JPS6175295A - 沸騰水型原子力発電プラント制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、沸騰水型（ＢＷＲ）原子力発電プラントの制
御方式に係シ、特にパワーロードアンバランスリレーが
作動しない糧度の負荷急減時に、原子炉スクラムを発生
させずに原子炉運転を継続させ得る原子力発電プラント
制御方式に関する。

〔発明の背景〕

第３図にＢＷＲ原子力発電プラントの概略図を示す。

原子炉出力の制御は、再循環Ｉンプ３８の回転数を変え
て原子炉３５の炉心流量を増減することによシ行う。再
循環ポンプの回転数は、再循環流量制御系３７により制
御される。又、制御棒駆動系３６によシ原子炉に制御棒
を挿入・引抜することによ多出力の制御を行う。

原子炉３５で発生した蒸気は主蒸気ライン３９を通う、
タービンの蒸気加減弁３１によシ調整されてタービン３
２に入シ、機械的な仕事をした後、復水器３３にて凝縮
されて水になシ、再び原子炉に給水される（給水配管の
図示は省略）。又、タービンパイ・母ス弁３０を開くこ
とによシ、蒸気をパイパスライン３４を通じ復水器３３
に導くことができる。次に、蒸気加減弁３１とタービン
バイパス弁３０の制御を行うタービン制御系につき説明
する。

タービン制御系は、大別すると、圧力検出器Ｐで検出さ
れたタービン入口圧力の信号に応じて原子炉圧力制御を
行う圧力調整機能と、検出されたタービン速度信号及び
負荷設定値に応じてタービン出力制御を行う速度・負荷
調整機能の二つを有してお）、この両者によシ主に蒸気
加減弁３１とタービンバイパス弁３０の協調制御を行う
。

平常運転中、蒸気加減弁３１は圧力検出器Ｐによる検出
圧力を一定に保つように、その開度を制御している。例
えば、この蒸気圧力が設定値よシも上がる（下がる）と
、加減弁３１を開き（閉じ）、タービン出力を増して（
減らして）蒸気圧力を一定に保とうとする。蒸気圧力が
さらに上がって加減弁３１を開いても圧力上昇が抑えき
れない場合には、パイ・臂ス弁３０を開いて蒸気圧の上
昇を抑えるようにしている。これが圧力調整機能である
。

一方、急激な負荷変動などにょジタービン発電機の回転
数が設定値を越えたとき、タービンの過速を防止する為
、圧力調整機能に優先して、蒸気加減弁３１の開度を減
らす。これが速度・負荷調整機能である。

第４図は、従来技術におけるタービン制御系の動作を説
明する図である。

第４図において、原子炉または主蒸気配管に設置された
圧力検出器Ｐによシ測定された圧力信号１２と、あらか
じめ設定された圧力設定値１３との偏差信号を、フィル
ター回路１４を経由して圧力調定器１５に入力し、これ
によシ圧力調定器１５は全主蒸気流量信号１を作成する
。

一方、タービン速度検出器によシ測定されたタービン速
度信号１６とタービン速度設定値１７との偏差信号を速
度調定器１８に入力し、タービン速度制御信号１９を作
成する・更にこの速度制御信号１９に負荷設定器の出力
信号である負荷設定　　：値２０を付加することＫよシ
、速度・負荷制御信号２．を作成する。

上記にて得られた金主蒸気流量信号ｌとタービン速度・
負荷制御信号２は低値優先回路３に入力され、両者の低
値側の信号が蒸気加減弁流量要求信号４として加減弁３
１の開度制御を行う。尚、ＢＷＲ原子力発電所では蒸気
加減弁３１を４つ有しているので、加減弁流量要求信号
４はこれら各弁に入力される。また、加減弁３１０開度
マ３蒸気流量特性は線形ではないため各弁毎に関数発生
器２１を設置し、これによシ、加減弁流量要求信号４を
加減弁流量とほぼ一致するタービン加減弁開度制御信号
２２に変換して各加減弁３１に与えるよう設計されてい
る。

一方、パイノ４ス弁３０は、全主蒸気流量信号１・から
蒸気加減弁流量要求信号４及び通常運転時のパイノ９ス
弁チャタリング防止用バイアス信号２３を減算して得た
パイノ４ス弁＃、量要求信号２４にて、開度制御が行な
われる。

一般にＢ■原子力発電プラントでは、炉心内のディト（
蒸気泡）量にて原子炉出力調整を行っておシ、原子炉圧
力の変動にょシ？イド量が変化した場合には、中性子束
はこれに敏感に反応する。

従って、通常運転中においては圧力信号１２による全主
蒸気流量信号１にて蒸気加減弁３１が優先的に制（財）
され、タービン速度の比較的小さな変動に応じて加減弁
３１が動作することのないよう負荷設定値２０を定格（
１００％）タービン出方を出すときの全主蒸気流量信号
ｌの１０％程度上に設定している。

また一般的に速度調定率は、１００％制御信号につき５
チ速度変化（定格周波数５０　Ｈｚの場合２、５　Ｈｚ
の周波数変化）を生ずるよう選定されている。

これによシ、速度要求信号１９が一１０％以内となるよ
うな０．５％以内のタービン速度上昇（すなわち０．２
５　Ｈｚ以下の周波数上昇）に対しては、加減弁３１は
応答せず、圧力制御を優先的に行うことになる。

一方、速度・負荷制御信号２が１０％以上減少するよう
な０．５チ以上のタービン速度上昇（すなわち０．２５
　Ｈｚ以上の周波数上昇）に対しては、速度・負荷制御
信号２が全主蒸気流量信号１以下となり、加減弁３１は
速度・負荷１ｆｉｌｊ　＃信号２によシ制御され、該弁
の軟シ動作が行われる。

このとき、蒸気加減弁３１の絞シ動作によシ余剰となっ
た盛気は、全主蒸気流量信号１よシ加減弁εｒ１を量要
求日号４及びバイアス値２３を減算した１ｇ号すなわち
パイノ臂ス弁流量要求信号２４にてパイ・２ス弁３０が
開動作することによシ、処理される。このように平常運
転中は蒸気加減弁３１及びパイノヤス弁３０が協調動作
し、原子炉圧力はほとんど変化することなく女定にグラ
ンド運転は継続される。

次に第５図によシ、送電系統にてパワーロードアンバラ
ンスリレー（発電所の出力）々ワーと受電側の受ける・
ぐワーとがアンバランスの時に動作するリレー）が作動
しない程度において大きな外乱が発生し、比較的大きな
タービン速度上昇（３チ速度上昇すなわち１．５Ｈｚの
周波数上昇）が生じた後、回置タービン回転数が定格整
定状態となる場合の原子力発電プラントの応答を説明す
る。

送電系統において落雷等の事故が発生すると、送電系遮
断器が動作し負荷が急減する為、系統周波数が上昇する
。その後、送電系保護回路動作により故障が除去され周
波数は定格値に整定する・これに応じタービン回転数は
第５図（ａ）に示すように変動する。

このとき、タービン速度信号１６の上昇によυ速度制御
信号１９は負値となシ、速度・負荷制御信号２は通常の
値よりも低くなる。タービン速度が約０．２５　Ｈｚ上
昇した時点で速度・負荷制御信号２が全主蒸気流量信号
１以下となり、低値優先回路３の出力は速度・負荷制御
信号２となる・したがって、速度・負荷制御信号２の減
少に従い蒸気加減弁３１の開度は絞られ、ターピン出力
を減少させる。

これに伴い全主蒸気流量信号１から加減弁流量要求信号
４を引いた値が正値となシ、チャタリング防止用バイア
ス２３を超える。よってパイノ９ス弁流量要求信号２４
によシバイーぐス弁３０が開き、原子炉圧力の制御はバ
イパス弁３０により行われることになる。

その後、送電系統側の故障除去によジタービン回転数が
定格値に復帰する過程では、速度・負荷制御信号２の上
昇に従い蒸気加減弁３１が開動作し、これに合わせてパ
イノイス弁３０は閉となシ、通常のプラント運転状態に
復帰する。

ところで、バイパス弁３０の容量が定格主蒸気流量の１
００％に満たないプラントについて考察する。かかるグ
ランドにおいて、系統周波数の変動につられてタービン
速度が第５図（−）に示すように変動したとする。この
とき蒸気加減弁３１の開度は絞られ、蒸気加減弁３１の
流量は第５図（ｄ）に示すように変動する。バイノ々ス
弁３０の流量は第５図（、）に示すように制御される。

このとき、蒸気加減弁３１の流量の減少分をパイ）４ス
弁３０に流すことになる。しかしパイノクス弁３０の容
量が、加減弁流量減少分よシ小さい場合には、加減弁お
よびバイパス弁を通じタービン側へ導かれる蒸気量は減
少する。この為、原子炉圧力は第５図（ｂ）に示すよう
に上昇する。聞原子力発電所は前述の通り炉心内？イド
量による反応度制御を行っておシ、中性子束の挙動は原
子炉圧力変化に対し非常に敏感である＠従って、上記の
ような原子炉圧力変動によシ中性子束が変動し、第５図
（、）に示すように中性子束スクラム設定値に達し、原
子炉スクラムが発生する。上記の原子炉スクラムは、蒸
気加減弁３１を流れる蒸気の減少分が／ぐイノス弁３０
の容量を越えたときに発生する。

第６図は、系統周波数とタービン加減弁開度制御信号２
２の関係を示したものであシ、直線４０および４１は、
それぞれ負荷設定１１０％　、７０チでの関係を示して
いる。今、パイ／Ｊス弁３０の容量が定格主蒸気流量の
２５％のプラントを考える。定格（１００％）蒸気流量
が原子炉で発生しているとぎに、系統周波数が上昇して
加減弁３１の開度が７５チとなる周波数Ｆ１になったと
き、パイ）４ス弁３０は２５チの蒸気を流している。さ
らに系統周波数が上昇すれば、加減弁３１を流れる蒸気
量は減少するが、バイパス弁３０を流れる蒸気量は増加
しない（パイ・ぐス弁容量２５チの為）。

したがって、系統周波数が２１以上では原子炉圧力が上
昇し、スクラムが発生することになる。

このように、バイパス弁の容量が定格蒸気流量の１００
％に満たないプラントにおいては、負荷設定の値に応じ
て、上記事象の発、生する系統周波数は異なるけれども
、いずれにしても （発生蒸気Ｘ＞＝＜パイ／４’ス弁容棗）＋（加減弁流
量）となる臨界周波数Ｆｃが存在し、この周波数以上で
は原子炉スクラムが発生して運転の継続ができなくなる
という問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ノ々ワーロードアンバランスリレーが
作動しない程度の電力系統のしよう乱が生じ、ターパン
速度上昇によシ系統周波数が増大した場合でも、プラン
トをスクラムさせずに、運転続行を可能とするｍ原子カ
プラント制御方式を提供するととくある。

〔発明の概要〕

本発明は、原子炉からタービンへ入る蒸気流量を制御す
るタービン蒸気加減弁と、該タービン蒸気加減弁で阻止
された原子炉からの主蒸気流量の余剰分を流すよう制御
されるバイパス弁とを備えた沸騰水型原子力発電プラン
トにおいて、タービン負荷の急減した場合に、タービン
蒸気加減弁に生させることを特徴とする沸騰水型原子力
発電プラントの制御方式にある。

本発明の制御方式によれば、タービンにかかる電力系統
の負荷がパワーロードアンバランスリレーが作動しない
程度の変化中および変化率で急減してタービンの回転速
度が上昇し、発電機周波数が増大する事態が生じた場合
、短期的な周波数増大に対しては前記のタービン蒸気加
減弁の開度の制限によシ原子炉圧力上昇に基づくスクラ
ムを回　　□避し、また、長期的な周波数増大に対して
は上記制限を解除し且つ原子炉出力の低減を行うことに
よプスクラムを回避しつつ運転を継続することが可能と
なる。

〔発明の実施例〕

本発明による原子炉出力制御装置の一実施例を第１図で
先づ概要的に説明する。以下の説明および第１図、第２
図において、第４図中の符号と同符号で示した部分は第
４図で説明したのと同様である。

主蒸気圧力検出器４３よシ検出されたタービン入口圧力
信号を受けて圧力調定器１５は金主蒸気流量信号１を作
成し、これは低値優先回路３へ伝えられる。又、信号１
は、蒸気加減弁流量要求補正用関数発生器６によシ、蒸
気加減弁流量制限信号７となる。信号７は全主蒸気流量
からバイパス弁容量を減じた流量に相当するものである
。高値優先回路８は、蒸気加減弁流量要求信号４と蒸気
加減弁流量制限信号７とを比較し、高値側の信号を加減
弁サーゲ４２に出力する・この為、蒸気加減弁３１の流
量の減少はバイパス弁３０の容量以下に制限される。

一方、比較器１０は、高値優先回路の出力信号９と入力
信号４とを比較し、入力信号４が出力信号９より小さい
状態が一定時間継続したとき、原子炉出力低減信号１１
を出力し、これを再循環流量制御装置３７（又は制御棒
駆動機構３６）に与えて原子炉出力を減少せしめる。こ
れは、蒸気加減弁流量制限信号７により加減弁３１が一
定時間以上制御されたときには、発電量が多すぎると判
断し、原子炉出力を低減させるものである。次に本実施
例の制御装置を第２図、１により更に詳細に説明する。

以下の記載では一般に信号ｎの信号値を礼で表わす。

本制御装置は、蒸気加減弁流量要求補正用関数発生器６
を有している。関数発生器６には、負荷設定値２０（信
号値８２０　）及び原子炉出力算出用フィルター５を通
した全主蒸気流量信号１（信号値Ｓ、′）が入力される
。原子炉出力算出用フィルター５は、過渡時の主蒸気流
量の変動による全土蒸気流量信号１の変動を平滑化して
原子炉出力相当の信号として出力する機能を有している
。蒸気加減弁流量要求補正用関数発生器６の出力信号値
Ｓ７とする。但しｂはバイパス弁３０の容量である。

上記にて得られた蒸気加減弁流量信号７と加減弁流量要
求信号４は高値優先回路８に入力され、両者の高値側の
信号が、補正された蒸気加減弁流量信号９となる。

比較器１０は、Ｓ、　＜　Ｓ、の状態が一定時間継続し
た場合に、原子炉出力低減信号１１を出力する。

本制御装置による加減弁３１の制御は、各信号値の大小
関係によシ異る。以下説明する。

（＋）　　Ｓ、’　＜　Ｓ２ｏかつＳ１≦Ｓ２のときす
なわち、全主蒸気流量より負荷設定が大きく、全主蒸気
流量信号が速度・負荷制御信号より小さいときである。

このときＳ、　＝　Ｓｌとなる。一方ｓ、＝ｓ、’−ｂ
となり、ＳｌとＳ、′はほぼ等しく、その差分はｂＫ比
べて十分小さいため、Ｓ４と８７の大小関係はＳ４が８
７より大きくなる。したがって高値優先回路後の信号値
Ｓ、はＳ４に等しくなる。

又、Ｓ４＝　Ｓ、であるから、比較器１０は原子炉出力
低減信号１１を出力することはない。従って蒸気加減弁
３１は従来のタービン制御系と同様に圧力匍制御を行う
。

（１１）８１′＜Ｓ２ｏかつＳ２＜　ｓ、−ｂのときす
なわち、全主蒸気流量より負荷設定が犬きく、速度・負
荷要求信号が全主蒸気流量からバイパス弁３０の容量を
差引いた値よシ小さいときである。

このとき従来のタービン制御系では発明の背景の項で説
明したように、原子炉圧力の上昇が生じ、中性子束高ス
クラムが発生する。一方、本装置では、５４＝ｓ２．ｓ
ア＝ｓ１’−ｂとなシＳ４＜Ｓ７となる。

したがってＳ、はＳ、すなわちｓ、’−ｂとなる。蒸気
加減弁３１は、全主蒸気流量よシパイ・ぐス弁容量を差
引いた蒸気を流すよう制御される。一方、パイ・ぐス弁
３０は全開し、バイノクス弁容量分の蒸気を流す。した
がって発生蒸気は加減弁とバイパス弁により全てタービ
ン側に導かれる。このため、原子炉圧力の上昇は発生せ
ず、中性子束の上昇は抑えられスクラムは発生しない。

この状態が一定時間以上続くと、タービン回転数は上昇
する。これを防ぐため、比較器１０は原子炉出力低減要
求信号１１を出力する。これにより蒸気先生量が抑えら
れ、Ｓ２≧５１−ｂの状態に移行し、加減弁３１はター
ビン回転数制御を行うことになる。

（１１１）Ｓ、′＜Ｓ２ｏかつ　５１−ｂ≦Ｓ２〈Ｓｌ
のときＳ、＝　Ｓ４となり、従来と同様の制御を行う。

（１ｖ）Ｓ２ｏ≦８１′のとき ５９＝８４となり、従来と同様の制御を行う。

以上をまとめた結果を表１に示す。

表　　１ （注記） １、大小関係は、Ｓ４と８７の大小関係を不等号にて表
している。

２、　　Ｓ、、は°′１“にて原子炉出力低減要求とな
る。

本原子炉出力制御装置を適用した場合におけるパイノク
ス弁容量２５チの原子力発電プラントの系統周波数の外
乱に対する挙動を第７図に示す。第７図（、）に示すタ
ービン速度の変動に対応して加減−ｙＰ３１は絞られる
が、加減弁流量は７５チまでしか減少せず、蒸気流量減
少分は、バイパス弁３０により復水器に導かれる。した
がって、原子炉圧力の上昇は抑えられ、中性子束の上昇
も小さく、スクラムは発生しない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電力系統周波数の増加が発生した場合
、原子炉での蒸気発生量と蒸気加減弁及びパイ／Ｊス弁
による蒸気流量のミスマツチは生ぜず、この為原子炉圧
力の上昇は抑えられ、中性子束増大によるスクラムは発
生しないので、原子力発電プラントは継続運転可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるＢ■原子力発電プラント制御方
式の一実施例を示す概要図、第２図は第１図の部分詳細
図、第３図はＢＷＲ原子力発電プラントの概要図、第４
図はＢＷＲ原子力発電プラント制御方式の従来例の構成
図、第５図（ａ）ないしくｆ）は示す図である。 符号の説明 １・・・全主蒸気流量信号 ２・・・速度／負荷制御信号　３・・・低値優先回路４
・・・蒸気加減弁流量要求信号 ５・・・原子炉出力算出用フィルター ６・・・蒸気加減弁流量要求補正用関数発生器７・・・
蒸気加減弁流量制限信号 ８・・・高値優先回路 ９・・・補正された蒸気加減弁流量要求信号１０・・・
比較器　１１・・・原子炉出力低減要求信号１２・・・
圧力信号　　１３・・・圧力設定値１４・・・フィルタ
ー回路　１５・・・圧力調定器１６・・・タービン速度
信号　１７・−・速度設定値１８・・・速度調定器　１
９・・・タービン速度制御信号２０・・・負荷設定値　
　　２１・・・関数発生器２２・・・タービン加減弁開
度制御信号２３・・・バイパス弁チャタリング防止用バ
イアス信号２４・・・パイノ４ス弁流量要求信号 ３０・・・タービンバイパス弁 ３１・・・タービン蒸気加減弁 ３２・・・ｐ−ビｙ３３・・・復水器 ３４・・・タービン加減弁ぐスライン ３５・・・原子炉　　　　　３６・・・制御棒駆動機構
３７・・・再循環流量制御装置 ３８・・・原子炉再循環ポンプ ３９・・・主蒸気ライン ４０・・・系統周波数−タービン加減弁開度制御信号ラ
イン（負荷設定１１０％） ４１・・・系統周波数〜タービン加減弁開度制御信号ラ
イン（負荷設定７０％） ４２・・・加減弁サーボ ４３・・・主蒸気圧力検出器 ４４・・・タービン速度検出器 第１図 第５図 、５（Ｓｅｃ）＼コ（５ｅＣ） ２．３６図 、５０　　　　　　１″Ｔ　′ＱＩ　ＰＣ′）２　　　
　　周液数（Ｈｌ）（に疑−１ａ＞ ］（ｂ） ７　区 、５−　（Ｓ６Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原子炉からタービンへ入る蒸気流量を制御するタービン
   蒸気加減弁と、該タービン蒸気加減弁で阻止された原子
   炉からの主蒸気流量の余剰分を流すよう制御されるバイ
   パス弁とを備えた沸騰水型原子力発電プラントにおいて
   、タービン負荷の急減した場合に、タービン蒸気加減弁
   に流れる蒸気流量の減少分をバイパス弁の容量以下とす
   るようにタービン蒸気加減弁の開度制御信号を制限し、
   更にタービン負荷の減少が一定時間以上継続したときは
   、上記タービン蒸気加減弁の開度制御信号の制限を解除
   し原子炉出力を低減させる信号を発生させることを特徴
   とする沸騰水型原子力発電プラントの制御方式。