JPH0518397B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、原子炉出力制御装置に係り、特に、
反応度制御装置として、制御棒位置を制御する制
御棒制御装置と重水中のほう酸濃度を制御するほ
う酸濃度制御装置とを備えた重水減速軽水沸騰型
原子炉の出力を制御する原子炉出力制御装置に関
する。

〔発明の背景〕

重水減速軽水沸騰型原子炉の出力制御は、炉心
内制御棒位置の調整と重水中のほう酸濃度の調整
とを組合せた反応度制御によりなされている。制
御棒は、原子炉出力を所定出力に維持し、出力分
布を調整するために、適切な位置に調節される。
また、ほう酸濃度は、出力制御と日負荷調整運転
と長時間の燃焼に伴なう反応度補償とのために、
所定の値に調整される。

原子炉出力制御系の構成を第３図に示す。図に
おいて、１は出力調整用制御棒、２は中央制御
盤、３は原子炉、４は中性子束検出器、５は制御
棒駆動装置、６は制御棒制御装置、７はほう酸濃
度検出器、８はほう酸濃度制御装置、９はほう酸
濃度制御系である。

本制御系において原子炉出力は下記のように制
御される。

原子炉３には、出力調整用制御棒１があり、こ
の制御棒の位置は、制御棒制御装置６からの駆動
信号に基づき、制御棒駆動装置５によつて調節さ
れる。原子炉出力は、中央制御盤２で運転員が設
定した出力設定信号により、実際の原子炉出力信
号との偏差がなくなるまで、前記出力調整用制御
棒１を駆動して制御される。なお、実際の原子炉
出力は、原子炉３の内に設けた中性子束検出器４
で検出される。その検出信号が制御棒制御装置６
のフイードバツク信号となる。

このような制御系において、もし、実際の原子
炉出力が、出力設定信号より高い場合には、負の
反応度を投入するため、出力調整用制御棒を挿入
方向に駆動し、実際の原子炉出力が、出力設定信
号と同じになるまで制御を継続する。

なお、実際には複数の中性子束検出器があり、
原子炉の平均出力を検出するようになつている。
また、同様に複数の出力調整用制御棒が原子炉内
に均等に設置されており、制御に必要な反応度を
確保するとともに、それらを同時に動かし、中性
子束分布がゆがまないようにしている。

前述とは逆に、実際の原子炉出力が出力設定信
号より低い場合には、正の反応度を投入するた
め、出力調整用制御棒を引抜方向に駆動させる。

一方、ほう酸濃度制御装置８は、ほう酸濃度制
御系９を用いて、重水中のほう酸濃度が所定の濃
度となるよう制御している。重水中のほう酸を除
去すると、ほう酸濃度が小さくなり、正の反応度
が印加され、原子炉の出力は増加する。一方、ほ
う酸を注入すると、ほう酸濃度が大きくなり、負
の反応度が印加され、原子炉の出力は減少する。
大幅な負荷変更を実施する場合、例えば、日負荷
調整を実施する場合などは、この性質を利用し、
第３図に図示していないが、プロセス計算機から
の指令で、ほう酸を除去したり注入したりしてほ
う酸濃度を変え、原子炉の出力を制御している。

通常の出力一定運転では、前述の制御棒制御装
置６により、出力設定信号に応じて出力調整用制
御棒を所定位置に制御するとともに、ほう酸濃度
制御装置８により、ほう酸濃度が所定値になるよ
うに制御している。しかしながら、このような状
態においても、実際の原子炉では、ゆつくりでは
あるが、反応度が変化するので、出力調整用制御
棒１が、ゆつくりと抜けたり、挿入されたりす
る。この制御棒の動作を補償するために、制御棒
制御装置６からほう酸濃度制御装置８へ、ほう酸
除去・注入速度補正信号を出力している。

この信号は次のような機能をもつている。制御
棒制御装置６からほう酸濃度制御装置８を介して
ほう酸濃度制御装置９へ出力されるほう酸除去・
注入速度補正信号は、出力運転時の長時間燃焼に
伴う反応度補償やほう酸濃度変化により、原子炉
出力に比例する中性子束が減少又は増加し、出力
調整用制御棒１が引き抜き又は挿入制限位置に達
したら、制御棒を基準位置に戻すため自動的に出
力される。そのときの制御棒位置、ほう酸濃度、
中性子束の関係を第４図に示す。このように、制
御棒をある範囲内で駆動させ原子炉出力を調整で
きる。

しかし、このほう酸除去・注入速度補正信号
は、過渡的な反応度外乱の印加や制御棒駆動装置
の故障により制御棒が異常な速度で引抜きまたは
挿入され、上限または下限位置に達した場合でも
出力される。その結果、第５図に示すように、出
力調整用制御棒が上限又は下限位置に達して、ほ
う酸除去又は注入速度補正信号が出力され、ほう
酸が除去又は注入されているにも拘らず、制御棒
が予定通り挿入されまたは引抜かれなくて基準位
置に戻らない場合でも、ほう酸は除去又は注入さ
れ続ける。これは、中性子束すなわち原子炉出力
の異常な上昇又は下降を引き起こす。

原子炉出力の異常な上昇より中性子束が定格の
110％に到達した場合には、制御棒停止装置
（RSM：Rod Stop Monitor）が作動して、制御
棒引抜きが停止するとともに、ほう酸除去許可信
号がリセツトされる。更に出力が上昇した場合に
は、安全停止制御棒を炉心内に急速挿入して原子
炉を停止させるようになつている。したがつて、
安全上問題となることはないが、制御系が原子炉
出力の異常な上昇又は下降を助長するように動作
することは、好ましくない。

更に、第６図に示すように、出力調整用制御棒
が一旦上限位置あるいは下限位置に達し、ほう酸
除去あるいは注入速度補正信号が出力されても、
その後、制御装置の故障等により制御棒が基準位
置に戻らないような場合が考えられ、前述の例と
同様に好ましくない状態といえる。

以上、説明したように、ほう酸濃度制御装置に
対して、補正信号を出す際あるいは出している時
には、その状態が正常に期待されている状態か否
かを判断し、補正信号を出力するか否かあるいは
出力し続けるか否かを判別する必要がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、出力調整用制御棒の動作を監
視し、補償動作を行うほう酸除去・注入速度補正
信号の出力を、制御棒位置に対応して正しく要求
されている時にのみ出力する原子炉出力制御装置
を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明は、出力調整用制御棒の基準位置から、
上限または下限位置に達するまでの時間を計測
し、これらの時間が予め定められた時間より長い
時にのみ、予め定められたほう酸除去・注入補正
信号を出力するとともに、このほう酸除去・注入
補正信号を発した後は、予め定められた時間より
も長くは、この補正信号を出し続けない原子炉出
力制御装置を提案するものである。

これにより、過渡的に印加された反応度によつ
て、制御棒が、上限または下限位置に達しても、
補正信号は出力されないし、又、補正信号が発せ
られた後に所定時間を越えても、制御棒が基準位
置に戻らない場合は、異常であると判定し、その
時点で、この制御動作を中止するので、異常な出
力上昇や下降をこの制御動作で助長することがな
い。

〔発明の実施例〕

重水減速軽水沸騰型原子力プラントに本発明を
適用した実施例を、第１図と第２図により説明す
る。

本プラントの反応度制御設備は、出力調整用制
御棒位置を制御する制御棒制御装置と重水中のほ
う酸濃度を制御するほう酸濃度制御装置との２つ
の制御装置により構成され、第３図の従来例をほ
ぼそのまま使用できる。

通常の出力一定運転では出力調整用制御棒は、
原子炉出力設定に応じ、原子炉核計装系よりの原
子炉出力信号をフイードバツク信号として、一定
出力となるように制御されている。この時の制御
棒の位置は、基準位置と呼ばれるほぼ原子炉の中
央付近にある。

この状態で、重水中のほう酸が除去あるいは注
入されたり燃料の燃焼が進むと、ゆつくりとした
変化ではあるが、原子炉の出力が変化する。この
出力変化を補償し、原子炉の出力を一定にするた
め、出力調整用制御棒が、引抜かれたり（出力を
増加させる）、挿入されたり（出力を減少させる）
する。やがて出力調整用制御棒の位置は、第１図
Ａに示す上限位置あるいは下限位置に達する。

ここでは、基準位置にあつた出力調整用制御棒
がT₁時間で上限位置に達したと仮定する。これ
を予め定めた時間T_aと比較する。T₁＞T_aの場合
は、第１図Ａに示すように、当初予想された反応
度の印加による制御棒駆動であると判断し、予め
定められた量のほう酸除去信号を出力し、制御棒
を再び基準位置に戻す通常の制御動作を実行す
る。これに対し、T₁＜T_aの場合は、第１図Ｂに
示すように、印加された反応度が、制御棒位置に
より補償すべく予定された反応度よりも単位時間
当り過大な状態で制御棒が駆動されたと判断し、
ほう酸除去信号を出力しないようにする。

次に、上限位置に達した制御棒を基準位置に戻
すまでの制御について説明する。この制御動作を
実行するために、まず、ほう酸除去信号を出力す
る時間T_bを予め定めておく。第１図Ａに示すよ
うに実際に制御棒が基準位置に戻るまでの時間
T₂と比較し、T₂＜T_bであれば、基準位置に戻る
までほう酸除去信号を出力し、これは正しい制御
動作と判定する。一方、第１図Ｂに示すように
T_b時間が経過しても、制御棒位置が基準位置に
戻らない場合には、異常な反応度が印加されてい
ると判断し、この時点で、ほう酸除去信号の出力
を停止する。この時の予め定める時間T_bは、次
のようにして求められる。

Ｌ×Δρ_CR＝Δρ_B10×T_b Ｌ：基準位置から上限位置までの距離 Δρ_CR：出力調整用制御棒単位長さ当りの反
応価値 Δρ_B10 ：単位ほう酸濃度の単位時間当り変
化する時の反応度価値 これより、T_b＝Ｌ×Δρ_CR／Δρ_B10となる。

制御棒が基準位置から下限位置に達した場合
も、前述と同様な動作をするので、説明は省略す
るが、第１図Ｃに、その動作を示しておく。

なお、本制御アルゴリズムのフローチヤートを
第２図に示す。このフローチヤートで示した制御
アルゴリズムは、第３図制御棒制御装置６の中で
実行される。実際の制御棒制御装置６は、マイク
ロプロセツサ等で構成される。

〔発明の効果〕 本発明によれば、制御棒の位置が予め定められ
た位置に達した時、制御棒を基準位置に戻すため
の制御動作が、予め予想された時にのみ許可さ
れ、ほう酸濃度を変更するので、異常な中性子束
の上昇または下降を助長することがない。従つて
プラントの安全性が向上するとともに、制御動作
の異常を適確に検知でき、運転員に適確な対応動
作を促すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御動作を示す
図、第２図は第１図実施例の制御アルゴリズムの
フローチヤート、第３図は本発明を適用すべき原
子炉出力制御系のブロツク図、第４図〜第６図は
従来技術における制御棒の制御動作を示す図であ
る。 １…出力調整用制御棒、２…中央制御盤、３…
原子炉、４…中性子束検出器、５…制御棒駆動装
置、６…制御棒制御装置、７…ほう酸濃度検出
器、８…ほう酸濃度制御装置、９…ほう酸濃度制
御系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉出力を制御するための反応度制御装置
   として、制御棒の位置を制御する制御棒制御装置
   とほう酸の濃度を制御するほう酸濃度制御装置と
   を備え、制御棒制御装置がほう酸濃度制御装置に
   ほう酸濃度を変更させる指令を出し、制御棒を予
   め定めた基準位置に戻す方式の原子炉出力制御装
   置において、 制御棒制御装置が、 制御棒が上限または下限位置と基準位置との間
   を移動する時間を測定する手段と、 基準位置から上限または下限位置に達する時間
   が所定値より長いときにほう酸濃度制御装置に上
   記濃度変更指令を出力し制御棒を前記基準位置に
   戻させる手段と、 前記濃度変更指令出力後に制御棒が前記基準位
   置に達した場合または達せずに上記時間測定手段
   が所定時間の経過を検出した場合に前記濃度変更
   指令を解除する手段と を含むことを特徴とする原子炉出力制御装置。