JPS633277B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は沸騰水型原子炉の出力制御装置に係
り、特に炉心流量の変化率を制御して中性子束ス
パイクを抑制することができる沸騰水型原子炉の
出力制御方法とその装置に関する。

〔従来の技術〕

沸騰水型原子炉の出力制御は、一定の制御棒の
挿入状態において、炉心流量を変化させることに
よつて行なつている。

従来の炉心流量制御については、第１２図の系
統図に示す原子炉圧力容器の外側に再循環ループ
を設けこの再循環ループを流れる再循環流量を制
御することによつて行なつている再循環系を例に
説明する。なお通常原子炉１の外側下方には、２
ループからなる再循環系を設けているがここでは
便宜上その内１ループを示す。各ループは、原子
炉１の下部から原子炉水を再循環ポンプ２により
吸引し、再循環流として再び配管３を通じて原子
炉１に原子炉中間部から送入させていて、再循環
ポンプ２は駆動電動機４により駆動されている。
再循環流量の制御は、可変周波数電源５の周波数
を変化して、再循環ポンプ２を駆動している駆動
電動機４の回転数を制御することによつて行なつ
ている。この可変周波数電源５の制御系は、ター
ビン制御系（図示せず）から負荷偏差信号６Ａを
入力し、これを可変周波数電源５の周波数要求信
号７Ａとして出力している制御器７と、前記周波
数要求信号７Ａと可変周波数電源５の周波数信号
５Ａを入力し、この偏差を検出し、可変周波数電
源５に制御信号８Ａを出力している周波数制御器
８とから構成されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、原子炉１の炉心流量の増加時には、炉
心流量の単位時間に対する変化量である変化率に
比例した瞬時的な中性子束出力の増加による中性
子束ピーク（以下中性子束スパイクと称する。）
が発生する。従つてこの様な制御装置では、炉出
力の増加時に電源周波数が変化し、再循環流量が
増加した場合、それによる炉心流量の変化率と、
変化前の中性子束の値如何によつては、この時に
発生した中性子束スパイクがあらかじめ設定して
ある安全基準値を上回ると、原子炉スクラムを招
くという欠点があつた。

（発明の目的） 本発明の目的とするところは、炉心流量を増加
して原子炉の出力を増大させるときに、中性子束
スパイクの発生に起因した原子炉スクラムを招来
する不具合を防止した沸騰水型原子炉の出力制御
方法と装置を得ることにある。

〔発明の構成〕

実施例 以下第１図乃至第４図を参照して本発明の一実
施例を説明する。

なお、前記した従来のものと同一作用、構成の
部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略
する。第１図は、本発明による沸騰水型原子炉の
出力制御装置の系統図で、制御器７、制御装置２
０、再循環ポンプ２、駆動電動機４、可変周波数
電源５、再循環流量検出器９から構成される。前
記制御装置２０は、制御器７からの周波数要求信
号７Ａ、可変周波数電源５からの周波数信号５Ａ
及び配管２に設けた再循環流量検出器９からの再
循環流量信号９Ａを入力していて、制御装置２０
の出力信号２０Ａにより可変周波数電源５の周波
数制御を行なつている。制御装置２０の構成は、
第２図のブロツク図に示すように、周波数要求信
号７Ａと周波数信号５Ａとを入力する偏差量判断
回路２１と、再循環流量信号９Ａを入力し、出力
信号２２Ａを出力する第１の演算回路２２、前記
出力信号２１Ａと２２Ａとを加算する加算器２３
及び加算器２３の出力信号２３Ａを入力し、制御
装置２０としての可変周波数電源５を制御する信
号２０Ａを出力する第２の演算回路２４とから成
つている。

なお、上記第１の演算回路２２は例えば第３図
のブロツク図で示すように再循環流量信号９Ａの
変化率を求める擬似微分要素２２G₁と炉心流量
の変化率を求める一次遅れ付ゲイン要素２２G₂
と炉心流量増時に負の信号を出力する関数発生器
２２G₃で構成されている。

また上記一実施例では、炉心流量信号を再循環
流量検出器９の出力である再循環流量信号９Ａを
制御装置２０に入力しているが、これに代わつ
て、炉心流量信号或は炉心流量を制御しているプ
ロセス量である制御信号（例えば可変周波数電源
５の周波数信号、再循環ポンプ２の駆動電動機４
の回転数信号など）から得ても同等の効果が得ら
れる。又、可変周波数電源５に可変周波数発電機
を用いている場合には、制御信号７Ａの代りに、
可変周波数発電機要求回転数信号を、周波数信号
５Ａの代りに可変周波数発電機要求回転数信号を
採用しても同等の効果が得られる。

次に、本発明の作用について説明する。タービ
ン制御系からのタービン出力設定と実出力との差
をとつた負荷偏差信号６Ａを入力した制御器７は
出力信号として可変周波数電源５の周波数要求信
号７Ａを出力する。制御装置２０はこの周波数要
求信号７Ａと再循環流量信号９Ａ及び可変周波数
電源５の周波数信号５Ａを入力し、中性子束スパ
イクによる高中性子束原子炉スクラムを招かない
様可変周波数電源５の制御信号２０Ａを出力して
炉心流量の変化率を適正に制御している。可変周
波数電源５は制御信号２０Ａに応じて駆動電動機
４の電源周波数を変えることによつて駆動電動機
４の回転数を変化し、直結された再循環ポンプ２
によつて吸引圧送される再循環流量を制御してい
る。そしてこの再循環流により原子炉１内の炉心
流量の制御を行ない、原子炉１の出力を制御す
る。第２図の制御装置２０では制御器７からの周
波数要求信号７Ａと可変周波数電源５からの周波
数信号５Ａ及び炉心流量信号である再循環流量信
号９Ａを入力して、周波数要求信号７Ａと周波数
信号５Ａは、偏差量判断回路２１においてこれら
二つの入力信号の偏差をとり、その変差量に応じ
リミツタ回路を通して比例、微分積分演算を行な
い、その出力信号として信号２１Ａを出力する。
また再循環流量信号９Ａは第１の演算回路２２に
おいて再循環流量の変化率を求め、さらにこれに
応じた炉心流量の増加の変化率を演算し炉心流量
を減ずる方向の出力信号２２Ａを出力する。

加算器２３は前記出力信号２１Ａと２２Ａとを
加算し、出力信号２３Ａを第２の演算回路２４に
出力する。第２の演算回路２４はこの信号２３Ａ
に応じた、可変周波数電源５の周波数制御信号２
０Ａを演算し、出力する。

制御装置２０の制御特性を第４図ａ乃至ｆに示
す。いずれも横軸に時間を縦軸に状態量を示した
もので、記号F₁は初期値F₂は整定値を示す。な
お第４図ｂ、ｅ及びｆ中の実線は従来の出力制御
装置における特性を示し、破線は本発明の出力制
御装置における制御特性を示す。第４図ａ，ｂ，
ｃは制御装置への入力信号７Ａ，５Ａ，９Ａで、
従来は同第４図ａとｂに示す二つの入力信号７Ａ
と５Ａの偏差量により可変周波数電源５の出力周
波数を制御していた為に、第４図ｅの実線８Ａに
示すような変化率の大きい制御信号８Ａが第１２
図に示す周波数制御器８から出力されていた。こ
の制御信号８Ａによつて制御された可変周波数電
源５により炉心流量が制御されていた為に、第４
図ｆの実線で示す様に、中性子束スパイクΦ_Pを
生じ、原子炉中性子束Φの値が一時的に高中性子
束スクラム設定点Φ_Sを超えて、原子炉スクラム
を招いていた。なお第４図ｆにおいてΦ₁は中性
子束の変化前の値、Φ₂は目標値である。

本発明の出力制御装置によれば、第４図ｄに示
す様に、出力増加要求により負荷偏差が生じた時
刻Ａから、出力が上昇することによつて負荷偏差
が再び零になつた時刻Ｂの間に炉心流量の変化率
に応じた再循環流量信号９Ａが第１の演算回路２
２に入力して、炉心流量の変化を抑制する出力信
号２２Ａを出力し、加算器２３にて信号２１Ａと
加算の結果、第４図ｅの破線２０Ａに示す様に、
反応は従来に比べて、若干遅くなるが、変化率の
小さい制御信号２０Ａが制御装置２０から出力さ
れるので、これによる炉心流量の変化も緩やかと
なり、従つて炉における中性子束Φも第４図ｆの
破線で示すようになだらかに増加し中性子束スパ
イクΦ_Pを生じない安定で且良好な出力上昇特性
が得られる。

本発明の第２の実施例を第５図乃至第９図で示
す。この実施例の構成は第１の実施例である第１
図に、原子炉１内に設けた中性子束検出器１０か
らの出力である中性子束信号１０Ａを制御装置３
０に加えるもので、制御装置３０の構成は第６図
で示すように周波数要求信号７Ａと周波数信号５
Ａとを入力する第１の偏差量判断回路２１及び上
記第１の実施例において第１の演算回路２２に相
当し第６図において破線で囲つて示す炉心流量と
同じ信号の再循環流量信号９Ａを入力し、出力信
号３２Ａを出力する第１の演算回路３２、中性子
束信号１０Ａと高中性子束によるスクラム設定点
Φ_Sとの偏差検出器２５、この出力である偏差信
号２５Ａを入力し、出力信号２６Ａを出力する第
３の演算回路２６、前記出力信号３２Ａと２６Ａ
を入力し、出力信号２７Ａを出力する第２の偏差
量判断回路２７と、前記第１の偏差量判断回路２
１の出力信号２１Ａと第２の偏差量判断回路２７
の出力信号２７Ａとの加算器２３、及びこの加算
器２３の出力信号２８Ａを入力し、制御装置３０
の出力信号としての制御信号３０Ａを出力する第
２の演算回路２４とから成つている。

なお上記第１の演算回路３２は例えば第７図の
ブロツク図で示すように再循環流量信号９Ａの変
化率を求める擬似微分要素３２G₁と一次遅れ付
ゲイン要素３２G₂で構成されており、第２の偏
差量判断回路２７は例えば第８図のブロツク図で
示すように信号２６Ａと３２Ａの加算器２７G₁
とこの出力を受けて３２Ａ＋α＞２６Ａの時のみ
負の信号を出力する関数発生器２７G₂で構成さ
れている。

この制御装置３０は、原子炉炉心の中性子束信
号１０Ａと高中性子束スクラム設定値Φ_Sを用い
て、炉心流量の変化率の余裕を算出し、これによ
り、再循環系を制御することを特徴としている。
即ち、前記第２図に示した第１の実施例の制御装
置２０においては、原子炉１の出力状態に依らず
炉心流量をフイードバツクしていた。しかるに中
性子束スパイクによる高中性子束スクラムは原子
炉出力が比較的高い場合におこるものであるか
ら、制御装置２０はこれを勘案した定数に調整さ
れる。しかし、原子炉出力が比較的低い場合に
は、実際は中性子束スパイクはある程度許容でき
るのに対し、第１の実施例では、炉心流量の変化
を抑制する制御により、必要以上に、炉心流量の
変化を抑え、出力応答を遅らせることがある。し
かしながら本第２の実施例においては、原子炉の
出力を、中性子束信号から判断し、低出力時には
炉心流量の変化率を或る程度を大きい値まで許容
し、高出力時には、変化率を小さく抑えることに
よつて中性子束スパイクによる高中性子束原子炉
スクラムを防止するものである。

次にこの第２の実施例の作用について説明す
る。制御器７からの周波数要求信号７Ａと、可変
周波数電源５の周波数信号５Ａ、原子炉の中性子
束信号１０Ａ及び再循環流量信号９Ａを制御装置
３０に入力する。周波数要求信号７Ａと周波数信
号５Ａは、第１の偏差量判断回路２１に入力され
て、これら二つの入力信号の偏差をとり、その偏
差量に応じてリミツタ回路を通して比例、微分積
分演算を行ない、その出力として、出力信号２１
Ａを出力する。原子炉１の中性子束信号１０Ａは
偏差検出器２５に入力され、高中性子束スクラム
設定値Φ_Sとの偏差量が、偏差信号２５Ａとして
出力される。第３の演算回路２６はこの偏差信号
２５Ａを入力し、偏差量に応じた炉心流量変化率
許容限度を求め、出力信号２６Ａを出力する。再
循環流量信号９Ａは第１の演算回路３２に入力さ
れ、この演算回路３２で再循環流量の変化率を求
め、これに応じた炉心流量の変化率を算出し、出
力信号３２Ａとして出力する。出力信号３２Ａと
２６Ａは、第２の偏差量判断回路２７に入力され
る。第２の偏差量判断回路２７は、これら二つの
入力信号の偏差を求め、炉心流量の変化率と炉心
流量変化率許容限度との偏差がある一定値以下に
なつた場合に、炉心流量を減ずる方向の出力信号
２７Ａを出力する。加算器２３は出力信号２１Ａ
と２７Ａを加算し、出力信号２８Ａを第２の演算
回路２４に入力する。第２の演算回路２４は信号
２８Ａに応じた、可変周波数電源５の出力周波数
の制御信号３０Ａを演算し、出力する。

この第２の実施例の出力制御装置の制御特性を
第９図ａ乃至ｈに示す。なお第９図ｂ，ｇ及びｈ
の中の実線は従来の出力制御装置の特性を示し、
破線は本出力制御装置による制御特性を示す。
又、同第９図ａ乃至ｄは制御装置３０への入力信
号である。従来は第９図ａとｂに示す二つの入力
信号の偏差量により可変周波数電源５の出力周波
数を制御していた為に、同第９図ｇの実線に示す
ような制御信号８Ａが周波数制御器８から出力さ
れていた。

しかるに本発明装置は、第９図ｄに示すよう
に、中性子束入力信号として、実際の原子炉中性
子束の値そのものではなくこれになだらかな特性
をもたせたものを用いている。本発明によれば、
時刻Ｂにおいて第９図ｅに示すように炉心流量変
化率許容限度である実線２６Ａと炉心流量の変化
率である実線３２Ａとの差で示す炉心流量の許容
変化率の余裕が少なくなつて、第８図で示す第２
の偏差量判断回路２７のα分を差引いた余裕であ
る破線２６A₁は、第９図ｆで示す第２の偏差量
判断回路２７の出力条件を満たすので、出力信号
２７Ａが炉心流量の変化率を抑制するように出力
される。この状態は時刻Ｃまで続く。

この為、第９図ｇに示すように、制御装置３０
の出力信号としての可変周波数電源５の制御信号
３０Ａの大きさが時刻Ｂ〜Ｃ間において破線３０
Ａで示すように抑えられ、同第９図ｈの破線で示
す様に中性子束Φはなだらかに変化して中性子束
スパイクが抑制され、安定で良好な出力上昇特性
が得られる。

従来より再循環流量の制御には流量制御弁を用
いる方法もあり、第１０図と第１１図はこれに対
応した本発明の第３の実施例である。なお、前記
した説明と同一部分には同一符号を付してその説
明を省略する。なお第１３図は従来の流量制御弁
による制御の再循環系統図で、再循環ポンプ２を
駆動している駆動電動機４は定周波電源（図示せ
ず）から電力を得て常時一定回転で運転してお
り、したがつて再循環ポンプ２の吐出量は一定で
あるため再循環流量は流量制御弁４１の開度によ
り制御されている。タービン系からの負荷偏差信
号６Ａと原子炉１の中性子束信号１０Ａを入力し
ている制御器４２からの再循環流量要求信号４２
Ａと配管３を流れる再循環流量の信号９Ａは流量
制御器４３に入力されている。この流量制御器４
３は、その出力信号として制御信号４３Ａを弁開
度制御装置４４に入力することによつて弁開度操
作器４５を通じて、流量制御弁４１の弁開度を制
御し、再循環流量を制御している。

しかるに第１０図に示す本発明の第３の実施例
では、制御器７はタービン系からの負荷偏差信号
６Ａだけを入力して、これから再循環流量要求量
を求め出力信号７Ａを出力する。第１１図に示す
制御装置３０は構成的には前記した第２の実施例
である第６図に示したものとほぼ同じである。但
し周波数信号５Ａに代えて、再循環流量信号９Ａ
を入力している。制御装置３０は制御特性は既に
述べた第２の実施例と同様である。

以上本発明は、原子炉１の出力上昇時に際し、
中性子束スパイクによる高中性子束原子炉スクラ
ムを起こすことなく、常に安定して良好な出力制
御を行なうことができる。

また炉心流量の制御を、前記した実施例の原子
炉圧力容器外部に設けた再循環流量系によらず、
原子炉圧力容器内部にポンプを設け、これと直結
した電動機を可変周波数電源により回転数制御を
行なう原子炉内蔵型ポンプ・いわゆるインターナ
ルポンプにより制御方式を採用した場合でも、そ
の可変周波数電源を含む制御系に本発明による出
力制御装置を応用することによつて、前記した実
施例と同様に原子炉の出力上昇時に中性子束スパ
イクによる高中性子束原子炉スクラムを起こすこ
となく、安定した出力制御を行なうことができ
る。

〔発明の効果〕

以上本発明によれば原子炉の出力上昇制御に際
して、中性子束スパイクが抑制され、このため高
中性子束による原子炉スクラムを防止することが
できるので、原子炉の安定且良好な制御を可能に
すると共に、沸騰水型原子力発電プラントの稼働
率の向上に大いに寄与する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す沸騰水型原子
炉の出力制御装置の系統図、第２図は本発明の一
実施例の制御装置のブロツク図、第３図は第２図
における第１の演算回路のブロツク図、第４図ａ
乃至ｆは本発明の一実施例と従来例の比較特性
図、第５図は本発明の第２の実施例を示す系統
図、第６図は本発明の第２の実施例の制御装置の
ブロツク図、第７図は第６図における第１の演算
回路のブロツク図、第８図は第６図における第２
の偏差量判断回路のブロツク図、第９図ａ乃至ｈ
は第２の実施例と従来例の比較特性図、第１０図
は本発明の第３の実施例である流量制御弁制御の
系統図、第１１図は本発明の第３の実施例の制御
装置のブロツク図、第１２図は従来の再循環ポン
プの速度制御の系統図、第１３図は従来の流量制
御弁制御の系統図である。 １……原子炉、２……再循環ポンプ、４……駆
動電動機、５……可変周波数電源、７……制御
器、９……再循環流量検出器、１０……中性子束
検出器、２０，３０……制御装置、２１……第１
の偏差量判断回路、２２，３２……第１の演算回
路、２３……加算器、２４……第２の演算回路、
２５……偏差検出器、２６……第３の演算回路、
27……第２の偏差量半断回路、４１……流量制御
弁、４４……弁開度制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 原子炉の出力を原子炉の炉心流量を制御して
   調整する沸騰水型原子炉の出力制御方法におい
   て、炉心流量又はそれを制御するプロセス量から
   その増方向の変化率を求め、これを負の方向に変
   換して炉心流量制御信号に導入することによつて
   炉心流量の急激な増加を抑制する制御を行なう事
   を特徴とする沸騰水型原子炉の出力制御方法。 ２ 原子炉の炉心流量を制御して原子炉の出力を
   制御する沸騰水型原子炉の出力制御装置におい
   て、炉心流量又はそれを制御するプロセス量から
   炉心流量の増方向の変化率を演算し負の方向の信
   号に変換する演算装置と、炉心流量を制御する信
   号と実際の炉心流量信号との偏差量を出力する偏
   差検出部と、前記演算装置の出力と偏差検出部の
   出力とを加える加算装置と、この加算装置の出力
   により炉心流量を制御する演算装置とからなるこ
   とを特徴とする沸騰水型原子炉の出力制御装置。 ３ 炉心流量の増方向の変化率を演算し負の方向
   に変換する演算装置は、原子炉出力上昇時に炉心
   流量もしくはこれと同等なプロセス量から炉心流
   量の変化率を求める装置と、原子炉炉心の中性子
   束信号もしくはこれを制御しているプロセス信号
   と高中性子束スクラム設定点との偏差を検出する
   偏差検出器と、この偏差から炉心流量変化率の許
   容値を算出する装置と、これと前記炉心流量の変
   化率を比較し、炉心流量の変化率の余裕がある一
   定値以下になつた場合に、炉心流量の変化を制限
   する信号を出力する装置とからなることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の沸騰水型原子炉
   の出力制御装置。