JPH0631777B2 - 自然循環炉の出力制御装置 - Google Patents

自然循環炉の出力制御装置

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JPH0631777B2
JPH0631777B2 JP62026293A JP2629387A JPH0631777B2 JP H0631777 B2 JPH0631777 B2 JP H0631777B2 JP 62026293 A JP62026293 A JP 62026293A JP 2629387 A JP2629387 A JP 2629387A JP H0631777 B2 JPH0631777 B2 JP H0631777B2
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由紀夫 畠山
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Hitachi Industry and Control Solutions Co Ltd
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Hitachi Ltd
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Structure Of Emergency Protection For Nuclear Reactors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、原子炉プラント、特に自然循環炉において、
過渡事象での制御棒挿入不能時に、原子炉発生熱量の低
減を行なうことが可能となる出力制御装置に係るもので
ある。
〔従来の技術〕
第5図により、BWRプラントの制御棒挿入不能事象の
変化を説明する。
BWRプラントでは、制御棒挿入不能時に、スクラム信
号によって再循環ポンプをトリップさせ、炉心流量を低
下させる。
これによって、炉心ボイド量が増加して、負の反応度が
加わるため、中性子束が抑制され、原子炉出力が低下す
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
自然循環炉では、再循環ポンプがないので、BWRプラ
ントで採用している制御棒挿入不能時の再循環ポンプト
リップによる原子炉出力低減方法がとれないため、これ
に変わるロジックとして、新しく出力低減方法を組み込
む必要がある。
本発明の目的は、主蒸気隔離弁閉鎖時または給水流量喪
失時に制御棒挿入不能な状態になったとしても原子炉出
力を低下できる自然循環炉の出力制御装置を提供するこ
とにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的は、炉心を内蔵する原子炉容器、前記原子炉
容器内に設置されて前記炉心を取囲む筒状体、前記筒状
体と前記原子炉容器との間に形成されて前記炉心の上部
から吐出された冷却材を前記炉心の下部に導く自然循環
流路、前記原子炉容器内で発生した蒸気を吐出する蒸気
管、前記蒸気管に設けられた減圧弁、及びこの減圧弁か
ら吐出された蒸気を冷却水プールに導く排気管を有する
自然循環炉の出力を制御する装置において、液体ポイズ
ンタンクを注入弁を介して前記原子炉容器に接続し、原
子炉水位を検出する水位検出器、原子炉圧力を検出する
圧力検出器、及び前記炉心内に複数の中性子検出器を設
け、これらの中性子検出器の出力を入力して平均化する
平均出力領域モニタを設け、前記原子炉圧力が圧力設定
値以上になり、かつ前記平均出力領域モニタの出力が第
1出力設定値以上になった状態が一定時間継続した場合
に、または前記原子炉水位がスクラム水位よりも低い水
位設定値以下になり、かつ前記平均出力領域モニタの出
力が前記第1出力設定値とは異なる第2出力設定値以上
になった場合に、前記減圧弁及び注入弁をそれぞれ開く
制御手段を備えたことを特徴とする自然循環炉の出力制
御装置によって達成できる。
〔作用〕
原子炉圧力が圧力設定値以上になり、かつ平均出力領域
モニタの出力が第1出力設定値以上になった状態が一定
時間継続した場合に、または原子炉水位がスクラム水位
よりも低い水位設定値以下になり、かつ平均出力領域モ
ニタの出力が前記第1出力設定値とは異なる第2出力設
定値以上になった場合に、減圧弁及び注入弁をそれぞれ
開くので、自然循環炉においても、主蒸気隔離弁閉鎖時
または給水流量喪失時に制御棒挿入不能な状態になった
としても原子炉出力を低下できる。
第3図は、本発明の概念図で、各事象における原子炉内
の挙動及び、それに対応する原子炉圧力変化を示したも
のである。
第3図の事象(I)は、100%定格出力運転状態で、
原子炉側で発生した蒸気を主蒸気管を通じて、タービン
側に供給している。
事象(II)は、定格出力運転中に何らかの原因(MSI
V全閉等)により原子炉圧力が上昇した場合に、かつ制
御棒挿入不能でスクラムしなかった状態である。炉圧が
上昇することにより、炉心のボイドはつぶれ、消滅する
ため、正の反応度が投入され、出力は約1.5倍に上昇
する。
事象(III)は、原子炉出力が高い時点での自動減圧弁
の作動により、圧力を降下させることにより、原子炉内
にボイドを発生させる。ボイド発生によって、出力が低
下し炉心で発生する蒸気は減少するが自動減圧弁から流
出する蒸気量はほぼ一定であるので、圧力降下が促進さ
れる。この相乗効果により、原子炉出力は急激に低下す
る。
さらに、減圧が進行する過程で、SLCを注入すること
によって、減圧終了後の炉心反応度を負に保つ設計とす
る。
〔実施例〕
第1図は、本発明の一実施である自然循環型原子炉の出
力制御装置を示している。自然循環炉は、原子炉圧力容
器1内に炉心35を設け、炉心35を取囲む筒状のシュ
ラウド36を有し、シュラウド36と原子炉圧力容器1
との間に炉心35上端から吐出された冷却水を炉心下端
に導く自然循環通路を有している。図示していないが、
原子炉出力調節用の制御棒(炉心35内に挿入)を有し
ている。40は原子炉格納容器である。
原子炉の通常運転時において、原子炉圧力容器1内で発
生した蒸気は、MSIV3A、蒸気加減弁3を設けた主
蒸気配管2を通り、タービン4へ送られる。タービン4
を駆動した蒸気は、腹水器5で凝縮して液化する。この
凝縮水は給水として、給水ポンプ6で加圧され、給水加
熱器7で加熱されて原子炉圧力容器1に戻される。
この主蒸気配管2には、圧力上昇等の過渡事象において
余剰蒸気を放出するため、自動減圧弁7を備えた排気管
8が連結される。排気管8の下端は圧力抑制室9の冷却
水中に開口している。圧力抑制室9は、原子炉圧力容器
1を取囲んで内部にベント通路31を有するベント壁3
2の外側に設けられる。ベント通路31も、圧力抑制室
9の冷却水中に開口している。
また、原子炉建屋内に中性子吸収材としてのほう酸ナト
リウム溶液を常時貯蔵しているほう酸水注入系貯蔵タン
ク10が設けられる。ほう酸水注入弁11を備えた配管
33がほう酸水注入系貯蔵タンク10と原子炉圧力容器
1とを連絡している。
原子炉内の挙動を検知する検出器には、炉心内に設けら
れた中性子束検出器に、原子炉圧力容器1内の圧力を検
出する圧力検出器13、原子炉圧力容器1内の水を検出
する水位検出器14がある。
炉心内に配置された多数の中性子束検出器12の出力。
すなわち炉心の局部出力を連続的に測定する局部出力領
域モニタ(LPRM)15及びこのLPRM15の各増
幅器16から出力信号を平均化する機器を備えた平均出
力領域モニタ(APRM)12Aで測定する。圧力検出
器13は、原子炉圧力容器1の気相部に接続され、この
気相部圧力を連続的に測定する。
水位検出器14は、原子炉圧力容器1に連絡される基準
配管17を原子炉格納容器40外に引き出して基準面器
17Aの水位の測定対象である原子炉圧力容器1内水位
との水頭差を測定する。
コントローラ34は、APRM12A、圧力検出器13
及び水位検出器14の出力信号を入力し、これらの信号
に基づいて自動減圧弁7及び注入弁11を制御する。コ
ントローラ34の機能は、第2図に示す。
次に第1図、第2図及び第4図を用いて、過渡時に制御
棒挿入不能が生じた場合を例にとり本発明の装置の機能
について説明する。
なお、第1図において実線は蒸気および冷却材の流れを
示し、点線は信号の流れを示す。
第4図は、主蒸気隔離弁閉鎖時の過渡変化とともに制御
棒挿入不能が生じた場合を示したものである。
主蒸気隔離弁3A閉鎖で原子炉圧力が所定値以上に上昇
した時、圧力検出器13の測定信号を入力したコントロ
ーラが「原子炉圧力高」信号を発生させる。このとき制
御棒の炉心への挿入が何らかの理由にて行なわれない
と、原子炉圧力容器1内の圧力上昇によって炉心のボイ
ドがつぶれて正の反応度が投入される。このため、原子
炉出力も急上昇する。APRM12Aの出力を入力して
いるコントローラ34は、APRM12Aの出力が設定
地のa以上に継続されることを検出して「APRMアッ
プスケール」信号を発生される。コントローラ34のA
ND回路19は、それら2つの信号を入力することによ
って弁操作信号を出力する。自動減圧弁7及びほう酸水
注入弁11は、上記弁操作信号によって開く。
自動減圧弁7が開くと、原子炉圧力容器1内で発生した
蒸気は、排気管8を通って圧力抑制室9で冷却水中に放
出された後に凝縮される。このように原子炉圧力を低下
させ炉心ボイド量を増加させて炉心内の中性子束を抑制
することにより原子炉出力を低下させる。
さらに、ほう酸水注入弁11が開くことによって原子試
圧力容器1内へほう酸水注入系貯蔵タンク10内のほう
酸ナトリウム溶液が注入される。このほう酸ナトリウム
溶液中のほう酸により炉心内の中性子を吸収し、長期的
に原子炉出力を低下させる。
一方、給水流量喪失時の過渡変化とともに制御棒挿入不
能が生じた場合には、給水流量喪失で原子炉水位が低下
する。この時、水位検出器14の測定値を入力するコン
トローラ34が「原子炉水位低」信号を発生させる。こ
のとき、水位低信号が発生するまでにはAPRM12A
の出力信号のレベルは殆んど低下してしまう。しかしな
がら、APRM12Aの出力を入力するコントローラ3
に入力したAPRM12Aの出力が設定値b以上である
ときに「APRM出力信号有り」信号を発生する。AN
D回路20は、「原子炉水位低」信号及び「APRM出
力信号有り」信号を入力した時に弁操作を出力する。操
作弁信号は、自動減圧系7及び注入弁11を開く。21
はOR回路である。
ロジックの設定に際しては、「異常な過渡変化時には作
動しないで、制御棒挿入不能と判断される時のみ作動さ
せる」ことを考慮している。
コントローラ34の各設定値の選定理由の一例を以下に
示す。「原子炉圧力高」設定値は、定格圧力に余裕をみ
た値とする。
「APRMアップスケール」は、設定値a以上として、
現在のBWRのAPRM指示値アップスケール125%
程度であることから、設定値aを125%とする。
ただし、制御棒挿入不能には至らない異常な過渡変化が
発生して、APRMの一時的なアップスケールが生じた
場合に自動減圧弁が誤作動をしてしまう可能性もあり、
これを防止するために、アップスケールがある一定時間
以上継続しておこっていることを検知するようなCPu
(Time Delay Pickup)の機能をもうけている。「原子
炉水位低」設定値は、スクラム水位(L3)以下のL2
とする。「APRM出力信号有り」は、設定値b以上と
して、現在のBWRのプラント起動起程で最大原子炉出
力レベルがAPRM信号に換算して215%出力以下で
あることから、設定値bを運転のしやすさを考慮して、
15%に余裕をとり20%とする。
第2図に示した原子炉圧力低減のロジックとすることに
より第6図及び第7図に示した過渡変化時には自動減圧
系が作動しないことを以下に示す。
(a)主蒸隔離弁閉鎖時の過渡変化 第6図に主蒸気隔離弁閉鎖時の過渡変化の挙動を示す。
MSIV閉により原子炉圧力が上昇し原子炉圧力高信号
が検出されるが、APRMアップスケール信号では中性
子束高スクラム設定値より高くなるものの、一時的なも
のとしてTPUの観点から条件が満されない。
(b)全給水流量の喪失時の過渡変化 第7図に全給水流量の喪失時の過渡変化の挙動を示す。
給水流量喪失により原子炉水位低信号が検出されるがL
2レベルに達するまでにAPRMレベルは殆ど零になっ
てしまう。
以上のように、過渡変化時には原子炉圧力低減ロジック
により自動減圧弁及びSLC注入弁が作動しない。
〔発明の効果〕
本発明によれば、自然循環炉においても、主蒸気隔離弁
閉鎖時または給水流量喪失時に制御棒挿入不能な状態に
なったとしても原子炉出力を低下できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例である自然循環炉の出力制御
装置の構成図第2図は第1のコントローラの詳細構成
図、第3図は本発明の一実施例による原子炉内挙動及び
出力変化図、第4図は本発明の一実施例による原子炉出
力変化図、第5図は従来BWRの制御棒挿入不能時の過
渡変化図、第6図(A)及び(B)は従来BWRの主蒸
気隔離弁閉鎖時の過渡変化図、第7図は(A)及び
(B)は従来BWRの全給水流量喪失時の過渡変化図で
ある。 1…原子炉圧力容器、7…自動減圧弁、8…排気管、9
…圧力抑制室、10…ほう酸水注入系貯蔵タンク、11
…ほう酸水注入弁、12…中性子束検出器、12A…A
PRM、13…圧力検出器、14…水位検出器、34…
コントローラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広瀬 正雄 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 畠山 由紀夫 茨城県日立市幸町3丁目2番1号 日立エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 安島 俊夫 茨城県日立市幸町3丁目2番1号 日立エ ンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−75691(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炉心を内蔵する原子炉容器、前記原子炉容
    器内に設置されて前記炉心を取囲む筒状体、前記筒状体
    と前記原子炉容器との間に形成されて前記炉心の上部か
    ら吐出された冷却材を前記炉心の下部に導く自然循環流
    路、前記原子炉容器内で発生した蒸気を吐出する蒸気
    管、前記蒸気管に設けられた減圧弁、及びこの減圧弁か
    ら吐出された蒸気を冷却水プールに導く排気管を有する
    自然循環炉の出力を制御する装置において、液体ポイズ
    ンタンクを注入弁を介して前記原子炉容器に接続し、原
    子炉水位を検出する水位検出器、原子炉圧力を検出する
    圧力検出器、及び前記炉心内に複数の中性子検出器を設
    け、これらの中性子検出器の出力を入力して平均化する
    平均出力領域モニタを設け、前記原子炉圧力が圧力設定
    値以上になり、かつ前記平均出力領域モニタの出力が第
    1出力設定値以上になった状態が一定時間継続した場合
    に、または前記原子炉水位がスクラム水位よりも低い水
    位設定値以下になり、かつ前記平均出力領域モニタの出
    力が前記第1出力設定値とは異なる第2出力設定値以上
    になった場合に、前記減圧弁及び注入弁をそれぞれ開く
    制御手段を備えたことを特徴とする自然循環炉の出力制
    御装置。
JP62026293A 1987-02-09 1987-02-09 自然循環炉の出力制御装置 Expired - Lifetime JPH0631777B2 (ja)

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