JPS6142238B2

JPS6142238B2 -

Info

Publication number: JPS6142238B2
Application number: JP53012452A
Authority: JP
Inventors: Daijiro Katayanagi; Hiroyuki Masuda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-02-08
Filing date: 1978-02-08
Publication date: 1986-09-19
Also published as: JPS54105689A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は重水減速型原子炉の制御系に係り、特
に、大幅な原子炉出力変更後速やかに安定させる
ことが可能な出力制御装置に関するものである。従来の電力供給系統における原子力発電所の役
割は、主として基底負荷を分担して常時定格出力
運転していれば良いと考えられていた。しかし、
今後は電力系統の周波数変動に即応した瞬時的出
力変更や系統周波数制御用の出力変更が必要とさ
れるようになつている。ところが、出力係数の小
さい重水減速型原子炉においては、大幅な出力レ
ベルの変更を行なうとXe反応度の制御が困難に
なるので、このような急速な出力変更は実際上行
なわれることがなかつた。第１図は従来の重水減速型原子炉の出力レベル
を瞬時に変更した場合の出力とXe濃度の変化を
示す線図で横軸は時間（hr）を示し、縦軸はXe
濃度を×10¹⁵n/c.c.単位で、原子炉出力を％で示し
ている。上記n/c.c.は立方cm当りのXe分子数を表
わすものである。いま、100％出力中の原子炉を
瞬時に45％出力に大幅に低下させると、線５１の
ごとく原子炉出力は急激に45％以下に低下してや
がては停止する。一方、Xe濃度は線５２に示す
ように一旦上昇して約５時間後に最大濃度となり
それ以後はゆるやかに降下する。第２図は従来の重水減速型原子炉の出力レベル
を制御棒の細かい操作によつて低下させた場合の
出力とXe濃度の変化を示す線図で、横軸および
縦軸は第１図と同じ単位を示している。線５３は
原子炉出力100％より制御棒を出入させながら24
時間後に45％に徐々に低下させたときの出力の変
化を示している。線５４はこのときのXe濃度の
変化状況を示すものである。このように従来の重水減速型原子炉は、急激に
出力を低下させるとXe濃度の急増によつて原子
炉が停止してしまうので、長時間かけて制御棒を
操作し徐々に所要のレベルまで降下させる必要が
あつた。また、降下時間を短縮するために大幅な
出力レベルを短時間に変更させるような制御棒操
作を行なうと、局部的に過大な出力ピークを引起
して燃料の経済性を低下させるという欠点があつ
た。一方、Xe反応度を制御するために重水減速材
中の液体ポイズンの濃度を変化させる方法も有効
であるが、この場合はポイズン除去塔、ポイズン
供給塔を操作しなければならないので、その効果
が炉心に達するまでに時間を要し制御時期を誤ま
り易いという欠点を持つていた。本発明は、局部的な過大ピーク出力を引起すこ
となく瞬時に大幅な出力レベルの変更を可能にす
る出力制御装置を提供することを目的とし、その
特徴とするところは、Xe反応度を制御するポイ
ズン濃度制御装置を時間遅れなく適時作動させる
ためのポイズン系運転予測計算装置を設けて原子
炉の出力制御を行なわしめたことにある。第３図は本発明の一実施例である重水減速型原
子炉の出力制御装置を説明する系統線図である。
図を大別すると上部にポイズン系運転予測計算装
置２３、中程に中央制御室２２があり、下部には
重水減速型原子炉の炉心１とポイズン循環系が示
されている。中央制御室２２に設置された入出力装置３３の
タイプライター１９の始動によつてポイズン系運
転予測計算装置２３が起動させられる。出力レベ
ル変動設定器３１に変化させたい出力レベル変動
幅を設定すると、その信号はポイズン系運転法選
択装置２６に入力される。ポイズン系運転法選択
装置２６では現在の原子力発電機出力を発電機出
力デイジタル計１８に接続している原子炉出力記
録計３０から読み取り、出力レベル変化後のXe
反応度の時間的変化をXe反応度計算装置２９を
起動させて予測する。また、その結果を入出力装
置３３のタイプライター１９やブラウン管表示装
置２０に出力表示させる。 Xe反応度計算装置２９は過渡Xe濃度記憶装置
２４とXe濃度信号変換器２５から成り、過渡Xe
濃度記憶装置２４には後程説明する第４図から第
１３図のような出力レベルを変化させた場合の
Xe濃度の時間的変化が記憶されている。ポイズ
ン系運転法選択装置２６より指示された出力レベ
ル変化に対応するXe濃度の時間的変化は過渡Xe
濃度記憶装置２４より知ることができるので、こ
れをXe濃度信号変換器２５を介して反応度信号
としてポイズン系運転法選択装置２６に伝達す
る。第１４図はXe濃度とXe反応度との関係を示
す線図で、この線図の関係に依つて反応度信号が
得られる。なお、後でも説明するが原子炉運転の
初期（BOC）から終期（EOC）かによつて燃料
の消耗度が異なるので反応度信号値は異なつてく
る。ポイズン系運転法選択装置２６はポイズン反応
度計算装置３２を起動させる。ポイズン反応度計
算装置３２はポイズン系運転パターン記憶装置２
８とポイズン濃度信号変換器２７とより成り、ポ
イズン系運転パターン記憶装置２８が記憶してい
る種々の運転パターンをポイズン濃度信号変換器
２７を介して反応度信号に変換してポイズン系運
転法選択装置２６に取り込み、前述の過渡Xe反
応度を制御するに最適な運転パターンを選択す
る。この選択されたポイズン系運転パターンはポ
イズン系運転法選択装置２６から入出力装置３３
に伝達され、タイプライター１９およびブラウン
管表示装置２０に出力表示される。第１５図〜第２３図はポイズン系運転パターン
記憶装置２８に記憶されている様々なポイズン濃
度調節系の運転パターンを示したものである。こ
れについても後程説明する。上記のごとくポイズン系運転予測計算装置２３
で予測された最適なポイズン系運転パターンに従
つてポイズン濃度制御装置を作動させることにな
る。即ち、重水中のポイズン濃度を減少させる必
要がある時は、原子炉制御盤２１のポイズン除去
塔流量調節スイツチ１６を所定の流量にセツトす
る。これにしたがつてバイパス弁１２は閉じら
れ、２つのポイズン供給塔流量調節弁１１は所定
の開度迄開かれる。重水減速材２は炉心１から重
水循環ポンプ５によつて送られてポイズン除去塔
６をバイパス通過し重水中のポイズン濃度を所定
の濃度になるまで減少させる。その後は重水浄化
塔８および自動ポイズン濃度測定装置９を通過し
てダンプタンク４０に入いる。上記とは反対に、重水中のポイズン濃度を増加
する場合は、原子炉制御盤２１のポイズン供給塔
流下量調節スイツチ１７を所定の流量にセツトす
る。これによつてポイズン供給塔流量調節弁１３
が所定の開度迄開き所定のポイズン量をポイズン
供給塔７からダンプタンク４０に流下させる。こ
のときバイパス弁１２はポイズン除去塔流量調節
スイツチ１６によつて開かれ、ポイズン除去塔流
量調節弁１１は閉じられている。したがつて、重
水減速材２は炉心１からダンプタンク４０、重水
循環ポンプ５を経てポイズン濃度制御装置への分
岐点４１で分流し、その主流は炉心１に直接戻る
と共に一部は重水浄化塔８を通つてダンプタンク
４０に戻る。上記のポイズン濃度制御装置の各機器が所定の
運転パターンに従つて運転されているか否かは、
発電機出力デジタル計１８、流量計１０およびポ
イズン濃度記録計１５によつて知ることができ
る。また、この検出信号はポイズン系運転法選択
装置２６に伝達される。ポイズン系運転法選択装
置２６ではこの信号値から再び最適運転パターン
を予測し、前記の手順によつてポイズン系各機器
を作動させ、原子炉の出力レベルが一定になるよ
うに調節する。このようにして原子炉の出力平衡が得られたと
きは、入出力装置３３のタイプライター１９から
入力によつてポイズン系運転予測計算装置２３は
停止させられる。第４図は過渡Xe濃度記憶装置２４に記憶させ
た出力レベルを低下させる場合のXe濃度の時間
的変化を示す線図で、横軸は時間をhrで示し、縦
軸はXe濃度を10¹⁵n/c.c.単位で示している。線５
５は出力100％から０％に降下させる場合であ
り、線５６は出力75％から０％に、線５７は出力
50％から０％に、線５８は出力25％から０％にそ
れぞれ降下させる場合の曲線である。第５図は第４図と同様な横軸、縦軸をもつてお
り、原子炉出力を異なる出力状態から25％出力に
変更する場合のXe濃度の時間的変化を示す線図
である。即ち、線５９は出力100％から25％に、
線６０は出力75％から25％に、線６１は出力50％
から25％に、線６３は出力０％から始動して25％
出力に変化させる場合の曲線である。これら４本
の曲線が接続する点６２は25％出力飽和Xe濃度
を示している。以下同様に、第６図は原子炉の異なる出力から
50％出力に変更する場合のXe濃度の時間的変化
を示す線図で、線６４は100％出力から50％に、
線６５は75％出力から50％に、線６７は25％出力
から50％に、線６８は０％から50％出力に変化さ
せる場合の曲線である。これら４本の曲線が共有
する点６６は50％出力飽和Xe濃度を示してい
る。第７図は原子炉出力を75％出力に変化させる場
合で、線６９は100％出力から75％に、線７１は
50％出力から75％に、線７２は25％出力から75％
に、線７３は０％から75％出力にそれぞれ変化さ
せる場合の曲線である。これらの線が共有する点
７０は75％出力飽和Xe濃度を示している。第８図は原子炉出力を100％出力に上昇させる
場合で、線７４は75％出力から100％に、線７５
は50％出力から100％に、線７６は25％出力から
100％に、線７７は０％から100％出力にそれぞれ
変化させる場合の曲線である。以上は原子炉運転を開始してまだあまり時間が
経過していない時期、即ちBOCにおいて使用さ
れるパターンである。一方、原子炉を運転して比
較的長時間経過した時期、即ちEOCにおいて
は、原子炉の運転性能がBOCとは異なるので第
９図以下第１３図までのパターンを用いる。これ
ら第４図から第１３図までのパターンはすべて第
３図の過渡Xe濃度記憶装置２４に記憶されてお
り、原子炉の運転状態によつていずれかが選択さ
れる。 EOCの場合に用いられる曲線について一括し
て次に説明する。第９図……原子炉出力を０％に変化させる場合、線７８……100％出力→０％線７９……75％出力→０％線８０……50％出力→０％線８１……25％出力→０％第１０図……原子炉出力を25％に変化させる場
合、線８２……100％出力→25％出力線８３……75％出力→25％出力線８４……50％出力→25％出力線８５……出力０％→25％出力点８６……25％出力飽和Xe濃度第１１図……原子炉出力を50％に変化させる場
合、線８７……100％出力→50％出力線８８……75％出力→50％出力線８９……25％出力→50％出力線９０……出力０％→50％出力点９１……50％出力飽和Xe濃度第１２図……原子炉出力を75％に変化させる場合線９２……100％出力→75％出力線９３……50％出力→75％出力線９４……25％出力→75％出力線９５……出力０％→75％出力点９６……75％出力飽和Xe濃度第１３図……原子炉出力を100％に変化させる場
合、線９７……75％出力→100％出力線９８……50％出力→100％出力線９９……25％出力→100％出力線１００……出力０％→100％出力点１０１……100％出力飽和Xe濃度第１４図は原子炉を運転することによつて炉心
に発生するXe濃度とXe反応度との関係を示す線
図で、横軸はXe濃度を×10¹⁵n/c.c.単位で示し、
縦軸はXe反応度を（％）Δｋ単位で示してい
る。実線１０２はBOCの場合であり、一点鎖線
１０３はEOCの場合である。この図はBOCと
EOCではXeの生成量が異なりしたがつてXe反応
度も異なる値となることを示している。線１０
２，１０３に印した鍵形記号に附記した数値は原
子炉の出力％を示したものである。次に、第１５図〜第２３図はポイズン系運転パ
ターン記憶装置２８に記憶されているポイズン系
の運転パターンを示すものである。これらの図の
横軸は時間をsecで示し、縦軸はB¹⁰の濃度をppm
で示してあり、ポイズン液を供給したときのB¹⁰
の濃度変化を表わすものである。第１５図はポイズン液を４秒間供給し５分待ち
を繰返したときのB¹⁰の濃度変化を示すものであ
り、曲線１０４は第３図の炉心１と重水循環ポン
プ５との間に設けたダンプタンク４０における
B¹⁰の濃度であり、曲線１０５は炉心１入口にお
ける重水中B¹⁰の濃度である。このようにポイズ
ン液の添加を繰返すことによつて重水減速材中の
B¹⁰の濃度は次第に増加することが知れる。第１６図はポイズン液を10分間供給したときの
B¹⁰の濃度変化を示すもので、曲線１０６は炉心
１出口の濃度、曲線１０７は上記ダンプタンク４
０の濃度、曲線１０８はポイズン濃度制御装置へ
の分岐点４１の濃度、曲線１０９は上記の炉心１
入口における濃度である。ポイズン液を供給する
につれてB¹⁰濃度は上昇し、供給を終つた後約10
分経過すれば４箇所における重水中のB¹⁰濃度は
同じくなり均一濃度になつている。以下同様にして種々の運転パターンを説明す
る。第１７図……10m³/hrの流速で５分間のポイズン
除去操作を行なつた場合のB¹⁰の濃度変化。線１１０……炉心１の出口線１１１……ダンプタンク４０線１１２……ポイズン濃度制御装置への分岐点４
１線１１３……炉心１の入口第１８図……２m³/hrの流速で５分間のポイズン
除去操作し10分間待ちを繰返した場合のB¹⁰の
濃度変化。線１１４……炉心１の出口線１１５……ダンプタンク４０線１１６……ポイズン濃度制御装置への分岐点４
１線１１７……炉心１の入口第１９図……２m³/hrの流速で10分間のポイズン
除去操作し10分間待ちを繰返した場合のB¹⁰の
濃度変化。線１１８……炉心１の出口線１１９……ダンプタンク４０線１２０……ポイズン濃度制御装置への分岐点４
１線１２１……炉心１の入口第２０図……２m³/hrの流速で15分間のポイズン
除去操作し10分間待ちを繰返した場合のB¹⁰の
濃度変化。線１２２……炉心１の出口線１２３……ダンプタンク４０線１２４……ポイズン濃度制御装置への分岐点４
１線１２５……炉心１の入口第２１図……２m³/hrの流速で連続ポイズン除去
操作を行なつた場合のB¹⁰の濃度変化。線１２６……炉心１の出口線１２７……ダンプタンク４０線１２８……ポイズン濃度制御装置への分岐点４
１線１２９……炉心１の入口第２２図……10m³/hrの流速で連続ポイズン除去
操作を行なつた場合のB¹⁰の濃度変化。線１３０……炉心１の出口線１３１……ダンプタンク４０線１３２……ポイズン濃度制御装置への分岐点４
１線１３３……炉心１の入口第２３図……20m³/hrの流速で連続ポイズン除去
操作を行なつた場合のB¹⁰の濃度変化。線１３４……炉心１の出口線１３５……ダンプタンク４０線１３６……ポイズン濃度制御装置への分岐点４
１線１３７……炉心１の入口第３図の炉心１内の重水減速材２中には軽水３
５を入れた軽水管３４が設置してあり、上記のよ
うにポイズン液の導入又は除去操作によつて炉中
のXe濃度が変化し原子炉出力が２次的に変動す
ることを抑制することができる。即ち、原子炉出
力記録計３０を監視しながら軽水管３４の水位を
調節して出力レベルを一定に制御する。そのため
に軽水管３４を軽水サージタンク３７と連通さ
せ、その連通路に軽水供給ポンプ３６と軽水水位
調節弁３８，３９を設けてある。この軽水水位調
節弁３８，３９は中央制御室２２の軽水管水位調
節スイツチ１４によつて操作されている。例えば
軽水の水位を上昇させるときは、軽水管水位調節
スイツチ１４によつて軽水水位調節弁３８を開と
し軽水供給ポンプ３６を作動させて軽水サージタ
ンク３７の軽水を軽水管３４に送り込む。反対
に、水位を低下させるときは、軽水水位調節弁３
９を開らき、軽水３５を軽水サージタンク３７に
戻す。このときは軽水供給ポンプ３６を停止し調
節弁３８を閉止する。第２４図は第３図に示す重水減速型原子炉の出
力制御装置による制御例を示す線図であり、横軸
は時間を示している。左方の縦軸は原子炉出力と
制御棒密度を％で示し、ポイズンB¹⁰の濃度を
ppm単位で示している。また、右方の縦軸はXe
濃度を10¹⁵n/c.c.単位で示し、軽水水位をmm単位で
示している。まず、上記各表示事項と符号との関
係を一括して記す。実線１４０……原子炉出力（％）破線１４１……制御棒密度（％）実線１４２……炉心１の入口における重水中のポ
イズンB¹⁰の濃度（ppm）実線１４３……ポイズン濃度制御装置への分岐点
４１における重水中のB¹⁰の濃度（ppm）実線１４４……炉心１におけるXe濃度（×10¹⁵
n/c.c.）実線１４５……軽水管３４における軽水３５の水
位（mm）出力100％の状態にあつた原子炉を瞬時に出力
レベル57％に降下させて速やかに平衡状態に保持
運転することを目的とする制御例であるが、制御
棒を炉心１に急速に挿入して制御棒密度％を破線
１４１のごとく上昇させると原子炉出力％は実線
１４０のごとく急速に低下し約４時間後に57％に
安定する。このとき、ポイズン濃度制御装置を第
３図のポイズン系運転予測計算装置２３によつて
稼動させ重水中のポイズンB¹⁰濃度を実線１４
２，１４３のごとく調節することによつて、炉心
１中のXe濃度を実線１４４のように制御すると
共に、原子炉を停止させることなく所期の出力％
に短時間で安定させることが可能となる。また、
ポイズンB¹⁰液を導入することによる２次的な出
力レベルの変動は、実線１４５で示すように軽水
位を調節することにより更に精密調整して安定化
している。以上本実施例の重水減速型原子炉の出力制御装
置は、第３図示すようなポイズン系運転予測計算
装置および軽水位調節装置を備えることによつて
次のような効果を得ることができる。１瞬時の原子炉出力変化に対して確実な追従運
転が可能となつた。２原子炉の出力変化時に燃料棒に局所的な過大
ピークを引起すことがなく、燃料の健全性が保
持されると共に、炉の安全性と経済性が向上し
た。３原子炉のXe濃度変化に即応したポイズン濃
度調節が可能となり、Xe反応度の過度変化の
制御が容易となつた。４上記１〜３の綜合的な結果として、原子炉の
運転・制御が容易となり原子炉の稼動率を向上
させることができる。上記実施例においては、ポイズン液を導入する
ことによる２次的な原子炉出力の変化は軽水位を
調節して制御した例を述べたが、軽水管３４の代
りにポイズン液を収容するポイズン管を炉心に設
置してその水位を調節しても良い。本発明の重水炉の出力制御装置は、局部的な過
大ピーク出力を引起すことなく瞬時に大幅な出力
レベルの変更を可能にし、重水炉の安全性と稼動
率を向上させるという効果をもつている。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の重水減速型原子炉の出力レベル
を瞬時に大幅に低下させた場合の出力とXe濃度
の変化を示す線図、第２図は従来の重水減速型原
子炉の出力レベルを制御棒の細かい操作によつて
低下させた場合の出力とXe濃度の変化を示す線
図、第３図は本発明の一実施例である重水減速型
原子炉の出力制御装置の系統線図、第４図〜第１
３図は第３図の過渡Xe濃度記憶装置２４に記憶
させた出力レベル変化時のXe濃度の変化を示す
線図、第１４図は第３図の炉心１におけるXe濃
度とXe反応度との関係を示す線図、第１５〜第
２３図は第３図のポイズン系運転パターン記憶装
置２８に記憶させたポイズン濃度調節系の運転パ
ターンを示す線図、第２４図は第３図に示す重水
炉の出力制御装置による制御例を示す線図であ
る。１……炉心、２……重水減速材、６……ポイズ
ン除去塔、７……ポイズン供給塔、９……自動ポ
イズン濃度測定装置、１１，１３……流量調節
弁、１２……バイパス弁、１４……軽水管水位調
節スイツチ、１５……ポイズン濃度記録計、１９
……タイプライター、２０……ブラウン管表示装
置、２１……原子炉制御盤、２２……中央制御
室、２３……ポイズン系運転予測計算装置、２４
……過渡Xe濃度記憶装置、２５……Xe濃度信号
変換器、２６……ポイズン系運転法選択装置、２
７……ポイズン濃度信号変換器、２８……ポイズ
ン系運転パターン記憶装置、２９……Xe反応度
計算装置、３０……原子炉出力記録計、３１……
出力レベル変動設定器、３２……ポイズン反応度
計算装置、３３……入出力装置、３４……軽水
管。

Claims

【特許請求の範囲】

１原子炉の出力を調整する制御棒と、前記原子
炉の減速材である重水中のポイズン量を調整する
ポイズン濃度制御装置とを備えた重水減速型原子
炉において、出力レベル変動設定器と、前記出力
レベル変動設定器からの信号を受けて出力レベル
変化の指示を出すポイズン系運転法選択装置と、
前記ポイズン系運転法選択装置の指示出力レベル
に応じて出力レベル変化後のXe反応度の変化を
求めるXe反応度計算装置と、前記Xe反応度計算
装置で求めたXe反応度を制御するに最適なポイ
ズン系運転パターンを複数のポイズン系運転パタ
ーンを記憶せしめたポイズン系運転パターン記憶
装置の記憶運転パターンから前記ポイズン系運転
選択装置による起動によつて選択するポイズン反
応度計算装置と、選択されたポイズン系運転パタ
ーンによつて作動する前記ポイズン濃度制御装置
の制御スイツチとを備えたことを特徴とした重水
炉の出力制御装置。