JPS60210796A - 運転領域監視制御装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、多数台の再循環ポンプを有する梯騰水型原子
炉の運転領域監視制御装置に係シ、特に原子炉出力と炉
心流量との相関によシ定まる運転領域の監視制御装置に
関する。

〔発明の背景〕

従来の運転領域監視制御装置としては、原子炉出力と炉
心流量とをそれぞれ計測し、その相関から判断して選択
制御棒の挿入等を実施する方法が提案されている。この
ような方法では、炉心流量を直接計測できない場合、監
視精度が悪いＵまた、運転領域の制限領域に入ったとき
、不必要な保護動作がなされてしまうことを避けるため
にかなりの動的余裕を見込む必要があることから、原子
炉の能力を充分に発揮させることができず、運用性や効
率の点で問題があった。しかも、選択制御棒を常に所定
直埋上に設定しておくことも、炉心運用上の制約となっ
ていた。

〔発明の目的〕 本発明の目的は、炉心流量と原子炉出力の相関によシ定
まる運転領域の監視装置として、監視精度および保護動
作を行なう信頼性が高く、かつ運用性に富む運転領域監
視制御装置を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明は、再循環ポンプの多数台の同時故障がない限シ
、再循環ポンプの速度要求下限設定で運転領域制限が可
能なことに着目し、原子炉出力依存の速度下限設定を行
ない、運用性の高い運転領域制限を行なう一方、上記で
対応できない事態に対しては、その原因信号を検知し、
速やかに出力を降下させるようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図は多数台の再循環ポンプを有する沸騰水型原子炉
プラントの本発明を適用すべき出力制御系の概略構成図
である。図において、原子炉１の出力は、制御棒２の位
置を制御する制御棒駆動制御系３．または多数台の再循
環ポンプＰ１”Ｐｓの回転数を制御する可変周波数制御
装置８１〜ＢＮに制御信号を与える再循環流量制御系４
によって制御される。再循環ポンプＰ１〜ＰＭの駆動源
には、信頼性確保の点から、通例複数の電源Ａｌ〜Ａ、
から電力が供給される。

本発明の運転領域監視制御装置１８は、運転状態すなわ
ち中性子束信号および再循環ボ／グ駆動電圧状態に応じ
て、制御指令を制御棒駆動系３および再循環流量制御系
４に発するものである。

第２図は、制御棒駆動制御系３および再循環流量制御系
４を操作して得られる炉心流量と原子炉出力との相関を
示す運転領域説明図である。図において、流量制御曲線
Ａは、制御棒を定格出力制御棒パターンにして炉心流量
を変えたときの原子炉出力の変化を示す曲線である。定
格再循環ポンプ速度曲線Ｂは、再循環ポンプを定格速度
にして制御棒を駆動したときの炉心流量と原子炉出力と
の関係を示す曲線である。自然循環面ｌ１ｌＪＣは、炉
心冷却材を強制的に循環させる再循環ポンプが停止した
状態で制御棒を炉内に出し入れしたときの炉心流量と原
子炉出力との関係を示す曲線である。

基本的には、これら３曲線で囲まれる領域が運転領域と
なるが、これに加えて柚々の運転制限が必要となる。具
体的には、ポンプキャビテーション防止その他の観点か
ら、炉心流量と原子炉出力の相関の下方領域を制限する
下方制限曲線りと、プラントの安定性基準またはプラン
トの熱的余裕維持の観点から、上方領域を制限する上方
制限曲線Ｅがある。

本発明においては、運転制限条件を遵守した運転が可能
となるように、再循環ポンプＰ１＝ＰＮの最低速度を定
めている。すなわち第３図に示すととくＨよシ低い原子
炉出力の状態では、下方制限曲線りよシも上で運転でき
るように、比較的低い再循環ポンプ速度下限Ｓムを設定
する。一方。

Ｊよシ高い原子炉出力状態では、上方制限曲線Ｅよシも
下で運転できるように、比較的高い再循環ポンプ速度下
限Ｓ２を設定しである。ところで出力上昇または下降過
程で再循環ポンプ速度下限が急変するのは運用上望まし
くないため、中間の出力領域ではＳＫから８３に原子炉
出力に応じて設定値をなだらかに変えるようになってい
る。なお、このポンプ速度下限ＳＳおよびＳ２は上方制
限曲線Ｅの設定に依存し、Ｓｔ　と８２が同一の設定と
なることもｓｂうる。このように再循環ポンプ速度の下
限設定置を、原子炉出力に応じて設定することにより、
再循環ポンプに異常がない限シは、第２図における原子
炉出力依存の運転領域制限曲線Ｆが得られる。

第４図は本発明の再循環流量制御装置の概要を示すＵ再
循環流量要求設定器５は、所定の原子炉出力が得られる
ように再循環流量要求信号を出し、本信号は炉心流量検
出装置６からの炉心流量信号と比較され、流量制御器７
を経て、可変周波数制御装置Ｂ＋＝ＢＮに制御指令を出
す。再循環ポンプ速度ランバック信号発生器９は、何ら
かの異常により、下方制限曲線り以下での運転が生じた
場合、これを検出し、再循環ポンプ速度を最低速度まで
降下させ、下方制限曲線り以下の運転領域を離脱するた
めのものであシ、流量制御器７からの信号と低置優先回
路８で結ばれる。

本発明においては、上方制限臼ＨＥ以上での運転を避け
るため、中性子検出器１０からの出力信号を一次遅れ回
路１１に通した後、この出力信号を基に、原子炉出力に
応じた炉心流量要求下限信号および再循環ポンプ速度要
求下限信号を出す。

−次遅れ回路１１は、一時的な中性子束変動が。

再循環流量制御系に影響を与えることがないように適切
に選定した時定数を持っている。関数発生器１２は、原
子炉出力に応じた炉心流量要求下限信号を出すものであ
る。その信号は高値優先回路１３で炉心流量要求設定器
５の出力信号と比較され、原子炉出力依存の運転領域制
限曲線Ｆに沿った炉心流量要求信号を出す。一方、機器
保護のため、上記機能に優先して、再循環ポンプ速度を
降下させる必要がある場合、または流量制御器７を手動
モードで操作する場合には、上記機能は効力が無くなる
ため、更にポンプ速度要求信号の下限を設ける。関数発
生器１４は、第３図に示すごとく原子炉出力に依存した
再循環ポンプ速度要求下限匝を与えるものである。この
信号は高直優先回路１５で低置優先回路８からのポンプ
速度要求信号と比較され、再循環ポンプ速度最低値を原
子炉出力依存の運転領域制限曲線Ｆにｎうよう自動的に
設定する。

なお、警報設定器１６は、高値優先回路１５で、関数発
生器１２または１４の出力信号が優先している場合、運
転領域制限が作動中である旨の出力信号を発する。また
警報設定器１７は、原子炉出力がＨよりも高いか否かを
判定し、保護装置に出力信号を与える。これらの機能に
よって、再循環ポンプに異常がない限シは、第２図に示
す下方制限曲線りおよび上方制限曲線Ｅを遵守した運転
ができる。

第５図は、通常の起動停止過程を示したものである。通
例は、運転制限領域を避けるべく、ａ＃ｂ＃Ｃ＃ｄ＃ｅ
の過程で操作が行なわれ、Ｂ　ｄ　ｂおよびＣ′ｚｉｄ
間は制御棒操作、ｂ＝Ｃおよび６４６間は再循環流量制
御で出力制御を行なう。今、ｂ点で運転員が再循環流電
増加操作を省いて速度Ｓ１のままで制御棒操作を続ける
と、原子炉出力は曲＃Ｆ（８＋）に沿って上昇し、上方
制限曲線Ｅを超えることになる。本発明においては、原
子炉出力がＨに達した点ｆで、中性子検出器１０からの
信号に応じて、関数発生器１２および１４の出力が増大
し、再循環ポンプ速度をＳＬから漸増させるとともに、
警報設定器１６によって、運転領域制限が作動中である
ことを運転員に知らせる。

運転員が、通常の起動過程に戻さず、更に制御棒引抜き
を続けた場合にも、関数発生器１２°または１４の出力
信号によって、再循環ポンプ速度が原子炉出力に応じて
自動的に増大するため、ｆ−＋ｇ→ｈの曲線に沿って原
子炉出力は増大し、上方側′限曲線Ｅを守った運転が行
なわれる。

また、停止過程において、ｄ点で制御棒挿入を開始せず
、更に再循環流量を降下し続け、再循環流量制御系の要
求信号が８２以下となった場合（又はそれと等価な炉心
流量となった場合）、警報設定器１６は、運転領域制限
が作動中であることを運転員に知らせるとともに、高値
優先回路１３又は１５が作動し、８２以下に４１）循環
ポンプ速度が降下しないようにする。更に出力を降下さ
せるには、制御棒操作が必要となる。原子炉出力がＪ以
下に降下すると、出力に応じて再循環ポンプ速度を８２
以下に降下させることが可能となり、Ｈ以下の出力では
、Ｓｌまで降下可能となる。このように、本発明におい
ては、運転性を損なうことなく、簡潔な装置で必要な運
転領域制限を実現できる。

しかし、再循環ポンプ駆動電源Ａ＋〜Ａ１に異常があシ
、多数台の再循環ポンプが停止している場合、停止中の
再循環ポンプを通じて冷却水が逆流するため、炉心流量
要求下限設定または再循環ポンプ速度要求下限設定を行
っても、必要な炉心流量を確保できない。その結果、原
子炉出力依存の運転領域制限曲＃ＪＦがＦ２へ移動し、
上方制限曲線Ｅを遵守した運転ができなくなる。このよ
うな事態にも、上方制限曲線Ｅを遵守して運転可能なよ
うに、再循環ポンプのうち多数台の停止を引き起こすよ
うな異常が再循環ポンプ駆動電源へ１〜Ａ、のいずれか
に生じた場合にも対処するようになっている。すなわち
、この異常を電圧が低下したことで検出し、予め選定さ
れている制御棒を予め設定された挿入量だけ挿入して、
原子炉出力を降下させ、自然循環状態でも、上方制限曲
線Ｅを遵守した運転が可能な出力Ｈ以下に移行させる。

このように原子炉出力をＨ以下に降下させるには、所定
の反応度を常に確保する必要があるが、運転中には種々
の制御棒パターンがあシ、常に所定の反応度を維持でき
るとは限らない。このバックアップとして、予め定めら
れた制御棒挿入により原子炉出力が降下し、整定するに
必要な時間を待って、それでも原子炉出力が所定の出力
Ｈ以下にならない場合には、原子炉緊急停止を実行する
。

第６図に、異常時にも、上方制限曲線Ｅを遵守するのに
必要な監視保護装置の概要を示す。

再循環ポンプ駆動電源ＡＩ−Ａ、、の異常を各母線の電
圧が低下したか否かを監視しておき、これらいずれかの
母線電源異常が検出され、その際に、原子炉出力が、自
然循環状態でも上方制限曲線Ｅを遵守できる出力Ｈよシ
も高い場合には、警報設定器１７の出力信号で判断し、
速やかに予め選定された制御棒を挿入し、原子炉出力を
Ｈ以下に降下させる。一方、選択制御棒挿入にも拘らず
、数十秒たっても、警報設定器１７の出力信号が原子炉
出力がＨよシも高いことを示す場合には、適切な保護動
作が行なわれていないと判断し、原子炉を緊急停止する
。

第７図は、本発明による監視制御装置の有効性を示す過
渡応答図である。

再循環ポンプ駆動電源Ａ■〜Ａ、のいずれかあるいは多
数個の異常が生じ、この電源によシ駆動されている多数
台の再循環ポンプがトリップすると、炉心流量Ｃｓは急
激に低下する。この際停止した再循環ポンプの流量Ｃ２
は、ポンプ吐出圧が下がるため急激に低下し、健全側の
ポンプ吐出圧に押し込まれる形になシ、逆流を始める。

一方健゛　金側のポンプ流量Ｃ３は、結果的にシステム
圧損が減少した形となるので、急激に増加する。健全側
ポンプのランアウト保護を目的として、再循環ポンプ速
度を降下させると、健全側のポンプ流量Ｃ３もやがて降
下する。これに伴い炉心流量ＣＩも徐々に降下すること
になる。原子炉出力Ｃ４は。

炉心流量の降下によシ減少するが、何ら保護動作を行な
わない場合には、第２図における出力Ｈ以下の原子炉出
力依存の流量制御曲線Ｆ２上に整定するから、上方制御
面ＭＥ以上の領域で運転されることになる。これに対し
本発明を適用した場合には、再循環ポンプ駆動電源Ａ　
１　”　Ａ　ｍの異常が検出された場合の原子炉出力が
、設定値Ｈよシも高いことが確認されると、速やかに選
択制御棒が挿入され、出力が降下させられるため、原子
炉出力Ｃ６は第２図における出力Ｈ以下の原子炉出力依
存の流量制御曲線Ｆ２上で整定するから、上方制限的Ｍ
Ｅより下の領域で運転されることになる。

゛　また万が一１選択された制御棒の反応度が充分でな
く、原子炉出力ＣＳが設定１ｉｉＨ以下に降下しない場
合には、所定の時間遅れで原子炉緊急停止が生じ、上方
制限曲線Ｅよシ上方で運転が継続されることはなくなる
。

なお、第６図において、選択制御棒挿入動作に時間遅れ
を持たせると、不必要な選択制御棒挿入を避けることも
できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、再循環ポンプ速度下限を原子炉出力に
応じて設定することによシ、運転領域制限を行なうこと
ができる。従って、炉心流量検出精度に影響を受けるこ
となく、領域制限を厳密に行ない、かつ種々の運転制限
に対して柔軟に対応でき、原子炉の運用性を高めること
が可能である。

また、異常状態に対しては、それを検出し、２段階の保
護動作を行なうので、通常時には誤って不必要な保護動
作がなされることはなく、シかも異常時に確実な保護動
作を期待できる。

その結果、従来に比較し、よシ厳しい運転制限領域にも
対応できる一方、運転領域制限を緩和し原子炉の能力を
充分に発揮させるのに必要であった保護動作用の諸設備
を大幅に削減可曲である。

【図面の簡単な説明】

第１図は多数台の再循環ポンプを有する原子炉プラント
の概略図、第２図は原子炉の運転領域説明図、第３図は
再循環ポンプ最低速度設定を説明する図、第４図は本発
明による再循環流量制御系のつ°ロック図、第５図は本
発明による通常時の保護機能の説明図、第６図は本発明
による異常時の保護機能の説明図、第７図は原子炉プラ
ントの過渡応答図である。 工・・・原子炉、２・・・制御棒、３・・・制御棒駆動
制御系、４・・・再循環流量制御系、５・・・再循環流
量要求設定器、６・・・炉心流量検出装置、７・・・流
量制御器、８・・・低値優先回路、９・・・再循環ポン
プ速度ランバック信号、１０・・・中性子束検出器、１
１・・・−次遅れ回路、１２・・・関数発生器、１３・
・・高直優先回路、１４・・・関数発生器、１５・・・
高直優先回路、１６゜１７・・・警報設定器、１８・・
・運転領域監視制御装置。 代理人　弁理士　鵜沼辰之 ｌｉｔ　口 犀２　口 茅Ｓ図 Ｂｙ　犀）ｆｆ本カ 茅４．目 ＃５　目 茅ｔ　目 茅７目 悶

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、全制御棒緊急挿入装置と予め選定した制御棒の挿入
   装置と運転員への警報装置と炉内計装信号による原子炉
   出力計装装置とを有し多数の冷却材循環ポンプと前記制
   御棒挿入装置を制御する制御棒駆動制御系と循環ポンプ
   の流量を変えるためにポンプ速度を制御する再循環流量
   制御系とを備えた強制循環タイプの沸騰水型原子炉にお
   いて、再循環流量要求設定器と炉内計装された中性子検
   出器からの信号を遅延させる一次遅れ回路およびそれに
   基いて関数を発生させる関数発生器と側柵からの信号を
   受ける高直優先回路とを含み、原子炉出力レベルが上記
   警報装置を作動させる予め設定された出力以上となった
   場合に、循環ポンプ速度要求信号を原子炉出力増加分に
   応じて変化させ。 前記選択制御棒の作動運転領域も設定することを特徴と
   する運転領域監視制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、循環ポンプ駆動電
   圧信号を監視する装置を含み、予め設定されたボング台
   数の前記電圧信号が予め設定された値以下になり、その
   時の原子炉出力レベルが予め設定された値以上である場
   合に９選択制御棒を設定挿入量だけ挿入させることを特
   徴とする運転領域監視制御装置。 ３、特許請求の範囲第２項において、選択制御棒挿入の
   のち所定時間経過しても原子炉出力レベルが予め設定し
   た値以下にならない場合、全制御棒緊急挿入装置によシ
   全制御棒を緊急挿入して、原子炉を緊急停止させること
   を特徴とする運転領域監視制御装置。 ４、特許請求の範囲第２項または第３項において、制御
   棒挿入条件が出現してから実際に制御棒挿入動作が開始
   するまでに一定の時間をもたせる遅延回路を含むことを
   特徴とする運転領域監視制御装置。