JPS6232393A - 原子炉プラントのタ−ビン制御装置 - 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、原子炉プラントのタービン制御装置に関する
ものである。

〔発明の背景〕

従来の原子炉プラントのタービン制御装置としては、特
開昭６０−５３８９５号公報の第１図に示すものが知ら
れている。すなわち、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器
にて発生した蒸気は、主蒸気管を通ってタービンに供給
される。主蒸気管には。

タービンへの蒸気流量を調節する蒸気加減弁が設けられ
ている。バイパス管が蒸気加減弁の上流側で主蒸気管に
接続され、さらに復水器に接続される。バイパス弁がバ
イパス管に設けられる。

蒸気力旧威弁は、プラントの通常運転時には、蒸気圧力
に塙づいて制御信号を出力する圧力調整器の出力信号Ｖ
Ｃ基づいて開度を制御されている。しか［−２電力系統
の負荷が急激に減少すると、タービンの回転数が上昇す
る。この場合には、タービン回転数を入力して制御信号
を出力するタービン速度制御器の出力信号が圧力調整器
の出力信号に優先され、タービン速度制御器の出力信号
により蒸気加減弁の開度が制御される。

バイパス弁は１通常運転時には圧力調整器の出力信号に
基づいてサーボアンプにより緩やかに開度が制御される
。電力系統の負荷が恐、激に減少した場合には、圧力調
整器の出力信号を入力して電磁急開弁が動作し、バイパ
ス弁の開度が急開する。

このような原子炉プラントのタービン制御装置では、蒸
気加減弁の開度の増減とバイパス弁の開度の減増が１対
１に対応しない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、信頼性が高くしかも電力系統にじよう
乱が生じた場合でも原子炉を継続して運転することので
きる原子炉プラントのタービン制御装置を提供すること
にある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、蒸気加減弁の開度を検出する手段と、
圧力調整器及び前記開度検出手段の出力信号に基づいて
バイパス弁の開度を制御する制御手段を備えたことにあ
る。

従来の原子炉プラントのタービン制御装置のバイパス弁
サーボの機能を以下に示す。このバイパス弁サーボ２７
０ロ路の機能を第２図に基づいて説明する。

一般にバイパス弁は複数個設けられている。プラントの
通常運転では／−ケンンヤルにバイパス弁１５　ａ、　
　１５　ｂ、・・・、１５ｎの順に開くようにバイパス
弁閉バイアス設定器３９ａｌ　　３９ｂ、・・・３９ｎ
の値を段階的に設定しておく。もしバイパス弁が８個で
あり、全容量が１００％であれば。

増幅器４０のゲインは、入力１００チで８００チ（＝１
ｏｏｓｘｓ弁）のイ；号がでるように８倍（＝Ｂｏｏ％
÷１００幅）とする。そして。

バイアス設定器３９ａに０％ バイアス設定器３９ｂに８００係÷８＝１００多バイア
ス設定？５３９Ｃに２００幅 バイアス設定器３９ｈに７００％ のバイアスをそれぞれかケテオく。

第６図に示すごとく、バイパス弁開度要求信号が０〜１
００％まで徐々に変化すると、増巾器４０の出力け０〜
８００％まで徐々に変化する。

これにより、まずバイパス弁１５ａがｔｏｏｓ開度にな
り、その次にバイパス弁１５ｂが開き始めて、２００チ
信号にて ２００％−Ｚｏｏチ＝１００係 開度となる。

以下同様にして、８００％信号にて、最後である８番目
のバイパス弁１５ｈの開度が ８００チ一７００％＝１００チ 開度になる。

との間の動作を第７図に示す、バイパス弁開度要求信号
の変化が緩慢な場合には、バイパス弁開度要求信号とバ
イパス弁１５ａ、・・・、１５ｈの開度を示す変位検出
器３６ａ、・・・、３６ｈの出力信号との各偏差信号が
大きくならない（５％以内）。

従って偏差検出器３７ａ、・・・、３７ｈけ動作せず。

バイパス弁開度要求信号を入力するサーボアンプ３３ａ
、−，３３ｈのみによってサーボ弁３４ａ。

・・・、３４ｈが動作して、油圧シリンダ３５ａ、・・
・。

３５ｈが動作する。油圧シリンダ３５ａ、・・・。

３５ｈに直結されたバイパス弁１５ａ、・・・、１５ｈ
は、対応する油圧シリンダ３５ａ、・・・、３５ｈの動
作により開く。

バイパス弁開度要求信号の増加速度が急激な場合には、
前述の動作に加えて偏差検出器３７ａ。

・・・、３７ｈが動作する。これＫよって電磁急開弁３
８ａ、・・・、３８ｈが動作して油圧シリンダ３５ａ。

・・・、３５ｈに作動油を急速に注入し、バイパス弁１
５ａ、・・・、１５ｈを急開する。

さて、ここで蒸気加減弁とバイパス弁１５の開閉特性お
よびそれに伴う蒸気流量特性について説明する。

第８図に通常信号による蒸気加減弁の開閉特性と全蒸気
流量特性を示す。蒸気加減弁は４個設けられており、制
御信号に之ってそれらの４弁とも同時に開閉する。蒸気
加減弁の全閉から全開までに要する最短時間は約１０秒
程度である。弁開度と蒸気ｊ［ｆＬの特性は、第１０図
に示す様になって訃り、１００％蒸気流量を流すのには
蒸気加減弁の開度を約５０％すればよい。それ以上の開
度では、非線形特性によって、蒸気流Ｏはせいぜい５チ
位しか増加しない。そのため、蒸気加減弁の開度と全蒸
気流徒との関係は第７図に示すようになる。

第８図に０通常の緩慢な制御信号によるバイパス弁１５
の開閉特性と全蒸気流量特性を示し、８個のバイパス弁
１５ａ、・・・、１５ｈで１００％の蒸気流量を流す場
合を示す。１弁であるバイパス弁１５ａから８弁である
バイパス弁１５ｈｔでは前述のようにシーケンシャルに
順番に動作する。

バイパス弁開度と蒸気流量との関係は線形であるので、
全蒸気ｉｔは全開のバイパス弁の個数に応じて第８図の
ように変化する。

プラントの通常運転時におけるバイパス弁の最短開閉時
間は、哨７図の蒸気加減弁の全蒸気流量の変化速度とバ
イパス弁のそれとがほぼ同程度になるように憫節されて
いる。

第９図に急開信号にＬ乙バイパス弁の特性及び蒸気流１
に特性を示す。これは、大きな急開要求信号が瞬時に加
わったものと想定し、結果的に＆１〜８のすべてのバイ
パス弁１５ａ、−・・、１５ｈが同時に急開した場合を
示している。バイパス弁が閉じる場合には、急閉動作機
能は不要であり、制御信号によって閉じる。

バイパス弁１５ａ、・・・、１５ｈの通常側（２）時サ
ーボ弁３４ａ、・・・、３４ｈによる開速度と、電磁急
開弁３８ａ、・・・、３８ｈによる急開特性とを比較す
ると第６図のように異っている。

以上述べてきた従来例のタービン制御系を有する原子炉
プラントにおいて、第１１図（ａ）に示すように時間ｔ
１〜ｔ！の間で電力系統の一時的な部分負荷急減が生じ
るものとする。

この場合、第１１図中）のようにタービン速度（タービ
ン回転数）が一時的に上昇する。これを回転速度計は、
このタービン速度を検出してタービン速度制御器に出力
する。タービン速度制御器の出力信号Ｓ１は小さくなり
、０．５％以上タービン速度が上昇すると、　Ｓ　１＜
Ｐ　＋　　となる（Ｐｔ　は圧力調整器の出力信号）。

従って、信号Ｓｔが低値選択回路を通り、加減弁サーボ
２４に伝達されてる。加減弁サーボは、信号Ｓ１に基づ
いて蒸気加減弁の開度を減少させるので、蒸気加減弁を
通過する蒸気流ｆｉ（以下、加減弁流量という）が減少
しはじめる。第１１図（ａ）のように電力系統の負荷急
減が時間ｔ１で発生すると、Ｓ＋−Ｐ＋　となる時間ｔ
、以降に第１１図（Ｃ）に示すように加減弁流量要求信
号が減少しはじめる。これとほぼ時を同じくして、第１
１図（ｅ）　Ｋ示すようにバイパス弁開度要求信号（Ｐ
＋　　Ｃｔ）が増加する。なお。

Ｃ１は低値選択回路の出力信号である。第１１図（Ｃ）
に示す二うに加減弁流量要求信号は、急激に減少するが
１時間ｔ３にて第１１図（ａ）に示すように電力系統負
荷が復帰すると、タービン速度が第１１図（ｂ）の如く
減少に転じるので、加減弁流量要求信号は増加に転じる
。第１１図（ｄ）に示す加減弁流量の変化速度は、加減
弁サーボによって、第７図に示すような開閉速度制限が
あるために第１１図（ｄ）に示すように比較的緩やかに
減少し、その後。

第１１図（ｅ）の加減弁流量要求信号の大きさ相当にな
った時間ｔ４にて減少から増加に転じる。第１１図（ｅ
）のように時間ｔ２からバイパス弁開度要求信号が急増
すると、バイパス弁急開機構が動作して第１１図（０の
ようにバイパス弁の必要個数が１つずつわずかな時間差
を以って急開する。このとき時間ｔ３にて第１１図（Ｃ
）に示すように加減弁流量要求信号が増加に転じたこと
により、第１１図（ｅ）に示すようにバイパス弁開度要
求信号は減少に転じる。これに応じて第１１図（ｆ）の
よりにバイパス弁流量も減少に転じる。

第１１図（ａ）に示すように時間ｔ３にて電力系統負荷
が復帰したこと及び第１１図（ｄ）のように加減弁流量
が一時的に減少したことにより、タービン速度は第１１
図中）に示すように元の速度に向けて降下して時間ｔ５
にて整定する。はぼこの時点でＱｎ減弁流４要求信号は
第１１図（Ｃ）の如く元の値に戻り、バイパス弁開度要
求信号も第１１図（ｅ）のように零にもどる。加減弁サ
ーボおよびバイパス弁サーボには、第７図及び第８図に
示すような開閉速度変化制限があるので加減弁流量は、
’ｇｌ１図（ｄ）のように時間ｔ、より遅れた時間ｔ６
にて元の値に戻り、バイパス弁流量も第１１図（ｆ）の
よりに時間ｔ７にて零に戻る。このように、加減弁流量
とバイパス弁流量の応答特性に差があるために、タービ
ン入口圧力は第１１図（ｇ）に示すように一時的に減少
してから元の状態に回復する。この圧力変化け２時間１
γれをもって原子炉圧力容器内に伝播され、原子炉圧力
容器内で減衰させられて第１１図中）のような変化とな
る。

原子炉圧力容器内の炉には蒸気泡が存在しており、この
圧力変化によって蒸気泡の体積が変化する。これによっ
て炉心反応度が変わり、中性子束が変化する。すなわち
、減圧過程では中性子束減少となり、増圧過程では中性
子束増加となる。負荷急減量およびその継続時間（ｔ３
ｔｌ）の大きさによっては、中性子束が第１１図（ｉ）
のようにスクラム設定哨（１２０％）以上となり、原子
炉プラントが停止に至る可能性がある。

本発明は、上記のニラな検討結果に基づいてなされたも
のである。

〔発明の実施例〕

沸樟水形原子力発電プラントに適用した本発明の好適な
一実施例であるタービン制＃Ｊ装置を、第１図及び第２
図に基づいて説明する。

原子炉圧力容器４内を循環する冷却水の一部は。

可変周波数電源装置７により、駆動される再循環ポンプ
８によって再循環配管９を通ってジェットポンプ３の駆
動水となる。ジェットポンプ３の吸コみ口にて吸引した
冷却水と駆動水とが混合されて炉心１に送りこまれる。

炉心１では冷却水が燃料の核反応によって発生した熱を
吸収して沸騰し。

ボイド責蒸気泡）を発生しつつ上昇する。気水分離器２
によって飽和水と蒸気ＶＣ分けられ、ｒｊ！和水は原子
炉圧力容器４内を降下してふたたび給水（図示せず）と
混合してジェットポンプ３より炉心１内に供給される。

蒸気は原子炉圧力容器４から主蒸気管１０に吐出され、
蒸気加減弁１１を通ってタービン１２内に供給される。

タービン１２から排気された蒸気は、復水器１４にで凝
縮された後に再び原子炉圧力容器４内に給水される。タ
ービン１２け、蒸気によって回転され１発電機１３を回
す。発電機１３にて発生した電気出力は、電力系統に送
電される。

原子炉出力を制御する方法としては、制御棒駆動装置５
によって制御棒６を炉心１内に挿入し。

または炉心１から引抜く方法と、再循環ポンプ８の回転
数を変えて炉心１を流れる冷却水流量を増減する方法と
がある。的者は起動・停止のように大巾な出力変更を行
なう場合に用い、ｔｌｋ者は運転中の出力変更に用いる
。

つぎにタービン蒸気流量であるが、蒸気加減弁１１は、
タービン入口の蒸気圧力（圧力計１６にて検出）を一定
に保つように、その開度を制御されている。圧力調整器
２０がこの制御を行なう。

たとえば、再循ｆｌＪａｔを制御して原子炉出力を増加
（減少）させ九結果、蒸気圧力が設定値よ抄も上がる（
下がる）と、蒸気加減弁１１の開度が開かれ（閉じられ
）、蒸気圧力を一定に保とうとする。この間にタービン
出力は、増加（減少）する、ことになる。蒸気圧力が更
に上昇して、蒸気加減弁′１１にて調節しきれない場合
には、バイパス弁１５を開いて蒸気を直接復水器１４に
排出し、蒸気圧の上昇を抑えるようにしている。

以上のように蒸気加減弁１１は、プラントの通常運転時
には圧力調整器２０の出力信号によってその開度を制御
されているが、急激な負荷減少が生じて、タービン１２
０回転数が上昇すると回転速度計１７の出力を入力した
タービン速度制御器２３の出力信号が圧力ｆＡ整器２０
の出力信号に優先して蒸気加減弁１１の開度を減少させ
、タービンの過速を防止する。

このことを詳細に説明する。

主蒸気管１０に取付けられた圧力検出器１６で検出され
たタービン入口の蒸気圧力信号は圧力設定器１８の設定
圧力信号と比較される。これらの圧力信号の偏差信号は
、圧力調整器２０に伝えられる。圧力調整器２０の出力
信号ＰＩけ、低値選択回路２１に伝えられる。低値選択
回路２１は。

、タービン速度制御器２３の出力信号Ｓ１　と前述の伊
号Ｐｓ　とのうちで低値の信号を選択してその信号を信
号Ｃ１として出力する。信号Ｃ１は、関数発生器３２に
入力される。関数発生器３２は、蒸気加減弁の開度対流
量の非線形特性を補償するため、第３図に示すような関
数を内蔵している。関数発生器２４の出力信号が、加減
弁サーボ２４に入力される。加減弁サーボ２４け、この
入力信号に基づいて蒸気加減弁１１の開度を調節する。

一方、プラントの通常運転時にタービン速度制御器２３
の出力信号Ｓ１が蒸気加減弁１１の開度を制御しないよ
うに、速度／負荷設定器２２によりタービン速度の設定
値が与えられている。すなわち、タービン１２及び発電
機１３が定格速度で回転しているときには１　タービン
速度制御器２３の出力信号Ｓ＋が負荷にして１１０慢の
値になるように、１０％高めに速度／負荷設定５２２Ｖ
Ｃで１０チ高めの設定値が与えられている。速度調定率
は、タービンの速度上昇５％が加減弁流１ｉ１００慢変
化に対応するように定められているので、喧洟のように
１０チ高めの負荷は、タービン速度に換算して０．５’
Ａに対応する。従って負荷設定１１０″％は、速度換算
で１００．５％となっている。従って。

プラントの通常運転時に）いて、信号５ｌＩ−ｉ圧力調
整器２０の出力信号Ｐ亀　よりも大きく、低値選択回路
２１を通過できない。このため、プラントの通常運転時
に蒸気加減弁１１の開度は、圧力調整器２０の出力信号
Ｐ、によって制御される。

電力系統の負荷が部分的に喪失すると、タービン２３の
負荷が軽くなるため、一時的にタービン速度が上昇する
。タービン速度の上昇量が０．５％を越えると、回転速
変針１７の出力信号を入力するタービン速度制御器２３
の出力信号Ｓ１は、圧力調整器２０の出力信号Ｐ１　よ
りも小さくなり。

信号Ｓ１が低値選択回路２１を通過して信号Ｃ１となる
。すなわち、蒸気加減弁１１は信号Ｓ１によって制御さ
れ、タービン速度上昇が制御される。

前述のよつに操作される蒸気加減弁１１の開度が検出さ
れる。この開度は、飼えば、蒸気加減弁１１に設けられ
た弁体位置検出器４１によって検出される。弁体位置検
出器４１の出力信号は、第１０図に示す１関数を内蔵し
た関数発生器４２に入力される。加算器２６け、信号Ｐ
ｌｔ関数発生器４２の出力信号及びバイアス設定器２５
の出力信号を入力してバイパス弁開度要求信号を出力す
る。

バイパス弁サーボ２７は、バイパス弁開度要求信号を入
力してバイパス弁１５の開閉操作を行う。

バイパス弁サーボ２７の詳細構成は、第２図に示される
。バイパス弁サーボ２７の構成及び機能は。

従来例と同じである。本実施例では、バイパス弁１’；
：＝ｌ：、弁体位置検出器４１の出力信号により信号Ｐ
＋を補正して得られたバイパス弁開度要求信号に基づい
て操作される。

本実施例における電力系統じよう乱時のプラント応答特
性を第４図に示す。第１１図に示す従来例と比較して異
なる部分け、第４図の（ｅ）〜（ｉ）の部分である。す
なわち、第４図（ｄ）に示す加減弁流凌の減少分が、バ
イパス弁開度要求信号となる。

このバイパス弁開度要求信号の立ち上がり（時間ｔ２か
ら時間ｔ４の間）が緩やかなので、バイパス弁サーボ２
７内のバイパス弁急開機構は動作しない。さらにバイパ
ス弁１５の開閉速度は、バイパス弁サーボ２７の特性に
よって第８図に示すような変化速度制限があるので、バ
イパス弁１５を通過する流量（バイパス弁流量という）
は、第４図（ｆ）に示されるように第４図（ｅ）よりも
ピーク値が多少小さくなり１元の状態に戻る時間も多少
擾くなるように変化する。バイパス弁１５は０時間ｔ６
より多少遅れた時間ｔ７で全閉となる。この間における
タービン入口の蒸気圧力の変化（第４図値）参照）は、
従来の第１１図（ｇ）に比べてはるかに緩やかなものと
なる。従って１本実施例では。

多少の時間遅れをもって変化する原子炉圧力の変化（第
４図（ｈ）参照）も緩やかなものとなる。このため、中
性子束の変化も、第４図（ｉ）Ｋ示すようだ従来例に比
べてわずかなものとなり、中性子束高によるスクラム（
プラント停止）Ｋ至ることなく原子炉プラントの運転を
続行できる。

なし、特開昭６０−５３８９５号公報の第４図には、無
負荷設定器を有するバイパス弁サーボの構成が示されて
いる。この例は、パワーロードアンバランスリレーが作
動しない程度の電力系統の負荷変動が生じた場合に、パ
ワーロードアンバランスリレーの不作動をもってバイパ
ス弁サーボのバイパス弁急開機構の機能を働らかせない
ようにしたものである。このようにある条件のもとてバ
イパス弁サーボのバイパス弁急開機構の動作を阻止する
機能を新たに付加することは、パワーロードアンバラン
スリレーが作動する二うな電力系統の大１冨な負荷変動
が生じた場合においてバイパス弁１５の急開失敗の故障
要因を増加させることにつながり、タービン制御装置の
信頼性を低くすることになる。本実施例では、特開昭６
０−５３８９５号公報の第４図のようなバイパス弁急開
機構の動作を阻止する機能を有していないので、パワー
ロードアンバランスリレーが作動した場合でもバイパス
弁１５を確実に急開させることができ、信頼性が著しく
高くなる。また、特開昭６０−５３８９５号公報の第４
図に示すバイパス弁サーボを用いた場合であっても、蒸
気加減弁の開閉速度とバイパス弁の開閉速度を可能な限
り一致させる二うＫそれらの弁の駆動機構を調整しなけ
ればならなかった。しかし１本実ｍ例では、蒸気加減弁
の弁体位置信号を用いてバイパス弁１５を開閉制御を行
っているので、バイパス弁１５の開閉速度を蒸気加減弁
１１の開閉速度に一致させる必要はない。従って、蒸気
加減弁１１及びバイパス弁１５の駆動機構の製作、ｖ！
４整が極めて容易になる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ｆｌｔｌ暴力にじよう乱が発生しても
、プラントのプロセス量の変動を最小に抑えることがで
き、プラント停止を回避することがたやすくなってプラ
ントの稼動率が向上する。さらに制御装置の信頼性が著
しく向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例である原子炉プラント
のタービン制御装置の系統図、第２図は第１図のバイパ
ス弁サードの詳細系統図、第３図は第１図の関数発生器
４２内に内蔵されている関数の特性図、第４図（ａ）〜
（ｉ）は第１図に示す本発明の実施例における制御特性
を示す説明図、有５図はバイパス弁開度要求信号とバイ
パス弁流量との関係を示す特性図、第６図はバイパス弁
開度特性を示す説明図、第７図は蒸気加減弁の開度及び
蒸気流量の変化を示す特性図、第８図はプラントの通常
運転時におけるバイパス弁開度及び蒸気流量の変化を示
す特性図、第９図はバイパス弁急開時におけるバイパス
弁開度及び蒸気流量の変化を示す特性図、＠１０図は第
２図の関数発生器４０に内蔵されている関数の特性図、
第１１図（ａ）〜（ｉ）は従来例の制御特性を示す説明
図である。 ４・・・原子炉圧力容器、１１・・・蒸気加減弁、１２
・・・タービン、１５・・バイパス弁、１６・・・圧力
計。 値選択回路、２３・・タービン速度制御器、２７・・・
バイパス弁サーボ、４０・・・弁体位置検出器、４１・
・・関数発生器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、蒸気を発生する原子炉と、前記原子炉から吐出され
   た蒸気が供給されるタービンと、前記原子炉と前記ター
   ビンとを連絡する主蒸気管と、前記タービンから排気さ
   れた蒸気を凝縮する復水器と、前記主蒸気管に設置され
   た蒸気加減弁と、前記蒸気加減弁より上流側で前記主蒸
   気管に接続され、しかも他端が前記復水器に接続される
   バイパス管と、前記バイパス管に設置されたバイパス弁
   とを有する原子炉プラントのタービン制御装置において
   、前記原子炉で発生した蒸気の圧力を検出する手段と、
   前記タービンの回転数を検出する手段と、前記圧力検出
   手段の出力信号を入力する圧力調整器と、前記回転数検
   出手段の出力信号を入力するタービン速度制御器と、前
   記圧力調整器及び前記タービン速度制御器の出力信号の
   うち低いレベルの出力信号を選択して出力する低値選択
   回路と、前記低値選択回路の出力信号に基づいて前記蒸
   気加減弁の開度を制御する第１制御手段と、前記蒸気加
   減弁の開度を検出する手段と、前記圧力調整器及び前記
   開度検出手段の出力信号に基づいて前記バイパス弁の開
   度を制御する第２制御手段とを備えたことを特徴とする
   原子炉プラントのタービン制御装置。