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発明の名称 給水制御装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−51940(P2007−51940A)
公開日 平成19年3月1日(2007.3.1)
出願番号 特願2005−237464(P2005−237464)
出願日 平成17年8月18日(2005.8.18)
代理人 【識別番号】100093492
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 市郎
発明者 橋本 和良 / 長谷川 真 / 水出 有俊 / 北村 純一
要約 課題
インターナルポンプがトリップした場合でも大幅な水位上昇の虞のない原子炉用の給水制御装置を提供する。

解決手段
インターナルポンプ15−1〜15−nを備えた原子炉圧力容器1に、タービン駆動給水ポンプ7A、7Bとモータ駆動給水ポンプ9A、9Bの何れかから給水するようにした原子力発電プラントにおいて、炉心2の中にある中性子束検出器からの中性子束信号に基づいてAPRMを演算し、APRM信号S9を生成するAPRM計測盤28を設け、給水制御装置14は、このAPRM信号S9よりボイド変化量を推定し、インターナルポンプ15−1〜15−nがトリップしたとき、このボイド変化量の推定値に基づいて作成した給水流量の補正信号を用いてタービン駆動給水ポンプ7A、7Bとモータ駆動給水ポンプ9A、9Bの何れかを制御し、これにより水位上昇に先行して給水流量の制御を行う。
特許請求の範囲
【請求項1】
インターナルポンプを再循環ポンプに用いた原子炉圧力容器に対する給水流量の制御を、少なくとも当該原子炉圧力容器の水位と主蒸気流量に基づいて制御する方式の給水制御装置において、
前記原子炉圧力容器内のボイド変化量を、当該原子炉圧力容器内から検出した炉内平均出力信号に基づいて推定するボイド変化量推定手段と、
前記ボイド変化量推定手段により推定されたボイド変化量に基づいて前記給水流量の制御に対する補正信号を作成する補正信号作成手段とを設け、
前記インターナルポンプがトリップしたとき、前記補正信号に基づく補正が前記給水流量の制御に与えられるように構成したことを特徴とする給水制御装置。
【請求項2】
請求項1に記載の発明において、
前記ボイド変化量推定手段が、前記炉内平均出力信号の変化を検出する微分要素手段と、前記炉内平均出力信号からボイド反応度係数を推定する手段とを備え、
前記炉内平均出力信号の変化に前記ボイド反応度係数の逆数を乗算することにより、前記補正信号を得るように構成されていることを特徴とする給水制御装置。
【請求項3】
請求項2に記載の発明において、
前記ボイド反応度係数を推定する手段が、前記炉内平均出力信号をサンプリングし高速フーリエ変換して前記炉内平均出力信号に現われるゆらぎ成分の周波数スペクトルを作成し、この周波数スペクトルから特定周波数領域における振幅を計測し、この特定周波数領域における振幅とボイド反応度係数の相関関数により炉内のボイド反応度の程度を推定し、ボイド反応度係数を推定する手段であることを特徴とする給水制御装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、原子炉の給水制御装置に係り、特にインターナルポンプを備えた沸騰水型原子炉の給水制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
沸騰水型原子力発電所の原子炉には、通常、複数基の再循環ポンプが備えられており、従って、再循環ポンプがトリップしたときには給水の制御にも影響が及んでしまう。このため再循環ポンプトリップ時での制御にも配慮した原子力発電プラントが従来から知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
そこで、従来技術による原子力発電プラントの中で、一例として再循環ポンプにインターナルポンプ(RIP)を用いた原子力発電プラントについて、図5により説明する。
【0004】
この図5に示した原子力発電プラントの従来技術では、水位検出器11で検出した原子炉水位信号S1と主蒸気流量検出器13で検出した主蒸気流量信号S2、給水流量検出器12で検出した給水流量信号S3を給水制御装置14に取り込むようになっている。
【0005】
そして、この給水制御装置14では、これら原子炉水位信号S1と主蒸気流量信号S2、それに給水流量信号S3及び水位設定値に基づいて給水流量要求信号S5を作成し、これにより給水ポンプPを制御して給水流量を調整することにより、圧力容器内の水位が一定になるように制御している。
【0006】
一方、再循環流量制御装置22は、圧力制御装置19から負荷要求偏差信号20を入力し、炉心からは炉心流量信号21を入力し、n台のインターナルポンプ15−1〜15−nの回転速度を調整するための速度要求信号を作成し、インターナルポンプモータ16−1〜16−nの回転数(回転速度)を制御している。
【0007】
ここで、通常運転時は、インターナルポンプ15−1〜15−nを用いた炉心流量制御により炉内のボイド(気泡)を増減させ、これによりボイド反応度を調整し、原子炉出力が一定に保持されるようにしている。このとき、インターナルポンプ15A〜15nのうちの複数台が同時にトリップしたとすると、炉心流量の減少が急激に発生し炉内のボイドが急増してしまう。そして、このこのボイドの急増に伴って原子炉水位が上昇する。
【0008】
そこで給水制御装置11は、この原子炉水位の上昇を原子炉水位信号S1により受け、給水ポンプPによる給水流量を絞る方向に制御し、原子炉水位の上昇が抑えられるように制御するのである。
【特許文献1】特開2001−4790号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
上記従来技術は、インターナルポンプの慣性時定数が給水ポンプによる給水流量の制御時定数に比較して小さい点に配慮がされておらず、炉内水位上昇の抑制に問題があった。
【0010】
上記したように、インターナルポンプが複数台、同時にトリップすると炉心流量が減少し、炉内のボイドは増加するので、原子炉水位が上昇するが、このとき、インターナルポンプは慣性時定数が小さいので、炉心流量の低下速度が早く、この結果、ボイドが急増するので、原子炉水位の上昇も急激になってしまう。
【0011】
従って、インターナルポンプがトリップしてから給水流量を絞り込み方向に制御しても、給水ポンプの応答遅れのため、水位の上昇を充分に抑制することができない。例えば5台程度もインターナルポンプがトリップしたとすると、原子炉水位は40cmから50cm程度も上昇し、この場合、原子炉水位高によるトリップから高タービントリップになり、原子炉スクラム(緊急停止)に移行してしまう。
【0012】
本発明の目的は、インターナルポンプがトリップした場合でも大幅な水位上昇の虞のない原子炉用の給水制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記目的は、インターナルポンプを再循環ポンプに用いた原子炉圧力容器に対する給水流量の制御を、少なくとも当該原子炉圧力容器の水位と主蒸気流量に基づいて制御する方式の給水制御装置において、前記原子炉圧力容器内のボイド変化量を、当該原子炉圧力容器内から検出した炉内平均出力信号に基づいて推定するボイド変化量推定手段と、前記ボイド変化量推定手段により推定されたボイド変化量に基づいて前記給水流量の制御に対する補正信号を作成する補正信号作成手段とを設け、前記インターナルポンプがトリップしたとき、前記補正信号に基づく補正が前記給水流量の制御に与えられるようにして達成される。
【0014】
このとき、前記ボイド変化量推定手段が、前記炉内平均出力信号の変化を検出する微分要素手段と、前記炉内平均出力信号からボイド反応度係数を推定する手段とを備え、前記炉内平均出力信号の変化に前記ボイド反応度係数の逆数を乗算することにより、前記補正信号を得るようにしてもよい。
【0015】
また、ここで、前記ボイド反応度係数を推定する手段が、前記炉内平均出力信号をサンプリングし高速フーリエ変換して前記炉内平均出力信号に現われるゆらぎ成分の周波数スペクトルを作成し、この周波数スペクトルから特定周波数領域における振幅を計測し、この特定周波数領域における振幅とボイド反応度係数の相関関数により炉内のボイド反応度の程度を推定し、ボイド反応度係数を推定する手段で構成されていてもよい。
【0016】
インターナルポンプがトリップしたとき、ボイド変化量を推定し、前記ボイド変化量推定値に基づき給水流量を減少させる補正信号を作成し、給水制御装置に加え、給水流量を水位の上昇に先行して減少させる。インターナルポンプが特に複数台同時にトリップした場合、炉心流量が急減し、炉心内のボイドが急激に増加するため、原子炉水位は大幅に増加する。
【0017】
給水制御系では水位上昇を捉え、給水流量を絞る方向に制御するが、水位上昇が早いために、従来方式では十分に水位上昇を抑え込めない。しかし、本発明では、ボイド増加量を推定して給水流量を減少させる補正信号を作成し、給水制御系の給水流量制御信号(給水流量要求信号)に加えることによって、水位が大きく上昇する前に、給水流量を先行して絞ることとなり、水位を抑制することができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、給水流量の補正信号を炉内平均出力信号に基づいて作成し、この補正信号を給水制御系の給水流量制御信号に加算するようにしたので、原子炉水位の上昇に先行して給水流量を絞ることができる。
【0019】
従って、本発明によれば、インターナルポンプがトリップしたときでも原子炉水位の上昇を抑えることができ、安定した状態でプラントの運転を継続させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、本発明による給水制御装置について、図示の実施の形態を用いて詳細に説明する。
【0021】
図1は、本発明の一実施形態が適用された沸騰水型原子力プラントを示したもので、この沸騰水型原子力プラントにおいては、蒸気発生器となる原子炉圧力容器1内の炉心2に装荷されている原子炉燃料(図示してない)の中で起こる核分裂を制御し、発生した熱を取り出して利用するため、減速材と冷却材を兼ねた水が冷却水として強制的に循環されている。
【0022】
そして、通常運転時には、この冷却水が炉心2から発生する熱により加熱され、所定の温度で所定の圧力の蒸気となり、原子炉圧力容器1から主蒸気配管4と主蒸気加減弁を介してタービン5に供給され、発電機が駆動される。そして、タービン5から排気された蒸気は復水器6により凝結され、水(復水)に戻る。そして、この復水が復水脱塩器(図示せず)と復水ポンプ(図示せず)及び低圧給水加熱器(図示せず)で処理されてから給水配管3を介して原子炉圧力容器1に戻され、再び冷却水となる。
【0023】
このときタービン5に供給される蒸気の圧力は、圧力制御装置19により制御される。そこで、この圧力制御装置19には、原子炉ドーム圧力17が原子炉圧力容器1から入力され、発電機からはタービン速度18が入力されていて、これにより主蒸気加減弁とタービンバイパス弁が制御されている。
【0024】
また、給水配管3には、分岐管3A、3B、3C、3Dが設けてあり、各々にはタービン駆動給水ポンプ7A、7Bと電動機駆動給水ポンプ9A、9Bが備えられていて、復水は、これら給水ポンプの何れかによって加圧され、高圧給水加熱器(図示せず)で加熱された上で原子炉圧力容器1内に戻される。
【0025】
ここでタービン駆動給水ポンプ7A、7Bはポンプ駆動用タービン8A、8Bにより駆動されるようになっているが、このため、これらポンプ駆動用タービン8A、8Bには、タービン5から抽気された蒸気が、図示してない抽気管を介して供給され、これらのポンプ駆動用タービン8A、8Bから排気された蒸気は、上記した低圧給水加熱器に供給されるようになっている。
【0026】
このときのタービン駆動給水ポンプ7A、7Bの回転数制御は、給水ポンプ用タービン8A、8Bに供給される抽気蒸気の流量を、抽気配管に設けられた抽気加減弁(図示せず)の開閉により調節することにより行われる。
【0027】
一方、給水配管3の分岐管3C、3Dに設けられる電動機駆動給水ポンプ9A、9Bは、タービン駆動給水ポンプ7A、7Bのバックアップ用であり、従って、原子炉が通常運転時には待機状態にある。そして、これら電動機駆動給水ポンプ9A、9Bにより供給される給水の流量は、分岐管3C、3Dに設けられた給水調節弁(流量調節弁)10A、10Bにより制御される。そして、これらポンプ駆動用タービン8A、8B及び給水調整弁10A、10Bによる給水流量の制御は給水制御装置14によって行われる。
【0028】
このため、給水制御装置14には、図5で説明した従来技術と同じく、原子炉圧力容器1内の水位を計る水位検出器11の計測値である原子炉水位信号S1と主蒸気配管4内の蒸気の流量を計る蒸気流量計13の計測値である主蒸気流量信号S2、それに給水配管3内の水の流量を計る給水流量計12の計測値である給水流量信号S3が入力されている。
【0029】
炉心2は冷却材であり減速材でもある冷却水の中に沈めてあり、このときの冷却水の流量は、原子炉圧力容器1の下部に複数台(n台とする)設置されているインターナルポンプ15A−15nの回転数、つまりインターナルモータ16A−16nの回転数によって決り、そして、これらモータ16A−16nの回転数は、再循環流量制御装置22により制御されるようになっている。
【0030】
このため再循環流量制御装置22には、圧力制御装置19から負荷要求偏差信号20が入力され、炉心2の中にある炉心流量計(図示してない)からは炉心流量21が入力されるようになっている。そして、この再循環流量制御装置22には、図示していない制御演算部の外、同じく図示してない電源制御部が備えられていて、この電源制御部によりインターナルポンプ15−1〜15−nのトリップを検出し、トリップが発生したら、給水制御装置14にインターナルポンプトリップ信号S8が出力されるようになっている。
【0031】
次に、この実施形態では、更にAPRM計測盤28が設けられていて、これには、炉心2の中にある中性子束検出器(図示してない)から、炉中の中性子束の強度を表わす信号(中性子束信号)が供給されている。そして、APRM計測盤28は、この中性子束信号に基づいてAPRM(炉内平均出力)を演算し、APRM信号S9としてAPRM計測盤28から給水制御装置14に供給するようになっている。
【0032】
そこで、以下、給水制御装置14の詳細について、図2により説明すると、この給水制御装置14は、主水位制御器23と2個のTD−RFP(タービン駆動給水ポンプ)制御器24A、24B、同じく2個のMD−RFP(電動機駆動給水ポンプ)制御器25A、25B、それに補正信号作成部26を備えている。そして、これは、原子炉水位信号Slと主蒸気流量S2、それに給水流量S3が供給されている。
【0033】
このとき原子炉水位信号Slは加算器27Cに入力され、主蒸気流量S2と給水流量S3は減算器27Aに入力されている。そして、まず主蒸気流量S2と給水流量S3の偏差が減算器27Aから出力され、次いで、定数設定器27Bにより、に予め設定してある所定の定数(G)が上記の偏差にゲインとして乗算される。そして加算器27Cにより原子炉水位信号Slに加算された信号がスイッチ27Dを介して主水位制御器23に入力され、ここで原子炉水位設定値S4に対する偏差が取られた結果、3要素制御による給水流量要求信号(給水流量制御信号)S5が出力されることになる。
【0034】
この給水流量要求信号S5は、更に加算器27Eに入力され、ここで補正信号S6(後で詳述する)が加算され、補正給水流量要求信号S7となってTD−RFP制御器24A、24BとMD−RFP制御器25A、25Bに夫々供給され、この結果、給水流量が制御されることになる。このとき、補正給水流量要求信号S7は、更に主水位制御器23にも入力され、原子炉水位設定値S4にフィードバックされる。
【0035】
このときの原子炉水位設定値S4とは、原子炉圧力容器1の大きさなどから予め所定の水位を保つのに必要な値に設定されている定数であり、従って、これに補正給水流量要求信号S7がフィードバックされることにより、適正な水位が保たれることになる。
【0036】
このときスイッチ27Dは、給水時と通常運転時での制御を切換える働きをし、給水時には図示の状態と反対の接点位置に切換えられているが、通常運転時には図示の接点位置に切換え、上記した3要素制御が与えられるようにしているものである。
【0037】
次に、この給水制御装置14には、インターナルポンプトリップ信号S8とAPRM信号S9が供給されている。そして、これらの信号S8、S9は補正信号作成部26に入力されている。そこで、次に、この補正信号作成部26について説明する。
【0038】
この補正信号生成部26は、図示のように、微分要素26A、ボイド反応度係数推定回路26B、調整ゲイン26C、それに補正信号作成スイッチ26Dにより構成されていて、インターナルポンプトリップ信号S8とAPRM信号S9を入力し、インターナルポンプトリップ信号S8が入力されたとき、APRM信号S9から補正信号S6を作成して、加算器27Eに出力する働きをする。
【0039】
次に、補正信号生成部26の動作について説明すると、ここでまず、補正信号作成スイッチ26Dは、インターナルポンプトリップ信号S8によりオンにされる。このときインターナルポンプトリップ信号S8は、通常運転中は出力されない。従って、通常運転中、補正信号作成スイッチ26Dはオフ(切)であり、微分要素26AにはAPRM信号S9が入力されないので、補正信号S6はゼロ、すなわちS7=S5になっている。
【0040】
一方、このAPRM信号S9は、補正信号作成スイッチ26Dのオンオフとは関係無く、常にボイド反応度係数推定回路26Bに入力され、ここで一定周期毎にサンプリングされた上で、FFT(高速フーリエ変換)回路により、APRM信号に現われるゆらぎ成分の周波数スペクトルが作成されている。
【0041】
そして、ボイド反応度係数推定回路26Bは、この周波数スペクトルから特定周波数領域における振幅を計測し、この特定周波数領域における振幅とボイド反応度係数の相関関数により炉内のボイド反応度の程度を推定し、これにより常時、炉内のボイド反応度の強さを表わすボイド反応度係数S10を出力している。
【0042】
ここでいま、何らかの異常によりインターナルポンプがトリップしたとすると、インターナルポンプトリップ信号S8により補正信号作成スイッチ26Dがオンになるので、APRM信号S9が微分要素26Aに入力されるようになり、この結果、補正信号S6が作成され、給水流量要求信号S5に加算されるようになる。
【0043】
この微分要素26Aは、図示のように、一次遅れ回路と比較回路で構成されているので、インターナルポンプトリップによりAPRM信号S9が変化(低下)している間だけAPRM信号S9と一次遅れ回路の出力信号に偏差が現われ、偏差信号S11が出力される。そこで、この偏差信号S11を乗算器27Eに供給する。
【0044】
このとき、乗算器27Eには、ボイド反応度係数S10が、逆数演算器(1/X回路)27Dを介して入力されている。従って、偏差信号S11にボイド反応度係数S10の逆数が掛け合わされ、時間積分されすることより、ボイド増加量が推定され、この推定結果が乗算器27Eから出力される。
【0045】
そこで、この乗算器27Eから出力されるボイド増加量の推定結果を積分ゲインIの積分要素26Cにより積分ゲイン調整して補正信号S6とし、加算器27Eに供給すると、APRM信号S9が変化(低下)している間のみ、補正信号S6がボイド増加量に応じて増減し、この補正信号S6が給水流量要求信号S5に加算される。
【0046】
ここで、この補正信号S6は、APRM信号S9の挙動から推定したボイド増加量を表わしている。一方、既に説明したように、インターナルポンプトリップによる炉内の水位上昇はボイドの増加に伴って現われるので、このときのボイドの増加は炉内の水位変化に先行して現われる。
【0047】
そこで、このときのボイドの増加量を表わしている補正信号S6を給水流量要求信号S5に加算して補正給水流量要求信号S7とし、これをTD−RFP制御器24A、24BとMD−RFP制御器25A、25Bに供給してやれば炉内水位の上昇に先立って給水流量を絞ることができ、インターナルポンプトリップ時での炉内水位の急激な上昇を抑えることができる。
【0048】
そして、この結果、APRM信号S9が整定されると、補正信号S6も一定値に整定されることになる。すなわち、インターナルポンプトリップ後、補正信号S6はAPRM信号S9の変化量に応じて変化するが、この補正信号S6の変化に応じてAPRM信号S9が整定されると一定値になるので、炉内水位の上昇を待たず、これに先行して給水流量を減少させることにより水位上昇を抑制することができるのである。
【0049】
ここで、図3は、一例としてインターナルポンプが5台、トリップした場合の炉内流量の変化を示したもので、次に、図4は、このときの原子炉内の水位変化を示したもので、実線の特性が本発明の実施形態による場合、つまり補正信号S6ありの場合で、補正信号S6による補正が無い場合、つまり従来技術の場合は破線の特性となる。
【0050】
そして、この場合、図3から明らかなように、定格流量の約半分(50%)近くまで炉内流量が急減する。従って、この炉内流量の急減に伴い炉心内のボイドが増加し、この結果、図4から明らかなように、補正信号S6による補正が無い場合には、原子炉水位は、破線の特性で示されているように、大きく変化して急上昇し、L8と呼ばれている原子炉水位高高になって、運転が継続できなくなってしまう虞がある。
【0051】
一方、上記実施形態の場合は、補正信号S6による補正が適用されているので、実線の特性で示されているように、原子炉水位の変動が緩やかに抑えられていて、急上昇することはない。
【0052】
従って、上記した本発明の実施形態によれば、インターナルポンプがトリップしたときでも原子炉水位が上昇する虞がなく、安定した状態でプラントの運転を継続させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】本発明による給水制御装置が適用された原子力発電プラントの一例を示す構成図である。
【図2】本発明による給水制御装置の一実施形態を示すブロック構成図である。
【図3】インターナルポンプトリップ時の炉心流量変化の一例を示す特性図である。
【図4】インターナルポンプトリップ時の原子炉水位変化の一例を示す特性図である。
【図5】従来技術による給水制御装置が適用された原子力発電プラントの一例を示す構成図である。
【符号の説明】
【0054】
1:原子炉圧力容器
2:炉心
3:給水配管
3A、3B、3C、3D:分岐管
4:主蒸気配管
5:タービン
6:復水器
7A、7B:タービン駆動給水ポンプ
8A、8B:給水ポンプ用タービン
9A、9B:電動機駆動給水ポンプ
10A、10B:給水調整弁
11:水位検出器
12:給水流量検出器
13:主蒸気流量検出器
14:給水制御装置
15−1〜15−n:インターナルポンプ
16−1〜16−n:インターナルポンプモータ
17:原子炉ドーム圧力
18:タービン速度信号
19:圧力制御装置
20:負荷要求偏差信号
21:炉心流量信号
22:再循環流量制御装置
23:主水位制御器
24A、24B:TD−REF制御器(タービン駆動給水ポンプ制御器)
25A、24B:MD−REF制御器(電動機駆動給水ポンプ制御器)
26:補正回路作成部
26A:微分要素
26B:ボイド反応度係数推定回路
26C:調整ゲイン
26D:補正信号作成スイッチ
27A:減算器
27B:定数設定器
27C:加算器
27D:スイッチ
27E:加算器
28:APRM計測盤
Sl:原子炉水位
S2:主蒸気流量
S3:給水流量
S4:水位設定
S5:給水流量要求信号(給水流量制御信号)
S6:補正信号
S7:補正給水流量要求信号(補正給水流量制御信号)
S8:インターナルポンプトリップ信号
S9:APRM信号(炉内平均出力信号)
SlO:ボイド反応度係数




 

 


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