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発明の名称 原子炉の出力制御方法及び原子炉プラント
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2007−225461(P2007−225461A)
公開日 平成19年9月6日(2007.9.6)
出願番号 特願2006−47674(P2006−47674)
出願日 平成18年2月24日(2006.2.24)
代理人 【識別番号】100100310
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 学
発明者 石井 佳彦 / 茶木 雅夫 / 木藤 和明
要約 課題
自然循環型沸騰水型原子炉における定格出力まで原子炉出力を増加させる原子炉起動時の期間を短縮させることを目的とする。

解決手段
給水制御装置は、原子炉出力を定格出力まで上昇させる原子炉起動時の一部の期間において、原子炉に供給する給水の第1温度を、定格出力時で原子炉に供給する給水の第2温度よりも高くなるように制御する。原子炉起動時には、炉心から制御棒を引き抜くことによっても原子炉出力が上昇される。給水制御装置は、原子炉起動時において、制御棒の引き抜き操作を停止した後、上記の第1温度を第2温度まで減少させる。
特許請求の範囲
【請求項1】
原子炉出力を設定出力まで上昇させる原子炉起動時の一部の期間において、原子炉に供給する給水の第1温度を、前記設定出力時で前記原子炉に供給する前記給水の第2温度よりも高くなるように制御する原子炉の出力制御方法。
【請求項2】
原子炉出力を設定出力まで上昇させる原子炉起動時の、発電機で電気出力を発生する発電機出力制御期間の一部の期間において、原子炉に供給する給水の第1温度を、前記設定出力時で前記原子炉に供給する前記給水の第2温度よりも高くなるように制御する原子炉の出力制御方法。
【請求項3】
前記原子炉起動時には制御棒引き抜き操作による前記原子炉出力の増大制御を併用し、前記制御棒引き抜き操作を停止した後、前記第1温度を前記第2温度まで減少させる請求項1または請求項2に記載の原子炉の出力制御方法。
【請求項4】
前記第1温度の設定温度を、前記原子炉で発生した蒸気により回転されるタービンに連結された発電機の電気出力計測値に基づいて設定し、前記第1温度が前記設定値になるように調節する請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の原子炉の出力制御方法。
【請求項5】
前記設定出力が前記原子炉の定格出力である請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の原子炉の出力制御方法。
【請求項6】
前記第1温度の制御は、前記給水を加熱する給水加熱器に供給される、前記原子炉で発生した蒸気のうち抽気されて前記給水を加熱する給水加熱器に供給される前記蒸気の量を制御することによって行われる請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の原子炉の出力制御方法。
【請求項7】
前記原子炉が自然循環型原子炉である請求項1ないし請求項6のいずれか8項に記載の原子炉の出力制御方法。
【請求項8】
原子炉に供給される給水の温度を検出する給水温度検出手段と、前記給水を加熱する加熱手段と、前記給水加熱手段によって加熱される前記給水の温度を制御する給水温度制御装置とを備え、
前記給水温度制御装置が、原子炉出力を設定出力まで上昇させる原子炉起動時の一部の期間において、前記給水の第1温度を、前記設定出力時で前記原子炉に供給する前記給水の第2温度よりも高くなるように、前記給水加熱手段による前記給水の加熱量を制御することを特徴とする原子炉プラント。
【請求項9】
原子炉に供給される給水の温度を検出する給水温度検出手段と、前記給水を加熱する加熱手段と、前記給水加熱手段によって加熱される前記給水の温度を制御する給水温度制御装置と、出力制御装置とを備え、
前記給水温度制御装置が、原子炉出力を設定出力まで上昇させる原子炉起動時の、発電機で電気出力を発生する発電機出力制御期間の一部の期間において、前記給水の第1温度を、前記設定出力時で前記原子炉に供給する前記給水の第2温度よりも高くなるように、前記給水加熱手段による前記給水の加熱量を制御することを特徴とする原子炉プラント。
【請求項10】
前記原子炉に設けられた制御棒の操作を制御する制御棒制御装置と、前記制御棒制御装置に前記制御棒の制御指令を出力する出力制御装置とを備え、
前記給水温度制御装置が、前記出力制御装置から入力される、前記原子炉起動時における前記制御棒引き抜き操作の完了信号に基づいて、前記第1温度を前記第2温度まで減少させる請求項8または請求項9に記載の原子炉プラント。
【請求項11】
前記第1温度の設定温度を、前記原子炉で発生した蒸気により回転されるタービンに連結された発電機の電気出力計測値に基づいて設定する出力制御装置を備え、
前記給水温度制御装置が、前記第1温度が前記設定値になるように調節する請求項8または請求項9に記載の原子炉プラント。
【請求項12】
前記出力制御装置が、前記第1温度の設定温度を、前記原子炉で発生した蒸気により回転されるタービンに連結された発電機の電気出力計測値に基づいて決定し、
前記給水温度制御装置が、前記第1温度を決定された前記設定温度になるように調節する請求項10に記載の原子炉プラント。
【請求項13】
前記設定出力が前記原子炉の定格出力である請求項8ないし請求項12のいずれか1項に記載の原子炉プラント。
【請求項14】
前記給水加熱手段である、給水を加熱する給水加熱器と、前記原子炉に接続された主蒸気配管に接続されてこの主蒸気配管から抽気された蒸気を前記給水加熱器に導く抽気配管と、前記抽気配管に設けられた蒸気流量調節手段とを備え、
前記給水温度制御装置が、前記第1温度の制御を、前記蒸気流量調節手段を制御することによって行う請求項8ないし請求項13のいずれか1項に記載の原子炉プラント。
【請求項15】
前記原子炉が自然循環型原子炉である請求項8ないし請求項14のいずれか8項に記載の原子炉プラント。
【請求項16】
前記出力制御装置が、前記第1温度の設定温度を、発電機出力目標値に基づいて決定し、
前記給水温度制御装置が、前記第1温度を決定された前記設定温度になるように調節する請求項9に記載の原子炉プラント。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、原子炉の出力制御方法及び原子炉プラントに係り、特に自然循環型沸騰水型原子炉に適用するのに好適な原子炉の出力制御方法及び原子炉プラントに関する。
【背景技術】
【0002】
従来の沸騰水型の原子力プラントは、原子炉出力を制御棒及び炉心流量によって制御している。制御棒は、ほう素などの中性子吸収能力の高い物質を含んでいる。ウランなど核分裂性物質を含む複数の燃料集合体が装荷された炉心内に制御棒を挿入し、また、そこから制御棒を引き抜くことによって、燃料棒に吸収される中性子数を変化させ、原子炉出力が制御される。炉心流量制御は、原子炉圧力容器に設置されたインターナルポンプまたは再循環系配管に設置された再循環ポンプを制御することによって、炉心に流入する冷却材流量(炉心流量)を制御する。炉心流量制御により、炉心内の蒸気と水の体積割合(ボイド率)が変化して原子炉出力が制御される。炉心内の蒸気量が増え水の割合が減る(ボイド率が増える)と、核分裂で発生した高エネルギーの高速中性子が水分子(主に水素原子)と衝突して減速する反応が減り、熱中性子数が減る。ウランと核分裂反応を起こす確率は、通常の軽水炉(例えば、沸騰水型原子炉)では高速中性子より熱中性子のほうが高い。このため、炉心のボイド率が増えると、原子炉出力は低下する。炉心流量を減らすとボイド率が増え、逆に炉心流量を増やすとボイド率が減るので、炉心流量を制御することによって原子炉出力を制御できる。
【0003】
制御棒で制御できる中性子反応率(以後反応度とよぶ)は、炉心流量制御で制御できる反応度より大きい。しかしながら、制御棒制御は、制御棒を動かした炉心の局所的な位置の反応度を変化させるので、制御棒操作前後で炉心径方向や軸方向の出力分布が比較的大きく変化する。それに対して炉心流量制御はボイド率の変化が炉心全体に及ぶので、炉心の半径方向及び軸方向における出力分布の変化は比較的少ない。この特性を利用して、沸騰水型原子炉の起動時には、原子炉熱出力が定格出力の約70%に達するまでは制御棒で原子炉出力を制御し、それ以上の出力領域では、炉心流量制御で原子炉出力を制御する。具体的には、炉心流量を増やして炉心ボイド率を減少させて原子炉出力を増加させる。原子炉出力が高い領域では、限界出力や最大線出力密度等の熱的制約条件に対する余裕が減少してくるので、出力分布形状の変化が少ない炉心流量制御を利用することによって、安全かつ高速で原子炉出力を定格出力(100%原子力出力)まで上昇できる利点がある。
【0004】
原子炉出力を制御する他の手法としては、特許文献1に記載された、原子炉に供給する冷却材の温度(給水温度)を制御する方法がある。具体的には、給水温度制御装置によって給水温度を調節し、原子炉出力を制御する。
【0005】
【特許文献1】特開昭62−138794号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
経済性の高い原子炉として、自然循環の冷却材で炉心を冷却する自然循環型沸騰水型原子炉が開発されている。再循環ポンプ及びインターナルポンプといった設備、更にはそれを制御する制御装置が不要であり、コンパクトな原子炉を実現できる。ところで、自然循環型沸騰水炉の起動操作を考えると、従来の強制循環型沸騰水炉で実施していた炉心流量制御ができないため、定格出力までの原子炉出力の上昇は、制御棒制御で行うことになる。制御棒操作では炉心半径方向及び軸方向の出力分布変化が比較的大きく、また起動途中では高出力領域の出力を抑えるキセノン及びサマリウムの蓄積が少ないので、起動途中で炉心径方向及び軸方向における出力ピーキングが定格出力時より大きくなる場合がある。その結果、限界出力及び最大線出力密度等の熱的制約により、起動途中で制御棒操作ができなくなる可能性がある。このような場合には、キセノン及びサマリウムが蓄積して出力ピーキングが低下するまで制御棒操作を停止して待つか、制御棒引き抜き手順を変更して出力ピーキングが過大とならない引き抜き手順に変更する必要がある。いずれにしても一旦起動操作を停止するので、原子炉起動時間が増加し、原子炉の稼働率が低下する課題があった。
【0007】
本発明の目的は、原子炉出力を設定出力まで上昇させる期間を短縮できる原子炉の出力制御方法及び原子炉プラントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため本発明の特徴は、原子炉出力を設定出力まで上昇させる原子炉起動時の一部の期間において、原子炉に供給する給水の第1温度を、前記設定出力時で前記原子炉に供給する前記給水の第2温度よりも高くなるように制御することにある。このような制御により、原子炉出力を設定出力(例えば、定格出力)まで上昇させる原子炉起動時の期間を短縮することができる。
【0009】
好ましくは、給水の第1温度は、設定出力に近づくにつれて第2温度まで低下させる。また、上記した特徴的な給水温度制御を自然循環型原子炉に適用することによって、自然循環型原子炉の起動時の期間を短縮できる。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、原子炉出力を設定出力まで上昇させる起動時の期間を短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
本発明の実施例を以下に説明する。
(実施例1)
本発明の好適な一実施例である原子炉出力制御装置を備えた自然循環型沸騰水型原子炉発電システムを、図1を用いて説明する。
【0012】
自然循環型沸騰水型原子炉発電システムは、原子炉1,高圧タービン14,低圧タービン15,復水器17及び発電機16を備える。多数の燃料集合体が装荷された炉心2が、原子炉1内に設けられる。原子炉出力は、中性子吸収材を含んだ制御棒4を炉心2に挿入し、あるいは制御棒4を炉心2から引き抜くことによって制御される。制御棒4は、電動モータ(あるいは水圧駆動機構)を有する制御棒駆動装置5によって炉心2の高さ方向に移動される。
【0013】
原子炉1の上部に接続された主蒸気配管10が、高圧タービン14及び低圧タービン
15に接続されている。炉心2で発生した蒸気は、主蒸気配管10を経て高圧タービン
14及び低圧タービン15に導かれてこれらのタービンを回転させる。これらのタービンの回転によって発電機が回転され、発電が行われる。低圧タービン15から排出された蒸気は、復水器17において伝熱管内を流れる海水によって水に凝縮される。復水器17から排出される凝縮水は、低圧給水加熱器18で加熱され、給水ポンプ19で昇圧されて、高圧給水加熱器20で加熱された後、給水配管23を通して原子炉1内に戻される。電動弁であるタービン蒸気流量調整弁12が主蒸気配管10に設置され、電動弁のタービンバイパス弁27が主蒸気配管10に接続された抽気管25に設置されている。これらの弁の開度を調節することで、タービン14,15に供給される蒸気流量を制御できる。タービンバイパス弁27を通過した蒸気は抽気管25を、高圧タービン14で抽気された蒸気は、抽気管26を通って低圧給水加熱器18に導かれ、給水を加熱する。給水を加熱したそれらの蒸気は、復水器17で水に凝縮される。また、主蒸気配管10には、原子炉圧力及び発電機出力の制御に用いられる蒸気圧力及び蒸気流量を検出する圧力検出器21及び蒸気流量検出器13が設置されている。さらに、本実施例では、給水温度を制御する手段としての抽気流量調整弁(電動弁)11が、主蒸気配管10に接続された抽気管24に設置されている。主蒸気配管10から抽気されて抽気流量調整弁11を通過した蒸気は、高圧給水加熱器20に導かれ、給水を加熱する。また、給水配管23には温度計測器22が設置されている。
【0014】
本実施例の原子炉出力制御装置は、出力制御装置40,給水温度制御装置31,タービン制御装置30及び制御棒駆動制御装置6を備えている。出力制御装置40は、スイッチ及びキーボード,タッチパネルなどを含み、運転員が指示情報を入力できる入力部41と、運転員に対して情報を表示するメーター及びディスプレイ装置を含む出力部44を有する。出力部44は、更にハードディスク等の電子記録媒体に情報を出力するインターフェースを有する。出力制御装置40は、制御棒駆動制御装置6,タービン制御装置30及び給水温度制御装置31に接続されている。
【0015】
出力制御装置40から制御棒駆動制御装置6へは、操作する制御棒の炉心の半径方向における位置情報、及び制御棒の挿入情報(または制御棒の引き抜き情報)を含む制御棒操作開始指令45が伝えられる。制御棒操作開始指令45を入力した制御棒駆動制御装置6は、予め入力されている制御棒操作手順に従って複数の制御棒駆動装置5のうち指定された位置にある該当する制御駆動装置5を駆動させ、これにより制御棒4を操作する。制御棒の挿入位置情報47が、当該制御棒駆動装置5から制御棒駆動制御装置6に入力される。制御棒駆動制御装置6は、指示された制御棒の操作が完了したことを示す操作完了信号48を出力制御装置40に伝える。また、制御棒駆動制御装置6は、何らかの理由で指示された制御棒駆動装置5の操作ができない場合には、その旨を示す信号を出力制御装置
40に伝える。
【0016】
出力制御装置40は、タービン制御装置30に対して負荷設定値60を入力する。負荷設定値60を入力したタービン制御装置30は、計測された発電機出力計測値63,圧力検出器21で計測された圧力信号62,タービン蒸気流量調整弁12及びタービンバイパス弁27の各開度情報61に基づいて、タービン蒸気流量調整弁12及びタービンバイパス弁27の各開度を制御する。
【0017】
出力制御装置40は、給水温度目標値(あるいは給水温度設定値)50を給水温度制御装置31に出力する。給水温度制御装置31は、温度計測器22で計測された給水温度計測値52を入力し、この給水温度計測値52及び給水温度目標値50に基づいて得られる抽気流量弁開度信号51により抽気流量調整弁11の開度を調整する。この開度調節により給水温度が制御される。給水温度制御装置31は、出力制御装置40に給水温度情報
53を伝える。
【0018】
出力制御装置40,給水温度制御装置31,タービン制御装置30及び制御棒駆動制御装置6のそれぞれの具体的な構成を、図2を用いて説明する。出力制御装置40は、運転員の操作により原子炉を操作する手動制御モードと、運転状態目標値を設定すると制御機器を制御して自動的に原子炉出力を制御する自動制御モードを設定できる。出力制御装置40は、負荷設定に応じてタービン流量調整弁開度及びタービンバイパス弁開度を調節するタービン制御装置30,制御棒の引き抜き/挿入を実施する制御棒駆動制御装置6、及び給水温度を制御する給水温度制御装置31を各々独立に制御指令及び制御情報を出力することができる。
【0019】
タービン制御装置30は、負荷設定に応じてタービン流量調整弁12の弁開度及びタービンバイパス弁27の弁開度を調節する。タービン14,15が作動せず発電機16が電気出力を出していない領域では、タービン制御装置30は機能しない。発電機16が電気出力を出している領域では、手動モードを選択した場合、出力制御装置40は、タービン制御装置30に発電機負荷を入力する。タービン制御装置30は、発電機出力が負荷設定値に対応するように、タービン流量調整弁12の開度及びタービンバイパス弁27の開度を調節する。負荷設定値60及び原子炉圧力に応じてタービン流量調整弁12の開度やタービンバイパス弁27の開度を調節する制御機器およびロジックは、タービン制御装置
30に組み込まれている。自動モードでは、一定値だけでなく時間的に変化する発電機負荷設定値を入力でき、負荷追従運転などの時間的に変化する負荷設定値に追従した制御が可能になる。
【0020】
制御棒駆動制御装置6は、手動,半自動,自動の3モードの制御モードに対応が可能である。これらの制御モードは出力制御装置40から設定できる。手動制御モードでは、運転員が入力部41にて操作制御棒を選択し、入力部41に設けられた制御棒引き抜き(あるいは挿入)のスイッチを押す。この操作に基づいて出力制御装置40で発生した制御棒操作指令は、制御棒駆動制御装置6及び制御棒操作監視系33に入力される。制御棒操作監視系33は、選択した制御棒が予め入力した制御棒操作シーケンスと合致しているか、制御棒操作後に熱的制限値を超える可能性がないか、中性子束や原子炉ペリオドが制限値を越えていないか等の判定を行う。制御棒操作監視系33は、それらの判定結果のいずれかが「規準を満足しない」との判定である場合には、制御棒駆動制御装置6にその判定結果を示す情報を出力する。この場合には、制御棒駆動制御装置6は、出力制御装置40から出力された制御棒操作指令に基づく制御棒操作を行わない。
【0021】
半自動制御モードは、制御棒駆動制御装置6が、操作する制御棒の選定を制御棒操作シーケンスに基づいて自動的に行うこと以外は、前述の手動制御モードと同じである。自動制御モードでは、制御棒駆動制御装置6は、出力制御装置40に組みこまれた制御棒自動制御ロジックに基づいて、目標に到達するように、操作制御棒と制御棒操作タイミングを自動的に判定して制御棒を操作する。このときも、手動制御及び半自動制御時と同様に、制御棒操作監視系33が制御棒操作を監視している。制御棒操作監視系33は、「規準を満足しない」と判定した場合には、制御棒駆動制御装置6に制御棒操作停止信号を出力する。また、中性子束検出器及びプロセス計算機を含む原子炉状態監視系34が出力制御装置40に接続されている。原子炉状態監視系34は、制御棒駆動制御装置6の自動モードの制御が不適切と判断した場合には、制御棒駆動制御装置6を自動制御モードから手動制御モードに切り替える機能を有する。
【0022】
給水温度制御装置31及びタービン制御装置30は、図2に示すように、手動制御モード及び自動制御モードの各制御モードを有し、これらの制御モードをOFFにする機能も有する。
【0023】
従来技術では原子炉起動時に給水温度を制御していないが、それは本実施例における給水温度制御装置31の機能をOFFにした場合と同じことになる。給水温度制御装置31の機能をOFFにすると、原子炉1に供給される給水は、タービン制御装置30で制御されたタービン流量及びタービンバイパス流量に基づいて給水加熱器で加熱され、熱バランスから求まる温度となる。
【0024】
図3は、給水温度制御装置31の制御ロジックの一例を示したものである。給水温度制御装置31は、進み補償回路92,加算器93,上下限リミッタ94,進み遅れ補償回路95,変換器96及び上下限リミッタ94を有する。給水温度設定値(目標値)が入力部41から出力制御装置40に入力される。出力制御装置40は給水温度目標値50を給水温度制御装置31に出力する。給水温度制御装置31は、温度計測器22で計測された給水温度計測値52を入力する。給水温度制御装置31は、進み補償回路92で給水温度計測値52に計測遅れ時間の補償を行って得られた信号と、給水温度目標値50との偏差信号を加算器93にて得る。この偏差信号は、上下限リミッタ94を通過し、進み遅れ補償回路95で補償されて変換器96で抽気流量制御弁開度信号98に変換される。抽気流量制御弁開度信号98に基づいて、抽気流量調整弁11の開度が制御される。手動制御の場合には、給水温度目標値50は、運転員によって入力部41から入力されて出力制御装置40に設定される。自動制御の場合には、出力制御装置40が、組み込まれた給水温度制御ロジックにより、目標発電機出力に対応した給水温度目標値50を計算して求め、この給水温度目標値50を給水温度制御装置31に出力する。自動制御の場合には、出力制御装置40は、出力部43に計算で得られた給水温度目標値50を出力する。この給水温度目標値50は出力部43の表示装置に表示される。手動制御時において、運転員は、自動制御時の給水温度目標値50を参考として給水温度目標値を入力することが可能である。本実施例は、そのような給水温度制御を実施する場合において、出力制御装置40が、給水温度を指標とし、さらに手動制御及び自動制御で同じ指標(給水温度目標値)で原子炉出力を制御するので、運転員にとって、例えば、抽気流量調整弁開度を指標とするよりも、自然循環炉の運転を容易に行える利点を有する。
【0025】
本実施例における原子炉起動時での給水温度制御を、図4を用いて説明する。図4において、横軸は原子炉1において発生する主蒸気流量(%)でほぼ原子炉出力(%)に対応し、縦軸は定格出力時の給水温度を規準とした規格された給水温度である。沸騰水型原子炉の定格圧力(約7MPa)の飽和温度は約287℃であり、定格出力時の給水温度はプラント毎に異なるが180℃から220℃程度である。原子炉起動時とは、原子炉出力を0%から100%(定格出力)まで上昇させる原子炉の運転である。
【0026】
点a,b,c,dを通る点線80は、熱バランスから決まる給水温度制御を実施しない従来の起動時での主蒸気流量と給水温度の概略特性を示している。発電機で電気出力を発生する発電機出力制御領域では、給水温度は主蒸気流量の増加、すなわち原子炉出力増加に伴って増加する。したがって起動時に原子炉出力を増加させていくと、給水温度は点a→点b→点c→点dのように変化し、定格出力で最高温度に達する。一方、本実施例では、原子炉起動時における給水温度を点a,e,f,g,dを通る実線81のように制御し、制御棒で出力を制御する発電機出力領域(出力約85%以下)では、給水温度を定格出力時の給水温度より高くかつ飽和温度以下に制御する。点g以降は制御棒の操作を停止し、給水温度を低下させ炉心のボイド率を減少させることによって原子炉出力を増加させることができる。原子炉の起動時に給水温度制御を実施すると、炉心流量制御と同様に炉心全体のボイド率が変化するので、制御棒制御と異なり出力を増加させた時に局所的な径方向出力分布や軸方向出力分布の変化が少ない。この結果、制御棒操作時に懸念される限界出力や最大線出力密度等の制約によって起動途中で制御棒操作ができなくなることがなくなり、原子炉起動時間の短縮,稼働率の向上が図れる。
【0027】
従来の強制循環型沸騰水炉では、給水温度を高くすると再循環ポンプ及びインターナルポンプの回転翼部分でキャビテーションが発生しやすくなり、ポンプ効率が低下したり、回転翼の健全性を損なうおそれがあった。自然循環型沸騰水炉には再循環ポンプ及びインターナルポンプ等の強制循環機器がないので上記キャビテーションの制約に縛られることなく給水温度を高く制御できる。
【0028】
本実施例の上記した例では発電機出力制御領域初期(点a:原子炉出力約10%)から給水温度を制御したが、本実施例において点a,b,c,f,g,dで示した線82のような給水温度制御も可能である。この給水温度制御では発電機出力制御における制御棒操作の途中(点c)までは給水温度制御をOFFにし、点cで一旦制御棒操作を停止して給水温度制御を実施して給水温度を高くし(点f)、再び制御棒操作を開始して点gに至る。点gからは制御棒操作を停止し、給水温度を低下させて定格出力(点d)に到達させる。このように、本実施例では、制御棒制御と独立して給水温度制御を行い、原子炉出力を制御することができる。
【0029】
出力制御装置40は、自動制御モードが設定されたとき、点a,e,f,g,dを通る実線81で示された給水温度目標値50を給水温度制御装置31に出力する。給水温度制御装置31は、原子炉の起動時において、図4に示すその給水温度目標値50と給水温度計測値52とに基づいて作成した抽気流量制御弁開度信号98により、抽気流量調整弁
11の開度を制御する。これにより、原子炉起動時における給水温度は、点a→点e→点f→点g→点dのように変化する。また、出力制御装置40は、入力部41からの入力情報に基づいて手動制御モードが設定されたとき、運転員が入力部41から入力した点a,b,c,f,g,d(実線82)の情報に基づいて給水温度目標値50を給水温度制御装置31に出力する。これにより、線82で示す給水温度制御を実現できる。出力制御装置40は、出力制御装置40のメモリ(図示せず)に実線81の各点a,e,f,g,dで示される給水温度目標値(または実線82の各点a,b,c,f,g,dで示される給水温度目標値)50を記憶しており、自動制御モードが設定されたときにそれらの給水温度目標値50をメモリから読み出して給水温度制御装置31に出力するようにしてもよい。
【0030】
出力制御装置40に組み込まれた原子炉出力制御の手動制御モード及び自動制御モードの構成の一例を、図5を用いて説明する。発電機出力はタービン制御装置によって制御されるが、原子炉出力制御は制御棒及び給水温度の制御によって行われる。手動制御モードには、制御棒制御モードと給水温度制御モードがあり、運転員は入力部41からそれらの制御モードを選択できる。手動制御モードにおいて、制御棒制御モードが選択された場合には運転員が入力部41より出力制御装置40に操作制御棒位置及び操作タイミングの各情報を入力する。制御棒駆動制御装置6は、出力制御装置40からそれらの情報に基づいて該当する制御棒の操作を行う。手動制御モードにおいて、給水温度制御モードが選択された場合には運転員が入力部41より出力制御装置40に給水温度目標値を入力する。給水温度制御装置31は、出力制御装置40からその目標値に基づいて給水温度制御を行う。
【0031】
出力制御装置40での原子炉出力制御の自動制御モードは、図5に示した、機能の異なる6モードを含んでいる。臨界制御モードは、出力制御装置40からの指令に基づいて制御棒駆動制御装置6が、制御棒全挿入状態から臨界までの制御棒引き抜き操作を自動的に実施するモードである。原子炉ペリオドが許容値以下になるように制御棒が操作される。このモードでの原子炉出力は非常に低レベルである。昇温昇圧制御モードは、出力制御装置40からの指令に基づいて制御棒駆動制御装置6が、臨界から定格圧力到達までの制御棒引き抜き操作を自動的に実施するモードである。炉水温度変化率が目標変化率に一致するように制御棒の引き抜き操作が行われる。そのモードにおける原子炉出力は、通常、定格出力の3%以下である。原子炉出力制御モードは、出力制御装置40からの指令に基づいて制御棒駆動制御装置6が、制御棒4を引き抜いて定格圧力到達後に発電機を併入するまで原子炉出力を増加させるモードである。原子炉熱出力変化率が目標値に一致するように制御棒4の引き抜き操作を行う。このモードにおける原子炉出力は定格出力の約10%以下である。発電機出力制御棒制御モードは、発電機併入後、発電機出力変化率が目標値に一致するように制御棒駆動制御装置6により制御棒4の引き抜き操作を行うモードである。未臨界制御モードは、制御棒駆動制御装置6によって出力運転状態から制御棒4を挿入し、原子炉を未臨界にするモードである。以上のモードは、全て、制御棒操作で原子炉出力を制御する。
【0032】
発電機出力給水温度制御モードは、発電機出力計測値63に基づいた給水温度制御によって原子炉出力を自動的に制御するモードである。出力制御装置40が発電機出力給水温度制御モードを有していることが本実施例の特徴の一つである。給水温度制御装置31及び制御棒駆動制御装置6はそれぞれ独立に機能するので、例えば、制御棒操作を自動制御モードで実施しているときに給水温度制御を手動モードで行うことも可能である。
【0033】
上記した発電機出力給水温度制御モードにおいて給水温度制御装置31で用いられる給水温度目標値50を発電機出力目標値100及び発電機出力計測値63に基づいて作成するロジックの一例を、図6を用いて説明する。このロジックは、出力制御装置40に組み込まれている。出力制御装置40は、発電機出力給水温度制御モードでの給水温度目標値50を作成する構成として、図6に示すように、加算器102,上下限リミッタ103,比例回路104,積分回路105,変換器106及び上下限リミッタ107を有する。出力制御装置40は、発電機出力目標値100と発電機出力計測値101との偏差信号を加算器102で得る。この偏差信号は、上下限リミッタ103を通過し、比例回路104及び積分回路105にそれぞれ入力される。比例回路104及び積分回路105の各出力信号に基づいて変換器106により給水温度目標値50が作成される。給水温度制御装置
31は、この給水温度目標値50を用いて発電機出力給水温度制御モードでの給水温度制御を行う。図6の制御ロジックを出力制御装置40に組み込むことによって、手動制御モードでも自動制御モードでも、同じ給水温度制御装置31で給水温度制御を行うことができる。また、制御棒制御モードと給水温度制御モードのいずれでも、原子炉出力を手動で制御する場合と自動で制御する場合の制御指標が同じであるため、運転員が原子炉を運転しやすい利点を有する。
【0034】
本実施例によれば、原子炉出力を定格出力(設定出力)まで上昇させる原子炉起動時の一部の期間において、原子炉1に供給する給水の第1温度(例えば、点e,f,gでの給水温度)を、定格出力時で原子炉1に供給する給水の第2温度(例えば、点dでの給水温度)よりも高くなるように制御しているので、原子炉出力を定格出力まで上昇させる原子炉起動時の期間を短縮することができる。特に、自然循環型沸騰水型原子炉では、炉心2に冷却材を供給するポンプが設けられていないため、給水温度を高く制御できる。
【0035】
また、本実施例では、原子炉起動時において制御棒操作を停止した後に、給水の第1温度を第2温度まで減少させるため、原子炉1に供給される給水の温度低下により炉心2内のボイドがつぶれ、原子炉出力を増加させることができる。
【0036】
本発明によれば、原子力発電プラントの出力制御装置の一機能として、給水温度目標値を入力して給水温度を制御する手段を設けることで、自然循環型沸騰水炉を短時間で起動することができ、経済性を向上できる。出力制御装置から給水温度目標値を入力する本発明の方法は、原子炉出力を手動で制御する場合と自動で制御する場合の制御指標が同じであるため、運転員が原子炉を運転しやすい利点をもつ。
(実施例2)
以上の実施例は、自然循環型沸騰水炉を対象としたが、本発明は強制循環型沸騰水型原子炉に適用することも可能である。
【0037】
本発明の他の実施例である原子炉出力制御装置を備えた強制循環型沸騰水型原子炉発電システムを、図7を用いて説明する。本実施例において、図1に示す実施例と同じ構成には同じ符号を付している。強制循環型沸騰水炉発電システムは、原子炉1に冷却材を強制循環させるインターナルポンプ70が設けられている点で、図1に示す自然循環型沸騰水炉発電システムと異なっている。本実施例の原子炉出力制御装置は、インターナルポンプ70の回転数を制御する炉心流量制御装置71を図1に示す原子炉出力制御装置に付加した構成を有する。インターナルポンプ70の回転数を制御することによって、炉心2に供給する炉心流量を制御できる。この原子炉出力制御装置は、出力制御装置40,制御棒駆動制御装置6,タービン制御装置30及び給水温度制御装置31も含んでいる。炉心流量制御装置71は出力制御装置40に接続される。
【0038】
出力制御装置40は、入力部41から手動制御モード及び自動制御モードの区分情報、及び炉心流量設定値72を入力される。出力制御装置40は、炉心流量制御装置71に炉心流量設定値72を出力する。炉心流量制御装置71は、炉心流量設定値72に基づいてインターナルポンプ70の回転数を制御する。
【0039】
本実施例においては、原子炉起動時の原子炉出力制御には制御棒制御及び再循環流量制御を使用する。原子炉起動時には給水温度制御装置31はOFFになっている。給水温度制御装置31は、燃焼反応度の補償に利用される。原子炉は燃料集合体内の核分裂性物質の燃焼がすすむと反応度が低下し、制御棒4を引き抜くか、炉心ボイド率を低下させて減少した反応度を補償する必要がある。本実施例では、燃焼反応度の補償を炉心流量制御装置71及び給水温度制御装置31の制御により実施する。具体的には、炉心流量制御装置71によって炉心流量を増加させるとともに、給水温度制御装置31によって給水温度を通常運転時より低下させる。このとき、給水温度制御装置31は、出力制御装置40から給水温度目標値を入力し、この給水温度目標値を実現するように抽気流量制御弁11の開度を制御する。この制御によって、原子炉出力を制御する。
【0040】
本実施例に設けられた出力制御装置40に組み込まれた原子炉出力制御の手動制御モード及び自動制御モードの一例を、図8を用いて説明する。これらの制御モードは、図1の実施例における図5に示す制御モードに、手動制御モードとして炉心流量制御モードを、自動出力制御モードとして発電機出力流量制御モードを、それぞれ付加したものである。制御棒,給水温度及び炉心流量は、それぞれ独立した制御装置で制御しているため、各々独立に制御できる。
【0041】
本実施例では、起動操作時以降の運転期間中における反応度制御を、炉心流量制御及び給水温度制御によって行うので、制御棒操作が減少もしくは不要となり燃料経済性を向上できる。また、制御棒操作を実施する場合でも、炉心流量制御及び給水温度制御を組み合わせることで制御できる反応度が増加し、燃料の取り出し燃焼度を増加させたり、原子炉出力を増加させたりして燃料経済性を向上させることができる。この出力制御装置においても、原子炉出力を手動で制御する場合と自動で制御する場合の制御指標が同じであるため、運転員が原子炉を運転しやすい利点を有する。
【0042】
本実施例は、前述した実施例と同様に、原子炉出力を定格出力まで上昇させる原子炉起動時の期間を短縮することができる。また、本実施例は、強制循環型沸騰水炉に対して、原子炉出力を定格出力まで上昇させる原子炉起動時の一部の期間において、給水の第1温度を、給水の第2温度よりも高くなるように制御しているので、運転期間中の制御棒制御を低減あるいは不要として、燃料経済性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】本発明の好適な一実施例である原子炉出力制御装置を含む自然循環型沸騰水型原子炉発電システムの構成図である。
【図2】図1に示す原子炉出力制御装置の構成図である。
【図3】図1に示す給水温度制御装置の制御ロジックの一例を示す説明図である。
【図4】図1に示す原子炉出力制御装置による原子炉起動時における給水温度制御を示す説明図である。
【図5】図1に示す出力制御装置の手動制御モード及び自動制御モードの具体例を示す説明図である。
【図6】図1に示す出力制御装置で用いる制御ロジックの一つで発電機出力給水温度制御モードにおける給水温度目標値を作成する制御ロジックの一例を示す説明図である。
【図7】本発明の他の実施例である原子炉出力制御装置を含む強制循環型沸騰水型原子炉発電システムの構成図である。
【図8】図7に示す出力制御装置の手動制御モード及び自動制御モードの具体例を示す説明図である。
【符号の説明】
【0044】
1…原子炉、2…炉心、3…中性子束検出器、4…制御棒、5…制御棒駆動装置、6…制御棒駆動制御装置、10…主蒸気配管、11…抽気流量調整弁、12…タービン蒸気流量調整弁、13…蒸気流量検出器、14…高圧タービン、15…低圧タービン、16…発電機、17…復水器、18…低圧給水加熱器、20…高圧給水加熱器、21…圧力検出器、22…温度計測器、23…給水配管、24〜26…抽気管、27…タービンバイパス弁、30…タービン制御装置、31…給水温度制御装置、40…出力制御装置、41…入力部、43…出力部、45…制御棒操作開始指令、48…操作完了信号、50…給水温度制御目標値、51…抽気流量弁開度信号、52…給水温度計測値、53…給水温度情報、
60…負荷設定値、61…開度情報,主蒸気流量調整弁開度信号および流量信号、62…圧力信号、63…発電機出力計測値、70…インターナルポンプ、71…炉心流量制御装置、72…炉心流量設定値。




 

 


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