JPS61223596A - 再循環流量制御装置 - 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〕 本発明は沸騰水型原子力発電所の再循環流量制御装置に
係り、特に再循環ポンプモータの電源に瞬時停電が発生
した場合の制御方式に関する。

〔発明の背景〕

原子カプラントの出力制御方法の一つに再循環ポンプの
速度制御を行い炉心流量を制御する方法がある。従来こ
の再循環ポンプの速度制御はＭＧセツ）？用いていたが
、最近ＭＧ上セツトかわりに静止形インバータ電源を用
いることの検討が進められている。

静止形インバータ電源は従来のＭＯ上セツト比べ、 ａ）経済性が期待できる、 ｂ）設備の据付面積が小さい、 Ｃ）制御性が良い、 ｄ）応答性が良い、 などの利点をもっている。

しかし、静止形インバータ電源の最大の弱点は、電源系
統の電圧変動の影響を直接受け、瞬止停電（以下、瞬停
という）などが発生した時には、運転継続が困難になる
という点である。まｔ１瞬停発生後、系統電圧が復電し
た際、再循環ポンプ速度が急激に増加すると、炉心流量
の急増、ひいては中性子束の急増につながり、原子炉ス
クラムに至る可能性がある。

一方、ＭＧ上セツト場合には、ＭＧ上セツト取付けられ
友フライホイールの機械的慣性によって、たとえ、電源
系統の瞬停が発生しても、再循環ポンプモータに、一定
の電力を供給しつづけることができる。

静止形インバータ電源の場合にも、電気的慣性を付加す
ることは一応考えられるが、非常に大きな直流電源設備
やコンデンサが必要となり、非現実的なものとなる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、静止形インバータにより再循環流量を
制御する沸騰水型原子力発電所において、瞬停の発生に
よる原子炉出力低下時に、中性子束のオーバーシュー）
？抑えながら速やかに出力を再上昇させる再循環流量制
御装置を提供することである。

〔発明の概要〕

次に、本発明の特徴をより明確にするために、上記従来
技術の問題点についての新しい知見を、第４図を参照し
て、より詳しく説明する。第４図は、静止形インバータ
を用いた従来の再循環流量制御装置の概略構成図である
。

原子炉１の出力は、再循環ポンプ３で再循環流量を変え
て制御される。再循環ポンプ駆動モータ４は、静止形イ
ンバータ１１を電源としており、再循環ポンプ３０回転
数は、再循環流量制御装置６からの要求信号１０に従っ
て静止形インバータ１１の出力周波数を調整し制御され
る。出力変化の要求信号は、手動あるいはタービン制御
装置５から出力として、再循環流量制御装置６の主制御
器７に与えられ、Ｍ／Ａ操作器８と補償器９を介して、
再循環ポンプ回転数要求信号１０として静止形インバー
タ１１に出力される。静止形インバータ１１は常用系母
線１２から受電した電力を、再循環ポンプ回転数要求信
号１０に見合った周波数の交流電力に変換して再循環ポ
ンプ駆動モータ４に与える。これ罠より再循環ポンプ３
は出力要求に応じた回転数で運転され、原子炉１の出力
が制御される。

上記システムにおいて、常用系母線１２に瞬停が生じる
と、再循環ポンプ駆動電動機４の電源が一時的に失われ
、再循環ポンプ３０回転数が低下する。静止形インバー
タは、ＭＧ上セツト、ような機械的慣性がないので、制
御性に優れている反面、瞬停時のように一時的に電力が
失われる事象においても再循環ポンプ３の回転数が大き
く低下する問題がある。また、その後の電源復帰時にお
いて、ポンプ回転数は再循環流量制御装置のポンプ回転
数要求信号に従い急激に上昇するから、炉心２内の冷却
材炉心流量が変動し、中性子束も変動することになり、
炉心流量増加時に中性子束高によるスクラムが発生する
可能性があった。

この問題に対処するのに従来は、静止形インバータ１１
でポンプ速度の上昇率を制限するように変化率の上限リ
ミット機能を設けていた。この例では、瞬停発生後のポ
ンプ速度上昇時に中性子束が定格値をオーバーシュート
しないように変化率の上限値を非常に小さくする必要が
ある。

この場合、瞬停の発生により中性子束が一旦急減少した
後、再び定格値に戻るまで長い時間を要するため、送電
系統への影響が大きくなり、ＭＯ上セツト式に比較して
大きな問題となっていた。

これら一連のプラント過渡変化を第５図で説明する。対
策を施さない場合を実線で、従来検討されていた対策を
施した場合を点線で示す。

静止形インバータは慣性をほとんど持たないため、瞬停
時における再循環ポンプ速度の低下が大きくなる。対策
を施さない実線では、復電後のポンプ速度上昇も速いた
め中性子束が急上昇して、中性子束高スクラムに至って
いる。

一方、静止形インバータ１１においてポンプ速度上昇率
を制限するように厳しい変化率制限を設けた場合には、
再循環ポンプ速度の上昇は緩やかになり、中性子束の上
昇も緩やかとなってスクラムを回避できる。しかし、こ
の方法では、原子炉出力の初期値までの復帰が遅いので
、発電機出力の欠損量も大きく、送電系統側への影響が
大きいことになる。

また、中性子束や主蒸気流量信号をフィードバックして
制御すれば、このような中性子束のオーバーシュートを
ある程度抑えられるが、この方法では、フィードバック
信号の検出精度やノイズ′混入の問題があり、さらに、
ノイズフィルタやＰＩ制御器の追加等、システムが複雑
化してしまう難点がある。

従って、この問題への対策として、瞬停復電時の出力を
速やかに復帰させる簡便な方法が求められていた。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決するために、電
源系統の瞬停発生を母線低電圧リレーで検出し、との瞬
停継続時間を判定し、その判定結果に基づいて、再循環
流量制御系の速度要求信号を予め定められた値に一旦ラ
ンバックさせ、中性子束等のプラントパラメータが安定
した後に、ランパックをリセットさせるものである。こ
れは、炉心流量変化に対する中性子束の応答が非常に敏
感なため、出力の変更速度を制限しなければならないと
いうことに着目した結果である。

本発明は、瞬停復電時の中性子束オーバーシュートが問
題とならない程度まで再循環流量制御系の速度要求信号
を一旦ランバツクさせ、その出力でプラントパラメータ
が安定した後に、ランパックをリセットして、停電前の
出力まで戻すという２段階復帰方式を提案するものであ
る。本対策により、復電時のポンプ速度上昇率を大きく
とることができ１．出力が速やかに復帰することになる
。

〔発明の実施例〕

次に、第１図〜第３図を参照して、本発明の一実施例に
つき更に詳しく説明する。

第１図は、本発明の再循環流量制御装置がそこから信号
を取込むべきタービン制御系と、原子炉と、再循環流量
制御装置とを含む沸騰水型原子力発電プラントの概略図
である。

原子炉１を循環する冷却材は、再循環流量制御装置６が
制御する再循環ポンプ３により昇圧され、ジェットポン
プを通り炉心２に送り込まれ、核反応の熱を吸収して沸
騰し、ボイドを発生させつつ上昇する。その後、気水分
離器により飽和水と蒸気に分けられ、飽和水は圧力容器
を降下してふたたび給水と混合しジェットポンプに戻る
。−万、蒸気は、主蒸気ライン１３を通り、タービン蒸
気加減弁１４により調整されてタービン１５に流入し、
機械的な仕事をした後、復水器１８で凝縮され水に戻り
、再び原子炉に給水される。タービン１５での機械仕事
は発電機１６で電気出力に変換され、電力系統１２に送
電される。

つぎにタービン蒸気流量についてみると、タービン蒸気
加減弁１４ば、主蒸気圧力検出器で測られるタービン入
口圧力を一定に保つように、その開度を制御している。

主蒸気圧力調整回路５２がこの制御を行っており、たと
んば再循環流量を制御して原子炉出力を増加（減少）さ
せた結果、蒸気圧力５３が設定値５４よりも上がる（下
がる］と、加減弁１４を開き（閉じ）タービン出力を増
して（減らして）蒸気圧力５３を一定に保とうとする。

蒸気圧力５３がさらに上がって、加減弁１４を開いても
圧力上昇が抑えきれない場合は、タービンバイパス弁１
７を開いて蒸気を直接復水器１８にダンプし、蒸気圧の
上昇を抑えている。

以上のようにタービン蒸気加減弁１４は平常運転時には
主蒸気圧力調整回路５２からの指令によってその開度を
制御されている。そして、急激な負荷減少などによりタ
ービン発電機１６の回転数が設定値をこえると回転速度
を検出したタービン速度／負荷制御回路５７からの制御
指令に優先してタービン蒸気加減弁１４の開度を減らし
、タービンの加速を防止する。しかし、速度／負荷制御
回路５７からの指令が加減弁１４を閉じるのはタービン
回転数１９が設定値を越え九時のみである。

主蒸気圧力調整回路５２からの出力と速度／負荷制御回
路５７からバイアス分５８を差し引いた値との差を要求
負荷と実負荷との負荷偏差信号Ｓｔとして再循環制御装
置７に与える。定常運転時には、負荷偏差信号Ｓ１は零
となり、平衡状態が保持される。一方、負荷偏差信号Ｓ
１が零でない場合は、それを零とするように再循環流量
が変更される。なお、切替スイッチ２５を端子２６Ａに
入れると、タービン制御装置５からの信号Ｓ１が入力さ
れて自動運転となり、端子２６Ｂに入れると、コンソー
ルから手動で設定された信号Ｓ。

が入力されて手動運転となる。

さて、第１図において、点線で囲んだ部分が本発明によ
り付加される機能である。２１は母線の電圧低下を検出
する母線低電圧検出器、２３は静止形インバータ出力周
波数検出器、２７は再循環ポンプ速度要求ランバック指
令回路、２９は再循環ポンプ速度要求上限値設定器、３
０は再循環ポンプ速度要求ランバック設定器、３１はラ
ンバック設定値切替回路、３２は低値優先回路である。

再循環ポンプ速度要求ランバック指令回路１７は、母線
低電圧検出器２１の検出信号２２と、静止形インバータ
出力周波数検出器２２の出力信号２４と、低値優先回路
３２の出力信号と、自身の出力信号とをパラメータとし
て取込み、必要な指令を送るようになっている。

通常運転時、再循環ポンプ速度要求ランバック指令回路
２７からの信号２８は、ランバック信号切替回路３１を
ポンプ速度要求上限値設定器２９側に入れている。この
ため、低値優先回路３２には、ポンプ速要求上限値の信
号が入力される。補償器９からの速度要求信号１０は、
この上限値と比較される。この場合はその低値として、
補償器９からの速度要求信号１０が静止形インバータ１
１に入力される。すなわち、従来システムと同様に、再
循環ポンプ３の速度が制御されることとなる。

次に瞬停が発生し穴場合の挙動について説明する。

プラント運転中に瞬停が発生しても停電時間が短い場合
には、再循環ポンプ速度の降下量も小さいため、瞬停発
生前の出力まで即座に戻す事が可能である。しかし、停
電時間が長くなるとポンプ速度の降下量が大きくなって
、瞬停前の出力まで戻すには、静止形インバータ１１で
ポンプの速度上昇率を小さく制限する必要があり、出力
の復帰を遅くする要因となっていた。

そこで本発明では、低電圧リレー等からなる母線低電圧
検出器２１で停電を検出し、停電時間が規定時間以上続
いた時に、ポンプ速度要求ランバック指令回路２７から
の信号２８に従ってランバック設定値切替回路３１をポ
ンプ速度要求ランバック設定器３０側に切替えさせる。

これによって低値優先回路３２にはランバック設定器３
０の信号が入力される。補償器９出口の速度要求信号１
０は瞬停前の値に保たれているが、最終的な速度要求信
号３３は、低値優先回路１３によって選択されたランバ
ック設定値以下に制限される。

このため、復電時にポンプ速度が再上昇する場合にも、
ランバック設定値以上には上がらない。

ランパック設定値は、復電時のポンプ速度上昇による中
性子束オーバーシュートがスクラムレベルに達しないよ
うに予め定めたものであり、静止形インバータ１１にお
けるポンプ速度上昇率の制限を大幅に緩和できる。すな
わち、ランパック設定値までの出力の復帰が迅速になさ
れる。

次に、ランバック設定値から瞬停前の出力まで回復させ
る制御方式について説明する。

中性子束や主蒸気流量等のオーバーシュートは、ポンプ
速度がランパック設定値に達してから数秒後にはおさま
り、プラントは整定へ向かう。ここで再循環ポンプ速度
要求ランバック指令回路２７は、再循環ポンプ速度要求
信号３３．静止形インバータ出力周波数信号２４．再循
環ポンプ速度要求ランバック指令信号２８を用いてプラ
ントの整定状態を判定し、ランバック設定値切替回路３
１をリセットし、低値優先回路３２へ速度要求信号上限
値２９を入力する。これによシ静止形インバータ１１に
は、補償器９からの速度要求信号１０が入るため５、再
循環ポンプ速度は再び上昇して瞬停前の速度まで復帰す
る。ランパック設定値３０と定格速度との差が小さいた
め、定格出力まで復帰した場合でもこの間のポンプ速度
上昇で中性子束オーバーシュートによるスクラム等が発
生することはない。

ここでランバック設定値３０の設定論理を説明する。ラ
ンバック設定値は次の２つの要求を満たすように設定す
る。

■　復電時のポンプ速度復帰において、静止形インバー
タの変化率制限を大きくとり速やかに出力を復帰させて
も、中性子束オーバーシュートによるスクラムが発生し
ない値とする。

■　ランバック設定値のポンプ速度から定格出力時の速
度まで上昇した場合に中性子束オーバーシュートによる
スクラムが発生しないように、できるだけ定格出力時の
速度に近い値とする。

次に、再循環ポンプ速度要求ランバック指令回路２７の
論理について第２図により説明する。

母線低電圧検出器２１によって母線電圧の低下を検出し
、タイマーを介しである規定時間以上停電が続いたこと
を判定して、再循環ポンプ速度要求信号のランバック指
令を出す。この言号には自己保持をかけておき、母線電
圧が復帰してもランバックを持続させる。このランバッ
ク指令信号により低値優先回路３２゛にはランバック設
定値が入力される。

次に、再循環ポンプ速度要求ランバック指令信号２８が
出ている状態で、かつ再循環ポンプ速度要求信号３３と
、静止形インバータ出力周波数信号２４’との偏差が小
さくなった時、再循環ポンプ速度がランバック設定値ま
で徐帰したと判断する。

その後数秒の遅れをタイマーで持たせてプラントパラメ
ータが整定したものと判断し、この信号でランバックを
リセットする。

尚、第１図と第２図のランバック指令回路の構成と論理
は一実施例であり、再循環ポンプ３の回転数や再循環ル
ープの流量又は速度要求信号１０の偏差で判定するか、
中性子束や主蒸気流量の一定時間分のデータを常時取込
んで、そのばらつきからプラントパラメータの整定度合
を判定する。

第３図に、本発明を実施した場合の瞬停復電時のプラン
ト応答を示す。実線が本発明を実施した場合であシ、点
線は静止形インバータ１１の変化率制限を厳しくとった
従来の対策を施した場合である。

定格出力運転中罠瞬停が発生し再循環ポンプ速度が大幅
に低下する。復電後再循環ポンプ速度はインバータ１１
の変化率制限（従来よシ大幅に制限を緩和している）に
従って上昇するが、速度要求信号がランバックされてい
るため中性子束オーバーシュートによるスクラムを回避
して、ランバック設定の出力で一旦整定に向かう。その
数秒後プラントの整定度合いを見てランバックがリセッ
トされるため、再循環ポンプ速度は再び上昇し、瞬停前
の出力まで回復する。本発明によりインバータの変化率
制限を大幅に緩和できるため、復電時の再循環ポンプ速
度の回復、す表わち原子炉出力の回復が速やかにかつ簡
便になされる。第３図によれば、従来システムに比べ出
力の回復がはるかに速いことは明らかである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、静止形インバータ電源装置を用いた再
循環流量制御装置において、瞬停が発生した場合でも安
全に再起動し、一旦低下した原子炉出力を速やかにかつ
簡便に回復可能であり、ブランドの運転信頼性を高め、
稼動率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による再循環流量制御装置を原子炉およ
びタービン等とともに示すブロック図、第２図は再循環
ポンプ速度要求信号ランバック指令回路の論理を示す流
れ図、第３図は本発明を実施した場合の瞬停時プラント
応答を示十図、第４図は静止形インバータを用いた再循
環流量制御装置の従来例を示すブロック図、第５図は従
来例で瞬停が発生した場合のプラント応答を示す図であ
る。 １・・・原子炉、２・・・炉心、３・・・再循環ポンプ
、４・・・再循環ポンプ駆動モータ、５・・・タービン
制御装置、６・・・再循環流量制御装置、７・・・主制
御器、８・・・Ｍ／Ａ操作器、９・・・補償器、１０・
・・ポンプ回転数要求信号、１１・・・静止形インバー
タ、１２・・・常用系母線、１３・・・主蒸気ライン、
１４・・・タービン蒸気加減弁、１５・・・タービン、
１６・・・発電機、１７・・・タービンバイパス弁、１
８・・・復水器、１９・・・夕一ビン回転数、２０・・
・静止形インバータ出力周波数、２１・・・母線低電圧
検出器、２２・・・母線低電圧検出信号、２３・・・静
止形インバータ出力周波数検出器、２４・・・静止形イ
ンバータ出力信号、２５・・・自動手動切替スイッチ、
２６・・・端子、２７・・・再循環ポンプ速度要求ラン
バンク指令回路、２８・・・ランバック指令信号、２９
・・・再循環ポンプ速度要求信号上限値設定器、３０・
・・ランバック設定器、３１・・・ランバック設定値切
替回路、３２・・・低値優先回路、３３・・・ポンプ速
度要求信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉の再循環ポンプ速度制御用に静止形インバー
   タを有する原子力発電プラントの再循環流量制御装置に
   おいて、母線電圧を検出しその瞬時停電継続時間が規定
   値を超えたときに再循環ポンプ速度要求信号を予め定め
   られた値にランバックさせるランバック指令回路を含み
   、復電時のインバータによる再循環ポンプ速度変化率へ
   の制限を少なくし、原子炉出力を迅速に回復させること
   を特徴とする再循環流量制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、ランバック指令回
   路が、ポンプ速度要求信号とインバータ出力信号と自ら
   のランバック指令とを監視し、再循環ポンプ速度がラン
   バック設定値まで回復した後、プラントパラメータの整
   定を判定してランバックをリセットし、ポンプ速度を瞬
   時停電前の値まで回復させることを特徴とする再循環流
   量制御装置。