JPH0457999B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、サイクル毎のサイクル燃焼度が一定
であるようなコーストダウン運転法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a coastdown operation method in which cycle burnup is constant from cycle to cycle.

〔発明の技術的背景〕[Technical background of the invention]

従来、原子炉の運転は、基底負荷（ベース・ロ
ード）運転（100％炉心流量で100％炉心出力を出
す）を行つている。この運転は、サイクル初期
（以降BOCとする）においては制御棒を挿入し
て、反応度を抑え、サイクルが進むにつれて制御
棒の挿入密度を変え、炉心出力を定格になるよう
調節している。そしてサイクルが末期に近づくに
つれて、反応度は低下し、制御棒を全部引抜いて
も、炉心出力が100％出力を達成できなくなる点
をむかえ、この点をサイクル末期（以降EOCと
する）としている。EOCになれば、燃焼の進ん
だ燃料を新燃料と取り換えて、次の新しいサイク
ルに移ることになる。 Conventionally, nuclear reactors have been operated under base load operation (100% core output at 100% core flow rate). In this operation, control rods are inserted at the beginning of the cycle (hereinafter referred to as BOC) to suppress reactivity, and as the cycle progresses, the insertion density of the control rods is changed to adjust the core output to the rated value. As the cycle approaches the end, the reactivity decreases and a point is reached where the core power cannot reach 100% even if all control rods are withdrawn, and this point is referred to as the end of the cycle (hereinafter referred to as EOC). Once EOC occurs, the fuel that has already been burned will be replaced with new fuel and the next new cycle will begin.

一方、EOCをむかえても、更に運転を続け、
ある一定の期間を定格出力以下で運転することを
コーストダウン（デイレイテイング）運転とい
う。 On the other hand, even after reaching EOC, I continued to drive.
Operating at less than the rated output for a certain period of time is called coast-down (day-rating) operation.

コーストダウン運転は、第１図に示すように、
炉心流量を定格流量（100％）に保ちながら、出
力がゆるやかに下がつてゆくのが主である。 Coast down operation is as shown in Figure 1.
Mainly, the output is gradually reduced while maintaining the core flow rate at the rated flow rate (100%).

このようなコーストダウン運転をすることによ
つて得られるメリツトは、次の様なものが考えら
れる。 The following are the possible benefits of such coastdown operation.

(1) 通常の定格出力運転としてのEOCを越えて
燃焼させるため得られる燃焼度が通常のEOC
で終了した場合より伸びる。ただし燃焼度の伸
びる割合はコーストダウン運転期間によつて異
なる。(1) Burnup exceeds the EOC for normal rated output operation, so the burnup obtained is equal to the normal EOC.
It will grow longer than if it ended with . However, the rate at which burnup increases varies depending on the period of coastdown operation.

(2) 制御棒全引抜きでコーストダウン運転をする
場合、制御棒挿入によつておこる出力分布の歪
みを、是正する効果がある。(2) When performing coastdown operation with all control rods withdrawn, it has the effect of correcting the distortion in the power distribution caused by control rod insertion.

(3) コーストダウン運転により、炉心全体の燃焼
度が進み、炉心全体の反応度が低下するため、
炉停止余裕が増大する。(3) Coastdown operation increases the burnup of the entire reactor core and reduces the reactivity of the entire reactor core.
The margin for reactor shutdown increases.

(4) 軸方向上下端における残存ガドリニアの燃焼
による反応度ゲインがある。(4) There is a reactivity gain due to the combustion of residual gadolinia at the upper and lower ends in the axial direction.

従つて、コーストダウン運転を運転計画の中に
組み入れ、毎サイクルコーストダウンを行うこと
によつて、燃料の取り出し燃焼度が増し、燃料経
済性は向上すると期待される。 Therefore, by incorporating coastdown operation into the operation plan and performing coastdown every cycle, it is expected that the fuel extraction burnup will increase and the fuel economy will improve.

〔背景技術の問題点〕[Problems with background technology]

ところが、前記のような運転を連続して行う場
合、サイクル燃焼度（またサイクル当り積算出
力）は、多数サイクル後においてある一定の値に
収束するが、コーストダウン運転開始後の数サイ
クル（移行サイクル）でのサイクル燃焼度は一定
とならない。 However, when the above-mentioned operation is performed continuously, the cycle burn-up (also the integrated output per cycle) converges to a certain value after many cycles, but the cycle burn-up (also the integrated output per cycle) converges to a certain value after many cycles. ) cycle burnup is not constant.

第２図にその様子を、サイクル燃焼度と炉の余
剰反応度（Keff）の関係で示す。図中実線、点
線で示す曲線はそれぞれ定格運転、コーストダウ
ン運転時でのKeffを示す。この図では、コース
トダウン運転期間一定（あるいはコーストダウン
運転出力降下レベル一定）としている。定格運転
のみを行つたときのサイクウ燃焼度E₀、サイク
ルｎでのコーストダウン運転を含むサイクル燃焼
度E_oとしたとき、コーストダウン運転を行つた
ことによるサイクル燃焼度利得Δn（≡E_o−E₀）は
サイクルによつて変動するが多数サイクル後で
は、ある一定値に収束する。 Figure 2 shows the relationship between cycle burn-up and furnace surplus reactivity (Keff). The solid and dotted curves in the figure indicate Keff during rated operation and coastdown operation, respectively. In this figure, the coastdown operation period is constant (or the coastdown operation output drop level is constant). When cycle burn-up E ₀ is when only rated operation is performed, and cycle burn-up E _o including coast-down operation in cycle n, cycle burn-up gain Δn (≡E _o - E ₀ ) varies depending on the cycle, but converges to a certain constant value after many cycles.

上記のように、サイクル燃焼度が一定しないこ
とは運転管理上好ましくない。 As mentioned above, it is undesirable for the cycle burn-up to be inconsistent in terms of operation management.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、上記の事情に基きなされたもので、
毎サイクル末期に一定期間のコーストダウン運転
を行う場合に、サイクル燃焼度を一定に保ち得る
原子炉運転法を得ることを目的としている。 The present invention was made based on the above circumstances, and
The purpose of this study is to obtain a nuclear reactor operating method that can maintain a constant cycle burnup when coastdown operation is performed for a certain period at the end of each cycle.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明においては、移行サイクルに限つてコー
ストダウン運転期間（または出力降下割合）を、
他のサイクル末期のそれと異らしめて前記目的を
達成している。 In the present invention, the coastdown operation period (or output reduction rate) is limited to the transition cycle.
It achieves the above purpose unlike other end-of-cycle processes.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

まず、簡単化したモデルにより、サイクル毎に
コースダウン運転を繰り返したときのサイクル燃
焼度利得を一般に導き、次にサイクル燃焼度を一
定とするような運転法について述べる。 First, using a simplified model, we generally derive the cycle burn-up gain when course-down operation is repeated for each cycle, and then describe an operating method that keeps the cycle burn-up constant.

以下に、コーストダウン運転をサイクル毎に繰
り返したときのサイクル燃焼度（可変）について
簡単化したモデルで一般化して説明する。 Below, the cycle burn-up (variable) when coastdown operation is repeated for each cycle will be generalized and explained using a simplified model.

まず以下のように条件を簡単化する。 First, simplify the conditions as follows.

Γ各サイクルでの燃料取替割合は一定値１／Ｎ
（あるいはバツチサイズＮ） ΓＮバツチ平衡炉心に於て、各バツチ燃料の燃焼
の進み方は同じとする Γサイクル毎にコーストダウンを繰り返すとす
る。ΓThe fuel replacement ratio in each cycle is a constant value of 1/N
(or batch size N) In a ΓN batch-balanced reactor core, it is assumed that coastdown is repeated every Γ cycle in which the combustion progress of each batch fuel is the same.

サイクルｎでの燃焼度利得△ｎを以下のように
定義する。 The burnup gain Δn at cycle n is defined as follows.

Δn≡E_o−E₀ 但し、 E₀：コーストダウンをしないケースのサイクル
燃焼度 E_o：コーストダウンｎ回目でのサイクル燃焼度 各サイクルでのΔnは以下のように求まる。 Δn≡E _o −E ₀ However, E ₀ : Cycle burn-up in case of no coast down E _o : Cycle burn-up at nth coast down Δn in each cycle is determined as follows.

() コーストダウン運転１回目のサイクル初
期、末期での各バツチ燃料の燃焼度は以下のよ
うになる。() The burnup of each batch of fuel at the beginning and end of the first cycle of coastdown operation is as follows.

バツチ番号 初 期 末 期 １ ０ E₁ ２ E₀ E₀＋E₁ ： ： ： ： ： ： Ｎ (N-1)E₀ (N-1)E₀＋E₁ 従つてEOCでの炉心平均燃焼度は、 E_C＝１／Ｎ（Ｎ−１ SUmi SUmi ｉ＝１E₀＋NE₁）＝Ｎ−１／２E₀＋E₁＝Ｎ＋１／２E₀＋
Δ₀（但しΔ₀≡Δ₁）……(1) 各サイクルともに、サイクル末期炉心平均燃
焼度は(1)で与えられる。ここにΔ₀はバツチサ
イズによらない。Batch number Initial End 1 0 E ₁ 2 E ₀ E ₀ +E ₁ : : : : : : : N (N-1)E ₀ (N-1)E ₀ +E ₁ Therefore, the core average burnup at EOC is , E _C =1/N(N-1 SUmi SUmi i=1E ₀ +NE ₁ )=N-1/2E ₀ +E ₁ =N+1/2E ₀ +
Δ ₀ (However, Δ ₀ ≡Δ ₁ )...(1) For each cycle, the average core burnup at the end of the cycle is given by (1). Here, Δ ₀ does not depend on the batch size.

() コーストダウン運転Ｋ回目（２ＫＮ−
１）での各バツチ燃料のサイクル末期での燃焼
度は同様に バツチ番号 燃焼度 １ E_K ２ E_K-1＋E_K ： ： Ｋ＋１ E₀＋……E_K-1＋E_K ： ： Ｎ （Ｎ−１）E₀＋……E_K-1＋E_K 従つてE_OCでの平均燃焼度E_Cは E_C＝１／Ｎ〔Ｋ SUm ｉ＝１（Ｎ−Ｋ＋ｉ）E_i＋Ｎ−Ｋ SUm1 ｉ＝１iE₀〕＝１／Ｎ［Ｋ SUm ｉ＝１（Ｎ−Ｋ＋ｉ）Δi］＋（Ｎ＋１）／２E₀ ＝Ｎ＋１／２E₀＋Δ₀ ∴Δ_K＝Δ₀−Ｋ−１ SUm SUm ｉ＝１Ｎ−Ｋ＋ｉ／ＮΔ_i（但し２ＫＮ−１）……(
2) () コーストダウン運転ｎ回目（ｎＮ）での
各バツチ燃料のサイクル末期での燃焼度は同様
に、 バツチ番号 燃焼度 １ E_o ２ E_o-1＋E_o … … … … Ｎ E_o-N+1＋……E_o-1＋E_o E_C＝１／ＮＮ SUm ｉ＝１iE_o-N+i（E_o-N+i＝E₀＋△_o-N+i） ＝１／ＮＮ SUm ｉ＝１ｉ△_o-N+i＋Ｎ＋１／２E₀＝△₀＋Ｎ＋１／２E₀ ∴△_o＝△₀−Ｎ−１ SUm ｉ＝１ｉ／Ｎ△_o−Ｎ＋ｉ（ｎＮ）
……(3) 以上(1)、(2)、(3)式より△ｉ（ｉ＝１〜∞）が
求まる。多数回後（ｎ→∞）では(3)より △∞△₀−Ｎ−１ SUm ｉ＝１ｉ△∞ ∴△∞＝２／Ｎ＋１△₀ 従つて多数回後△_oは１回目の△₁（≡△₀）の
それの２／Ｎ＋１倍に近づくことがわかる。() Kth coast down operation (2KN-
Similarly, the burnup of each batch fuel at the end of the cycle in 1) is determined by the batch number burnup 1 E _K 2 E _K-1 +E _K : : K+1 E ₀ +...E _K-1 +E _K : : N (N -1) E ₀ +...E _K-1 +E _K Therefore, the average burnup E _C at E _OC is E _C = 1/N [K SUm i=1 (N-K+i) E _i +N-K SUm1 i =1iE ₀ ]=1/N [K SUm i=1(N-K+i)Δi]+(N+1)/2E ₀ =N+1/2E ₀ +Δ ₀ ∴Δ _K =Δ ₀ −K−1 SUm SUm i=1N −K+i/NΔ _i (however, 2KN−1)……(
2) () Similarly, the burnup at the end of the cycle for each batch of fuel during the nth coastdown operation (nN) is as follows: Batch number Burnup 1 E _o 2 E _o-1 +E _o … … … … N E _{o- N+1} +...E _o-1 +E _o E _C =1/NN SUm i=1iE _o-N+i (E _o-N+i =E ₀ +△ _o-N+i ) =1/NN SUm i=1i△ _o-N+i +N+1/2E ₀ =△ ₀ +N+1/2E ₀ ∴△ _o =△ ₀ -N-1 SUm i=1i/N△ _o -N+i (nN)
...(3) From the above equations (1), (2), and (3), Δi (i=1 to ∞) can be found. After many times (n→∞), from (3) △∞△ ₀ −N−1 SUm i=1i△∞ ∴△∞=2/N+1△ ₀ Therefore, after many times △ _o is △ ₁ of the first time ( It can be seen that it approaches 2/N+1 times that of ≡△ ₀ ).

なおＮが整数でない場合、小数点以下四捨五
入により整数化して扱う。 Note that if N is not an integer, it is treated as an integer by rounding off to the nearest whole number.

以上により、コーストダウン運転を行つたこと
による燃焼度利得△_oを求める式(1)、(2)、(3)を導
出した。 From the above, formulas (1), (2), and (3) for calculating the burnup gain △ _o due to coastdown operation were derived.

第３図にはバツチ数Ｎをパラメータとしたとき
のサイクル毎の△_oの推移を示す。ここでは、各
サイクルともに、コーストダウン運転出力降下割
合△Ｐを一定としている。第１回目のサイクルで
の値△₁（≡△₀）が最大であり、振動を繰り返し
た後に、多数サイクル後ではある一定値△∞（＝
２△₀／Ｎ＋１）に収束する様子が示されている。 FIG. 3 shows the change in _Δo for each cycle when the number of batches N is used as a parameter. Here, the coastdown operation output drop rate ΔP is constant in each cycle. The value △ ₁ (≡△ ₀ ) in the first cycle is the maximum, and after repeated vibrations, after many cycles it reaches a certain constant value △∞ (=
2Δ ₀ /N+1).

実際の運転では、第１回目のサイクルから出力
降下割合を一定値△Ｐとすると、第１回目のサイ
クルから数サイクル（移行サイクル）では、サイ
クル燃焼度が一定でなく、運転管理上現実的では
ない。そこで、その数サイクルでは△ｎが△∞に
近くなるように出力降下割合△P′を調節して、各
サイクルともにサイクル燃焼度Emがほぼ一定と
なるように運転する。 In actual operation, if the output reduction rate from the first cycle is a constant value △P, the cycle burn-up is not constant for several cycles (transition cycles) after the first cycle, which is not realistic for operation management. do not have. Therefore, in those few cycles, the output reduction rate ΔP' is adjusted so that Δn approaches Δ∞, and the engine is operated so that the cycle burn-up Em becomes approximately constant in each cycle.

第４図は典型的なBWR炉心での第１回目のコ
ーストダウン運転時の出力降下割合（△Ｐ％出
力）と燃焼度増分△₀（GWD／ｔ）の関係を示す。
炉の反応度出力係数はほぼ一定であるから、△Ｐ
と△₀はほぼ比例する。 Figure 4 shows the relationship between the power drop rate (△P% output) and the burnup increment △ ₀ (GWD/t) during the first coastdown operation in a typical BWR core.
Since the reactivity output coefficient of the furnace is almost constant, △P
and △ ₀ are almost proportional.

従つて移行サイクルに於て、△Ｐだけ出力を降
下せずに、△P′（＝２／Ｎ＋１△Ｐ）だけ降下するこ とにより、毎サイクルでの△_oを一定（＝△∞）
とするような運転が可能となる。 Therefore, in the transition cycle, by decreasing the output by △P' (=2/N+1△P) instead of decreasing it by △P, △ _o in each cycle can be kept constant (=△∞)
It becomes possible to drive in such a way as to.

(1)、(2)式に於て、第１回目からＮ−１回目まで
サイクルの△_oを△∞となるように、コーストダ
ウン運転出力降下割合△Ｐを上記△P′に設定すれ
ば第５図に示すようにサイクル燃焼度一定となる
運転が可能となる。 In equations (1) and (2), if the coast down operation output drop rate △P is set to the above △P' so that △ _o of the cycle becomes △∞ from the 1st cycle to the N-1 cycle. As shown in FIG. 5, operation with constant cycle burn-up is possible.

次に移行サイクルでの出力降下割合を（１＋
δ）△P′又は（１−δ）△P′に設定した場合のδ
と、△_oの△∞からの平均偏差σの関係について
第６図に示す。 Next, the output drop rate in the transition cycle is (1+
δ when set to δ)△P′ or (1−δ)△P′
Figure 6 shows the relationship between σ and the average deviation σ of _Δo from Δ∞.

但し、ここではσは以下のように定義する。 However, here, σ is defined as follows.

σ＝〔１／1515 SUm ｉ＝１（△ｉ−△∞）²〕^1/2 バツチ数２〜４に対してはδとσの関係は２つ
の直線で囲まれる斜線部分の範囲となる。即ちδ
とσはほぼ比例関係にある。 σ=[1/1515 SUm i=1(Δi−Δ∞) ² ] ^1/2 For batch numbers 2 to 4, the relationship between δ and σ falls within the shaded area surrounded by two straight lines. That is, δ
and σ are almost proportional.

図中矢印で示したものは、出力降下割合を全て
△Ｐとしたとき（第３図に対応する）の値であ
る。δ〜0.2程度とすればσはこれら矢印で示し
た値の半分以下となるが、このときの△_oの推移
を第７図に示す。 The arrows in the figure indicate values when all output drop rates are ΔP (corresponding to FIG. 3). If δ is about 0.2, σ will be less than half of the values indicated by these arrows, and the change in Δ _o at this time is shown in FIG.

この図によりδ〜0.2としたとき、△_oの△∞か
らのひらきの最大値は0.1△₀程度となる。このひ
らきは、0.1△Ｐに相当するが、実際の運転で調
整できる出力幅に相当する（たとえば20％出力降
下に対して、２％出力幅）。 According to this figure, when δ is set to 0.2, the maximum value of the opening of △ _o from △∞ is about 0.1△ ₀ . This width corresponds to 0.1ΔP, which corresponds to an output width that can be adjusted in actual operation (for example, a 2% output width for a 20% output drop).

即ち、第１回目から第Ｎ−１回のサイクルでコ
ーストダウン出力降下割合の目標値を２／Ｎ＋１△ Ｐに設定し、更にその目標値からの設定値のずれ
が、10％程度以内であれば、実際上は毎サイクル
で燃焼度を一定とするコーストダウン運転ができ
る。 In other words, the target value for the coastdown output drop rate is set to 2/N+1△P from the 1st cycle to the N-1st cycle, and if the deviation of the set value from the target value is within about 10%. For example, it is possible to actually perform coastdown operation in which the burnup is constant in every cycle.

このような運転法を採用することにより、各サ
イクルでのサイクル燃焼度を一定とし、燃料取替
体数あるいは燃料装荷法を変えることなく安定し
た炉心特性が得られ、かつ定格出力運転のみの場
合よりも燃焼度をのばすことにより、燃料経済性
を向上させることができる。 By adopting such an operating method, the cycle burnup in each cycle is kept constant, stable core characteristics can be obtained without changing the number of refueling bodies or the fuel loading method, and when operating only at rated power. Fuel economy can be improved by increasing the burnup.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図はコーストダウン運転の概念を示すグラ
フ、第２図はコーストダウン運転をサイクル毎に
繰り返したときのサイクル燃焼度と炉の余剰反応
度の推移を示すグラフ、第３図は第１回目のコー
ストダウン運転時での出力降下割合とサイクル燃
焼度増分の関係を示すグラフ、第４図は、コース
トダウン運転時出力降下割合△Ｐを一定としたと
きの燃焼度利得の推移を示すグラフ、第５図は移
行サイクルでのコーストダウン運転時出力降下割
合を２／Ｎ＋１△Ｐに設定したときの燃焼度利得の 推移を示すグラフ、第６図は移行サイクルでのコ
ーストダウン運転時出力降下割合の目標値をδの
割合だけずらしたときの、δの変化に対する△_o
の△∞からの平均偏差σの関係を示すグラフ、第
７図はδ〜0.2としたときの燃焼度利得の推移を
示すグラフである。 Figure 1 is a graph showing the concept of coast-down operation, Figure 2 is a graph showing the change in cycle burnup and surplus reactivity of the furnace when coast-down operation is repeated for each cycle, and Figure 3 is the graph for the first cycle. A graph showing the relationship between the output drop rate and the cycle burnup increment during coast-down operation, FIG. Figure 5 is a graph showing the change in burnup gain when the output drop rate during coast-down operation in the transition cycle is set to 2/N+1△P, and Figure 6 is a graph showing the output drop rate during coast-down operation in the transition cycle. △ _o relative to the change in δ when the target value of is shifted by the proportion of δ
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the average deviation σ from Δ∞, and FIG. 7 is a graph showing the change in burnup gain when δ is set to 0.2.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ 取替燃料割合が1/N（Ｎバツチ）であるよう
な炉心に於て、定格出力運転を行つたサイクル末
期に出力降下割合が△Ｐであるようなコーストダ
ウン運転をサイクル毎に繰り返して行う場合、最
初のサイクルからＮ−１回目までのコーストダウ
ン運転での出力降下割合を２／Ｎ＋１△Ｐとするこ とを特徴とする原子炉運転法。[Scope of Claims] 1 Coast down operation in which the power drop rate is △P at the end of the cycle of rated power operation in a core where the replacement fuel ratio is 1/N (N batch) A nuclear reactor operating method characterized in that, when repeating the steps in each cycle, the rate of output drop in coastdown operation from the first cycle to the N-1th cycle is set to 2/N+1ΔP.