JPS6140591A - 原子炉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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、再循環制御系の制御ゲインを調整することに
より良好な応答特性と原子炉出力の異常な上昇を抑制す
るようにした原子炉再循環流量制御装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点〕 沸騰水型原子炉（以下ＢＷＲという）の出力制御は、通
常炉心内における制御棒の移動（引抜きまたは挿入）に
関する選択的な操作によるだけでなく、炉心を流れる冷
却水流量（以下炉心流量という）を組み合せて行われて
いる。

ところで、ＢＷＲの冷却材流量の調、Ｖ（二よる出力制
御の原理は、流ｔＸ化に伴う炉内ボイド発生状態の変化
と、ボイドのもつ負の反応度係数との関係を利用したも
のである。すなわち、原子炉出力を増加するに灯、冷却
材流量を増して炉内のボイド体積の過渡的な減少に伴う
反応度の増加によつて出力増加を起こさせる。この出力
増加は、過作時の反応ＩＩＪ増加ｉ−と新しい炉内ボイ
ド発生量とがバランスするところまで続き、新しい出力
レベルが達成される。

炉心流量け、原子炉圧力容器の外に冷却水の一部を導き
、これ４・再循環ポンプによって炉心内に供給すること
により強制的に得ている。そして炉心流ｔけ、再循環ポ
ンプに接続された流餠制御系によって調整されているが
、再循環流量と同じ値で汀ない。しかしながら両者は一
定の関係があるので、再循環流量を調整することによっ
て、炉心流量を間接的に調整できる。また、この舛循環
流業の調整にＵ、再循環ポンプの吐出側にある流量制御
弁の開度を調整するか、再循環ポンプの回転数を制御す
るかの２通りの調整手段がとられている０ しかして、°上記したことから明らかなように、ＢＷＲ
は炉心流量を制御することにより、答易に原子炉出力を
調整できることになるが、制御棒パターンによって炉心
流量と原子炉出力の変化率は。

かなり異なっている。例えば、炉心流量が定格１００％
であるとき、原子炉出力が別格１００％となる制御棒パ
ターンと別格の５０％出力となる制御棒パターンでは炉
心流量に対する原子炉出力の変化率に関して後者は前者
の約半分である。このため、通常け１００チ出力の制御
棒パターンで再循環制御系の最適ゲインを設定している
が、そうすると、５０チ出力の制御林パターンになった
ときには迅速な応答が期待できない。甘たｓ　　Ｉｏｎ
％出力よりさらに萬い制御棒パターンを選んで燃焼度補
償々どをする場合には、炉心流量に対する原子炉出力の
変化率がさらに大きくなり、これに伴い再循環制御系の
実効ゲインが高くなりすぎてハンチングなどの不安定現
象が生じる可能性が高い。一方、炉心流量が定格流量よ
り少ない値で、原子炉出力が１００％定格に至るため、
何らかの原因で炉心流量がさらに上昇１．て原子炉出力
が過度に上昇することが想定される。

上記のような不具合に対処するたぬに、従来炉心監視系
が設置されている。この炉心監視系は。

平均出力領域モニタ（ＡＰＲＭ）　、熱出力モニタ（Ｔ
ＰＭ）およびロッド・ブロックモニタ（ＲＢＭ）を具備
しており、これら各モニタは共に複数の局所出力領域モ
ニタ（ＬＰＲＭ）を含む中性子東計装系からの信号に基
いて次の如く作動するＯＡＰＲＭＱ、全ＬＰＲＭ出力を
平均して得られる炉心の平均出力を監視し、制御棒の引
抜により炉心の平均出力が予め定められたロッド・ブロ
ック設定値に達すると制御棒の引抜を阻止し、また制御
棒の引抜、炉心流量の増加等により原子炉出力か予め決
められたスクラム設定値に達すると原子炉をスクラムさ
せる。ＴＰＭはＡＰＲＭ出力を時間遅れ回路に通して燃
料表面伝達熱出力に変換してこれを監視し、この燃料棒
表面伝達熱出力が予め定められたスクラム設定値に達す
ると、原子炉をスクラムさせる。ＲＢ　Ｍは、ＬＰＲＭ
の読みの変化を監視し、制御棒の引抜きによりいずれか
のＬＰＲＭの読みが予め定められたロッド・ブロック設
定値に達するとその引抜きを阻止する。このような炉心
監視系の一例が米国特許第３．５６５．７６０号明細誓
及び特公昭５４−２１５１８号公報に開示されている。

しかしながら、例えＦｆ運転負の誤操作や機器の誤動作
により炉心流量が増加し原子炉出力が上昇した場合、原
子炉出力は、上述したようにＡＰＲＭまたにＴＰＭのス
クラム設定値に達して原子炉がスクラムするまで上昇し
続けるだけである。従って、不要にスクラムの回数が増
して運転に支障をきたすという不具合がある。

［発明の目的］ 本発明は、上記事情に鑑みてなさｆｌだもので。

その目的に、制御棒パターンの違いにより再循環制御系
の制御ゲインを調整することにより良好な応答特性と原
子炉出力の異常な上昇を抑制する原子炉再循環流量制御
装置を提供することにある。

［発明の楡要］ 本発明は、上記目的を達成するために、原子炉出力及び
炉心流量をそれぞ１２検出する検出器と。

前記原子炉出力及び前記炉心流量をそれぞれ規格化して
出力する出力・流量回路と、この出力・流量回路から出
力される規格化した原子炉出力及びンを決定するゲイン
変換回路と、このゲイン変換回路から出力される規格化
ゲインに基づいて再循環流ｔを制御する流量制御器とを
備えている原子炉再循環流量制御装置に係わるものであ
る。そして、上記運転点判別回路は、流量制御曲線、出
カスクラム設テ値ライン、出力安定性制限ライン及び過
出力制限ラインが記憶されており、ｔた流量制御器は乗
算回路と流量制御回路とから構成されている。

［発明の実施例コ 本発明の一実施例を回向を参照して説明する。

Ｎ１図は１本発明の一実施例の沸騰水型原子炉プラント
の再循環流量計測系の系統図を示すものである。同図に
おいて、原子炉圧力容器１内には炉心２が収容されてお
り複数の制御棒（図示せず）が制御棒駆動装置１１（図
示せず）４二より炉心２の中を選択的に挿脱する構成と
なっている。また、原子炉圧力容器１内には炉心２を冷
却する冷却材（冷却水）が入っているが、冷却水はその
一部を受けとる再循環ポンプ３により原子炉圧力容器１
内に設けられるジェットポンプ（図示せず）を通って炉
心２内に導かれる。炉心２内において、冷却水は燃料集
合体内を上昇する。燃料集合体で発生する熱は、冷却水
に伝えられ、冷却水は加熱されて蒸気となる。この蒸気
は原子炉圧力容器１から発電機ｌＯが連結されるタービ
ン９に導かれて、このタービン９で仕事をした後ゆ水型
８に排出され。

覆水器８で凝縮される。この凝縮水は、給水として原子
炉圧力容器１に次式れる。

再循環ポンプ３の吐出側にけ、制御弁４が設けられ、流
量制御系１．１によってこの制御弁４の開度を変えるこ
とにより、再循環流量を調整し、炉心流量を制御する。

なお、再１１！Ｉ環ポンプ３の回転数制御により炉心流
動を調整してもよい。

次に、流量制御系１１の詳細について駅間すると。

６カ、イ、。□。８、□１５．よ。あうい、−パピン制
御機＠６から貴行速度偏差信号として主制御器１２に与
えられるＱ主制御器１２からの出力信号と中性子束計装
系１６からの計測信号との偏差の関数として、中性子制
御器１３から流量要求信号が出される。また、流量制御
＠１４　Ｆｉ中中性子側制御器１３出力信号と再循環流
量計測系】７の計測信号との偏差が零となるように、か
つｔｆｃ再循環制御系に良好な応答特性を与えるために
彼記する制御ゲイン変換決定装置１８からの出力信号を
取り込み、この流量制御器１４から出力信号は関数発生
器】５を通して流量制御弁４の油圧制御装置５に与えら
れる。

この信号により、流量制御弁４の開度が調整され要求に
見合う冷却水流量に制御される。再循環ポンプ回転数制
御の場合も同様な信号系統で制御される。なお、７けタ
ービンバイパス弁である。

か＼る流量制御系１１により炉心流量を調整して行う沸
騰水型原子炉の運転パターンの一例を第２図１：示す。

第２図において、横軸に炉心流量を。

縦軸に原子炉出力をとり、炉心流量が１００チ定格のと
きの原子炉出力が２５俤、５０％、７５１１００チ、１
２５９６となる流量制御曲線を各々Ａ、Ｂ、Ｃ。

Ｄ、Ｂで示している。なお、上述したように炉心流量と
再循環流量は、同じ値でないが、両者には一定の関係が
あり、相互に代替可能である。

また、　ＡＰＲＭけ、主に制御棒の引抜き、炉心流動の
増加及び負荷趣断等による炉心圧力上昇による平均出力
の上昇を監視し、この平均出力が第２図のスクラム設足
値ラインＧ　（：達すると、制御棒駆動装置に信号を送
り、原子炉をスクラムさせる。

例えば、平均出力が別格出力の約１２０％に達すると、
スクラムさせる。Ｈラインは過出力制限ラインであり、
原子炉出力が異常に置出力とならないような制限ライン
として１０２〜１０５　％１格出力以下に設定する。Ｆ
ラインに安定性制限ラインであり、一般的に知られてい
るＢＷＲの炉心／チャンネル安定性に係るもので、高山
カ／低炉心流量が制限条件となるものである。

第３図は第１図に示す原子炉再循環流量制御装置の制御
ゲイン変換決定装置１８と流１゛制御器１４のブロック
構成図を示すものである。同図に示すよう仁制御ゲイン
変換級定装置１８は、原子炉出力Ｐと炉心流−１ｉ−Ｆ
の関係より運転状態を求める出力・流量回路１９と、こ
の出力・流量回１８１９からの出力を入力する運転点判
別回路２０と、この運転点判別回路２０の出力を入力す
るゲイン変換回路２１とから構成さｆｌ、ている。また
、流量制御器１４け、ゲイン変換回路２１の出力と流量
偏差信号２４との乗算を算出する乗算回路２２と、この
乗算回路２２の出力を入力する流量制御回路２３とから
ｓｈｖされている。

ところで、出力・流勅回ＦＯ１９に原子炉出力Ｐと炉心
流ｉＦとを入力して各々の定格原子炉出力及び定格炉心
流′ｍに対する相対伜に規格化するもので、例えばパー
セントで示される。

一方、運転点判別回路２０では先ず、第２図で示すＡ−
Ｈラインをヤ１１えば Ｙ＝ａＸ＋ｂ （ここで、Ｙ：Ｍ子炉出力、Ｘ：炉心流量、ａ、ｂ：係
数）のように表現しておく。次に、出力・流量回路１９
より出力された炉心流量ｆをこの運転点判別回路２０に
入力し、上記式に基づいてＡ−Ｈラインの原子炉出力Ｙ
人、−ＹＨを求め、出力・流量回路１９より入力された
原子炉出力ｐと比較する。

１点をＣラインに近似１７、出力する。

なお、このような論理回路はマイクロプロセッサ−によ
り簡単に糾み込むことができる。

次に、本実施例の作用について説明する。

原子炉出力Ｐと炉心流１Ｆが出力・流１回路１９に入力
されると、この出力・流量回路１９では、各々の定格原
子炉出力及び定格炉心流量に対する相対的に劫１格化さ
れた値が出力される。この出力が次の運転点判別ＩＣ！
４Ｂ　２０に入力される。一方、この運転点判別回路２
０では第２図に示すよりなりＷＲの流量制御曲線Ａ−Ｂ
を記憶させておき、原子炉出力Ｐと炉心流ｉ！ｔＦのデ
ータより最も近い流量制御曲線つまり流量制御特性図の
運転点を決定し、出力する。この出力により、各運転点
での規格化ゲインをゲイン変換回路２１で決定するが、
その例　　□を第４図に示す。この図における規格化ゲ
インは１００％出力流量制御曲線上の制御ゲインを基準
として、そのときのＸ％出力流量制御曲線の規格化する
規格化ゲインけ１となる。流量制御器１４の乗算回路２
２では上記規格化ゲインを流量偏差信号囚に乗じ、この
値を流量制御回路％に入力すること書−なるので、この
流儀・制御回路あのゲインを実質的に変えたのと同等の
効果を有する。なお、ゲイン変換手段としては流量制御
回路２３のゲインを直接変更することもできることは勿
論である。

次に、運転点が第２図のＨラインとＦラインでＳ″１れ
る運転制御４ｉ　ＩＪ域（斜線で示す）に突入した場合
は、運転点判別回路２０は零又は負の規格化ゲインを第
３図のゲイン変換回路２１が出力することによって運転
制限領域を回避する機能を持たせている。

［発明の効果〕 以上説明したように、本発明の原子炉再循環流量制御装
置によれば、広範囲な運転領域でその安定性及び応答特
性を共に良好とするとともに、ハンチング等による過出
力を防止することができるので、原子炉を安全かつ効率
よく運転することができるというすぐれた効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子炉出力及び炉心流量をそれぞれ検出する検出
   器と、前記原子炉出力及び前記炉心流量をそれぞれ規格
   化して出力する出力・流量回路と、該出力・流量回路か
   ら出力される規格化した原子炉出力及び炉心流量に基づ
   いて運転状態を決定する運転点判別回路と、該運転点判
   別回路の出力で規格化ゲインを決定するゲイン変換回路
   と、該ゲイン変換回路から出力される規格化ゲインに基
   づいて再循環流量を制御する流量制御器とを具備してい
   ることを特徴とする原子炉再循環流量制御装置。
2. （２）運転点判別回路は流量制御曲線、出力スクラム設
   定値ライン、出力安定性制限ライン及び過出力制限ライ
   ンを記憶している特許請求の範囲第１項記載の原子炉再
   循環流量制御装置。
3. （３）流量制御器は乗算回路と流量制御回路とから構成
   されている特許請求の範囲第１項記載の原子炉再循環流
   量制御装置。