JPS6262310B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、原子炉の運転方法、特に、沸騰水型
原子炉（BWR）の起動、パタン交換などの出力
変更運転に関するものである。 第１図は、BWRの概略の系統を示すもので、
原子炉容器４内には、多数の燃料集合体が配置さ
れた炉心部１が形成され、この炉心部１内に挿入
される制御棒１６が設けられている。炉心部１の
上部には気水分離器２および蒸気乾燥器３が存在
している。原子炉容器４内にはジエツトポンプ１
７が設けられ、ジエツトポンプ１７の入口側には
再循環系配管１３の一部が開口している。再循環
系配管１３には再循環ポンプ１８が設置されてい
る。再循環ポンプ１８が駆動されると、再循環系
配管１３およびジエツトポンプ１７を通して炉心
部に冷却水が供給される。この冷却水は炉心部１
で加熱され蒸気となる。発生した蒸気は気水分離
器２および蒸気乾燥器３を通り、原子炉容器１に
接続された主蒸気管１４に流出する。蒸気は、タ
ービン５を回転させた後、復水器６で凝縮され再
び水に戻る。この水は、復水器６より、復水ポン
プ７、復水脱塩器８、復水昇圧ポンプ９、低圧給
水加熱器１０、給水ポンプ１１および高圧給水加
熱器１２を順次連絡する給復水系通路１５を通つ
て原子炉容器４内に送られる。 BWRにおいて反応度（炉心反応度）を制御
し、原子炉出力を制御するためには、制御棒と再
循環装置とが二つの重要な装置である。制御棒
は、内部にボロン炭化物が充填され、制御棒を炉
心部に出し入れすることにより原子炉出力を制御
する。たとえば電気出力460MWのBWRプラント
においては、約97本の制御棒が使用されている。
再循環装置は、再循環系配管１３、ジエツトポン
プ１７および再循環ポンプ１８によつて構成され
る。再循環ポンプ１８の吐出量を多くすると、ジ
エツトポンプ１７を通して炉心部１に供給される
冷却材流量が増大する。炉心部１を通過する冷却
材流量が増加すると、炉心部１で発生するボイド
の量が少なくなる。このため、中性子の減速が十
分行なわれ、反応度が増加し出力があがる。反対
に再循環ポンプ１８の吐出量が減少すると、炉心
部１を通過する冷却水量も減少し、ボイドの量が
多くなるため反応度が減少し、出力が低下する。
BWRの運転では上記二つの装置を併用すること
により反応度が調節される。 このようなBWRの出力変更運転においては、
急激な出力変化（特に出力上昇）によつておこる
燃料ペレツトと被覆管の機械的相互作用を軽減
し、燃料の健全性を維持する目的で各種の制限条
件が課せられている。たとえば、制御棒引抜など
による急激な出力上昇は燃料棒の線出力密度があ
るしきい値（以下、しきい値と略す。）以下、ま
たはその燃料棒が既に経験したことのある線出力
密度（以下、エンベロプと略す。）以下で行なう
よう制限されている。またこれらのしきい値また
はエンベロプ以上においては、出力上昇手段は冷
却水量増加に限定され、しかもその上昇率には上
限がある。 BWRのあるものは、目標原子炉出力（以下、
目標出力と称する）を発生する設定制御棒パタン
（以下、目標パタンと称する）が、燃料有効長の
1/2以上深く挿入した制御棒（以下、深制御棒と
称する）のみで構成されているが、このような
BWRの冷温起動時において、従来行なわれてき
た起動方法について説明する。ここで、冷温起動
とは、はじめて起動する場合、または、原子炉停
止から100時間以上経過した後再起動する場合を
示している。いま、電気出力460MW、出力密度
40.6kW／ｌ、しきい値8kW／ft、出力上昇率制
限値0.06kW／ft／hrのBWRを例にして説明す
る。 起動などの出力変更運転の場合に、任意の制御
棒を引き抜き目標出力を出す任意の制御棒パタン
を実現するといつた方法がとられることはなく、
前もつて制御棒の引抜順序および目標パタンを設
定する方法をとつている。 第２図は、この冷温起動の際の運転特性を示す
図で、横軸に、冷却材流量（％）、縦軸に、原子
炉出力（％）がとつてあり、実線で制御棒操作、
点線で冷却材流量増減操作を示しており、１９〜
２６およびＡ〜Ｍは、それぞれ下記の如くであ
る。 １９……最小冷却材流量線 ２０……第１回冷却材流量漸増線 ２１……第１回冷却材流量急減線 ２２……第２回冷却材流量漸増線 ２３……第２回冷却材流量急減線 ２４……第３回冷却材流量漸増線 ２５……第３回冷却材流量急減線 ２６……第４回冷却材流量漸増線 Ａ……第１回制御棒操作前運転点 Ｂ……第１回制御棒操作完了時運転点 Ｃ……第１回冷却材流量漸増完了時運転点 Ｄ……第１回冷却材流量急減完了時運転点 Ｅ……第２回制御棒操作完了時運転点 Ｆ……第２回冷却材流量漸増完了時運転点 Ｇ……第２回冷却材流量急減完了時運転点 Ｈ……第３回制御棒操作完了時運転点 Ｉ……第３回冷却材流量漸増完了時運転点 Ｊ……第３回冷却材流量急減完了時運転点 Ｋ……第４回制御棒操作完了時運転点 Ｌ……目標（100％）出力到達時運転点 Ｍ……目標（100％）出力運転点 を示している。そして、第３図は、この運転にお
ける制御棒パタンを1/4炉心相当で、全挿入を２
４、全引抜を０またはブランクで示すもので、２
６１は、定格（100％）冷却材流量時に定格（100
％）炉心出力を発生する目標パタンで、２０１，
２２１，２４１は、目標パタンに達するまでの中
間段階における制御棒操作で目標とする中間制御
棒パタン（以下、これらを中間パタンと称する）
を示している。 この運転方法では、制御棒の引抜きは４回に分
けて行なわれる。第１回目は、最小冷却材流量
（定格値の約40％）で、約12時間内で、しきい値
8kW／ft以下で、与えられた引抜順序に従い、可
能な限り制御棒を引抜き、中間パタン２０１を実
現する（運転点Ｂ）。この中間パタン２０１で線
出力密度上昇率を制限値0.06kW／ft／hrに保ち
ながら、冷却材流量を増加させた（運転点Ｃ）
後、再び最小冷却材流量とし、出力を急速に下げ
（運転点Ｄ）、制御棒を操作し、中間パタン２２１
を実現する。上述の操作、冷却材流量のゆるやか
な増加操作、その後の冷却材流量の急激な減少操
作とそれに続く制御棒引抜き操作を順次くり返
し、中間パタン２４１、目標パタン２６１を介し
て最終的に定格運転状態（100％冷却材流量時、
100％炉心出力発生）を実現する。これらの中間
パタン２２１および２４１は前もつて設定された
引抜順序に従つて制御棒を引抜いたパタンであ
る。一般に、このような中間パタンでは最大線出
力密度が前述のしきい値に比べて著しく低くなる
ことはない。すなわち、さらに制御棒を引抜く
と、きい値を越えてしまうというぎりぎりのとこ
ろまで引抜かれているのが普通である。 このように従来の起動時の運転方法では、深制
御棒のみから構成される目標パタン２６１を実現
する前は、中間パタン２４１に示すように試料有
効長の1/2以下だけ挿入する制御棒（以下、浅制
御棒と称する）を多数本用いていた。これは、
BWRでは炉心高さ方向のボイド分布に起因して
炉心下部で中性子の熱化が促進されることにより
出力ピークが炉心下端から約1/4の位置で発生す
るので、これを小さくしピーキングを下げること
により出力発生を大とするためである。 第４図は、この起動運転方法を用いた場合の最
大線出力密度の時間変化を示すもので、横軸に、
時間(h)、縦軸に、最大線出力密度がとつてあり、
第２図と同一の記号を用いて表示してあり、DD
は線出力密度上昇率（0.06kW／ft／ｈ）を示し
ている。この図には、目標パタンを実現したとき
（運転点Ｋ）の最大線出力密度はしきい値以下と
なるが、その後線出力密度変化率が制限値
0.06kW／ft／ｈよりも大きくなり運転制限値を
遵守できないことが示されている。これは燃料健
全性維持の点で好ましくない。また、このような
運転において線出力密度変化率も制限値以下と
し、燃料の健全性を維持したい場合には、制御棒
引抜回数を増さねばならないので、この場合起動
所要時間が長くなり稼動率が低下する。 これに対して、R.Takeda et al.；New BWR
Core Concept of Improved.Performance―
Summary of WNS Core；Transaction of
American Nuclear Society 1978 Annual
Meeting，p.558.（1978.6）には、原子炉の運転
を深制御棒のみからなる制御棒パタンで運転する
炉心について記載してある。この炉心では燃料高
さ方向に濃縮度差をつける手段により、燃焼の進
行に伴つて出力分布自己平坦化をおこさせ、浅制
御棒を使用しない運転を行なつているが、この方
法は、定格運転の場合に限つて用いられている。 以上の如く、従来の原子炉の運転方法において
は出力変更運転に当り、浅制御棒を使つていたた
め、炉心運用が面倒で燃料経済もよくなかつた。 本発明は、このような従来技術の欠点を除去
し、燃料の健全性を維持し、かつ、稼動率を向上
することができる起動時などの出力変更時の原子
炉の運転方法を提供することを目的とし、原子炉
出力を制御棒と冷却材流量の調節により制御する
ことのできる沸騰水型原子炉の目標原子出力を発
生する運転状態を、深制御棒のみから構成される
設定制御棒パタンにより実現する運転方法におい
て、前記設定制御棒パタンの前段に深制御棒のみ
から構成される少なくとも１回の中間制御棒パタ
ンを連続して設定し、該中間制御棒パタンおよび
前記設定制御棒パタンを前記冷却材流量を漸増さ
せて炉心下部の核***生成物Ｉ（沃素）―135の
生成量を増加させた後、前記冷却材流量を急減さ
せ、前記制御棒を引抜いて実現し、最終的には前
記設定制御棒パタンを維持しながら冷却材流量を
漸増させ原子炉出力を目標原子炉出力まで上昇さ
せることを特徴とするものである。 すなわち、本発明は、目標出力を発生する目標
パタンと同様に深制御棒のみからなる中間パタン
を用い、冷却材流量漸増の運転を行なうことによ
り、その後、冷却材流量を急減し、目標パタンを
実現したときの炉心下部出力分布時間変化が小さ
くなるようにＩ（沃素）―135の分布およびXe
（キセノン）―135分布を制御し目標を達するもの
であり、以下の検討結果に基づいてなされたもの
である。 従来の方法による運転において、目標パタン実
現時、炉心下部で線出力密度が急激に変化し、制
御値に違反した原因は、第３図に示されている中
間パタン２４１によつて浅制御棒を挿入して冷却
材流量をゆるやかに増加させ運転していたためで
ある。すなわち、この結果、炉心下部でXe―135
が蓄積していない状態のところへ、目標パタンを
実現し炉心下部出力が大となつた結果、β崩壊に
よりＩ―135から生成されるXe―135より、中性
子を吸収して壊変するXe―135が多くなり、Xe―
135の濃度が急激に減少したことによる。 そこで、本発明では、目標パタン実現前に、
Xe―135の親核種であるＩ―135を炉心下部に蓄
積し、目標パタンを実現したとき炉心下部でXe
―135の生成量を増加させることにより、炉心下
部で出力時間変化率を小さくする手段につき検討
した。 Xe―135は、核***から直接生成されるものと
核***生成物であるＩ―135のβ崩壊によつて生
成されるものとがある。しかし前者の割合は後者
に比べ非常に小さく、Xe―135はおもにＩ―135
のβ崩壊によつて生成されると考えてよい。Ｉ―
135の半減期は6.7hである。このためＩ―135の生
成とXe―135の生成の間には時間遅れがあり、目
標パタン実現時に炉心下部のXe―135の生成量を
増加させるにはその前のパタンでの炉心流量漸増
時にＩ―135を炉心下部に蓄積しておく必要があ
る。 Ｉ―135の生成量は出力に比例する。そこで本
発明の運転方法では、目標パタン実現前の冷却材
流量漸増により出力を上昇させる操作時に、深制
御棒のみを用いた制御棒パタンで炉心下部の出力
を増加させ、Ｉ―135の生成量を増すようにし
た。 すなわち、本発明では目標パタン実現前に、
Xe―135の親核種であるＩ―135（半減期6.7時
間）を炉心下部に蓄積し、目標パタンを実現した
とき炉心下部でXe―135の生成量を増加させるこ
とにより、炉心下部で出力時間変化率を小さくす
る。Xe―135の生成量が増加するのはＩ―135の
半減期6.7時間の約３倍の20時間程度であるか
ら、最小冷却材流量線で目標パタンとする前約20
時間内に運転する制御棒パタンを深制御棒のみか
ら構成した。 出力時間変化率を小さくする必要は、目標パタ
ン実現時に最も大きい。しかし、中間パタンが深
制御棒のみで構成される場合には、この中間パタ
ンを作るときにも炉心下部出力時間変化率が大き
くなる可能性がある。したがつて更にこの前に深
制御棒のみから構成した制御棒パタンで運転する
と炉心下部出力時間変化率を小さくできる。 第５図は、出力分布を従来の場合との比較にお
いて示したもので、横軸、縦軸には、それぞれ、
炉心軸方向位置、炉心平均を1.0に規格化した出
力分布を示しているが、AA，BBがそれぞれ、従
来方法、本発明方法の出力分布を示している。こ
の図は浅制御棒を用いた従来方法においては浅制
御棒の挿入により炉心上部の出力を増加させる結
果となり、上記効果は得られないことを示してい
る。 そこで、現行炉心では浅制御棒を用いて運転し
ているのに対して、前述のWNS燃料をバツクフ
イツトした場合には、深制御棒のみによる運転が
可能となる。このように深制御棒のみの運転がで
きる場合には、炉心運用の簡単化および燃料経済
の向上をはかることができる。 以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明す
る。 第６図は、本発明の原子炉の運転方法の一実施
例の運転特性を示す図で、横軸に、冷却材流量
（％）、縦軸に、原子炉出力（％）がとつてあり、
実線で制御棒操作、点線で冷却材流量増減操作を
示しており、２７〜３４およびＮ〜Ｚは、それぞ
れ、下記の如くである。 ２７……最小冷却材流量線 ２８……第１回冷却材流量漸増線 ２９……第１回冷却材流量急減線 ３０……第２回冷却材流量漸増線 ３１……第２回冷却材流量急減線 ３２……第３回冷却材流量漸増線 ３３……第３回冷却材流量急減線 ３４……第４回冷却材流量漸増線 Ｎ……第１回制御棒操作前運転点 Ｏ……第１回制御棒操作完了時運転点 Ｐ……第１回冷却材流量漸増完了時運転点 Ｑ……第１回冷却材流量急減完了時運転点 Ｒ……第２回制御棒操作完了時運転点 Ｓ……第２回冷却材流量漸増完了時運転点 Ｔ……第２回冷却材流量急減完了時運転点 Ｕ……第３回制御棒操作完了時運転点 Ｖ……第３回冷却材流量漸増完了時運転点 Ｗ……第３回冷却材流量急減完了時運転点 Ｘ……第４回制御棒操作完了時運転点 Ｙ……目標（100％）出力到達時運転点 Ｚ……目標（100％）出力運転点 また、第７図は、制御棒パタンを1/4炉心相当
で、全挿入を２４、全引抜を０またはブランクで
示すもので、２６１は第３図と同様に定格（100
％）冷却材流量時に定格（100％）炉心出力を発
生する目標パタンで、２８１，３０１，３２１
は、第１回、第２回、第３回制御棒操作で実現す
る中間パタンを示している。 なお、第６図で、出力がＱ点からＲ点に下つた
のは、Ｑ点が中間パタン２８１から中間パタン３
０１に変更した場合には、浅制御棒をしきい値
8KW／ft以下で引き抜いてはいるが、炉心下部の
ため出力ピークが出やすく制御棒をあまり引き抜
けないため、制御棒引抜きによる反応度増加が、
この時間内でのキセノン量増加による反応度減少
よりも小さくなつたためである。 この実施例も、従来例と同様に電気出力
460MW、出力密度40.6kW／ｌ、制御棒引抜制限
値8kW／ft、出力上昇率制限値0.06kW／ft／ｈの
BWRで目標出力が定格（100％）値の場合で目標
パタン２６１を用いた例である。制御棒操作は４
回に分けて行ない、制限条件を守る運転法は、従
来技術で示した例と同じである。しかしながらこ
の実施例では、深制御棒のみから構成した目標パ
タン２６１を実現する前に、同じように深制御棒
のみから構成した中間パタン３２１により、冷却
材流量をゆるやかに増加させ（出力変更運転径路
３２）た後、冷却材流量を急激に減少させ（出力
変更運転径路３３）、最終的に制御棒を操作し、
目標パタン２６１（運転点Ｘ）を実現している。
原子炉はこの後、冷却材流量をゆるやかに増加さ
せ（出力変更運転径路３４）、目標出力運転状態
を実現する。中間パタン３２１は、目標パタン２
６１で挿入している各制御棒を更に深く挿入した
ほかに、数本の深制御棒を用いている。 第１表は、本発明の実施例におけるＩ―135の
炉心上下の濃度の比（中間パタン実現時）とXe
―135の炉心上下の濃度の比（中間パタン実現
時）を従来技術で説明した例と比較して示したも
のである。本発明の運転方法で運転した場合は、
従来の運転方法にくらべ炉心下部でのＩ―135、
Xe―135の割合が増加していることを示してい
る。 The present invention relates to a method of operating a nuclear reactor, and in particular to a boiling water reactor (BWR) start-up, output change operation such as pattern exchange. Figure 1 shows the general system of BWR.
A reactor core 1 in which a large number of fuel assemblies are arranged is formed within the reactor vessel 4, and a control rod 16 inserted into the reactor core 1 is provided. A steam separator 2 and a steam dryer 3 are present in the upper part of the reactor core 1 . A jet pump 1 is installed inside the reactor vessel 4.
7 is provided, and a part of the recirculation system piping 13 is opened on the inlet side of the jet pump 17. A recirculation pump 18 is installed in the recirculation system piping 13. When the recirculation pump 18 is driven, cooling water is supplied to the reactor core through the recirculation system piping 13 and the jet pump 17. This cooling water is in the core 1
is heated and becomes steam. The generated steam passes through a steam separator 2 and a steam dryer 3, and flows out into a main steam pipe 14 connected to the reactor vessel 1. After the steam rotates the turbine 5, it is condensed in the condenser 6 and returns to water. This water is supplied from the condenser 6 to a water supply and condensate system which sequentially connects a condensate pump 7, a condensate demineralizer 8, a condensate boost pump 9, a low pressure feed water heater 10, a water feed pump 11 and a high pressure feed water heater 12. It is sent into the reactor vessel 4 through the passage 15. Control rods and recirculation equipment are two important devices in BWR to control reactivity (core reactivity) and reactor power. The control rods are filled with boron carbide and control the reactor output by moving the control rods in and out of the reactor core. For example, a BWR plant with an electrical output of 460 MW uses approximately 97 control rods.
The recirculation device is composed of a recirculation system piping 13, a jet pump 17, and a recirculation pump 18. When the discharge amount of the recirculation pump 18 is increased, the flow rate of coolant supplied to the reactor core 1 through the jet pump 17 is increased. As the flow rate of coolant passing through the core 1 increases, the amount of voids generated in the core 1 decreases. Therefore, the neutrons are sufficiently slowed down, the reactivity increases, and the output increases. Conversely, when the discharge amount of the recirculation pump 18 decreases, the amount of cooling water passing through the reactor core 1 also decreases, the amount of voids increases, the reactivity decreases, and the output decreases.
In BWR operation, the reactivity is adjusted by using the above two devices together. In such BWR output change operation,
Various restrictive conditions are imposed in order to reduce the mechanical interaction between the fuel pellets and the cladding that occurs due to sudden changes in output (particularly increases in output) and to maintain the integrity of the fuel. For example, a sudden increase in power due to control rod withdrawal, etc. will cause the linear power density of the fuel rod to be below a certain threshold (hereinafter referred to as threshold), or the linear power density that the fuel rod has already experienced ( (hereinafter abbreviated as envelope) is restricted to the following. Further, above these thresholds or envelopes, the means for increasing the output is limited to increasing the amount of cooling water, and there is an upper limit to the rate of increase. Some BWRs have a target reactor power (hereinafter referred to as
The set control rod pattern (hereinafter referred to as the target pattern) that generates the target output (referred to as the target output) is
It consists only of control rods inserted more than 1/2 deep (hereinafter referred to as deep control rods), but such
The conventional startup method for cold startup of BWR will be explained. Here, cold startup refers to the case of starting for the first time, or the case of restarting the reactor after 100 hours or more have passed since the reactor was shut down. Currently, electrical output is 460MW, power density
An example of a BWR with 40.6 kW/l, a threshold of 8 kW/ft, and an output increase rate limit of 0.06 kW/ft/hr will be explained. In the case of output change operation such as startup, methods such as pulling out any control rod and realizing an arbitrary control rod pattern that produces the target output are not taken.
A method is already in place to set the control rod withdrawal order and target pattern. Figure 2 is a diagram showing the operating characteristics during this cold start-up.The horizontal axis shows the coolant flow rate (%), the vertical axis shows the reactor output (%), and the solid line shows the control rod operation,
The dotted lines indicate coolant flow rate increase/decrease operations.
26 and A to M are as shown below. 19... Minimum coolant flow rate line 20... First coolant flow rate gradual increase line 21... First coolant flow rate sudden decrease line 22... Second coolant flow rate gradual increase line 23... Second coolant flow rate Sudden decrease line 24...Third coolant flow rate gradual increase line 25...Third coolant flow rate sudden decrease line 26...Fourth coolant flow rate gradual increase line A...Operating point B before first control rod operation... Operating point C when the first control rod operation is completed...Operating point D when the first coolant flow rate gradual increase is completed...Operating point E when the first coolant flow rate is rapidly decreased...Operating when the second control rod operation is completed Point F...Operating point when the second coolant flow rate gradual increase is completed G...Operating point H when the second coolant flow rate sudden decrease is completed...Operating point I when the third control rod operation is completed...Third coolant flow point Operating point J when the gradual increase in flow rate is completed...Operating point K when the 3rd sharp decrease in coolant flow rate is completed...Operating point L when the 4th control rod operation is completed...Operating point M when the target (100%) output is reached...Target (100%) indicates the output operating point. Figure 3 shows the control rod pattern for this operation, equivalent to 1/4 core, with full insertion at 2.
4. Indicates complete withdrawal with 0 or blank, 2
61 is the rated (100%) coolant flow rate.
%) Target pattern for generating core power, 201,
221 and 241 are intermediate control rod patterns (hereinafter referred to as intermediate patterns) targeted by control rod operations in intermediate stages until reaching the target pattern.
It shows. In this operating method, the control rods are withdrawn in four steps. The first time is at the minimum coolant flow rate (approximately 40% of the rated value) and within approximately 12 hours, the threshold value is reached.
At 8 kW/ft or less, pull out as many control rods as possible according to the given pull-out order to achieve intermediate pattern 201 (operating point B). With this intermediate pattern 201, the coolant flow rate was increased while keeping the linear power density increase rate at the limit value of 0.06kW/ft/hr (operating point C)
After that, the coolant flow rate is set to the minimum again, the output is rapidly lowered (operating point D), the control rod is operated, and the intermediate pattern 221
Realize. The above operations, a gradual increase in the coolant flow rate, a subsequent rapid decrease in the coolant flow rate, and a subsequent control rod withdrawal operation are repeated in sequence, and the rated operating state is finally achieved via the intermediate pattern 241 and the target pattern 261. (At 100% coolant flow rate,
Achieve 100% core power generation). These intermediate patterns 221 and 241 are patterns in which control rods are pulled out according to a previously set pulling order. Generally, such an intermediate pattern does not result in a maximum linear power density that is significantly lower than the aforementioned threshold. In other words, the control rod is usually pulled out to the limit where it will exceed the threshold value if the control rod is pulled out further. In this way, in the conventional startup operation method, before achieving the target pattern 261 consisting only of depth control rods, the control rods (which are inserted by half or less of the sample effective length) are inserted as shown in the intermediate pattern 241. A large number of shallow control rods (hereinafter referred to as shallow control rods) were used. this is,
In BWR, the thermalization of neutrons is promoted at the bottom of the core due to the void distribution in the core height direction, and the power peak occurs at about 1/4 of the way from the bottom of the core, so this can be reduced to reduce peaking. This is to increase output generation. Figure 4 shows the time change in the maximum linear power density when using this start-up operation method, and the horizontal axis is
Time (h), the maximum linear power density is set on the vertical axis,
It is indicated using the same symbols as in Figure 2, and DD
indicates the linear power density increase rate (0.06kW/ft/h). This figure shows that when the target pattern is achieved (operating point K), the maximum linear power density is below the threshold value, but after that the linear power density change rate is the limit value.
It has been shown that the value becomes larger than 0.06kW/ft/h, making it impossible to comply with the operating limit value. This is unfavorable in terms of maintaining fuel integrity. In addition, in this type of operation, if you want to keep the linear power density change rate below the limit value and maintain the health of the fuel, you will have to increase the number of control rod withdrawals. decreases. On the other hand, R. Takeda et al.; New BWR
Core Concept of Improved.Performance―
Summary of WNS Core; Transaction of
American Nuclear Society 1978 Annual
Meeting, p. 558. (June 1978) describes a reactor core that operates with a control rod pattern consisting only of deep control rods. In this core, the power distribution is self-flattened as combustion progresses by means of differentiating fuel enrichment in the height direction, allowing operation without the use of shallow control rods. It is used only when driving. As described above, in the conventional nuclear reactor operation method, shallow control rods were used for power change operation, which made core operation troublesome and poor fuel economy. The present invention provides a method of operating a nuclear reactor during output changes such as startup, which eliminates the drawbacks of the conventional technology, maintains the health of the fuel, and improves the operating rate. A set control rod pattern consisting only of deep control rods is used to create the operating state that generates the target nuclear power of a boiling water reactor, in which the reactor power can be controlled by adjusting the control rods and the coolant flow rate. In the operating method realized by, at least one intermediate control rod pattern consisting of only deep control rods is successively set before the set control rod pattern, and the intermediate control rod pattern and the set control rod pattern are After gradually increasing the coolant flow rate to increase the amount of fission product I (iodine)-135 in the lower core, the coolant flow rate is suddenly decreased and the control rods are withdrawn. This method is characterized in that the reactor output is increased to the target reactor output by gradually increasing the coolant flow rate while maintaining the set control rod pattern. In other words, the present invention uses an intermediate pattern consisting of only deep control rods, similar to the target pattern that generates the target output, and performs an operation in which the coolant flow rate is gradually increased, and then the coolant flow rate is suddenly decreased to achieve the target pattern. The distribution of I (iodine)-135 and
(xenon) -135 to achieve the target by controlling the distribution, and was based on the following study results. In operation using the conventional method, when the target pattern was realized, the linear power density suddenly changed in the lower part of the core, and the control value was violated. This is because the coolant was inserted and the coolant flow rate was gradually increased during operation. In other words, as a result, Xe-135
As a result of realizing the target pattern and increasing the lower core power to a state in which no accumulation of increases, Xe―
This is due to a sudden decrease in the concentration of 135. Therefore, in the present invention, before realizing the target pattern,
When I-135, the parent nuclide of Xe-135, is accumulated in the lower core, and the target pattern is achieved, Xe
We investigated ways to reduce the time rate of power change in the lower core by increasing the amount of -135 produced. There are two types of Xe-135: those produced directly from nuclear fission and those produced by β-decay of I-135, a fission product. However, the proportion of the former is very small compared to the latter, and Xe-135 is mainly I-135.
It can be considered that it is generated by the β decay of I-
The half-life of 135 is 6.7h. For this reason, there is a time delay between the generation of I-135 and the generation of Xe-135, and in order to increase the amount of Xe-135 generated in the lower core when the target pattern is realized, it is necessary to gradually increase the core flow rate in the previous pattern. It is necessary to accumulate I-135 in the lower part of the reactor core. The amount of I-135 produced is proportional to the output. Therefore, in the operating method of the present invention, when the output is increased by gradually increasing the coolant flow rate before the target pattern is realized, the output in the lower core is increased using a control rod pattern using only deep control rods, and the amount of I-135 produced is increased. That is, in the present invention, before realizing the target pattern,
By accumulating I-135 (half-life 6.7 hours), which is the parent nuclide of Xe-135, in the lower core and increasing the amount of Xe-135 produced in the lower core when the target pattern is achieved, the output time in the lower core is increased. Reduce the rate of change. The amount of Xe-135 produced increases in about 20 hours, which is about three times the half-life of I-135 of 6.7 hours, so it takes about 20 hours to reach the target pattern using the minimum coolant flow line.
The control rod pattern to be operated within the specified time was made up of only deep control rods. The need to reduce the output time rate of change is greatest when realizing the target pattern. However, if the intermediate pattern is composed only of deep control rods, there is a possibility that the time rate of change in the lower core power will increase even when creating this intermediate pattern. Therefore, if the control rod pattern consisting of only deep control rods is operated before this, the time rate of change in the lower core power can be reduced. Figure 5 shows the output distribution in comparison with the conventional case, with the horizontal and vertical axes showing the output distribution.
The power distribution is shown with the core axial position and core average normalized to 1.0, and AA and BB represent the power distribution of the conventional method and the method of the present invention, respectively. This figure shows that in the conventional method using shallow control rods, the power output in the upper part of the core increases due to the insertion of shallow control rods, and the above effect cannot be obtained. Therefore, while the current core operates using shallow control rods, if the aforementioned WNS fuel is backfitted, operation using only deep control rods becomes possible. In this way, when only the deep control rods can be operated, core operation can be simplified and fuel economy can be improved. Hereinafter, the present invention will be explained in detail using examples. FIG. 6 is a diagram showing the operating characteristics of an embodiment of the nuclear reactor operating method of the present invention, with the horizontal axis representing the coolant flow rate (%) and the vertical axis representing the reactor power (%). ,
The solid line indicates control rod operation, and the dotted line indicates coolant flow rate increase/decrease operation, and 27 to 34 and N to Z are as shown below. 27... Minimum coolant flow rate line 28... First coolant flow rate gradual increase line 29... First coolant flow rate sudden decrease line 30... Second coolant flow rate gradual increase line 31... Second coolant flow rate Sudden decrease line 32... Third coolant flow rate gradual increase line 33... Third coolant flow rate sudden decrease line 34... Fourth coolant flow rate gradual increase line N... Operating point O before first control rod operation... Operating point P when the first control rod operation is completed...Operating point Q when the first coolant flow rate gradual increase is completed...Operating point R when the first coolant flow rate is rapidly decreased...Operation when the second control rod operation is completed Point S...Operating point when the second coolant flow rate gradual increase is completed T...Operating point U when the second coolant flow rate sudden decrease is completed...Operating point V when the third control rod operation is completed...Third coolant flow point Operating point W when the gradual increase in flow rate is completed...Operating point X when the 3rd sharp decrease in coolant flow rate is completed...Operating point Y when the 4th control rod operation is completed...Operating point when the target (100%) output is reached Z...Target (100%) output operating point In addition, Figure 7 shows the control rod pattern equivalent to 1/4 core, with 24 for full insertion and 0 or blank for full withdrawal, and 261 is the rated as in Figure 3. (100
%) The target pattern that generates the rated (100%) core power at the coolant flow rate is 281,301,321.
shows intermediate patterns realized by the first, second, and third control rod operations. In addition, in FIG. 6, the reason why the output decreased from point Q to point R is because point Q is from intermediate pattern 281 to intermediate pattern 3.
When changing to 01, the shallow control rod is set to the threshold value.
Although the control rods are pulled out at less than 8KW/ft, the control rods are not pulled out much because the control rods are pulled out at the bottom of the core, where power peaks tend to occur.
This is because the decrease in reactivity was smaller than the decrease in reactivity due to an increase in the amount of xenon within this time. This embodiment also has an electrical output similar to the conventional example.
460MW, power density 40.6kW/l, control rod withdrawal limit 8kW/ft, output increase rate limit 0.06kW/ft/h.
This is an example in which the target pattern 261 is used when the target output is the rated (100%) value in BWR. Control rod operation is 4
The driving method, which is carried out in batches and observing the limit conditions, is the same as the example shown in the prior art. However, in this embodiment, before realizing the target pattern 261 consisting only of deep control rods, the coolant flow rate is gradually increased (output change operation path 32) After that, the coolant flow rate is suddenly reduced (output change operation path 33), and the control rod is finally operated,
The target pattern 261 (operating point X) is realized.
Thereafter, the reactor gradually increases the coolant flow rate (output change operation path 34) to achieve the target output operation state. The intermediate pattern 321 is the target pattern 2
In addition to inserting the control rods inserted in step 61 deeper, several depth control rods are used. Table 1 shows the ratio of the concentration of I-135 above and below the core (when an intermediate pattern is realized) and the Xe
-135, the ratio of the concentration above and below the core (when an intermediate pattern is realized) is shown in comparison with the example explained in the conventional technology. When operating according to the operating method of the present invention,
I-135 at the bottom of the core compared to the conventional operation method,
This shows that the proportion of Xe-135 is increasing.

【表】 第８図は、この実施例を用いたときの最大線出
力密度の時間変化を示すもので、横軸に、時間
(h)、縦軸に、最大線出力密度がとつてあり、第４
図と同一の記号を用いて表示してあり、DDは線
出力密度上昇率（0.06kW／ft／ｈ）が示してあ
る。この図では、しきい値以上での線出力密度変
化率は0.05kW／ft／ｈ以下であり、第２図およ
び第３図で示した従来技術で遵守できなかつた線
出力密度変化率制限値0.06kW／ft／ｈが遵守で
きるようになつている。したがつてこの実施例の
運転方法によれば出力変更運転時の制限条件が遵
守できるので燃料健全性維持の点で好ましい。 前述のように、線出力密度変化率を小さくする
必要は目標パタン実現時に最も大きい。そのた
め、この実施例では、最小冷却材流量線に沿つて
目標パタン２６１とする前約20時間（Xe―135の
親核種であるＩ―135の半減期6.7時間の約３倍の
時間）内に運転する制御棒パタン３２１を深制御
棒のみから構成した。これによつて、目標パタン
実現前にXe―135の親核種であるＩ―135を炉心
下部に蓄積することができるので、目標パタンを
実現したとき、炉心下部でXe―135の生成量を増
加させて線出力密度変化率を小さくすることがで
きた。 また、この実施例における、中間パタン２８１
及び３０１は前もつて設定した引抜順序に従つて
制御棒を引き抜いたパタンで、これらの中間パタ
ン２８１，３０１は、前述の如く、制御棒をさら
に引抜くとしきい値を超えてしまうぎりぎりのと
ころまで引抜かれている。 そして、これらの中間パタン２８１，３０１で
は制御棒を浅く挿入しているが、引き続く深制御
棒のみで構成した中間パタン３２１を作るときの
下部線出力密度変化率を小さくしたい場合には、
前述の制御棒引抜順序を変更して、深制御棒のみ
から構成したパタンを例えば中間パタン３０１の
かわりに用いても良く、同様にして深制御棒のみ
から構成したパタンを中間パタン２８１のかわり
に用いても良い。 また従来技術で示した運転方法で運転制限条件
を守ろうとすると制御棒操作回数が増す。たとえ
ば、線出力密度変化率を低減するため、第３図に
示した中間パタン２４１から目標パタン２６１へ
の制御棒操作を２回に分けて行なわなくてはなら
ず、この場合、冷却材流量増減操作も含めて起動
時間は３日長くなり、プラント稼動率が低下す
る。したがつて、この実施例の運転方法はプラン
ト稼動率向上の点でも好ましい。 第９図は、他の実施例の運転特性を示す図で、
横軸に、冷却材流量（％）、縦軸に、原子炉出力
（％）がとつてあり、実線で制御棒操作、点線で
冷却材流量増減操作を示しており、３５〜３９、
A₀〜H₀は、それぞれ、下記の如くである。 ３５……第１回冷却材流量急減線 ３６……第１回冷却材流量漸増線 ３７……第２回冷却材流量急減線 ３８……第２回冷却材流量漸増線 ３９……最小冷却材流量線 A₀……パタン交換前運転点 B₀……第１回制御棒操作前運転点 C₀……第１回制御棒操作完了時運転点 D₀……第１回冷却材流量漸増完了時運転点 E₀……第１回冷却材流量急減完了時運転点 F₀……第２回制御棒操作完了時運転点 G₀……目標（100％）出力到達時運転点 H₀……目標（100％）出力運転点 また、第１０図は、制御棒パタンを1/4炉心相
当で、全挿入を２４、全引抜を０またはブランク
で示すもので、３５１は、パタン交換前パタン、
３６１は、第１回制御棒操作で実現する中間パタ
ン、３８１は、第２回制御棒操作で実現するパタ
ン、すなわち、目標パタンを示しており、この実
施例は、制御棒操作は２回に分けて行なう。制御
棒パタン３５１での高出力運転（運転点A₀）後、
冷却材流量を急減し制御棒を操作して中間パタン
３６１を実現する。中間パタン３６１は深制御棒
のみからなる設定パタンと同じ深さに挿入した制
御棒の他に数本の深制御棒を用いている。この中
間パタンでキセノン量変化が安定するのを待ち、
冷却材を漸増し出力を増加し炉心下部でＩ―135
を蓄積した後、再び冷却材流量を急減し、目標パ
タンを実現する。この制御棒操作時の最大線出力
密度はしきい値8kW／ft以下で、この後の線出力
密度変化率も0.05kW／ft／ｈとなり、制限条件
が遵守できる。目標パタン実現時の過渡変化は中
間パタンでの運転の影響が大きく、それ以前の大
巾な出力変更の影響は小さい。これはＩ―135の
半減期の数倍以上の時間がこのときまでに経過し
ていることによる。目標パタン実現後は冷却材流
量を漸増し、目標出力運転状況を実現すればよ
い。このように本発明を用いれば、パタン交換の
場合でも運転制限条件を遵守することができる。 以上、説明したように実施例の運転方法によれ
ば、原子炉出力を変更する運転において、特別に
新たな装置を必要とせず、通常の操作手段により
目標出力を発生する目標パタンを実現したときの
出力時間変化率を小さくすることができる。この
結果、出力変更運転時の制限条件を遵守すること
ができる。 従つて、本発明の原子炉の運転方法は、燃料の
健全性を維持し、かつ、プラント稼動率向上をは
かることができ、産業上の効果の大なるものであ
る。[Table] Figure 8 shows the change in maximum linear power density over time when this example is used.
(h), the maximum linear power density is plotted on the vertical axis, and the fourth
The same symbols as in the figure are used, and DD indicates the linear power density increase rate (0.06kW/ft/h). In this figure, the linear power density change rate above the threshold is 0.05kW/ft/h or less, which is the linear power density change rate limit that could not be observed with the conventional technology shown in Figures 2 and 3. It is now possible to comply with 0.06kW/ft/h. Therefore, according to the operating method of this embodiment, the limiting conditions during output change operation can be complied with, which is preferable in terms of maintaining fuel integrity. As mentioned above, the need to reduce the rate of change in linear power density is greatest when realizing a target pattern. Therefore, in this example, within about 20 hours (about three times the half-life of 6.7 hours of I-135, which is the parent nuclide of Xe-135), the target pattern 261 is set along the minimum coolant flow line. The operating control rod pattern 321 is composed of only deep control rods. This makes it possible to accumulate I-135, the parent nuclide of Xe-135, in the lower core before the target pattern is achieved, increasing the amount of Xe-135 produced in the lower core when the target pattern is achieved. This made it possible to reduce the rate of change in linear power density. Further, in this embodiment, the intermediate pattern 281
and 301 are patterns in which the control rods are pulled out according to the previously set pulling order, and as described above, these intermediate patterns 281 and 301 are at the very edge where the threshold value will be exceeded if the control rods are pulled out further. It has been pulled out. In these intermediate patterns 281 and 301, the control rods are inserted shallowly, but if you want to reduce the lower linear power density change rate when creating the subsequent intermediate pattern 321 consisting of only deep control rods,
By changing the control rod withdrawal order described above, a pattern made up of only deep control rods may be used, for example, instead of the intermediate pattern 301. Similarly, a pattern made up of only deep control rods may be used instead of the intermediate pattern 281. May be used. Furthermore, if an attempt is made to comply with the operating restriction conditions using the operating method shown in the prior art, the number of control rod operations increases. For example, in order to reduce the rate of change in linear power density, the control rod operation from the intermediate pattern 241 to the target pattern 261 shown in FIG. The start-up time including operation will be extended by three days, and the plant operation rate will be reduced. Therefore, the operating method of this embodiment is preferable in terms of improving the plant operating rate. FIG. 9 is a diagram showing the operating characteristics of another embodiment,
The horizontal axis shows the coolant flow rate (%), and the vertical axis shows the reactor output (%), the solid line shows the control rod operation, and the dotted line shows the coolant flow rate increase/decrease operation.
A ₀ to H ₀ are as shown below. 35...First coolant flow rate sudden decrease line 36...First coolant flow rate gradual increase line 37...Second coolant flow rate sudden decrease line 38...Second coolant flow rate gradual increase line 39...Minimum coolant Flow rate line A ₀ ...Operating point before pattern exchange B ₀ ...Operating point before the first control rod operation C ₀ ...Operating point at the completion of the first control rod operation D ₀ ...Complete of the first coolant flow rate gradual increase Operating point E ₀ ...Operating point F ₀ when the first coolant flow rate sharp decrease is completed...Operating point G ₀ when the second control rod operation is completed...Operating point H ₀ when the target (100%) output is reached... Target (100%) output operating point Figure 10 shows the control rod pattern equivalent to 1/4 core, with 24 for full insertion and 0 or blank for full withdrawal. 351 is the pattern before pattern replacement,
Reference numeral 361 indicates an intermediate pattern realized by the first control rod operation, and 381 indicates a pattern realized by the second control rod operation, that is, a target pattern. In this example, the control rod operation is performed twice. Let's do it separately. After high power operation (operating point A ₀ ) with control rod pattern 351,
Intermediate pattern 361 is realized by rapidly reducing the coolant flow rate and operating the control rod. The intermediate pattern 361 uses several depth control rods in addition to the control rod inserted at the same depth as the set pattern consisting only of depth control rods. Wait for the xenon amount change to stabilize in this intermediate pattern,
I-135 at the bottom of the core by gradually increasing the coolant and increasing the output
After accumulating the coolant flow rate, the coolant flow rate is suddenly reduced again to achieve the target pattern. The maximum linear power density during control rod operation is below the threshold value of 8 kW/ft, and the rate of change in linear power density after this is also 0.05 kW/ft/h, allowing the limit conditions to be complied with. The transient change when the target pattern is realized is largely influenced by the operation in the intermediate pattern, and the influence of the large output change before that is small. This is because by this time more than several times the half-life of I-135 has elapsed. After achieving the target pattern, the coolant flow rate may be gradually increased to achieve the target output operating condition. As described above, by using the present invention, the operation restriction conditions can be observed even in the case of pattern exchange. As explained above, according to the operating method of the embodiment, when the target pattern of generating the target output is realized by normal operation means without requiring any special new equipment in the operation of changing the reactor output. The output time change rate can be reduced. As a result, the restriction conditions during output change operation can be observed. Therefore, the nuclear reactor operating method of the present invention can maintain the integrity of the fuel and improve the plant operating rate, and has great industrial effects.

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

第１図は、沸騰水型原子炉の概略系統図、第２
図は、従来の原子炉の運転方法における運転特性
図、第３図は、第２図の運転方法における制御棒
パタンを示す図、第４図は、第２図で示した運転
方法を適用した場合の最大線出力密度の時間変化
を示す線図、第５図は、本発明の原子炉の運転方
法の中間パタンによる出力分布を従来の場合との
比較において示した線図、第６図は、本発明の原
子炉の運転方法の一実施例における運転特性図、
第７図は、第６図の運転方法における制御棒パタ
ンを示す図、第８図は、第６図で示した運転方法
を適用した場合の最大線出力密度の時間変化を示
す線図、第９図は、本発明の原子炉の運転方法の
他の実施例における運転特性図、第１０図は、第
９図の運転方法における制御棒パタンを示す図で
ある。 ２６１…目標（100％）出力パタン、２８１…
第１回中間パタン、３０１…第２回中間パタン、
３２１…第３回中間パタン。 Figure 1 is a schematic system diagram of a boiling water reactor;
The figure shows an operating characteristic diagram for the conventional reactor operating method, Figure 3 shows the control rod pattern for the operating method shown in Figure 2, and Figure 4 shows the control rod pattern for the operating method shown in Figure 2. FIG. 5 is a diagram showing the temporal change in the maximum linear power density in the case of the present invention, and FIG. , an operating characteristic diagram in an embodiment of the nuclear reactor operating method of the present invention,
Fig. 7 is a diagram showing the control rod pattern in the operating method shown in Fig. 6, and Fig. 8 is a diagram showing the temporal change in the maximum linear power density when the operating method shown in Fig. 6 is applied. FIG. 9 is an operating characteristic diagram in another embodiment of the nuclear reactor operating method of the present invention, and FIG. 10 is a diagram showing a control rod pattern in the operating method of FIG. 9. 261...Target (100%) output pattern, 281...
1st intermediate pattern, 301... 2nd intermediate pattern,
321...3rd intermediate pattern.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] １ 原子炉出力を制御棒と冷却材流量の調節によ
り制御することのできる沸騰水型原子炉の目標原
子炉出力を発生する運転状態を、深制御棒のみか
ら構成される設定制御棒パタンにより実現する運
転方法において、前記設定制御棒パタンの前段に
深制御棒のみから構成される少なくとも１回の中
間制御棒パタンを連続して設定し、該中間制御棒
パタンおよび前記設定制御棒パタンを前記冷却材
流量を漸増させて炉心下部の核***生成物（沃
素）―135の生成量を増加させた後、前記冷却材
流量を急減させ、前記制御棒を引抜いて実現し、
最終的には前記設定制御棒パタンを維持しながら
前記冷却材流量を漸増させて原子炉出力を前記目
標原子炉出力まで上昇させることを特徴とする原
子炉の運転方法。1. Achieving an operating state that generates the target reactor output of a boiling water reactor whose reactor output can be controlled by adjusting the control rods and coolant flow rate using a set control rod pattern consisting only of deep control rods. In the operating method, at least one intermediate control rod pattern consisting of only deep control rods is successively set before the set control rod pattern, and the intermediate control rod pattern and the set control rod pattern are cooled. After increasing the amount of fission product (iodine) -135 produced in the lower part of the core by gradually increasing the flow rate of coolant, the flow rate of coolant is suddenly decreased and the control rod is pulled out.
A method for operating a nuclear reactor, characterized in that the reactor output is finally increased to the target reactor output by gradually increasing the coolant flow rate while maintaining the set control rod pattern.