JPH0843589A - 主蒸気加減弁の試験装置と試験方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】圧力制御装置に開方向試験装置を設けて、原子
力発電プラントの低出力運転状態において、各主蒸気加
減弁の全開試験を可能として、開度流量特性の非線形性
補償特性が検証できる主蒸気加減弁の試験装置と試験方
法を提供する。 【構成】請求項１記載の発明に係る主蒸気加減弁の試験
装置は、主蒸気配管２に介挿した主蒸気加減弁等により
蒸気圧力の制御をする制御装置において、主蒸気加減弁
３ａ〜３ｄの開度流量特性の非線形性特性を補償して開
度要求信号を出力する関数発生器15と主蒸気加減弁を駆
動制御する加減弁サーボ16との間に、閉方向信号発生器
25から閉方向試験バイアス信号24が入力される低値優先
回路22と開方向試験バイアス信号27を出力する開方向信
号発生器28が接続された高値優先回路29および偏差演算
器23とでなる試験装置を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、沸騰水型原子力発電プ
ラントの圧力制御装置で、特に主蒸気加減弁における開
度と流量特性の確認に係る主蒸気加減弁の試験装置と試
験方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】沸騰水型原子力発電プラントにおいて
は、原子炉で発生した主蒸気は主蒸気配管および主蒸気
加減弁を経由してタービンにて消費される。このときに
主蒸気加減弁の開度は、タービンへの蒸気流入を原子炉
の出力レベルに関わらず安定に行うため、主蒸気の圧力
を予め決められた調定率に従った値とするために、主蒸
気の圧力値と予め設定した圧力設定値を用いて圧力制御
装置により制御する。

【０００３】この圧力制御装置は図２の概要構成図に示
すように、通常の発電運転中は、原子炉１で発生した主
蒸気は、主蒸気配管２および４基の主蒸気加減弁３ａ〜
３ｄを経由してタービン４へ流す。

【０００４】タービン４に流入した蒸気のエネルギーに
よりタービン４を回転し、このタービン４に直結された
発電機５が駆動されて発電が行われる。このタービン４
で消費された主蒸気は、復水器６で水に戻されて、給水
配管７を経由して再び原子炉１へ戻される。

【０００５】圧力制御装置は、主蒸気加減弁３ａ〜３ｄ
を原子炉１における発生蒸気量に見合った開度とし、主
蒸気および原子炉１の圧力を制御するが、主蒸気加減弁
３ａ〜３ｄの前段に設けられた圧力検出器８により検出
された主蒸気圧力信号９と、圧力設定値10を偏差演算器
11に入力する。

【０００６】さらに、この偏差演算器11の出力に基づい
て主蒸気流量の要求信号12を算出する圧力調整器13と、
この圧力調整器13からの主蒸気流量要求信号12を主蒸気
加減弁３ａ〜３ｄの開度要求信号14に変換する関数発生
器15と、この関数発生器15の出力である開度要求信号14
により主蒸気加減弁３ａ〜３ｄの開度を制御するための
加減弁サーボ16により構成している。

【０００７】前記圧力調整器13は、主蒸気流量要求信号
12を演算するための比例ゲインと、圧力制御の応答性を
最適にするための進み／遅れ時定数機能からなり、比例
ゲインは定格出力における運転中は、主蒸気圧力９と圧
力設定値10の偏差が、約２Kg／cm² で、主蒸気流量要求
信号12が 100％定格となるよう選択されている。

【０００８】この圧力調整器13の出力である主蒸気流量
要求信号12は、関数発生器15に入力されて主蒸気加減弁
３ａ〜３ｄの開度要求信号14を演算するが、この関数発
生器15と主蒸気加減弁３ａ〜３ｄの開度流量特性の関係
を図３乃至図５の特性曲線図に示す。

【０００９】図３の特性曲線図は、主蒸気加減弁３ａ〜
３ｄの開度と流量の関係を表すもので、曲線17で示すよ
うに主蒸気加減弁３ａ〜３ｄは、全閉から中間付近まで
の開度では、それぞれの開度における流量の関係はほぼ
線形である。しかしながら、中間開度付近から全閉の領
域においては非線形の特性となり、高い開度になるほ
ど、開度変化に対する流量の変化は小さくなる。

【００１０】このために、図４の特性曲線図において実
線18で示すように、主蒸気加減弁３ａ〜３ｄの開度要求
信号14を演算するための関数発生器15は、主蒸気流量要
求信号12が高い領域では、主蒸気加減弁３ａ〜３ｄの開
度要求を大きく変化させるように、主蒸気加減弁３ａ〜
３ｄの設計仕様をもとにして、前記図３の曲線17と裏返
しの関係の特性となるように設定している。

【００１１】これにより、圧力調整器13の出力である主
蒸気流量要求信号12に対して、主蒸気加減弁３ａ〜３ｄ
を流れる蒸気の流量は、図５の実線19で示すように線形
となり、原子炉の全出力領域に亘って圧力制御の制御信
号、および応答の線形性が維持される。

【００１２】しかしながら、図４の点線20で示すよう
に、主蒸気加減弁３ａ〜３ｄの設計仕様と実機における
弁の開度流量特性には差があり、関数発生器15の設定に
誤差がある場合には、圧力制御の線形性も図５の点線21
で示すように、高い出力領域での非線形性が顕著とな
る。

【００１３】このように圧力制御装置では、通常時は主
蒸気加減弁３ａ〜３ｄの開度のみを制御して圧力の制御
を行っており、主蒸気加減弁３ａ〜３ｄは開度に対する
流量の特性が非線形であるため、圧力制御を原子炉出力
に対して線形で、かつ安定に行うために、主蒸気加減弁
３ａ〜３ｄの非線形流量特性を補償する機能を関数発生
器15に設けている。

【００１４】この関数発生器15に設定する非線形特性補
償機能は、原子力発電プラントの建設当初は、主蒸気加
減弁３ａ〜３ｄの設計仕様をもとにして設定値を決定し
ており、原子力発電プラントの運転中は常時、圧力制御
装置の圧力制御機能が働いて、この非線形特性補償機能
が作動しているために、設定値の変更をすることはでき
ない。

【００１５】一方、主蒸気加減弁３ａ〜３ｄにおける開
度に対する流量の非線形の実際の特性の確認は、通常、
圧力制御装置では主蒸気加減弁３ａ〜３ｄの４基が同一
開度となるように制御されていることから、原子炉出力
を定格まで上昇しないと検証することができない。

【００１６】したがって、主蒸気加減弁３ａ〜３ｄにお
いては、設計仕様と実際の特性の差により定格出力まで
運転して、弁の開度流量特性を確認した後に、一旦、原
子炉を停止してから、前記関数発生器15における非線形
特性補償用の設定値を調整しなければならなかった。

【００１７】なお、従来の圧力制御装置には、主蒸気加
減弁３ａ〜３ｄの開閉機能の健全性が維持されているか
の確認するために、試験装置として各主蒸気加減弁３ａ
〜３ｄ毎に、図６のブロック構成図に示すような閉方向
試験装置が設けてある。

【００１８】これは、関数発生器15の出力側に低値優先
回路22と、偏差演算器23が挿入され、さらに低値優先回
路22に閉方向試験バイアス信号24を出力する閉方向信号
発生器25を設けて構成している。

【００１９】この閉方向試験装置では、通常の圧力制御
による状態において、低値優先回路22に関数発生器15か
らの開度要求信号14と、閉方向信号発生器25が出力する
閉方向試験バイアス信号24を入力する。

【００２０】これにより試験時の各主蒸気加減弁３ａ〜
３ｄは、通常運転中の開度より低い開度となるように開
度が制御される。なお、この時に偏差演算器23には主蒸
気加減弁３ａ〜３ｄからの開度フィードバック信号26が
入力されて、低値優先回路22の出力と合致した時点で主
蒸気加減弁３ａ〜３ｄの開度が維持される。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】主蒸気加減弁３ａ〜３
ｄの開度流量特性で非線形性の補償機能の確認試験につ
いては、主蒸気加減弁３ａ〜３ｄを全開する必要があ
り、このためには、原子力発電プラントの出力を定格出
力まで上昇しなければならなかった。

【００２２】しかも、この確認試験の結果が設計仕様と
の差が大きいことが明確になった場合には、一旦、原子
力発電プラントの運転を停止して関数発生器15の再調整
をすることが必要になり、このために原子力発電プラン
トの稼働率が低下するという不具合があった。

【００２３】本発明の目的とするところは、圧力制御装
置に開方向試験装置を設けて、原子力発電プラントの低
出力運転状態において、各主蒸気加減弁の全開試験を可
能として、開度流量特性の非線形性補償特性が検証でき
る主蒸気加減弁の試験装置と試験方法を提供することに
ある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１記載の発明に係る主蒸気加減弁の試験装置は、
原子炉からタービンへの主蒸気配管に介挿した主蒸気加
減弁等により蒸気圧力の制御をする制御装置において、
主蒸気加減弁の開度流量特性の非線形性を補償して開度
要求信号を出力する関数発生器と主蒸気加減弁を駆動制
御する加減弁サーボとの間に、閉方向信号発生器から閉
方向試験バイアス信号が入力される低値優先回路と開方
向試験バイアス信号を出力する開方向信号発生器が接続
された高値優先回路および偏差演算器とでなる試験装置
を設けたことを特徴とする。

【００２５】請求項２記載の発明に係る主蒸気加減弁の
試験方法は、通常時は同じレベルの開度要求信号で開度
制御される複数の主蒸気加減弁のうち任意の１基につい
て通常の圧力制御状態の開度要求信号に開方向試験バイ
アス信号を加えることにより、当該主蒸気加減弁の開度
を全開位置まで制御し、かつ任意の開度で保持させるこ
とを特徴とする。

【００２６】請求項３記載の発明に係る主蒸気加減弁の
試験方法は、原子力発電プラントの低出力運転状態にお
いて複数の各主蒸気加減弁を順次全開位置まで駆動し
て、それぞれの開度に対する流量特性を評価すると共に
開度流量特性の非線形性を補償する関数発生器の設定調
整を行うことを特徴とする。

【００２７】請求項４記載の発明に係る主蒸気加減弁の
試験方法は、主蒸気加減弁の試験装置を圧力制御装置か
ら独立して設けると共に、主蒸気加減弁試験の都度に接
続して使用することを特徴とする。

【００２８】

【作用】請求項１記載の発明は、主蒸気加減弁の試験に
際して、試験をする１基の主蒸気加減弁の開方向信号発
生器から予め決められた変化率で上昇する開方向試験バ
イアス信号を高値優先回路に出力する。

【００２９】高値優先回路では、低値優先回路からの主
蒸気加減弁の開度要求信号と、開方向試験バイアス信号
のいずれか大きい方を比較して、開方向試験バイアス信
号が開度要求信号を上回った時から主蒸気加減弁を開く
信号を偏差演算器を介して加減弁サーボに出力し、主蒸
気加減弁を全開させる。これにより、当該主蒸気加減弁
における全開までの開度に対する流量特性の非線形性補
償の評価ができる。この試験は各主蒸気加減弁に対して
順次行う。

【００３０】請求項２記載の発明は、複数の主蒸気加減
弁のうち任意の１基について、高値優先回路に通常の圧
力制御状態の開度要求信号と、開方向信号発生器から開
方向試験バイアス信号を加えることにより、当該主蒸気
加減弁の開度を全開位置まで制御することができ、しか
も、開方向試験バイアス信号の大きさにより任意の開度
で保持させて、開度流量特性の補償機能の評価ができ
る。

【００３１】請求項３記載の発明は、低出力運転状態に
おいて複数の各主蒸気加減弁を順次全開位置まで駆動し
て、それぞれの開度流量特性の評価をすることにより、
原子力プラントの起動初期において各主蒸気加減弁の特
性の確認と、関数発生器の設定調整を行うことができ
る。

【００３２】請求項４記載の発明は、主蒸気加減弁の試
験装置を圧力制御装置から独立したので、通常運転時の
圧力制御装置が従来と同様とすることができる。

【００３３】

【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、同一符号を付して詳細な説明を省略する。圧力制
御装置については上記図２に示したように、圧力検出器
８で検出した主蒸気圧力信号９と、圧力設定値10を入力
して偏差信号を出力する偏差演算器11と、この偏差演算
器11の出力の偏差信号に基づいて主蒸気流量要求信号12
を出力する圧力調整器13を備えている。

【００３４】また、主蒸気流量要求信号12を入力して主
蒸気加減弁３ａ〜３ｄの開度流量特性の非線形性特性を
補償する関数発生器15と、この出力の開度要求信号14に
より、主蒸気加減弁３ａ〜３ｄを駆動制御する加減弁サ
ーボ16が設けてある。

【００３５】本発明は、前記圧力制御装置の主蒸気加減
弁３ａ〜３ｄの開度流量特性の非線形性特性を補償して
開度要求信号14を出力する関数発生器15と、主蒸気加減
弁３ａ〜３ｄを駆動する加減弁サーボ16の間で、主蒸気
加減弁３ａ〜３ｄ毎に主蒸気加減弁の試験装置を設け
る。

【００３６】この主蒸気加減弁の試験装置は、図１のブ
ロック構成図に示すように、関数発生器15の出力側に閉
方向信号発生器25から閉方向試験バイアス信号24が入力
される低値優先回路22と、開方向試験バイアス信号27を
出力する開方向信号発生器28が接続された高値優先回路
29、および偏差演算器23で構成されている。また、前記
加減弁サーボ16により駆動制御される主蒸気加減弁３ａ
〜３ｄの開度フィードバック信号26が前記偏差演算器23
に入力されるようになっている。

【００３７】なお、低値優先回路22と閉方向信号発生器
25は、関数発生器15が出力する開度要求信号14と閉方向
試験バイアス信号24とを比較して、いずれか値の小さい
方の信号を出力する閉方向試験装置で、高値優先回路29
と開方向信号発生器28は、低値優先回路22からの開度要
求信号と開方向試験バイアス信号27を比較していずれか
値の大きい方の信号を出力する開方向試験装置である。

【００３８】次に上記構成による作用について説明す
る。通常は開方向試験装置の開方向信号発生器28から出
力する開方向試験バイアス信号27は、主蒸気加減弁３ａ
〜３ｄの全閉相当に設定する。これにより、４基の主蒸
気加減弁３ａ〜３ｄは、圧力調整器13および関数発生器
15からの開度要求信号14によって同一に制御される。ま
た、この状態では前記閉方向試験装置の作動も支障なく
行える。

【００３９】主蒸気加減弁３ａ〜３ｄの試験は、試験対
象の主蒸気加減弁の１基毎に、開方向信号発生器28の開
方向試験バイアス信号27を予め決められた変化率で上昇
させる。この変化率は通常の圧力制御での応答や、従来
からの弁閉方向の試験終了後の弁開方向の実績をもとに
して、圧力制御に対して安全に、かつ安定して行えるよ
うに決めることができる。

【００４０】これにより、開方向信号発生器28の開方向
試験バイアス信号27が、関数発生器15からの開度要求信
号14で、現状の主蒸気加減弁３ａ〜３ｄの開度を超えた
時点から、試験対象の主蒸気加減弁の開度が上昇し始め
て、圧力制御装置のよる制御状態から外れる。

【００４１】このときに、原子炉１からの主蒸気流量お
よびタービン４へ流入される蒸気流量は、いずれも初期
の状態から変化することなく、試験実施中の主蒸気加減
弁の開度と流量のみが増加するために、主蒸気加減弁３
ａ〜３ｄ前段の主蒸気圧力が低下するが、この圧力低下
は主蒸気圧力検出器８で検知される。

【００４２】この主蒸気圧力の低下に対応して圧力制御
装置が作動し、試験実施中を除く他の３基の主蒸気加減
弁に対して開度要求信号14により開度を低下させるの
で、主蒸気圧力は正常に維持される。

【００４３】なお、試験中の主蒸気加減弁の開度は、開
方向試験バイアス信号27の増加を中断することにより任
意の開度で保持でき、初期状態からの弁の開度の上昇分
は、他の３基の弁開度が低下された分に相当する。

【００４４】これら主蒸気加減弁３ａ〜３ｄは、４基と
も同一のサイズで設計、製作されて、通常運転中は４基
の弁に均等に蒸気が流れると考えられることと、原子力
発電プラントの出力上昇過程での主蒸気加減弁３ａ〜３
ｄの開度に対する主蒸気流量の値は、容易に測定されて
評価が可能であることから、試験対象弁以外の他の３基
の弁の開度減少に相当する主蒸気流量の変化分を、試験
対象弁の蒸気流量の増加分と見なせる。

【００４５】なお、前記の通りに圧力制御装置による圧
力制御は、主蒸気圧力と圧力設定値の偏差信号による比
例形の制御方式であることから、主蒸気加減弁の１基が
試験中で、他の３基の弁による圧力制御となっている状
態では、主蒸気圧力が試験前に比べて若干低くなるた
め、試験中に圧力設定値を調整して主蒸気圧力を初期状
態に合わせれば、より正確な評価が可能である。

【００４６】また、試験終了後は、試験開始とは逆に開
方向試験バイアス信号27を減少させて、他の３基の主蒸
気加減弁と同じ開度に到達した時点で、開方向信号発生
器28からの開方向試験バイアス信号27を停止することに
より、再び４基の主蒸気加減弁３ａ〜３ｄによる、通常
の圧力制御の状態に戻る。

【００４７】この主蒸気加減弁の試験装置による試験が
可能な原子炉１の出力は、通常の圧力状態で主蒸気加減
弁３ａ〜３ｄの１基当たりの全開時流量が30％程度であ
ること、また、主蒸気加減弁３ａ〜３ｄによる安定な圧
力制御が保証される最低の出力が、発電機５が併入され
た直後の10％程度であり、その時の主蒸気加減弁３ａ〜
３ｄの開度で圧力制御が安定に行えることから、約40％
出力程度のかなり低い出力と見込まれる。

【００４８】原子力発電プラントの初期起動では、通常
低い出力から運転と停止を繰り返して順次段階を経た後
に、定格まで出力を上昇することから、原子力発電プラ
ント建設の早い段階での主蒸気加減弁３ａ〜３ｄの開度
流量特性の評価が行えることになる。

【００４９】本発明では原子力発電プラントの低出力運
転中に複数の主蒸気加減弁３ａ〜３ｄの各弁を１基ず
つ、少なくとも中間開度から全開まで任意の開度まで駆
動するとが可能で、その時の他の３基の弁が、圧力制御
装置による通常作動により開度が低下される幅から、試
験対象主蒸気加減弁の開度流量特性を評価できる。

【００５０】以上の主蒸気加減弁を全開にしての試験
は、順次、全主蒸気加減弁に対して容易に実施すること
ができる。また、原子力発電プラントが低出力運転中
で、試験対象の主蒸気加減弁以外の他の３基の主蒸気加
減弁により全蒸気流量を負担可能な範囲においては、試
験対象の主蒸気加減弁の関数発生器15に対して、実機で
の試験結果による開度流量特性の非線形性補償機能の設
定値の評価と、調整が容易に行える。

【００５１】この主蒸気加減弁の試験装置が保有する機
能としては、運転中の初期開度から開く方向に試験が可
能であることと、圧力制御装置による開度要求信号14に
無関係に任意の中間開度で開度保持ができること、さら
に試験終了後に通常の圧力制御状態に安全かつ安定に復
帰させることである。

【００５２】また、本主蒸気加減弁の試験装置は、原子
力発電プラントの初期起動時において有効な機能である
ため、試験時のみ接続可能な圧力制御装置の外部装置と
して構成することにより、従来と同じ構成の圧力制御装
置に簡易に適用することができる。

【００５３】

【発明の効果】以上本発明によれば、原子力発電プラン
トにおける主蒸気加減弁の開度流量特性の評価試験が、
定格出力の半分以下の出力状態にて容易に評価すること
ができる。

【００５４】また、圧力制御系での各主蒸気加減弁に対
する開度流量特性の非線形性を補償する機能の設定値の
評価および調整作業が、原子力発電プラント建設後の早
期段階で、運転を停止せずに実施できることから、原子
力発電プラントの稼動効率の低下を回避する効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の主蒸気加減弁の試験装
置のブロック構成図。

【図２】沸騰水型原子力発電プラント圧力制御系のブロ
ック構成図。

【図３】主蒸気加減弁の開度流量特性図。

【図４】主蒸気加減弁の開度流量非線形特性補償用の関
数発生器の特性図。

【図５】主蒸気加減弁の主蒸気流量要求に対する主蒸気
加減弁流量の特性図。

【図６】従来の主蒸気加減弁の試験装置のブロック構成
図。

【符号の説明】

１…原子炉、２…主蒸気配管、３ａ〜３ｄ…主蒸気加減
弁、４…タービン、５…発電機、６…復水器、７…給水
配管、８…圧力検出器、９…主蒸気圧力信号、10…圧力
設定値、11，23…偏差演算器、12…主蒸気流量要求信
号、13…圧力調整器、14…開度要求信号、15…関数発生
器、16…加減弁サーボ、17〜21…特性曲線、22…低値優
先回路、24…閉方向試験バイアス信号、25…閉方向信号
発生器、26…開度フィードバック信号、27…開方向試験
バイアス信号、28…開方向信号発生器、29…高値優先回
路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子炉からタービンへの主蒸気配管に介
   挿した主蒸気加減弁等により蒸気圧力の制御をする制御
   装置において、主蒸気加減弁の開度流量特性の非線形性
   特性を補償して開度要求信号を出力する関数発生器と主
   蒸気加減弁を駆動制御する加減弁サーボとの間に、閉方
   向信号発生器から閉方向試験バイアス信号が入力される
   低値優先回路と開方向試験バイアス信号を出力する開方
   向信号発生器が接続された高値優先回路および偏差演算
   器とでなる試験装置を設けたことを特徴とする主蒸気加
   減弁の試験装置。
2. 【請求項２】 通常時は同じレベルの開度要求信号で開
   度制御される複数の主蒸気加減弁のうち任意の１基につ
   いて通常の圧力制御状態の開度要求信号に開方向試験バ
   イアス信号を加えることにより、当該主蒸気加減弁の開
   度を全開位置まで制御し、かつ任意の開度で保持させる
   ことを特徴とする主蒸気加減弁の試験方法。
3. 【請求項３】 原子力発電プラントの低出力運転状態に
   おいて複数の各主蒸気加減弁を順次全開位置まで駆動し
   て、それぞれの開度に対する流量特性を評価すると共に
   開度流量特性の非線形性を補償する関数発生器の設定調
   整を行うことを特徴とする主蒸気加減弁の試験方法。
4. 【請求項４】 主蒸気加減弁の試験装置を圧力制御装置
   から独立して設けると共に、主蒸気加減弁試験の都度に
   接続して使用することを特徴とする主蒸気加減弁の試験
   方法。