JPS63234196A - 原子炉保護装置 - 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、原子炉保護装置に係り、特にインターナルポ
ンプを有する原子炉に適用するのに好適な原子炉保護装
置に関するものである。

［従来の技術〕 再循環系配管に設けた再循環ポンプによって炉心流量を
調節する沸騰水型原子炉に代わる新しいタイプの沸騰水
型原子炉が開発されている。この沸騰水型原子炉は、原
子炉圧力容器内に設けたインターナルポンプによって炉
心流量を調節するものである。このようなインターナル
ポンプを有する沸騰水型原子炉の保護装置としては、特
開昭５９−８４１９７号公報、特開昭５９−１８８５９
９号公報及び特開６０−１５５９９号公報に示すものが
知られている。

第４図は、従来のインターナルポンプを有する沸騰水型
原子炉を示している。インターナルポンプ２１は、炉心
２２を内蔵する原子炉圧力容器２３内に設置されている
。インターナルポンプ２１の回転軸は、原子炉圧力容器
２３の外側に設置されたモータ２４に連結される。イン
ターナルポンプ２１のモータ２４は、静止形インバータ
１９から電源を供給される。静止形インバータ１９は、
再循環流量制御装置２０から出力される制御信号に基づ
いて母線１８から入力する電源周波数を調節し、インタ
ーナルポンプ２１の回転速度を制御する。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来のインターナルポンプを複数昌有する原子炉におい
て、仮想的に全数のインターナルポンプがトリップした
場合を想定すると炉心の冷却能力が過渡的に低下する可
能性があることが新たにわかった。

すなわち、インターナルポンプを有する原子炉における
インターナルポンプ２１及び静止形インバータ１９を合
わせた慣性は、再循環系配管を有する原子炉における再
循環ポンプ及びその回転数を制御するＭＧ上セツト合わ
せた慣性に比べて非常に小さくなる。このため、原子炉
出力の変更要求等に対する即応性は、インターナルポン
プを有する原子炉が優れている。しかし、万一、母線１
８の電源が喪失する等によって全数のインターナルポン
プ２１がトリップした場合には、インターナルポンプの
回転数は急激に低下して、炉心流量が急減する。このよ
うな炉心流量の急減は炉心冷却能力を急激に低下させる
ことにつながり、燃料の熱的余裕の観点から好ましくな
い状態に至る可能性がある。

本発明の目的は、インターナルポンプが全数あるいは多
数台トリップした場合においても原子炉を短時間でスク
ラムできる原子炉保護装置を提供することにある。

ｃ問題点を解決するための手段］ 上記問題点は、原子炉出力検出手段にて検出された原子
炉出力が第１の所定レベル以上であって流量計で測定さ
れた炉心に供給される冷却材流量が原子炉出力に応じて
設定される第２の所定レベル以下である場合にスクラム
信号を出力するスクラム判定手段を設け、このスクラム
判定手段がら出力されたスクラム信号に基づいて制御棒
を炉心内に急速挿入することによって解決される。

［作　用］ スクラム判定装置がインターナルポンプの全数あるいは
多数台のトリップによる急激な炉心流量の低減による原
子炉スクラムの要否を判定し、要の場合にスクラム信号
に出力され、このスクラム信号に基づいて原子炉がスク
ラムされる。

［実施例］ 沸騰水型原子炉に適用した本発明の好適な一実施例を、
第１図及び第２図に基づいて説明する。

インターナルポンプを有する沸騰水型原子炉は、炉心２
２を内蔵する原子炉圧力容器２３内にインターナルポン
プ２１が設置されている。１０台のインターナルポンプ
２１は、原子炉圧力容器２３と炉心２２を取囲む炉心シ
ュラウド２５との間の環状間隙に炉心シュラウド２５を
取囲むように配置される。１０台のモータ２４が、原子
炉圧力容器２３の外側で原子炉圧力容器２３の下部に設
置される。インターナルポンプ２１の回転軸は、原子炉
圧力容器２３の下部壁を貫通してモータ２４に連結され
る。１台のインターナルポンプ２１に１台のモータ２４
が連結される。原子炉出力を調節する制御棒１６が、炉
心２２内へ出し入れ可能に設置されている。制御棒１６
は、制御棒駆動装置１５に連結されている。原子炉出力
を検出する局所出力領域モニタ（以下ＬＰＲＭという）
２６が、炉心２２内に多数設置される。炉心流量を測定
する流量計２８が設けられている。平均出力領域モニタ
（以下ＡＰＲＭという）２７ば、各ＬＰＲＭ２６の出力
信号を入力して原子炉の平均出力に対応する平均中性子
束信号を求める。１９は静止形インバータであって電源
である母線１８に接続されている。２０は再循環流量制
御装置である。

本実施例の原子炉保護装置は、制御棒駆動装置制御装置
３、スクラム判定装置１７、ＬＰＲＭ２６及び流量計２
８を有している。スクラム判定装置１７の詳細を第２図
に基づいて説明する。スクラム判定装置１７は、原子炉
出力判定部４、炉心流量判定部１１．炉心流量判定値演
算部３０及びアンド回路２８を有している。７及び３１
は、信号保持部であり一種の遅延回路である。原子炉出
力判定部４は、フィルタ２を介してＡＰＲＭ２７に接続
される。炉心゛流量判定部１１は、フィルタ１０を介し
て流量計２８に接−される、アンド回路２９の一方の入
力端は信号保持部７を介して原子炉出力判定部４に、ア
ンド回路２９の他方の入力端は炉心流量判定部１１にそ
れぞれ接続される。アンド回路２９の出力端は、制御棒
駆動装置制御装置３に接続される。制御棒駆動装置制御
装置ｉ！３は。

特開昭５１−１３７０９１号公報に示されたスクラム入
口弁、スクラム出口弁及びスクラム用パイロット電磁弁
から構成される。アンド回路２９の出力信号は、スクラ
ム用パイロット電磁弁の開信号となる。

本実施例の原子炉保護装置は、下記の検討結果に基づい
て原子炉に設けられた。その結果を第３図の特性に基づ
いて以下に説明する。

本実施例の原子炉保護装置が対象としている事象は、静
止形インバータ１９の電源喪失または静止形インバータ
のトリップ等によりインターナルポンプが全数トリップ
するというような仮想的な事象であり、炉心流量が急減
して過渡的に炉心冷却能力が急激に低下する可能性のあ
る事象である。

第３図の点線は１通常運転時においである出力を維持す
るのに必要な最低炉心流量運転ラインを示す、一点鎖線
は、ある出力で運転中にインターナルポンプトリップが
発生し炉心流量が低下した場合、その炉心流量低下が炉
心に影響を及ぼさない限界を示す、この限界ラインは解
析により求められ、出力約７０％以下ではインターナル
ポンプ全数がトリップして自然循環状態に至っても炉心
の健全性が確保されることがわかる。従ってその保護装
置を考えるに際しては次の３点を考慮する必要がある。

（１）　　インターナルポンプが全数トリップした時点
での原子炉出力（以下、初期原子炉出力という）が高い
ほど炉心流量急減による原子炉に対する悪影響は大きく
なる１反面、初期原子炉出力が低ければ、炉心流量が急
減しても炉心冷却能力の低下は問題にならない、解析に
よれば、悪影響が生じる下限の初期原子炉出力は７０％
出力と考えられる。

（２）炉心流量の低下幅が大きく急速なほど悪影響は大
きくなるが通常運転範囲内での炉心流量の変動は問題が
なくインターナルポンプがトリップして、炉心流量が急
速かつ大幅に低下する様な仮想的な事象に対して保護を
すれば充分である。

（３）通常運転時あるいは起動停止時に不要なスクラム
信号を出すことがないよう配慮すべきである。

上記の点を考慮した原子炉保護の論理は次の通りである
。

（ａ）　　初期原子炉出力約７０％以上の時に、原子炉
の保護動作を行う、すなわち原子炉をスクラム↑る・ （ｂ）　　最低炉心流量運転ラインから通常運転時の炉
心流量変動（最大降下幅は約３０％）及び計測精度（約
５％）を考慮し、通常運転時不要なスクラムに至ること
がないこと、及びポンプトリップによる炉心流量低下が
炉心に影響を及ぼさない限界（最低炉心流量運転ライン
から約４５％低流量側）に対して計測精度（約５％）以
上の余裕を有することを満たす条件として、最低炉心流
量運転ラインより約４０％低流量側に判定ラインを設け
るのが合理的である。第３図実、線に判定ラインを示す
、即ち、所定時間内に炉心流量が最低炉心流量運転ライ
ンから約４０％以上低流量側に至った時原子炉の保護動
作を行う。

（ｅ）　　炉心流量の低下が速いほど炉心に対する影響
は大きくなるため炉心流量の低下速度が約４０％／秒よ
り速い場合に原子炉の保護動作を行う。

第１図に示す原子炉保護装置は、上記（ａ）〜（ｅ）の
機能を有している。

ＡＰＲＭ２６より出力された平均中性子束信号は、遅れ
要素を有するフィルタ２に入力される。

フィルタ２は、平均中性子連信号のノイズの除去及び原
子炉出力への換算を行う。

このようなフィルタ２は、原子炉出力を求める手段であ
る。

原子炉出力判定部４は、フィルタ２から出力された原子
炉出力信号と原子炉出力判定値（７０％出力）５とを比
較し、前者のレベルが後者のレベルを超える場合に「原
子炉出力判定値以上」であることを示す信号６を出力す
る。この信号６は、信号保持回路７で所定時間（例えば
約２秒間）保持された後、信号保持回路７よりアンド回
路２９に出力される。ｉ子炉出力信号が、一旦、原子炉
出力判定値５を超えても原子炉出力が原子炉出力別を 定値５を下回ってから２秒以上経過後に炉心出力判定部
１１から出力される信号が炉心流量低となった場合には
炉心流量の低下速度は充分績やかであり、原子炉の保護
対策上、問題にはならない。

一方、流量計２８で測定された炉心流量信号９は、フィ
ルター０に入力されてノイズが除去された後、信号保持
部３１を通って炉心流量判定部１１に入力される。信号
保持部３１は所定時間（例えば約１秒間）だけ信号を遅
らせる機能を有しており、炉心流量判定値演算部１２へ
入力される原子炉出力信号は常に、所定時間だけ前の値
となる。

ポンプトリップによって炉心流量が下がると原子炉出力
も低下するため炉心流量判定値演算部１２で演算される
判定値をポンプトリップ発生時の値に保持するには入力
信号である原子炉出力信号を保持する必要がある。信号
保持部３１はこの目的のために設けられたものである。

炉心流量判定値演算部３０には、第３図の実線で示した
炉心流量判定ラインが原子炉出力と炉心流量の関数とし
て与えられている。この関数によって定まる炉心流量が
炉心流量判定値１２である。炉心流量判定値演算部３０
はフィルタ２から出力される原子炉出力信号を取込んで
その原子炉出力信号に対応した炉心流量判定値１２を上
記関数（炉心流量判定ライン）によって求め、得られた
炉心流量判定値１２を炉心流量判定部１１に出力する。

炉心流量判定部１１は、フィルタ１０から出力される炉
心流量信号と炉心流量判定値１２を比較し、前者のレベ
ルが後者のレベルよりも小さくなった場合に「炉心流量
低」の信号１３を出力する。

この「炉心流量低」の信号１３は、アンド回路２８に入
力される。

アンド回路２８は、原子炉出力が所定値（判定値＝７０
％）以上であることを示す「原子炉出力判定値以上」の
信号６と炉心流量が所定時間以内に判定値以下に至った
ことを示す「炉心流量低」の信号１３を入力した時に炉
心流量低スクラム信号１４を出力する。

炉心流量低スクラム信号１４は、制御棒駆動装置制御装
置３のスクラム用パイロット電磁弁に入力される。スク
ラム用パイロット電磁弁は、スクラム信号１４の入力に
より特開昭５１−１３７０９１号公報に示されているよ
うに作動してスクラム人口弁及びスクラム出口弁を開に
する。このため、アキュームレータから高圧駆動水が制
御棒駆動装置！１５に供給され、制御棒駆動装置１５の
駆動により制御棒１６が炉心２２内に急速挿入される。

従って、原子炉がスクラムされる。

現状考えられているシステムでは、仮想的にインターナ
ルポンプ２１の全数あるいは多数台のトリップを想定し
た場合、炉心流量の急減により炉心２２内のボイド量が
急激に増加し、炉水位が上昇して炉水位高による。ター
ビントリップに至る。

タービントリップが発生すると、原子炉はスクラムし、
安全に停止する。しかしながら本実施例は、このような
原子炉保護装置よりも短時間に原子炉をスクラムさせる
ことができる。

尚１本実施例では、原子炉出力信号を得るためにＡＰＲ
Ｍ２７による平均中性子束信号にフィルタをかける事と
したが、主蒸気流量やタービン入口圧力等をとり込み、
類似のフィルタ処理を行う事によっても実現可能である
。

また、ｊＩ子炉出力判定部へ入力する原子炉出力信号と
、炉心流量判定値演算部へ入力する原子炉出力信号とを
全く分けた構成とすることも可能である。

尚、本実施例に示した判定値や信号保持時間は代表例で
あり、プラント毎に適切に設定するものである。

第１図に示す実施例は、原子炉出力判定部４の出力信号
６を信号保持回路（信号遅延回路）７を介してアンド回
路に入力したが、出力信号６を信号保持回路７を通さず
に、直接、アンド回路２８に入力してもよい、しかし、
炉心流量が下がると原子炉出力も下がるので、信号保持
回路７を設けたほうがインターナルポンプトリップによ
る炉心流量の急減を精度良く検出できる。

［発明の効果］ 本発明によれば、インターナルポンプの全数あるいは多
数台のトリップが生じたとしても原子炉を短時間でスク
ラムすることができ、原子炉の安全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保護装置
の構成図、第２図は第１図のスクラム判定装置の詳細構
成図、第３図は第１図の原子炉保護装置の論理を説明す
る炉出カー炉心流量曲線図、第４図は、インターナルポ
ンプを有する原子炉の構成図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、炉心を内蔵する原子炉容器と、前記原子炉容器内に
   設けられて前記炉心内に冷却材を供給する複数のインタ
   ーナルポンプと、前記炉心内に挿入される制御棒と、前
   記制御棒を駆動する手段とを有する原子炉の保護装置に
   おいて、原子炉出力を検出する手段と、前記炉心に供給
   される冷却材の流量を検出する流量計と、前記原子炉出
   力検出手段にて検出された原子炉出力が第１の所定レベ
   ル以上であって前記流量計で測定された前記冷却材流量
   が原子炉出力に応じて設定される第２の所定レベル以下
   である場合にスクラム信号を出力するスクラム判定手段
   と、前記スクラム判定手段から出力された前記スクラム
   信号に基づいて前記制御棒を急速挿入させるべく前記制
   御棒駆動装置制御する手段とを有することを特徴とする
   原子炉保護装置。