JPS62157598A - 原子炉水位制御装置 - 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】 （発明の技術分野） この発明は、原子炉水位制御装置に係り、特に沸騰水型
原子炉に適用されて好適な原子炉水位制御装置に関する
。

（発明の技術的背景とその問題点） 沸騰水型原子炉における原子炉水位の制御は、原子炉水
位信号、給水流Ｒ信号および主蒸気流量信号を用いて給
水８！昂を調整し、実際の原子炉水位と原子炉水位設定
値との偏差を零にすることにより行なわれる。

第５図は、従来の原子炉水位制御装置を示すブロック線
図である。

原子炉水位検出器１で検出された原子炉水位信号が、原
子炉水位設定器３に記憶された原子炉水位設定値を下回
っている場合は、その偏差が加減演ｔＨ！Ｊ５によって
算出される。この場合には、その偏差がＰＩＤ制１ｉｌ
Ｉ器７に入力され、このＰｒＤ制御Ｉ器７が原子炉への
給水流量を増加させる信号を発して、原子炉水位を回復
させる。また、実際の原子炉水位が原子炉水位設定値を
上回っている場合には、ｐｒｏｆｉＩｒｎｎ器７が給水
流量を減少させる信号を出力して、原子炉水位を回復す
る。

さらに、原子炉出力の変動等によって主蒸気流量が変化
した場合、例えば主蒸気流量が低下して整定する場合に
ついて説明する。この場合には、まず主蒸気差圧検出′
ｊＳ９および開平演算器１１で検出された主蒸気流量と
、給水差圧検出器１３および開平演ｎ器１５で検出され
た給水流量との偏差を、加減演算２Ｓ１７によって求め
る。次に、この偏差と原子炉水位検出器１からの原子炉
水位とに基づいて、加減演ｔ３７９１９にて原子炉水位
の上昇を予測する。その後、加減演算器５にて原子炉予
想水位と原子炉水位設定値とを比較し、ＰＩＤ制ｕ’ａ
ｌ器７から給水流量を減少させる信号を出力して、原子
炉水位を低下させる。また、主蒸気流量が増加して原子
炉水位が低下した場合には、上述と逆の応答を行ない、
給水流量を増加させて原子炉水位を制御する。

ここで、原子炉出力が急激に低下する事象、例えば再循
環ポンプが一台トリップした事象について従来の原子炉
水位制御装置の作用を説明する。

この場合、原子炉水位は、第２図および第３図の破線ａ
に示すように、原子炉圧力低下および炉心流量低下に基
づくスウェリングによって初期上昇し、原子炉水位が原
子炉水位設定値りより高くなる。そのため、ＰＩＤ制御
器７が給水流通を減少させる信号を出力する。また、こ
の場合、主蒸気流ａが減少して給水流量を下回り、主蒸
気流量と給水流量とに偏差（給水流量〉主蒸気流量）が
生ずるため、加減演算器１７がこの偏差を算出する。こ
の偏差に基づき、ＰＩＤｉｉｌｌｔｌｌｌ器７が給水流
量を減少させる信号を出力させる。このようにして、給
水流量が第２図および第３図の破線Ｃで示すように減少
１′ると、原子炉水位は、これらの図中破線ａのように
抑制され、やがて原子炉水位設定値り近くに落ち付く。

したがって、この再循環ポンブ一台トリップ事象の場合
には、従来の原子炉水位制御装置により、原子炉水位の
変動が抑制され、原子炉水位の過渡的変動が水位高トリ
ップレベルＥへ至ることがない。ところが、原子炉出力
が急激に変動し、原子炉水位が大幅に変動して原子炉が
スクラムする事象では、原子炉水位の過渡的変動を水位
高トリップレベル以下に抑制できない場合がある。

このような場合として、例えばタービン系故障から原子
炉がスクラムする事象を考察する。このとぎ、原子炉水
位は、過渡的な原子炉圧力の上昇や原子炉スクラムによ
り、初期急激に低下する。

したがって、Ｐ　［１）制御器７は、この原子炉水位の
低下を回復させるため、給水流量を増加させさる信号を
出力する。一方、原子炉スクラムにより主蒸気流ωが急
速に減少するため、給水流量との偏差が大きくなる（給
水流分〉主蒸気流量）。したがって、ＰＩＤ制御器７は
、給水流量を低減させる信号を出力する。そのため、本
来ならば、給水流量は主蒸気流量と同様に速やかに零近
くまで減少すれば充分であるが、原子炉水位が過渡的に
下がってしまうため、原子炉への給水をしばらく続ける
。そのうち、原子炉水位が回復するに従って給水流量を
急激に減少させるよう制御する。しかし、この急激な給
水流量の減少にも拘らず、減少水位が水位高トリップレ
ベル（第２、第３図中符号Ｅ）まで到達してしまうこと
がある。その主要な原因は、原子炉出力が低下づ゛れば
給水流量を少なくしてよいという原子炉出力と必要給水
流間とのバランスを考慮した先行制御がなされていない
ことにある。

〔発明の目的〕

この発明は、上記事実を考慮してなされたものであり、
原子炉出力変動が大きく原子炉水位が大幅に変動するプ
ラント異常事象において：ｂ、原子炉水位の過渡的変動
を水位高トリップレベル以下に抑制して原子炉水位の制
御能力を向上させることができる原子炉水位制御装置を
提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

この発明に係る原子炉水位制御装置は、原子炉水位、給
水流間および主蒸気流量の信号から原子炉水位を予想し
、この原子炉予想水位と原子炉水位設定値とを比較づる
ことにより必要給水流はを決定して、原子炉水位を先行
的に制御するものにおいて、原子炉出力信号を入力し、
上記原子炉水位、給水流Ｒ１主蒸気流量および原子炉出
力の信号から必要給水原石を決定するよう構成されたも
のである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明に係る原子炉水位制御装置の第１実
施例を示すブロック線図である。

原子炉水位検出器２１にて実測された原子炉水位は、第
１加減演算器２３へ出力される。一方、給水差圧検出器
２５にて給水差圧が検出され、この給水差圧は、開平演
算器２７にて給水流量に換算され、第２加減ａＯ算器２
９へ出力される。また、主蒸気差圧は主蒸気差圧検出器
３１にて検出され、開平演算器３３にて主蒸気流量に換
算され、第２加減演ｔ１器２９へ出力される。第２加減
演算器２９は、給水流量と主蒸気流量との偏差（ミスマ
ツチ）を計算し、この偏差を水位相当信号に換算して第
１加減演ｔＧ！！’ｉ２３へ出力する。

第１加減演篩器２３は、給水流量および主蒸気流量の偏
差と、原子炉水位検出器２１からの原子　　−炉水位と
に基づいて原子炉予想水位を計算し、第３加減演算Ｎ３
５へ出力する。この第３加減演算器３５は、原子炉水位
設定器３７に記憶された原子炉水位設定値と、第１加減
演算器２３から出力された原子炉予想水位とを比較し、
その偏差を計算してＰ　ｒ　Ｄ　ａｉｌ制御器３９へ出
力する。ＰＩＤ制御器３９は、第３加減演算器３５から
出力された偏差信号に慕づいて必要給水流量を決定し、
その必要給水流量を満たすべく給水指令信号を第４加減
演算器４１へ出力する。

この第４加減演算器４１には、原子炉水位検出器２１か
ら、原子炉水位信号が流量相当信号に換算されて入力さ
れる。さらに、この第４加減演算器４１には、原子炉出
力検出器４３から原子炉出力信号（ＡＰＲＭ信号）がフ
ィルタ回路４５を経て入力される。フィルタ回路４５は
、原子炉出力信号の定常的な振幅成分を除去して安定な
信号とするとともに、原子炉熱出力相当の信号に変換す
るものである。そして、この原子炉熱出力相当信号が、
流量相当信号に変換されて第４加減演算器４１に入力さ
れる。

したがって、第４加減演算器４１では、急激な原子炉水
位の過度的変動に迅速に対応するため、ＰＩＤ制御器３
９から入力された給水指令信号に原子炉水位検出器２１
からの原子炉水位信号を加減して、給水指令信号を補正
する。と同時に、原子炉出力の増減に給水流間の増減を
対応させるべく、フィルタ回路４５からの原子炉出力信
号によっても給水指令信号を補正する。

第４加減演算！４１にて補正された給水指令信号は関数
発生器４７．４９へ入力され、タービン駆動用原子炉給
水ポンプあるいはモータ駆動用原子炉給水ポンプへの要
求信号に変換される。

次に、作用を説明する。

まず、原子炉出力が急激に低下する事象、例えば再循環
ポンプが一台トリップした事象における作用を説明する
。

原子炉再循環ボンブ一台が停止して、第２図実線Ｂに示
すように、原子炉出力が急激に低下すると、原子炉圧力
の低下および炉心流量の低下に基づくスウェリングによ
って、同図実線Ａに示すように、原子炉水位は初期急激
に上昇し、原子炉水位設定値りより高くなる。一方、原
子炉再循環ボンブ一台が停止すると、主蒸気流量が減少
し、給水流量を下回るため、主蒸気流量と給水流量との
間に偏差が生ずる（給水流間〉主蒸気流量）。この偏差
が第２加減演算器２９にて計算され、第１加減演算器２
３へ原子炉水位の上昇を予想する信号として出力される
。

したがって、第１加減演算器２３では、実際の原子炉水
位の急激な上昇量に予想される水位の上昇饋が加算され
、大幅な原子炉水位上界の予想信号（原子炉予想水位信
号）となって第３加減演粋器３５へ出力される。すると
、この第３加減演算器３５において、原子炉水位設定値
と原子炉予想水位との偏差が計ｎされ、この偏差に基づ
き、Ｐ■Ｄ制御茶３９が給水流間を減少させるべく第４
加減演算各４１へ給水指令信号を出力する。

第４加減演算器４１には、原子炉水位検出器２１から過
渡的な原子炉水位信号が流罪相当信号として入力される
とともに、原子炉出力検出器４３およびフィルタ回路４
５から原子炉出力信号が流量相当信号として入力される
。原子炉出力信号は第２図実線Ｂの如く低下しているた
め、この原子炉出力信号の入力により原子炉出力と必要
給水流間とのバランス（原子炉出力が低下すれば給水流
間は少なくてよいというバランス）が確保されることに
なる。したがって、ＰｒＤ制御器３９から入力された給
水指令信号は、第４加減演算器４１にて給水流量の減少
方向に補正され、関数発生器４７．４９へ出力されるこ
とになる。

関数発生器４７．４９から給水ポンプへ要求信号が出力
されると、給水は第２図実線Ｃのように大幅に減少され
、それに伴い、原子炉水位も第２図実線Ａに示すＪ：う
に大幅に低下し、その後原子炉水位設定値りに近付く。

この結果、原子炉水位の過度的変動を充分小さく抑制す
ることが（”き、原子炉水位の制御能力を向上させるこ
とができる。

次に、原子炉出力が急激に変動して原子炉水位が大幅に
変動する事象、例えばタービン系故障から原子炉がスク
ラム１°る事象につき、作用を説明する。

過渡的な原子炉圧力の上昇や原子炉スクラムにより、原
子炉水位は初期急激に低下し、その水位信号が第１加減
演算Ｐ！ｉ２３へ出力される。一方、原子炉スクラムに
より主蒸気流量が急激に減少するため、給水流間との偏
差（給水流量〉主流量）が大きくなり、その偏差が、原
子炉水位の上背を予想する信号として第１加減演算器２
３へ出力される。

第１加減′ａ算器２３では、第２加減演算器２９からの
原子炉水位の上昇を予想する信号が、原子炉水位検出器
２１からの原子炉水位低下信号により全であるいは若干
相殺される。その相殺された原子炉水位信号と原子炉水
位設定信号との比較が第３加減演算器３５にてなされる
。その結果、ＰＩＤ制御器３９からは、給水流量をあま
り変動させない給水指令信号が第４加減演算器４１側へ
出ノ〕されることになる。ところが、この第４加減演０
器４１には、原子炉出力検出器４３からフィルタ回路４
５を経て原子炉出力信号が入力される。

この場合、原子炉出力信号は、原子炉出力が急激に低下
したことを示すため、第４加減演算器４１は、ＰＩＤ制
御器３９から入力された給水指令信号を捕正し、必要給
水流間を大幅に減少させる信号を関数発生器４７．４９
へ出力する。

したがって、タービン系故障から原子炉がスクラムする
事象の場合にも、給水流量が減少され、原子炉水位の過
度的変動を充分小さく抑２−１することができ、原子炉
水位を水位高トリップレベル（第２図符号Ｅ）以下に制
御することができる。

その結果、原子炉自動運転においても原子炉水位を水位
高トリップレベルに対し余裕を持たせることができ、原
子炉の安全性を向上させることができる。

第３図はこの発明に係る原子炉水位制御装置の第２実施
例を示すブロック線図である。この第２実施例において
第１実施例と同様な部分は、同一の符号を付すことによ
り説明を省略する。

第２実施例が第１実施例と異なるのは、原子炉出力検出
器４３に接続されたフィルタ回路４５を第１加減演ｔｊ
混２３に連結した点にある。この場合には、原子炉出力
検出器４３からの原子炉出力信号を流量相当信号に換算
して第１加減演ｎ器２３へ出力する。つまり、第１加減
演峰器２３においては、第２加減演専器２９からの給水
流間Ｊ３よび主蒸気流量の偏差信号と、原子炉出力検出
器４３からの原子炉出力信号とを、原子炉水位検出器２
１からの原子炉水位信号に加減する。そして、原子炉出
力を考慮した原子炉予想水位を第１演惇器２３にて計暮
し、第３加減演綽器３５へ出力する。第３加減演算器３
５では、原子炉予想水位と原子炉水位設定値とを比較し
た後、ｒｌＤ制御器３９から給水指令信号を出力させる
ことになる。

但し、この場合、定常状態での信号レベルのバランスを
とるために、原子炉出力信号を、主蒸気流量信号との偏
差信号として第１加減演算器２３へ入力し、定常状態で
の偏差を零とする必要がある。このため、主蒸気流量信
号のゲインを変更する。

したがって、この第２実施例においても、原子炉再循環
ポンブ一台トリップ事象においては、第４図の実線Ｂ示
すように原子炉出力が急激に低下した際に、この出力低
下に応じて給水流量を同図実線Ｇで示すように急激に低
下させることができる。その結果、原子炉水位を第４図
実線Ｆのように急激に低下させて、原子炉水位設定値り
に落ち付かせることができ、第１実施例と同様に原子炉
水位の制御能力を向上させることができる。

また、タービン故障後原子炉がスクラムする事象を第２
実施例で制御する場合には、原子炉出力の低下に応じて
第１加減演算器２３にて原子炉予想水位信号を上昇させ
、その結果、Ｐ　Ｉ　Ｄ　１ｌｌｌｌ　Ｉ）Ｏｉ梠３９
から、給水流量を減少させる信号が出力される。故に、
この事象においても、原子炉水位を充分抑ｉ＋１７する
ことができ、原子炉水位の過度的変動を水位高トリップ
レベル（第４回付号Ｅ）以下に制御することができる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明に係る原子炉水位ｉ１＋＋Ｉ　ｆ
１１装置によれば、原子炉水位を検出し、主蒸気流けと
給水流量とのバセランスを考慮し、さらに原子炉出力信
号を入力して必要給水流量を演算し、原子炉水位を先行
的にｆｌＪＪ　ＩｌＩするようにしたことから、原子炉
出力が低下した時には、給水流量を低減させることがで
き、原子炉出力の変動が大きく、原子炉水位の大幅な変
動を伴うプラント異常事象の場合においても、原子炉水
位の過度的変動を水位高トリップレベル以下に抑制する
ことができ、原子炉水位のｉ、ＩＪ　ａｌｌ能力を向上
させることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る原子炉水位制御装置の第１実施
例を示すブロック線図、第２図は原子炉再循環ポンブ一
台トリップ事象において第１実施例で制御された原子−
炉水位、原子炉出力および給水流量を示すグラフ、第３
図はこの発明に係る原子炉水位制御装置の第２実施例を
示すブロック線図、第４図は原子炉再循環ポンブ一台ト
リップ事象において第２実施例で制御された原子炉水位
、原子炉出力および給水流量を示すグラフ、第５図は従
来の原子炉水位制御装置を示すブロック線図である。 ２１・・・原子炉出力検出器、２３・・・第１加減演算
器、２５・・・給水差圧検出器、３１・・・主蒸気差圧
検出器、３５・・・第３加減演算器、３７・・・原子炉
水位設定器、３つ・・・Ｐ１Ｄ制御冴、４１・・・第４
加減演算器、４３・・・原子炉出力検出器、４５・・・
フィルタ回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉水位、給水流量および主蒸気流量の信号から
   原子炉水位を予想し、この原子炉予想水位と原子炉水位
   設定値とを比較することにより必要給水流量を決定して
   、原子炉水位を先行的に制御する原子炉水位制御装置に
   おいて、原子炉出力信号を入力し、上記原子炉水位、給
   水流量、主蒸気流量および原子炉出力の信号から必要給
   水流量を決定するよう構成されたことを特徴とする原子
   炉水位制御装置。 ２、原子炉出力信号は、原子炉予想水位と原子炉水位設
   定値とを比較して必要給水流量を決定した後、この必要
   給水流量を補正するよう入力される特許請求の範囲第１
   項記載の原子炉水位制御装置。 ３、原子炉出力信号は原子炉水位、給水流量および主蒸
   気流量の信号とともに、原子炉予想水位を算出するファ
   クタとして入力される特許請求の範囲第１項記載の原子
   炉水位制御装置。