JPS61105491A - 沸騰水型原子炉の運転領域監視装置 - 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操作を電力需要に応じてよ
り柔軟に行なう友めの沸騰水型原子炉の運転領域監視装
置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 原子力発電所では出力変動をできるだけ避け１基底負荷
運転とよばれる出カ一定の運転を行なっているが、電力
系統における原子力発電の占める割合が増大するにした
がって、電力需要の季節的または時間的な変動に応じ友
より柔軟な出力操作の必要性が高まってきている。

しかして沸騰水型原子炉（以下ＢＷＲという）の出力制
御方式には王として二つの制御方式があって、一つは制
御棒位置の調整による原子炉反応制御方式であり、他は
再循環流量・の制御による出力制御方式である。制御棒
による出力側両方式＃：ｔ１制御棒操作の前後で局所的
出力分布が大きく変化するので予め制御棒操作量および
操作手順を詳細に計画しておく必要があり、王に原子炉
の起動停止の場合などの大幅な出力レベルの変更、長期
の反応度態化および出力分布の調整のために用いられる
。一方、再循環流量制御による出力制御方式はＦ）循環
流量を制御させるだけで容易に出力を制御させることが
できるので、任意の時点において出力を制御させるのに
適しており、一般に負荷変動に対する出力の追従にはこ
の制御方式が用いられる。

ところでＢＷＲでは、核燃料および各１）４ｍ器の健全
性維持のため炉心熱出力と炉心流量との関係が規制され
ており、原子炉運転はでの範囲内で行なわなければなら
ない。第３図はこの制限範囲を示すグラフで、横軸は炉
心流量、幌軸は炉心熱出力を表わす。図中、ｔラインは
炉心流量の上限値。

ｍラインはその下限値を示し、ｎラインはロンドブロッ
クラインとよばれているものである。したがってこれら
ｔ、ｍ、ｎラインで囲まれた領域（斜線領域）が運転可
能な範囲となる。

このような規制があるために、原子炉出力は再循環流量
制御方式により容易に出力変更をすることができても、
実際には上記制限範囲内でそれを冥施しなければならず
、この範囲を逸脱しないように出力変更することは次に
述べるように種々の問題点がある。

すなわち、炉心における核分裂の結果、ｌ−１３５およ
びその娘核種であるＸｅ−１３５が生成される。

このＸｅ−１３５Ｈ中性子吸収物質であるので反応度の
低下を招き、したがって、炉心にこれがどの程度蓄積し
ているかにより所定の出力レベルＶ達成するに要する炉
心流４が変ることになる。また。

Ｘｅ−１３５の生成量は出力の変動に伴ない変化し。

しかも核分裂からＸｅ−１３５生成までの半減期゛は数
時間であるので％数時間の遅れをもって変化する０この
ようにＸｅ−１３５は出力変更に影響を与え、かつ出力
変更によってその生成量が変化していくので％ＢＷＲに
おける出力の変更は、現在のＸｅ−１３５の蓄積量を考
慮して出カー渾１肘関係の制限範囲内に入るかどうかを
判足し、かつ出力変更後のＸｅ　−１３５の変動により
上記制限範囲から逸脱しないかどうかを判定して行なわ
なければならない。

ところで、規在の原子力発電所の炉心性能の管理はプロ
セス計Ｘｍにより行なわれている。プロセス計算機は原
子炉の状態を測定する計測６から得られる信号をもとに
、現状の炉心状態を監視することか主な役割となってい
るので、前述したような電力需要に応じた柔軟な出力運
用を行なおうとした場合、要求された出力変更が制限範
囲内で可能かどうかの情報を提供することができず、し
比がってオフラインでの詳細な解析が必要となって、実
際上ＢＷＲをこのように柔軟に運用することは非常に困
難である〇 ［発明の目的コ 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ＢＷＲの運
用において、常に出力変更可能な領域を監視してその情
報を運転員に提示することにより、柔軟な出力操作を可
能とするＢＷＲの運転領域監視装置を提供することを目
的とするものである。

［発明の概要コ 本発明は、上記目的を達成するために原子炉内に設置さ
れた計測系と、この計測系から得られたプラントデータ
に基づいて炉心熱出力、炉心流量および１−１３５とＸ
ｅ−１３５の蓄積量を計算する現状炉心状態推定装置と
、この現状炉心状態推定装置で得られたデータを基に炉
心状態予測モデルな使用して出力変更可能な領域を求め
る運転可能領域予測装置と、前記現状炉心状態推定装置
および前記運転可能領域予測装置で得られたそれぞれの
データを記憶する記憶装置と、該記憶装置に記憶された
運転可能領域予測装置で得られたデータン表示する表示
装置とから構成されている沸騰水型原子炉の運転領域監
視装置に関する。

［発明の実施例コ 本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例のブロック構成図である。

第１図に示されるように、本発明の運転領域監視装置ｌ
ｔ３は原子炉１に設置された計測系２からのデータを受
けて現状の熱出力、炉心流量、　Ｘｅ−１３５およびｌ
−１３５蓄積ｉを算出する現状炉心状態推定装置４と、
これより得られた現状炉心状態をもとに出力変更可能領
域を求める運転可能領域予測装置５と、前記現状炉心状
態推定装置４および運転可能領域予測装置５で得られ次
結果を記憶する記憶装置ｌｔ　６と、運転可能領域予測
結果を記憶装＃、６から読み出して原子炉運転員に提示
する表示装置７とから構成されている。

しかして上記現状炉心状態推定装置４１２．原子炉の状
態を測定する計測系エリ給水温度、給水流量、原子炉圧
力、炉心流量等のデータを受けとり、それをもとに現状
の熱出力を計署、シ、さらに記憶装置６より前回計算さ
れたｌ−１３５，Ｘｅ−１３５の蓄積量を読み込み、工
およびＸｅの生厄、消滅を記述する後記する動特性方程
式に基き、現状のｌ−１３５゜Ｘｅ−１３５の蓄積量な
求める。この求めた現状のｌ−１３５，Ｘｅ−１３５の
蓄積量は熱出力、炉心流量と共に雄倉の炉心状態推定結
果として記憶装置６に記憶される。

ところで、上記Ｘｅ−１３５およびｌ−１３５の蓄積量
を求める動特性方程式としては次のものが知られている
。

一λｘｘｉ（ｔ）　−’ｘＸｔ（ｔ）φ１（ｔ）　−−
−−−−＝　（１）ここで、ＸはＸｅ−１３５の＃度、
λＸはその崩壊・定数、　ｒｚは核分裂当りのＸｅ−１
３５の直接発生割合、σｘＦｉＸｅ−１３５の中性子吸
収断面積、ｉは軸方向のノード、Ｉはｌ−１３５の渉度
、λｌけその崩壊定ａｌｒＸは核分裂当りの１−１３５
の発生割合、Σｊは核分裂断面積、φは熱中性子束を表
わしている。

次に運転可能領域予測装置５では、上記の現状炉心状態
推定装置４で得られに現状炉心状態推定結果をもとに出
力変更可能領域を求める。ここではＸｅ−１３５の漉度
および炉出力が変化した場合の炉心流量の変化を予測す
るための予測モデルが必要である。このようなモデルと
して最を簡単なものは Ｗ　＝Ｆ（Ｐ、Ｘ、Ｇｏ）　　−−−−−−−−−−−
−−−−（３）ここでＷは炉心流量。

Ｐは炉出力。

ＸはＸｅ−１３５濃度。

ＣＯハ調整パラメータを示す◎ のように、あらかじめオフラインの解析により炉出力Ｐ
　、　Ｘｅ−１３５濃度Ｘ、炉心流量Ｗとの関係を表わ
す関数形Ｖを求めておくものである。ただし調整パラメ
ータＣｏは現状炉心状態推定装置４で推定された最新の
炉心状態が上記３式に合致するように定めたものである
０また。物理モデルに基いた予測モデルとして下記（４
）式の１次元−散方程式に基いた。特公昭５９−７９９
号に記載された公知のモデル！用いる事もできる。

一−−−−−−−−−＝　（４） ここで、φは高速中性子束　Ｍ！ｌは移動面積。

Ｋ″′は無限増倍係数、Ｃはボイド補正係数、ＷＤ。

は炉出力制御を行なう際の水の密度、　ＷＤｌｏ。

Ｂ１”［それぞれＴ零〇での水の密度および半径方向の
もれを示す。

そして予測モデルを前記したｌ−１３５、Ｘｅ　−１３
５の生成、消滅を記述する動特性方程式と組み合わせる
ことにより、出力変更を行なった後の炉心流量の変化を
予測することができる。次に運転可能領域予測装置５で
の処理の流れを第２図に示す。

まず初期合わせ部ＩＯにおいて、予測モデルが最新の炉
心状態と合致するように調整パラメータの値を定める。

次に変更出力レベル設定部１）においては、出力レベル
の適当な１も例えば１００％定格出力から５０一定格出
力の範囲を適当な間隔例えば２％定格出力の間隔に分割
して出力レベル候補者とし、次の出力レベル候補者有の
判定部１２で出力レベルの候補者があればその上限から
下限にわたって順次、現状からの変梃出力レベルとして
炉心状沖予測ｓ１４に入力する。また、出力レベル候補
者有の判定部１２での判定結果出力レベル候補者がなけ
れば出力部１３に入力される。炉心状態予測部１４ハ最
新の炉心状態から変更出力レベル設定部１）より引き渡
され次レベルに出力変更した場合の炉心状態の変化を、
前記予測モデルおよびＸｅ　−Ｉのｍ）特性方程式に基
づいて適当な時間間隔、例えば２４時間にわたって予測
する０（ここで、勤特性方８式として上記（１）および
（２）式、予測モデルとして上ｉｔ’、　（４）式を用
いた場合の炉心状態の予測についての計算の流れは、特
公昭５９−７９９号に記載された公知の炉出力予測の計
算の流れを行なえばよい。）そして予測結果判定部１５
においては、炉心状態予測部１４で得られた出カー流隼
″の予測結果≠５前記した運転制限範曲内にあるかどう
かを判定する。しかして、変更出力レベル設定部１）〜
炉心結果判定部１５の処理の流れば、上述したように変
更出力レベル設定部１）において予測すべき出力レベル
の候補者がなくなるまで繰り返される。出力部１３では
１以上の予測結果をまとめて第１図の記憶装置３に書き
込む。

以上のＥｐ−順により、運転可能領域予測装置２での処
理が終る。次の表示装置４は記憶装置３から烏転可能領
域予側装置２の結果を読みとり、現状の炉心状態から可
能な出力変更領域をＣＲＴ等の表示Ｈ器に表示する。し
友がって本発明の運転領域監視装ｆ１′は適当な時間間
隔１例えば１５分毎に動。

作し、可能な出力変更領域の表示を更新する。

［＠明の効果］ 以上説明したように、本発明の運転領域監視装置によれ
は、常に蒙新の炉心状態に基づいて出力変更可能な領域
が監視さす１．その情報が運転員に提示されるので、運
転員に急な出力の上昇、下降の要求に対してもそれが可
能か否か、あるいけどの領域までであれは出力変更可能
であるかを即座に判断することができる。したがってＢ
　Ｗ　Ｒの出力制御を電力需要に応じて東歌に運…する
こと力；できるというすぐれ几効果を擬する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック構成図、第２図は
第１図にお社る運転可能領域予測装置での処理の流れを
示す図、第３図はＢＷＲにおける炉心熱出力−炉心流量
制御曲線を示す図である０１・・・原子炉　　　　　２
・・・計測系３・・・運転領域監視装置 ４・・・塊状炉心状聴推足装置 ５・・・運転可能領域予測装置 ６・・・記憶装置　　　　７・・・表示装置代理人　弁
理士　猪　股　祥　晃（ほか１名）第　　１　　図 第　　２　図 第　　３　図 ｐ心庖１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子炉内に設置された計測系と、該計測系から得
   られたプラントデータに基づいて炉心熱出力、炉心流量
   およびＩ−１３５とＸｅ−１３５の蓄積量を計算する現
   状炉心状態推定装置と、該現状炉心状態推定装置で得ら
   れたデータを基に炉心状態予測モデルを使用して出力変
   更可能な領域を求める運転可能領域予測装置と、前記現
   状炉心状態推定装置および前記運転可能領域予測装置で
   得られたそれぞれのデータを記憶する記憶装置と、該記
   憶装置に記憶された運転可能領域予測装置で得られたデ
   ータを表示する表示装置とから構成されることを特徴と
   する沸騰水型原子炉の運転領域監視装置。