JPH0690307B2 - 原子炉保護方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、原子炉保護方法および装置に係り、特にイン
ターナルポンプを有する原子炉に適用するのに好敵な原
子炉保護方法および装置に関するものである。

［従来の技術］ 再循環系配管に設けた再循環ポンプによって炉心流量を
調節する沸騰水型原子炉に代わる新しいタイプの沸騰水
型原子炉が開発されている。この沸騰水型原子炉は、原
子炉圧力容器内に設けたインターナルポンプによって炉
心流量を調節するものである。このようなインターナル
ポンプを有する沸騰水型原子炉の保護装置としては、特
開昭59-84197号公報、特開昭59-188599号公報及び特開6
0-15599号公報に示すものが知られている。

第４図は、従来のインターナルポンプを有する沸騰水型
原子炉を示している。インターナルポンプ21は、炉心22
を内蔵する原子炉圧力容器23内に設置されている。イン
ターナルポンプ21の回転軸は、原子炉圧力容器23の外側
に設置されたモータ24に連結される。インターナルポン
プ21のモータ24は、静止形インバータ19から電源を供給
される。制止形インバータ19は、再循環流量制御装置20
から出力される制御信号に基づいて母線18から入力する
電源周波数を調節し、インターナルポンプ21の回転速度
を制御する。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来のインターナルポンプを複数台有する原子炉におい
て、仮想的に全数のインターナルポンプがトリップした
場合を想定すると炉心の冷却能力が過渡的に低下する可
能性があることが新たにわかった。

すなわち、インターナルポンプを有する原子炉における
インターナルポンプ21及び静止形インバータ19を合わせ
た慣性は、再循環系配管を有する原子炉における再循環
ポンプ及びその回転数を制御するMGセットを合わせた慣
性に比べて非常に小さくなる。このため、原子炉出力の
変更要求等に対する即応性は、インターナルポンプを有
する原子炉が優れている。しかし、万一、母線18の電源
が喪失する等によって全数のインターナルポンプ21がト
リップした場合には、インターナルポンプの回転数は急
激に低下して、炉心流量が急減する。このような炉心流
量の急減は炉心冷却能力を急激に低下させることにつな
がり、燃料の熱的余裕の観点から好ましくない状態に至
る可能性がある。

本発明の目的は、インターナルポンプが全数トリップし
た場合においても原子炉を確実かつ短時間でスクラムで
きる原子炉保護方法および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］ 上記問題点は原子炉出力が第１の所定値以上で運転して
いる際において冷却材流量が設定時間内に第２の所定値
以上減少したことを条件にしてスクラムすることによっ
て解決される。

［作用］ スクラム判定装置がインターナルポンプの全数トリップ
による急激な炉心流量の低減による原子炉スクラムの要
否を判定し、要の場合にスクラム信号に出力され、この
スクラム信号に基づいて原子炉がスクラムされる。

［実施例］ 沸騰水型原子炉に適用した本発明の好敵な一実施例を、
第１図及び第２図に基づいて説明する。インターナルポ
ンプを有する沸騰水型原子炉は、炉心22を内蔵する原子
炉圧力容器23内にインターナルポンプ21が設置されてい
る。10台のインターナルポンプ21は、原子炉圧力容器23
と炉心22を取囲む炉心シュラウド25との間の環状間隙に
炉心シュラウド25を取囲むように配置される。10台のモ
ータ24が、原子炉圧力容器23の外側で原子炉圧力容器23
の下部に設置される。インターナルポンプ21の回転軸
は、原子炉圧力容器23の下部壁を貫通してモータ24に連
結される。１台のインターナルポンプ21に１台のモータ
24が連結される。原子炉出力を調節する制御棒16が、炉
心22内へ出し入れ可能に設置されている。制御棒16は、
制御棒駆動装置15に連結されている。原子炉出力を検出
する局所出力領域モニタ（以下LPRMという）26が、炉心
22内に多数設置される。炉心流量を測定する流量計28が
設けられている。平均出力領域モニタ（以下APRMとい
う）27は、各LPRM26の出力信号を入力して原子炉の平均
出力に対応する平均中性子束信号を求める。19は静止形
インバータであって電源である母線18に接続されてい
る。20は再循環流量制御装置である。

本実施例の原子炉保護装置は、制御棒駆動装置制御装置
３、スクラム判定装置17、LPRM26及び流量計28を有して
いる。スクラム判定装置17の詳細を第２図に基づいて説
明する。スクラム判定装置17は、原子炉出力判定部４、
炉心流量判定部11及びアンド回路28を有している。７
は、信号保持部であり一種の遅延回路である。原子炉出
力判定部４は、フィルタ２を介してAPRM27に接続され
る。炉心流量判定部11は、フィルタ10を介して流量計28
に接続される。アンド回路28の一方の入力端は信号保持
部７を介して原子炉出力判定部４に、アンド回路28の他
方の入力端は炉心流量判定部11にそれぞれ接続される。
アンド回路28の出力端は、制御棒駆動装置制御装置３に
接続される。制御棒駆動装置制御装置３は、特開昭51-1
37091号公報に示されたスクラム入口弁、スクラム出口
弁及びスクラム用パイロット電磁弁から構成される。ア
ンド回路28の出力信号は、スクラム用パイロット電磁弁
の開信号となる。

本実施例の原子炉保護装置は、下記の検討結果に基づい
て原子炉に設けられた。その結果を第３図の特性に基づ
いて以下に説明する。

本実施例の原子炉保護装置が対象としている事象は、静
止インバータ19の電源喪失または静止インバータのトリ
ップ等によりインターナルポンプが全数トリップすると
いうような仮想的な事象であり、炉心流量が急減して過
渡的に炉心冷却能力が急激に低下する可能性のある事象
である。従ってその保護装置を考えるに際しては次の３
点を考慮する必要がある。

（１）インターナルポンプが全数トリップした時点での
原子炉出力（以下、初期原子炉出力という）が高いほど
炉心流量急減による原子炉に対する悪影響は大きくな
る。反面、初期原子炉出力が低ければ、炉心流量が急減
しても炉心冷却能力の低下は問題にならない。解析によ
れば、悪影響が生じる下限の初期原子炉出力は70％出力
と考えられる。

（２）炉心流量の低下幅が大きく急速なほど悪影響は大
きくなるがインターナルポンプ最低速度運転点以上の通
常運転範囲内での炉心流量の変動は問題がなく全数イン
ターナルポンプがトリップして、炉心流量が50％／秒以
上で急減しかつ大幅に低下する様な仮想的な事象に対し
て保護をすれば充分である。

（３）通常運転時あるいは起動停止時に不要なスクラム
信号を出すことがないよう配慮すべきである。

上記の点を考慮した原子炉保護の論理は次の通りであ
る。

（ａ）初期原子炉出力約70％以上の時に、原子炉の保護
動作を行う、すなわち原子炉をスクラムする。

（ｂ）最低ポンプ速度ラインまでは、通常運転時に運転
が予想される領域であり、また再循環ポンプ全数トリッ
プ時には自然循環状態に至る。従って、自然循環ライン
と最低ポンプ速度ラインの間でスクラムをかけることが
合理的である。即ち、炉心流量が「異常低」である約35
％以下で原子炉の保護動作を行う。

（ｃ）炉心流量の低下速度が約50％／秒より速い場合に
原子炉の保護動作を行う。

第１図に示す原子炉保護装置は、上記（ａ）〜（ｃ）の
機能を有している。

APRM26より出力された平均中性子束信号は、遅れ要素を
有するフィルタ２に入力される。フィルタ２は、平均中
性子束信号のノイズの除去及び原子炉出力への換算を行
う。

このようなフィルタ２は、原子炉出力を求める手段であ
る。

原子炉出力判定部４は、フィルタ２から出力された原子
炉出力信号と原子炉出力判定値（70％出力）５とを比較
し、前者のレベルが後者のレベルを超える場合に「原子
炉出力判定値以上」であることを示す信号６を出力す
る。この信号６は、信号保持回路７で所定時間（例えば
約２秒間）保持された後、信号保持回路７よりアンド回
路28に出力される。原子炉出力信号が、一旦、原子炉出
力判定値５を超えても原子炉出力が原子炉出力判定値５
を下回ってから２秒以上経過後に炉心出力判定部11から
出力される信号が炉心流量低となった場合には炉心流量
の低下速度は50％／秒に比べて充分緩やかであり、原子
炉の保護対策上、問題にはならない。

一方、流量計28で測定された炉心流量信号９は、フィル
タ10に入力されてノイズが除去された後、炉心流量判定
部11に入力される。炉心流量判定部11は、その炉心流量
信号と炉心流量異常判定値（約35％流量）12とを比較
し、前者のレベルが後者のレベルよりも小さくなった場
合に「炉心流量低」の信号13を出力する。この「炉心流
量低」の信号13は、アンド回路28に入力される。

アンド回路28は、原子炉出力が所定値（判定値:70％）
以上であることを示す「原子炉出力判定値以上」の信号
６と炉心流量が所定値（判定値35％）以下であることを
示す「炉心流量低」の信号13を入力した時に炉心流量急
激スクラム信号14を出力する。

このようにしてスクラム信号14を出力するのであるが、
平均出力領域モニタ27で検出される平均中性子束信号
（原子炉平均出力）が70％以下になってから２秒間だけ
信号保持部７で70％以上であると保持する。炉心流量が
低下すると原子炉平均出力も炉心流量に略比例して低下
する。上述の説明では原子炉平均出力が２秒という単位
時間（設定時間）内に35％まで低下したという炉心流量
の低下速度（例えば50％／秒）によってスクラム信号14
を発生していることになる。

炉心流量急激スクラム信号14は、制御棒駆動装置制御装
置３のスクラム用パイロット電磁弁に入力される。スク
ラム用パイロット電磁弁は、スクラム信号14の入力によ
り特開昭51-137091号公報に示されているように作動し
てスクラム入口弁及びスクラム出口弁を開にする。この
ため、アキュームレータから高圧駆動水が制御棒駆動装
置15に供給され、制御棒駆動装置15の駆動により制御棒
16が炉心22内に急速挿入される。従って、原子炉がスク
ラムされる。

現状考えられているシステムでは、仮想的にインターナ
ルポンプ21の全数トリップを想定した場合、炉心流量の
急減により炉心22内のボイド量が急激に増加し、炉水位
が上昇して炉水位高によるタービントリップに至る。タ
ービントリップが発生すると、原子炉はスクラムし、安
全に停止する。しかしながら本実施例は、このような原
子炉保護装置よりも短時間に原子炉をスクラムさせるこ
とができる。

尚、本実施例では、原子炉出力信号を得るためにAPRM27
による平均中性子束信号にフィルタをかける事とした
が、主蒸気流量やタービン入口圧力等をとり込み、類似
のフィルタ処理を行う事によっても実現可能である。

また本実施例に示した判定値や信号保持時間は代表例で
あり、プラント毎に適切に設定するものである。

第１図に示す実施例は、原子炉出力判定部４の出力信号
６を信号保持回路（信号遅延回路）７を介してアンド回
路に入力したが、炉心流量が下がると原子炉出力も下が
るので、信号保持回路７を設けることによってインター
ナルポンプ全数トリップによる炉心流量の急減を精度良
く検出できる。

［発明の効果］ 本発明によれば、インターナルポンプの全数トリップが
生じたとしても原子炉を短時間でスクラムすることがで
き、原子炉の安全性が著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好敵な一実施例である原子炉保護装置
の構成図、第２図は第１図のスクラム判定装置の詳細構
成図、第３図は第１図の原子炉保護装置の論理を説明す
る炉出力−炉心流量曲線図、第４図は、インターナルポ
ンプを有する原子炉の構成図である。 ２、10……フィルタ、４……原子炉出力判定部、７……
信号保持部、11……炉心流量判定部、15……制御棒駆動
装置、16……制御棒、17……スクラム判定装置、21……
インターナルポンプ、22……炉心、24……モータ、28…
…アンド回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原子炉容器の下部に設けられた複数台のイ
   ンターナルポンプによって炉心内に冷却材を供給される
   原子炉において、前記原子炉出力と前記冷却材流量を検
   出し、前記原子炉出力が第１の所定値以上で運転してい
   る際に前記冷却材流量が設定時間内に第２の所定値以上
   低下したことによって前記原子炉のスクラムを行うよう
   にしたことを特徴とする原子炉保護方法。
2. 【請求項２】炉心を内蔵する原子炉容器と、前記原子炉
   容器の下部に設けられて前記炉心内に冷却材を供給する
   複数台のインターナルポンプと、前記炉心内に挿入され
   る制御棒を駆動する制御棒駆動装置と、原子炉出力を検
   出する出力検出手段と、前記炉心に供給される冷却材の
   流量を検出する流量計と、前記出力検出手段にて検出さ
   れた原子炉出力が第１の所定値以上であって前記流量計
   で測定された前記冷却材流量が設定時間内に第２の所定
   値以上低下した場合にスクラム信号を出力するスクラム
   判定手段と、前記スクラム判定手段から出力された前記
   スクラム信号に基づいて前記制御棒を急速挿入させる制
   御棒制御装置とを具備する原子炉保護装置。