JPS6283693A - 原子炉の出力制御方法及び装置 - 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、原子炉の出力制御方法及び装置、特に、沸騰
水型原子炉（以下ＢＷＲと称する）プラントの再循環流
量制御系により原子炉出力を制御する原子炉の制御方法
及び装置に関するものである。

〔発明の背景〕

一般に、ＢＷＲプラントにおける発電機出力、すなわち
タービン出力は、タービン流入蒸気量をａｍして制御す
るにの時、原子炉出力も同時に制御することが望ましく
、急速な負荷変動に対しては、再循環流量を制御して原
子炉出力を制御する。しかし、タービン出力要求に対し
原子炉出力を追従させる場合、再循環流量を急速に変化
させると原子炉の中性子束信号がオーバーシュートし。

原子炉がスクラムする可能性がある。この中性子束信号
の変動を抑制する方法が１例えば、特開昭５４−３９７
９０号公報に開示されている。

この公報に開示されているのは、蒸気流量の急変による
原子炉圧力の変動を抑制できるＢＷＲプラントの原子炉
圧力制御装置で、第６図はこのシステム構成の説明図で
ある。

この図で、１は原子炉、２はタービン、３は復水器、４
，５及び６はそれぞれ原子炉１とタービン２との間に設
けられている主蒸気隔離弁、タービン止め弁、及びター
ビン加減弁、７は復水器３と主蒸気隔離弁４との間に設
けられているタービンバイパス弁、８は原子炉１と復水
器３との間に接続されている給水系、９は中性子束φ、
原子炉圧力Ｐ、蒸気流量Ｑｓ及びタービン速度Ｎを入力
とする原子炉圧力制御装置、１０及び１１は原子炉圧力
制御装置９とそれぞれタービン加減弁６及びタービンバ
イパス弁７との間に設けられているタービン加減弁駆動
機構及びタービンバイパス弁駆動機構、１２は再循環ポ
ンプ、１３は原子炉圧力制御装置９の負荷偏差出力Ｃに
よって動作する再循環系主制御器を示しており、ａ及び
ｂはそれぞれ、タービン加減弁開度要求信号及びタービ
ンバイパス弁開度要求信号を示している。

この原子炉の圧力制御装置による圧力制御は、原子炉１
内の原子炉圧力Ｐ及び中性子束φ、蒸気流量Ｑｓ、ター
ビン速度Ｎを原子炉圧力制御装置９に入力し、所定の演
算が行われその出力により、タービン加減弁６、タービ
ンバイパス弁７．再循環ポンプ１２をそれぞれ制御する
こで行なわれる。

ここで、蒸気流量Ｑｓと中性子束φとの偏差信号には、
比例、積分及び微分（Ｐ　Ｉ　Ｄ）の３要素ゲインが乗
算され、この信号を再循環系主制御器１３への負荷偏差
出力Ｃに対し加算する構成となっている。この様な構成
とすることにより、蒸気流量Ｑｓ　と中性子束φとの偏
差に応じて再循環流量が制御され、その結果、安定な中
性子束応答を得ている。

しかしながら、再循環系主制御器１３への出力である負
荷偏差信号Ｃの算出に蒸気流量信号を用いてることから
、蒸気流量センサの故障の影響。

あるいは蒸気流量信号に混入した雑音の影響を直接的に
受けることになる。また、タービンバイパス弁７の誤動
作、タービン加減弁６の誤動作による中性子束変動を十
分に抑制できない等の問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ＢＷＲプラントの出力を負荷要求信号
に応じて、再循環流量を用いて制御する場合に、中性子
束信号の急激な変化を抑制することができ、さらに蒸気
流量センサの故障、蒸気流量信号に混入した雑音等の影
響を除くと共に、タービンバイパス弁等の誤動作による
中性子束変動を抑制することができる原子炉の出力制御
装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の、第１の発明の原子炉の出力制御方法は、沸騰
水型原子力プラントの再循環流量制御系により原子炉出
力を制御する原子炉の出力制御方法において、タービン
制御系の全蒸気流量要求信号と中性子束信号との偏差信
号を前記再循環流量制御系に帰還させることを特徴とし
、第２の発明の原子炉の出力制御装置は、再循環流量制
御系の設けられている沸騰水型原子力プラントの原子炉
出力を前記再循環流量制御系で制御する原子炉の出力制
御装置において、ＪＭ子炉圧力が入力して全蒸気流量要
求信号が出力する原子炉圧力制御装置と、タービン出力
の設定値、前記全蒸気流量要求信号及びタービン速度が
入力してタービン加減弁及びタービンバイパス弁駆動信
号及び負荷偏差出力が出力するタービン出力制御装置と
、中性子−束、前記全蒸気流量要求信号及び前記負荷偏
差出力が入力して前記再循環ポンプに出力する再循環流
量制御系を有していることを特徴とするものである。

本発明ｉよ、中性束信号と全蒸気流量要求信号との偏差
信号を再循環流量制御系に使用することにより、安定な
中性子束応答を得るようにしたもであり、全蒸気流量要
求信号を使用することにより。

センサ故障の影響、センサ信号への雑音の混入の影響が
除去でき、さらにタービンバイパス弁等の誤動作時もよ
り安定な中性子束応答を得るようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、実施例について説明する。

第１図は本発明の原子炉の出力制御装置の一実施例をＢ
ＷＲプラントに適用した原子炉出力制御システムの構成
を示す説明図で、第６図と同一部分には同一符号が付し
である。この図で、１４は原子炉１中の原子炉圧力Ｐが
入力し、全蒸気流量要求信号ｇが出力する原子炉圧力制
御装置、１５はタービン２出力が設定され、原子炉圧力
制御袋に１４からの全蒸気流量要求信号ｇ及びタービン
速度Ｎが入力しタービン出力が設定され、タービン加減
弁開度要求信号ａ、タービンバイパス弁開示要求償号す
、負荷偏差出力Ｃが出力するタービン出力制御装置、１
６は中性子束φ、全蒸気流量要求償号ｇ及び負荷偏差出
力Ｃが入力し、再循環ポンプ１２の速度制御信号を出力
する再循環流量制御系を示している。

この実施例の出力制御装置においては、原子炉１内の原
子炉圧力Ｐによって蒸気流量Ｑ、が送出される。この蒸
気流量Ｑｓは、主蒸気隔離弁４及びタービン止め弁５を
介してタービン加減弁６に送出され、タービン蒸気流量
としてタービン２に噴出される。一方、蒸気流量Ｑｓの
一部は必要に応じタービンバイパス蒸気流量として復水
器３に送出される。復水器３を通過した蒸気流量Ｑ、は
。

水となり給水系８を通って再び原子炉１に戻る。

このＢＷＲプラントの原子炉の出力制御は、原子炉１内
の原子炉圧力Ｐに基づいて原子炉圧力制御袋！！１４か
ら出力される全蒸気流量要求信号ｇ。

原子炉の中性子束φ、タービン速度Ｎをタービン出力制
御袋！！！１５、再循環流量制御系１６の入力とし所定
の演算を行って、タービン加減弁６、タービンバイパス
弁７、再循環ポンプ１２を制御する。

５Ｓ２図は、第１図の再循環流量制御系１６のブロック
図で、１７は主制御器、１８はリミッタ回路、１９は速
度制御器、２０及び２１は一次遅れ要素、２２は不感帯
リミッタ回路、２３はＰＩＤ要素、２４はリミッタ回路
を示している。第２図において、再循環流量制御系１６
の主制御器１７への入力は、流量設定信号もしくはター
ビン出力制御装置１５からの負荷偏差信号Ｃのいずれか
であり、必要に応じ切り換えられる。これらの信号を入
力とした主制御器１７の出力は、Ａ及びＢループの２系
統に分かれるが、第２図においてはその一系統のＡルー
プのみ図示しである。この主制御器１７の出力と再循環
ポンプ１２の回転数Ｎ。

との偏差をとり、リミッタ回路１８を通した後、速度制
御器１９によりポンプ速度要求信号とする。

一方、原子炉の中性子束φは一次遅れ要素２０を通過し
、この信号と、−次遅れ要素２１を通過した全負荷流量
要求信号ｇとの偏差をとる。この偏差信号は、不感帯リ
ミッタ回路２２を通し、ＰＩＤ要素２３であるＧｏ　　
（ｓ）を乗算し、さらにリミッタ回路２４を通した後、
前述したポンプ速度要求信号との差をとり、最終的には
再循環流量要求信号ＰＬＲとして取り出す。この再循環
流量要求信号ＰＬＲにより、再循環ポンプ１２の速度を
制御する。ここで、全蒸気流量要求信号ｇは、原子炉圧
力制御装置１４において、原子炉圧力Ｐと原子炉圧力設
定信号Ｐｏとを突き合わせた圧力偏差信号に対し、−次
進み／遅れ要素を乗算した後、圧力調定率Ｒの逆数を乗
じた信号である。

このように構成された原子炉の出力制御装置を適用した
ＢＷＲプラントによって、再循環流量を流量設定により
変化させた場合の中性子束応答を求めた結果を第３図に
示す。横軸には時間、縦軸には、蒸気流量、中性子束、
再循環流量がとってあり、Ａ（実線）はこの実施例の場
合、Ｂ（一点鎖線）は、第２図における中性子束φと全
蒸気流量要求信号ｇとの偏差を再循環流量要求信号ＰＬ
Ｒに帰還させなかった場合を示している。この図の中性
子束応答の比較から、中性子束φと全蒸気流量要求信号
ｇとの偏差信号にＰＩＤ要素２３を乗算し、再循環流量
要求信号ＰＬＲにこの信号の帰還をかけることで、再循
環流量の急変時における中性子束のオーバシュートを抑
制することができ、より安定に中性子束を制御している
ことが明らかである。

さらに１本発明の有効性を調べるために、８個あるター
ビンバイパス弁７の中の１つの弁の制御系が故障し、通
常全開状態であるタービンバイパス弁７の１つの弁が開
放状態となった場合について検討した結果を第４図に示
す、横軸には時間。

縦軸には蒸気流量、全蒸気流量要求信号、中性子束、再
循環流量がとってあり、Ｃ（実線）は本発明の場合、Ｄ
（一点鎖線）は従来例の場合を示している。

このように、タービンバイパス弁７の１つの弁が開放と
なることによって、蒸気流量Ｑ、は急増し、原子炉圧力
Ｐが低下する。このため、原子炉圧力Ｐを一定値に保持
するように全蒸気流量要求信号ｇが減少し、タービン加
減弁６が絞り込まれる。一方原子炉圧力Ｐの一時的な減
少により中性子束φは最初減少する。この時、再循環流
量には中性子束φと全蒸気流量要求信号ｇとの偏差が帰
還されることから、再循環流量は減少する。従って、蒸
気流量Ｑ３が急激に増加するような過渡的状態において
も、再循環流量が急増しないため、中性子束φは大幅な
変動をすることなく、不用意なスクラムによる原子炉停
止を防ぐことができる。

これに対して、従来は蒸気流量Ｑｓと中性子束φとの偏
差信号を再循環流量制御系に使用したいたので、タービ
ンバイパス弁７の１つの弁が開放状態となることにより
蒸気流量Ｑｓが急増し、原子炉圧力Ｐが低下する。この
ため一時的に中性子束φは低下する。この時、再循環流
量には中性子束φと蒸気流量Ｑｓとの偏差が反映される
ことがら、再循環流量は増加する。その結果、再ｗｉ環
流増 量の変化率に中性子束φの１加は依存するため、中性子
束φの大幅な変動が発生することになり、原子炉をスク
ラムにいたらせる可能性がある。

以上述べたように、この実施例によれば、再循環流量の
急変時における中性子束φの大幅な変動を抑制するとが
できると共に、タービンバイパス弁が全開度となるよう
な故障、あるいは誤動作時においても安定な中性子束応
答を得ることができる。

第５図は他の実施例の要部であるタービン負荷設定部、
負荷偏差値設定部等から構成されるタービン出力制御装
置及び原子炉圧力制御装置１０のブロック図で、第２図
の場合とは、全蒸気流量要求信号ｇと中性子束信号φと
の偏差信号をタービン出力制御装置における負荷偏差値
設定部に帰還している点が異なっている。この図で、２
５がタービン負荷設定部、２６は演算部、２７は負荷偏
差値設定部、２８は原子炉圧力制御装置１４のは一次進
み／遅れ要素、２９は圧力調定率、３０は低値選択回路
ＬＶＧを示している。

原子炉圧力制御装置１４は、原子炉圧力Ｐと原子炉圧力
設定信号Ｐｏを突き合せた圧力偏差信号に対し、−次進
み／遅れ要素Ｇ１　（ｇ）２８を乗算した後、圧力調定
率Ｒ２９の逆数を乗じ全蒸気流量要求信号ｇを出力する
。タービン加減弁開度要求信号ａは、タービン負荷設定
部２５からの負荷要求信号ｆと原子炉圧力制御装置１４
からの全蒸気流量要求信号ｇとのうち、小さい値を示す
信号が選択される。ここで、負荷要求信号ｆは、設定速
度に対するタービンスピードＮの偏差修正で、誤差修正
信号ｄ及びタービン負荷要求信号ｅとをし 加算して得られる。＋かし通常状態においては、誤差修
正信号ｄはほぼ零であるため、負荷要求信くし 号ｆは、タービン負荷要求信号ｅ考えることができる。

また、負荷要求信号ｅは、タービン負荷信号りとタービ
ン負荷信号のバイアス量Δｈを加えたものに設定される
。このバイアス量Δｈは通常、タービン負荷信号りの１
０％前後の値に設定される。

通常運転状態では、第５図において全蒸気流量要求信号
ｇと負荷要求信号ｆとを比較すると、前述のバイアス量
の分だけ全蒸気流量要求信号ｇが小さいため低値選択回
路ＬＶＧの出力は全蒸気流量要求信号ｇとなり、タービ
ン負荷に応じた蒸気流量Ｑ５を供給するためのタービン
加減弁開度要求償帯ａとなる。すなわち、通常運転時に
おいては全蒸気流量要求信号ｇは、タービン加減弁開度
要求信号ａとみなすことができる。また、全蒸気流量要
求信号ｇの設定は、圧力設定Ｐａにより行なわれる。こ
のため通常はタービン加減弁６は、原子炉圧力Ｐを一定
に保持するように制御される。

タービンバイパス弁７は、負荷変動があっても原子炉圧
力Ｐを一定に保持するために使用する。

このタービンバイパス弁７の制御は、全蒸気流量要求信
号ｇとタービン加減弁開度要求信号ａとの差信号、すな
わちタービンバイパス弁開度要求信号すで制御される。

タービン加減弁６の弁開度は、以上述べたよう同時に再
循環流量制御系１６の再循環系主制御器１７へ負荷偏差
値設定部２７からの負荷偏差信号Ｃを出力し、タービン
出力要求とタービン出力とが一致するよう制御する。

原子炉圧力Ｐは、原子炉出力（中性子束φ相当）の熱に
よった発生する蒸気発生量と原子炉１から出力される蒸
気流量Ｑｓとの差によって変化する。

このため、この中性子束φと蒸気流量Ｑｓ相当の信号と
の差信号をも考慮に入れて原子炉出力を制御する。ここ
で、蒸気流量Ｑ８は、前述した全蒸気流景要求償号ｇと
みなすことができ、さらに蒸気流量センサの故障の影響
及び蒸気流量Ｑ、のセンサ信号に混入する雑音の影響を
受けないようにするため、中性子束φと全蒸気流量要求
信号ｇとの差信号を利用する。すなわち、全蒸気流量要
求信号ｇと中性子束との２つの制御量の差信号に３要素
ゲインＧｚ（ｓ）を乗算し、この信号を負荷偏差信号Ｃ
に加算させる。負荷偏差値設定部２７において、Δｈの
バイアスを設定するのは、タービン出力を変化させよう
とするとき、直接タービン加減弁６の弁開度を変えるの
ではなく、まず再循環流量を変えて原子炉出力を変える
ことにより。

原子炉圧力Ｐを変化させ、これにより前述した全蒸気流
量要求信号ｇを変えて１間接的にタービン加減弁６の弁
開度を変えるためである。

一方、前述の説明からも明らかなように、全蒸気流量要
求信号ｇの代りに蒸気流量Ｑｓを使用する場合は、蒸気
流量Ｑｓと原子炉の中性子束φとの差信号に３要素ゲイ
ンＧａ（ｓ）を乗算し、この信号を負荷偏差信号０に加
算して、再循環流量を制御していたため、蒸気流量セン
サの故障は、蒸気流ｔＱｓの例えば減少となみなされ、
その結果、再循環流量が抑えられると共に、タービン加
減弁６の弁開度が小さくなる。このため、一定負荷運転
を続行したいにもかかわらず原子炉出力は低下してしま
うのである。また同様に、蒸気流量センサ信号に混入し
た雑音は、蒸気流量Ｑ、の変動として中性子束φと突き
合わされた後、負荷偏差信号Ｃに加算されるため、雑音
の影響により、再循環流量が常に微小変動する問題があ
った。

この点、蒸気流量Ｑｓ　とみなすことができる全蒸気流
量要求信号にと原子炉の中性子束φとの差信号に３要素
ゲインＧｚ　　（ｓ）を乗算し、この信号を負荷偏差信
号Ｃに加算して、再循環流量を制御する本発明では、前
述した問題の発生を防ぐことができる。これは第２図の
場合においてもまったく同様である。

なお、実施例の原子炉の出力制御装置の説明は、従来技
術によるアナログ電子回路の制御装置との一比較の都合
上、電子回路的な制御ブロックを用いたが、マイクロコ
ンピュータ等を用いたディジタル制御回路によっても実
現することができる。

これら実施例の原子炉の出力制御装置によれば再循環流
量に急変時における中性子束の変動を効果的に抑制する
と共に、蒸気流量センサの故障、蒸気流量信号に混入す
る雑音の影響を除くことができるため、より安定なりＷ
Ｒプラントの運転が可能となる。さらに、タービンバイ
パス弁、タービン加減弁の故障、あるいは誤動作により
、蒸気、流量が急変した場合にも、中性子束の変動を抑
制することができる。

〔発明の効果〕

本発明は、ＢＷＲプラントの出力を負荷要求信号に応じ
て、再循環流量を用いて制御する場合に。

中性子束信号の急激な変化を抑制することができ、さら
に蒸気流量センサの故障、蒸気流量信号に混入した雑音
等の影響を除くと共に、タービンバイパス弁等の誤動作
による中性子束変動を抑制することができる原子炉の出
力制御方法及び装置を提供可能とするもので、産業上の
効果の大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原子炉の出力制御装置の一実施例を
ＢＷＲプラントに適用した原子炉出力制御システムの構
成を示す説明図、第２図は、第１図の再循環流量制御系
のブロック図、第３図は、曲 再循環流量の変動的の中性子束応答を示す線図。 第４図は、蒸気流量の変動時の中性子束応答を示す線図
、第５図は、本発明の原子炉の出力制御装置の他の実施
例をタービン出力制御装置に適用した原子炉の出力制御
システムのブロック図、第６図は、従来の原子炉の出力
制御装置のシステムの構成を示す説明図である。 １・・・原子炉、２・・・タービン、３・・・復水器、
４・・・上止 蒸気隔離弁、５・・・タービン弁め弁、６・・・タービ
ン加減弁、７・・・タービンバイパス弁、８・・・給水
系、１０・・・タービン加減弁駆動機構、１１・・・タ
ービンバイパス弁駆動機構、１２・・・再循環ポンプ、
１４・・・原子炉圧力制御装置、１５・・・タービン出
力制御装置、１６・・・再循環流量制御系。 代理人　弁理士　長崎博男２゛　。 （ばか１名） 茅３　目 ε 埒同 茅４　図 −ＪｆｒＩｔｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、沸騰水型原子力プラントの再循環流量制御系により
   原子炉出力を制御する原子炉の出力制御方法において、
   タービン制御系の全蒸気流量要求信号と中性子束信号と
   の偏差信号を前記再循環流量制御系に帰還させることを
   特徴とする原子炉の出力制御方法。 ２、再循環流量制御系の設けられている沸騰水型原子力
   プラントの原子炉出力を前記再循環流量制御系で制御す
   る原子炉の出力制御装置において、原子炉圧力が入力し
   て全蒸気流量要求信号が出力する原子炉圧力制御装置と
   、タービン出力の設定値、前記全蒸気流量要求信号及び
   タービン速度が入力してテービン加減弁及びタービンバ
   イパス弁駆動信号及び負荷偏差出力が出力するタービン
   出力制御装置と、中性子束、前記全蒸気流量要求信号及
   び前記負荷偏差出力が入力して前記再循環ポンプに出力
   する再循環流量制御系を有していることを特徴とする原
   子炉の出力制御装置。 ３、前記全蒸気流量要求信号と前記中性子束信号との偏
   差信号を不感帯リミッタ回路に通して後、比例、積分、
   微分要素からなる演算器により演算し、その演算結果を
   前記再循環流量制御系のポンプ速度制御器の出力側に帰
   還するようになつている特許請求の範囲第２項記載の原
   子炉の出力制御装置。