JPS5931494A - 原子力発電所の出力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、原子力発電所の出力制御装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に沸騰水形原子力発電所の出力制御装置には、炉心
内の制御棒を挿入・引抜駆動する制御棒駆動系と、炉心
を流通する冷却水量を制御する再循環流量制御系と、タ
ービンへ流入する蒸気流量を制御するタービン制御系（
ＥＨＣ）がある。このうち制御棒駆動系と再循環流量制
御糸は原子炉出力を制御するものであり、タービン制御
系はタービンへの上記流量を制御することにより発電機
の出力を制御するもである。

第１図は従来の沸騰水型原子力発電所の出力制御装置の
構成を示すものである。原子炉圧力容器１の内部には炉
心２が設けられ、かつ冷却材（軟水）が収容されている
。そして圧カ容器１の外部には２系統の再循環配管３Ａ
、３Ｂが設けられ、各配管３Ａ、３Ｂ中に介挿された再
循環ポンプ４Ａ、４Ｂを駆動して圧力容器１内のジェッ
トポンプ５の上方より冷却材を供給し、冷却材を炉心２
に再循填させるように構成されている。

炉心２を流通する冷却材再循環量は、再循環ポンプ４Ａ
、４Ｂの回転数に応じて制御される。

また再循環ポンプ４Ａ、４Ｂの回転数は、ポンプ駆動用
の電動機６Ａ，６Ｂへ電力を提供する周波数電源装置７
Ａ，７Ｂの出力周波数を調製することにより制御される
。そして、この周波数の調製は再循環流量制御装置８に
よって行なわれる。一方炉心２には燃料棒（図示せず）
の他に複数の制御棒９…が下方より挿入され、かつ炉心
出力を、検出する複数の中性子検出器１０…が設けられ
ている．そして制御棒９…は圧力容器１の下方に設けら
れた制御棒駆動機構１１…により上下に駆動され、炉心
２に対する挿入引抜動作を行なう。また原子炉で発生し
た主蒸気は主蒸気配管１２より送出される。この主蒸気
配管１２にはタービン主蒸気止め弁１３及び蒸気加減弁
１４が介挿されている、そして主蒸気配譬１２より送出
された主蒸気はタービン１５へ供給され、このタービン
１５を駆動する。

またタービン１５は発電機１６を駆動し、その電気出力
は送電線１７を通して電力系統へ供給される。

またタービン入口の蒸気圧力はタービン主蒸気止め弁１
３の上流側に設けられた圧力検出器１８により検出され
、ぞの検出圧力は電気信号に変換されてタービン制御系
（ＥＨＣ）１９の圧力設定値と比較される。そしてその
検出圧力が圧力設定値より高い場合にはタービンバイパ
ス弁２０の下位度を増加させて主蒸気配管１２より復水
２１へ至るバイパス流量を増加させる。一方、蒸気加減
弁１４の開度はＥＨＣ１９の負荷設定器２２と、送電線
１７に設けられている電圧変成器２３、電流変成器２４
より電力を検知する発電機出力検出器２５の偏差に応じ
て制御される。なお発電機出力検出器２５はタービン入
口第１段階後の圧力も置換できる。

〔背景技術の問題点〕

原子炉の機動から定格出力運転に至るまでの出力制御は
、定格出力の約６５％までを制御棒駆動系により行い、
その後は再循環流量制御系により行われている。

そして制御棒駆動形の操作と再循環流量制御系の操作が
別々の運転員によって行なわれるため、多数の運転員が
必要であり、さらに、燃料ペレットと燃料被覆材の相互
作用により燃料破損を防止する、いわゆるＰＣＩＯＭＲ
運転が導入されると、運転員に高度な熟練が要求される
問題があった。

発明の目的 本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので
、その目的は、出力制御を自動化して運転員の負担を軽
減し、かつ燃料消費量の節減と燃料調整時間の短縮を図
ることができる原子力発電所の出力制御装置を提供する
ことになる。

発明の概要 本発明に係る原子力発電所の出力制御装置は、再循環ポ
ンプの回転速度を制御する再循環流量制御系と、原子炉
圧力容器内における出力決定要囚となる信号を入力して
原子炉出力を演算する原子炉出力演算器と、原子炉目標
出力、再循壌流量制御の変化率及び目標出力到達後の保
持時間を設定する設定器を備えこれらの設定器により設
定された信号と前記原子炉出力演算器の出力信号にもと
づいて発電所出力の変動率を演算する出力設定演算器と
、この出力演算器の出力信号にもとづいて制御棒の制御
手順を決定する制御棒密度設定演算器と、出力制御モー
ドを制餌棒操作モード又は再循環流量制御モードに切替
える制御モード選択装置と、前記出力設定演算器の出力
信号及び再循環流量信号にもとづいて前記再循環流量制
御系の設定値を調製する再循環流量設定演算器と、前記
原子炉出力演算器の出力信号にもとづき原子炉出カ上昇
に追従してタービンの出力設定値を調整するタービン出
力設定演算器とを具備したことを特徴とするものである
。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を第２図ないし第３図を参照して
説明する。

第２図は原子力発電所の出力制御装置を示し、第３図は
この出力制御装置の出力選択装置を示している。なお沸
騰水形原子炉プラントについては第１図と同様の構成で
あるため同一部分に同一符号を付して詳細な説明は省略
する。

図中３０は再循環流量制御系を示し、図中３１はこの再
循環流量制御系３０の主制御器である。この主制御系３
１の出力信号は速度制限器３２を経て、２系統の自動／
主導切換器３３Ａ、３３Ｂの入力となる。上記速度制限
機３２は原子炉出力７５％相当速度以上の信号を通過さ
せるものであり、自動／手動切換器３３Ａ、３３Ｂは自
動、手動のモード選択を行うためのものである。そして
手動モードを選択した時は運転員か調製ダイヤルを直接
操作できるほか、外部からの電気信号によっても調製ダ
イヤルを操作することができる。

そこでまず運転員が手動モードで再循環ポンププ４Ａ、
４Ｂの速度を徐々に速度制限器３２の制限値まで上昇さ
せたのち、自動／手動切換器３３Ａ、３３Ｂを自動モー
ドに切侯えると、自動／手動切換器３３Ａ、３３Ｂは主
制御器３１からの信号により制御される。各自動／手動
切換器３３Ａ、３３Ｂの出力信号は速度制御装置３４Ａ
、３４Ｂを経て前記可変周波数電源装置７Ａ、７Ｂの入
力となり、さらに電動機６Ａ、６Ｂへ出力されて再循環
ポンプ４Ａ，４Ｂの回転数を制御する。

一方、図中４０は原子炉出力演算器で、この演算器４０
は炉心２内部の中性子束検出器１０…、主蒸気量検出器
（図示せず）、熱出力検出器（図示せず）等からの信号
を入力し、原子炉の出力状況に応じた演算結果を出力す
る。この出力信号は出力設定演算器４１、原子炉出力検
出器４２．４３及びタービン出力設定演算器４４の入力
となる。

第３図の接点４２Ａ、４２Ｂは一方の原子炉出力検出器
４２の出力接点で、両級点４２Ａ、４２Ｂは択一的に閉
成する関係にあり、原子炉出力が定格出力の４５％未満
では一方の接点４２Ａか閉成しており、４５％以上では
他方の接点４２Ｂか閉成する。また第３図の接点４３Ａ
、４３Ｂは他方の原子炉出力検出器４３の出力接点で、
これらの接点４３Ａ、４３Ｂも択一的に閉成する関係に
ろり、原子炉出力が定格出力の７５％未満では一方の接
点４３Ａが閉成しており、原子炉出力か定格出力の７５
％〜１００％では他力の接点４３Ｂが閉成する。

また前記出力設定演算器４１は、原子炉目標出力設定器
４１Ａ、再循環流量制御の変化率設定器４１Ｂ及び目標
標出力到達後の保持時間設定器４１Ｃからの各要求信号
と、原子炉出力演算出４０からの出力信号とを比較して
その偏差量を演算すると同時に、原子炉及びタービンの
負荷上昇率の制限値の演算を行ない、その演算結果を出
力する。そして第３図に示す制御棒操作モード選択リレ
ー４５が励磁されていればそのリレー４５の接点４５Ａ
が閉成し、この接点４５Ａを介して出力設定演算器４１
からの出力信号が制御棒密度設定演算器４６に入力する
。

また再循環流量制御系３０で原子炉出力制御を行なう場
合は接点４５Ａが解放し、第３図に示す再循環流量制御
モード選択リレー４７又は４８が励磁されてリレー４７
の接点４７Ａ，４７Ｂ又はリレー４８の接点４８Ａ、４
８Ｂが閉成するほうになる。なお再循環流量制御モード
選択リレー４７，４８はいずれも運転モードをＰＣＩＯ
ＭＲ運転に設定する必要がある場合における再循環流量
系３０の運転モードを選択するものである。

制御棒密度設定演算器４６は原子炉目標出力の設定信号
と制御棒制御手順シーケンス信号とを比較し、要求信号
量に応じた出力信号を制御棒駆動機構９へ人力する。こ
れによって炉心２の制御棒密度を調製され、原子炉出力
が制御される。

再循環流量設定演算器４９は設定器４１Ａで設定された
原子炉目標出力信号と、設定器４１Ｂで設定された再循
環流量の変化率信号と、設定器４１Ｃで設定された原子
炉目標出力到達後の保持時間信号とを入力するとともに
、再循環配管３Ａ，３Ｂに設けられている再循環流量検
出器５０Ａ、５０Ｂからの検出信号にもとづき再循環総
流量演算器５１で演算された総流量信号を入力し、それ
らの信号の偏差量を演算処理する。そして再循環流量設
定演算器４９の出力信号は主制御器３１又は自動／手動
切換器３３Ａ、３３Ｂの制御信号となる。なお、第４図
（Ａ）は再循環流量設定演算器４９の出力信号レベルを
示し、同図（Ｂ）は自動／手動切換器３３Ａ、３３Ｂの
調整ダイヤル位置を示し、同図（Ｃ）は自動／手動切換
器３３Ａ、３３Ｂの出力レベルを示すものである。

また、第３図中５２Ａ、５２Ｂは原子炉系が正常である
とき閉成している連動接点であり、５３Ａ、５３Ｂはタ
ービン発電機系が正常であるとき閉成している連動接点
である。さらに図中５４は制御棒手動制御系が正常であ
るとき閉成している接点でおり、図中５５は制御棒位置
指示系か正常であるとき閉成している接点である。

前記一方の自動／手動切換器３３Ａが手動セードのとき
第３図の接点５６Ａが閉成し、同切換器３３Ａが自動モ
ードのとき接点５６Ｂが閉成する。また他方の自動／手
動切換器３３Ｂが手動モードのとき第３図の接点５７Ａ
が閉成し、同切換器３３Ｂが自動モードのとき接点５７
Ｂが閉成する。

前記タービン出力設定演算器４４は、原子炉出力演算器
４０からの原子炉出力信号と、発電機１６を電力系統に
併入するしゃ断器の動作信号とを入力し、原子炉出力に
一定出力をバイアスしてその演算結果を、負荷設定器駆
動装置５８を介して前記ＥＨＣ１９の負荷設定器２２へ
入力し、タービン出力を設定する。このとき上記演算結
果が負荷設定器２２の１ステップ変化分に達した時点で
出力信号を負荷設定器駆動装置５８へ出力し、負荷設定
器２２の位置を調整する。演算内容は原子炉出力信号の
増加方向、識少力向会−区別し、増加方向の増分は一定
出力分を加算して出力信号とし、減少方向の場合は一定
出力分を加算した出力値になるように蒸気加減弁１４の
開度を絞り、タービンバイパス弁２０を開弁させること
なく出力を降下させる。

次に、このように構成された原子力発電所の出力制御装
置の作用について説明する。

第５図は原子炉及びタービン発電機の機動軸特制を示す
もので、同図（Ａ）は制御棒引抜本数、同図（Ｂ）は炉
心流量、同図（Ｃ）は原子炉出力、同図（Ｄ）は負荷設
定器位置、同図（Ｅ）はタービンバイパス弁開度、同図
（Ｆ）は発電機出力をそれぞれ示している。

原子力発電所の機動に当り、先ず出力設定演算器４１の
各設定器４１Ａ，４１Ｂ４１ｃにおいて原子炉目標出力
、再循環流量制御の変化率目標出力到達後の保持時間を
設定する。そして原子炉出力が定格出力の４５％未満の
とき、原子炉出検出器４２の一方の接点４２Ａは閉成状
態に保持され、他力の接点４２Ｂは解放状態に保持され
ている。また原子炉系及びタービン発電機系が正常であ
れば、接点４２Ａの閉成によりリレー４５が動作して接
点４５Ａを閉成させる。そこで出力設定演算器４１の出
力信号は制御棒密度設定演算器４６を介して制御棒駆動
機構１１へ入力し、原子炉圧力容器１内の各部と冷却材
が予め定められたパターンで温度上昇すりょうに、制御
棒９…が引抜き駆動される。

これによって原子炉出力が次第に上昇する。

また前記ＥＨＣの９は、原子炉出力の上昇に伴なう原子
炉圧力上昇を押さえるように動作して、タービンバイパ
ス弁２０の開度が徐々に増大する。そして原子炉出力が
目標出力の１０％に達すると、発電機１６を電力系統に
併人させる。

その後、ＥＨＣ１９の負荷設定器２２はタービン出力設
定演算器４４によって徐々に増方向へ駆動され、発電機
１６の出力が徐々に増大してタービンバイパス弁２０が
全閉する。この間、原子炉出力は一定に保持される。

タービンバイパス弁２０が全閉すると、出力設定演算器
４１の出力信号が制御棒密度設定演算器４６を介して制
御棒駆動機構１１へ入力し、制御棒引抜操作が開始され
る（第５図中ａ１）。

この間、再循環ポンプ４Ａ，４Ｂの回転速度は約２０％
上昇し、炉心流量は自然循環量より若干増加する（第５
図中ｂ１）。

原子炉出力の上列に伴ない発箪儀出力か上列し（第５図
中ｆ１）、約３時間程の制御で原子炉出力が定格出力の
約４５％に達すると（第５図中Ｃ１）原子炉出力検出器
４２の一方の接点４２Ａ開放すると同時に他方の接点４
２Ｂが閉成する。

ぞして原子炉糸及びタービン発電機系が正常であれば、
原子炉出力検出器４３の一方の接点４３Ａの閉成により
再循環流量制御モード選択リレー４７が動作する。そこ
で出力設定演算器４１は制御棒引抜操作を停止し、続い
てリレー４７の接点４７Ａ、４７Ａが閉成することによ
り出力設定演算器４１の出力信号は再循環流量設定演算
器４８を介して自動／手動切換器３３Ａ、３３Ｂへ人力
し、原子炉出力が変化率設定器４１Ｂにより予め設定さ
れた値となるまで再循環ポンプ４Ａ、４Ｂの速度を制御
する。炉心流量は約３日間で定格流量に達する（第５図
中ｂ２）。そして保持時間設定器４１℃で予め設定され
た期間（約半日間）、原子炉出力は一定保持され、燃料
棒の膨張具合が調整される。

その後、原子炉目標出力設定器４１Ａにより、目標出力
を再度設定し、自動／手動切換器３３Ａ。

３３Ｂを再循環流量設定演算器４８で制御して再循環ポ
ンプ４Ａ、４Ｂの回転速度を約２０％まで路し、原子炉
出力を低下させる（第５図中Ｃ２）。この間、タービン
出力設定演算器４４は徐々に負荷設定器２２の設定負荷
を低下させ、蒸気加減弁１４を閉弁して発車戦出力を低
下させる（第５図中ｆ２）。

そして再循環ポンプ速度が約２０％に低下すると原子炉
出力検出器４２の接点４２Ｂが開放すると同時に接点４
２Ａが閉成し、制御棒操作モード選択リレー４５の動作
により接点４５Ａが閉成する。そこで出力設定演算器４
１の出力信号は制御棒密度設定演算器４６を介して制御
棒駆動機構１１へ入力し、制御棒引抜操作が再び開始さ
れる（第５図中ａ２）。このときの制御棒引抜操作は、
原子炉出力が毎分約０．４％の割合で上昇するような速
度で約３時間にわたって行なわれる。

原子炉出力が定格出力の４５％に達すると、原子炉出力
検出器４２の出力接点４２Ｂが閉成して再循環流量制御
モード選択リレー４７が動作する。これによって接点４
７Ａ、４７Ｂが閉成し、出力設定演算器４１の出力信号
が再循環流量設定演算器４９へ入力し、更に自動／手動
切換器３３Ａ、３３Ｂ及び速度制御装置３４Ａ、３４Ｂ
を介して周波数電源装置７Ａ、７Ｂヘ入力する。そして
この電源装置７Ａ、７Ｂの出力周波数と電圧を制御し、
再循環ポンプ４Ａ、４Ｂの速度を制御する。

原子炉出力の上昇に伴い、タービン出力設定演算器４４
は負荷設定器駆動装置５８を介してＥＨＣ１９の負荷設
定器２２を駆動し、発電機出力を上昇させる（第５図中
ｆ３）。

原子炉出力か定格出力の約７５％に達すると、原子炉出
カ検出器４３の一方の出力接点４３Ａが開放すると同時
に他方の出力接点４３Ｂが閉成し、−方の再循環流量制
御モード選択リレー４７は動作停止し、他方の再循環流
量制御モード選択リレー４８が動作する。そこで接点４
７Ａ４７Ｂが開放し、接点４８Ａ，４８Ｂが閉成して再
循環流量設定演算器４９からの出力信号は主制御器３１
へ入力し、その出力信号調整ダイヤル位置を制御する。

これによって原子炉出力は原子炉目標出力設定器４１Ａ
で設定された値まで上昇する。原子炉出力が定格出力に
達するまでに要する時間は、毎時定格出力の０．１〜０
．４％の上昇率となるように変化率設定器４１Ｂにで設
定した場合、約３日程度である（第５図中Ｃ３）。

原子炉出力が目標出力に達した後、保持時間設定器４１
Ｃにより所定の時間を設定しておけは、ゼノン反応によ
る出力降下も自動的に再循環ポンプ４Ａ、４Ｂの回転速
度か上昇することにより補正され、発電機出力は一定に
保持される（第５図中ｆ４）。

なお、以上は原子炉出力を上昇する場合についての説明
であるが、出力降下の場合についても同様に制御するこ
とができる。また以上の説明では制御システムにアナロ
グ制御回路を使用するものとしたが、デジタル制御回路
を使用することもできる。またデジタルハードウェアを
採用するときはプログラミングされたデジタルコンピュ
ータを、公知の手段によって制御回路に組込むことかで
きる。さらに、原子炉目標出力設定器４１Ａ、再循環流
量制御の変化率設定器４１Ｂ、目標出力到達後の保持時
間設定器４１Ｃはポテンショメータに限らず、デジタル
スイッチにより構成してもよい。

〔発明の効果］ 以上詳述したように、本発明に係る原子力発電所の出力
制御装置によれば、原子炉系とタービン発電機系とを協
調させて自動的に目標出力到達までの出力制御を行なう
ことができ、燃料経済性の向上と、燃料調整時間の短縮
を図るこできるので、低率制御することにより燃料被覆
材の破損を防止でき、しかもＰＣＩＯＭＲ運転終了後は
高率の出力変動を行なうことができる。そして原子炉、
タービンの各制限値を演算して最適な上昇率で出力制御
を行なうことができ、定格出力に達するまでの時間短縮
を図ることができる。さらに、目標出力到達後の出力保
持を行なうことにより、ゼノン反応による出力変動を自
動的に修復することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水型原子力発電所の出力制御装置を示す系
統図、第２図及び第３図は本発明の一実施例を示すもの
で、第２図は沸騰水形原子力発電所の出力制御装置を示
す系統図、第３図は同出力制御装置の出力選択装置を示
す系統図、第４図は再循環流量制御系の機能を示すもの
で、同図（Ａ）は再循環流量設定演算器の調整ダイヤル
位置、同図（Ｃ）は同切換器の出力レベルの各変化をし
めし、第５図は原子力発電所の各種パラメータの特性を
示すもので、同図（Ａ）は制御棒引抜本数、同図（Ｂ）
は炉心流量、同図（Ｃ）は原子炉出力、同図（Ｄ）は負
荷設定位置、同図（Ｅ）はタービンバイパス弁解度、同
図（Ｆ）は発電出力の各変化を示すものである。 １…原子炉圧力容器、２…炉心、４Ａ，４Ｂ…再循環ポ
ンプ、９…制御棒、１５…タービン、１６…発電機、３
０…再循環流量制御系、４０…原子炉出力演算器、４１
…出力設定演算器、４１Ａ…原子炉目標出力設定器、４
１Ｂ…再循環流量制御の変化率設定器、４２、４３…原
子炉出力検出器、４４…タービン出力設定演算器、４６
…制御棒密度設定演算器、４９…再循環流量設定演算器
、５１…再循環総流量演算器。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第３図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）再循環ポンプの回転速度を制御する再循環流量制
   御系と、原子炉圧力容器内における出力決定委因となる
   信号を入力して原子炉出力を演算する原子炉出力演算器
   と、原子炉目標出力、再循環流量制御の変化率及び目標
   出力到達後の保持時間を設定する設定器を備たこれらの
   設定器により設定された信号と前記原子炉出力演算器の
   出力信号にもとづいて発電所出力の変動率を演算する出
   力設定演算器と、この出力演算器の出力信号にもとづい
   て制御棒の制御手段を決定する制御棒密度設定演算器と
   、出力制御モードを制御棒操作モード又は再循環流量制
   御モードに切換える制御モード選択装置と、前記出力設
   定演算器の出力信号及び再循環流量信号にもとづいて前
   記再循環流量制御系の設定値を調整する再循環流量設定
   演算器と、前記原子炉出力演算器の出力信号にもとづき
   原子炉出力上昇に追従してタービンの出力設定値を調整
   するタービン出力設定演算器とを具備したことを特徴と
   する原子力発電所の出力制御装置。
2. （２）前記出力設定演算器は、原子炉運転に先立ち前記
   各設定器により原子炉目標出力、再楯環流量制御変化率
   及び目標出力到達後の保持時間を設定してそれらの設定
   信号を人力したのち原子炉出力を上昇させ、燃料棒の燃
   焼度分布を調整することを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項記載の原子力発電所の出力制御装置。