JPH0446323B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、原子炉給水制御装置に関するもので
あり、更に詳しくは沸騰水路型原子力発電所にお
いて逃し安全弁及びタービンバイパス弁が誤つて
開いた場合に、原子炉水位の上昇を制御する様に
した原子炉給水制御装置に関する。

〔発明の背景〕

第１図は、沸騰水路型原子力発電所の全体の構
成と給水制御系の構成を示す図である。原子炉容
器１は格納容器２の内部に収納されており、炉心
３では沸騰が起こり、気水分離器４で蒸気と飽和
水に分離される。分離された飽和水は給水配管６
を通して供給される給水と混合され、再循環ポン
プ５によつてジエツトポンプ７を介して再び炉心
３内に入る。一方、分離された蒸気は、原子炉容
器１から主蒸気管８を介して流出し、加減弁９を
経て高圧タービン１１に入る。高圧タービン１１
を出た蒸気は、湿分分離器１２に入り、水分を分
離した後、低圧タービン１３に入る。低圧タービ
ン１３には、発電機１４が直結されており、発電
機１４にエネルギが与えられる。低圧タービン１
３を出た蒸気は、復水器１５に入り、水に戻され
る。復水器１５からの復水は、復水ポンプ１６に
よつて送り出され、低圧給水加熱器１７を介して
給水ポンプ１８によつて昇圧され、高圧給水加熱
器１９を経て原子炉容器１に供給される。

尚、主蒸気管８には、図示する様に、原子炉に
異常な過渡変化が生じたとき、原子炉圧力を検出
し、蒸気をサプレツシヨンプールに逃すための逃
し安全弁２０が設置されている。又、主蒸気管８
には、原子炉の異常時や起動時に復水器１５へ直
接蒸気を逃すタービンバイパス弁１０が配置され
ている。

給水制御系は、原子炉水位検出器２２と主蒸気
流量変換器２３と給水流量変換器２４と給水流量
制御装置２５からなり、原子炉水位検出器２２か
ら出力される水位検出信号と主蒸気流量変換器２
４から出力される主蒸気流量信号と給水流量変換
器２５から出力される給水流量信号とをそれぞれ
給水流量制御装置２５に入力し、制御演算を行な
う。その制御演算に基づいて、低圧蒸気加減弁２
６を制御し、給水ポンプ駆動タービン２７への蒸
気流量を制御し、給水ポンプ１８の回転数を制御
して、原子炉への給水流量を制御し、その結果原
子炉水位を制御するものである。

給水制御系は、炉心３を冷却する上で最も重要
な冷却水量を常に一定流量確保するために、原子
炉水位を制御するものである。原子炉水位が通常
運転水位から過渡的にわずかに変動しても（例え
ば±15cm）、警報が発生する。これは、原子炉水
位が下降した場合には原子炉スクラムが発生し、
逆に上昇した場合にはタービントリツプが発生
し、双方の場合ともブラント停止を余儀なくされ
るためである。

この様な給水制御系には、大別して二つの方式
が存在する。第１の給水制御方式は、前記した水
位検出信号と主蒸気流量信号と給水流量信号を単
一の制御器で制御する３要素給水制御方式であ
る。そして、第２の給水制御方式は、原子炉水位
を制御する主制御ループと、各ポンプ流量をマイ
ナーループで制御するサブ制御ループをカスケー
ドに構成した２ループ給水制御方式である。

これらの制御方式は、それぞれ次の様な構成を
有している。即ち、第２図は３要素給水制御方式
を実現した給水制御装置２５の従来例を示す図で
ある。図示する様に、水位設定器３０から出力さ
れる水位設定信号Ｓ１と原子炉水位検出器２２か
ら出力される負信号の水位検出信号Ｓ２を加算器
３１で加算し、偏差信号Ｓ３を得る。一方、主蒸
気流量変換器２３から出力される主蒸気流量信号
Ｓ４と給水流量変換器２４から出力される負信号
の給水流量信号を加算器３２で加算し、偏差信号
Ｓ６を得る。この偏差信号Ｓ６に増幅器３３でミ
スマツチゲインを乗算して信号Ｓ７を得、上記の
偏差信号Ｓ３と信号Ｓ７を加算器３４で加算し、
給水制御信号Ｓ８を形成する。給水制御信号Ｓ８
は、給水制御器３５に入力され、給水制御器３５
でPI演算（比例・積分演算）を施される。給水
制御器３５の出力は関数発生器３６を経てタービ
ンポンプ装置３７に入力され、ポンプ流量信号Ｓ
９が形成される。ここで、タービンポンプ装置３
７とは、第１図に示す低圧蒸気加減弁２６と給水
ポンプ駆動タービン２７の部分に相当している。
尚、給水制御器３５の出力は、図示していない他
の給水ポンプ系にも与えられ、起動時及び待機用
として設置されるモータ駆動給水ポンプ系（第１
図に示していない。）における吐出側流量調節弁
の開度制御信号となる。

第３図は、２ループ給水制御方式を実現した給
水制御装置２５（第１図参照）の従来例を示す図
であり、第２図に示す３要素給水制御方式の具体
例と同一部分には同一符号を付している。図示す
る様に、水位設定信号Ｓ１と水位検出信号Ｓ２の
偏差信号Ｓ３が、直接給水制御器３５に入力され
ている。そして、給水制御器３５の出力信号Ｓ１
と、主蒸気流量信号Ｓ４と給水流量信号Ｓ５の偏
差信号Ｓ６にミスマツチゲインを乗算した信号Ｓ
７とを、加算器３４で加算し、サブ流量制御ルー
プ４０への給水要求信号Ｓ１１としている。この
サブ流量制御ループ４０は、ポンプ流量信号Ｓ９
と給水要求信号Ｓ１１との偏差信号Ｓ１２を加算
器３９でとり、サブループ制御器３７でPI演算
（比例・積分演算）し、関数発生器３５で給水ポ
ンプ１８（第１図参照）に対する非線形補償を行
ない、タービンポンプ装置３６に与えるものであ
る。

上記した３要素給水制御方式と２ループ給水制
御方式の相違点は、次の２点に集約できる。

(1) ３要素給水制御方式では、サブ流量制御ルー
プ４０が設けられておらず、２ループ給水制御
方式では設けられていること。

(2) ３要素給水制御方式では、主蒸気流量信号Ｓ
４と給水流量信号Ｓ５の偏差信号Ｓ６にミスマ
ツチゲインを乗算した信号Ｓ７を給水制御器３
５の前で印加しているが、２ループ給水制御方
式では、給水制御器３５の後に印加しているこ
と。

即ち、(1)の相違点から２ループ給水制御方式で
は、(a)各給水ポンプ間の流量バランスが良好とな
り、(b)給水ポンプ系に起因する流量変化をマイナ
ーループで吸収できる等の特徴がある。特に、(b)
については、給水ポンプ１８の最小流量を確保す
るために、給水ポンプ吸込側へバイパスさせる再
循環系の流量変動吸収に効果がある。

又、(2)の相違点から、２ループ給水制御方式で
は、(c)炉心流量変動に対する原子炉水位の制御性
が良好であり、再循環流量による出力変更時や、
再循環ポンプトリツプ時の炉水位上昇時に３要素
給水制御方式に比べて、優れた応答性を有するこ
とが知られている。

しかし、３要素給水制御方式においてはもちろ
んのこと、上記の様な特徴を有する２ループ給水
制御方式においても、次の様な欠点がある。即
ち、第１図に示す逃し安全弁２０は、1100MWe
クラスの沸騰水路型原子力発電所の場合、18個程
度設置されており、通常運転時の原子炉圧力では
開くことはないが、何らかの原因で誤つて開いた
場合を想定する。

逃し安全弁２０が誤開すると、原子炉圧力は減
少し、炉心３内では減圧沸騰がおこり、炉心内ボ
イドが増加し、原子炉水位が増加する。これに対
して、主蒸気流量変換器２３が検出する主蒸気流
量は、逃し安全弁２０が主蒸気流量変換器２３の
上流側に位置しているため（第１図参照）、逃し
安全弁２０に流れた蒸気流量だけ減少する。従つ
て、第２図と第３図において、主蒸気流量信号Ｓ
４が小さな値となり、偏差信号Ｓ６も小さな値と
なつて、信号Ｓ７も小さな値となる。そのため、
第２図中の給水制御信号Ｓ８と第３図中の給水要
求信号Ｓ１０が小さな値となり、３要素給水制御
方式でも２ループ給水制御方式でも、原子炉水位
を下げる様に作用する。これは、前記した逃し安
全弁２０が誤開により生じる原子炉水位の上昇に
対し、好ましいことであるが、一般に給水制御器
３５は原子炉水位の応答を安定化させるため比例
ゲインを1.0前後にして、積分時間を１分程度に
設定している。そのため、急激に生じる原子炉水
位の上昇には対応できないという欠点がある。

又、第１図に示すタービンバイパス弁１０が誤
開した場合を想定すると、原子炉内では逃し安全
弁１０が誤開した場合と同様に、減圧沸騰が起こ
り、原子炉水位が急激に上昇する。これに対し
て、主蒸気流量変換器２３が検出する主蒸気流量
は、タービンバイパス弁１０が主蒸気流量変換器
２３の下流側に設けられているため、タービンバ
イパス弁１０に流れる蒸気流量だけ増加する。従
つて、第２図と第３図において、主蒸気流量信号
Ｓ４が大きな値となり、その結果信号Ｓ７が大き
な値となる。そのため、第２図中の給水制御信号
Ｓ８と第３図中の給水要求信号Ｓ１０が大きな値
となり、３要素給水制御方式でも２ループ給水制
御方式でも、原子炉水位を上昇させる様に作用す
る。この結果、減圧沸騰により上昇した原子炉水
位が増々上昇することになる。特に、２ループ給
水制御方式においては、水位検出信号Ｓ２が給水
制御器３５を経てくるので、原子炉水位上昇によ
る給水要求信号Ｓ１０の減少が遅れ、３要素給水
制御方式の場合よりも急激に原子炉水位が上昇す
ることになる。

この様な原子炉水位の上昇が生じると、タービ
ントリツプに至り、プラント停止が余儀なくされ
ることになる。この原子炉水位上昇によるタービ
ントリツプは、原子炉水位上昇による気水分離器
４の効率低下によつて蒸気の湿分が増加し、ター
ビンに悪影響を及ぼすのを防止する目的を持つて
いる。しかし、タービントリツプに至り、プラン
ト停止が余儀なくされることは、プラント稼動率
の面から好ましくなく、逃し安全弁やタービンバ
イパス弁が誤開しても、原子炉水位を上昇させな
い様な新技術の開発が望まれていた。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した従来技術の欠点に鑑みなさ
れたもので、逃し安全弁やタービンバイパス弁が
誤開した場合でも、原子炉水位が上昇するのを防
止し、プラント停止に至るのを回避することがで
きる原子炉給水制御装置を提供することを目的と
している。

〔発明の概要〕

本発明の原子炉給水制御装置は、主蒸気管を流
れる主蒸気流量と原子炉への給水流量との偏差信
号を求める第１の手段と、原子炉の逃し安全弁に
流れる蒸気流量とタービンバイパス弁に流れる蒸
気流量に基づいて補正信号を形成する第２の手段
と、上記偏差信号から上記補正信号を減算して給
水制御系の制御信号を補正する第３の手段とを備
えていることを特徴としている。

〔発明の実施例〕

以下添付の図面に示す実施例により、更に詳細
に本発明について説明する。

第４図は本発明の第１の実施例を示す図であ
り、３要素給水制御方式に本発明の原子炉給水制
御装置を適用したものである。同図において、Ｖ
１〜VNは、Ｎ個設けられた逃し安全弁の開度信
号であり、対応する逃し安全弁が開くと論理値
“１”となるものである。各開度信号Ｖ１〜Vn
は、加算器５０で加算され、開いている逃し安全
弁の個数信号Ｓ１００が計算される。個数信号Ｓ
１００は流量演算器５１に入力され、開いている
逃し安全弁に流れる全蒸気量が逃し安全弁流量信
号Ｓ１０１として求められる。流量演算器５１は
定常運転時に１個の逃し安全弁に流れる蒸気量を
基準として、開いている逃し安全弁の数に相当す
る個数信号Ｓ１００を乗算し、開いている逃し安
全弁に流れる全蒸気量を求めるものである。この
逃し安全弁流量信号Ｓ１０１は、加算器３４に負
信号として入力される。その結果、第２図に示す
従来技術と異なり、水位設定信号Ｓ１と水位検出
信号Ｓ２との偏差信号Ｓ３と、主蒸気流量信号Ｓ
４と給水流量信号Ｓ５との偏差信号Ｓ６にミスマ
ツチゲインを乗算した信号Ｓ７との加算値から、
逃し安全弁流量信号Ｓ１０１を減算して、給水制
御信号Ｓ８が形成・出力される。これによつて、
逃し安全弁に流れる全蒸気量に相当する信号補正
が施された給水制御信号となり、第２図に示す従
来技術の場合よりも、補正分だけ給水流量が減少
し、原子炉水位の上昇が抑制される。

第５図は本発明の第２の実施例を示す図であ
り、２ループ給水制御方式に本発明の原子炉給水
制御装置を適用したものである。第４図に示す第
１の実施例と全く同様に、開いている逃し安全弁
に流れる全蒸気量に相当する逃し安全弁流量信号
Ｓ１０１を形成し、これを加算器３４に負信号と
して加えることにより、給水制御器３５の出力信
号Ｓ１０と増幅器３３の出力信号Ｓ７との加算値
を補正し、給水要求信号Ｓ１１を形成する。これ
によつて、逃し安全弁に流れる全蒸気量に相当す
る信号補正が施され、第３図に示す従来技術の場
合よりも、補正分だけ給水流量が減少し、原子炉
水位の上昇が抑制される。特に、２ループ給水制
御方式の場合には、給水制御器３５の出力側で逃
し安全弁流量信号Ｓ１０１が負信号として加えら
れるため、サブ流量制御ループ４０の伝達遅れだ
けとなる。従つて、給水流量減少が急速に進み、
減圧沸騰による原子炉水位上昇が効果的に防止さ
れる。

第６図は本発明の第３の実施例を示す図であ
り、第４図と第５図に示す第１・第２の実施例を
改良したものである。即ち、各逃し安全弁の開度
信号Ｖ１〜Vnの和をとつて個数信号Ｓ１００を
計数するのは、第１・第２の実施例と同様であ
る。しかし、この第３の実施例では、原子炉圧力
検出装置６１から出力される原子炉圧力信号Ｓ１
２０を関数発生器６２に入力し、原子炉圧力に対
応する関数値Ｓ１２１を出力している。この関数
値Ｓ１２１は、当該原子炉圧力下で逃し安全弁１
個当りに流れる蒸気量を示すもので、原子炉圧力
が低い場合は小さな値となり高い場合は大きな値
となる。そして、この関数値Ｓ１２１と個数信号
Ｓ１０１とを乗算器６３で乗算し、逃し安全弁流
量信号Ｓ１０１を形成している。そのため、この
第３の実施例によれば、原子炉圧力に対応した正
確な補正を施すことができ、より効果的に減圧沸
騰による原子炉水位の上昇を防止することが可能
になる。尚、第４図と第５図に示す第１・第２の
実施例は、原子炉の定常運転時を想定したもので
ある。

第７図は本発明の第４の実施例を示す図であ
り、逃し安全弁の他にタービンバイパス弁が誤開
した場合を考慮したものである。この第４の実施
例には、逃し安全弁流量信号Ｓ１０１の形成手段
の他、バイパス弁流量信号Ｓ１１１の形成手段が
設けられている。即ち、バイパス弁開度送信器７
１は、タービンバイパス弁を流れる蒸気量を表わ
す出力信号Ｓ１１０を出力する。この出力信号Ｓ
１１０は、演算器７２に入力され、ここでバイパ
ス弁流量の２倍の蒸気流量を示すバイパス弁流量
信号Ｓ１１１を得る。このバイパス弁流量信号Ｓ
１１１は、加算器５２で逃し安全弁流量信号Ｓ１
０１と加算され、その加算値Ｓ１１３が負信号と
して加算器３４（第４図、第５図参照）に入力さ
れる。

即ち、タービンバイパス弁が開くと、主蒸気流
量信号Ｓ４はタービンバイパス弁に流れる蒸気量
分だけ増加する。従つて、増幅器３３の出力信号
Ｓ７もこの割合で増加する。その結果、３要素給
水制御方式では、偏差信号Ｓ３と出力信号Ｓ７の
加算値である給水制御信号Ｓ８が増加して、給水
量は増加する様に機能する。同様に、２ループ給
水制御方式では、給水制御器３５の出力信号Ｓ１
０と増幅器３３の出力信号Ｓ７の加算値である給
水要求信号が増加して、給水量が増加する様に機
能する。しかし、この第４の実施例によれば、タ
ービンバイパス弁の蒸気流量の２倍に相当するバ
イパス弁流量信号Ｓ１１１が加算器５２の出力信
号Ｓ１１３として負信号で入力されるので、給水
制御信号Ｓ８又は給水要求信号Ｓ１１は減少す
る。そのため、結局バイパス弁に流れる蒸気量に
相当する信号が、給水制御信号Ｓ８又は給水要求
信号Ｓ１１１に加わり、その分だけ給水量が減少
する様に機能する。従つて、減圧沸騰による原子
炉水位の上昇が効果的に抑制される。尚、この第
４の実施例では、演算器７２からバイパス弁流量
の２倍の蒸気流量を示すバイパス弁流量信号が出
力されるものとして説明したが、必ずしも２倍に
限定されるものではなく、給水制御系にとつて適
切なゲインを付与すれば良い。

第８図は本発明の第５の実施例を示す図であ
り、第７図に示す第４の実施例に原子炉圧力が変
化した場合の原子炉圧力の時間微分信号による補
正手段を設け、より制御性を高めたものである。
即ち、逃し安全弁やタービンバイパス弁が開く
と、原子炉圧力は低下する。この原子炉圧力変化
を原子炉圧力検出装置６１で原子炉圧力信号Ｓ１
２０として検出し、１次遅れ回路８１と加算器８
２に入力する。１次遅れ回路８１の出力信号Ｓ２
０１は、原子炉圧力が一定で変化がないとき原子
炉圧力信号Ｓ１２０と一致し、この出力信号Ｓ２
０１は負信号として、加算器８２に入力される。
従つて、原子炉圧力が一定で変化がない場合に
は、加算器８２の出力信号Ｓ２０２は零となり、
比例演算器８３の出力信号Ｓ２０３も零となる。
一方、原子炉圧力が一定で変化がないとは、逃し
安全弁とタービンバイパス弁が閉じていることを
意味するため、加算器５２の出力信号Ｓ１１３も
零となる。従つて、出力信号Ｓ２０３を正信号と
し、出力信号Ｓ１１３を負信号として入力する加
算器８４の出力信号Ｓ２０４は零になる。

他方、逃し安全弁又はタービンバイパス弁が誤
開して、原子炉圧力が低下すると、原子炉圧力信
号Ｓ１２０はそれに伴つて小さな値に変化してゆ
く。しかし、１次遅れ回路８１は所定の時間遅れ
を伴う様に原子炉圧力信号Ｓ１２０を加工し、出
力信号Ｓ２０１を形成・出力する。従つて、出力
信号Ｓ２０１は、原子炉圧力信号Ｓ１２０の様に
急激に低下せず、そのため加算器８２の出力信号
は負の信号になる。従つて、比例演算器８３の出
力信号Ｓ２０３も負の信号となり、加算器８４に
入力される。一方、加算器５２の出力信号Ｓ１１
３は、逃し安全弁又はタービンバイパス弁が誤開
しているので、正の信号となる。ここで、前記し
た様に加算器８４に入力される出力信号Ｓ２０３
は負信号であり、出力信号Ｓ１１３も負信号とし
て加算器８４に入力される。従つて、加算器８４
の出力信号Ｓ２０４も負信号になる。このため、
増幅器３３の出力信号Ｓ７と偏差信号Ｓ３（又は
給水制御器３５の出力信号）の加算値に、上記負
信号である出力信号Ｓ２０４を加算器３２で加算
することになる。こうして形成される給水制御信
号Ｓ８（又は給水要求信号Ｓ１１）は、第７図に
示す第４の実施例のものよりも原子炉圧力変化を
考慮した分だけ小さな値となり、１次遅れ回路８
１の時定数と比例演算器８３の比例定数を適切に
設定することにより、より正確な給水流量の制御
を行なうことが可能となり、減圧沸騰による原子
炉水位上昇を防止することができる。

次に、本発明と従来の装置による応答の比較を
第９図ａ，ｂに示す。第９図ａは給水流量、第９
図ｂは原子炉水位の時間応答で、破線が従来の２
ループ給水制御方式の装置であり、実線が第７図
に示す第４の実施例を施した２ループ給水制御方
式の装置の場合を示している。時刻t₀で逃し安全
弁が開いたことにより、破線で示す従来装置で
は、原子炉水位が高水位タービントリツプに至る
が、実線で示す本発明の装置では、同トリツプレ
ベルに至らずに、プラント停止が回避できる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、何らかの原因で逃し安全弁又はタービンバイ
パス弁が開き原子炉圧力が減少した場合でも、原
子炉水位の上昇を効果的に防止できるので、プラ
ント停止に至るのを回避することができ、プラン
ト稼動率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水路型原子力発電所の全体の構成
と給水制御系の構成を示す図、第２図は３要素給
水制御方式の原子炉給水制御装置を示すブロツク
図、第３図は２ループ給水制御方式の原子炉給水
制御装置を示すブロツク図、第４図は本発明の第
１の実施例を示すブロツク図、第５図は本発明の
第２の実施例を示すブロツク図、第６図は本発明
の第３の実施例を示すブロツク図、第７図は本発
明の第４の実施例を示すブロツク図、第８図は本
発明の第５の実施例を示すブロツク図、第９図
ａ，ｂは給水流量と原子炉水位との制御応答性を
従来技術と本発明とで比較した特性図である。 １０……タービンバイパス弁、１８……給水ポ
ンプ、２０……逃し安全弁、２２……原子炉水位
検出器、２３……主蒸気流量変換器、２４……給
水流量変換器、２５……給水流量制御装置、２６
……低圧蒸気加減弁、２７……給水ポンプ駆動タ
ービン、３０……水位設定器、３１，３２，３
４，３９，５０，８２，８４……加算器、３３…
…増幅器、３５……給水制御器、３６……関数発
生器、３７……タービンポンプ装置、３８……サ
ブループ制御器、４０……サブ流量制御ループ、
５１……流量演算器、６１……原子炉圧力検出装
置、６２……関数発生器、６３……乗算器、７１
……バイパス弁開度送信器、７２……演算器、８
１……１次遅れ回路、８３……比例演算器、Ｓ１
……水位設定信号、Ｓ２……水位検出信号、Ｓ
３，Ｓ６……偏差信号、Ｓ４……主蒸気流量信
号、Ｓ５……給水流量信号、Ｓ７，Ｓ１０……出
力信号、Ｓ８……給水制御信号、Ｓ９……ポンプ
流量信号、Ｓ１１……給水要求信号、Ｖ１〜Vn
……開度信号、Ｓ１００……個数信号、Ｓ１０１
……逃し安全弁流量信号、Ｓ１１０，Ｓ１１３…
…出力信号、Ｓ１１１……バイパス弁流量信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主蒸気管を流れる主蒸気流量と原子炉への給
   水流量との偏差信号を求める第１の手段と、原子
   炉の逃し安全弁に流れる蒸気流量とタービンバイ
   パス弁に流れる蒸気流量に基づいて補正信号を形
   成する第２の手段と、上記第１の手段から出力さ
   れる偏差信号から上記第２の手段から出力される
   補正信号を減算して給水制御系の制御信号を補正
   する第３の手段とを備えていることを特徴とする
   原子炉給水制御装置。 ２ 前記第２の手段は、原子炉圧力信号に応じ
   て、逃し安全弁に流れる蒸気流量を算出する手段
   を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の原子炉給水制御装置。 ３ 前記第２の手段は、逃し安全弁の開度信号に
   応じて、逃し安全弁に流れる蒸気流量を算出する
   装置を備えていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の原子炉給水制御装置。 ４ 前記第２の手段は、原子炉圧力信号の時間微
   分信号を形成する手段を備え、原子炉圧力変化の
   大きさに応じた補正信号を出力することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の原子炉給水制御
   装置。