JPH11337678A - 熱的制限値監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中性子ゆらぎ量の増大による熱的制限値の運
転制限範囲逸脱の誤判定に伴う、制御棒セットアップ操
作などの自動出力調整運転の解除を防止する熱的制限値
監視装置を提供する。 【解決手段】 熱的制限値監視装置１では、各ＬＰＲＭ
検出器出力信号の平均値を領域中性子束平均演算手段１
２で炉心の各領域ごとに求め、該平均値をゆらぎ成分除
去用ローパスフィルタ１３に入力し、その出力からＣＰ
Ｒ演算器１４、ＬＨＧＲ演算器１５で熱的制限値を算
出、算出した値が運転制限範囲を逸脱するか否かを判定
器１６、１７で判定する。逸脱と判定した場合、ロッド
ブロックモニタ４へのセットアップ信号出力を停止し、
制御棒制御手段５へ自動モード解除信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、沸騰水型原子炉
（ＢＷＲ）プラントにおいて、燃料の熱的制限値をオン
ラインで監視する熱的制限値監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子炉内に装荷される燃料は、通常の運
転時、および故障や誤操作による異常時にも、健全性が
維持されなければならない。そこで、燃料を破損させず
安全に運転するための運転制限範囲が決められており、
これを逸脱しないように炉心流量や制御棒操作によって
出力を制御している。運転制限範囲は、発熱により燃料
破損が発生しない上限値である熱的制限値によって決め
られる。熱的制限値には、最小限界出力比（ＭＣＰＲ）
と、最大線出力密度（ＭＬＨＧＲ）がある。ＭＣＰＲ
は、燃料破損の原因となる冷却水の沸騰遷移を発生させ
る燃料集合体の出力（限界出力）と、実際の燃料集合体
の出力の比である限界出力比（ＣＰＲ）の最小値を示
す。ＭＬＨＧＲは、燃料棒の単位長さ当たりの発生出力
（ＬＨＧＲ）の炉心内における最大値であり、燃料集合
体自らの発熱によって燃料被覆管が歪まないか否かを把
握するために用いる。原子力プラントの運転にあたって
は、これらの熱的制限値を超えないようにしなければな
らない。

【０００３】近年、運転を開始した改良型ＢＷＲ（ＡＢ
ＷＲ）プラントにおいては、複数の制御棒を同時に駆動
するなど複雑な制御棒操作が要求される。具体的には、
制御棒引抜き操作時に、引抜き対象の制御棒周りの出力
が局所的に短時間で大きくなることを防止するためロッ
ドブロックモニタが機能する。ロッドブロックモニタで
は、引抜きによる出力上昇に対して制限レベルが３段階
で設定され、従来のＢＷＲプラントでは出力が制限レベ
ルに達する度に運転員が炉内状況を確認してセットアッ
プと呼ばれる制限レベルの引き上げ操作が必要となる。

【０００４】このように制御棒操作が煩雑となるため、
ＡＢＷＲプラントでは制御棒操作および炉心流量制御を
自動化して自動出力調整運転を可能にし、運転員の手動
でのセットアップ操作を不要としている。ただし、この
自動出力調整運転は、上記の熱的制限値が安全な範囲に
あることが前提となっている。このため、自動出力調整
運転時には、熱的制限値を常に監視しなくてはならな
い。そこで、炉心を複数の領域に分割し、各領域ごとに
限界出力比（ＣＰＲ）、線出力密度（ＬＨＧＲ）をオン
ラインで監視する熱的制限値監視装置が設けられてい
る。熱的制限値監視装置は、熱的制限値が許容範囲内で
ある時に、ロッドブロックモニタに対してセットアップ
を許可するセットアップ信号を出力し続け、熱的制限値
が許容範囲を逸脱した時には、ロッドブロックモニタへ
のセットアップ信号の出力を停止し、制御棒制御手段へ
は自動出力調整運転の解除信号を出力する。

【０００５】熱的制限値監視装置の例としては、特開平
０５−１３４０８０があげられ、プロセスコンピュータ
の炉心性能計算とリンクさせて、熱的制限値に対する運
転余裕度が小さい時には、熱的制限値の監視演算を短周
期で行い、運転余裕度が大きい時には、監視演算を長周
期で行うようにしている。上記公知例では熱的制限値監
視装置の演算内容については詳述されていないが、次の
ようなものであることがわかっている。熱的制限値監視
装置においては、炉心内各所に設けられた局所領域中性
子モニタ（ＬＰＲＭ）検出器の出力信号と、炉心流量、
すべての制御棒位置、およびプロセスコンピュータの炉
心性能計算結果を取り込んで、これらのデータから熱的
制限値を概算し、熱的制限値を逸脱したか否かを判定す
る。具体的には、プロセスコンピュータの炉心性能計算
結果から精度良く算出された熱的制限値を初期値として
入力し、各領域ごとに領域内に設置されているＬＰＲＭ
検出器出力の平均値を求め、プロセスコンピュータの炉
心性能計算時のＬＰＲＭ検出器の出力値との比をとり、
これに炉心流量、制御棒位置の要素からなる係数を掛け
合わせＣＰＲ、およびＬＨＧＲを求め、これが初期値に
よって定められた設定値を超えた時に熱的制限値を超え
たと判定する。即ち、各領域ごとに炉心性能計算時のＣ
ＰＲとＬＨＧＲに対して、最新時刻のＣＰＲとＬＨＧＲ
の時間的な変化量をＬＰＲＭ検出器の出力変化から算
出、この変化量をもとに熱的制限値を超えたか否かを判
断している。

【０００６】近年、ウラン資源の有効利用とエネルギー
セキュリティ確保の観点から、軽水炉でのプルトニュウ
ム利用（プルサーマル）計画が進められている。今後、
稼働中のＢＷＲプラント、およびＡＢＷＲプラントで
は、取替燃料の１／３程度までをウランとプルトニュウ
ムの混合酸化物（ＭＯＸ）燃料とし、更には炉心内のす
べてをＭＯＸ燃料にすることも考えられている。ＭＯＸ
燃料は、ウラン燃料と比べてプルトニュウム量が多く、
プルトニュウムの核特性の違いが炉心特性に影響を及ぼ
す。プルトニュウムはウランに比べて遅発中性子の割合
が小さく、中性子吸収断面積が大きい。つまり、冷却水
のボイド量変化時の出力変化量が大きくなる。これは、
ボイド係数が大きいことを意味しており、高出力時の中
性子のゆらぎ量、即ちＬＰＲＭ検出器出力の変動が大き
くなる。このゆらぎ量をシミュレーションで評価する
と、炉心内すべてをＭＯＸ燃料としたフルＭＯＸ炉心の
場合、定格出力（１００％出力）時に、±５％以上にな
ることが明らかになった。このゆらぎは、実際の炉出力
に対しては一種のノイズとして考えることができ、ゆら
ぎで１０５％となっても、核的には１００％出力と全く
同等な状態であり、熱的にも問題無い。

【０００７】また、ウラン燃料を用いた既存のＢＷＲプ
ラントやＡＢＷＲプラントにおいて、近年、運転サイク
ル前半で炉心流量を制御してボイド量を増やし、プルト
ニュウムを積極的に燃料に蓄積させ、運転サイクル後半
でボイド量を減らしてプルトニュウムを燃焼させて、燃
料の利用率を高めるスペクトルシフト運転が行われてい
る。このような場合、現状では、中性子のゆらぎ量は運
転サイクル前半より後半の方が大きくなり、フルＭＯＸ
炉心と同様のことがいえる。

【０００８】尚、中性子束のゆらぎの抑制のために、低
周波フィルタをかける従来例には、特開昭５８−２２９
９５号、特開昭５４−３４８８２号がある。しかし、中
性子束の平均との関係の記載はない。更に、監視結果か
ら制御棒引抜き許容値の再設定に関する記載もない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】今後、ＡＢＷＲプラン
トがフルＭＯＸ炉心となった場合、あるいはスペクトル
シフト運転時には、熱的制限値監視装置は、上述のよう
に定格出力時に±５％以上ゆらぎのあるＬＰＲＭ検出器
の出力信号をもとにＣＰＲとＬＨＲＧを算出する。前述
のように熱的制限値監視装置が算出するＣＰＲとＬＨＧ
Ｒは、ＬＰＲＭ検出器の出力信号の変化に大きく影響さ
れる。従って、プロセスコンピュータによる炉心性能計
算時のＬＰＲＭ検出器の出力値と、熱的制限値監視装置
によるＣＰＲ、ＬＨＧＲ算出時のＬＰＲＭ検出器の出力
値との変化量が、ゆらぎによって大きくなる場合には、
実際のＣＰＲ、ＬＨＧＲよりも過大な値として得られ、
熱的制限値を逸脱したものという誤った判断がなされ
る。

【００１０】また、フルＭＯＸ炉心においては、運転サ
イクル末期にはＭＣＰＲを十数パーセント高い値に設定
し、運転制限範囲を狭くする。このため、熱的制限値監
視装置が熱的制限値を逸脱したと誤判断する可能性は一
層高まる。熱的制限値監視装置は、上記の如く逸脱と判
定した場合には、ロッドブロックモニタに対するセット
アップ信号の出力を停止し、かつ制御棒制御手段に対し
て自動出力調整運転の解除信号を出力するため、制御棒
操作は完全に手動で行わなければならず、運転員の負担
が大きくなってしまう。また、運転サイクル末期には、
燃料の燃焼を促進させるため、制御棒のパターン変更に
伴う制御棒操作を行う機会が増え、運転員の負担は更に
大きくなるという問題がある。

【００１１】本発明は以上の点に鑑みてなされたもの
で、本発明の課題とするところは、フルＭＯＸ炉心およ
びスペクトルシフト運転における中性子ゆらぎ量の増加
に伴うＬＰＲＭ検出器の出力信号の変動に影響されない
熱的制限値監視装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、制御棒操作と再循環流量制御によ
って出力制御を行う沸騰水型原子力発電プラントに用い
られる熱的制限値監視装置おいて、原子炉炉心部の中性
子を検出する複数の中性子検出手段と、該中性子検出手
段の出力信号を入力して複数の領域に分割した原子炉の
各領域ごとに平均中性子束を求める領域別中性子平均手
段と、該領域別中性子平均手段の出力信号の低周波信号
を通過させる低域通過フィルタと、該低域通過フィルタ
の出力信号と炉心の冷却水流量の計測値と制御棒の位置
情報を取り込んで炉心の各領域での燃料の熱的制限値を
求める熱的制限値演算手段と、該熱的制限値演算手段が
求めた演算結果が予め定めた運転制限範囲を超えた時に
制御棒引抜き監視装置に対して制御棒引抜き許容値の再
設定を許可するセットアップ信号の出力を停止する比較
手段とを具備することを特徴とする熱的制限値監視装置
が提供される。これにより、中性子束ゆらぎ量の増大に
よって熱的制限値が運転制御範囲を逸脱するような値に
なっても制御棒のセットアップ操作をはじめとする自動
出力調整運転が解除されることを防止できる。この結
果、運転サイクル末期での制御棒パターン調整などの制
御棒操作を定格出力のまま自動で行え、運転員の負担を
軽減できる。こうした対象のプラントとしてはウランと
プルトニュームの混合酸化物（ＭＯＸ）燃料の沸騰水型
原子力プラント、あるいはウラン燃料であってもスペク
トルシフト運転を行う沸騰水型原子力プラントが好適で
ある。別の本発明によれば、制御棒操作と再循環流量制
御によって出力制御を行う沸騰水型原子力発電プラント
に用いられる熱的制限値監視装置において、原子炉炉心
部の中性子を検出する複数の中性子検出手段と、該中性
子検出手段の出力信号の低周波信号を通過させる低域通
過フィルタと、該低域通過フィルタの出力信号を入力し
て複数の領域に分割した原子炉の各領域ごとに平均中性
子束を求める領域別中性子平均手段と、前記複数の中性
子検出手段の出力信号と炉心の冷却水流量の計測値と制
御棒の位置情報を取り込んで炉心の各領域での燃料の熱
的制限値を求める熱的制限値演算手段と、該熱的制限値
演算手段が求めた演算結果が予め定めた運転制限範囲を
超えた時に制御棒引抜き監視装置に対して制御棒引抜き
許容値の再設定を許可するセットアップ信号の出力を停
止する比較手段とを具備することを特徴とする熱的制限
値監視装置が提供される。これにより、複数の中性子検
出器間でゆらぎの位相差が生じた場合にもゆらぎを制御
し、より厳密な熱的制限値の管理が可能になる。他の本
発明によれば、制御棒操作と再循環流量制御によって出
力制御を行う沸騰水型原子力発電プラントに用いられる
熱的制限値監視装置において、原子炉炉心部の中性子を
検出する複数の中性子検出手段と、該中性子検出手段の
出力信号を標本化して取り込むサンプリング手段と、該
サンプリング手段の取り込んだ前記中性子検出手段の標
本化信号の複数個のものを相互に比較し中間値を選択し
出力する中間標本値選択手段と、該中間標本値選択手段
の出力信号を入力して複数の領域に分割した原子炉の各
領域ごとに平均中性子束を求める領域別中性子平均手段
と、前記複数の中性子検出手段の出力信号と炉心の冷却
水流量の計測値と制御棒の位置情報を取り込んで炉心の
各領域での燃料の熱的制限値を求める熱的制限値演算手
段と、該熱的制限値演算手段が求めた演算結果が予め定
めた運転制限範囲を超えた時に制御棒引抜き監視装置に
対して制御棒引抜き許容値の再設定を許可するセットア
ップ信号の出力を停止する比較手段とを具備することを
特徴とする熱的制限値監視装置が提供される。これによ
り、低域通過フィルタの処理を行わずゆらぎによる影響
を抑制するため、熱的制限値監視装置の演算を簡素化で
き、さらには高速な演算処理が可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
面を参照して説明する。各図の番号の等しい部分は相当
部を示す。図１に本発明の一実施例である熱的制限値監
視装置とその関連システムの全体構成を示す。

【００１４】図１では、原子炉圧力容器７に覆われた炉
心８の内部に燃料集合体１０と、燃料の燃焼度を制御す
る制御棒１１、および炉心８内の各所に複数個設置した
ＬＰＲＭ検出器９−１〜９−ｎからなる原子炉の熱的制
限値を監視するシステムの構成を表している。制御棒１
１は制御棒駆動手段６によって、炉心８の垂直方向に駆
動され、駆動手段６は制御棒制御手段５からの駆動指令
によって制御される。炉心８を構成している燃料集合体
１０、および制御棒１１は、図１では一つずつしか示し
ていないが、それぞれ複数個あり、その個数は原子炉の
トータル出力によって様々である。

【００１５】燃料集合体１０と制御棒１１、およびＬＰ
ＲＭ検出器９−１〜９−ｎの位置関係は図２のようにな
っている。４体の燃料集合体１０の間に制御棒１１が入
り、１体の燃料集合体のコーナー部分にＬＰＲＭストリ
ング９０（図１では省略）があり、ＬＰＲＭストリング
９０の内側にＬＰＲＭ検出器９−１−Ａ〜９−１−Ｄが
垂直方向に４つ設置され、ＬＰＲＭ検出器ケーブル９１
によってこれら４つのＬＰＲＭ検出器の出力信号を外部
の制御装置に伝える。

【００１６】炉心の水平方向の燃料集合体と制御棒、Ｌ
ＰＲＭストリングの位置関係は図３のようになり、複数
の燃料集合体、制御棒、ＬＰＲＭストリングが組み合わ
されている。すべてのＬＰＲＭストリングでも、垂直方
向に４つのＬＰＲＭ検出器を設置しており、それらの設
置間隔は同じである。すべてのＬＰＲＭストリングで、
ＬＰＲＭ検出器９−１−Ａと同じ高さに設置したＬＰＲ
Ｍ検出器をＡレベル、ＬＰＲＭ検出器９−１−Ｂと同じ
高さに設置したＬＰＲＭ検出器をＢレベル、ＬＰＲＭ検
出器９−１−Ｃと同じ高さに設置したＬＰＲＭ検出器を
Ｃレベル、ＬＰＲＭ検出器９−１−Ｄと同じ高さに設置
したＬＰＲＭ検出器をＤレベルの検出器グループとし
て、炉心の垂直方向の出力分布と熱的制限値を把握す
る。また、炉心の水平方向に対しては、図３でハッチン
グした太線で囲んだ監視領域に分割して熱的制限値を監
視する。即ち、熱的制限値は、垂直方向にはＡレベル、
Ｂレベル、Ｃレベル、Ｄレベルの４分割で、水平方向に
は図３の領域で分割して、この垂直方向と水平方向の分
割の境界線で囲まれた部分を別々に局部的に監視する。
また、それぞれの領域は、幾つかのＬＰＲＭ検出器が局
部の出力を検出するように割り当てられている。

【００１７】図１に示したシステムの構成では、各ＬＰ
ＲＭ検出器９−１−Ａ〜９−ｎ−Ｄの出力信号を出力領
域中性子モニタ２に入力し図示していない平均演算機能
で平均演算して平均出力を求め、これを原子炉出力とし
て監視する。ここで得た原子炉出力は、原子炉トリップ
の判定に用いられ、規定のトリップ値（出力領域では１
１８％）に達したらトリップ信号を原子炉保護系に出力
する。このため、原子炉出力を算出する平均演算とトリ
ップ判定を高速（既存ＡＢＷＲプラントの仕様では９０
ｍｓ以内）に行う必要があり、この処理系統に他の演算
処理を付加すると応答速度が仕様を満足できなくなるた
め、以下に説明する熱的制限値監視やロッドブロックモ
ニタの機能とは独立させた処理系統にしなければならな
い。

【００１８】出力領域中性子モニタ２で求めた平均出力
は、上記の如くトリップ判定の処理系統とは別に、ロッ
ドブロックモニタ３とプロセスコンピュータ４に入力さ
れる。出力領域中性子モニタ２からは平均出力の他に各
ＬＰＲＭ検出器９−１−Ａ〜９−ｎ−Ｄの出力信号と炉
心８内の冷却水の総流量値を示す炉心流量信号が、制御
棒制御手段５からは全制御棒の位置を示す制御棒位置情
報が、ロッドブロックモニタ３とプロセスコンピュータ
４、および熱的制限値監視装置１に出力される。

【００１９】上記の各入力信号・情報をもとに、ロッド
ブロックモニタ３では制御棒引抜きの可否を判断し、プ
ロセスコンピュータ４では炉心性能計算を行う。ロッド
ブロックモニタ３の制御棒引抜き可否は、図４の制限レ
ベルに従う。制限レベルは、ＲＢＭ値とも呼ばれ、運転
員が引抜き対象として選択した制御棒周りの複数のＬＰ
ＲＭ検出器出力（局部出力）と炉心流量の関係で、低位
置、中間位置、正位置の３段階に設定される。

【００２０】手動で制御棒操作する場合、選択した制御
棒を引抜いていくと局部出力レベルが徐々に上昇し、ま
ず低位置より２％低いレベルに達すると制御棒は一旦停
止する。運転員は、この時の炉心状態を確認して、危険
がないと判断した場合にセットアップ操作を行う。この
セットアップ操作によって、制限レベルは中間位置に再
設定され、更なる制御棒引抜きが可能となり、運転員が
制御棒引き抜きを継続して行うと、また局部出力レベル
が上昇し中間位置の２％手前で再度、制御棒が停止す
る。この時も運転員は炉心状態の安全を確認して、セッ
トアップ操作を行い、これによって制限レベルが正位置
に再々設定され、更なる制御棒引抜きが可能となる。

【００２１】このような制御棒引抜き操作を自動で行う
場合、熱的制限値監視装置１によるＣＰＲとＬＨＧＲの
監視結果から、運転制限範囲を逸脱しなければ、熱的制
限値監視装置１からロッドブロックモニタ３に対してセ
ットアップ操作に相当するセットアップ信号を連続的に
出力する。この場合、制御棒は制限レベルの２％手前で
停止することなく、正位置まで連続的に引抜かれ、運転
員の手動操作は必要としない。ここで、熱的制限値監視
装置１によるＣＰＲとＬＨＧＲの監視結果から、運転制
限範囲を逸脱したと判定された場合は、セットアップ信
号の出力を停止し、かつ制御棒制御手段５に対して自動
出力調整運転を禁止する自動モード解除信号を出力する
ことによって、すべての制御棒操作を手動にする。

【００２２】熱的制限値監視装置１は、図１のように各
ＬＰＲＭ検出器の出力信号を入力している。この各ＬＰ
ＲＭ検出器の出力信号は、前述の監視領域ごとの出力レ
ベルを平均演算する領域中性子束平均演算手段１２に入
力され、領域中性子束平均演算手段１２の出力は、ロー
パスフィルタ１３に入力される。ローパスフィルタ１３
は、領域中性子束平均値の低周波成分のみを通過させ
る。ローパスフィルタ１３の出力信号は、ＣＰＲ演算器
１４とＬＨＧＲ演算器１５によって熱的制限値が算出さ
れる。ＣＰＲ演算器１４とＬＨＧＲ演算器１５のそれぞ
れの演算結果は、判定器１６、判定器１７で運転制限範
囲を逸脱しているか否かを判定され、それぞれの判定結
果２０ａ、２０ｂとしてＯＲゲート１８に入力される。
判定結果２０ａ、２０ｂのいずれかが「逸脱」であれ
ば、監視結果２０ｃが「逸脱」になり、これが制御棒制
御手段５に対しては自動モード解除信号を意味し、ロッ
ドブロックモニタ３に対しては、ＮＯＴゲートでセット
アップ信号がネゲートされ、非セットアップとなりセッ
トアップ信号の出力が停止状態となる。

【００２３】熱的制限値監視装置１をより詳細に示すと
図５のようになる。熱的制限値監視装置１では、出力領
域中性子モニタ２から各ＬＰＲＭ検出器出力９−１−Ａ
〜９−ｎ−Ｄと炉心流量信号を取り込んでいる。前述の
ように熱的制限値は、炉心を水平方向を複数の領域に分
割して、更にそれぞれの領域で垂直方向にＬＰＲＭ検出
器出の設置レベル（Ａレベル〜Ｄレベル）ごとに監視す
る。このため、炉心の水平方向の領域の中性子束平均値
を求める領域中性子束平均演算手段１２では、中性子束
平均演算器１２−Ａ〜１２−Ｄを用いてＡレベル、Ｂレ
ベル、Ｃレベル、Ｄレベルごとに別々に中性子束平均値
を求める。

【００２４】中性子束平均演算器１２−Ａ〜１２−Ｄの
出力は、それぞれのレベルごとにローパスフィルタ１３
−Ａ〜１３−Ｄで低周波成分のみを通過させる。ここ
で、ローパスフィルタ１３−Ｂ〜１３−Ｄの出力はＣＰ
Ｒ演算器１４に、ローパスフィルタ１３−Ａ〜１３−Ｄ
の出力はＬＨＧＲ演算器１５に入力する。ＣＰＲ演算器
１４では、水平方向の領域ごとにＣＰＲを求めるため、
ローパスフィルタ１３−Ｂ〜１３−Ｄの出力をすべて加
算する。ここで、中性子束の変化が小さい炉心最下部の
Ａレベルの中性子束平均値は、ＣＰＲ値の変化への影響
も少ないため、演算処理の高速化のためＣＰＲ演算の対
象から除外している。一方、ＬＨＧＲ演算器１５では、
燃料の単位長さ当たりの出力を求めるため、ローパスフ
ィルタ１３−Ａ〜１３−Ｄの出力を取り込んで垂直方向
すべてのレベルについて別々に演算する。以下に、ＣＰ
Ｒ演算器１４とＬＨＧＲ演算器１５の演算内容を示す。
以下の説明では、各ローパスフィルタの出力を単にＬＰ
ＲＭ出力と呼ぶことにする。

【００２５】ＣＰＲ演算器１４では、上記の如く水平方
向の監視領域ごとに演算する。まず、監視領域を囲むＬ
ＰＲＭ出力の平均値を求める。この平均値をＬＰＡＶ０
とし、ＬＰＡＶ０算出のためにＬＰＲＭ出力を取り込ん
だ時刻をｔ０とする。次に、時刻ｔ１に取り込んだＬＰ
ＲＭ出力を用いて平均値ＬＰＡＶを求める。ここで、算
出したＬＰＡＶ０とＬＰＡＶにより（数１）の計算を行
う。

【数１】 ＣＰＲat＝（ＬＰＡＶ０／ＬＰＡＶ）・Ａｆ・ＭＣＰＲ （数１）において、ＣＰＲatはＣＰＲ演算器が算出した
ＣＰＲを示し、Ａｆは炉心の出力分布、クォリティ変化
による影響を補正するため時刻ｔ０、ｔ１での制御棒位
置、炉心流量から導き出す係数、ＭＣＰＲはプロセスコ
ンピュータ４が炉心性能計算で求めた値を入力したもの
である。

【００２６】次に、運転制限値（ＯＬＭＣＰＲ）に対す
るＣＰＲatを相対値で表したＦＬＣＰＲを（数２）によ
って求める。

【数２】ＦＬＣＰＲ＝ＯＬＭＣＰＲ／ＣＰＲat ＯＬＭＣＰＲは、図６のように炉心流量に応じてＣＰＲ
演算器１４で決定される。ＦＬＣＰＲは、判定器１６に
送出され、ＦＬＣＰＲ≧１．０の条件が成立するか否か
を判定、各領域のいづれかでこの条件が成立した場合に
は運転制限範囲を逸脱したとする。

【００２７】次に、ＬＨＧＲ演算器１５の演算内容につ
いて説明する。ＬＨＧＲ演算器１５では、水平方向の監
視領域を垂直方向の各レベルごとに次のような演算を実
施する。まず、時刻ｔ０′におけるＬＰＲＭ出力の平均
値ＬＰＡＰ０を求め、これを初期値とする。次に、時刻
ｔ１′におけるＬＰＲＭ出力の平均値ＬＰＡＰを求め、
（数３）の計算を行う。

【数３】ＬＨＧＲat＝（ＬＰＡＰ／ＬＰＡＰ０）・Ｂｆ
・ＭＬＨＧＲ Ｂｆは、制御棒動作による局所的出力変化を補正するた
め、時刻ｔ０′、ｔ１′の制御棒位置から導き出す係数
である。（数３）のＬＨＧＲatを燃料の燃焼度によって
決められたＭＣＰＲ（プロセスコンピュータ４から入
力）と比較するため、（数４）で相対値ＦＬＰＤを求め
る。

【数４】ＦＬＰＤ＝ＬＨＧＲat／ＭＣＰＲ この結果は判定器１７に出力され、各領域のいづれかで
ＦＬＰＤ≧１．０が成立していれば、運転制限範囲を逸
脱したと判定される。

【００２８】上述したように、ＣＰＲ、ＬＨＧＲの演算
においては、（数１）、（数３）からわかるように、Ｌ
ＰＲＭ出力平均の初期値ＬＰＡＶ０、ＬＰＡＰ０に対す
る時間的なＬＰＲＭ出力平均の変化量を評価して、運転
制限範囲の逸脱の判定がなされている。このため、ＬＰ
ＲＭ出力の変化量が大きいと運転制限範囲を逸脱する可
能性が非常に高くなる。従って、ＭＯＸ燃料を用いるこ
とによって中性子束のゆらぎ量が大きくなると、各ＬＰ
ＲＭ検出器の出力信号の変化量も大きくなるため運転制
限範囲を逸脱しやすくなり、ロッドブロックモニタ３の
セットアップ、自動出力調整運転が解除される頻度が増
加する。ＭＯＸ燃料によるゆらぎは、各ＬＰＲＭ検出器
が個々に検出するが、炉心特性から、ゆらぎの位相はほ
ぼ同相であることがわかっており、領域中性子束平均演
算手段１２で平均処理してもゆらぎ成分はほとんど除去
できない。そこで、ＭＯＸ燃料によるゆらぎの周波数成
分が、本来の中性子束信号の周波数成分（出力領域で
は、ほとんど直流に等しい低周波）より高いことから、
ローパスフィルタ１３−Ａ〜１３−Ｄの遮断周波数を１
〜１０Ｈｚのいずれかに設定して、ゆらぎ成分を除去す
る。熱的制限値の演算におけるローパスフィルタ１３−
Ａ〜１３−Ｄの効果を具体的に説明する。

【００２９】図７に、ローパスフィルタが有る場合と無
い場合のＬＰＲＭ検出器の出力信号を示す。ＣＰＲ演算
器１４で、時刻ｔ０におけるＬＰＲＭ検出器の出力を取
り込んでＬＰＡＶ０を、時刻ｔ１におけるＬＰＲＭ検出
器の出力を取り込んでＬＰＡＶを、それぞれ求めたとす
る。ローパスフィルタがない場合、ＬＰＡＶ０は９５
％、ＬＰＡＶは１０５％である。これを（数１）に代入
すると、ＣＰＲatは０．９Ａｆ・ＭＣＰＲとなり、（数
２）のＦＬＣＰＲは、ゆらぎのレベル変化量が０％であ
る時（ＬＰＡＶ０＝ＬＰＡＶ）に比べて１／０．９倍と
なる。解析によればフルＭＯＸ炉心では、運転サイクル
末期のＯＬＭＣＰＲを１．３６程度とし、ＣＰＲが約
１．４４になると予想されている。これらの数値と上記
ＬＰＡＶ０とＬＰＡＶの比を用いて（数２）でＦＬＣＰ
Ｒを求めると、１．０５となり、運転制限範囲逸脱の判
定条件ＦＬＣＰＲ≧１．０が成立し、自動での制御棒の
セットアップ操作をはじめとする自動出力調整運転がで
きなくなる。

【００３０】ローパスフィルタが有る場合、ＬＰＡＶ０
は９９％、ＬＰＡＶは１０１％となるため、ＦＬＣＰＲ
はＬＰＡＶ０とＬＰＡＶが等しい場合と比べて１／０．
９８倍となる。そこで、ローパスフィルタが無い場合と
同様に（数２）にフルＭＯＸ炉心のサイクル末期のＯＬ
ＭＣＰＲとＣＰＲ、ＬＰＡＶ０とＬＰＡＶの比を代入し
てＦＬＣＰＲを求めると０．９６となり、ＦＬＣＰＲ≧
１．０は成立せず、運転制限範囲を逸脱していないと判
定される。このため、セットアップ操作をはじめとする
自動出力調整運転を継続できる。

【００３１】ＬＨＧＲ演算器１５でも同様である。ＬＰ
ＲＭ検出器出力が最大である時に初期値ＬＰＡＰ０を求
め、ＬＰＲＭ検出器出力が最小である時にＬＰＡＰを求
めたとする。その結果、ローパスフィルタが無い場合
は、ＬＰＡＰ０は１０５％、ＬＰＡＰは９５％となる。
これを（数３）に代入すると、ＬＨＧＲatはＬＰＡＰ０
とＬＰＡＰが等しい場合に比べ、１．１１倍となる。解
析により、フルＭＯＸ炉心のＬＨＧＲは約１２．５ｋｗ
／ｆｔ、ＭＬＨＧＲは約１３．４ｋｗ／ｆｔであると予
想される。これらの数値を用いれば（数４）のＦＬＰＤ
は１．０４となり、運転制限範囲逸脱の条件であるＦＬ
ＰＤ≧１．０が成立する。

【００３２】ローパスフィルタが有る場合、ＬＰＡＰ０
は１０１％、ＬＰＡＰは９９％となる。（数３）より、
ＬＨＧＲatはＬＰＡＰ０とＬＰＡＰが等しい場合に比
べ、１．０２倍となる。これより（数４）のＦＬＰＤを
求めると、０．９５となり運転制限範囲逸脱の条件であ
るＦＬＰＤ≧１．０が成立しない。以上のことから、熱
的制限値監視装置１に、ローパスフィルタを設けること
によってＬＰＲＭ検出器の出力のゆらぎで熱的制限値を
逸脱したと判定することを防止可能なことが確認でき
る。このため、ＭＯＸ燃料での中性子束ゆらぎによっ
て、ロッドブロックモニタのセットアップ操作をはじめ
とする自動出力調整運転が解除されることはない。

【００３３】図８は本発明の他の実施例を示したもので
あり、図１と異なる部分はローパスフィルタの設定位置
が異なっている点である。図８においては、各ＬＰＲＭ
検出器の出力信号を領域で中性子束平均演算を行う前に
ローパスフィルタ１３１に入力するものである。この構
成によれば、各ＬＰＲＭ検出器の出力信号に存在するゆ
らぎを個々にフィルタ処理するため、ＬＰＲＭ検出器の
出力信号の僅かな位相差に起因して生じる中性子束平均
演算器１２−Ａ〜１２−Ｄの出力の極僅かなゆらぎをも
除去できる。このため厳密な熱的制限値の管理が可能に
なるという特徴がある。

【００３４】図９は本発明の他の実施例を示したもので
あり、図１と異なる部分はローパスフィルタに代えて、
データサンプリング手段１３２と信号選択手段１３３を
用いた点である。図９においては、領域中性子束平均演
算手段１２の出力信号をデータサンプリング手段１３２
で取り込む。取り込み周期は、中性子束ゆらぎの周期と
同期しないように設定する。例えば、ゆらぎの周期が
０．１秒であるとしたら、取り込み周期を０．０３秒と
する。データサンプリング手段１３２では、このような
取り込み周期で領域中性子束平均演算手段１２の出力信
号を３回以上の複数回取り込み、取り込んだデータを記
憶し、記憶した複数回分のデータを信号選択手段１３３
に出力する。信号選択手段１３３では、上記複数回分の
データの大小関係を比較し、その中間値のデータを選択
してＣＰＲ演算器１４、ＬＨＧＲ演算器１５に出力す
る。ＣＰＲ演算器１４、ＬＨＧＲ演算器１５では、信号
選択手段１３３が選択したデータを用いて熱的制限値を
算出する。

【００３５】これによって、熱的制限値の算出に用いる
データが、ゆらぎの最大値と最小値となることを防止で
き、ＣＰＲ演算器１４においてはＬＰＡＶ０とＬＰＡＶ
の比、ＬＨＧＲ演算器１５においてはＬＰＡＰ０とＬＰ
ＡＰの比が最大となることを回避できる。即ち、ＬＰＡ
Ｖ０とＬＰＡＶの変化量、ＬＰＡＰ０とＬＰＡＰの変化
量を少なくでき、（数２）のＦＬＣＰＲ、（数４）のＦ
ＬＰＤの値が１．０を越える可能性が減少する。換言す
れば、熱的制限値が運転制限値範囲を逸脱することを確
率的に減少させることができ、制御棒のセットアップ操
作をはじめとする自動出力調整運転が可能になる。この
実施例では、データ取り込みと信号選択による比較的単
純な処理で中性子束ゆらぎの影響を抑制できるため、熱
的制限値監視装置１のトータル演算処理をも簡素化でき
るという特徴がある。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、中性子束ゆらぎ量の増
大によって熱的制限値が運転制御範囲を逸脱するような
値になっても制御棒のセットアップ操作をはじめとする
自動出力調整運転が解除されることを防止できる。この
結果、運転サイクル末期での制御棒パターン調整などの
制御棒操作を定格出力のまま自動で行え、運転員の負担
を軽減できる。特に、ウランとプルトニュームの混合酸
化物（ＭＯＸ）燃料の沸騰水型原子力プラント、あるい
はウラン燃料であってもスペクトルシフト運転を行う沸
騰水型原子力プラントに効果がある。

【００３７】また、他の発明によれば、複数の中性子検
出器間でゆらぎの位相差が生じた場合にもゆらぎを制御
し、より厳密な熱的制限値の管理が可能になる。また、
他の発明によれば、低域通過フィルタの処理を行わずゆ
らぎによにる影響を抑制するため、熱的制限値監視装置
の演算を簡素化でき、さらには高速な演算処理が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の熱的制限値監視装置と
関連システムの全体構成を示すブロック図である。

【図２】ＬＰＲＭ検出器と燃料集合体及び制御棒の位置
関係を示す図である。

【図３】熱的制限値の監視領域とＬＰＲＭストリングの
水平配置を示す図である。

【図４】ロッドブロックモニタの制限レベルを示す図で
ある。

【図５】熱的制限値監視装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図６】炉心流量に対するＯＬＭＣＰＲを示す図であ
る。

【図７】ＬＰＲＭ検出器の出力信号にローパスフィルタ
を設けた場合の特性を示す図である。

【図８】本発明の他の実施の形態の熱的制限値監視装置
と関連システムの全体構成を示すブロック図である。

【図９】本発明の更に他の実施の形態の熱的制限値監視
装置と関連システムの全体構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１ 熱的制限値監視装置 ２ 出力領域中性子モニタ ３ ロッドブロックモニタ ４ プロセスコンピュータ ９−１−Ａ〜９−ｎ−Ｄ ＬＰＲＭ検出器 １２ 領域中性子束平均演算手段 １３ ローパスフィルタ １４ ＣＰＲ演算器 １５ ＬＨＧＲ演算器 １６、１７ 判定器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御棒操作と再循環流量制御によって出
   力制御を行う沸騰水型原子力発電プラントに用いられる
   熱的制限値監視装置おいて、 原子炉炉心部の中性子を検出する複数の中性子検出手段
   と、 該中性子検出手段の出力信号を入力して複数の領域に分
   割した原子炉の各領域ごとに平均中性子束を求める領域
   別中性子平均手段と、 該領域別中性子平均手段の出力信号の低周波信号を通過
   させる低域通過フィルタと、 該低域通過フィルタの出力信号と炉心の冷却水流量の計
   測値と制御棒の位置情報を取り込んで炉心の各領域での
   燃料の熱的制限値を求める熱的制限値演算手段と、 該熱的制限値演算手段が求めた演算結果が予め定めた運
   転制限範囲を超えた時に制御棒引抜き監視装置に対して
   制御棒引抜き許容値の再設定を許可するセットアップ信
   号の出力を停止する比較手段と、を具備することを特徴
   とする熱的制限値監視装置。
2. 【請求項２】 制御棒操作と再循環流量制御によって出
   力制御を行う沸騰水型原子力発電プラントに用いられる
   熱的制限値監視装置において、 原子炉炉心部の中性子を検出する複数の中性子検出手段
   と、 該中性子検出手段の出力信号の低周波信号を通過させる
   低域通過フィルタと、 該低域通過フィルタの出力信号を入力して複数の領域に
   分割した原子炉の各領域ごとに平均中性子束を求める領
   域別中性子平均手段と、 前記複数の中性子検出手段の出力信号と炉心の冷却水流
   量の計測値と制御棒の位置情報を取り込んで炉心の各領
   域での燃料の熱的制限値を求める熱的制限値演算手段
   と、 該熱的制限値演算手段が求めた演算結果が予め定めた運
   転制限範囲を超えた時に制御棒引抜き監視装置に対して
   制御棒引抜き許容値の再設定を許可するセットアップ信
   号の出力を停止する比較手段と、を具備することを特徴
   とする熱的制限値監視装置。
3. 【請求項３】 前記低域通過フィルタの遮断周波数が１
   ０Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１または請求
   項２に記載の熱的制限値監視装置。
4. 【請求項４】 制御棒操作と再循環流量制御によって出
   力制御を行う沸騰水型原子力発電プラントに用いられる
   熱的制限値監視装置において、 原子炉炉心部の中性子を検出する複数の中性子検出手段
   と、 該中性子検出手段の出力信号を標本化して取り込むサン
   プリング手段と、 該サンプリング手段の取り込んだ前記中性子検出手段の
   標本化信号の複数個のものを相互に比較し中間値を選択
   し出力する中間標本値選択手段と、 該中間標本値選択手段の出力信号を入力して複数の領域
   に分割した原子炉の各領域ごとに平均中性子束を求める
   領域別中性子平均手段と、 前記複数の中性子検出手段の出力信号と炉心の冷却水流
   量の計測値と制御棒の位置情報を取り込んで炉心の各領
   域での燃料の熱的制限値を求める熱的制限値演算手段
   と、 該熱的制限値演算手段が求めた演算結果が予め定めた運
   転制限範囲を超えた時に制御棒引抜き監視装置に対して
   制御棒引抜き許容値の再設定を許可するセットアップ信
   号の出力を停止する比較手段と、を具備することを特徴
   とする熱的制限値監視装置。
5. 【請求項５】 上記原子力発電プラントは、燃料の全部
   又は一部にＭＯＸ燃料を含むものとした請求項１〜４の
   いずれかの熱的制限値監視装置。
6. 【請求項６】 上記原子力発電プラントは、燃料として
   ウラン燃料を使うものとし、且つスペクトルシフト運転
   を行うものとした請求項１〜４のいずれかの熱的制限値
   監視装置。