JPS6041759B2 - 原子炉圧力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は沸騰水型原子力発電所の原子炉圧力を制御する
原子炉圧力制御装置に関する。

一般に、沸騰水型原子力発電所においては、原子炉から
の蒸気流量および原子炉内の再循環流量を制御すること
によつて、間接的に原子炉圧力を制御している。

これはタービン入口圧力が目標値になるように制御する
ものである。すなわちタービン入口圧力を制御すること
によつて、間接的に原子炉圧力を制御している。このよ
うな原子炉圧力制御システムでは、タービン入口圧力の
応答が原子炉圧力の変化に対して時間遅れを生じるため
、原子炉圧力の急激な変化に追従した適正な制御が行な
いにくい。

通常、沸騰水型の原子炉内部は飽和状態てあるので、原
子炉圧力が急激に上昇すると炉心内に発生している蒸気
の気泡が急激に消滅し、原子炉水位が急激に低下する。

逆に原子炉圧力が急激に下降すると、蒸気の気泡が急激
に増加し原子炉水位が急激に上昇する。このため原子炉
水位を一定に制御している給水制御系の給水流量が大幅
に変化し、これによる悪影響がタービン蒸気流量から発
電機出力ヘとあられれていく。この悪影響をおさえるた
めにも原子炉圧力は一定に制御されなければならない。
従つて、本発明の目的は原子炉圧力設定の過渡状態にお
いても、原子力発電所全体に影響を与えないようにその
設定値に従つて制御し、原子炉圧力を一定に保持するこ
とができる原子炉圧力制御装置を提供するにある。以下
図面を参照しながら本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明の原子炉圧カホリ御装置１”０を沸騰水
型原子力発電所に適用した原子炉圧力制御システムのシ
ステム構成図を示す。図かられかるように原子炉１内の
原子炉圧力Ｐによつて蒸気流量Ｑｓが送出される。この
蒸気流量Ｑ。は、主蒸気隔離弁１２およびタービン止め
弁１３を介し・てタービン加減弁１４に送出され、ター
ビン蒸気流量ＱΥとしてタービン１５に噴出される。一
方、蒸気流量Ｑ。はタービンバイパス弁１６を介して、
タービンバイパス蒸気流量ＱＢとして復水器１７に送出
される。復水器１７を通過した蒸気流量Ｑｓは水となり
給水系１８を通つて再び原子炉１１に戻る。また再循環
ポンプ１９で再循環された再循環流量ＱＲおよび原子炉
１１内の炉心流量ＱＯは、炉心の冷却作用を行なわせる
ためのものである。この沸騰水型原子力発電所の原子炉
圧力制御は、原子炉１１内の原子炉圧力Ｐおよび中性子
束φ、蒸気流量Ｑ，、タービンスピードＮを入力して、
原子炉圧力制御装置１０で所定の演算を行い、タービン
加減弁１牡タービンバイパス弁１６、再循環ポンプ１９
を制御することよつてなされる。

第２図に本発明の原子炉圧力制御装置１０のブロック図
を示す。

図かられかるようにこの原子炉圧力制御装置１０からは
、タービン加減弁１４の制御信号である加減弁開度要求
信号ａと、タービンバイパス弁１６の制御信号であるバ
イパス弁開度要求信号ｂおよび再循環ポンプ１９の制御
信号である偏差信号ｃが出力される。加減弁開度要求信
号ａは、タービン負荷設定部２１からの負荷／スピード
要求信号ｆと原子炉圧力設定部２２からの圧力調整信号
ｇとのうち小さい値を示す信号が選択される。

これを（１）式に示す。負荷／スピード要呆信号ｆは、
タービンスピードＮの誤差修正信号ｄおよびタービン負
荷要求信号ｅとを加算して得られるが、通常状態におい
ては誤差修正信号ｄはほぼ零てあるので、負荷／スピー
ド要求信号ｆはタービン負荷要求信号ｅと考．えてよい
。

また負荷要求信号ｅの設定はタービン１５が常にとろう
とするタービン負荷に余裕量を加えた値に設定される。
すなわち負荷要求信号ｅはタービン負荷信号ｈとその余
裕量Δｈを加えたものに設定される。この余裕量Δｈ通
常、タービ５ン負荷信号ｈの１０％前後の値がとられる
。従つて負荷／スピード要求信号ｆは、誤差修正信号ｄ
がほぼ零なので、定常状態では（２）式に示すようにな
る。（ｆ−ｈ＋ハｈ゛（？麺しｈ：ターピン負荷信号）
）・・（２） △ｈ：余裕量一方、圧力調整
信号ｇは原子炉圧力Ｐから圧力設定値Ｐ。

を差し引いた値に、一次進み／遅れ要素Ｇ１（Ｓ）を乗
算し、圧力調定率Ｒで除算した値で示される。すなち（
３）式に示すようになる。この圧力調整信号ｇと負荷／
スピード信号ｆとのうち小さい値の信号が加減弁開度要
求信号ａとして出力される。通常、定常運転状態では信
号ｇの方が信号ｆより小さいので、圧力調整信号ｇが、
定常状態におけるタービン出力すなわちターノピン１５
がとろうとするタービン負荷に見合つた出力を供給する
加減弁開度要求信号ａとなる。この設定は圧力設定値Ｐ
。によつてなされる。つまり通常の状態においては（１
）式で示される加減弁要求信号ａはａ＝ｇとなつている
。このためタービン加減弁１４は通常は原子炉圧力Ｐを
一定に保持するように制御される。一方タービンバイパ
ス弁１６は、多少の負荷変動があつても原子炉圧力Ｐを
一定に保持するためのものである。

たとえば発電機併入後の出力を上昇していく場合、ある
いはタービントリップの場合には、タービン加減弁１４
の開度が上述した圧力調整信号ｇで（ａ＝ｇ）で制御さ
れない場合がある。このとき原子炉圧力Ｐを一定に保持
するのがこのタービンバイパス弁１６である。タービン
バイパス弁１６の制御は、圧力調整信号ｇとタービン加
減弁開度要求信号ａ（ａ＝ｆ）との差信号すなわちター
ビンバイパス弁開度要求信号ｂで制御される。

すなわちバイパス弁開度要求信号ｂはｂ＝ｇ−ａで示さ
れる。また通常タービン加減弁１４の開度は上述したよ
うに圧力調整信号ｇで制御されているが、同時にタービ
ン１５がとろうとするタービン負荷を実際にとることが
できるように偏差値設定部２３からの偏差信号ｃを再循
環流量制御系の再循環系主制御器２０へ出力し、原子炉
圧力を制御する。

これを（４）式に示す。原子炉圧力Ｐは、中性子束φか
らの熱によつて発生する蒸気発生量と原子炉１１から出
る蒸気流量Ｑ，との差によつて変化する。

このためこの差信号（Ｑ８−φ）をも考慮に入れて原子
炉圧力を制御する。すなわ蒸気流量Ｑｓと中性子束φと
の２つの制御量の差信号に３要素ゲインＧ２（Ｓ）を乗
算し、この信号を偏差信号ｃに加味させる。なお（４）
式でΔｈのバイアスをかけるのは、タービン負荷を変化
させようとするとき、直接タービン加減弁１４の開度を
変えるのではなく、まず再循環流量ＱＲを変えて原子炉
圧力を変えることにより、原子炉圧力Ｐを変化させ、こ
れによつて（３）式かられかるように圧力調整信号ｇを
変えて、間接的にタービン加減弁１４の開度を変えるた
めである。このように構成された原子炉圧力制御装置１
０の動作を以下説明する。

たとえば圧力設定値Ｐ。をステップ状に増加させ、原子
炉圧力Ｐを目標圧力Ｐａに設定する場合を考える。圧力
設定値Ｐ。がステップ状に増加すると（３）式かられか
るように圧力調整信号ｇが減少するので、定常状態（ａ
＝ｇ）ては、それに伴いタービン加減弁１４の開度も減
少し、タービン蒸気流量ＱＴも減少する。この場合、タ
ービンバイパス弁１６は閉じているので、タービン蒸気
流量Ｑ，は蒸気流量Ｑ，と考えてよい。また圧力調整信
号ｇが減少すると、（４）式かられかるように偏差信号
ｃが正の方向に増加し、その信号が再循環系主制御器２
０でＰＩ制御されて再循環流量ＱＲも増加する。すなわ
ち再循環流量ＱＲが増加し、タービン蒸気流量Ｑ，は減
少するのて、原子炉圧力Ｐは目標圧力Ｐａをめざして上
昇する。ところが原子炉圧力Ｐが上昇する方向になると
中性子束φもすぐ増加する方向になるので、（４）式か
られかるように原子炉圧力Ｐが目標圧力Ｐａまで上昇し
きらないうちに、偏差信号ｃは負の方向に増加し始める
。

これによつて再循環流量ＱＲが減少し始めるので、原子
炉圧力Ｐの上昇はタービン蒸気流量Ｑ，の変化の影響に
よるものだけになり、その上昇はゆるやかになる。一方
、タービン蒸気流量ＱＴは最初のうちは減少するが、原
子炉圧力Ｐが上昇してくるにつれて、（３）式かられか
るように圧力調整信号ｇが増加するので、タービン加減
弁１４の開度も大きくなり、タービン蒸気流量ＱＴは増
加する。

タービン加減弁１４の開度が大きくなり始めたとき、原
子炉圧力Ｐは目標圧力Ｐａをこえたことになる。そして
再循環流量ＱＲの減少した効果が表われ始めるとタービ
ン蒸気流量ＱＴも徐々に減少し、原子炉圧力Ｐも下降し
始める。すなわち圧力調整信号ｇ１偏差信号ｃの増加て
原子炉圧力Ｐを目標圧力Ｐａに向けて上昇させるが、原
子炉圧力Ｐが目標圧力Ｐａになる以前に、偏差信号ｃに
負方向特性をもたせるので、原子炉圧力Ｐの上昇はゆる
やかになり、原子炉圧力Ｐが目標圧力Ｐａを不必要にこ
えるようなことなくして下降し始める。

次に、一旦目標圧力Ｐａをこえた原子炉圧力Ｐが下降し
始めると、（３）式かられかるように圧力調整信号ｇが
減少し始め、しだいにタービン蒸気流量ＱＴも減少し始
める。

一方中性子束φも減少するので、（４）式かられかるよ
うに、偏差信号ｃは正方向に増加し始める。すなわち原
子炉圧力Ｐが下降し始めたときには、中性子束φがすぐ
に減少し始めるので、原子炉圧力Ｐが目標圧力Ｐａまて
下降しきらないうちに偏差信号ｃを増加させる方向にな
る。圧力調整信号ｇがタービン加減弁１４の開度を小さ
くし始めたときが、原子炉圧力Ｐが目標圧力Ｐａを下ま
わつたときである。そして偏差信号ｃの増加で再循環流
量ＱＲの増加した効果が表われると、原子炉圧力Ｐは再
度上昇し始める。このような振幅応動を示しながら最終
的に目標圧力Ｐａにおちつく。つまり偏差信号ｃに中性
子束φと蒸気流量Ｑ，との変数を新たに加味させたのは
、原子炉圧力Ｐが目標圧力Ｐａに早くかつ振幅も小さく
収束させるようにするためてある。

次に主蒸気隔離弁１２の１弁閉試験の場合の応ノ動につ
いて説明する。

主蒸気隔離弁１２の１弁が閉じると、原子炉圧力Ｐが急
激に上昇し、原子炉１１内の気泡が消減する。これによ
つて中性子束φが急激に増加する。この状態では（３）
式かられかるように圧力調整信号ｇが原子炉圧力Ｐの関
数で・示されるので、原子炉圧力Ｐが上昇すると、ター
ビン加減弁１４が全開になるとともにタービンバイパス
弁１６も即座に開き、蒸気流量Ｑ，も急激に増加する。
一方、原子力圧力Ｐの上昇にともなつて、（４）式フで
示すように偏差信号ｃの変数である圧力調整信号ｇおよ
び中性子束φとの両方が増加するのて、偏差信号ｃは急
激に負の大きな値となる。

これによつて再循環流量ＱＲが急激に減少し、原子炉圧
力Ｐの急激な上昇はおさえられる。すなわち、たとえば
原子炉圧力Ｐが急激に上昇したとしても、偏差信号ｃが
即座に小さくなるので、原子炉圧力Ｐを極カー定に保つ
ことができる。

なお上述の応動では、原子炉圧力Ｐを直接的に制御して
いるため、原子炉圧力Ｐは主蒸気隔離弁１２の１弁閉後
も、その前と同じ値に落ち着く。

したがつて、主蒸気隔離弁４弁のうち、１弁が閉じてい
るので、主蒸気ラインの配管容量は低下する。このため
その量だけ蒸気流量Ｑｓ、再循環流量ＱＲおよび中性子
束φなどは減少した値に落ち着く。また上述の実施例で
は、原子炉圧力Ｐが不必要に振動するのをおさえるため
に中性子束φを偏差信号ｃの変数としたが、原子炉１１
内に流れる炉心流量Ｑｃを用いることも可能である。

以上の説明かられかるように、本発明によれば、タービ
ンバイパス弁を制御する圧力調整信号が原子炉圧力の関
数で示されるので、原子炉圧力を直接的に制御すること
ができ、その応答もはや，くなる。

また原子炉圧出力を制御する偏差信号ｃは、原子炉圧力
を上昇させる状態量である中性子束、あるいは炉心流量
Ｑｃの関数で示されるので、原子炉圧力Ｐがたとえ急激
に変化したとしても、原子炉圧力Ｐに追従した制御が行
なえ、さらに原子炉圧力Ｐを不必要に振動させることも
なく早く目標圧力に収束させることができる。すなわち
、原子炉圧力設定の過渡状態においても、原子力発電所
全体にその影響を与えることなく原子炉圧力を一定に制
御することができる原子炉圧力制御装置を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原子炉圧力制御装置を沸騰水型原子力
発電所に適用した原子炉圧力制御システムのシステム構
成図、第２図は本発明の原子炉圧力制御装置のブロック
図を示す。 １０・・・・・・原子炉圧力制御装置、１１・・・・・
・原子炉、１２・・・・・・主蒸気隔離弁、１３・・・
・・・タービン止め弁、１４・・・・・・タービン加減
弁、１５・・・・・・タービン、１６・・・・・・ター
ビンバイパス弁、１７・・・・・・復水器、１８・・・
・・・給水系、１９・・・・・・ポンプ、２０・・再循
環系主制御器、２１・・・・・圧子炉圧力設定部、２２
・・・・・・タービン負荷設定部、２３・・・・・・偏
差値設定部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 原子炉から噴出される蒸気流量および原子炉内の再
   循環流量を制御することにより原子炉圧力を制御する原
   子炉圧力制御装置において、原子炉圧力およびあらかじ
   め設定された圧力設定値とからタービン蒸気流量の制御
   信号である圧力調整信号を得る原子炉圧力設定部と、タ
   ービンがとろうとする負荷をあらかじめ設定するタービ
   ン負荷設定部と、このタービン負荷設定部で得られた負
   荷／スピード信号、前記圧力調整信号、前記蒸気流量お
   よび原子炉圧力を上昇させる原子炉内の状態量から前記
   再循環流量の制御信号である偏差信号を得る偏差値設定
   部とからなり、前記圧力調整信号および前記原子炉内の
   状態量が増加したとき前記再循環流量を減少させる方向
   に制御することを特徴とする原子炉圧力制御装置。