JPS6019477B2 - 原子炉再循環流量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉再循環流量制御装置に関し、特に沸騰水
形原子力発電所の原子炉再循環系統において、再循環水
を原子炉に送り込むために設けられた可変速ポンプを駆
動するにつきその駆動源となる可変速度電動機の制御特
性を改善しようとするものである。

従来、沸騰水形原子力発電所の通常運転状態における原
子炉出力は、原子炉再循環流量により制御されており、
再循環流量を制御している原子炉再循環系統の再循環ポ
ンプ駆動可変速度電動機の制御は第１図に示す様にＭ−
Ｇセット方式で行なつている。

この方式は、主制御器１０１こ再循環流量変化信号１０
Ａが手動或は、タービンＥＨＣ系からの自動モードで与
えられた場合、主制御器１０から発電機２４の速度要求
信号１００を受けた速度制御器１２が、流体継手２３の
すくい管位置操作器１３にすくい管位置変更信号１２Ａ
を出す。

この結果、発電機２４の回転数が変化し、それによって
自動電圧調整装置ＡＶＲＩ１が発電機２４の励磁を制御
し、発電機出力電圧が制御されて、再循環ポンプ騒動電
動機３１の回転数が変化し、再循環流量を要求値に制御
する。しかし、Ｍ−Ｇセットの応答特性は、流体継手２
３のすくい管位置操作器１３、発電機２４、励磁機２１
、再循環ポンプ及び駆動電動機３０，３１の慣性によっ
て応答特性が決定され、これが、原子炉出力特性の制約
要因の１つとなっている。

本発明は、以上の事情に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、上述した原子炉再循環系、ポンプ駆
動可変速度電動機制御装置の応答特性を改善する原子炉
再循環流量制御装置を得、それによって、原子の出力応
答特性を改善することにある。以下図面について本発明
の一例を詳述するに、本発明に依る流量制御装置が適用
される沸騰水形原子炉の再循環流量系は第２図に示す如
く、原子炉再循環水を駆動する再循環ポンプ３０、ポン
プに駆動力を供給している可変速度電動機３１、電動機
の可変周波数電源であるＭ−Ｇセット及びＭ−Ｇセット
を制御しているすくい管位置操作器１３、速度制御器１
２、主制御器１０、自動電圧調整装置１１から構成され
ている。

Ｍ−Ｇセットは定速回転をしている駆動用電動機２２、
流体継手２３、及び可変周波数発電機２４が主体となり
、これに励磁機２１、ＡＶＲ電源用永久磁石発電機２０
及び速度検出用回転計発電機２５を直結したものから構
成されている。所定の原子炉出力を得る為、原子炉再循
環流量は再循環ポンプ駆動可変速度電動機３１の電源周
波数を変えることにより再循環ポンプ３０の回転速度を
変えて制御されている。

以上の構成は第１図の従釆の場合においてもみられると
ころであるが、本発明はこれに加えて符号１４で示す原
子炉再循環流量制御装置を設けるものである。

この制御装置１４は、主制御器１０からの再循環流量変
化信号１０Ｃと発電機速度要求信号１０Ｄ、発電機出力
電圧信号２４Ａとを入力信号とし３ている。

制御装置１４は制御信号１４Ａによって発電機２４とポ
ンプ駆動電動機３１の間に設けた可変リアクトル１５を
制御し、リアクトルの消費する無効電力を制御すること
によって再循環ポンプ駆動電動機３１の入力電圧を制御
するものであ４る。これによって、電動機の出力、即ち
ポンプ出力が制御され、結果として再循環流量が制御さ
れる。しかるにこの制御方式の特徴は、発電機の出力で
ある無効電力の一時的な制御であるので同期発電機の脱
調を招くことはないこと、さらにはリァクトルの制御と
駆動電動機の入力電圧の変化はほとんど時間遅れを伴わ
ず遠応答性が優れていること、リアクトル制御後Ｍ−Ｇ
セットの応答を監視し、発電機出力電圧にある程度の応
答が得られた時点で、リアクトルを元の状態に戻す様に
制御することにある。

ここで、制御装置１４は、第３図に示す通り、変化絶対
量判断回路４０、変化方向判断回路４３、リアクトル変
化量判断回路４１、リアクトル変化個数判断回路４２、
スイッチング回路４６、発電機出力要求電圧推定器４４
、応答判定回路４５、リアクトル短絡装置４７、リアク
トル付属短絡回路開放装置４８、及び可変リアクトル１
５から構成されている。

なお制御装置１４の他の実施例として、第５図に示す様
に、時間及び変化幅の制御装置５２，５３を紙合せるこ
とも出来る。

原子炉再循環流量制御装置１４の目的は、再循環流量の
要求信号に対してＭ−Ｇセット系の応答特性を碗ない、
短時間に要求流量を達成できる様、再循環ポンプ駆動可
変速度電動機の入力端子電圧を制御することにある。

このため第３図に示す如く、主制御器１０よりの発電機
速度要求信号１０Ｄと、再循環流量変化要求信号１０Ｃ
と、発電機出力端子電圧信号２４Ａとの３入力信号を制
御装置１４に入力する。再循環流量変化要求信号１０Ｃ
は、不感帯付変化絶対量判断回路４０と不惑帯付変化方
向判断回路４３に入力される。不感帯ｅ，，ｅ２は出力
の微小変化に対しては、徒らに可変リアクトル１５を動
作させない様に運転条件に基いて予めその範囲を設定す
るものである。絶対量判断回路４０は再循環流量変化量
の絶対値をとり、これを駆動電動機３１の出力に換算す
る為のもので、再循環系のロス分等を考慮して非線形特
性を持たせる。不感帯付絶対量判断回路４０の出力は、
要求電動機出力変化信号４０Ａとして、リアクトル変化
量判断回路４１に入力される。リアクトル変化量判断回
路４１は、電動機出力が電動機入力電圧の二乗に比例す
る特性及び、発電機２４の出力端子電圧、電動機３１の
インピーダンスを過渡変化中、不変として、ｌｉァクト
ルの絶対変化絶対量をアナログ値にて出力する。

このリアクトル変化量判断回路出力信号４１Ａは、リア
クトル変化個数判断回路４２に入力され、ここでアナロ
グ信号がリアクトル１５を変化させる個数（デジタル信
号）に変換される。リアクトル１５は複数個の直列につ
ながれた、短絡バイパス回路付リアクトルからなる。

再循環流量増加の場合はリアクトルを短絡し、そこに蓄
えられた無効電力を開放し、電動機３１の入力電圧を上
昇させる。また再循環流量減少の場合はリアクトル付属
回路の短絡状態を開放し、電動機３１の入力電圧を低下
させる。通常運転状態では、複数個の直列短絡回路付リ
アクトル１５は、原子炉出力上昇時用の短絡回路開放状
態部分と原子炉出力減少時用のＩＪアクトル短絡部分に
分けられる。リアクトル変化個数判断回路４２は、スイ
ッチング回路４６にリアクトル変化指令を出す。スイッ
チング回路４６は、不惑帯付変化方向判断回路４３から
変化方向信号４３Ａを受け、再循環流量増加時にはリア
クトル変化指令信号４２Ａをリアクトル短絡装置４７に
送り、再循環流量減少時にはリアクトル変化指令信号４
２Ａをリアクトル付属短絡回路開放装４８に送るように
、スイッチングを行なう。また、このスイッチング回路
４６は、自動的に入力信号４５Ａをリアクトル変化指令
信号４２Ａにつながれていない他の装置４７，４８に接
続するものである。これらの装置４７，４８はリアクト
ル変化指令信号４２Ａによって瞬時に、ＩＪアクトル付
属短絡回路を変化方向に則して動作させる。

これにより制御対象である再循環ポンプ駆動電動機３１
の入力電圧が再循環流量変化要求に応じて瞬時に変化す
る。入力電圧の変化により駆動電動機３１の出力トルク
が変化し、初期応答が改善される。一方、Ｍ−Ｇセット
が主制御装置１０からの再循環流量変化要求に対する発
電機速度要求信号１００に応答して、発電機速度及び発
電機出力端子電圧を変化させ、要求値との誤差がある値
以内になった時リアクトル１５を元の状態に戻してやる
必要がある。ここでＭ−Ｇセットの応答をみるには速度
制御器１２の発電機速度誤差信号を判定すればよいが、
発電機出力電圧は発電機速度の変化に追従して自動電圧
調整装置ＡＶＲにより制御され、またＡＶＲは励磁器２
１と発電機２４の２つの回転体を通して出力端子電圧を
制御する為、発電機速度比べて発電機出力電圧が時間遅
れを伴なつて変化する。

従って、Ｍ−Ｇセットの応答は発電機出力電圧の要求値
との誤差で判定する。なお制御装置１４は主制御器１０
からの速度要求信号１０Ｄと、発電機出力電圧信号２４
Ａとを受け、また自動鰭圧調整装置ＡＶＲは発電機出力
電圧を発電機速度に比例する様に制御を行なっている（
Ｖ／ＨＺ＝一定制御）。しかるに、発電機速度要求信号
１０Ｄを入力している発電機出力要求電圧推定器４４で
再循環流量変更後の発電機出力電圧を推定し、出力信号
４４Ａを応答判定回路４５に入力する。

応答判定回路４５は発電機出力電圧信号２４Ａを入力し
、出力電圧の要求値との誤差を判定し、設定誤差ｅ３，
ｅ４範囲内に入った場合に、出力信号４５Ａを出す。設
定誤差は発電機出力電圧変化速度とりアクトル復元速度
によってさめられる。応答判定回路４５の出力信号４５
Ａはスイッチング回路４６を通じてＩＪァクトル１５の
復元方向の装置４７又は４８に入力され、リアクトル１
５が定常状態に復元される。第４図に原子炉再循環系統
とＭ−Ｇセット系統の制御特性を示す。

横軸は時間軸である。第４図Ａに示す如く時刻ｔ，にお
いて、不惑帯鷺．を越える原子炉再循環流量増化信号１
０Ｃが制御装置１４に入力されると、再循環ポンプ入力
要求に応じたポンプ駆動電動機入力電圧変化をリアクト
ル短絡によってほぼ瞬時に実現する。リアクトル変化１
５Ａは第４図Ｂに示す如く、正万向に立上れは短絡リア
クトル数を示し負方向に立下れば短絡回路開放リアクト
ル数を示す。Ｍ−Ｇセット発電機出力電圧２４Ａが主制
御器１０からの負荷要求に応答して変化し、要求健から
ｅ３の誤差範囲内に入った時刻ら‘こなるとりアク・ト
ル付属短絡回路開放装置４８が動作し、リアクトルは定
常状態に戻る。再循環ポンプ駆動電動機入力電圧３１Ａ
は第４図Ｃに示す如く、リアクトル短絡によって瞬時に
上昇し、Ｍ−Ｇセットが応答してくるとさらに緩かな上
昇を続けるが、時刻らでリアクトルが定常状態に戻ると
入力電圧３１Ａは瞬時に低下するが、Ｍ−Ｇセットの応
答により、要求値を回復する。制御対象である再循環流
量３３Ａはポンプ駆動電動機入力電圧３１Ａの応答に騰
間遅れを伴なつて変化する。現行、Ｍ−Ｇセット方式に
よる制御特性を一点鎖線にて示す。時刻ｔ３において、
不感帯−ｅ２を超える再循環流量減少信号が制御装置１
４に入力されると、リアクトル１５は制御装置１４の指
令を受けて瞬時に減少要求量に応じたりアクトル数の付
属短絡回路が開放され、再循環ポンプ駆動電動機の入力
電圧３１Ａは瞬時に要求値まで低下する。

Ｍ−Ｇセットが主制御装置１０からの要求に応答して、
発電機出力電圧２４Ａが低下してくると、ポンプ駆動電
動機の入力電圧３１Ａもさらに低下する。電動機の出力
電圧２４Ａが要求値からｅ４の誤差範囲内に応答する時
間Ｄにリアクトル１５は定常状態に戻る（第４図Ｄ）。
それと同時にポンプ駆動電動機入力電圧３１Ａはステッ
プ的に上昇するが、Ｍ−Ｇセットの応答により要求量に
整定する。制御対象である原子炉再循環流量３３Ａは増
加時同様現行のＭ−Ｇセット方式よりも優れた応答が得
られる（第４図Ｅ）。制御装置１４の他の実施例として
の第５図の場合は第４図に対応させて第６図に示すよう
に次のように動作する。

スイッチング回路入力部に各々時間制御装置５２，５３
を接続し、リアクトルの動作に時間特性を与える。制御
装置５２は大幅な再循環流量変化に対しては、リミッタ
を介して１′ァクタの動作を数段階に分けて行ない、電
気回路を保護する。また制御装置５３はリアクトルが定
常状態に戻る場合Ｍ−Ｇセットの応答を考慮して多段階
の細かい復帰制御を行なわせるものである。その結果、
ポンプ駆動電動機入力電圧３１Ａのリアクトル定常状態
復帰時の特性が平滑なものが得られる。上述せる如く本
発明の原子炉再循環制御方式によれば、原子炉出力変化
に伴なう原子炉再循環流量変化時の制御において、現行
のＭ−Ｇセットによる制御特性を、原子炉再循環ポンプ
駆動電動機入力電圧の制御によって、初期応答を改善し
得る。

原子炉の出力は、再循環流量に依っている為、．この制
御方式によって、原子炉の出力特性が向上し、その結果
、今後予想される沸騰水形原子力発電所の負荷追従特性
に対しても有効にその改善をなし得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用し得る原子炉再循環系統を示す略
線的系統図、第２図は本発明に依る原子炉再循環流量制
御装置の一例を示す略線的系統図、第３図はその詳細構
成を示すブロック図、第４図はその動作の説明に供する
信号波形図、第５図は本発明の他の例を示すブロック図
、第６図はその動作の説明に供する信号波形図である。 １０・・・・・・主制御器、１１・・・・・・自動電圧
調整装置（ＡＶＲ）、１２・・・・・・速度制御器、１
３・・・・・・すくい管位置操作器、１４・・・・・・
原子炉再循環流量制御装置、１５・…・・可変リアクト
ル、２０・・・・・・ＡＶＲ電源用永久磁石、２１・・
・・・・励磁機、２２・・・・・・駆動用電動機、２３
・・・・・・流体継手、２４・・・・・・可変周波数発
電機、２５・・・・・・速度検出用回転計発電機、３０
・・・・・・再循環ポンプ、３１・・・・・・可変遠電
動機、４０・・・・・・変化絶対量判断回路、４１・…
・・リアクトル変化量判断回路、４２・・・…リアクト
ル変化個数判断回路、４３・・・・・・変化方向判断回
路、４４・・・…発電機出力要求電圧推定器、４５・・
・・・・応答判定回路、４６・・・・・・スイッチング
回路、４７・・・・・・リアクトル短絡装置、４８・・
・・・・リアクトル付属短絡回路開放装置、５２，５３
…・・・時間、変化幅制御装置。努ｊ図弟Ｊ図 第２図 第３図 弟４図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉再循環系に設けられた可変速ポンプを可変周
   波数電源によつて制御される可変速度電動機にて変速駆
   動することによつて原子炉の出力を制御するようになさ
   れた制御系統において、上記可変周波数電源から上記可
   変速電動機への電源供給通路に、 付属短絡回路を有す
   ると共に、さらに絶対変化量判断回路リアクトル変化量
   判断回路及びリアクトル変化個数判断回路によつて、再
   循環流量増加時にはリアクトルを短絡し、かつ再循環流
   量減少時には上記付属短絡回路を開放するリアクトル制
   御装置と、当該再循環流量増加動作又は再循環流量減少
   動作を選択するスイツチング回路とを具える可変リアク
   トルを設け、 この可変リアクトルを再循環流量変化要
   求によつて制御することにより原子炉出力応答特性を改
   善することを特徴とする原子炉再循環流量制御装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の制御装置において、
   上記可変周波数電源の応答を監視し、応答がある程度達
   成された時点で可変リアクトルを変化前の定常状態に戻
   すことを特徴とする原子炉再循環流量制御装置。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の制御装置において、
   上記リアクトル制御装置に対して瞬時リアクトル変化個
   数に対し制限を設け、時限的なリアクトル制御を行なう
   ことを特徴とする原子炉再循環流量制御装置。