JPH05164881A - 原子炉の運転領域監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】原子力プラントにおける各種プロセス信号を入
力して再循環ポンプの１台停止と、健全側再循環ポンプ
の速度降下過程で、停止側ジェットポンプの流れ方向切
替えに対応した炉心流量演算を行って、正確な運転点を
求められる原子炉の運転領域監視装置を提供する。 【構成】原子力プラントの原子炉出力と炉心流量とで定
められる運転点を基にした運転領域監視装置において、
複数系統の炉水循環用ポンプの運転状態を判断するプラ
ント運転パラメータと系統別の炉水の流れ方向が正流か
逆流かを判定する正・逆流判定部１５と、この正・逆流
判定部１５で判定した炉水の流れ状態により炉心流量を
加、減演算する炉心流量演算部１７を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原子力発電プラントの運
転領域監視装置に係り、再循環ポンプが１台停止した状
態において、健全側ポンプを降速制御させる過程で発生
する炉心流量の演算誤差をなくした運転領域監視装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力プラントにおける運転領域は通
常、原子炉出力と炉心流量とにより規定し、原子力プラ
ントの状態が運転に支障がない領域（例えば不安定領
域，再循環ポンプキャビテーション領域等でない）にあ
ることを監視し、この安定領域を逸脱した場合には運転
領域を逸脱しないように、インターロックを作動させて
出力上昇、下降制限等を行っている。

【０００３】原子炉再循環系は、図３の通常運転時を示
す構成図にあるように、原子炉圧力容器１内に収納され
た炉心２と、その周囲に環状に設置されたＡ系及びＢ系
の２系統に区別した夫々複数のジェットポンプ３ａ，３
ｂ、及びこのジェットポンプ３ａ，３ｂを駆動して炉心
２に対する炉水の循環を行う炉水循環用ポンプであるＡ
系、及びＢ系２台の再循環ポンプ４ａ，４ｂが設けられ
ていて、一般に１台の再循環ポンプで10台前後のジェッ
トポンプを駆動している。なお、炉心２に流れる太線矢
印５で示す炉水の炉心流量は各ジェットポンプ３ａ，３
ｂに設置した差圧検出器から得る個別の流量６ａ，６ｂ
を計測し、これらを合計して算出している。また図中の
細線矢印５ａは炉内各部における炉水の流れ方向を示
す。

【０００４】ここで、原子炉運転中に２台の再循環ポン
プ４ａ，４ｂの内、１台の再循環ポンプ４ａが何らかの
異常で停止した場合には、図４の再循環ポンプ１台停止
初期時の構成図で示すように、再循環ポンプ４ａの停止
初期においてＡ系の複数のジェットポンプ３ａへの再循
環ポンプ４ａからの駆動力がなくなるために、一旦、各
ジェットポンプ３ａの流量６ａは零になる。しかしなが
ら、健全側であるＢ系の再循環ポンプ４ｂは通常の定格
出力付近では高速（90〜 100％速度）領域にあるため、
Ｂ系のジェットポンプ３ｂへの駆動力は大きく、停止し
たＡ系のジェットポンプ３ａ側にジェットポンプ３ｂの
流れの一部が逆流してくる。

【０００５】このため、ジェットポンプ３ａへ逆流して
きた流量分だけ、炉心への流量が減少し、かつ差圧検出
器からの差圧信号は通常方向性がないため、Ａ，Ｂ両系
の全ジェットポンプ３ａ，３ｂの流量６ａ，６ｂを単純
に加算しても正しい炉心流量とならなくなる。従って、
再循環ポンプ４ａが１台停止した時には、この停止信号
により図示しない運転領域監視装置に設けた逆流演算回
路にて補正演算（健全側ジェットポンプの流量−停止側
ジェットポンプの流量）をして炉心流量を算出してい
る。

【０００６】一方、原子力プラントにおける運転手順と
して、再循環ポンプが１台停止する異常が発生した場合
には、健全側の再循環ポンプ速度を降下させるように定
められている。これは、原子炉再循環系において、片系
が停止すると健全系の圧力損失が減少し、その結果とし
て健全側ジェットポンプの流量が定格流量の 1.3〜1.4
倍に増加して好ましくないこと、及び停止側の再循環ポ
ンプを再起動する場合には、健全側再循環ポンプを最低
速度に下げなければならないこと等によるものである。

【０００７】しかしながら、前記健全側再循環ポンプの
速度を降下させる過程においては、図５の再循環ポンプ
１台停止時の構成図で示すように、健全側のＢ系再循環
ポンプ４ｂの速度が一般に定格の40％近くに低下する
と、停止側であるＡ系ジェットポンプ３ａにおける逆流
が止まり、更に再循環ポンプ４ｂが降速されると、Ａ系
ジェットポンプ３ａの流れが正方向の流れに転ずる。こ
れはＡ系の停止側にも自然循環力（対流）が存在してい
るため、Ｂ系の再循環ポンプ４ｂが降速されたことによ
り、健全側ジェットポンプ３ｂの駆動による押し込み力
が弱まり、前記Ａ系における自然循環力が打ち勝つこと
によるものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】原子炉運転中に再循環
ポンプの１台が停止すると、ジェットポンプによる炉水
の流れは、再循環ポンプからの駆動力が喪失した側のジ
ェットポンプにおいては、駆動力喪失初期は逆流とな
り、次いで、健全側再循環ポンプの速度が降下されると
再び正流に転じる。

【０００９】しかしながら、従来の運転領域監視装置に
おいては、この片系の再循環ポンプの駆動力が喪失した
際には、炉心流量算出を健全側再循環ポンプの速度と関
係なく逆流演算回路を介して補正演算を行なっているた
め、停止側ジェットポンプの流れ方向が正流に変化した
状態では、実際よりも大幅に流量が低下したように算出
する。

【００１０】このため、原子炉の安定した運転領域を逸
脱した状態と判断し、場合によってはこの安定領域を維
持するために健全側再循環ポンプの速度降下禁止のイン
ターロックが働いて、降速できない可能性も生ずるとい
う課題があった。特に最近では運転領域を拡大（高出
力，低炉心流量までに運転範囲を拡げる）して、更に効
率的な原子力プラントの運転が検討されており、この際
に炉心流量は運転領域の監視強化の重要パラメータにも
なっている。

【００１１】本発明の目的とするところは、原子力プラ
ントにおける各種プロセス信号を入力して再循環ポンプ
の１台停止と、健全側再循環ポンプの速度降下過程で、
停止側ジェットポンプの流れ方向切替えに対応した炉心
流量演算を行って、正確な運転点を求められる原子炉の
運転領域監視装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】原子力プラントの原子炉
出力と炉心流量とで定められる運転点を基にした運転領
域監視装置において、複数系統の炉水循環用ポンプの運
転状態を判断するプラント運転パラメータと系統別の炉
水の流れ方向が正流か逆流かを判定する正・逆流判定部
と、この正・逆流判定部で判定した炉水の流れ状態によ
り炉心流量を加、減演算する炉心流量演算部を具備す
る。

【００１３】

【作用】２台の再循環ポンプの内の１台が停止すると、
その停止初期においては健全側ジェットポンプの流量が
多いために、停止側ジェットポンプにおける炉水の流れ
が逆流となるので、炉心流量の算出に際して再循環ポン
プの１台停止信号により炉心流量演算部の逆流演算回路
により、逆流分を差引く逆流補正演算を行う。

【００１４】しかしながら、再循環ポンプの１台が停止
すると健全側ジェットポンプが過負荷等になるため、健
全側再循環ポンプの速度を降下させる制御を行う。これ
により健全側ジェットポンプの流量が減少すると、停止
側ジェットポンプへの影響がなくなり、停止側ジェット
ポンプの炉水の流れが正流に切替わる。

【００１５】この時に正・逆流判定部において、再循環
ポンプの１台停止信号と再循環ポンプ速度が規定値以下
信号、ジェットポンプの流量が規定値以下信号、及び再
循環ポンプの差圧が規定値以下信号が共に入力されたこ
とを条件に、停止側ジェットポンプの流れの逆流が停止
し、正流に切替わったと判定して正・逆流判定信号を出
力し、これにより炉心流量演算部で逆流演算回路を介さ
ないで加算演算をして、正しい炉心流量を算出し正確な
運転点を求め運転領域判定部に出力して運転領域判定を
行う。

【００１６】

【実施例】本発明の一実施例について図面を参照して説
明する。なお、上記した従来技術と同じ構成部分につい
ては、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本発
明は、図１のブロック構成図を示すように、原子力プラ
ントから出力された各種プロセス量10（Ａ系、及びＢ系
の両信号が出力される）の内、いずれもＡ，Ｂ系の再循
環ポンプ速度信号11と、ジェットポンプ流量信号12、再
循環ポンプ差圧信号13、及び再循環ポンプの運転／停止
信号14を入力する正・逆流判定部15と、この正・逆流判
定部15から出力される正・逆流判定信号16と前記プロセ
ス量10の内のジェットポンプ流量信号12、及び再循環ポ
ンプの運転／停止信号14を入力して炉心流量の演算をす
る炉心流量演算部17で構成されている。

【００１７】なお、この炉心流量演算部17から出力され
る炉心流量信号18は、前記プロセス量10の内の原子炉出
力信号19と共に、原子力プラントの運転領域判定を行う
運転領域判定部20に入力され、この出力である運転領域
判定信号は、図示しない表示装置21、及びインターロッ
ク回路22に出力される。

【００１８】また前記正・逆流判定部15の詳細は、図２
の論理回路図に示すように、前記再循環ポンプ速度信号
11から、再循環ポンプ速度が０％以上、かつ規定値以下
の場合の信号23（例えば通常、健全側の再循環ポンプ速
度が40％付近にて逆流は停止するため規定値以下を判定
値とする）と、ジェットポンプ流量信号12から、Ａ系、
またはＢ系のジェットポンプの流量が規定値以下の場合
の信号24、及び再循環ポンプ差圧信号13から、Ａ系、ま
たはＢ系の再循環ポンプの差圧が規定値以下の場合の信
号25（停止側ジェットポンプにおける逆流が停止する付
近では健全側再循環ポンプの駆動力と停止側再循環系に
おける自然循環力とが釣り合うため差圧、ジェットポン
プ流量は零に近い値となる）。

【００１９】さらに、再循環ポンプの運転／停止信号14
から、再循環ポンプの１台が停止している場合の信号26
が共に発生した時に逆流が止まり、正流に変化したこと
の正・逆流判定信号16を出力する AND論理27により構成
されている。なお、 AND論理27より出力された前記正・
逆流判定信号16は自己保持されるもので、再循環ポンプ
４ａの運転再開に際し、２台の再循環ポンプ４ａ，４ｂ
が起動することによりリセットされるようにしている。

【００２０】炉心流量演算部17では、前記ジェットポン
プ流量信号12と、再循環ポンプの運転／停止信号14を入
力して、再循環ポンプが１台停止していれば、逆流演算
回路にて逆流補正演算（健全側ジェットポンプの流量−
停止側ジェットポンプの流量）を、さらに、前記正・逆
流判定信号16も加わった場合には、加算演算（健全側ジ
ェットポンプの流量＋停止側ジェットポンプの流量）に
よる炉心流量演算をして、炉心流量信号18を出力する。

【００２１】次に上記構成による作用について説明す
る。先ず、図３に示すように、Ａ，Ｂ系の再循環ポンプ
４ａ，４ｂが２台共、正常に運転されている時は、当然
のことながらジェットポンプ３ａ，３ｂの流量６ａ，６
ｂも多く、かつ平衡がとれていて、その流れはいずれも
正流である。この場合に正・逆流判定部15においては、
再循環ポンプの運転／停止信号14による再循環ポンプ１
台のみ停止時の信号26はなく、再循環ポンプ速度信号11
は、０％以上で規定値以上の場合なので信号23は出力さ
れない。

【００２２】また再循環ポンプ差圧信号13は、Ａ系、ま
たはＢ系共、規定値以上であるため信号25の出力はな
い。さらに、ジェットポンプ流量信号12は、Ａ系、及び
Ｂ系が規定値以上であるため信号24は出ない。従って、
正・逆流判定部15からは正・逆流判定信号16が出力され
ず、炉心流量演算部17からはＡ系とＢ系のジェットポン
プ３ａ，３ｂの流量６ａと流量６ｂを加算した、補正演
算なしの炉心流量信号18が出力される。

【００２３】次に図４に示すように、２台の再循環ポン
プ４ａ，４ｂの内、再循環ポンプ４ａが１台停止した場
合に、その初期には健全側再循環ポンプ３ｂは高速運転
しており、この駆動力により健全側ジェットポンプ３ｂ
の流量が多いことと、停止側ジェットポンプ３ａの流れ
がなく、抵抗が減じたため健全側ジェットポンプ３ｂか
らの炉水の一部がＡ系の停止側ジェットポンプ３ａに流
入して、停止側ジェットポンプ３ａの流れは逆流する。

【００２４】この時の再循環ポンプの運転／停止信号14
は、再循環ポンプ４ａの停止情報が含まれていることか
ら、正・逆流判定部15では、再循環ポンプ１台のみ停止
の信号26が出力される。また再循環ポンプ差圧信号13
は、Ｂ系は規定値以上であるが、Ａ系では規定値以下で
あるため信号25が出力される。さらに、ジェットポンプ
流量信号12は、Ｂ系が規定値以上であるが、Ａ系では規
定値以下であるため信号24が出力される。

【００２５】しかし、再循環ポンプ速度信号11は、Ａ系
再循環ポンプ４ａは停止していて、その速度が０％であ
るが、Ｂ系再循環ポンプ４ｂは０％以上で、かつ規定値
以上なので信号23は出力されない。従って、正・逆流判
定部15からは正・逆流判定信号16が出力さないが、炉心
流量演算部17では、入力した再循環ポンプの運転／停止
信号14に、再循環ポンプ４ａの停止情報が含まれている
ことから、炉心流量演算に際して、逆流演算回路により
Ａ系のジェットポンプ３ａにおける逆流分を差引く逆流
補正演算して、精度の高い炉心流量信号18が出力され
る。

【００２６】さらに、図５に示すように、再循環ポンプ
４ａが停止したことにより、健全側ジェットポンプ３ｂ
の過負荷等を考慮して健全側再循環ポンプ４ｂが速度降
下制御され、その流量が例えば、規定値とした定格の40
％近くに低下すると、Ａ系の停止側ジェットポンプ３ａ
に流入する健全側ジェットポンプ３ｂからの流れはなく
なり、停止側ジェットポンプ３ａの流れは、炉水の自然
循環力により一旦、停止した後に、正流に転じる。

【００２７】この時に正・逆流判定部15においては、再
循環ポンプの運転／停止信号14の再循環ポンプ４ａの停
止情報から、再循環ポンプ１台のみ停止の信号26が出力
され、再循環ポンプ差圧信号13は、Ａ系再循環ポンプ４
ａの差圧が規定値以下であるため信号25が出力される。

【００２８】またジェットポンプ流量信号12は、Ａ系、
Ｂ系が規定値以下であるため信号24が出力される。さら
に、再循環ポンプ速度信号11は、Ａ系は勿論０％で、Ｂ
系も規定値以下なので信号23が出力される。この AND論
理27の条件が整ったことは、Ａ系の停止側ジェットポン
プ３ａにおける逆流が停止し、正流に切替わった時点と
して、正・逆流判定部15から正・逆流判定信号16が出力
される。

【００２９】従って、炉心流量演算部17では、入力した
再循環ポンプの運転／停止信号14に、再循環ポンプ４ａ
の停止情報が含まれてはいるが、正・逆流判定信号16が
入力されているため炉心流量演算に際して、Ａ系のジェ
ットポンプ３ａの流量６ａを逆流演算回路による減算か
ら、加算演算に自動的に切替えて（切替え前は逆流演算
を実施している）、正確な炉心流量信号18を得て運転領
域判定部20に出力する。なお、 AND論理27より出力され
た前記正・逆流判定信号16は自己保持されていて、再循
環ポンプ４ａの運転再開に際し、２台の再循環ポンプ４
ａ，４ｂが起動した時にはリセットされる。

【００３０】本発明の他の実施例としてプロセス計算機
を使用する装置がある。即ち、従来の逆流演算回路の出
力値（逆流演算により求めた炉心流量）をプロセス計算
機入力１とする。また、各Ａ，Ｂ系のジェットポンプ３
ａ，３ｂの流量を各々入力し、加算した値を計算機入力
２とする。（逆流演算を行う前の入力値を計算機に入力
し計算機の内部で加算演算を行う。）この入力１，２を
用い、入力３を作る。

【００３１】この入力３はマルチ切替入力とする。マル
チ切替入力とは一般に第１入力と第２入力の内、一方が
不良入力となった場合には正常側入力を代表入力と判断
して出力するもので、両入力とも正常な場合には優先入
力を代表入力とするものである。ここでは第１入力を優
先するように設定しておく。ここで、入力１がある規定
流量以下となった時、即ち、健全側再循環ポンプの速度
を下げていって、逆流が停止する付近で入力不良となる
ように設定しておく（この機能もプロセス計算機では一
般的であり入力値が規定値以上、または以下で入力不良
とする）。

【００３２】よって、計算機入力３を再循環ポンプ１台
停止時にのみ、運転領域判定部20に入力するようにして
おけば、再循環ポンプ停止後は、第１入力が入力３の代
表値となり、逆流が停止した時点では第２入力が入力３
の代表値として運転領域判定部20に入力されることにな
る。このように前記一実施例、及び他の実施例による
と、再循環ポンプ１台停止後の降速過程においても正確
な炉心流量を求めることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上、本発明によれば、再循環ポンプの
一部停止による様々な炉水の変化に際しても、その炉水
の状態を適確に把握して、常に炉心流量を正確に求める
ことが可能なので、原子力プラント運転の信頼性向上
と、運転員の負担軽減ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の運転領域監視装置の一実施例を示すブ
ロック構成図。

【図２】正・逆流判定部の論理図。

【図３】原子炉再循環系の通常運転時を示す構成図。

【図４】原子炉再循環系の再循環ポンプ１台停止初期を
示す構成図。

【図５】原子炉再循環系の再循環ポンプ１台停止後期を
示す構成図。

【符号の説明】

２…炉心、３ａ，３ｂ…ジェットポンプ、４ａ，４ｂ…
再循環ポンプ、５ａ…炉内各部の炉水の流れ方向、10…
プロセス量、11…再循環ポンプ速度信号、12…ジェット
ポンプ流量信号、13…再循環ポンプ差圧信号、14…再循
環ポンプの運転／停止信号、15…正・逆流判定部、16…
正・逆流判定信号、17…炉心流量演算部、18…炉心流量
信号、19…原子炉出力信号、20…運転領域判定部、21…
表示装置、22…インターロック回路、23…再循環ポンプ
速度が０％以上、かつ規定値以下の場合の信号、24…Ａ
系、またはＢ系のジェットポンプの流量が規定値以下の
場合の信号、25…Ａ系、またはＢ系の再循環ポンプの差
圧が規定値以下の場合の信号、26…再循環ポンプの１台
が停止している場合の信号、27… AND論理。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子力プラントの原子炉出力と炉心流量
   とで定められる運転点を基にした運転領域監視装置にお
   いて、複数系統の炉水循環用ポンプの運転状態を判断す
   るプラント運転パラメータと系統別の炉水の流れ方向が
   正流か逆流かを判定する正・逆流判定部と、この正・逆
   流判定部で判定した炉水の流れ状態により炉心流量を
   加、減演算する炉心流量演算部を設けたことを特徴とす
   る原子炉の運転領域監視装置。