JPS63204003A - 蒸気発生プラント出力制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、蒸気発生プラント出力制御装置に係り、特に
発電機出力を制御するために好適な蒸気発生プラント出
力制御装置に関する。

〔従来の技術〕

電力系統に占める原子力発電プラントの発電量の割合が
増加するに伴い、これまで基底負荷運転を担ってきた原
子力発電プラントに対しても負荷追従運転の要求が高ま
っている。原子力発電プラントの負荷追従運転は、基本
的には再循環流量制御による原子炉出力の変更により行
う。この時、中性子束の過渡的な急峻な変動が許容範囲
となるように炉心流量を制御する必要がある。

これに対し、タービンから給水加熱器へ送っているター
ビン抽気流量を制御し、タービン蒸気流量を変化させて
発電機出力を制御する負荷追従運転の方法がある。この
タービン抽気流量制御による負荷追従運転は、再循環流
量制御による負荷追従運転と比較して、タービン蒸気流
量の変化が早いため１発電機出力の応答性が向上する特
徴がある。

この様な特性を利用したタービン抽気Ｍ御装置による負
荷追従運転の例として、特公昭４６−１３４３７号公報
の「沸騰水型原子力発電所の負荷即応制御方式」がある
。この例では、タービン速度変動を原子力発電プラント
の負荷変動に換算し、この負荷変動によりタービン抽気
流量を制御してタービン蒸気流量を変化させ１発電機出
力を応答性良く追従させている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、再循環流量制御による負荷追従運転と
比較して１発電機出力の応答性向上が図れる有効な手段
である。しかしながら、例えば中央給電指令所からの自
動周波数制御信号（Ａｕｔｏｒａａｔｉｃ　Ｆｒｅｑｕ
ｅｎｃｙ　Ｃｏｎｔｒｏｉ　、　Ａ　Ｆ　Ｃ信号）の様
に、負荷変動が一定時間連続的に続く場合、タービン抽
気流量の制御による給水温度の変化に伴い、原子炉出力
が大きく変動する問題がある。

また、タービン抽気流量制御と従来の再循環流量制御と
の併用による負荷追従運転を行なった場合。

タービン抽気流量の変化に伴うタービン蒸気流量の変化
に加え、さらに原子炉出力変更に伴う原子炉蒸気流量の
変化により、発電機出力の整定時間が遅れる問題点があ
る。

本発明の目的は、蒸気発生器の出力の不必要な変動を抑
制し、また負荷変動に対する発電機出力の整定時間を短
縮することにより、負荷追従性能を向上させる原子炉出
力制御装置を提供することにある６ 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成するためには、例えば自動周波数制御信
号に対しては、蒸気発生器出力制御装置（例えば再循環
流量制御装置系により蒸気発生器出力を変更し発生する
蒸気流量を制御する。それと供に、基底負荷信号と自動
周波数制御信号の加算信号である負荷設定信号と発電機
出力信号との偏差信号に基づきタービン抽気流量を制御
する抽気弁制御器を設けた構成とする。

〔作用〕

従来の再循環流量制御装置は、自動周波数制御信号に対
して再循環流量の制御により原子炉出力を変更し、原子
炉蒸気流量を応答させる。この時、再循環流量制御系の
応答遅れ、あるいは原子炉内の熱的応答遅れから自動周
波数制御信号の短期的部分に対して充分追従できないた
め、再循環流量制御は長期的部分に対する負荷追従を受
は持つ。

これに対し、タービン抽気流量制御によるタービン蒸気
流量の応答は即応性にすぐれるため、自動周波数制御信
号の短期的部分に対する負荷追従を受は持つ。

すなわち、目標とする自動周波数制御信号に対して再循
環流量制御による原子炉蒸気流量の応答の過不足分をタ
ービン抽気流量制御により補う。

これにより１発電機出力の初期応答性を低下させること
なく発電機出力の整定時間を短縮でき、またタービン抽
気流量の変化が少なくなることがら給水温度の変動が抑
えられ、それに伴う中性子束の不必要な変動を抑制でき
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて詳、細に説明す
る。

第１図は１本発明の蒸気発生プラント出力制御装置を沸
騰水型原子力発電プラントへ適用した場合の一実施例を
示している。燃料集合体を装荷した炉心１にて発生した
蒸気は、蒸気加減弁４を設けた主蒸気管３を介して原子
炉圧力容器（蒸気発生器の一種）２から８タービン５に
導びかれる。

この蒸気は、タービン５及びタービン５に連結された発
電気１３を回転させる。タービン５から排気された蒸気
は、復水器６で凝縮されて水になる。

この凝縮水は、給水として復水ポンプ７にて昇圧された
後に低圧給水加熱器８へ送られ、加熱される低圧給水加
熱器８にて加熱された給水は、給水ポンプ９にてさらに
昇圧され、高圧給水加熱器１０において所定の温度に加
熱された後に原子炉圧力容器２に供給される。タービン
バイパス弁１２は、主蒸気管３と復水器６を連絡するバ
イパス配管１２Ａに設けられ、タービン５の負荷が急激
に軽くなった場合等にタービン５の過速を防ぐために蒸
気加減弁４が急閉した際、余剰な蒸気により原子炉圧力
が急上昇してスクラムするのを回避するため、直接的に
復水器６へ蒸気をバイパスさせる。原子炉出力の変更は
、再循環ポンプ１４にて再循環流量を制御して、炉心１
に供給される炉心流量を調節することにより行う。また
、必要に応じて制御棒制御装置１５により炉心１内にお
ける制御棒１６の位置を変え、核反応に寄与する中性子
束を制御して、原子炉出力を変更することもできる。

低圧給水加熱器８及び高圧給水加熱器１０の熱源は、タ
ービン５から抽気された蒸気を用いている。すなわち、
図示していないがタービン５は、高圧タービン及び低圧
タービンから構成される。

この高圧タービンから抽気された蒸気は、高圧タービン
油気管２３にて高圧給水加熱器１０へ送られ、高圧給水
加熱器１０の内部を通過する給水を加熱する。低圧ター
ビンから抽気された蒸気は、図示していないが同様にし
て低圧給水加熱器８へ送られる。

タービン出力制御装置１８は、圧力計１７にて検出され
たタービン入ロ圧力信号ＳＬ、タービン速度信号Ｓ２並
びに基底負荷信号Ｓ６と中央給電指令所からの自動周波
数制御信号（ＡＦＣ信号）Ｓ５との加算信号である負荷
設定信号Ｓ７を入力信号とし、タービン加減弁開度要求
信号Ｓ３を加減弁駆動袋［２０へ、負荷追従誤差信号Ｓ
４を再循環流量制御系１９へそれぞれ出力する。加減弁
駆動装置２ｏは、蒸気加減弁開度要求信号Ｓ３に応じて
蒸気加減弁４の開度を制御し、加減弁蒸気流量（蒸気加
減弁４を通過する蒸気流量）を変えることで発電機出力
を変更する。また、再循環流量制御系１９は、再循環ポ
ンプ速度要求信号Ｓ１２に対応して再循環ポンプ１４の
回転数を変えて再循環流量を変えることにより原子炉出
力を制御する。

以上の従来技術に加え、本実施例のタービン抽気制御装
置３１は、次の構造を有する。発電気１３の電気出力信
号Ｓ８（電気出力検出器にて測定）は、係数がＫａであ
る変換器２１にて百分率表現として発電機出力信号Ｓ９
に変換される。負荷設定信号Ｓ７からバイアス信号Ｓ１
０を取除いて得られた信号と発電機出力信号Ｓ９との偏
差信号である油気弁開度要求信号Ｓｌｌは、抽気弁制御
器２２に送られる。抽気弁制御器２２は、入力した油気
弁開度要求信号Ｓｌｌに応じて高圧タービン抽気管２３
に取り付けられたタービン抽気弁１１の開度を変える。

このようにしてタービン抽気流量を制御することにより
タービン蒸気流量を変える。

第２図は、第１図のタービン出力制御装置１８及びター
ビン抽気制御装置３１について、さらに詳細に示したも
のである。第２図において、原子炉出力はタービン出力
制御装置１８により次のように制御される。タービン速
度信号Ｓ２と速度設定信号Ｓ１３の偏差であるタービン
速度偏差信号Ｓ２２は、速度制御器２５にて速度調定率
の逆数が乗ぜられ、速度制御器出力信号Ｓ１４となる。

この速度制御器出力信号Ｓ１４は、負荷設定信号Ｓ７と
加算されて負荷要求信号Ｓ１５となる。また、タービン
入口圧力信号Ｓ１と圧力設定信号Ｓ１６との偏差である
圧力偏差信号Ｓ１７は、圧力制御器２４にて進み遅れ補
償演算及び圧力調定率の逆数の乗算が行なわれた後、全
蒸気流量要求信号３１８となる。この負荷要求４３号５
１５及び全蒸気流量要求信号Ｓ１８は、低値選択回路２
６の入力信号となる。しかし、通常、基底負荷設定時に
おけるバイアス信号分だけ負荷要求信号Ｓ１５が高値と
なるため、全蒸気流量要求信号８１８が低値選択回路２
６にて選択され、タービン加減弁開度要求信号Ｓ３とな
る。このタービン加減弁開度要求信号Ｓ３と全蒸気流量
要求信号Ｓ１８及びチャタリング防止用バイアス信号Ｓ
２０の偏差信号が、タービンバイパス弁開度要求信号Ｓ
２１となる。負荷要求信号Ｓ１５と全蒸気流量要求信号
８１８及び基底負荷設定時におけるバイアス信号Ｓ１９
との偏差信号は、負荷追従誤差信号Ｓ４として再循環流
量制御系１９へ送られる。

タービン抽気制御装置３１は、自動周波数制御信号Ｓ５
に対する負荷追従運転を、従来の再循環流量制御による
原子炉出力変更と、負荷設定信号Ｓ７と発電機出力信号
Ｓ９及びバイアス信号Ｓ１０の偏差に基づくタービン抽
気流量制御によるタービン蒸気流量の制御とを併用して
行うことになる。

ここで油気弁制御器２２は、抽気弁１１の開度と抽気弁
１１を通過するタービン抽気流量との非線形な関係を補
正する関数発生器、ゲイン／位相補償器及び油気弁駆動
装置を含むものである。

以上のような構成とすることにより、自動周波数制御信
号Ｓ５を含む負荷設定信号Ｓ７により原子炉出力を変更
すると共に、原子炉出力の変更による発電機出力の追従
が充分でない部分については、タービン抽気流量の制御
によるタービン蒸気流量の過不足分を補うことができる
。

自動周波数制御信号Ｓ５に対する本実施例に用いられた
タービン抽気制御装置３１の応答を第３図に示す。すな
わち、自動周波数制御信号Ｓ５を含む負荷要求信号５１
５により再循環流量を制御することにより、原子炉出力
が増加し、原子炉蒸気流量が増加する。しかしながら、
再循環流量制御装置１９の応答遅れ及び原子炉内の熱的
応答遅れから、その初期的応答性は充分なものとならな
いが、この時、負荷設定信号Ｓ７と発電機出力信号Ｓ９
の偏差に基づいてタービン抽気流量を減少させたことに
よるタービン蒸気流量の増加を原子炉蒸気流量に上乗せ
している。したがって、発電機出力変化の応答は、原子
炉蒸気流量の一次遅れ的な応答とはならずに初期応答時
間が短縮されたものどなる。

再循環流量制御により、原子炉出力が自動周波数制御信
号に対して充分応答し原子炉蒸気流量が充分増加した場
合は、自動周波数信号Ｓ５と発電機出力信号Ｓ９との偏
差がなくなることから、タービン抽気流量は定常状態に
戻る。このため、タービン抽気流量の変化を少なくでき
るため、給水温度の変動及びこれに伴う中性子束の変動
を抑制できるにの点従来は、自動周波数制御信号に対す
る再循環流量制御による原子炉蒸気流量の応答とタービ
ン抽気流量制御によるタービン蒸気流量の応答が加算さ
れ、発電機出力信号は初期的応答は向上するものの１発
電機出力の整定時間が遅れる。また、タービン抽気流量
制御に伴う給水温度の低下により中性子束が増加し、再
循環流量制御による中性子束の増加と相まって、その変
動量が無視できない。

以上述べたように本実施例に用いたタービン抽気制御装
置３１によれば、自動周波数制御信号に対して再循環流
量を制御し、原子炉出力を変更して原子炉蒸気流量を応
答させるが、その原子炉蒸気流量の応答の過不足分をタ
ービン抽気流量制御により補い、全体としてのタービン
蒸気流量を確保している。このため、発電機出力の初期
応答時間及び整定時間を短縮できる。また、タービン抽
気流量制御を再循環流量制御による原子炉出力変更の補
助的な役割としていることから、給水温度変動への影響
も少ない。したがって中性子束の不必要な変動を抑制す
ることができる。

第４図、第５図及び第６図は、タービン抽気制御装置３
１の他の一実施例を示したものである。

第４図において第２図と異なる点は、自動周波数信号Ｓ
５を油気弁開度調整器２７に入力し、所定の演算処理を
行なった信号を油気弁開度要求信号Ｓｌｌとした点にあ
る。油気弁開度調整器２７における演算は、例えば自動
周波数制御信号Ｓ５に対する不完全微分演算を行い、第
３図における抽気流量変化が得られるような抽気弁開度
要求信号Ｓｌｌとする。

また、第５図において第２図と異なる点は、速度制御器
出力信号Ｓ１４を高周波フィルタ２８に入力し、高周波
フィルタ出力信号５１４１と負荷設定信号Ｓ７との加算
信号を修正負荷設定信号Ｓ７１とし、さらに発電機出力
信号Ｓ９との偏差信号を油気弁開度要求信号Ｓｌｌとし
、また高周波フィルタ出力信号５１４１と負荷要求信号
Ｓ１５との偏差を修正負荷要求信号５１５１とした点に
ある。これにより、高周波フィルタ出力信号５１４１と
負荷設定信号Ｓ７にてタービン抽気流量を制御するとと
もに、負荷設定信号Ｓ７と速度制御器出力信号ＳＬ４の
低周波成分により再循環流量を制御し２発電機出力の追
従を図る。なお、負荷要求信号Ｓ１５に低周波フィルタ
を作用させ、修正負荷要求信号５１５１を得ることもで
きる。

さらに、第６図において第２図と異なる点は、圧力制御
器２４の出力である全蒸気流量要求信号Ｓ１８を蒸気流
量調整器２９に入力し、修正全蒸気流量要求信号５１８
１を得るとともに、負荷設定信号Ｓ７との偏差に基づい
て抽気弁開度要求信号Ｓｌｌとした点にある。蒸気流量
調整器２９は、全蒸気流量要求信号Ｓ１８に対して例え
ば−次遅れ演算を行い１発電機出力信号Ｓ９の応答を模
擬するものである。この場合、負荷追従誤差信号Ｓ４に
対して適当なゲイン／位相補償を行なった信号１例えば
−次遅れ演算を行なった信号を抽気弁開度要求信号Ｓｌ
ｌとして使用することも可能である。

以上のようなタービン抽気制御装置３１では、タービン
抽気流量の変化により給水温度は変化する。したがって
、この給水温度の変化をタービン抽気流量の変化から予
測し、再循環流量制御へ補償信号を送ることにより、給
水温度の変動あるいはこれに伴う中性子束変動を抑制す
ることもできる。この時の一実施例を第７図に示す。第
７図において第２図と異なる点は、油気弁開度要求信号
Ｓｌｌに対して再循環流量補償器３０にてゲイン／位相
補償を行い、再循環流量補償信号５１１１を得るととも
に、負荷追従誤差信号Ｓ４と加算し、修正負荷追従誤差
信号８４１とした点にある。再循環流量補償器３０は１
例えば抽気弁開度要求信号Ｓｌｌに対して積分演算を行
うことにより、タービン抽気流量の変化の積分値が得る
ことができる。このタービン抽気流量の変化の積分値は
、給水温度の変化に対応することになる。したがって、
給水温度の変動を抑制するように、再循環流量補償器号
５１１１を再循環流量制御系１９へ送り、原子炉出力を
制御する。

タービン抽気制御装置３１は、原子炉圧力の設定圧力変
更回路の他各実施例を組み合わせて実現することも可能
である。また、タービン抽気制御装置３１を説明するに
あたり、タービンとタービン抽気流量との関係について
詳細には述べなかったが、タービン抽気管の容量、ター
ビンの効率及び給水温度への影響を考慮して、使用する
タービン油気管、例えば高圧タービン抽気管を選択する
ことになる。また、原子炉出力の基本的な変更方法とし
て、再循環流量制御系により再循環流量の制御を例にと
り説明したが、制御棒駆動による原子炉出力変更方法も
ある。さらに、本発明の原子炉出力制御装置は、沸騰水
型原子力発電プラントへの適用を例にとり説明したが、
加圧水型原子力発電プラント、火力発電プラント等のタ
ービン油気を利用する蒸気発生プラントへ適用できるこ
とは明らかである。

原子炉出力を変更するための再循環流量の制御方法とし
て、負荷設定信号Ｓ７と発電機出力信号Ｓ９との信号に
基づく方法がある。第８図は、この再循環流量制御とタ
ービン抽気制御装置３１とを併用して、自動周波数制御
信号Ｓ５に発電機信号Ｓ８の追従を図る場合の一実施例
である。本実施例の特徴は、油気弁開度要求信号Ｓｌｌ
に対し発電機出力補償器３２によりゲイン／位相補償演
算を行なった発電機補償器出力信号Ｓ９２と発電機出力
信号Ｓ９との偏差を修正発電機出力信号Ｓ９１とし、こ
の修正発電機出力信号Ｓ９１と負荷設定信号Ｓ７との偏
差である負荷追従誤差信号Ｓ４に基づいて再循環流量を
制御する点にある。

すなわち、油気弁開度要求信号Ｓｌｌは、タービン抽気
弁１１の開度制御を伴うタービン蒸気流量の変化を考え
ることができるが、このタービン蒸気流量変化の例えば
−次遅れにより、タービン抽気流量制御による発電機出
力の変化量を推定することができる。したがって、発電
機出力補償器３２を例えば−次遅れ要素として、タービ
ン抽気流量制御による発電機出力の変化量の推定値であ
る発電機出力補償器信号Ｓ９２を求め、実際の発電機出
力信号Ｓ９との偏差から再循環流量制御による発電機出
力の変化成分である修正発電機出力信号Ｓ９１を得るこ
とができる。

これにより１発電機出力制御は基本的には再循環流量制
御による原子炉出力変更にて行うことができ、タービン
抽気流量制御は再循環流量制御による原子炉蒸気流量の
過不足分を補うことができることから、発電機出力の負
荷追従性の向上が図れる。

なお、前述のタービン抽気制御装置では、自動周波数制
御信号に対する発電機出力の初期応答性及び整定性等の
負荷追従性能を向上させるために、再循環流量制御とタ
ービン抽気流量制御とを併用しているが、さらに自動周
波数制御信号の変動を予測する負荷変動予測装置と組合
わせることにより、その効果は増大する。すなわち、負
荷変動予測信号に対して再循環流量を制御し原子炉出力
の応答を図り、その時の原子炉蒸気の過不足分をタービ
ン抽気流量の制御によるタービン蒸気流量の増減にて補
うことにより、負荷追従性能はさらに向上する。また、
自動周波数制御信号に対して先行的に再循環流量制御に
よる原子炉出力を変更するため、タービン抽気流量の変
化が少なくなることから給水温度の変動が抑えられ、そ
れに伴う中性子束の不必要な変動が抑制できる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の蒸気発生プラント出力制御装
置によれば、目標とする自動周波数制御信号に対して、
蒸気発生器出力制御による発生蒸気の応答の過不足分を
タービン油気制御によるタービン蒸気流量の増減にて補
うため１発電機出力の初期応答性を低下させることなく
発電機出力の整定性を向上させることができる。また、
この時のタービン抽気流量の変化を少なくできることか
ら給水温度の変動が抑えられ、それに伴う蒸気発生器出
力の不必要な変動が抑制できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水型原子炉プラントに適用した本発明の好
適な一実施例である原子炉出力制御装置の構成図、第２
図は第１図のタービン出力制御装置及びタービン抽気制
御装置の詳細構成図、第３図は第１図における各プロセ
ス信号の応答特性図、第４図、第５図、第６図、第７図
及び第８図は、タービン抽気制御装置の他の実施例を示
す構成図である。 １０・・・高圧給水加熱器、１１・・・タービン抽気弁
、１５・・・制御棒制御装置、１８・・・タービン出力
制御装置、１９・・・再循環流量制御装置、２１・・・
変換器、２２・・・油気弁制御器、２３・・・高圧ター
ビン抽気管。 ２４・・・圧力制御器、２５・・・速度制御器、２６・
・・低値選択回路、２７・・・油気弁開度調整器、２８
・・・高周波フィルタ、２９・・・蒸気流量調整器、３
０・・・再循環流量補償器、３１・・・タービン抽気制
御装置、時１％１（イづ？） 第４０ 茅６図 荊９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タービン出力を制御するタービン出力制御装置と、
   蒸気発生器出力制御装置と、給水加熱器に供するタービ
   ン抽気流量を制御するタービン抽気制御装置とを有する
   蒸気発生プラント出力制御装置において、前記タービン
   抽気制御装置が、負荷設定信号と発電機出力信号との偏
   差信号に基づき、発電機出力を制御するために前記ター
   ビン抽気流量を制御する手段を有することを特徴とする
   蒸気発生プラント制御装置。 ２、前記負荷設定信号は基底負荷信号と中央給電指令所
   からの自動周波数制御信号との加算信号から成る特許請
   求の範囲第１項記載の蒸気発生プラント出力制御装置。 ３、前記自動周波数制御信号に不完全微分演算を行う抽
   気弁開度調整器の出力信号に基づき前記タービン抽気流
   量を制御する手段を設けた特許請求の範囲第１項記載の
   蒸気発生プラント制御装置。 ４、前記発電機出力信号は前記タービン出力制御装置の
   中の圧力制御器出力信号である全蒸気流量要求信号にゲ
   イン／位相補償演算を行なつた信号とする特許請求の範
   囲第１項記載の蒸気発生プラント出力制御装置。 ５、前記負荷設定信号と前記発電機出力信号との偏差信
   号にゲイン／位相補償演算を行なつた信号を蒸気発生器
   出力制御装置に送る手段を設けた特許請求の範囲第１項
   記載の蒸気発生プラント出力制御装置。