるので、負荷設定偏差信号１３
ａとして加算演算器１３から出力される値は負荷
設定信号１４ａの値即ち110％である。そして、
低値優先回路１６からは負荷設定偏差信号１３ａ
の値110％および圧力調整器出力信号１７ａの値
100％のうち小さい方の値100％が主蒸気加減弁３
に出力される。また、圧力調整器出力信号１７ａ
および低値優先回路出力信号１６ａの差０％がバ
イパス弁制御信号１８ａとしてタービンバイパス
弁８に出力される。

一方、周波数変動が発生した場合には周波数の
偏差を示す速度比較器出力信号１１ａが速度比較
器１１から出力される。そして、この速度比較器
出力信号１１ａは負荷調定率に従い負荷の変化に
変換されて負荷調定器出力信号１２ａとして加算
演算器１３に送られる。この場合、加算演算器１
３に入力される負荷調定器出力信号１２ａの値が
10％より大であれば、この加算演算器１３からは
100％未満の値を有する負荷設定偏差信号１３ａ
が低値優先回路１６に出力される。そして、この
低値優先回路１６からは100％未満の値を有する
低値優先回路出力信号１６ａが主蒸気加減弁３に
出力されてこの主蒸気加減弁３は絞り込まれる。
一方、圧力調整器出力信号１７ａと低値優先回路
出力信号１６ａとの差が差圧演算器１８からター
ビンバイパス弁８に出力され、タービンバイパス
弁８は開かれる。この結果、主蒸気加減弁３が絞
り込まれた分の余剰蒸気はタービンバスパス管９
を通じて復水器６に送られることになる。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、現状での主蒸気加減弁３、ター
ビンバイパス弁８の応答速度を比較した場合、タ
ービンバイパス弁８の方が主蒸気加減弁３より高
速の応答が可能である。これは主蒸気加減弁３と
タービンバイパス弁８の機構の相違および制御回
路の相違に起因するものであるが、この動作速度
の差異は周波数の上昇・下降変化率が主蒸気加減
弁３の動作限界変化率を越えた場合一層顕著とな
る。

このような周波数変動は例えば次のような場合
に生じる。

即ち原子炉発電所の至近において送電系統の短
絡、地絡等の故障が発生した場合送電経路には過
電流が流れる。そして、この場合、発電機保護の
ため一時発電機１０と送電系統とが分離される。
このため、発電機１０は無負荷の状態となり加速
されて第５図a₁〜a₂に示すように周波数が上昇す
る。

また、その後、系統側の故障回避操作が行なわ
れ、再び発電機１０と送電系統が接続された場合
には発電機の負荷は元に戻る。したがつて、この
負荷の変化に追従して周波数も第５図のa₂〜a₃に
示すように元に戻り始める。

しかし、この場合、急激な送電系統の接続が一
時的に負荷の変動を誘発することになり、周波数
は第５図のa₃〜a₄に示すように再度上昇する。そ
して、その後、負荷の変動が収まるにつれて周波
数は第５図のa₄〜a₅のように整定状態に戻つて行
く。

この間の原子炉圧力制御装置の作用を説明すれ
ば、第５図のa₁〜a₅のような周波数変動が生じた
場合、主蒸気加減弁３に対しては第５図a₁〜a₅の
極性を逆にした要求が出され、一方、タービンバ
イパス弁８に対しては主蒸気加減弁３への要求の
逆特性つまり第５図のa₁〜a₅と同様の要求が出さ
れる。

この場合、タービンバイパス弁８は応答が速い
ため要求に近い動作即ち第６図のb₂〜b₅の動作を
行なう。一方、主蒸気加減弁３は応答が遅く負荷
変動によつて周波数の変動幅が1.5Hzを越えさら
にその周期が約２〜３秒以下になつた場合には要
求に追従することができず、したがつて主蒸気加
減弁３は第５図のa₂〜a₄の部分を無視した形の動
作即ち第６図のc₁〜c₃の動作を行なう。

この結果、原子炉の圧力は上昇してp₁に至り、
この圧力の上昇が原子炉に対して正の反応度を与
え、中性子束が上昇しφ₁に至る。而して、この
φ₁が中性子高スクラム設定点を越えた場合原子
炉はスクラムに至ることになる。

なお、第６図においてφ₂はスクラム後の中性
子束、またb₅〜b₆はタービンバイパス弁８の機能
が電力系統の負荷変動による余剰蒸気の排出機能
から原子炉圧力容器２内の圧力上昇抑制機能に移
行したことを示している。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、そ
の目的とするところは、電力系統の周波数擾乱発
生時にタービンバイパス弁の動作速度を主蒸気加
減弁の動作速度に合わせて制御し、原子炉圧力容
器内の圧力変動の抑制および中性子束の大幅な変
動の抑制を図ることのできる原子炉圧力制御装置
を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、タービン速度信号とタービン速度設
定値とを加算して速度比較器出力信号として出力
する速度比較器と、前記速度比較器出力信号を負
荷調定率に従い負荷の変化に変換して負荷調定器
出力信号として出力する負荷調定器と、前記負荷
調定器出力信号と負荷設定信号とを加算して負荷
設定偏差信号として出力する加算演算器と、原子
炉圧力容器からの圧力信号に応じた圧力調整器出
力信号を出力する圧力調整器と、前記負荷設定偏
差信号と前記圧力調整器出力信号とを比較してい
ずれか低い値を示す信号を低値優先回路出力信号
として出力し主蒸気加減弁を制御する低値優先回
路と、前記圧力調整器出力信号と低値優先回路出
力信号とを加算してタービンバイパス弁制御信号
として出力する差圧演算器と、前記タービンバイ
パス弁信号の上昇・下降変化率が前記主蒸気加減
弁の動作範囲を越えない場合は前記タービンバイ
パス弁信号をタービンバイパス弁に出力し、一方
前記タービンバイパス弁信号の上昇・下降変化率
が前記主蒸気加減弁の動作範囲を越える場合は前
記タービンバイパス弁信号の上昇・下降変化率を
前記主蒸気加減弁の動作範囲を越えないように制
限した信号をタービンバイパス弁に出力するター
ビンバイパス弁動作制限器とを有するものであ
る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説
明する。なお、従来のものと同一部分については
同一符号を用い、その説明は省略する。

第１図は本発明に係る原子炉圧力制御装置の実
施例を備えた発電設備を示し、この発電設備の原
子炉圧力制御装置はバイパス弁動作制限装置１９
を有している。そして、このバイパス弁動作制限
装置１９には負荷設定偏差信号１３ａ、低値優先
回路出力信号１６ａおよびバイパス弁制御信号１
８ａが入力され、一方、このバイパス弁動作制限
装置１９からはタービンバイパス弁８に向けてタ
ービンバイパス弁動作制限装置出力信号１９ａが
出力されるようになつている。

続いて、このバイパス弁動作制限装置１９の具
体的構成について説明すれば、第２図に示すよう
に、このバイパス弁動作制限装置１９は信号判別
器２０、タービンバイパス弁制御信号切替器２１
および変化率制限器２２から構成されている。

ここにおいて、信号判別器２０は負荷設定偏差
信号１３ａ、低値優先回路出力信号１６ａおよび
負荷設定零信号１６ｂを入力し、信号判別器出力
信号２０ａをタービンバイパス弁制御信号切替器
２１に出力するようになされている。変化率制限
器２２はタービンバイパス弁制御信号１８ａを入
力し、変化率制限器出力信号２２ａをタービンバ
イパス弁制御信号切替器２１に出力するようにな
されている。また、タービンバイパス弁制御信号
切替器２１はタービンバイパス弁制御信号１８
ａ、信号判別器出力信号２０ａおよび変化率制限
器出力信号２２ａを入力し、タービンバイパス弁
制御信号１８ａおよび変化率制限器出力信号２２
ａのいずれかをタービンバイパス弁動作制限装置
出力信号１９ａとして出力するようになされてい
る。

続いて、このバイパス弁動作制限装置１９の構
成をその作用に基づいてさらに詳細に説明する。

負荷設定偏差信号１３ａ、低値優先回路出力信
号１６ａおよび負荷設定零信号１６ｂは信号判別
器２０において比較され、現在主蒸気加減弁３の
制御を行なつている信号即ち低値優先回路出力信
号１６ａが通常運転時に用いられる圧力調整器出
力信号１７ａであるか、または負荷の変動時に用
いられる負荷設定偏差信号１３ａであるかの判別
がなされる。この場合、負荷設定零信号１６ｂと
しては正常な場合には“正”の信号が、一方、負
荷遮断またはタービントリツプが発生している場
合には“負”の信号が用いられる。而して、この
信号判別器２０の判別結果は信号判別器出力信号
２０ａとしてタービンバイパス弁制御信号切替器
２１に出力される。

また、タービンバイパス弁制御信号１８ａは、
その上昇・下降変化率が主蒸気加減弁３の動作限
界変化率を越えないように変化率制限器２２によ
つて制限を加えられる。例えば、変化率制限器２
２の変化率設定値としては、プラントに使用され
る主蒸気加減弁３およびその制御系により異なる
ため対象となるプラントの主蒸気加減弁３の開
放、閉鎖限界変化率が上昇、下降の設定値として
用いられる。

また、タービンバイパス弁制御信号１８ａおよ
び変化率制限器出力信号２２ａはタービンバイパ
ス弁制御信号切替器２１により択一的にタービン
バイパス弁動作制限装置出力信号１９ａとしてタ
ービンバイパス弁８に出力される。即ち信号判別
器２０の判別結果が圧力調整器出力信号１７ａで
あつた場合にはタービンバイパス弁制御信号１８
ａがタービンバイパス弁動作制限装置出力信号１
９ａとしてタービンバイパス弁８に出力される。
一方、信号は判別器２０の判別結果が負荷設定偏
差信号１３ａであり、かつ負荷設定零信号１６ｂ
が“正”である場合には、変化率制限器出力信号
２２ａがタービンバイパス弁動作制限出力信号１
９ａとしてタービンバイパス弁８に出力される。
また、負荷設定零信号１６ｂが“負”である場合
にはタービンバイパス弁８の急速開放のためター
ビンバイパス弁制御信号１８ａがタービンバイパ
ス弁動作制限器出力信号１９ａとしてタービンバ
イパス弁８に出力される。

第３図は実施例の原子炉圧力制御装置を備えた
発電プラントにおいて第５図と同様の周波数擾乱
が加えられた場合の当該プラントの応答特性を示
しており、主蒸気加減弁３の動作は第６図に示す
ものと同様となつている。一方、タービンバイパ
ス弁８の動作は第６図に示すものと異なり主蒸気
加減弁３の応答にほぼ追従するようになつてい
る。この結果、良好な原子炉圧力制御が行なわれ
る。

このように、主蒸気加減弁３が系統周波数の擾
乱により制御されている範囲においてはタービン
バイパス弁８が主蒸気加減弁３に追従して反対称
の動きをするようになされているため次のような
効果を奏する。

即ち、実施例の原子炉圧力制御装置によれば周
波数の変化率が主蒸気加減弁３の動作限界率を越
えない範囲においては従来と同様に原子炉圧力変
動を抑止できる。一方、周波数の変化率が主蒸気
加減弁３の動作限界率を越える範囲においては圧
力変動の少ない原子炉圧力制御が可能となる。し
たがつて、中性子束の変動も少なくなるので、プ
ラントの健全性・稼動性の向上が図れる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、タービン速度信
号とタービン速度設定値とを加算して速度比較器
出力信号として出力する速度比較器と、前記速度
比較器出力信号を負荷調定率に従い負荷の変化に
変換して負荷調定器出力信号として出力する負荷
調定器と、前記負荷調定器出力信号と負荷設定信
号とを加算して負荷設定偏差信号として出力する
加算演算器と、原子炉圧力容器からの圧力信号に
応じた圧力調整器出力信号を出力する圧力調整器
と、前記負荷設定偏差信号と前記圧力調整器出力
信号とを比較していずれか低い値を示す信号を低
値優先回路出力信号として出力し主蒸気加減弁を
制御する低値優先回路と、前記圧力調整器出力信
号と低値優先回路出力信号とを加算してタービン
バイパス弁制御信号として出力する差圧演算器
と、前記タービンバイパス弁信号の上昇・下降変
化率が前記主蒸気加減弁の動作範囲を越えない場
合には前記タービンバイパス弁信号をタービンバ
イパス弁に出力し、一方前記タービンバイパス弁
信号の上昇・下降変化率が前記主蒸気加減弁の動
作範囲を越える場合には前記タービンバイパス弁
信号の上昇・下降変化率を前記主蒸気加減弁の動
作範囲を越えないように制限した信号をタービン
バイパス弁に出力するタービンバイパス弁動作制
限器とを有するので、主蒸気加減弁の動作限界速
度を越えた系統周波数変動に対しても主蒸気加減
弁にタービンバイパス弁が追従して動作する。し
たがつて、原子炉圧力容器内の急激な圧力変動や
中性子束の大幅な変動を伴うことなく安定した原
子炉圧力制御が可能となる。

なお、本装置は特に全容量バイパスシステムを
有するプラントにおいてその機能が十分に発揮さ
れるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の原子炉圧力制御装置
を備えた発電設備の概略構成図、第２図は第１図
の原子炉圧力制御装置のバイパス弁動作制限装置
の概略構成図、第３図は第５図の周波数擾乱に対
する第１図の発電設備の応答特性を示すグラフ、
第４図は従来の発電設備の概略構成図、第５図は
周波数擾乱の一例を示すグラフ、第６図は第５図
の周波数擾乱に対する第４図の発電設備の応答特
性を示すグラフである。 １…原子炉、２…原子炉圧力容器、５…タービ
ン、１１…速度比較器、１２…負荷調定器、１３
…加算演算器、１６…低値優先回路、１７…圧力
調整器、１８…差圧演算器、１９…バイパス弁動
作制限装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ タービン速度信号とタービン速度設定値とを
   加算して速度比較器出力信号として出力する速度
   比較器と、前記速度比較器出力信号を負荷調定率
   に従い負荷の変化に変換して負荷調定器出力信号
   として出力する負荷調定器と、前記負荷調定器出
   力信号と負荷設定信号とを加算して負荷設定偏差
   信号として出力する加算演算器と、原子炉圧力容
   器からの圧力信号に応じた圧力調整器出力信号を
   出力する圧力調整器と、前記負荷設定偏差信号と
   前記圧力調整器出力信号とを比較していずれか低
   い値を示す信号を低値優先回路出力信号として出
   力し主蒸気加減弁を制御する低値優先回路と、前
   記圧力調整器出力信号と低値優先回路出力信号と
   を加算してタービンバイパス弁制御信号として出
   力する差圧演算器と、前記タービンバイパス弁信
   号の上昇・下降変化率が前記主蒸気加減弁の動作
   範囲を越えない場合に前記タービンバイパス弁信
   号をタービンバイパス弁に出力し、一方前記ター
   ビンバイパス弁信号の上昇・下降変化率が前記主
   蒸気加減弁の動作範囲を越える場合に前記タービ
   ンバイパス弁信号の上昇・下降変化率を前記主蒸
   気加減弁の動作範囲を越えないように制限した信
   号をタービンバイパス弁に出力するタービンバイ
   パス弁動作制限器とを有することを特徴とする原
   子炉圧力制御装置。