JPS6219718B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、冷却材流量が出力に応じて比例的
に変化する形式の原子炉の制御において、高出力
時から低出力にわたるすべての出力時における場
合でも、良好な即応性と減衰特性が得られるよう
にした冷却材の原子炉出口温度制御装置に関す
る。

第１図は従来の原子炉出力制御装置の一例を示
す図である。「対象系」と「制御系」のうち、第
１図により、「対象系」について述べまた、「制御
系」については、概述するにとどめる。

「対象系」 原子炉１は核分裂連鎖反応により発熱し、冷却
材を加熱する。加熱された冷却材は高温側配管２
を通して輸送され、負荷熱交換器３に送り込まれ
る。この負荷熱交換器３において、伝達により熱
量を放出した冷却材は低温側配管４を通して再び
原子炉１に送り込まれる。このような冷却材の循
環は冷却材ポンプ５の機能により行われる。

上記原子炉１の出力は出力設定器６により設定
される。この出力設定器６で設定された出力設定
信号に対応した冷却材流量が関数発生器７により
設定され、流量設定信号に応じた流量が冷却材ポ
ンプ５により循環される。

後に述べるこの発明に適用される制御系は冷却
材循環流量が出力設定に比例的に大きく変わる運
転方式（冷却材の原子炉出口温度は原子炉出力に
応じて変化するが、変化幅は出力の変化に対し、
比較的狭い）の場合を対象としている。

出力設定信号Ｑは炉出力制御装置８に伝達され
る。そして、原子炉出力および冷却材原子炉出口
温度を計測するために、中性子束検出器９および
原子炉出口温度検出器１０が設置されており、こ
れらの信号φ、Ｔは炉出力制御装置８にフイード
バツクされる。原子炉出力制御装置８は出力設定
信号Ｑとこれのフイードバツク信号φ，Ｔを用い
た各種演算により、制御棒駆動速度指令信号ｖを
発信する。

この制御棒駆動速度指令信号ｖは制御棒駆動機
構制御系１１（図中CRDMCSと記入されてい
る）に送られる。制御棒駆動機構制御系１１は駆
動速度信号の通りに制御棒が駆動されるように、
制御棒駆動機構１２（図中CRDMと記入されて
いる）を操作する。この制御棒駆動機構１２によ
り制御棒１３が引き抜かれると、原子炉出力が上
昇する。また、制御棒１３が押し入れらると、出
力が下降するのは公知の事実である。

「制御系」 次に、従来の制御系について述べる。原子炉設
定器は手動設定あるいはプラント制御系などの自
動設定により原子炉出力設定信号を発信する。そ
して、原子炉出力に対応して変化する原子炉出口
温度の部分負荷特性に基づき、関数発生器が原子
炉出力設定器に対応して原子炉出口温度目標値信
号を発信する。この原子炉出口温度目標値信号は
遅れ補償器を経て加減算器へ伝達される。

また、原子炉出口温度は検出器により検出さ
れ、この検出器に固有の検出遅れおよび位相補償
器を経て加減算器に送られる。加減算器は温度目
標値と温度検出値の制御偏差を算出する。

一方、原子炉出力は中性子束検出器により検出
され、上記出力設定信号との制御偏差が減算器で
算出される。この減算器で算出された出力偏差信
号は１次微分器で微分信号に変換され、除算器を
経て上述の加減算器に伝達され、温度偏差信号に
加算される。

ここで、前記除算器は制御棒の単位操作量に対
する原子炉出力変化の速度が出力に比例して増大
すると云う、原子炉固有の特性を補償するために
設置されている。すなわち、除算器の作用によ
り、すべての出力にわたつて出力偏差微分信号の
ゲインが一定に保たれる。

また、前記の加減算器は出力偏差の微分信号と
温度偏差信号を加減した偏差信号を発信し、制御
ゲイン要素を経た偏差信号は制御棒駆動速度設定
器に伝達される。この偏差信号が不感帯を越えた
場合には、偏差信号は制御棒駆動速度設定器を経
て制御棒駆動速度指令信号に変換され、制御棒駆
動機構制御系へ伝達される。このようにして、制
御棒の駆動速度を制御するわけであるが、駆動制
御をすることは、その挿入量（位置）も制御する
ことになり、原子炉出力が制御されることにな
る。

ところで、上述のような従来の原子炉出力制御
装置では、冷却材の循環流量が出力によらず一定
である運転方式の場合に有効に機能するものであ
るが、冷却材流量が出力に比例的に大きく変化す
る場合には、原子炉出口温度の変動が原子炉出口
温度検出器まで流動により伝達されて、温度変動
が検出されるまで無駄時間が出力に反比例するた
めに、好ましい結果が得られない。

その理由は、原子炉の炉心出口より検出器位置
までの冷却材の流動時間が流量に反比例するため
である。この流量、すなわち、流速は出力に比例
する。

また、温度制御ループに無駄時間が低出力時に
増大するために、第２図に示すように、制御上適
切なゲイン領域が出力に応じて変化する特性とな
る。この第２図は温度偏差信号に対するゲイン
Ktと、出力偏差の微分信号に対するゲインKnの
組合せの結果として、過渡応答波形の減衰定数ζ
かζ0.7となる場合を適切なゲイン領域と判定
する領域図の一例であり、同図の曲線ＡとＢはζ
＝0.7となる境界線を示し、適切な領域は斜線の
引いてある側である。

この第２図から明らかなように、従来型の炉
（冷却材流量が出力によらず一定）では、高出力
（1/1定格）時と低出力（1/3定格）時とで、Ktの
境界線はともに曲線Ａに重なり、変化は少ない。
単にKn値が出力に反比例して変わるだけであ
る。

ところが、この発明が制御対象とする炉の冷却
材流量が出力に比例的に大きく変化する形式の原
子炉では、領域境界線が低出力（1/3定格）時に
あつては、Ktの小なる側に移動して曲線Ｂに移
る特性となることが第２図に示されている。

加えて、原子炉出口温度検出無駄時間が低出力
時に増大すると云う温度動特性の変化の影響によ
り、Knの境界に関しても低出力時の領域境界Kn
の大なる側にも移動する。そのために、従来の制
御装置を冷却材流量が出力に比例的に大きく変化
する形式の原子炉に適用すると、高出力時の適切
なゲイン領域と低出力時の適切なゲイン領域との
重なる領域が第２の曲線ＡとＢに囲まれる縦線部
分の領域のように狭い。

高出力時と低出力時をともに満たす制御ゲイン
Kt，Kn設定は第２図の縦線部分の内側である必
要があるため、ゲイン設定余裕が十分に得られな
いと云う欠点がある。

また、ゲインKtを低出力時特性に合わせて低
い値に設定せざるを得ないが、低いゲインKtの
ままで高出力時も制御することになるために、高
出力時の即応性が犠性にされると云う欠点があ
る。これとは反対に、高出力時における即応性の
よいゲインKtを設定し、そのゲインのままで低
出力時の運転を行うと、曲線Ｂに囲まれる低出力
時に適切なゲイン領域から逸脱するため、減衰特
性が不十分になると云う欠点がある。

この発明は、上記従来の欠点を除去するために
なされたもので、冷却材流量が出力に応じて調節
される原子炉プラントに設けられ、原子炉出力設
定器、原子炉出力検出器を含み前記出力設定器に
連絡した出力偏差変化率算出器、冷却材温度検出
器を含み前記出力設定器に連絡した温度偏差算出
器、同温度偏差算出器と前記出力設定器とに連絡
した第１の可変ゲイン調節器、前記出力偏差変化
率算出器と前記出力設定器とに連絡した第２の可
変ゲイン調節器、前記第１，第２の可変ゲイン調
節器に連絡した駆動速度調節器を含む制御棒駆動
機構および同駆動機構に結合した制御棒を有して
なることを特徴とすることを要旨とすることによ
り、高出力時から低出力時にわたるすべての出力
時における場合でも、良好な即応性と減衰特性が
得られる冷却材の原子炉出口温度制御装置を提供
することを目的とする。

以下、この発明の冷却材の原子炉出口温度制御
装置の実施例について図面に基づき説明する。第
第３図はその一実施例の構成を示すブロツク図で
あり、この第３図においては、この発明における
制御系による対象系については示されていない
が、この対象系に関しては、従来の説明の欄で述
べた通りである。

この第３図における２１は原子炉出力設定器で
あり、この原子炉出力設定器２１は手動設定ある
いはプラント制御系などの自動設定により、原子
炉出力設定信号Ｑを発信し、原子炉出口温度目標
値関数発生器２７、減算器２３、出力不一致チヤ
ンネルゲイン関数発生器２５、温度不一致チヤン
ネルゲイン関数発生器３３に送出するようになつ
ている。

原子炉出口温度目標値関数発生器２７は原子炉
出力設定信号Ｑに対応して、原子炉出口温度目標
値信号を発信し、この原子炉出口温度目標値信号
は遅れ補償器２８を経由して減算器３２に送られ
るようになつている。

一方、２９は原子炉出口温度検出器である。こ
の原子炉出口温度検出器２９は原子炉の出口温度
を検出して、原子炉出口温度検出器２９固有の検
出遅れ３０および位相補償器３１を経て減算器３
２に伝達するようになつている。減算器３２は位
相補償器３１の出力と遅れ補償器２８の出力との
減算を行い、その偏差信号を乗算器３４に送出す
るようになつている。

また、前記温度不一致チヤンネルゲイン関数発
生器３３は原子炉出力設定器２１か導入する原子
炉出力設定信号Ｑに対応して、温度制御ゲイン
Ktを発信して乗算器３４に送出するようになつ
ている。乗算器３４はこの温度制御ゲインKt
と、減算器３２の発信する温度偏差信号の乗算を
行い、その結果は加算器３５に伝達するようにな
つている。

中性子束検出器２２は中性子束信号を検出し
て、減算器２３に伝送するようになつており、こ
の減算器２３にて、原子炉出力設定信号Ｑと中性
子束信号との偏差が算定されるようになつてい
る。この算定された偏差信号は１次微分器２４に
送出するように構成されている。この１次微分器
２４にて、偏差信号は微分信号に変換された後乗
算器２６に伝達されるようになつている。

前記出力不一致チヤンネル関数発生器２５は原
子炉出力設定器２１により設定された原子炉出力
設定信号Ｑに対応した制御ゲインKnを発信し、
乗算器２６に送出するようになつている。乗算器
２６は微分信号と制御ゲインKnとを乗算し、そ
の結果を加算器３５に送出するようになつてい
る。

この加算器３５は２つの乗算器２６と３４の出
力とを加算し、この加算した結果を制御棒駆動速
度設定器３６に出力するようになつている。制御
棒駆動速度設定器３６はこの加算器３５の出力を
受けて、制御棒駆動速度指令信号を発信し、制御
棒駆動制御系３７（図中CRDMCSと記入されて
いる）に伝送するようになつている。

次に、以上のように構成されたこの発明の冷却
材の原子炉出口温度制御装置の動作について説明
する。原子炉出口温度検出器２９で原子炉の出口
温度を検出し、その検出信号は位相補償器３１で
原子炉出口温度検出器２９固有の検出遅れ３０を
補償し、減算器３２に送出する。

また、原子炉出力設定器２１で設定された原子
炉出力設定信号Ｑは原子炉出口温度目標値関数発
生器２７に送られ、そこで、原子炉出口温度目標
値信号を発生して、遅れ補償器２８を経由して減
算器３２に送出する。この減算器３２において、
遅れ補償器２８を経過した原子炉出口温度目標値
信号から位相補償器３１の出力との減算を行い、
その偏差信号を乗算器３４に送出する。

また、原子炉出力設定信号Ｑは温度不一致チヤ
ンネルゲイン関数発生器３３に送られ、そこで、
原子炉出力設定信号Ｑに対応して温度制御ゲイン
Ktを発生し、乗算器３４に送出する。この温度
制御ゲインKtは温度不一致チヤンネルゲイン関
数発生器３３の発信する可変ゲインKtとして、
原子炉出力設定信号に対応した値に設定される。

温度制御ゲインKtと減算器３２からの偏差信
号（すなわち、原子炉出口温度偏差信号）は乗算
器３４にて乗算され、温度制御ゲインKtに対応
して、最適なゲインとすることができる。

また、出力不一致チヤンネルゲイン関数発生器
２５に入力された原子炉出力設定信号Ｑに対応し
て、可変ゲインKnが発信され、乗算器２６に送
出される。そして、この原子炉出力設定信号Ｑと
中性子束検出器２２により検出された中性子束信
号が減算器２３に送られ、この減算器２３におい
て、中性子束信号と原子炉出力設定信号Ｑとの偏
差がとられ、その偏差信号が１次微分器２４に送
られる。１次微分器２４に送られた偏差信号はそ
こで微分されて微分信号に変換される。この微分
信号は乗算器２６に送られる。

これにより、乗算器２６はこの微分信号と、出
力不一致チヤンネルゲイン関数発生器２５からの
可変ゲインKnとの乗算を行い、この可変ゲイン
Knを原子炉出力に対応した最適なゲインとする
ことができる。この乗算器２６の出力は加算器３
５に送られる。この加算器３５には乗算器３４か
らの出力も加えられている。したがつて、加算器
３５では、乗算器２６の発生する出力微分信号に
よる駆動速度要求信号成分と、乗算器３４の発信
する原子炉出口温度偏差による駆動速度要求信号
成分との和として、制御棒駆動速度要求信号ｒが
得られ、制御棒駆動速度設定器６３に入力され
る。

加算器３５の出力、すなわち、制御棒駆動速度
要求信号ｒは制御棒駆動速度設定器３６の作用を
経て、最終的な駆動速度信号ｖとなり、制御棒駆
動機構制御系３７へ伝送される。

ここで、制御棒駆動速度設定器３６は最底駆動
速度に対応する±r₂以内の信号入力ｒの場合で
は、制御棒駆動速度指令信号をｖ＝０とする不感
帯作用をもつ。加えて、不感帯にはロツクアツプ
±r₁〜±r₂（復号同順）が設けられており、r₂か
らr₁方向入力信号ｒの変化の場合に限つて、｜ｒ
｜＜r₁となるまで、速度信号をｖ＝±v₁に保持す
る作用をもつ。

このような不感帯およびロツクアツプの作用に
より、定常状態近傍での無用な制御棒駆動の継続
を防止し、駆動機構の無用な寿命消費を防止する
ことができる。

前記の制御棒駆動速度指令信号ｖは制御棒駆動
機構制御系３７へ伝送され、以後は前述の「対象
系」の欄で述べた通りの制御動作が行われる。

上記からも明らかなように、この発明では、原
子炉出口温度偏差信号に掛ける制御ゲインKt
を、原子炉出力に応じた適切なゲインとするため
に、出力に応じて関数発生器により設定させ、こ
れを乗算器を用いて温度偏差信号に乗ずるように
している点に特徴がある。

また、出力偏差微分信号に掛けるゲインKn
を、原子炉出力に応じた適切なゲインとするため
に、出力応じた関数発生器により設定させ、これ
を乗算器を用いて出力偏差微分信号に乗ずるよう
にしている点にも特徴を有するものである。これ
らの特徴を有することにより、この発明は冷却材
流量が出力に応じて比例的に変化する形式の原子
炉一般に応用できるものである。

以上詳述したように、この発明の冷却材の原子
炉出口温度制御装置によれば、冷却材流量が出力
に応じて調整される原子力プラントに設けられ、
原子炉出力設定器、原子炉出力検出器を含み前記
出力設定器に連絡した出力偏差変化率算出器、冷
却材温度検出器を含み前記出力設定器に連絡した
温度偏差検出器、同温度偏差検出器とに連絡した
第１の可変ゲイン調節器、前記出力偏差変化率算
出器と前記出力設定器とに連絡した第２の可変ゲ
イン調節器、前記第１，第２の可変ゲイン調節器
に連絡した駆動速度調節器を含む制御棒駆動機構
および同駆動機構に結合した制御棒を有してなる
ことを特徴とすることを要旨としているので、高
出力時から低出力時にわたるすべての出力時にお
ける場合でも、良好な即応性と減衰特性が得られ
る効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の原子炉出力制御装置のブロツク
図、第２図は従来の原子炉出力制御装置における
温度偏差信号に対するゲインと出力偏差の微分信
号に対するゲインの組合せの結果として過渡応答
波形の減衰定数ζがζ0.7となる場合を適切な
ゲート領域と判定する領域図を示す図、第３図は
この発明の冷却材の原子炉出口温度制御装置の一
実施例の構成を示すブロツク図である。 ２１……原子炉出力設定器、２２……中性子束
検出器、２３，３２……減衰器、２４……１次微
分器、２５……出力不一致チヤンネルゲイン関数
発生器、２６，２４……乗算器、２７……原子炉
出口温度目標値関数発生器、２８……遅れ補償
器、２９……原子炉出口温度検出器、３０……温
度検出器固有の検出遅れ、３１……位相補償器、
３３……温度不一致チヤンネルゲイン関数発生
器、３５……加算器、３６……制御棒駆動速度設
定器、３７……制御棒駆動機構制御系。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 冷却材流量が出力に応じて調節される原子力
   プラントに設けられ、原子炉出力設定器、原子炉
   出力検出器を含み前記出力設定器に連絡した出力
   偏差変化率算出器、、冷却材温度検出器を含み前
   記出力設定器に連絡した温度偏差算出器、同温度
   偏差算出器と前記出力設定器とに連絡した第１の
   可変ゲイン調節器、前記出力偏差変化率算出器と
   前記出力設定器とに連絡した第２の可変ゲイン調
   節器、前記第１，第２の可変ゲイン調節器に連絡
   した駆動速度調節器を含む制御棒駆動機構および
   同駆動機構に結合した制御棒を有してなることを
   特徴とする冷却材の原子炉出口温度制御装置。