JPH0456958B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は沸騰水形原子力発電プラントの負荷追
従運転を計画する原子力発電プラントの負荷追従
運転計画装置に関する。

［発明の技術的背景］ 近時、原子力発電の電力系統中に占める比重が
増大し、原子力発電所を基底負荷運転にとめるこ
となく、負荷追従運転を行なうことが必要となつ
ている。沸騰水形原子炉の炉心熱出力制御方式と
しては、中性子減速材である炉心流量を変化させ
ることによりその密度を変化させ、これにより炉
心熱出力を変化させる再循環流量制御方式と、中
性子吸収材である制御棒を炉心に対して挿抜する
ことにより炉心熱出力を変化させる制御棒操作方
式とがある。

一方、炉心において核分裂の結果、ヨウ素135
およびその娘核であるゼノン135が生成されるが、
このゼノン135は中性子吸収物質であり、炉心熱
出力を変化させたときゼノン濃度は時間的、空間
的に変動する。従つて負荷追従運転において昼間
の高出力運転から夜間の低出力運転に移行する
際、またその逆の移行を行なう際は、ゼノン濃度
分布の変動、従つてそれに伴う出力分布の変動を
十分考慮して炉心流量の調整および制御棒の操作
を行なわなければならない。

第３図は炉心流量調整のみで負荷追従運転を行
なつた場合の炉心熱出力、炉心流量、ヨウ素濃
度、ゼノン濃度の変化をそれぞれ示している。す
なわち図において、横軸には時間が、縦軸には炉
心熱出力、炉心流量、ゼノン濃度、ヨウ素濃度が
それぞれとられており、曲線ａは炉心熱出力、曲
線ｂは炉心流量、曲線ｃはゼノン濃度、曲線ｄは
ヨウ素濃度の時間的変動をそれぞれ現わしてい
る。

この図から明らかなように炉心流量を低下させ
ると炉心熱出力が低下し、炉心流量を上昇させる
と炉心熱出力が上昇する。また、一定出力を保持
するには、ゼノン濃度の増減に対応して炉心流量
も増減させなければならない。また、ゼノン濃度
の分布の変化および炉心流量の変化に伴い炉心熱
出力分布も時間的、空間的に変化する。

また、沸騰水形原子炉では核燃料および各種機
器の健全性維持のため炉心熱出力と炉心流量との
関係が規制されており、原子炉の運転はその制限
範囲内で行わなければならない。第４図はこのよ
うな制限範囲を示すもので、横軸には炉心流量
が、縦軸には炉心熱出力がとられ斜線を施した部
分が原子炉運転範囲である。さらに核燃料の健全
性維持のため、あらかじめ核燃料をならし運転し
たときの出力分布（以下PCエンベロープとい
う。）内でのみ出力分布の変更が許される。

従つて、沸騰水形原子炉で負荷追従運転を行な
う場合には、前述した炉心流量および炉心熱出力
分布に対する２つの制限を守りながら行なうこと
が必要となる。

ところで、負荷追従運転において出力を低下さ
せる時、炉心流量が第４図に示した炉心流量の下
限を下回ることがあり得る。また、出力を高出力
に保持するためにゼノン濃度の減少に見合つて炉
心流量を低下させるとき、高出力に対して許容さ
れる最小の炉心流量を下回ることもあり得る。さ
らに前述した高出力時の流量低下中に出力分布が
変化し、出力がPCエンベロープから逸脱するよ
うな領域を生じるおそれがある。特に炉心下部の
出力変動は大きいので、炉心下部におけるPCエ
ンベロープ逸脱の可能性が大きい。ところがなら
し運転により炉心下部のPCエンベロープを拡張
することは、炉心上部、中部に比し困難である。

従つて前述した２つの制限内で炉心熱出力を変
更するには、炉心流量調整と制御棒操作の併用が
必要となる。

ところで炉心流量を制限値内にとめるために制
御棒を操作する場合には、局所的な出力分布に与
える影響を十分に考慮して、操作する制御棒を選
択する必要がある。

また出力がPCエンベロープを逸脱するような
場合には、そのような部分の近傍に制御棒を挿入
して制御棒近傍の出力を相対的に低下させればよ
いのであるが、制御棒の操作により炉心の出力分
布が大きく変化するため安易に制御棒を操作する
ことはできない。

［背景技術の問題点］ このように、一般に沸騰水形原子力発電プラン
トでは、各種制約条件があるため負荷追従運転を
実施するためには、オフラインの大型計算機によ
りいわゆるゼノントランジエツト計算を含む詳細
な炉心性能計算プログラムを用いて目標とする負
荷追従運転パターンについて詳細な確認計算を行
なつた後、負荷追従運転を実施する必要があつ
た。また、場合によつては目標とする負荷追従運
転パターンを実施するためPCエンベロープを拡
張する必要があるが、この場合には負荷追従運転
に先だつて制御棒パターンを調整し、ならし運転
を実施する必要がある。

従つて、従来、負荷追従運転を実施するために
は、多大な計算時間およびならし運転時間が費さ
れ、この作業量は膨大なものとなつている。

さらにこれらの作業の後に実施可能となつた目
標の負荷追従運転パターンを変更して別の負荷追
従運転パターンを実施するためには、改めて前述
した作業を行なう必要がある。

このように一度作成された負荷追従運転パター
ンを変更することは非常に困難であり、この結果
従来の原子力発電プラントでは、その運用が極め
て融通性の乏しいものとなつている。

［発明の目的］ 本発明はかかる従来の事情に対処してなされた
もので、沸騰水形原子力発電プラントの運転許容
範囲内において予め与えらえた制御棒操作方法を
用いた昼間の高出力運転の出力レベルと運転期間
を確保したうえで、運転可能な負荷追従運転パタ
ーンを迅速に作成することのできる原子力発電プ
ラントの負荷追従運転計画装置を提供しようとす
るものである。

［発明の概要］ すなわち本発明は、原子炉内に配設される各種
計測器から炉心流量、炉心圧力、中性子束等のプ
ラント量を入力するプラントデータ入力装置と、
予め入力される制御棒操作手順を記憶する制御棒
操作手順記憶装置と、前記プラント量および制御
棒操作手順を入力し昼間の高出力レベルおよび運
転期間の要求値に基づいて夜間の低出力運転可能
な出力レベルを求める低出力運転可能領域予測装
置と、運転員が指示する低出力レベルを入力しこ
の低出力レベル運転が可能な運転期間を与えると
ともに運転員が指示する低出力運転期間を入力し
その低出力運転期間にわたり運転可能な最低出力
レベルを与える負荷パターン作成装置とを備えた
ことを特徴とする原子力発電プラントの負荷追従
運転計画装置である。

［発明の実施例］ 以下本発明の詳細を図面に示す一実施例につい
て説明する。

第１図は本発明の原子力発電プラントの負荷追
従運転計画装置の一実施例を示すもので、この原
子力発電プラントの負荷追従運転計画装置は、原
子炉１からプラント量を入力するプラントデータ
入力装置２、表示装置３および入力装置４を備え
たオペレータコンソール５、制御棒操作手順記憶
装置６、低出力運転可能領域予測装置７、負荷パ
ターン作成装置８および運転特性評価装置９とか
ら主体部分が構成されている。

すなわち、プラントデータ入力装置２は原子炉
１内に配設される各種計測器から炉心流量、炉心
圧力、中性子束等のプラント量を入力する。

オペレータコンソール５内に配置される表示装
置３は、負荷追従運転計画装置内で作成された各
種情報を出力し、この情報を運転員に伝達する。
また、入力装置４は運転員からの各種要求を入力
する。

制御棒操作手順記憶装置６はオペレータコンソ
ール５の入力装置４から予め入力される制御棒操
作手順を記憶する。

低出力運転可能領域予測装置７は入力装置４か
ら昼間の高出力レベルおよび運転期間の要求値を
入力するとともに、プラントデータ入力装置２か
らプラント量を、制御棒操作手順記憶装置６から
制御棒操作手順を入力し、これらの情報に基づい
て夜間の低出力運転可能な出力レベルを求める。

すなわち、この低出力運転可能領域予測装置７
では炉出力、炉心流量、出力分布等の炉心状態量
の変化の予測が、例えば特開昭54−39795号に記
載されるように、ゼノン動特性計算を含んだ炉心
１次元モデルを用いて実施される。

一方、制御棒操作については予め決定されてい
るため、制御棒操作に伴う出力分布変化は、例え
ば特開昭56−168595号に記載される３次元炉心モ
デルにより予め計算した結果を記憶しておき、実
際の炉心状態の変化に対しては、次のような補正
計算により出力分布が求められる。

P_ijk＝P°_ijk×（P1_k）／（P1°_k） ここで P_ijk：実際の炉心状態に対応した３次元出力分布 P°_ijk：予め計算された３次元出力分布 P1_k：実際の炉心状態に対応した１次元出力分布
（炉心１次元モデルで予測されたもの） P1°_k：P°_ijkを径方向に平均して求めた１次元出力
分布 さらに低出力運転可能領域予測装置７は、この
ようにして得られた出力分布から燃料への制約条
件である線出力密度、限界出力比を計算して運転
領域内で、しかも燃料に対する制約条件を満たし
た上で可能な最低出力レベルを求める。

低出力運転可能領域予測装置７はこのような計
算を各時点について行なうが、前述したように炉
心性能計算には、１次元モデルで十分であるため
計算を非常に短時間に行なうことができる。

このようにして予測された低出力運転可能領域
は、例えば第２図に示すようなグラフの形でオペ
レータコンソール５内の表示装置３に表示され
る。

すなわち、第２図においてP_Hは要求される高
出力レベルを、T_Hは要求される高出力運転期間
を示している。また、曲線ａは低出力運転限界ラ
インを示しており、これより上に破線で示される
曲線ｂ、ｃのような出力レベルにおける負荷追従
運転が許容される。

負荷パターン作成装置８は入力装置４から運転
員の指示する低出力レベルを入力しこれが可能な
運転期間を計算し、これを表示装置３に出力す
る。また逆に入力装置４から運転員の指示する運
転期間を入力し、この運転期間内で可能な最低出
力レベルを計算し、表示装置３に出力する。

運転特性評価装置９は運転員が決定した負荷パ
ターンを入力装置４から入力し、この負荷パター
ンを実施したときの炉心特性を評価して、その結
果を表示装置３に出力する。

すなわち、この運転特性評価装置９は前述した
低出力運転可能領域予測装置７とほぼ同様な手段
により炉心状態量を計算する。そして、この炉心
状態量から燃料への制約条件である線出力密度お
よび限界出力比を計算してそれぞれの制限値に対
してどれだけ余裕があるかを評価し、この結果を
表示装置３に出力する。

以上のように構成された原子力発電プラントの
負荷追従運転計画装置は、以下述べるようにして
用いられる。

すなわち、まず、原子力発電プラントの高稼働
率を維持するために昼間の高出力運転を確保する
ことを優先して、運転員により高出力レベルとそ
の運転期間が入力装置４に入力される。

このようにして入力装置４に入力された高出力
レベルおよびその運転期間は低出力運転可能領域
予測装置７に出力され、この低出力運転可能領域
予測装置７において、高出力レベルとその運転期
間が確保できる範囲で、かつ制御棒操作手順記憶
装置６に記憶されている制御棒操作手順を変更し
ないで運転可能な低出力レベルが低出力運転可能
領域予測装置７において予測される。

このようにして低出力運転可能領域予測装置７
により予測された低出力運転可能領域は、例えば
すでに述べた第２図に示したようなグラフの形で
オペレータコンソール５の表示装置３に表示され
る。

運転員はこのようにして表示装置３に表示され
た運転可能領域内において最適な負荷追従運転パ
ターンを決定することになるが、この決定を行な
うため運転員は、例えば第２図に破線で示される
曲線ｂで示す出力レベルを入力装置４に入力す
る。

この入力装置４に入力された出力レベルは負荷
パターン作成装置８に出力され、この負荷パター
ン作成装置８においてこの出力レベルで運転可能
な期間が決められ、この運転期間は表示装置３に
出力され、第２図に示すような形で低出力期間と
して画面上に表示される。

この表示を見た運転員が、この期間が短かすぎ
る等の理由により適当でないと判断した場合に
は、運転員により再び他の低出力レベルが再入力
され、負荷パターン作成装置８により計算のやり
直しが行なわれる。

また、運転員は出力レベルの代りに低出力運転
期間を入力装置４に入力することにより負荷パタ
ーン作成装置８を用いて運転可能な最低出力レベ
ルを求めることができる。

このように、この実施例の原子力発電プラント
の負荷追従運転計画装置では、運転員との対話形
式により負荷追従運転パターンを決定することが
できる。

このような手順により低出力レベルとその運転
期間が決定されると、その運転を実施したときの
炉心特性が運転特性評価装置９により評価され、
この運転特性評価装置９の評価内容が表示装置３
に出力され運転員に伝達される。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明の原子力発電プラント
の負荷追従運転計画装置によれば、原子力発電プ
ラントの稼働率を不必要に下げないために要求さ
れる高出力レベルおよびその運転期間を確保した
うえで、炉心に対する各種制約条件に違反するこ
となく、容易に負荷追従運転パターンの変更を行
なうことができる。

また、運転可能領域が表示装置に表示されるこ
とから、運転員は負荷追従運転計画の立案を容易
に行なうことができ、緊急に負荷追従運転パター
ンの変更が必要になつた場合にもこれに迅速に対
処することができる。

この結果、原子力発電プラントの融通性を従来
より大幅に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原子力発電プラントの負荷追
従運転計画装置の一実施例を示すブロツク図、第
２図は表示装置に表示される低出力運転可能領域
を示すグラフ、第３図は負荷追従運転における炉
心熱出力、ゼノン濃度、ヨウ素濃度の変化を示す
グラフ、第４図は原子炉運転上の制限範囲を示す
グラフである。 １……原子炉、２……プラントデータ入力装
置、３……表示装置、４……入力装置、５……オ
ペレータコンソール、６……制御棒操作手順記憶
装置、７……低出力運転可能領域予測装置、８…
…負荷パターン作成装置、９……運転特性評価装
置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 原子炉内に配設される各種計測器から炉心流
   量、炉心圧力、中性子束等のプラント量を入力す
   るプラントデータ入力装置と、予め入力される制
   御棒操作手順を記憶する制御棒操作手順記憶装置
   と、前記プラント量および制御棒操作手順を入力
   し昼間の高出力レベルおよび運転期間の要求値に
   基づいて夜間の低出力運転可能な出力レベルを求
   める低出力運転可能領域予測装置と、運転員が指
   示する低出力レベルを入力しこの低出力レベル運
   転が可能な運転期間を与えるとともに運転員が指
   示する低出力運転期間を入力しその低出力運転期
   間にわたり運転可能な最低出力レベルを与える負
   荷パターン作成装置とを備えたことを特徴とする
   原子力発電プラントの負荷追従運転計画装置。