JPH08240692A - 原子炉の制御棒位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 原子炉の制御棒位置検出装置で制御棒位置検
出を行う際に、位置検出信号がドリフトして誤指示を行
うのを防ぎ制御棒移動時の正確な移動量を検出すること
を目的とする。 【構成】 制御棒移動時の位置検出信号に加えて、駆動
時に生ずる移動ステップ時のパルスを検出して、カウン
トし、このカウント値と位置検出信号とをＣＰＵ１０８
で比較して、制御棒移動時の位置を正しく確定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉の制御棒位置検
出装置に係わり、特に制御駆動コイルで発生する制御棒
駆動パルス出力を有効に利用した原子炉の制御棒位置検
出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の加圧水型原子炉等は図６の様に構
成されている。図６で１は原子炉、２は燃料棒集合体、
３は燃料棒集合体内に出入されることにより原子炉１内
の核反応を制御する制御棒、４は減速材および一次冷却
材として用いられる軽水、５は軽水４を原子炉内に循環
させる冷却材ポンプ、６は一次冷却材である軽水を加圧
して液状に保持する加圧器、７は原子炉１の核反応熱に
より熱せられた軽水４の熱量により、二次冷却水を加熱
して蒸気を発生する蒸気発生器、８は原子炉１及び一次
冷却材循環系等を格納して放射線等が外部に漏れないよ
うに遮蔽する格納容器、９は蒸気発生器７で発生した蒸
気により駆動される蒸気ターピン、１０は蒸気ターピン
を駆動することによりエントロピーの低下した蒸気を海
水で冷却して液化する復水器、１１は復水器１０で液化
された二次冷却水を蒸気発生器７に給水する給水ポン
プ、１２は蒸気タービン９により運転され、発生した電
力を変電所に送電する発電機である。

【０００３】この様な原子力発電での制御に於ける制御
棒の原子炉内への挿脱操作は原子炉の暴走等の異常を防
ぐ上で重要である。

【０００４】この様な原子炉１内の熱出力を所定値に保
持するための制御棒駆動制御系路の構成を図７に示す。

【０００５】同図で図６の原子炉部分には同一符号を付
して重複説明を省略するも、１４は中性子束検出器、１
５は中性子束検出器１４の出力を受け中性束数の変化を
監視する核計装盤、１６は核計装盤１５の異常状態検出
出力により原子炉トリップ信号を発生する原子炉トリッ
プ遮断器盤、１７は制御棒３の上下のステップ動作及び
落下動作を制御する制御棒駆動制御盤、１８は制御棒の
ムーバプルコイル１８ａ、リフトコイル１８ｂ、ステー
ショナリコイル１８ｃよりなる制御棒駆動コイル、１９
は制御棒駆動軸１３に取付けられた一次コイル１９ａ及
び二次コイル１９ｂより成る制御棒位置検出器であり、
この制御棒位置検出器１９は図１０に示されている様
に、一次及び二次コイル１９ａ及び１９ｂは同じ巻数の
コイルをサンドイッチ状に交互に積層し、ステンレス製
の制御棒駆動軸１３がコイル中心を貫通する様に取り付
けられたもので、これらの制御棒位置検出器は制御棒３
‥‥に対応して複数個設けられている。

【０００６】この制御棒検出器１９は検出時には一次コ
イル１９ａに交流電圧ＡＣを加えて励磁し、制御棒駆動
軸１３の出入によるコイルインダクタンスの変化に対応
して二次コイルに誘起電圧Ｖが発生するのを検出してい
る。

【０００７】図７に戻って、２０は制御棒位置検出器１
９から入力させるデータにより各制御棒の現在位置を指
示する制御棒位置指示盤、２１は中央制御盤である。上
記構成の制御棒駆動制御系路では、中性子束検出器１４
で検出した炉心からの中性子束数を核計装盤１５により
監視すると共に、制御棒位置検出器１９の出力を受ける
制御棒位置指示盤２０で各制御棒３の現在位置を監視し
ている。そして、中央制御盤２１により、原子炉１の熱
出力を所定値に維持するように、制御棒駆動制御盤１７
の出力で制御棒駆動コイル１８により、各制御棒３を上
下にステップ動作させて熱出力を所定値に維持させ、異
常状態の発生時には制御棒の落下動作を行って暴走等の
危険を取除いている。

【０００８】然し、この制御棒位置検出器１９の二次コ
イル１９ｂに誘起される電圧は制御棒３の通常動作が段
階的で制御棒駆動コイル１８が励磁消去を繰り返すので
パルス状の出力が出る。このパルス性ノイズを除去する
ために、制御棒位置指示装置２０に大きい時定数（約２
秒）のフィルタが二次コイル１９ｂの出力側に挿入され
ている。そして、その実効値を取って制御棒の位置を指
示するので、制御棒落下のような速い動きを監視するの
は極めて困難であった。

【０００９】更に、制御棒位置指示盤２０内には各制御
棒の現在位置を表示する目的のため、記憶手段を持って
おらず制御棒の例えば機械的な故障や制御棒駆動コイル
の駆動電源ＡＣの停電時等の原因調査に多くの時間を掛
けなければならなかった。

【００１０】この為、制御棒の原子炉トリップ時や落下
試験における制御棒落下時の過渡的な位置変化を、各制
御棒ごとに時間の関数として精度良く検出し記録できる
ように制御棒位置検出器１９と制御棒位置指示盤２０の
間に入力切換回路２２を挿入して、上記機能を備えた制
御棒過渡位置検出装置２３を接続したものが提案されて
いる。この制御棒過渡位置検出装置２３は図８に示すよ
うに構成されている。

【００１１】図８において、２４は制御棒位置検出器１
９の各検出コイルの出力を増幅して適当なレベルにし、
且つその交流成分と直流成分に分離した後、加算して出
力する複数組の測定回路、２５は複数の測定回路２４か
らその出力の一つを順次選択して出力するアナログマル
チプレクサ、２６はＡ／Ｄ変換器、２７は記憶装置、２
８は原子炉トリップ遮断装置１６からのトリップ発生の
タイミング信号を記憶装置２７に与える原子炉トリップ
信号発生回路、２９は核計装盤１５の出力を受けて記憶
装置２７に中性子束変化率高トリップ発生のタイミング
信号を与える中性子束変化率高トリップ信号発生回路、
３０は記憶装置２７の出力をアナログ量に変換するＤ／
Ａ変換器、３１はＤ／Ａ変換器３０の出力を増幅する出
力バッファ回路、３２は記憶装置２７に記憶保持されて
いたデータを出力バッファ回路３１の出力により経時変
化として表示するＸ−Ｙ記録器である。

【００１２】この制御棒過渡位置検出装置２３は、例え
ばマイクロコンピュータにより制御されて、各制御棒位
置検出器１９の出力をアナログマルチプレクサ２５によ
り時分割して取り出し、逐次一定時間前のデータを記憶
変更することにより常時記憶装置２７に一定時間分の制
御棒３の位置データを記憶保持させ、原子炉トリップ時
又は中性子束変化率高トリップ時から所定時間経過後に
記憶変更動作を停止させることにより、制御棒３の落下
開始前後の過渡位置を記録させるようにしたものであ
る。また、落下事故後、Ｘ−Ｙ記録器３２に各制御棒３
ごとに落下開始時の経時変化を表示記録させることがで
きる様に成されている。

【００１３】この様な制御棒落下時の過渡的な位置変化
を測定回路２４が測定する。この測定装置２４の構成を
図９で説明する。

【００１４】図９で２４ａは交流直流分離回路、２４ｂ
は分離された交流成分の周期を検出する周期検出回路、
２４ｃはサンプルホールドパルス発生回路、２４ｄは負
方向ピークホールド回路、２４ｅは交流成分のピーク値
と直流成分とを加える加算回路、２４ｆは、交流成分と
直流成分を加算した信号か、直流成分のみかを選択して
出力するＡＣ−ＤＣ切換スイッチである。この測定回路
２４は、制御棒位置検出器１９の出力が交流成分に直流
成分が重量した波形となっており、いずれも制御棒の位
置に対応した値を持っていて、それらを時間遅れなしに
取り出せば位置検出ができることに着目した回路であ
る。すなわち、各制御棒位置検出器１９の出力を交流直
流分離回路２４ａで交流成分と直流成分とに分離し、交
流成分は各同期のピーク値をサンプルホールドして取り
出し、これらを加算回路２４ｅで加算して、アナログマ
ルチプレクサ２５に出力する様に成されている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来構成で詳述
した様に制御棒の位置を検出するための位置検出器１９
からの検出信号を測定回路２４で検出する場合、位置検
出信号の振幅変化で位置検出を行っているため、Ｘ−Ｙ
記録器や表示装置などの指示値に対応した測定回路２４
からの出力値がリニアではなく非直線的な値を示す。こ
れは検出器の１次コイルに印加するＡＣ電源の波形歪、
原子炉内の電源変動、温度変化、ドリフト等で位置検出
信号が変化して制御棒位置信号を正しく記録及び表示出
来ない問題があった。

【００１６】本発明は叙上の問題点を解消するために成
されたものでその第１の目的とするところは制御棒移動
時に正確な移動ステップ数が得られる様にして、測定回
路の電源変動やドリフトで検出信号の振幅が変化しても
位置検出精度に影響を与えない原子炉の制御棒位置検出
装置を得るにある。

【００１７】本発明の第２の目的は制御棒の移動がない
にもかかわらず原子炉内の電源変動、温度変化により、
制御棒の位置信号が変動するのを補正するために変動を
検出して、位置信号を平均処理することで正しい位置に
補正可能な原子炉の制御棒位置検出装置を得るにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の原子炉の制御棒
位置検出装置はその例が図１に示されている様に複数の
制御棒駆動軸に配設された一次コイル及び二次コイルか
らなる複数の制御棒位置検出器１９と、上記複数の制御
棒位置検出器１９の誘起電圧から交流成分のピーク値と
直流成分とを別々に取り出し演算して、各制御棒の位置
を測定する複数の測定回路２４と、上記複数の制御棒位
置検出器１９から制御棒駆動時に発生するパルスを検出
してデジタル信号に変換するコンパレータ１０２と、上
記コンパレータで検出したデジタル信号を計数するカウ
ンタ１０３とを具備して成るものである。

【００１９】

【作用】本発明の原子炉の制御棒位置検出装置は従来ノ
イズとして扱っていた制御棒駆動時の階段状のパルスを
カウントすることで制御棒移動時に正確なステップ数が
得られ位置検出精度の向上したものが得られる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の原子炉の制御棒位置検出装置
の一実施例を図１乃至図５によって詳記する。本例の原
子炉構成は図６及び図７に示すと同一構成であり、特に
制御棒過渡位置検出装置２３部分の改良に関するもので
あり、図８及び図９で示した制御棒過渡位置検出装置２
３及び測定装置２４との対応部分には同一符号を付して
重複説明を省略する。

【００２１】図１は本発明の原子炉の制御棒位置検出装
置の機能的な系統図を示すものである。図１で制御棒駆
動軸１３を囲繞する様に配された一次及び二次コイル１
９ａ及び１９ｂからなる制御棒位置検出器１９の出力は
入力切換回路２２（図７参照）を介して複数の制御棒に
対応した複数の測定回路２４に供給される。

【００２２】図１では１つの測定回路のみを示している
が一般に８本の制御棒を単位とした複数のバンクに分け
られ、ＳＢＡ（シャットダウンバンクＡ），ＳＢＢ，Ｃ
ＢＡ（コントロールバンクＡ），ＣＢＢ，ＣＢＣ，ＣＢ
Ｄに分けられていて、これらの各パンク単位に測定回路
２４が付加されている。

【００２３】測定回路２４は図９と同一構成であり図８
で示すマルチプレクサ２５を介してアナログ−デジタル
変換器（Ａ／Ｄ）２６でデジタル変換された制御棒位置
データは記憶回路２７に供給される。この系列を図１で
Ａ系路として示している。

【００２４】制御棒位置検出器１９からの制御棒の位置
信号はアンプ等から成るシグナルコンディショナ１０１
に供給されてコンバータに入力出来る信号にコンディシ
ョニングする。

【００２５】シグナルコンディショナ１０１の出力はＡ
／Ｄ等のコンパレータ１０２に供給され制御棒の駆動時
に発生するパルス状の信号を検出し、デジタル信号に変
換して次段のカウンタ１０３によってコンパレータ１０
２で検出したパルスをカウントして記憶回路２７に供給
する。この系列を図１ではＢ系路として示している。

【００２６】記憶回路２７はコンピュータ（ＣＰＵ）１
０８が通常有するＲＡＭ等であってもよく、記憶回路２
７内に格納されたカウンタ１０３のカウント値及びＡ／
Ｄ変換器２６からの制御棒位置信号はインタフェース１
０５を介してＸ−Ｙ記録器等のプリンタ３２や表示器１
０６に供給されて、制御棒の移動波形記録や表示が成さ
れる。ＣＰＵ１０８は記憶回路２７、インタフェース１
０５、Ａ／Ｄ変換器２６、カウンタ１０３等をコントロ
ールする。

【００２７】尚、図１で１点鎖線で示される範囲内のＡ
／Ｄ変換器２６、カウンタ１０３はＣＰＵ１０８のソフ
トウエアで構成してもよい。

【００２８】上述の構成に示される様に制御棒位置検出
器１９から出力されてＡ系路を通して得られる制御棒位
置信号は制御棒位置検出器１９の１次コイルに印加する
ＡＣ電源の波形歪等で、必ずしも実際の制御棒位置と検
出器からの振幅変化信号とはリニアな関係になく、制御
棒位置検出の誤差要因となっている。

【００２９】ここでＢ系路を付加することで制御棒３駆
動時に発生するパルス信号を検出してＡ系路で得られる
制御棒位置データと比較し、制御棒位置検出の精度の改
善を図る様にする。

【００３０】従来構成でも説明した様に制御棒３の通常
動作時に段階的に制御棒駆動コイル１８が励磁、消去を
繰り返す際に制御棒位置検出器１９の二次コイル１９ｂ
側に誘起されるパルス状の出力をコンパレータ１０２で
検出する。元来、フィルタ等を入れてこのパルスを除く
様に成されていたが本例では、このパルスを積極的に用
いる。

【００３１】即ち、コンパレータ１０２では制御棒の駆
動時に位置検出信号に乗っている上記パルスをカウンタ
１０３でカウントすることで移動ステップ位置を測定す
る様に成したもので上述のＳＢＡ，ＳＢＢ，ＣＢＡ，Ｃ
ＢＢの各バンクでは制御棒駆動時図２の波形図に示す様
に、検出器１９からの制御棒位置アナログ信号の検出波
形が得られるので、ステップ位置ではカウンタ１０３に
よるステップカウントによって制御棒の移動量を検出
し、移動前の電圧値１と移動後の電圧値２の電圧差を求
めることで移動方向を検出する。

【００３２】又、上記したステップカウント値から電圧
差が求められるので、適正範囲内であれば正常と判断
し、そうでなければ異常と判断する。

【００３３】又、核燃料制御棒が静止状態でもドリフト
等でゆれる場合、移動ステップは検出されず、ゆるやか
な位置検出信号変化があるが、この場合は位置検出信号
の変化をドリフトとして処理する。この点については後
述する。

【００３４】図４にＣＰＵ１０８による正常及び異常の
判断を行うための流れ図を示す。

【００３５】先ず第１ステップＳＴ₁ ではＡ及びＢの系
路で得られたデータの収録が行なわれる。即ち、Ａ系路
では制御棒駆動前の制御棒位置のデータＳと制御棒駆動
後の制御棒位置データＥを、又、Ｂ系路では制御棒位置
移動量に相当するパルス数Ｐを記憶回路２７から読み取
る。

【００３６】第２ステップＳＴ₂ ではデータ収録時のデ
ータ検出の有無によって制御棒の移動が開始されたか否
かをＣＰＵ１０８が判断する。移動が開始されていなけ
れば第１ステップＳＴ₁ に戻されるが、移動開始が成さ
れたならば第３ステップＳＴ ₃ に移行して引き続くデー
タの収録が行なわれる。

【００３７】第４ステップＳＴ₄ ではデータ収録パルス
が無くなったことを検知して終了か否かを判断し、移動
終了でなければ第３ステップＳＴ₃ に戻されるが、移動
終了であれば第５ステップＳＴ₅ に進められる。

【００３８】第５ステップＳＴ₅ ではＡ系路で得られる
Ｓ及びＥデータの差の絶対値が演算される。この｜Ｓ−
Ｅ｜は制御棒３の位置移動量を表すことになる。そし
て、Ｂ系路で得られたカウントデータのパルス数Ｐが等
しいか略等しいかとの比較が成される。即ち、｜Ｓ−Ｅ
｜とＰの値が設定された誤差範囲にあるか否かを判定す
る。この誤差範囲は例えば１０ステップ程度を略々等し
いとすることが出来る。

【００３９】第５ステップＳＴ₅ で｜Ｓ−Ｅ｜≠Ｐであ
れば第７ステップＳＴ₇ に進められて異常動作として第
８ステップＳＴ₈ の表示器１０６又はプリンタ３２に異
常を表示又は記録する。｜Ｓ−Ｅ｜がＰに等しいか、略
々等しければ第６ステップＳＴ₆ に進んで制御棒位置の
移動方向をみる（Ｓ＜Ｅ（増）、Ｓ＞Ｅ（減）をみ
る）。即ちＳ±ＰでＳ＋Ｐは制御棒位置移動方向は増加
の時であり、Ｓ−Ｐは制御棒位置移動方向は減少の時と
なる。

【００４０】上述の制御棒位置は実際には図２の制御棒
位置アナログ信号によってステップ位置電圧Ｖ₁ が求め
られる。

【００４１】次に制御棒位置アナログ信号に重畳された
ステップのパルス信号をカウントすることで、移動しな
ければならない。ステップ数Ｎと、１ステップ当たりの
電圧Ｖにより、制御棒駆動時のステップ位置変化電圧Ｖ
₂ はＶ₂ ＝Ｎ×Ｖとして求められるので、この２種類の
電圧Ｖ₁ とＶ₂ を比較して規定ステップ範囲内か範囲外
かを判定する様に成される。

【００４２】尚、図３は図２に示すステップカウント部
分の拡大波形を示すものでＢ系路から得られるパルス信
号の制御棒駆動時のステップ位置変化電圧Ｖ₂ を示して
いる。

【００４３】上述の各構成ではバンクＳＢＡ，ＳＢＢ，
ＣＢＡ，ＣＢＢの構成について説明したがバンクＣＢＣ
及びＣＢＤでは図５に示す様に制御棒駆動制御盤１７か
らバンク位置指示信号が得られるのでこのバンク位置指
示信号をアンプ１０９で増幅して所定のレベルにした後
にＡ／Ｄ変換器１１０に供給してデジタル化したデータ
を記憶回路２７に供給する様に成す。

【００４４】勿論各バンク入力信号はＡ系路のアンプ２
４を含む測定回路２４やＡ／Ｄ変換器２６によって制御
棒位置検出信号を記憶回路２７に格納する様に成すと共
にＢ系路のアンプを含むシグナルコンディショナ１０１
及びコンパレータ１０２並びにカウンタ１０３でステッ
プ部のパルスをカウントしたデータを記憶回路に格納す
る様に成されている。

【００４５】上述の構成では検出位置がバンク位置指示
値と略々同じであればバンク位置指示値を検出位置とす
ることで制御棒位置精度を更に高めることが出来る。

【００４６】又、制御棒が停止時のドリフト処理時、即
ち、何らかの要因で、移動ステップパルス信号が検出さ
れず、制御棒だけが移動する様な場合は正確な制御棒位
置検出を行うことが出来ない。これを解決する方法とし
てＡ系路で得られた制御棒位置データを本例では平均化
処理する様に成す。

【００４７】今、データ収録開始点からｎ回のデータを
取得した平均値を「基準値」と定める。

【００４８】次にデータ収録時ｎ個分のデータを順次平
均化して「補正値」とすると制御棒位置＝収録データ×
（基準値／補正値）（ここで収録データは取得した１サ
ンプルのデータ）とする。

【００４９】これによって、温度変化の様に緩やかに変
化する場合はｎ回のデータ収録期間では殆ど制御棒位置
データが変化しないので収録データは補正値に等しいか
略々等しい値となるので制御棒位置は基準値に等しくな
る様にＣＰＵに判定させる。

【００５０】又、移動ステップパルス信号が検出され
ず、制御棒位置が、同一方向に移動する場合はｎ回のデ
ータ収録期間でも制御棒位置データが変化するので収録
データ≠補正値となるので制御棒位置データは収録デー
タに追従する値に選択して、ノイズの影響を軽減して、
変動を検出し位置を補正することが出来る。

【００５１】

【発明の効果】本発明の原子炉の制御棒位置検出装置に
よれば制御棒の移動位置を従来ノイズとして利用しなか
ったステップパルスを有効に利用して、移動位置をより
正確に検出することが出来、且つ制御棒静止時のドリフ
トによる誤動作を平均化することでノイズを除去して制
御棒位置補正を行うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原子炉の制御棒位置検出装置の系統図
である。

【図２】本発明に用いる検出装置波形説明図である。

【図３】図２のステップカウント部の拡大波形図であ
る。

【図４】本発明の原子炉の制御棒位置検出装置の流れ図
である。

【図５】本発明の原子炉の制御棒位置検出装置の他の系
統図である。

【図６】従来の原子炉の概略構成図である。

【図７】従来の制御棒駆動監視系路の説明図である。

【図８】従来の制御棒過渡位置検出装置の系統図であ
る。

【図９】従来の測定装置の系統図である。

【図１０】従来のアナログ式制御棒検出器の構成図であ
る。

【符号の説明】

１９ 制御棒位置検出器 ２４ 測定回路 ２６ Ａ／Ｄ変換器 ２７ 記憶回路 １０１ シグナルコンディショナ １０２ コンパレータ １０３ カウンタ １０８ ＣＰＵ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 並川 博行 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 網野 昭夫 東京都小平市天神町１−57 日本電気三栄 株式会社東京工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の制御棒駆動軸に配設された一次コ
   イル及び二次コイルからなる複数の制御棒位置検出器
   と、 上記複数の制御棒位置検出器の誘起電圧から交流成分の
   ピーク値と直流成分とを別々に取り出し演算して、各制
   御棒の位置を測定する複数の測定回路と、 上記複数の制御棒位置検出器から制御棒駆動時に発生す
   るパルスを検出してデジタル信号に変換するコンパレー
   タと、 上記コンパレータで検出したデジタル信号を計数するカ
   ウンタとを具備して成ることを特徴とする原子炉の制御
   棒位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記測定回路から得られた各制御棒位置
   信号と、上記カウンタで計数したカウント値とを比較し
   て異常状態を判定するコンピュータを有することを特徴
   とする請求項１記載の原子炉の制御棒位置検出装置。