JPS6285889A - 原子炉冷却材再循環ポンプ速度の制御方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は沸騰水型原子炉に係り、特に原子炉冷却材再循
環ポンプの速度を制御する制御方法に関する。

〔発明の技術的背景〕

沸騰水型原子力発電プラントにおいては、原子炉建屋内
に原子炉格納容器が設けられており、この原子炉格納容
器内には原子炉格納容器が設置されている。この原子炉
格納容器内には冷却水と複数の燃料集合体および制御棒
等からなる炉心が収容されている。冷却水は炉心を上昇
する際炉心の核反応によって昇温し水と蒸気の二相流状
態となる。この二相流は気水分離器により水と蒸気に分
離されその内蒸気は蒸気乾燥器により乾燥蒸気となる。

この乾燥蒸気は原子炉圧力容器に接続された主−蒸気配
管系を介してタービンに送られタービンを駆動させる。

このタービンの駆動により発電機が回転され発電する。

タービンで仕事をした蒸気は復水器内に導入されて復水
となり給水ポンプにより再度原子炉格納容器内に供給さ
れる。

ところで、上記給水ポンプは現状の沸騰水型原子炉（以
下ＢＷＲという）Ｓ型のプラントでは約５０％定格給水
流量供給能力を有するタービン駆動給水ポンプ（以下Ｔ
Ｏ−ＲＦＰという）２台、約２５％定格給水流量供給能
力を有するモータ駆動給水ポンプ（以下ＭＤ−ＲＦＰと
いう）２台から構成される装置ここで、ＭＤ−ＲＦＰは
プラント起動停止時及びＴＤ−ＲＦＰ故障時のバックア
ンプとして運転されるが。

近年ＢＷＲの運転実績よりＭＤ−ＲＦＰの故障率は非常
に低く、実用上２５％容ｉＭＤ−ＲＦＰ　１台で粧応可
能と考えられるようになった。

しかして、ＭＤ−ＲＦＰを１台とした場合、プラント起
動停止時の運転中にＭＯ−ＲＦＰ　１台トリップが発生
すると、後備給水ポンプが存在しないため原子炉は全給
水流量喪失状態になる。このとき主蒸気流量の発生によ
り原子炉水位は低下し続け、「原子炉水位低」信号によ
り原子炉はスクラムされる。

原子炉がスクラムされると、中性子束急激→燃料表面熱
流束減少→主蒸気流量減少により、原子炉水位の低下率
は小さくなる。その後、燃料棒からの余熱によって蒸気
が発生し、水位はわずかながら減少し続けるが、原子炉
起動時冷却系の作動により原子炉水位の低下は止み、通
常運転水位まで回復する。

ＭＤ−）＋ＦＰ　１台トリップが発生するときの原子炉
出力が高い場合には、炉心内ボイド量が多くなるため原
子炉スクラムによる水位低下量が大きくなり、原子炉水
位は「原子炉水位低低」まで低下する。

このときには非常用炉心冷却系（以下ＥＣＣ５とし）う
）が作動して、原子炉水位の低下を阻止し、炉心の露出
を防止する。

このように、ＭＤ−ＲＦＰを１台とした場合にも燃料の
健全性が問題になることはない。

ＭＤ−ＲＦＰ　トリップ時の原子炉水位低下量はそのと
きの原子炉の状態によって異なる。

通常、原子炉を起動させる場合、再循環ポンプスピード
は最低ポンプスピード（通常定格ポンプスピードの２０
％）にして制御棒を引抜いていく。

このとき、給水ポンプの運転状態は、原子炉出力が約２
０％まではＭＤ−ＲＦＰ　１台運転であり、原子炉出力
が約２０〜５０％ではＴＤ−ＲＦＰ　１台運転、原子炉
出力が約５０％以上になるとＴＤ−ＲＦＰ　２台運転に
なる。

再循環ポンプスピードが最低ポンプスピードでＭＤ−Ｒ
ＦＰ　１台運転中に同ポンプがトリップしたとき全給水
流量喪失状態となり、原子炉水位低スクラムに至る。こ
のとき、原子炉出力が約２０％以下であれば、原子炉水
位は、「原子炉水位低低」に至らない。ところが原子炉
出力が約３０％に達すると原子炉水位は「原子炉水位低
低」まで低下し、ＩＥｃｃｓが作動する可能性が強くな
る。

原子炉の起動は最低ポンプスピード以上のポンプ速度で
も可能であるが、ポンプ速度を増加させるに従って、Ｈ
ＦＲＦＰ　１台トリップ時の水位低下量は大きくなる。

この理由を以下に説明する。

すなわち、出力零から同一ポンプ速度で制御棒を引抜い
ていくと、炉心流量は増加する。これは炉心内のボイド
の発生によって炉心内外の炉水の密度差による自然循環
力が発生するためである。

さらに制御棒を引抜いていくと炉心流量増の傾向は失わ
れる。これは炉心内ボイドによる二相流圧力損失によっ
て自然循環力が相殺されるためである。さらに制御棒を
引抜いていくと炉心流量は減少傾向を示すようになる。

これは炉心内ボイド発生による二相流圧力損失効果が自
然循環力を上回るためである。

ＭＯ−ＲＦＰ　１台運転中、原子炉出力は最大約２０％
である。このとき自然循環力は二相流圧力損失を上回る
状態にある。すなわち制御棒を引抜いて行くと炉心流量
は増加傾向を示す。この炉心流量増加傾向の大きさはポ
ンプ速度によって異なり、低ポンプ速度のときの方が大
きい。

従って、原子炉起動時２０％から制御棒を挿入した場合
は、炉心流量は減少し、この減少量は低ポンプ速度のと
き程大きくなる。原子炉スクラム時に制御棒が急挿入さ
れる場合には、炉心流量はポンプトリップの場合とほぼ
同じように減少する。

炉心流量の減少はボイドの発生を促し、水位の低下を抑
制することになる。

このような理由から原子炉起動時のポンプ速度が大きい
とき程、ＭＤ−ＲＦＰＩ台トリップ→「原子炉水位低」
→原子炉スクラム時水位低下量は大きくなる。

従って、高ポンプ速度でプラントを起動したとき程、非
常用炉心冷却装置が作動する可能性が大きくなる。

〔背景技術の問題点〕

非常用炉心冷却装置の作動によって原子炉圧力容器の中
に冷水が注入されるが、ＭＤ−ＲＦＰ　トリップの度ご
とに原子炉圧力容器に冷水が注入されるのは熱応力上の
健全性上好ましくない。

またＥＣＣ５は本来、事故時の炉心冷却を目的として備
えられているものであり、ＭＤ−ＲＦＰ　１台トリップ
時にＥＣＣ５が作動するのは本来の目的から逸脱してい
る。

そこで、ｃｃｃｓの作動を防止する手段としては「原子
炉水位低」スクラム信号で再循環ポンプをトリップさせ
ることが考えられる。再循環ポンプトリップにより炉心
内ボイドの発生が促され、スウェリング効果によりスク
ラム時の水位低下を抑制する。

ところが、再循環ポンプをトリップさせると。

プラント再起動時に余分な時間を要し、プラント稼動率
の損失になる。

また、上述したようにスクラム→ポンプトリップによる
水位抑制効果と同様な効果は最低ポンプスピードでスク
ラムしたときにも得られるが、従来この水位抑制効果が
積極的に利用されていなかった・ 〔発明の目的〕 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、冷却材再循環ポンプが最低ポンプ速度よりも大きな速
度で原子炉を起動させた場合に、ＭＤ−ＲＦＰ　１台ト
リップが発生し原子炉水位低で原子炉がスクラムしたと
きに、再循環ポンプをトリップさせずに原子炉水位低低
で非常用炉心冷却系が作動するのを防止するようにした
原子炉冷却材再循環ポンプ速度制御方法を提供すること
にある。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するために、５０％定格給水流
量の供給能力を有するタービン駆動給水ポンプを２台、
２５％定格給水流量の供給能力を有するモータ駆動給水
ポンプ１台を有する沸騰水型原子力発電プラントにおい
て、低出力状態でいずれかの前記給水ポンプ１台運転中
に当該ポンプがトリップしたときに、原子炉冷却材再循
環ポンプ速度を最低ポンプスピードまでランバックさせ
るようにした原子炉冷却材再循環ポンプ制御方法に関す
るものである。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係る原子炉冷却材再循環ポンプ速度制
御装置を備えたＢＷＲの概略構成図である。図中符号１
は原子炉格納容器を示し、この原子炉格納容器１は図示
しない原子炉建屋内に設置されている。原子炉格納容器
１内には原子炉圧力容器２が図示しないペデスタル上に
設置されている。この原子炉圧力容器２内には、炉心３
および冷却材４が収容されている。炉心３は図示しない
複数の燃料集合体および制御棒等から構成されており、
また冷却材４は再循環系８により強制循環されている。

この再循環系８は炉心３の外周のダウンカマ部に設置さ
れた複数台のジェットポンプ５、原子炉圧力容器１の外
部に設置された再循環ポンプ６およびこれらジェットポ
ンプ５と再循環ポンプ６との間に配設された再循環系配
管７とから構成されている。冷却材４は炉心３を上方に
向って流通する際炉心３の核反応熱により昇温し、水と
蒸気の二相流状態となる。二相流状態となった冷却材４
は、炉心３の上方に設けられた気水分離器により水と蒸
気とに分離され、その内蒸気は気水分離器の上方に設け
られた蒸気乾燥器に流入して乾燥され乾燥蒸気となり、
原子炉圧力容器１の上部に接続された主蒸気管９を介し
てタービン１０に移送される。一方、前記分離された水
はダウンカマ部を介して炉心３の下方に流下し、再度炉
心３−を上方に流通する。主蒸気管９の原子炉格納容器
１の貫通部前後には、主蒸気隔離弁（以下ＭＳＩＶとい
う）１１および１２が夫々介挿されている。

このＭＳＩＶ　１２とタービン１０との間には、　主蒸
気止め弁１３および主蒸気加減弁１４が順次介挿されて
いる。そして前記タービン１０に移送された蒸気は、そ
こでタービン１０を駆動させ、その結果タービン１０に
連結された発電機１５を回転させる。タービン１０を駆
動させた蒸気は、タービン１０の下方に設置された復水
器１６内に収容され、そこで凝縮液化され復水となる。

この復水は、復水ポンプ１７．給水加熱器１８、タービ
ン駆動原子炉給水ポンプ１９および電動機駆動給水ポン
プ給水制御弁２０を介して再び原子炉圧力容器１内に導
入され、炉心３下方に給水される。

ＭＳＩＶ　１２と主蒸気止め弁１３との間の主蒸気管９
と復水器１６との間にはタービンバイパス管２１が配設
されている。このタービンバイパス管２１にはタービン
バイパス弁２２が介挿されている。負荷遮断が発生した
場合には、主蒸気加減弁１４が閉弁し、同時にタービン
バイパス弁２２が開弁する。それによって蒸気はタービ
ンバイパス管２１を介して復水器】６に直接導入される
。

また前記主蒸気管９のＭＳＩＶ　１１の入口側には、主
蒸気逃し安全弁２３が接続されているとともに、この主
蒸気逃し安全弁２３には主蒸気逃し配管２４が接続され
ている。この主蒸気逃し配管２４の下端は原子炉圧力容
器２の底部に設けた圧力抑制室２５内に浸漬されている
。そして例えばＭＳＩＶ　１１および１２が開弁して主
蒸気圧力が過度に上昇した場合には、主蒸気逃し安全弁
２３が開弁し、原子炉圧力容器２内の主蒸気が主蒸気逃
し管２４を介して圧力抑制室２５内の水中に導入され、
それによって原子炉圧力容器２内の圧力上昇が抑制され
る。

そこで、先ず一ヒ記構成をなすＢＷＲ１電プラントの運
転特性について説明する。

通常プラントを起動させるときには最低ポンプ速度曲線
（ＢＷＲの運転特性図は第２図に示すように表わされ、
通常は定格ポンプ速度の２０％である。）に沿って制御
棒を引抜いていく。

炉心熱出力が約２０％の状態でＩＭ叶ＲＦＰトリップが
発生すると、原子炉は原子炉水位低でスクラムするが、
このときの炉心流量減少幅は第２図から２０％ポンプ速
度のときΔ２ｏ、４０％ポンプ速度のとき　Δ、。どな
るから、低ポンプ速度の方が大きい。

すなわち。

Δ２．〉　　Δ４゜ また、最低ポンプ速度（２０％定格）の場合に、ＭＯ−
ＲＦＰがトリップした時の原子炉水位最低値と炉心熱出
力の関係は第３図に示す曲線で表わされる。

すなわち炉心熱出力が約２０％までのときには原子炉水
位最低値はＥＣＣ５作動水位である原子炉水位低低に対
して余裕があるが、炉心熱出力が約３０％のときには原
子炉水位低低を下回っている。

ところで、通常原子炉出力が約２０％になるまでに給水
ポンプの運転状態はＩＭ叶ＲＦＰ→１　丁Ｄ−ＲＦＰ運
転に切替えられる。炉心熱出力が約３０％のときにＩ　
ＴＤ−ＲＦＰがトリップした場合には後備のＩ　ＭＤ−
ＲＦＰが起動するので、原子炉水位の低下はわずかであ
る。

従って、ここでは炉心熱出力が約２０％のときについて
説明する。

第４図は、炉心熱出力２０％の場合にＭＤ−ＲＦＰがト
リップした時の原子炉水位最低値と再循環ポンプ速度の
関係を示している。この図から再循環ポンプ速度が約３
０％までのときには原子炉水位最低値はＥＣＣ５作動水
位である原子炉水位低低に対して余裕があるが、ポンプ
速度が４０％のときには原子炉水位低低を下回っている
ことが分る。

第６図はＭＤ−ＲＦＰ　１台トリップ時の炉心流量変化
を示したもので、この図から分るように、時刻約２０秒
で原子炉水位低により原子炉はスクラムし、自然循環力
の減少によって炉心流量が減少する。

このとき炉心流量の減少量はポンプ速度が小さいときほ
ど大きい。

さらに、第７図はＭＤ−ＲＦＰ　１台トリップ時の原子
炉水位変化を示している。スクラムによるボイドの潰れ
により原子炉水位は低下するが１．その低下量はポンプ
速度が小さいときほど少なくなっていることが分る。

次に、本発明による原子炉冷却材再循環ポンプ速度の制
御方法を第５図の作動論理図について説明する。すなわ
ち給水ポンプ１台運転中に同給水ポンプがトリップした
場合に、原子炉冷却材再循環ポンプ速度の制御装置を制
御して再循環ポンプの速度を最低設定値にランバックさ
せるようにするものである。

第６図は第５図の作動論理図に基づいてなした応用例を
示したもので、破線は４０％ポンプ速度運転中にＭＤ−
ＲＦＰ　１台１−リップしたときに再循環ポンプ速度を
最低値（２０％定格）にランバックさせたときの炉心流
量変化を示している。

第７図は第５図の作動論理図に基づいてなした他の応用
例を示したもので、破線は４０％ポンプ速度運転中にＭ
Ｏ−ＲＦＰ　１台トリップしたと室に、再循環ポンプ速
度を最低値（２０％定格）にランバックさせたときの原
子炉水位変化を示している。

４０％ポンプ速度運転中にＭＤ−ＲＦＰ　１台トリップ
したときに再循環ポンプ速度を２０％にランバックさせ
た場合、原子炉水位の低下率はボイドの発生により小さ
くなり、原子炉水位低信号により原子炉がスクラムした
場合にも原子炉水位低下量は２０％ポンプ速度運転中に
阿叶ＲＦＰ　１台トリップしたときと同程度になってい
る。

上述したところから明らかなように、本実施例によれば
、最低ポンプ速度よりも大きなポンプ速度でプラン１−
起動中にＭＤ−ＲＦＰ　１台トリップが発生した場合に
、再循環ポンプを最低ポンプ速度にランバックさせ、原
子炉スクラム時の炉心流量減少効果を積極的に利用する
ことにより、原子炉水位が原子炉水位低低まで低下し、
ＥＣＣ５が作動するのを防止することができる。

また、ＴＯ−ＲＦＰ　１台運転中に同ポンプがトリップ
した場合ＭＤ−ＲＦＰ　１台が起動する。しかしながら
、ＭＤ−ＲＦＰの起動が失敗した場合原子炉は全給水流
量喪失状態になり、原子炉水位低により原子炉はスクラ
ムする。しかしながら、この場合にも、　　ＴＤ−ＲＦ
Ｐ　１台トリップ信号で再循環ポンプを最低ポンプスピ
ードにランバックさせれば、上述したようなＭＤ−ＲＦ
Ｐ　１台トリップの場合と同様に原子炉水位が原子炉水
位低低まで低下し、ＥＣＣ５が作動するのを防止するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、最低ポンプ速度よ
りも大きなポンプ速度でプラント起動中にタービン駆動
給水ポンプまたはモータ駆動給水ポンプのいずれかの給
水ポンプ１台がトリップした場合、再循環ポンプを最低
ポンプ速度にランバックさせるようにしたので、原子炉
水位が原子炉水位低低まで低下し、ＥＣＣ５が作動する
のを防止できる。さらに再循環ポンプをトリップさせな
いため原子炉稼動率の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水型原子炉の概略構成を示す系統図、第２
図はＢＷＲの運転特性図、第３図は再循環ポンプ速度が
最低ポンプ速度の場合のＭＯ−ＲＦＰ　１台トリップ時
の原子炉水位最低値を説明するための図、第４図は炉心
熱出力が２０％の場合のＭＤ−ＲＦＰ１台トリップ時の
原子炉水位最低値を説明するための図、第５図は本発明
方法の作動論理図、第６図はＭＤ−ＲＦＰＩ台トリップ
時の炉心流量変化を示した図、第７図はＭＤ−ＲＦＰ　
１台トリップ時の原子炉水位変化を示した図である。 １・・・原子炉格納容器 ２・・・原子炉圧力容器 ３・・炉心 ４・・・冷却材 ６・・・再循環ポンプ ７・・・再循環系配管 ９・・・主蒸気管 １０・・・タービン １５・・・発電機 １６・・・復水器 １７・・・復水ポンプ １８・・・給水加熱器 １９・・・タービン駆動原子炉給水ポンプ２０・・・電
動機駆動給水ポンプ給水制御弁代理人　弁理士　　則　
近　憲　仏 間　　三俣弘文 Ｌ＝−＝＝Ｊ ＢＷＲｆ）運転特性図 第　　２　　図 か上膳出力 第３図 ｐμ僑工裏ボングＵ ＳＤ−ＴＺＦＰ　　ｆ右　トリップ時のΔ１１カ５に鉋
３１（氏１ｊＬ（丈へ以巻七虹ｎ＝２０４の±１勿 偏重図 第　　５　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）５０％定格給水流量の供給能力を有するタービン
   駆動給水ポンプを２台、２５％定格給水流量の供給能力
   を有するモータ駆動給水ポンプ１台を有する沸騰水型原
   子力発電プラントにおいて、低出力状態でいずれかの前
   記給水ポンプ１台運転中に当該ポンプがトリップしたと
   きに、原子炉冷却材再循環ポンプ速度を最低ポンプスピ
   ードまでランバックさせることを特徴とした原子炉冷却
   材再循環ポンプの制御方法。