JP4038142B2 - 原子炉出力制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、再循環流量制御装置にて再循環ポンプ回転速度指令を出力し再循環流量を変化させることで原子炉出力を制御する原子炉出力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来における原子炉発電所では、図７に示すように原子炉１から発生した蒸気を主蒸気配管３からタービン発電機５へ送りタービンの回転動力として使用した後、復水器７にて水に戻し、この水を給水配管６を通して給水過熱器８にて昇温した後、給水ポンプ９にて原子炉１内に給水流量として戻すようにしており、原子炉１内では、原子炉水位が一定になるように給水制御装置によってこの給水流量を調整しているため、定常運転中、流出する蒸気流量と流入する給水流量は等しくなっている。
【０００３】
この蒸気流量を調整するタービン制御装置１２は、図８に示すように原子炉圧力制御とタービン速度／負荷制御に分かれ、前者の原子炉圧力制御は、タービン入口圧力（または原子炉ドーム圧力）Ｓ４と圧力設定値Ｓ１１の偏差に応じた全蒸気流量要求信号Ｓ１３を出力している。一方、後者のタービン速度／負荷制御は、負荷設定器２３による負荷設定値Ｓ５にタービン速度制御器２０によるタービン速度偏差を足した値をタービン速度／負荷指令Ｓ１４として出力している。沸騰水型原子力発電所では原子炉圧力の増加に対して正の反応性をもつ特性があるため、タービン速度／負荷信号Ｓ１４に＋１０％のバイアスを加えた後、全蒸気流量要求信号Ｓ１３とタービン速度／負荷信号Ｓ１４を比較し低い値を蒸気加減弁開度指令Ｓ１６として出力する低値優先回路２２を有し、通常運転中は全蒸気流量要求信号Ｓ１３を蒸気加減弁開度指令Ｓ１６として出力する圧力制御優先方式を採用している。従って、通常は原子炉圧力に応じた全蒸気流量要求信号Ｓ１３が蒸気加減弁開度指令Ｓ１６として出力されるため、タービン側の要求する蒸気流量を得るためにタービン制御装置２では、タービン速度／負荷指令信号Ｓ１４から全蒸気流量要求信号Ｓ１３を引いた値を負荷要求偏差信号Ｓ７として原子炉再循環流量制御装置１３へ出力している。この原子炉再循環流量制御装置１３では、図７に示すように負荷要求偏差信号Ｓ７を入力として再循環ポンプ１１の速度の調整を行い原子炉出力（原子炉圧力）を調整するため、通常運転中、タービン制御装置１２および原子炉再循環流量制御装置１３により負荷要求偏差信号Ｓ７はゼロになるよう制御されている。このような原子力発電所では、タービン制御装置１２における負荷設定を変化させることで適当な原子炉出力を得ることができるため、負荷設定を調整することにより原子炉出力制御を行っている（例えば、特許文献１および特許文献２を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６１−２１８９９６号公報
【特許文献２】
特開平８−１２９０９８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の原子力発電所では、プラント運転中には規定の熱出力上限値４１を超えないように、また、このとき余り低い値に熱出力を調整して原子力発電所の発電効率を低下させることにならないように運転制御する必要があるが、この運転制御は運転員が中央制御室に表示される原子炉熱出力を監視しながら、図９に示したように熱出力４０が規定の熱出力上限値４１以上にならないように、かつ、発電効率が悪くなるほど下げすぎないように常に監視しながら行わなければならず、非常に微細な負荷設定の調整であるために運転員の負担を増加させていた。また、図９に示すように実際のプラント運転状態で熱出力４０は定常的なゆらぎをもっており、こうしたゆらぎによる熱出力の変動にも考慮した監視および制御操作が必要であり、運転員の負担軽減の観点から改善されるべきものといえる。しかも、運転員は通常プロセス計算機による熱出力計算結果をもとに熱出力を監視し、適宜調整を行っているが、プロセス計算機がダウンした場合、熱出力を監視した運転ができなくなり中性子束等の他のパラメータを指標にした運転を余儀なくされ安全な運転を行うことが困難になる可能性がある。
【０００６】
本発明の目的は、運転員の負担を軽減して負荷設定値を適宜調整して効率よく原子炉熱出力を得るようにした原子炉出力制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、原子炉の圧力および発電機タービンの制御を行うタービン制御装置と、上記原子炉の再循環流量を制御する再循環流量制御装置から構成され、通常運転中、原子炉出力は上記タービン制御装置における負荷設定値と全蒸気流量信号の偏差を再循環流量制御装置に出力し、この再循環流量制御装置にて再循環ポンプ回転速度指令を出力し再循環流量を変化させることで原子炉出力を制御する原子炉出力制御装置において、上記原子炉の熱出力と熱出力設定値の偏差に応じた負荷設定値変更指令を上記タービン制御装置へ出力し負荷設定値を変化させることにより上記原子炉の熱出力を変化させる熱出力変更手段と、上記原子炉の熱出力が少なくとも熱出力上限値を超えたとき負荷設定値を減少させる負荷設定値変更指令を上記タービン制御装置へ出力する熱出力調整手段とを有する熱出力制御装置を設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明による原子炉出力制御装置は、従来のように運転員が中央制御室に表示される原子炉熱出力を監視しながら操作することなく、熱出力制御装置の熱出力変更手段によってプラント運転中に熱出力を所定の範囲に制御することができ、しかも、実際のプラント運転状態で熱出力が定常的なゆらぎによって熱出力上限値を越えると、熱出力調整手段によって優先的に負荷設定値を下げるようにするため、発電効率の高い状態で負荷設定値を制御することができ、運転員の負担を軽減して負荷設定値を適宜調整して効率よく原子炉熱出力を得ることができる。
【０００９】
また請求項２に記載の本発明は、請求項１記載のものにおいて、上記熱出力制御装置は、上記熱出力調整手段の負荷設定値変更指令を熱出力変更手段に優先する優先回路を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の本発明による原子炉出力制御装置は、熱出力調整手段および熱出力変更手段から同時に負荷設定値変更指令が与えられたとき、優先回路は熱出力調整手段の負荷設定値変更指令を優先するため、熱出力上限値を逸脱することなく発電効率の高い状態で負荷設定値を制御することができ、運転員の負担を軽減して負荷設定値を適宜調整して効率よく原子炉熱出力を得ることができる。
【００１１】
また請求項３に記載の本発明は、請求項１記載のものにおいて、上記熱出力調整手段は、上記原子炉の熱出力が熱出力上限値を超えたとき負荷設定値を減少させる負荷設定値変更指令を、また上記原子炉の熱出力が熱出力下限値を超えたとき負荷設定値を増加させる負荷設定値変更指令を上記タービン制御装置へ出力するように構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の本発明による原子炉出力制御装置は、実際のプラント運転状態で熱出力が定常的なゆらぎによって熱出力上限値を越えると、熱出力調整手段によって優先的に負荷設定値を下げるようにし、また定常的なゆらぎによって熱出力下限値を下回ると、熱出力調整手段によって優先的に負荷設定値を上げるため、発電効率の高い状態で負荷設定値を制御することができ、運転員の負担を軽減して負荷設定値を適宜調整して効率よく原子炉熱出力を得ることができる。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を適用する原子炉発電所の系統を示すブロック構成図である。原子力発電所の通常運転時において、原子炉１内の炉心２で加圧された冷却水は蒸気となり、この蒸気は、原子炉１から吐出され主蒸気配管３を通ってタービン５に送られる。タービン５に流入する蒸気流量は、タービン５の入口に設置したタービン蒸気加減弁４の開度を制御することによって調整している。原子炉１から発生した蒸気は、主蒸気配管３を通りタービン５へ送られ発電機６の回転動力として使用された後、復水器７にて水に戻される。その後、戻された水は、給水配管３ａを通り給水加熱器８にて昇温された後、給水ポンプ９にて原子炉１内に給水流量として戻される。原子炉１内では、原子炉水位が一定になるように給水制御装置によってこの給水流量を調整しており、定常運転中、流出する蒸気流量と流入する給水流量は等しくなっている。
【００１６】
図２は、タービン制御装置１２の具体構成を示す構成図である。
タービン制御装置（ＥＨＣ）１２は、原子炉圧力を制御する圧力調整器２１と、タービン速度を制御するタービン速度制御器２０を有している。前者の圧力調整器２１では、圧力設定値Ｓ１１とタービン入口圧力Ｓ４との偏差に一定値の圧力調定率Ｋ１を乗じ、全蒸気流量要求信号Ｓ１３を演算する比例制御となっており（Ｓ１３＝Ｋ１（Ｓ４−Ｓ１１））、例えばタービン入口圧力Ｓ４が上昇し偏差が大きくなると全蒸気流量要求信号Ｓ１３が大きくなる。一方、後者のタービン速度制御器２０では、速度設定値Ｓ１２とタービン速度Ｓ８の偏差に一定値の速度調定率Ｋ２を乗じたものと、負荷設定値Ｓ１５との偏差をタービン負荷要求信号Ｓ１４として出力しており（Ｓ１４＝Ｓ１５＋Ｋ２（Ｓ１２−Ｓ８））、例えばタービン速度Ｓ８が上昇し偏差が大きくなるとタービン負荷要求信号Ｓ１４が小さくなる。
【００１７】
タービン蒸気加減弁４は、全蒸気流量要求信号Ｓ１３とタービン負荷要求信号Ｓ１４とを低値優先回路ＬＶＧ２２で比較した小さい方の信号、つまりタービン蒸気加減弁開度指令信号Ｓ１６により制御されている。沸騰水型原子力発電所の場合、負荷設定は全蒸気流量要求信号Ｓ１３よりも＋１０％高い値に設定されているため、タービン速度Ｓ８が大きく上昇しない限り、通常運転中は圧力制御が優先されてタービン蒸気加減弁４を制御している。また、タービン負荷要求信号Ｓ１４は、全蒸気流量要求信号Ｓ１３および１０％を減算した信号を負荷偏差要求信号Ｓ７として原子炉再循環流量制御装置１３に送っている。
【００１８】
タービンバイパス弁は、全蒸気流量要求信号Ｓ１３とタービン蒸気加減弁開度指令信号Ｓ１６との偏差からバイアス分を減算した信号、つまりタービンバイパス弁開度指令信号Ｓ１７で制御される。このため、全蒸気流量要求信号Ｓ１３よりもタービン負荷要求信号Ｓ１４が小さくなった場合で、さらに全蒸気流量要求信号Ｓ１３とタービン蒸気加減弁開度指令信号Ｓ１６の偏差がバイアス以上の値になった場合（タービンバイパス弁開度指令信号Ｓ１７が正の値となる場合）にタービンバイパス弁が開かれることになる。
【００１９】
図３は、原子炉再循環流量制御装置１３の具体構成を示す構成図である。
原子炉再循環流量制御装置１３では、タービン制御装置１２の負荷要求偏差信号Ｓ７で再循環ポンプ１１を制御する自動モード運転と、原子炉再循環流量制御装置１３内で予め設定した一定値で再循環ポンプ１１を制御する手動モード運転とがある。
【００２０】
前者の自動モード運転の場合、自動／手動操作器２７は図示の状態で主制御器２５に負荷偏差要求信号Ｓ７が入力され、主制御器２５にて比例積分演算が行われた後に再循環ポンプ速度要求信号Ｓ２１として出力される。速度制御器２８には、主制御器２５より出力され手動／自動切替器２７を通った再循環ポンプ速度要求信号Ｓ２１と、再循環ポンプ速度信号Ｓ２２との偏差が入力され、この信号に比例積分演算を行い再循環ポンプ電源装置指令信号Ｓ２４が再循環ポンプモータ１０に出力される。これを受信した再循環ポンプモータ１０では、再循環ポンプ電源装置指令信号Ｓ２４によりモータの回転数を制御して再循環ポンプ１１の回転数を変え、それにより炉心流量を変化させる。炉心流量の変化は原子炉出力の変化となり、結果としてタービン入口圧力Ｓ４の変化となる。
【００２１】
一方、後者の手動モード運転の場合、タービン制御装置１２の負荷設定を例えば１１０％とすることにより、原子炉出力は常に１００％に自動的に制御される。
【００２２】
図４は、熱出力制御装置１４の具体構成を示す構成図である。
熱出力制御装置１４は、熱出力を計算する熱出力算出部４３と熱出力制御部４４を有している。この熱出力算出部４３では、給水流量Ｓ１、給水温度Ｓ２および主蒸気温度Ｓ３が入力され、熱出力Ｓ３１を算出し、この算出した熱出力Ｓ３１を熱出力制御部４４に入力する。ここで、熱出力をＰＲ、給水流量をＷＦＷ、主蒸気流量をＷＳ（ＷＦＷ＝ＷＳと仮定）給水エンタルピをｈＦＷ、主蒸気エンタルピをｈＳ、原子炉へのその他の搬入熱量（δ＜０）および損失熱量（δ＞０）の合計をδとすると、熱出力算出部４３は熱出力ＰＲを数式１のように算出する。
【数１】
【００２３】
図５は、熱出力制御部４４の具体構成を示す構成図である。
熱出力制御部４４は、熱出力変更手段４７と、熱出力調整手段４６と、優先回路４８とを有している。熱出力変更手段４７からの出力信号Ｓ５７と、熱出力調整手段４６からの出力信号Ｓ５６は、それぞれ優先回路４８に入力されて負荷設定値変更指令Ｓ５を出力するが、両手段４６，４７からの出力信号Ｓ５６，Ｓ５７が同時に出力されたとき、優先回路４８は熱出力調整手段４６からの出力信号Ｓ５６を優先するように構成している。
【００２４】
熱出力変更手段４７は、熱出力設定値Ｓ４１を換算関数３１により負荷設定換算信号Ｓ４６に換算する機能と、熱出力設定値Ｓ４１と熱出力信号Ｓ３１の偏差をとった熱出力偏差信号Ｓ４４を比例積分器３０に入力し、負荷設定補正信号Ｓ４５を出力する機能とを有している。その後、負荷設定換算信号Ｓ４６と負荷設定補正信号Ｓ４５を加算して負荷設定要求信号Ｓ４７を出力し、タービン制御装置１２における負荷設定信号Ｓ１５との偏差をとり負荷設定偏差信号Ｓ４８として第一ヒステリシス上下限リミッタ３５に入力するようにしている。第一ヒステリシス上下限リミッタ３５は、ある値以上の入力値、すなわち上下限値を超えるような負荷設定偏差信号Ｓ４８が入力された場合、ある一定の出力信号Ｓ５７を出力する機能を有しており、これによって図１０に示した熱出力上限値４１および熱出力下限値４５間に位置した負荷設定値４２を出力するように構成している。
【００２５】
一方、熱出力調整手段４６では、熱出力信号Ｓ３１と熱出力上限値Ｓ ４２ の偏差をとり上下限リミッタ３２を通った偏差信号Ｓ４９が第二ヒステリシス上下限リミッタ３６に入力され、偏差信号Ｓ４９がある値、つまり後述する図１０に示した熱出力上限値４１よりも大きくなり、偏差信号Ｓ ４９ が第二ヒステリシス上下限リミッタ３６の下限値を下回った場合、第二ヒステリシス上下限リミッタ３６からタービン制御装置１２へ負荷設定値を減少する指令である出力信号Ｓ５６を出力する。また、熱出力信号Ｓ３１と熱出力下限値Ｓ４３の偏差をとり、上下限リミッタ３３を通った偏差信号Ｓ５０が第二ヒステリシス上下限リミッタ３６に入力され、偏差信号Ｓ５０がある値、つまり後述する図１０に示した熱出力下限値４５よりも小さくなった場合、第二ヒステリシス上下限リミッタ３６からタービン制御装置へ負荷設定値Ｓ１５を増加する指令である出力信号Ｓ５６を出力する。このときの出力信号Ｓ５７，Ｓ５６は、上述したように優先回路４８によって熱出力調整手段４６からの出力信号Ｓ ５６ が優先して出力される。
【００２６】
熱出力変更手段４７および熱出力調整手段４６からの負荷設定値増減指令である出力信号Ｓ５７，Ｓ５６は、図７に例示した高値選択回路４９と定値選択回路５０を有する優先回路４８へ入力される。この熱出力調整手段４６からの出力信号Ｓ５６と熱出力変更手段４７からの出力信号Ｓ５７とは、それぞれパルス幅ａ，ｂ（ａ＞ｂ）となっており、これら両者の出力信号Ｓ５６，Ｓ５７が同時に優先回路４８に入力されると、優先回路４８は熱出力調整手段４６からの出力信号Ｓ５６を優先して負荷設定値変更指令Ｓ５として出力する。
【００２７】
このような熱出力制御部４４によれば、熱出力は規定の要求値Ｓ４１に従って制御を行い、何等かの原因で原子炉熱出力４０が変動した場合、熱出力変更手段４７は図６に示した熱出力上限値４１よりも例えば若干小さな所定の上限値と、熱出力下限値４５よりも例えば若干大きな所定の下限値の間で負荷設定値４２を制御するよう負荷設定値変更指令Ｓ５を出力する。
【００２８】
しかも、図６に示した原子炉熱出力４０の超過変動点４０ａのように定常的なゆらぎによって熱出力上限値４１を越えると、熱出力調整手段４６は、負荷設定値を減少させる偏差信号Ｓ４９を出力信号Ｓ５６として優先回路４８に入力し、この優先回路４８はこれを優先して負荷設定値変更指令Ｓ５として出力するため、負荷設定値４２は図６に示すように１ランク下げられ、これに伴って原子炉熱出力４０が熱出力上限値４１を越えないように低下させられる。また図６に示した原子炉熱出力４０の超過変動点４０ｂのように定常的なゆらぎによって熱出力下限値４５を越えると、熱出力調整手段４６は、負荷設定値４２を増加させる偏差信号Ｓ５０を出力信号Ｓ５６として優先回路４８に入力し、この優先回路４８はこれを優先して負荷設定値変更指令Ｓ５として出力するため、負荷設定値４２は図６に示すように１ランク上げられ、これに伴って原子炉熱出力４０が熱出力下限値４５を越えないように増加させられる。
【００２９】
このような原子炉出力制御装置によれば、従来のように運転員が中央制御室に表示される原子炉熱出力を監視しながら操作することなく、熱出力制御部４４の熱出力変更手段４７によってプラント運転中に熱出力を所定の範囲に制御することができる。しかも、実際のプラント運転状態で原子炉熱出力４０が定常的なゆらぎによって熱出力上限値４１を越えると、熱出力調整手段４６によって優先的に負荷設定値４２を下げるようにし、また定常的なゆらぎによって熱出力下限値４５を下回ると、熱出力調整手段４６によって優先的に負荷設定値４２を上げるようにしたため、発電効率の高い状態で負荷設定値を制御することができ、運転員の負担を軽減して負荷設定値を適宜調整して効率よく原子炉熱出力を得ることができる。
【００３０】
また、上述の実施の形態において熱出力制御部４４の熱出力変更手段４７は、熱出力上限値４１よりも少し小さな所定の上限値と熱出力下限値４５よりも少し大きな所定の下限値の間で負荷設定値変更指令を制御するようにしているため、図６に示したように原子炉熱出力が定常的な揺らぎのうち、変動幅が小さな揺らぎに対しては熱出力調整手段４６が作動することはなく、頻繁に負荷設定値を１ランク減少させて効率を下げるのを防止することができる。この熱出力変更手段４７における上限値および下限値は、この揺らぎを考慮して決定することができる。
【００３１】
また、上述した原子炉出力制御装置を原子力プラントに適用した場合、通常のプラント運転に使用する監視用の熱出力表示はプロセス計算機３７から出力された信号Ｓ５４を用いて行うが、プロセス計算機３７がダウン、または信号異常等の不具合が生じたとき、上述した熱出力制御装置１４において算出された熱出力値をそのまま熱出力値Ｓ５５として使用でき、熱出力監視のためのバックアップ装置としても使用することができる。さらに、熱出力制御装置１４にて使用されている給水流量信号Ｓ１は超音波式給水流量計３８によって計測された信号であり、従来の流量計と比較して精度が高く正確な流量を計測することが可能であるため、正確な熱出力信号を元にした熱出力制御を行うことができ、プラントおよびその運転の面での安全性を高めることができる。
【００３２】
尚、上述した実施の形態では、熱出力制御部４４の熱出力変更手段４７は、熱出力上限値４１よりも少し小さな所定の上限値と熱出力下限値４５よりも少し大きな所定の下限値の間で負荷設定値変更指令を制御し、また熱出力調整手段４６は、熱出力上限値４１および熱出力下限値４５によって制御するようにしたが、図１０に示した従来の熱出力の制御との比較から分かるように熱出力調整手段４６で熱出力上限値４１のみを監視し、この熱出力上限値４１を越えたときに熱出力調整手段４６を優先して負荷設定値を下げるようにすることもでき、この場合も従来に比べて発電効率の高い状態で負荷設定値を制御することができ、運転員の負担を軽減して負荷設定値を適宜調整して効率よく原子炉熱出力を得ることができる。また、上述の実施の形態において熱出力制御部４４の熱出力変更手段４７は、熱出力上限値４１よりも少し小さな所定の上限値と熱出力下限値４５よりも少し大きな所定の下限値の間で負荷設定値変更指令を制御する。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の原子炉出力制御装置によれば、熱出力制御部により原子炉熱出力を負荷設定値によって制御し、少なくとも熱出力上限値を超えたとき熱出力調整手段によって優先的に負荷設定値を下げることができ、熱出力上限値を逸脱することなく効率的なプラント運転を行うことができ、しかも運転員の負担を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による原子炉出力制御装置を示すブロック構成図である。
【図２】図１に示した原子炉出力制御装置におけるタービン制御装置を示す構成図である。
【図３】図１に示した原子炉出力制御装置における原子炉再循環流量制御装置を示す構成図である。
【図４】図１に示した原子炉出力制御装置における熱出力制御装置を示す構成図である。
【図５】図１に示した原子炉出力制御装置における熱出力制御部を示す構成図である。
【図６】図１に示した原子炉出力制御装置における熱出力変化を示す特性図である。
【図７】図５に示した熱出力制御部における優先回路を示す構成図である。
【図８】従来の原子炉出力制御装置を示すブロック構成図である。
【図９】図８に示した原子炉出力制御装置におけるタービン制御装置を示す構成図である。
【図１０】図８に示した原子炉出力制御装置における熱出力変化を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 原子炉
３ 主蒸気配管
１２ タービン制御装置
１３ 原子炉再循環流量制御装置
１４ 熱出力制御装置
１６ 蒸気温度計測器
３０ 比例積分器
３１ 換算関数
３２ 上下限リミッタ
３３ 上下限リミッタ
３５ 第一ヒステリシス上下限リミッタ
３６ 第二ヒステリシス上下限リミッタ
４３ 熱出力算出部
４４ 熱出力制御部
４６ 熱出力調整手段
４７ 熱出力変更手段
４８ 優先回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、再循環流量制御装置にて再循環ポンプ回転速度指令を出力し再循環流量を変化させることで原子炉出力を制御する原子炉出力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来における原子炉発電所では、図７に示すように原子炉１から発生した蒸気を主蒸気配管３からタービン発電機５へ送りタービンの回転動力として使用した後、復水器７にて水に戻し、この水を給水配管６を通して給水過熱器８にて昇温した後、給水ポンプ９にて原子炉１内に給水流量として戻すようにしており、原子炉１内では、原子炉水位が一定になるように給水制御装置によってこの給水流量を調整しているため、定常運転中、流出する蒸気流量と流入する給水流量は等しくなっている。
【０００３】
この蒸気流量を調整するタービン制御装置１２は、図８に示すように原子炉圧力制御とタービン速度／負荷制御に分かれ、前者の原子炉圧力制御は、タービン入口圧力（または原子炉ドーム圧力）Ｓ４と圧力設定値Ｓ１１の偏差に応じた全蒸気流量要求信号Ｓ１３を出力している。一方、後者のタービン速度／負荷制御は、負荷設定器２３による負荷設定値Ｓ５にタービン速度制御器２０によるタービン速度偏差を足した値をタービン速度／負荷指令Ｓ１４として出力している。沸騰水型原子力発電所では原子炉圧力の増加に対して正の反応性をもつ特性があるため、タービン速度／負荷信号Ｓ１４に＋１０％のバイアスを加えた後、全蒸気流量要求信号Ｓ１３とタービン速度／負荷信号Ｓ１４を比較し低い値を蒸気加減弁開度指令Ｓ１６として出力する低値優先回路２２を有し、通常運転中は全蒸気流量要求信号Ｓ１３を蒸気加減弁開度指令Ｓ１６として出力する圧力制御優先方式を採用している。従って、通常は原子炉圧力に応じた全蒸気流量要求信号Ｓ１３が蒸気加減弁開度指令Ｓ１６として出力されるため、タービン側の要求する蒸気流量を得るためにタービン制御装置２では、タービン速度／負荷指令信号Ｓ１４から全蒸気流量要求信号Ｓ１３を引いた値を負荷要求偏差信号Ｓ７として原子炉再循環流量制御装置１３へ出力している。この原子炉再循環流量制御装置１３では、図７に示すように負荷要求偏差信号Ｓ７を入力として再循環ポンプ１１の速度の調整を行い原子炉出力（原子炉圧力）を調整するため、通常運転中、タービン制御装置１２および原子炉再循環流量制御装置１３により負荷要求偏差信号Ｓ７はゼロになるよう制御されている。このような原子力発電所では、タービン制御装置１２における負荷設定を変化させることで適当な原子炉出力を得ることができるため、負荷設定を調整することにより原子炉出力制御を行っている（例えば、特許文献１および特許文献２を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６１−２１８９９６号公報
【特許文献２】
特開平８−１２９０９８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の原子力発電所では、プラント運転中には規定の熱出力上限値４１を超えないように、また、このとき余り低い値に熱出力を調整して原子力発電所の発電効率を低下させることにならないように運転制御する必要があるが、この運転制御は運転員が中央制御室に表示される原子炉熱出力を監視しながら、図９に示したように熱出力４０が規定の熱出力上限値４１以上にならないように、かつ、発電効率が悪くなるほど下げすぎないように常に監視しながら行わなければならず、非常に微細な負荷設定の調整であるために運転員の負担を増加させていた。また、図９に示すように実際のプラント運転状態で熱出力４０は定常的なゆらぎをもっており、こうしたゆらぎによる熱出力の変動にも考慮した監視および制御操作が必要であり、運転員の負担軽減の観点から改善されるべきものといえる。しかも、運転員は通常プロセス計算機による熱出力計算結果をもとに熱出力を監視し、適宜調整を行っているが、プロセス計算機がダウンした場合、熱出力を監視した運転ができなくなり中性子束等の他のパラメータを指標にした運転を余儀なくされ安全な運転を行うことが困難になる可能性がある。
【０００６】
本発明の目的は、運転員の負担を軽減して負荷設定値を適宜調整して効率よく原子炉熱出力を得るようにした原子炉出力制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、原子炉の圧力および発電機タービンの制御を行うタービン制御装置と、上記原子炉の再循環流量を制御する再循環流量制御装置から構成され、通常運転中、原子炉出力は上記タービン制御装置における負荷設定値と全蒸気流量信号の偏差を再循環流量制御装置に出力し、この再循環流量制御装置にて再循環ポンプ回転速度指令を出力し再循環流量を変化させることで原子炉出力を制御する原子炉出力制御装置において、上記原子炉の熱出力と熱出力設定値の偏差に応じた負荷設定値変更指令を上記タービン制御装置へ出力し負荷設定値を変化させることにより上記原子炉の熱出力を変化させる熱出力変更手段と、上記原子炉の熱出力が少なくとも熱出力上限値を超えたとき負荷設定値を減少させる負荷設定値変更指令を上記タービン制御装置へ出力する熱出力調整手段とを有する熱出力制御装置を設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明による原子炉出力制御装置は、従来のように運転員が中央制御室に表示される原子炉熱出力を監視しながら操作することなく、熱出力制御装置の熱出力変更手段によってプラント運転中に熱出力を所定の範囲に制御することができ、しかも、実際のプラント運転状態で熱出力が定常的なゆらぎによって熱出力上限値を越えると、熱出力調整手段によって優先的に負荷設定値を下げるようにするため、発電効率の高い状態で負荷設定値を制御することができ、運転員の負担を軽減して負荷設定値を適宜調整して効率よく原子炉熱出力を得ることができる。
【０００９】
また請求項２に記載の本発明は、請求項１記載のものにおいて、上記熱出力制御装置は、上記熱出力調整手段の負荷設定値変更指令を熱出力変更手段に優先する優先回路を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の本発明による原子炉出力制御装置は、熱出力調整手段および熱出力変更手段から同時に負荷設定値変更指令が与えられたとき、優先回路は熱出力調整手段の負荷設定値変更指令を優先するため、熱出力上限値を逸脱することなく発電効率の高い状態で負荷設定値を制御することができ、運転員の負担を軽減して負荷設定値を適宜調整して効率よく原子炉熱出力を得ることができる。
【００１１】
また請求項３に記載の本発明は、請求項１記載のものにおいて、上記熱出力調整手段は、上記原子炉の熱出力が熱出力上限値を超えたとき負荷設定値を減少させる負荷設定値変更指令を、また上記原子炉の熱出力が熱出力下限値を超えたとき負荷設定値を増加させる負荷設定値変更指令を上記タービン制御装置へ出力するように構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の本発明による原子炉出力制御装置は、実際のプラント運転状態で熱出力が定常的なゆらぎによって熱出力上限値を越えると、熱出力調整手段によって優先的に負荷設定値を下げるようにし、また定常的なゆらぎによって熱出力下限値を下回ると、熱出力調整手段によって優先的に負荷設定値を上げるため、発電効率の高い状態で負荷設定値を制御することができ、運転員の負担を軽減して負荷設定値を適宜調整して効率よく原子炉熱出力を得ることができる。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を適用する原子炉発電所の系統を示すブロック構成図である。原子力発電所の通常運転時において、原子炉１内の炉心２で加圧された冷却水は蒸気となり、この蒸気は、原子炉１から吐出され主蒸気配管３を通ってタービン５に送られる。タービン５に流入する蒸気流量は、タービン５の入口に設置したタービン蒸気加減弁４の開度を制御することによって調整している。原子炉１から発生した蒸気は、主蒸気配管３を通りタービン５へ送られ発電機６の回転動力として使用された後、復水器７にて水に戻される。その後、戻された水は、給水配管３ａを通り給水加熱器８にて昇温された後、給水ポンプ９にて原子炉１内に給水流量として戻される。原子炉１内では、原子炉水位が一定になるように給水制御装置によってこの給水流量を調整しており、定常運転中、流出する蒸気流量と流入する給水流量は等しくなっている。
【００１６】
図２は、タービン制御装置１２の具体構成を示す構成図である。
タービン制御装置（ＥＨＣ）１２は、原子炉圧力を制御する圧力調整器２１と、タービン速度を制御するタービン速度制御器２０を有している。前者の圧力調整器２１では、圧力設定値Ｓ１１とタービン入口圧力Ｓ４との偏差に一定値の圧力調定率Ｋ１を乗じ、全蒸気流量要求信号Ｓ１３を演算する比例制御となっており（Ｓ１３＝Ｋ１（Ｓ４−Ｓ１１））、例えばタービン入口圧力Ｓ４が上昇し偏差が大きくなると全蒸気流量要求信号Ｓ１３が大きくなる。一方、後者のタービン速度制御器２０では、速度設定値Ｓ１２とタービン速度Ｓ８の偏差に一定値の速度調定率Ｋ２を乗じたものと、負荷設定値Ｓ１５との偏差をタービン負荷要求信号Ｓ１４として出力しており（Ｓ１４＝Ｓ１５＋Ｋ２（Ｓ１２−Ｓ８））、例えばタービン速度Ｓ８が上昇し偏差が大きくなるとタービン負荷要求信号Ｓ１４が小さくなる。
【００１７】
タービン蒸気加減弁４は、全蒸気流量要求信号Ｓ１３とタービン負荷要求信号Ｓ１４とを低値優先回路ＬＶＧ２２で比較した小さい方の信号、つまりタービン蒸気加減弁開度指令信号Ｓ１６により制御されている。沸騰水型原子力発電所の場合、負荷設定は全蒸気流量要求信号Ｓ１３よりも＋１０％高い値に設定されているため、タービン速度Ｓ８が大きく上昇しない限り、通常運転中は圧力制御が優先されてタービン蒸気加減弁４を制御している。また、タービン負荷要求信号Ｓ１４は、全蒸気流量要求信号Ｓ１３および１０％を減算した信号を負荷偏差要求信号Ｓ７として原子炉再循環流量制御装置１３に送っている。
【００１８】
タービンバイパス弁は、全蒸気流量要求信号Ｓ１３とタービン蒸気加減弁開度指令信号Ｓ１６との偏差からバイアス分を減算した信号、つまりタービンバイパス弁開度指令信号Ｓ１７で制御される。このため、全蒸気流量要求信号Ｓ１３よりもタービン負荷要求信号Ｓ１４が小さくなった場合で、さらに全蒸気流量要求信号Ｓ１３とタービン蒸気加減弁開度指令信号Ｓ１６の偏差がバイアス以上の値になった場合（タービンバイパス弁開度指令信号Ｓ１７が正の値となる場合）にタービンバイパス弁が開かれることになる。
【００１９】
図３は、原子炉再循環流量制御装置１３の具体構成を示す構成図である。
原子炉再循環流量制御装置１３では、タービン制御装置１２の負荷要求偏差信号Ｓ７で再循環ポンプ１１を制御する自動モード運転と、原子炉再循環流量制御装置１３内で予め設定した一定値で再循環ポンプ１１を制御する手動モード運転とがある。
【００２０】
前者の自動モード運転の場合、自動／手動操作器２７は図示の状態で主制御器２５に負荷偏差要求信号Ｓ７が入力され、主制御器２５にて比例積分演算が行われた後に再循環ポンプ速度要求信号Ｓ２１として出力される。速度制御器２８には、主制御器２５より出力され手動／自動切替器２７を通った再循環ポンプ速度要求信号Ｓ２１と、再循環ポンプ速度信号Ｓ２２との偏差が入力され、この信号に比例積分演算を行い再循環ポンプ電源装置指令信号Ｓ２４が再循環ポンプモータ１０に出力される。これを受信した再循環ポンプモータ１０では、再循環ポンプ電源装置指令信号Ｓ２４によりモータの回転数を制御して再循環ポンプ１１の回転数を変え、それにより炉心流量を変化させる。炉心流量の変化は原子炉出力の変化となり、結果としてタービン入口圧力Ｓ４の変化となる。
【００２１】
一方、後者の手動モード運転の場合、タービン制御装置１２の負荷設定を例えば１１０％とすることにより、原子炉出力は常に１００％に自動的に制御される。
【００２２】
図４は、熱出力制御装置１４の具体構成を示す構成図である。
熱出力制御装置１４は、熱出力を計算する熱出力算出部４３と熱出力制御部４４を有している。この熱出力算出部４３では、給水流量Ｓ１、給水温度Ｓ２および主蒸気温度Ｓ３が入力され、熱出力Ｓ３１を算出し、この算出した熱出力Ｓ３１を熱出力制御部４４に入力する。ここで、熱出力をＰＲ、給水流量をＷＦＷ、主蒸気流量をＷＳ（ＷＦＷ＝ＷＳと仮定）給水エンタルピをｈＦＷ、主蒸気エンタルピをｈＳ、原子炉へのその他の搬入熱量（δ＜０）および損失熱量（δ＞０）の合計をδとすると、熱出力算出部４３は熱出力ＰＲを数式１のように算出する。
【数１】
図５は、熱出力制御部４４の具体構成を示す構成図である。
熱出力制御部４４は、熱出力変更手段４７と、熱出力調整手段４６と、優先回路４８とを有している。熱出力変更手段４７からの出力信号Ｓ５７と、熱出力調整手段４６からの出力信号Ｓ５６は、それぞれ優先回路４８に入力されて負荷設定値変更指令Ｓ５を出力するが、両手段４６，４７からの出力信号Ｓ５６，Ｓ５７が同時に出力されたとき、優先回路４８は熱出力調整手段４６からの出力信号Ｓ５６を優先するように構成している。
【００２４】
熱出力変更手段４７は、熱出力設定値Ｓ４１を換算関数３１により負荷設定換算信号Ｓ４６に換算する機能と、熱出力設定値Ｓ４１と熱出力信号Ｓ３１の偏差をとった熱出力偏差信号Ｓ４４を比例積分器３０に入力し、負荷設定補正信号Ｓ４５を出力する機能とを有している。その後、負荷設定換算信号Ｓ４６と負荷設定補正信号Ｓ４５を加算して負荷設定要求信号Ｓ４７を出力し、タービン制御装置１２における負荷設定信号Ｓ１５との偏差をとり負荷設定偏差信号Ｓ４８として第一ヒステリシス上下限リミッタ３５に入力するようにしている。第一ヒステリシス上下限リミッタ３５は、ある値以上の入力値、すなわち上下限値を超えるような負荷設定偏差信号Ｓ４８が入力された場合、ある一定の出力信号Ｓ５７を出力する機能を有しており、これによって図１０に示した熱出力上限値４１および熱出力下限値４５間に位置した負荷設定値４２を出力するように構成している。
【００２５】
一方、熱出力調整手段４６では、熱出力信号Ｓ３１と熱出力上限値Ｓ ４２ の偏差をとり上下限リミッタ３２を通った偏差信号Ｓ４９が第二ヒステリシス上下限リミッタ３６に入力され、偏差信号Ｓ４９がある値、つまり後述する図１０に示した熱出力上限値４１よりも大きくなり、偏差信号Ｓ ４９ が第二ヒステリシス上下限リミッタ３６の下限値を下回った場合、第二ヒステリシス上下限リミッタ３６からタービン制御装置１２へ負荷設定値を減少する指令である出力信号Ｓ５６を出力する。また、熱出力信号Ｓ３１と熱出力下限値Ｓ４３の偏差をとり、上下限リミッタ３３を通った偏差信号Ｓ５０が第二ヒステリシス上下限リミッタ３６に入力され、偏差信号Ｓ５０がある値、つまり後述する図１０に示した熱出力下限値４５よりも小さくなった場合、第二ヒステリシス上下限リミッタ３６からタービン制御装置へ負荷設定値Ｓ１５を増加する指令である出力信号Ｓ５６を出力する。このときの出力信号Ｓ５７，Ｓ５６は、上述したように優先回路４８によって熱出力調整手段４６からの出力信号Ｓ ５６ が優先して出力される。
【００２６】
熱出力変更手段４７および熱出力調整手段４６からの負荷設定値増減指令である出力信号Ｓ５７，Ｓ５６は、図７に例示した高値選択回路４９と定値選択回路５０を有する優先回路４８へ入力される。この熱出力調整手段４６からの出力信号Ｓ５６と熱出力変更手段４７からの出力信号Ｓ５７とは、それぞれパルス幅ａ，ｂ（ａ＞ｂ）となっており、これら両者の出力信号Ｓ５６，Ｓ５７が同時に優先回路４８に入力されると、優先回路４８は熱出力調整手段４６からの出力信号Ｓ５６を優先して負荷設定値変更指令Ｓ５として出力する。
【００２７】
このような熱出力制御部４４によれば、熱出力は規定の要求値Ｓ４１に従って制御を行い、何等かの原因で原子炉熱出力４０が変動した場合、熱出力変更手段４７は図６に示した熱出力上限値４１よりも例えば若干小さな所定の上限値と、熱出力下限値４５よりも例えば若干大きな所定の下限値の間で負荷設定値４２を制御するよう負荷設定値変更指令Ｓ５を出力する。
【００２８】
しかも、図６に示した原子炉熱出力４０の超過変動点４０ａのように定常的なゆらぎによって熱出力上限値４１を越えると、熱出力調整手段４６は、負荷設定値を減少させる偏差信号Ｓ４９を出力信号Ｓ５６として優先回路４８に入力し、この優先回路４８はこれを優先して負荷設定値変更指令Ｓ５として出力するため、負荷設定値４２は図６に示すように１ランク下げられ、これに伴って原子炉熱出力４０が熱出力上限値４１を越えないように低下させられる。また図６に示した原子炉熱出力４０の超過変動点４０ｂのように定常的なゆらぎによって熱出力下限値４５を越えると、熱出力調整手段４６は、負荷設定値４２を増加させる偏差信号Ｓ５０を出力信号Ｓ５６として優先回路４８に入力し、この優先回路４８はこれを優先して負荷設定値変更指令Ｓ５として出力するため、負荷設定値４２は図６に示すように１ランク上げられ、これに伴って原子炉熱出力４０が熱出力下限値４５を越えないように増加させられる。
【００２９】
このような原子炉出力制御装置によれば、従来のように運転員が中央制御室に表示される原子炉熱出力を監視しながら操作することなく、熱出力制御部４４の熱出力変更手段４７によってプラント運転中に熱出力を所定の範囲に制御することができる。しかも、実際のプラント運転状態で原子炉熱出力４０が定常的なゆらぎによって熱出力上限値４１を越えると、熱出力調整手段４６によって優先的に負荷設定値４２を下げるようにし、また定常的なゆらぎによって熱出力下限値４５を下回ると、熱出力調整手段４６によって優先的に負荷設定値４２を上げるようにしたため、発電効率の高い状態で負荷設定値を制御することができ、運転員の負担を軽減して負荷設定値を適宜調整して効率よく原子炉熱出力を得ることができる。
【００３０】
また、上述の実施の形態において熱出力制御部４４の熱出力変更手段４７は、熱出力上限値４１よりも少し小さな所定の上限値と熱出力下限値４５よりも少し大きな所定の下限値の間で負荷設定値変更指令を制御するようにしているため、図６に示したように原子炉熱出力が定常的な揺らぎのうち、変動幅が小さな揺らぎに対しては熱出力調整手段４６が作動することはなく、頻繁に負荷設定値を１ランク減少させて効率を下げるのを防止することができる。この熱出力変更手段４７における上限値および下限値は、この揺らぎを考慮して決定することができる。
【００３１】
また、上述した原子炉出力制御装置を原子力プラントに適用した場合、通常のプラント運転に使用する監視用の熱出力表示はプロセス計算機３７から出力された信号Ｓ５４を用いて行うが、プロセス計算機３７がダウン、または信号異常等の不具合が生じたとき、上述した熱出力制御装置１４において算出された熱出力値をそのまま熱出力値Ｓ５５として使用でき、熱出力監視のためのバックアップ装置としても使用することができる。さらに、熱出力制御装置１４にて使用されている給水流量信号Ｓ１は超音波式給水流量計３８によって計測された信号であり、従来の流量計と比較して精度が高く正確な流量を計測することが可能であるため、正確な熱出力信号を元にした熱出力制御を行うことができ、プラントおよびその運転の面での安全性を高めることができる。
【００３２】
尚、上述した実施の形態では、熱出力制御部４４の熱出力変更手段４７は、熱出力上限値４１よりも少し小さな所定の上限値と熱出力下限値４５よりも少し大きな所定の下限値の間で負荷設定値変更指令を制御し、また熱出力調整手段４６は、熱出力上限値４１および熱出力下限値４５によって制御するようにしたが、図１０に示した従来の熱出力の制御との比較から分かるように熱出力調整手段４６で熱出力上限値４１のみを監視し、この熱出力上限値４１を越えたときに熱出力調整手段４６を優先して負荷設定値を下げるようにすることもでき、この場合も従来に比べて発電効率の高い状態で負荷設定値を制御することができ、運転員の負担を軽減して負荷設定値を適宜調整して効率よく原子炉熱出力を得ることができる。また、上述の実施の形態において熱出力制御部４４の熱出力変更手段４７は、熱出力上限値４１よりも少し小さな所定の上限値と熱出力下限値４５よりも少し大きな所定の下限値の間で負荷設定値変更指令を制御する。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の原子炉出力制御装置によれば、熱出力制御部により原子炉熱出力を負荷設定値によって制御し、少なくとも熱出力上限値を超えたとき熱出力調整手段によって優先的に負荷設定値を下げることができ、熱出力上限値を逸脱することなく効率的なプラント運転を行うことができ、しかも運転員の負担を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による原子炉出力制御装置を示すブロック構成図である。
【図２】図１に示した原子炉出力制御装置におけるタービン制御装置を示す構成図である。
【図３】図１に示した原子炉出力制御装置における原子炉再循環流量制御装置を示す構成図である。
【図４】図１に示した原子炉出力制御装置における熱出力制御装置を示す構成図である。
【図５】図１に示した原子炉出力制御装置における熱出力制御部を示す構成図である。
【図６】図１に示した原子炉出力制御装置における熱出力変化を示す特性図である。
【図７】図５に示した熱出力制御部における優先回路を示す構成図である。
【図８】従来の原子炉出力制御装置を示すブロック構成図である。
【図９】図８に示した原子炉出力制御装置におけるタービン制御装置を示す構成図である。
【図１０】図８に示した原子炉出力制御装置における熱出力変化を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 原子炉
３ 主蒸気配管
１２ タービン制御装置
１３ 原子炉再循環流量制御装置
１４ 熱出力制御装置
１６ 蒸気温度計測器
３０ 比例積分器
３１ 換算関数
３２ 上下限リミッタ
３３ 上下限リミッタ
３５ 第一ヒステリシス上下限リミッタ
３６ 第二ヒステリシス上下限リミッタ
４３ 熱出力算出部
４４ 熱出力制御部
４６ 熱出力調整手段
４７ 熱出力変更手段
４８ 優先回路
Claims (3)
- 原子炉の圧力および発電機タービンの制御を行うタービン制御装置と、上記原子炉の再循環流量を制御する再循環流量制御装置から構成され、通常運転中、原子炉出力は上記タービン制御装置における負荷設定値と全蒸気流量信号の偏差を再循環流量制御装置に出力し、この再循環流量制御装置にて再循環ポンプ回転速度指令を出力し再循環流量を変化させることで原子炉出力を制御する原子炉出力制御装置において、上記原子炉の熱出力と熱出力設定値の偏差に応じた負荷設定値変更指令を上記タービン制御装置へ出力し負荷設定値を変化させることにより上記原子炉の熱出力を変化させる熱出力変更手段と、上記原子炉の熱出力が少なくとも熱出力上限値を超えたとき負荷設定値を減少させる負荷設定値変更指令を上記タービン制御装置へ出力する熱出力調整手段とを有する熱出力制御装置を設けたことを特徴とする原子炉出力制御装置。
- 請求項１記載のものにおいて、上記熱出力制御装置は、上記熱出力調整手段の負荷設定値変更指令を熱出力変更手段に優先する優先回路を有することを特徴とする原子炉出力制御装置。
- 請求項１記載のものにおいて、上記熱出力調整手段は、上記原子炉の熱出力が熱出力上限値を超えたとき負荷設定値を減少させる負荷設定値変更指令を、また上記原子炉の熱出力が熱出力下限値を超えたとき負荷設定値を増加させる負荷設定値変更指令を上記タービン制御装置へ出力するように構成したことを特徴とする原子炉出力制御装置。
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