JPH0464099A - 蒸気発生プラントの給水制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、蒸気発生プラントの給水制御装置に係り、特
に沸騰水型原子カプラントに好適な蒸気発生プラントの
給水制御装置に関する。

［従来の技術］ 沸騰水型原子カプラントでは、給水ポンプにより圧力容
器（原子炉容器）に送られた水が、同容器内の炉心の発
生する熱によって加熱され、水蒸気となって同容器から
送り出される。この高圧水蒸気は、発電機に接続された
タービンを回転させたのち復水器で水に戻され、再び給
水ポンプにより圧力容器へ送られる。この圧力容器内の
水位を設定値に保つために、通常は圧力容器の水位（Ｈ
子炉水位という）、圧力容器への給水流量及び同容器か
ら出ていく蒸気の流量（主蒸気流量）を検出し、この三
要素により給水流量の制御（三要素制御）が行われる。

第４図はこのような制御装置の従来例（特開昭５７−１
９７４９９号参照）を示すもので、給水流量Ｗｆ、主蒸
気流量Ｗｓ及び原子炉水位Ｌ（いずれも検品値）を取り
込み、Ｌ　＋　ｋ　（Ｗｓ−Ｗｆ）と水位設定値Ｌ０と
の差をＯとするように給水ポンプの流量（給水調節弁の
開度）を制御する。ここでｋは予め定められた定数であ
る。

上記のように、三要素制御においてその制御要素である
水位や給水流量が異常となったときに、制御方法を変更
して対処する従来例に特開昭６２＝５５５９８号及び特
開昭５９−２３０１９５号に示されたものがある。特開
昭６２−５５５９８号のものは、三要素のどれかに異常
が発生したときにその異常となった要素を除いた残りの
要素を用いて水位制御を続けるようにしており、また特
開昭５９−２３０１９５号のものは、原子炉水位が通常
値を含む正常な範囲にあるとき三要素制御を行い、水位
が上記範囲の外に出たときに水位のみを入力として単要
素制御を行うものである。

［発明が解決しようとする課題］ 沸騰水型原子カプラントにおいては１選択制御棒の挿入
等の操作を行うと、原子炉水位低下が発生する。特開昭
５７−１９７４９９号に示された第４図の制御装置では
、第５図のような変動が生じる。同図（イ）は時間に対
する給水流量Ｗｆ、中性子束φ。

主蒸気流量Ｗｓの３つを、それらの定格値を１００％と
した比率で表示している。また同図（ロ）は原子炉水位
りの変化を示しており、（イ）（ロ）とも同一時間軸で
時刻＝０に選択制御棒挿入が行われたものとする。そし
て同じ反応度の挿入操作であっても、挿入のパターンに
より実線、破線で示したような変動が生じろる。実線の
場合は、第４図（ロ）のように制御棒挿入の約１０秒後
に原子炉水位の変化ΔＬは−１５〔程度で最低となり、
このとき第４図の給水制御装置により給水制御弁が開け
られて給水流量Ｗｆは第４図（イ）の実線のように１１
０％程度へ増大する。これにより原子炉水位りが回復す
る方向に向かうと給水流量Ｗｆも減少するように制御さ
れるが、この流量を減少させる動作には遅れが伴うので
水位りは＋１０１くらい増大してから目樟値（ΔＬ＝Ｏ
）へ落ち着く。一方、破線の場合は、第４図（ロ）のよ
うに水位低下が４０ｃｍにも及び、これをΔＬ＝Ｏとす
るために給水流量Ｗｆを１３５％ぐらいまで上昇させる
制御が行われ、次いで水位の回復に伴う流量制御の遅れ
のために約５０秒経過時にΔＬ　＝　＋４０ｃｍ　＜ら
いまで増大するという現象が起こる。このような大きな
変動の場合には２つの問題がある。１つは原子炉水位り
がΔＬ＞Ｌｔ　（＝約３０Ｃ１１）をこえると原子炉ト
リップになってしまう。もう１つは給水ポンプを保護す
る必要から、その流量は通常定格値の１２０％（ランア
ウト流量）以下となるように抑制されるが、これを越え
てしまうという問題である。

また、特開昭６２−５５５９８号に示されたものでは、
三要素のどれかに異常が発生したときにその異常となっ
た要素を除いた残りの要素を用いて水位制御を行い、異
常となった要素、特に給水流量異常時に積極的にその流
量そのものを要素として制御を行うものではなかった。

また特開昭５９−２３０１９５号のものでは、原子炉水
位の異常時にその水位のみを要素として制御を行うもの
で、第５図に示したような給水流量の異常に対処するも
のではなかった。

本発明の目的は、原子炉操作時の原子炉水位低下時に、
給水流量及び水位の異常が生じないように給水流量を要
素として制御を行うようにした蒸気発生プラントの給水
制御装置を提供するにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的は、給水流量が所定値以下のときに給水流量
、主蒸気流量及び原子炉水位の検出値を入力として三要
素制御を行う水位制御手段と、給水流量が所定値以上に
なったとき給水流量が所定値を越えないように給水流量
の検出値を入力として単要素制御を行う給水流量制御手
段とを設けるとともに、上記三要素制御の実行中には給
水流量制御手段をその出力が水位制御手段の出力が水位
制御手段の出力と一致するように制御し、上記単要素制
御の実行中には水位制御手段における積分動作を給水流
量制御手段の出力に応じた値に制限することにより達成
される。

［作用］ 給水流量が所定値をこえたときは給水流量制御手段によ
ってその流量が所定値以下となるように制御するので給
水ポンプを保護することができる。

この給水流量制御手段による制御への切替時には、２つ
の制御手段の出力は一致するように制御されているから
切替えによる制御の不安定が生じることはない。また逆
に、原子炉水位が回復して水位制御器への制御へ切替え
るときには、水位制御器の出力はその積分動作が制限さ
れているから小さい値に保たれており従ってこの制御に
より給水流量を減少させる動作は迅速に行われ、制御遅
れによって水位上昇が大きくタービントリップに至ると
いう問題が解決される。

［実施例コ 以下、本発明を実施例により説明する。第３図は本発明
の制御装置を用いた沸騰水型原子カプラントの構成を示
すブロック図である。通常運転時においては、原子炉圧
力容器（蒸気発生器）１内の炉心２で加熱された冷却水
（給水）は蒸気となって、原子炉圧力容器１から吐き出
され、主蒸気管３を通ってタービン４に送られる。ター
ビンから排気された蒸気は、復水器５にて凝縮されて水
になり、原子炉の冷却水として給水配管６にて復水脱塩
器（図示せず）、復水ポンプ７、及び給水加熱器（図示
せず）に供給される。復水ポンプ７からの給水は、給水
配管の分岐管８Ａ、８Ｂ、８Ｃを通ってモータ駆動形の
給水ポンプ９Ａ、９Ｂ。

９Ｃに送られる。これらの給水ポンプは通常２台がモー
タ２４Ａ〜２４Ｃにより駆動されており、２台の給水ポ
ンプから送り呂された給水は給水ｍ節弁１０Ａ、ＩＯＢ
を通って原子炉１へ供給される。給水調節弁１０Ａ、Ｉ
ＯＢの開度は本発明の制御装置ｆｌｌからの制御信号Ｃ
により調節され適切な給水流量とされる。

第１図は本発明の給水制御装置１１の一実施例を示すブ
ロック図で、水位計１３で検出された原子炉圧力容器１
内の水位Ｌ、給水配管１５に設けられた給水流量計１６
により検出された給水流量Ｗｆ、及び主蒸気配管３に設
けられた主蒸気流量計１８により検出された主蒸気流量
Ｗｓの３要素信号を入力とし、主蒸気流量Ｗｓと給水流
量Ｗｆの偏差信号ミスマツチゲインＫを乗じた値に原子
炉水位信号りを加えた値Ｌ＋Ｋ　（Ｗｓ−Ｗｆ）と、原
子炉水位設定値Ｌ０との差が水位偏差信号２２として水
位制御器２３に入力される。水位制御器２３は、比例・
積分演算により給水調節弁開度要求信号１２を算出し、
これは通常時は低値優先回路４２を経由し信号Ｃとして
給水調節弁１０Ａ、ＩＯＢに送られる。

以上は従来の３要素制御と同じであるが、本実施例では
この他に給水流量異常時の制御を行うための回路２７．
３０．３４．３６．４２．４４等を設けている。

このうち給水流量制御判定部３０とそこへの久方信号を
生成するポンプ台数判定部２７及び給水ポンプ保護リセ
ット判定部４４のより詳しい構成は第２図に示されてい
る。ポンプ台数判定部２７は、給水ポンプモータ２４Ａ
〜２４Ｃそ九ぞれの遮断器２５Ａ〜２５Ｃの開状態を検
出した信号２６Ａ〜２６Ｃを取り込んで、ポンプが１台
運転中か２台運転中かを判断しその結果を信号２９（１
台運転中）あるいは信号２８（２台運転中）を出力し、
また給水ポンプ１台又は２台運転時の、以下に述べる給
水流量のみによる制御のための流量設定値６２又は６３
を選択する。

給水流量制御判定部３０では、給水流量信号Ｗｆが給水
ポンプ２台運転中（信号２８オン）に規定値りを上回っ
ているか、あるいは給水ポンプ１台運転中（信号２９オ
ン）に規定値Ｅを上回った場合に、オアゲート３１を介
して給水ポンプ保護信号３２を出力する。本信号３２は
自己保持され、給水ポンプ保護信号３３として出力され
る。

本信号が出力されると、第１図のスイッチ３５が信号発
生器３４側から給水流量制御器３６側に切替えられ、ま
たスイッチ６０はオン、スイッチ６１はオフとされる。

通常の制御時（信号３３オフ時）にはスイッチ６１はオ
ンしており、水位制御２３の出力１２が給水流量制御器
３６へ送られており、同制御器３６の出力３７はそのと
きの信号１２、即ち信号Ｃと同じ値に維持されている。

この状態で給水流量制御判定部３０から保護信号３３が
出力され、スイッチ３５が給水流量制御器３６側に切替
えられると、給水流量制御器３６では、給水流量信号Ｗ
ｆと、給水ポンプ台数判定部２７の出力により選択され
た給水ポンプ１台あるいは２台運転時の設定値３８との
偏差信号３９が入力され、比例・積分演算が行われ、ス
イッチ３５を介して出力信号４０として出力される。こ
の信号４０は低値優先回路４２に入力されるが、これは
通常水位制御器出力信号１２より小さいので、弁開度要
求信号Ｃとして出力される。これにより給水流量が給水
ポンプ運転台数に応じて定められた保護設定値を上回っ
た場合に、給水流量制御器３６による給水流量一定制御
が行われる。しかもこの切替の時点では、判定器３６出
力は前述のように信号１２と一致しているので、切替時
の制御の連続性が保たれ、制御が不安定になることはな
い。

このようにしてポンプ保護動作が続けられているときに
、第２図に示した保護リセット判定部４４は、その内部
の比較器４５により水位制御器２３の出力１２と低値優
先回路４２の出力Ｃとを比較しており、もし信号Ｃの方
が大きくなると、タイマ４６の設定時間（５秒程度）を
経過した後リセット信号４７を出力する。これは原子炉
水位りが回復したことを示しており、リセット信号４７
は給水制御判定部３０内で自己保持されていた給水ポン
プ保護信号３３をオフとする。これによって給水流量制
御器３６による単要素制御は終わり、再び水位制御器２
３による三要素制御、つまり通常時の制御に戻る。この
場合、給水ポンプ保護信号３３オンの間はスイッチ６０
がオンしているので、給水流量制御器３６の出力信号４
０に１０％のバイアス４２が加算された積分器上限制限
値４３が水位制御器２３に入力されている。このため積
分器出力の上限は上記制限値４３に制限されている。こ
のため上記の給水ポンプ保護動作が長く続いても、その
間に水位制御器２３の積分器が飽和してしまうことはな
い、従って、原子炉水位りが回復して通常制御に戻った
とき、低値優先回路４２を通して水位制御器２３による
制御を速やかに再開できる。

以上、第１図の実施例の構成及び各部動作を説明したが
、次に本実施例の総合的な動作説明を行う、従来の制御
方法では第５図に示したように、選択制御棒挿入に伴う
原子炉水位低下に対応し、水位制御器にて給水流量を約
１４０％まで増加させていた。そのため給水ポンプ２台
運転時のランアウト流量１２０％を上回り、機器保護上
問題であった。これに対して、第１図の構成でまずバイ
アス４２、スイッチ６０による水位制御器２３の積分動
作制限を行わない場合の動作を第６図に示す。同図の横
軸はすべて同じ時間軸であり、第５図の場合と同様に時
間Ｏに選択制御棒挿入による原子炉水位りの低下が始ま
ったものとする。第６図（イ）。

（ロ）、（ハ）はそれぞれ、給水流量Ｗｆ　（％）、原
子炉水位変化ΔＬ　（ａａ）　、及び制御器２３及び３
６の出力（％）を示している。実線は従来方法の場合で
、第６図（イ）、（ロ）の実線は第５図（イ）、（ロ）
の点線の場合と同じものである。第１図の構成では（給
水ポンプ２台運転時とする）、給水流量Ｗｆがそのラン
アウト流量１２０％（第２図のＤの値）に達すると給水
流量制御判定部３０から保護信号３３が出力されて給水
流量制御器３６による給水流量−定制御が行われるから
、給水流量Ｗｆは第６図（イ）のように１２０％で抑え
られる（時間約５〜３５秒）。

このため原子炉水位の低下は第６図（ロ）の点線に示す
ように従来（実線）よりも大きく低下して−４５１にも
なり、その回復も遅くなる。水位制御器２３は、スイッ
チ６０の経路がないとこの給水流量制御器３６によるポ
ンプ保護動作の間積分動作を続けており、その出力が第
６図（ハ）の点線で示すように１００％の飽和状態にな
ってしまう。その結果、原子炉水位りが回復し給水を絞
るべき時間になっても水位制御器出力１２かなかなか低
下せず、約３５秒後に流量制御量出力４０より小さくな
り、信号Ｃとして出力され給水流量Ｗｆを減らし始める
。このように従来方式に比べ給水流量Ｗｆの絞り込みが
遅れるため、原子炉水位りは約５０１も上昇し、タービ
ントリップに至る。

第７図は第１図の実施例の水位制御器での積分動作制限
機能も含めたときの動作特性を示すもので、（イ）〜（
ハ）はそれぞれ第６図（イ）〜（ハ）に対応する。但し
第７図の実線は第６図の積分動作制限なしの特性を示す
点線と同じで、点線が第１図実施例の特性である。給水
流量制御器３６による制御が行われている間、水位制御
器出力１２は第７図（ハ）に示すように、給水流量制御
出力４０　（６５％）にバイアス４２　（１０％）を加
えた値７５％に抑えられる。このため原子炉水位りが回
復するとすぐに水位制御器出力１２は低下し、約２５秒
で給水流量制御器３６の出力信号４０を下回り、信号１
２による水位制御が行われ、これによって第７図（ロ）
のように水位の上昇も少なくなり、タービントリップに
至らずに運転が継続できる。

第８図は本発明の他の実施例を示すものである。

第１図の実施例では、給水ポンプ保護動作中に水位制御
器２３は処理を続けており、その積分器の上限が制限さ
れていたが、本実施例では給水ポンプ保護の制御中は水
位制御器２３への入力を設定器６４の偏差Ｏ％の値とな
るようにスイッチ６５を保護信号３３により切替え、か
つ水位制御器２３の出力１２は信号３３オン時にオンと
なるスイッチ６６を介して給水流量制御器３６の出力と
同じ値に維持される。これによって水位制御器の積分動
作は抑制されるから、水位回復による通常の水位制御器
２３による制御への移行が速やかに行われ、タービント
リップが発生しない。また水位制御器２３による制御へ
の移行は、第１図の場合と違って水位りが所定値Ｌｓを
こえたとき、あるいは水位の偏差２２が負のときにこれ
を比較器５０．５１で検出しそのオア出力５２で給水流
量制御判定部３０（第２図と同じ構成）の保護信号３３
をリセットすることにより行われる。

また給水流量制御器３６出力と水位制御器２３呂力の選
択は保護信号３３で動作するスイッチ６７により行う点
も第１図と異なっており、他は同一の構成である。本実
施例によっても第１図と同じ効果が得られる。

［発明の効果コ 本発明によれば１選択制御棒挿入時等に原子炉水位が低
下し、水位制御のために給水流量が増大した場合でも、
給水ポンプ保護規定値にて給水流量−量制御を行えるた
め、給水ポンプの機器保護が行えると同時に、水位制御
器の積分動作を制限することによって原子炉水位回復後
の水位上昇によるタービントリップを回避することがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の装置の一実施例とその詳細
を示すブロック図、第３図は沸騰水型原子カプラントの
構成を示すブロック図、第４図及び第５図は従来の給水
制御装置の説明図及びその動作を示す図、第６図及び第
７図は第１図の実施例の動作を示す図、第８図は本発明
の装置の他の実施例を示すブロック図である。 １・・・原子炉圧力容器、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ・・・電動
駆動給水ポンプ、ＩＯＡ、ＩＯＢ・・・給水調節弁、１
１・・給水制御装置、２３・・・水位制御器、３ｏ・・
・給水流量制御判定部、３３・・・給水ポンプ保護信号
、３６・・・給水流量制御器、４２・・・低値優先回路
。 代理人　弁理士　　秋　本　正　実 第 図 ｓ Ｗ［ 第 図 時間優）→ 時間＠）→ 第 図 →時間＠） 第 図 一一時間＠） 時間（至）） 第 図 第 図 時間［有］）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、給水ポンプによる蒸気発生器への給水流量、蒸気発
   生器から出力された蒸気流量、及び蒸気発生器の水位の
   検出値を入力として上記給水ポンプによる給水流量を調
   節し、上記水位が予め定められた目標値となるように制
   御するための第１の制御手段と、該手段の制御による給
   水流量が上記給水ポンプ保護のために設けられた所定値
   以上になったとき、上記給水流量の検出値を入力として
   該検出値が上記所定値以下になるように上記第１の制御
   手段に代わって給水流量を制御するための第２の制御手
   段とを備えたことを特徴とする蒸気発生プラントの給水
   制御装置。 ２、前記給水ポンプによる給水流量の制御は上記ポンプ
   出口に設けた弁の開閉により行い、かつ前記第１及び第
   ２の制御手段の出力は低値優先回路により小さい方の値
   を選択して上記弁の開度制御を行うようにしたことを特
   徴とする請求項１記載の蒸気発生プラントの給水制御装
   置。 ３、前記第１の制御手段により給水流量制御が行われて
   いるときに、前記第２の制御手段の出力が上記第１の制
   御手段の出力と一致するようにしたことを特徴とする請
   求項１記載の蒸気発生プラントの給水制御装置。 ４、前記第１の制御手段は積分回路を有するものであり
   、前記第２の制御手段により給水流量制御が行われてい
   るときに、上記第１の制御手段の積分回路の出力を上記
   第２の制御手段の出力に一定値を加えた値をこえないよ
   うにしたことを特徴とする請求項１記載の蒸気発生プラ
   ントの給水制御装置。 ５、前記第２の制御手段により給水流量制御が行われて
   いるときに、前記第１の制御手段は前記３つの入力の値
   いかんによらず前記水位がその目標値と一致しているも
   のとして動作しかつその出力は上記第２の制御手段出力
   と一致するようにしたことを特徴とする請求項１記載の
   蒸気発生プラントの給水制御装置。