JPS6214045B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原子炉の給水制御装置に係り、特に原
子炉の再循環流量が大幅に減少した時の原子炉水
位過上昇を制御するに好適な給水制御装置に関す
る。

原子炉の給水制御装置の基本構成を第１図に示
す。ただし、従来の構成は第１図の破線で囲んだ
部分を除いたものである。原子炉で発生した蒸気
は主蒸気管２を通つて主タービン３に導かれて機
械エネルギを発生して復水器４で凝縮されて水に
戻る。この水は給水配管５を通り、給水ポンプ６
によつて昇圧され、給水加熱器７及び逆止弁８を
通り、ふたたび原子炉１に戻る。第１図の給水ポ
ンプ６及び給水加熱器７、逆止弁８は通常、複数
系列ある。尚、１８は再循環ポンプ、１９は主加
減弁、２０はバイパス弁、２１は逃し弁である。

ここで給水流量の制御方法は次のようである。
主タービン３より抽気した低圧蒸気がタービン加
減弁１５を経て給水タービン１６に供給される。
給水ポンプ６は給水タービン１６に直結されてい
るので、タービン加減弁１５を制御することによ
りタービン回転数が変化して、給水流量が調節さ
れる。

タービン加減弁１５はタービン速度制御器１４
によつて制御されるが、これを制御する水位調節
計１３は、水位検出器９、主蒸気流量検出器１
０、給水流量検出器１１の３つの信号による３要
素制御を行つている。つまり、水位偏差信号に先
行信号として、主蒸気流量と給水流量の差信号を
加えた信号により給水流量を制御する。

この給水制御装置の目的は、通常運転時に経験
するような出力変動時に原子炉１に発生する水位
変動を目標範囲内に制御することにある。

ここで、原子炉１に発生した外乱として、原子
炉冷却水の再循環流量（以下単に再循環流量と略
す）大幅減少時を考えた場合の過渡現象につい
て、特に沸騰水形原子炉を対象に説明する。

沸騰水形原子炉では炉心内を下部から上部に流
れる冷却水（以下、炉心流量と称す）に蒸気泡が
存在し、このボイド体積率は炉心内反応度バラン
スから定常運転中は一定な値を有する。ここで、
再循環流量を減少させると、炉心流量も減少し、
過渡的に炉心内ボイドが増加し原子炉水位も増加
するが、一方ボイド率増加により負の反応度フイ
ードバツクが働いて炉出力は減少し、ボイドが再
び減少し反応度がバランスしたところで炉出力は
整定する。沸騰水形原子炉による発電プラント
（以下BWRプラントと略す）は、通常運転領域で
は再循環流量変動により出力変更を行うが、最近
高まつている原子力プラントの負荷追従運転の要
請に対しては、再循環流量の大幅な変動を伴う運
転が必要となる。第２図は従来の給水制御装置を
有するBWRプラントの応答例として、炉出力の
大幅減少要求に対応した再循環流量のランプ状大
幅減少時の諸パラメータの応答を示す。再循環流
量要求信号ランプ状減少に対し再循環流量はやや
応答遅れを有して減少するが、このため前述の炉
心内現象により炉出力も減少し主蒸気流量も減少
する。この時、給水流量は３要素制御により主蒸
気流量と給水流量の偏差および炉水位設定値と実
炉水位の偏差発生により減少するが、原子炉水位
は主蒸気流量と給水流量の偏差量に関係しない炉
心内ボイド増加により、主蒸気流量よりも給水流
量の減少程度が大きいにもかかわらず大きく上昇
し、高水位のタービントリツプ設定値に対する余
裕は非常に少ない。この炉水位上昇現象は、再循
環ポンプトリツプ時にもほぼ同様に発生するが、
むしろ再循環流量の減少速度が通常負荷追従運転
時よりもかなり大きく、しかも減少量も大幅であ
るため炉水位の上昇はより大きくなる。もし、タ
ービントリツプ水位設定値にかかると、主タービ
ンおよび発電機がトリツプし、原子炉もスクラム
するので安全性の点では問題はないが、プラント
稼動率が低下し、経済的損失を被ることになる。

以上述べた現象は再循環流量減少時の場合であ
るが、再循環流量増加時にはほぼ逆の現象を示す
ことになる。すなわち、再循環流量増加時には炉
心内ボイドが減少し炉出力は増大し、再循環流量
が一定となるに従い炉心内ボイドも再び増加して
炉出力も増加したところで整定する。この時、過
渡的にボイド減少により炉水位が減少する。しか
し通常水位点と低水位スクラム設定点の差は、通
常水位点と高水位タービントリツプ設定点の差よ
りも比較的大きく設定されているので、再循環流
量減少時よりも危険度は少ないと言えるが水位低
下は好ましくない。

本発明は上記の不都合を解決し、再循環流量の
大幅変動時における原子炉水位制御特性を向上さ
せ、通常運転水位からの大幅なずれによるタービ
ントリツプおよび原子炉スクラムの発生を防止す
る給水制御装置を提供することにある。

本発明の要点とするところは、再循環流量の変
化率から推定した炉心内ボイド変化量に対応する
炉水位変化分を、炉水位設定点に加えて実際の炉
水位要求信号を修正することにより、炉水位を通
常水位に保持するような給水流量の迅速な応答を
生じせしめることにある。

本発明の具体的実施方法は、第１図に示す従来
の原子炉の給水制御装置に破線で囲んだ炉水位設
定点調節器１７を付設することにより行われる。
これは、再循環流量検出器２２により再循環流量
を検出し、炉水位設定点調節器１７で、この再循
環流量の変化率を計算して出力する。炉心内ボイ
ドの過渡時における増加量は再循環流量の減少率
にほぼ比例することがわかつているので、炉水位
設定点調節器１７の出力は再循環流量変動時に発
生する原子炉水位変化量を推定した値であり、炉
水位設定器１２の出力と突き合せた結果の出力値
は、炉水位に発生する外乱を考えてそれを補償す
るように修正された実際の炉水位設定要求信号と
なる。

第３図は本発明のより具体的な実施例であり、
炉水位設定点調節器１７を含めて全体的に細部に
まで技術的に発展させた実施例を示している。本
実施例では、基本的に第１図と同じであるが、若
干の相違もある。第１は、主蒸気管２が４本ある
こと、従つて、４本すべての主蒸気管についての
主蒸気流量を求めていること、第２は給水配管５
が２本あること、従つて２本すべての給水配管に
ついての給水流量を求めていることである。その
他に、図示していないが、水位検出器９が３系列
存在することもある。この場合には、そのうちの
２系列のいずれか一方を選択的に利用することに
なる。

さて、第３図に於いて、１本の配管に対する主
蒸気流量検出器１０では流量を圧力ΔＰ（実際に
はΔＰに相当する電流Ｉ）として検出し、これを
開平演算器２３を通すことによつて圧力―流量の
変換を行い主蒸気流量の検出を行つている。かく
して得られた１本の配管に対する主蒸気流量は加
算器２５に入力する。この加算器２５には、上記
と同様にして得られた他の残りの３本の主蒸気管
に関する主蒸気流量も入力２４として印加されて
いる。この結果、加算器２５の出力として、主蒸
気流量の総量が得られることになる。

一方、給水配管５に対しては給水流量検出器１
１によつて給水流量に対応する圧力が得られ、こ
れを開平演算器２６に印加することによつて圧力
―流量変換を行い、給水配管内を流れる給水流量
を得る。加算器２８では、上記と同様にして得ら
れた残りの給水配管に関する給水流量２７が開平
演算器２６の出力と共に印加され、該加算器２８
では、両者を加算することによつて、給水流量の
総量の演算を行う。

加算器２９では、両加算器２５，２８の出力の
偏差演算を行う。この出力相互間の偏差は加算器
３０の一方の入力となる。この加算器３０には水
位検出器９の出力が他方の入力となつており、該
加算器３０では両者の偏差の演算を行う。この加
算器３０の出力が３要素（水位，流水流量，主蒸
気流量）制御の要素となる。スイツチ３３は、水
位検出器９の検出水位３２を入力させるか、加算
器３０の３要素出力３１を入力させるかの選択ス
イツチであり、起動時等の低出力時には出力３２
を選び、定常運転では出力３１を選ぶように制御
されている。スイツチ３３を介して得られた信号
は加算器４１に入力する。この加算器４１の他方
の入力は本発明のポイントとなる炉水位設定点調
節器１７を介して得られる信号３７である。加算
器４１の演算結果はPI演算器４２によつてPI演算
され、給水流量要求信号として出力される。

次に、炉水位設定点調節器１７について述べよ
う。この調節器１７は微分演算器３４、信号制限
器３５より成る。微分演算器３４は再循環流量信
号３８を取込んで不完全微分演算を行つて出力
し、信号制限器３５で定常運転状態における微少
信号をカツトするとともに、過大な信号をカツト
する上下限信号制限を行つて出力する。ここで、
微分演算器３４の時定数ＴおよびゲインＫ、信号
制限器３５の信号カツト設定値はシミユレーシヨ
ン解析や実機試験において適切な値を求めること
ができる。信号制限器３５の出力は通常水位設定
信号３９と加算器３６で加え合わされ、修正水位
設定信号３７として出力される。修正水位設定信
号３７は、水位調節計１３の加算器４１により１
要素制御時に実水位検出信号に等しい１要素制御
信号と、３要素制御時には実水位検出信号に主蒸
気流量、給水流量の差信号を加算したものに等し
い３要素制御信号と突き合わされ、PI演算器４２
による比例・積分演算のあと給水流量要求信号と
して出力される。

第４図は、電子回路により炉水位設定点調節器
１７を実現した実施例図である。微分演算器３４
は、直流アンプA₀、及び帰還抵抗Ｒ_f、抵抗R₁、
及び微分用のコンデンサC₁、一端が接地され他
端がアンプA₀のアース入力に接続されている抵
抗R₀とより成る。信号制限器３５は、入力抵抗
R₂、抵抗R₃、該抵抗R₂とR₃の接続点とアースと
の間に設けられたリミツト用のツエナーダイオー
ドZ₁，Z₂、ダイオードD₁，D₂、及び抵抗R₃の出
力側に設けられたツエナーダイオードZ₃，Z₄とよ
り成る。更に加算器３６は、直流アンプA₀₁，入
力抵抗R₄，R₅，R₀₁、帰還抵抗Ｒ_f1とより成る。
以上の回路構成で、Ｒ_ｆ／Ｒ_１＝Ｋ，C₁R₁＝Ｔ，R₄＝R₅ ＝Ｒ_f0としている。ここで、Ｋはゲイン、Ｔは時
定数であり、第３図で述べた、微分演算器３４の
伝達関数ＫＴＳ／１＋ＴＳの中の、Ｋ及びＴに相当する
。以 上の回路構成の動作説明は簡単である故、省略す
る。

以上の調節器１７は一例であり、例えば、計算
機でプログラムを利用し時定数Ｔ、ゲインＫを原
子炉出力状態により最適に変更する、あるいは信
号制限器の関数形状を連続的に設定する等も可能
である。

以上に述べた実施例により、再循環流量大幅変
更時の応答を第５図に示す。再循環流量要求信号
のランプ状減少要求により再循環流量はやや遅れ
て追従し減少するが、修正炉水位設定信号３７は
再循環流量減少の変化率を取込んでいるため、図
に示すような過渡的に減少している。この結果、
給水流量の迅速かつ多大な低下を実現し、したが
つて炉水位の上昇は第２図に示す従来制御装置の
応答に比べて著しく小さくなつている。第５図に
おいては再循環流量のランプ状減少要求、すなわ
ち、プラント出力のランプ状減少要求時の各パラ
メータ応答について示した場合であるが、他にラ
ンプ状出力増加の場合あるいは再循環ポンプトリ
ツプなど再循環流量の大幅変動を伴なう外乱に対
しても良好な炉水位制御特性が実現できる。

本発明によれば、プラント運転の操作性が向上
し、不必要なプリントトリツプが回避されるの
で、稼動率向上にも寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子炉の給水制御装置の構成図、第２
図は従来技術による再循環流量大幅減少時の主要
パラメータの応答図、第３図は本発明になる給水
制御装置の詳細構成図、第４図は本発明になる給
水制御装置に付設した炉水位設定点調節器の電子
回路による実施例図、第５図は本発明になる給水
制御装置を利用した原子炉において再循環流量大
幅減少時の主要パラメータの応答図である。 １…原子炉、１３…水位調節計、１７…炉水位
設定器調節器、２２…再循環流量検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水位調節用の水位調節計を備えて原子力発電
   プラントの原子炉へ供給する給水を制御するよう
   にした原子炉の給水制御装置に於いて、上記原子
   炉の冷却水の再循環流量をとり込みその時間的な
   変化率を検出する手段と、該変化率の極性に応じ
   て原子炉水位設定点の上昇又は下降の制御を行わ
   せるべく、上記水位調節器の調節用入力要素とし
   て上記変化率に応じた水位設定点を取り込む手段
   と、より成る原子炉の給水制御装置。 ２ 上記水位調節器は、上記水位設定点の他に主
   蒸気流量、給水流量、炉水位より成る３要素又は
   炉水位の１要素を調節用入力要素として取り込ん
   でなる特許請求の範囲第１項記載の給水制御装
   置。