JPS60129694A - 原子力発電所の圧力制御装置 - 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〕 本発明は沸騰水型原子力発電所の圧力制御装置に係り、
とシわけ圧力制御に用いる圧力フィードバック信号を圧
力容器ドーム部とタービン入口部の２カ所から検出して
、圧力容器ドームの圧力制御とタービン入口の圧力制御
との２つの圧力制御方法を採用することのできる原子力
発電所の圧力制御装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

沸騰水型原子力発電所において、原子炉圧力容器内に発
生した蒸気の圧力を制御する圧力制御装　−置としては
、圧力容器ドーム部の圧力を制御信号として用いるドー
ム圧力制御装置と、タービン入口部の圧力を制御信号と
して用いるタービン入口圧力制御装置が知られている。

第１図はドーム圧力制御装置の一例を示すブロック図で
ある。図において符号１は原子炉圧力容器であり、圧力
容器１で発生した蒸気は、主蒸気管２を通してタービン
３へ送うレ、タービン３に直結された発電機４０回転駆
動用として使用された後、復水器５において凝縮される
。圧力容器１のドーム部に取付けられた圧力検出器７に
より検出されたドーム部の蒸気圧力は、加算器９で圧力
設定値８と比較され、その偏差が比例演算器１０へ入力
される。比例演算器１０のゲインによシドーム圧力の圧
力調定率（圧力制御範囲）が決定される。

比例演算器１０の出力、すなわち蒸気流量の要求信号は
、低値優先回路１２においてタービン速度／負荷要求信
号１１と比較され、小さい方の要求信号が通過する。通
常運転中は、比例演算器１０の出力（蒸気流量の要求信
号）が通過して圧力制御が行われる。低値優先回路１２
の出力信号は２つに分れ、一方は関数発生器（加減弁流
量特性補償用）１３によシ加減弁開度要求信号に変換さ
れた後、加減弁サーボ１４に入力され加減弁１５を操作
する。また、低値優先回路１２の出力がタービン速度／
負荷要求信号１１になっている時などは、他方のバイパ
ス弁サーボ１７に入力されバイパス弁１６を操作する。

加減弁１５あるいはバイパス弁１６を操作することによ
シ、そのときの原子炉出力と圧力調定率で定まる圧力に
ドーム部の圧力が制御される。

第２図はタービン入口圧力制御装置の一例を示すブロッ
ク図である。この制御装置においては、加減弁１５およ
びバイパス弁１６の前段位置（上流側位置）に設けられ
た圧力検出器１８により検出された主蒸気管２内の蒸気
圧力が、加算器加において圧力設定値１９と比較され、
その偏差が圧力調整器２１に入力される。この圧力調整
器２１は進み・遅れ要素を持っている。圧力調整器２１
の出力は、比例演算器２２により蒸気流量の要求信号に
変換されろ。

比例演算器２２のゲインはタービン入口圧力の圧力調定
率を決定する。比例演算器ｎの出力（蒸気流量の要求信
号）は、低値優先回路１２においてター（３） ビン速度／負荷要求償号１１と比較され、小さい方の要
求信号が通過する。低値優先回路１２の出力信号は２つ
に分かれ、関数発生器１３、加減弁サーボ１４に送られ
、加減弁１５を操作するか、あるいはバイパス弁サーボ
１７に送られ、バイパス弁１６を操作する。このように
して加減弁１５あるいはバイパス弁１６を操作すること
により、タービン入口の蒸気圧力が制御される。なお、
第１図および第２図において符号６は蒸気止め弁であり
、乙は主蒸気隔離弁である。

ところで、ドーム圧力制御は、圧力容器内の圧力を制御
用信号として用いているため、一般的にタービン入口圧
力制御に比べて原子炉の出力外乱、圧力外乱に対する応
答が速く、原子炉運転中の過渡現象時の原子炉圧力の上
昇や原子炉水位の変動が緩和される。高出力運転時にお
いては、出力に対する原子炉圧力の変化の傾きがタービ
ン入口圧力制御の場合よシ小さいので、原子炉出力の変
化を伴う事象において、原子炉圧力の変化幅を小さく抑
えることができる。また、主蒸気隔離弁るの（４） 一部閉鎖の時も、タービン入口圧力制御では、タービン
入口圧力制御は上手く制御されても、主蒸気隔離弁膜の
閉鎖による主蒸気管内の圧力損失の増加で原子炉圧力は
高い圧力で整定することになるが、ドーム圧力制御によ
れば、主蒸気管内の圧力損失の変化にかかわシなく原子
炉圧力をほぼ一定に制御することができる。

一方、原子炉の低出力運転時においては、蒸気流量が少
ないためタービン入口圧力は低く、かつ加減弁の開度に
対する流量の特性はかな９ゲインの大きな領域になって
いる。そのため、弁開度の急激な変化は主蒸気圧力の変
化速度を大きくしてしまうことになυ、タービン設備の
健全性の維持および原子炉保護機能の不必要な動作の回
避の点からは、ドーム圧力制御によるようもタービン入
口圧力を直接制御するタービン入口圧力制御の方が、圧
力変動の小さい安定な制御を期待できる。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点を考慮してなされたものであシ、
タービン入口圧力制御とドーム圧力制御の２つの制御方
法の特徴を生かし、制御能力の向上および制御系の信頼
性の向上を図ることのできる原子力発電所の圧力制御装
置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、原子炉圧力容器と蒸気タービンとを接続する
主蒸気管の途中に配設された加減弁と、主蒸気管から分
岐され復水器に接続されたバイパス管の途中に配設され
たバイパス弁とを開閉制御する原子力発電所の圧力制御
装置であって、タービン入口圧力制御側の信号とドーム
圧力制御側の信号とを原子炉の出力に応じて選択するス
イッチ回路を備えた制御モード切換回路を介して圧力容
器のドーム部圧力制御装置とタービン入口圧力制御装置
とを組合せて構成されていることを特徴としている。

本発明によれば、制御モード切換回路を用いて制御モー
ドを選択し、低出力運転中においてはタービン入口圧力
制御、高出力運転中においてはドーム圧力制御によシ圧
力制御することができ、制御の安定化および信頼性の向
上を図ることができる。

〔発明の実施例〕

以下、第３図を診照して本発明の実施例について説明す
る。

本実施例においても、第１図および第２図に示した従来
例と同様、原子炉圧力容器１とタービン３とが主蒸気管
２によ多接続され、タービン３に送られた蒸気によシ発
電機４が回転駆動されるとともに使用済みの蒸気が復水
器５で凝縮されるようになっている。主蒸気管２には加
減弁１５が設けられ、主蒸気管２から分岐し復水器５に
接続されたバイパス管にはバイパス弁１６が配設されて
いる。

圧力制御装置は、ドーム圧力制御装置とタービン入口圧
力制御装置との組合せからなり、原子炉の運転中の出力
に応じてその圧力制御モードを切換え可能とされている
。、ドーム圧力制御装置は、圧力容器ｌのドーム部に取
付けられた圧力検出器７、圧力検出器７により検出され
たドーム圧力検出値を圧力設定値２７と比較する加算器
路、その比（７） 較による偏差を入力し蒸気流量要求信号に変換する比例
演算器２９１．比例演算器２９からの出力信号（蒸気流
量要求信号）とタービン速度／負荷要求信、号１１とを
比較し、小さい方の要求信号を通過させる低値優先回路
１２、低値優先回路１２からの出力信号を加減弁開度要
求信号に変換する関数発生器１３、間数発生器１３から
の加減弁明度要求信号によシ加減弁１５を開閉制御する
加減弁サーボ１４、低値優先回路１２からの出力信号に
よシバイパス弁１６を開閉制御するバイパス弁サーボ１
７を備えている。

また、タービン入口圧力制御装置は、加減弁１５および
バイパス弁１６の前段（上流側）位置の主蒸気管２に設
けられた圧力検出器１８、圧力検出器１８からの主蒸気
管２内の蒸気圧力検出値と圧力設定値３１とを比較する
加算器３２、加算器３２での比較による偏差が入力され
る、進み・遅れ要素を有した圧力調整器３３、圧力調整
器３３の出力を蒸気流量要求信号に変換する比−演算器
３４を備えているとともに５、低値優先回路１２、関数
発生器１３、加減弁サーボ１４、バイパス弁サーボ１７
が設けられている。な（８） お、タービン入口圧力制御装置の低値優先回路１２、関
数発生器１３、加減弁サーボ１４、バイパス弁サーボ１
７は、前述したドーム圧力制御装置と共用されている。

ドーム圧力制御装置の比例演算器２９およびタービン入
口圧力制御装置の比例演算器３４は、制御モード切換回
路４０を介して低値優先回路１２に接続されている。制
御モード切換回路４０は、原子炉の出力に応じて圧力制
御モードの切換えを行うものであシ、低値優先回路１２
に出力する信号として、タービン人、ロ圧力制御側の信
、号か、あるいはドーム圧力制御側の信号かを選択する
スイッチ回路を備えてい子。第３図に示す例においては
、主蒸気管２に設けられた圧力検出器１８と制御モード
切換回路４０とを信号線４１で接続することにより、タ
ービン入口圧力の検出値によシ原子炉の出力を検知する
ようにしである。

また制御モード切換回路４０は、圧力設定値２７、。

３１の設定手段（第３図は簡略化のため、符号２７゜３
１で示しである）に接続され、比例演算器２９　、３４
の出力を比較し、待機中の方の制御系の蒸気流量要求信
号が、運転中の方の制御系の蒸気流量要求信号と常に同
じになるよう待機側の圧力設定値を変更可能とするトラ
ッキング回路を備えている。

これにより、一方の圧力制御モードで運転中にその制御
回路あるいは圧力検出器等が故障して使えなくなった時
などには、もう一方の圧力制御系に圧力外乱を起すこと
なく制御モードを切換えることができる。なお、制御モ
ード切換回路４０には、０．５　Ｋｇ＋／−程度のリミ
ッタが設けられ、過渡現象時□などに、圧力設定値が上
り過ぎたシ、下シ過ぎたりすることが防止されている。

したがって、トラッキング遅れによる制御モード切換時
の圧力外乱は、圧力設定０．５　Ｋｔ／ｄ　ステップ変
化以内に抑えられ、この程度の圧力外乱は圧力制御が十
分安定に行えることが実証されている。

さらに制御モード切換回路４０には、運転中の原子炉出
力変化による圧力制御モードの切換時に、その切換設定
出力付近でモード切換えのチャタリング現象が発生しな
いよう第４図に示すように適当なヒステリシス特性をも
たせ、圧力フィードバック信号のノイズ等による影響を
回避し得るようになっている。

次にこのような構成からなる本実施例の作用について説
明する。

まず圧力検出器１８により検知されたタービン入口圧力
により、原子炉の出力が検知され、原子炉の出力に応じ
て制御モード切換回路４０により制御モードが選択され
る。原子炉が低出力で運転されているとぎは、圧力制御
はタービン入口圧力制御装置により行われる。すなわち
、圧力検出器１８によシ検出されたタービン入口圧力検
出値は、加算器３２により圧力設定値３１と比較され、
その偏差が圧力調整器３３に入力される。圧力調整器３
３の出力は比例演算器３４によシ蒸気流量要求信号に変
換され、制御モード切換回路４０を通って加減弁１５あ
るイハバイパス弁１６の開度を操作して圧力を制御する
。

次に、原子炉が高出力で運転されているときは、ドーム
圧力制御装置によシ圧力制御される。圧力検出器７で検
出されたドーム圧力検出値は、加算器路によシ圧力設定
値２７と比較され、その偏差が比例演算器２９に入力さ
れる。比例演算器３４により蒸気流量要求信号に変換さ
れ、制御モード切換回路４０を通って加減弁１５あるい
はバイパス弁１６の開度を操作して圧力を制御す雇。

次に不発明による圧力制御装置の制御特性について説明
する。゛ 第５図はタービン入口圧力ｌｌ１Ｉｉ御方式とドーム圧
力制御方式の両方式を開いた場合の、出力に対するそれ
ぞれのドーム圧力、タービン入口圧力の変化および圧力
設定値の関係を示している。図において実線はタービン
入ロ圧力制御方銚、破線はドーム圧力制御方【を示して
おシ、符号５１　、５１’　ａはドーム圧力、５２’、
５２ａはｐ□　−’　ヒン人６　圧力、５３゜５３□ａ
は圧□力設定値゛を示している。ドニム圧力とタービン
入口圧力とは、主蒸気管内の圧力損失に相当す不出力゛
の自乗に比例した圧゛力差があるため、図から′明らか
なよう鐙、タービン入口圧力制御方式（実線で示す）で
は、高出力でのドーム圧力５１の変化の割合が急であり
、一方ドーム圧力制御方式（破線で示す）では、高出力
でのタービン入口圧力５２ａの変化がピーク値をもつ特
性となっている。第５図に示した例においては、タービ
ン入口圧力制御の圧力調定率が２．１　Ｋｑ／ａａ　（
３０ｐｓｉ　）で、ドーム圧力制御は３０％出力で特性
が同じになるよう圧力調定率を約７．２　ＫＶ’ｃｒ；
Ｉ　（１０２ｐｓｉ　）　に選んであるが、この調定率
であるとドーム圧力制御でのタービン入口圧力の変化は
顕著なピークを示さず、定格出力付近でほぼ圧力が一定
となシ、設備の健全性維持上好ましい結果になっている
ことが分かる。

第６図は本発明による圧力制御装置を用いた場合の制御
特性を示す図である。この図においては、３０％出力で
制御モードを切換えるよう設定した場合の、出力に対す
るドーム圧力とタービン入口圧力の変化およびトラッキ
ングしている圧力設定値の変化を示してい□る。符号６
１はドーム圧力、６２はタービン入口圧力、６３はター
ビン入口圧力制御側の圧力設定値、６３ａはドーム圧力
制御側の圧力設定値である。

次に、本実施例による圧力制御装置において、大きな圧
力外乱を含む過渡現象を生じた場合の応答について説明
する。

まず、発電機の負荷しゃ断あるいはタービントリップの
ように、タービンへ送られる蒸気を急激にしゃ断してし
まう現象を生じた場合には、初期の圧力上昇はバイパス
弁１６の急開で抑制され、原子炉スクラムによる蒸気流
量の減少に伴い、ドーム圧力制御でバイパス弁１６の開
度を制御し、蒸気圧力を徐々に低下させる。このときタ
ービン入口圧力制御側の圧力設定値３１は、ドーム圧力
制御の要求信号に追従しており、約３０％出力相当まで
蒸気圧力が低下してくると、制御モード切換回路４０に
よりタービン入口圧力制御に切換えられる。この場合、
たとえタービン入口圧力制御側の圧力設定値の追従の遅
れがあるとしても、第６図に示すようにその太ぎさは高
さ０．５　Ｋｑ／ｃａ　であり、実際上問題となる太さ
さではない。制御モードが切換えられた後は、タービン
入口圧力制御モードによシ蒸気圧力が制御される。

次に主蒸気隔離弁おの全閉のように、タービン側へ流れ
てくる蒸気がしゃ断される場合には、初期はドーム圧力
制御モードによシ制御され、原子炉圧力の急上昇ととも
に蒸気流量要求信号が増加し、加減弁１５の開度が大き
くなる。このとぎタービン入口圧力制御側の圧力設定値
は低側リミッタに向けて減少する。（なお、圧力設定値
は、定格出力時には初期値がほぼ低側リミッタなのでほ
とんど動かない。）しかし、主蒸気管を通しての蒸気の
供給がしゃ断されているので、タービン入口圧力は急激
に減少し、制御モードはタービン入口圧力制御モードに
切換わり、加減弁１５は閉じ始める。制御モードの切換
え時には、加減弁１５の閉動作の速度がかなり速くなる
場合もあるが、主蒸気管２はすでにしゃ断されているの
で原子炉側への影響はなく、タービン側についても、負
荷のしゃ断やタービントリップ時のような急速作動では
なくサーボモードでの閉動作であり、蒸気のしゃ断時性
はより緩和される。

（１５） このように蒸気圧力が急減した場合、ドーム圧力制御モ
ードからタービン入口圧力制御モードに切換えられるの
で、主蒸気管２内の蒸気を加減弁１５を通して復水器５
に放出し、蒸気が殆んどなくなってしまうことが防止さ
れ、空気抽出器、タービングランド蒸気発生器の作動源
、熱源が確保される。

なお、上述したような現象が生じた場合の制御モードの
切換え、あるいは通常の出力変化による切換えは、第４
図に示、すように制御モード切換回路４０がヒステリシ
ス特性を有しているのでスムーズに行われる。

また、本実施例の説明においては、原子炉の出力の判断
基準としてタービン入口側の蒸気圧力を用いたが、この
他に中性子束や主蒸気流量を測定することによ）判断す
ることも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したよ゛うに、本発明によれば、原子炉の出力
に応じて制御モードを切換えることができ、タービン入
口圧力制御とドーム圧力制御の２つの（１６） 制御方法の特徴を生かすことができる。また、一方の制
御系が故障した場合には、圧力外乱を起すことなく他方
の制御系に切換えることができ、制御系の信頼性を向上
させることができる。このように、本発明によれば、制
御系の能力および信頼性の向上を図ることができ、原子
力発電設備の稼働率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はドーム圧力制御装置を示すブロック図、第２図
はタービシ入口圧力制御装置を示すブロック図、第３図
は本発明による圧力制御装置のブロック図、第４図は制
御モード切換回路のヒステリシス特性を挙す図、□第５
図はドーム圧力制御方式、タービン入口圧力制御方式に
よる制御方式での出力に対するド」ム圧力、タービン入
口圧力、圧力設定値の変化を示す図、第６図は本発明に
よる圧力制御装置での出力に対するドーム圧力、タービ
ン入口圧力、圧力設定値の変化を示す図である。 １・・・原子炉圧力容器、２・・・主蒸気管、３・・・
夕一ビン、７・・・圧力検出器、１５・・・加減弁、１
６・・・バイパス弁、１８・・・圧力検出器、４０・・
・制御モード切換回路。 出願人代理人　猪　股　清 （１９） 第５図 出力 躬６目 出力

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉圧力容器と蒸気タービンとを接続する主蒸気
   管の途中に配設された加減弁と、前記主蒸気管から分岐
   され復水器に接続されたバイパス管の途中に配設された
   バイパス弁とを開閉制御する原子力発電所の圧力制御装
   置において、前記圧力制御装置は、タービン入口圧力制
   御側の信号と原子炉圧力容器ドーム部圧力制御側の信号
   とを原子炉の出力に応じて選択するスイッチ回路を備え
   た制御モード切換回路を介して、原子炉圧力容器ドーム
   部圧力制御装置とタービン入口圧力制御装置とを組合せ
   てなることを特徴とす仝原子力発電所の圧力制御装置。 ２、制御モード切換回路は、原子炉圧力容器ドーム部圧
   力制御装置およびタービン入口圧力制御装置の、それぞ
   れの比例演算器の出力を比較し、待機側制御系の蒸気流
   量要求信号が、運転側制御系の蒸気流量要求信号と同じ
   になるよう、待機側制御系の圧力設定値を変更するトラ
   ッキング回路を備えていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の圧力制御装置。