JPS63195595A

JPS63195595A - 原子力発電所

Info

Publication number: JPS63195595A
Application number: JP62027115A
Authority: JP
Inventors: 春日　肇
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-02-10
Filing date: 1987-02-10
Publication date: 1988-08-12

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明はタービンバイパス容量が異なる複数基の原子力
発電プラントから構成された原子力発電所に係り、特に
電力系統負荷の変動に応じて、原子炉を停止させない範
囲で原子力発電プラント出力を制御するプラント出力制
御装置が備えられた原子力発電所に関する。

（従来の技術）近年、発電設備に占める原子力発電プラントの割合が多
くなると、従来のように原子力発電プラントを定格出力
で運転継続させ、負荷の変動は火力発電、水力発電で補
うといった原子力基底負荷運転だけでなく、原子力発電
プラントにも負荷追従運転が求められつつある。そして
、昼間と夜間の負荷の大きさの変化に対応する大幅負荷
追従性能や常時の定常的な周波数の小幅な振動（変動）
に対するさまざまな対応が考えられている。

また、上述の通常運転時における負荷変動の他に電力系
統の事故のような異常事態への対応も考慮しなければな
らない。すなわち、電力系統事故時には系統周波数の変
化として影響が表われるが、系統制御により短時間のう
ちに収拾されるケースが多いものの、その短時間のうち
に系統周波数が過渡的に１〜２Ｈ２もの上昇をきたし原
子炉停止に至ることも考えられる。

第４図は一般的な原子力発電所１および電力供給系統の
概略構成図である。

原子力発電所１はタービンバイパス容量が異なる複数基
の原子力発電プラント２．３．４から構成される。ここ
では、説明の便宜上３ジのプラントから構成されている
ものとする。各原子力発電プラント２，３．４は所内同
閉器５を介して送電線路８に接続される。さらに、送電
線路８は変電所９を介して各外部電力負荷１０ａ、１０
ｂ、１Ｑｃ、１０ｄに接続される。

第５図は原子ノコ発電所内に設置される代表的な原子力
発電プラントの概略構成図であって、原子炉１５で発生
した蒸気は主蒸気導管１６を通り、蒸気加減弁１７で蒸
気流量を制御されながら蒸気タービン１８に導入される
。上記蒸気タービン１８に導入された蒸気はそこで仕事
を行ない、蒸気タービン１８に直結された発電Ｉａ１９
を駆動させる。発電機１９の駆動により発電された電力
は遮断器２０を介して外部電力系統へ送り出される。

一方、蒸気タービン１８で仕事を行なった蒸気は復水器
２１に送られ、そこで凝縮して復水となる。

また、主蒸気導管１６にはバイパス弁２２を有するバイ
パス導管２３が分岐導出されており、必要に応じて主蒸
気の一部を蒸気タービン１８をバイパスして復水器２１
に導くようにしである。

一方、外部電力系統の遮１１ｉ器２０の出口部には、電
力系統周波数を測定する周波数検出器２４が設けられ、
この周波数検出器２４で検出された周波数信号が、比較
器２５に入力される。そして、その比較器２５で予め設
定された周波数設定値と比較され、上記周波数信号が周
波数設定値を超えた場合、再循環ポンプ２６の減速ある
いは制御棒部ｆ７１　Ｉｌｌ構２７による制御棒２８の
挿入により原子炉１５の出力を減じ、発生蒸気量を減す
るようにしである。

さらに、前記蒸気加減弁１７は、タービン実速度と設定
速度との偏差が一定範囲に納まるようにタービン速度制
御装置２９によってその開度が制御され、蒸気タービン
１８への蒸気流入Ｍが調整される。また、上記蒸気加減
弁１７の開方向の制御に対応して、バイパス弁２２が開
方向に制御され、余剰蒸気が復水器２１に導かれる。

ここで、第４図における原子力発電プラント２が主蒸気
かの１００％をバイパス可能な１００％バイパスプラン
トであり、他の原子力発電プラント３．４が主蒸気流出
の２５％をバイパス可能な２５％バイパスプラントであ
ると仮定する。また、原子力発電所１から供給される電
力は、外部電力０荷１０ａに１０％、外部電力負荷１０
ｂに２０％、外部電力負荷１０Ｃに３０％、外部電力負
荷１０ｄに４０％の割合で供給されると仮定する。

このような電力供給系統において、外部電力負荷１０ｄ
のような大ぎな負荷喪失が発生した場合には、各原子力
発電プラント２．３．４の保護装置がその負荷喪失を検
出して遮断器２０を作動させ、所内開閉所の母線から発
電機１９を切り離し、プラントを保護する。この場合、
切り離されたプラントが２５％バイパスプラントであれ
ば、原子炉１５は停止し、１００％バイパスプラントで
あれば原子炉１５は停止せず、主蒸気を１００％バイパ
スさせて所内単独運転に移行する。

一方、外部電力負荷１０ａのような小さな負荷喪失に対
しては各原子力発電プラント２．３．４の保護装置は作
動せず、プラントの切り離しは行なわれない。このため
、負荷喪失により電力系統の周波数が多少上昇し、各原
子力発電プラント２゜３．４はガバナ制御による蒸気加
減弁１７の絞り込みにより、主蒸気導管１６中を流れる
蒸気をバイパス導管２３ヘバイパスさせて、周波数上昇
に対応する。

（発明が解決しようとする問題点）上述したように外部電力負荷１０ｄのような大きな負荷
喪失が発生した場合には、１００％バイパスプラントは
原子炉１５を停止させる必要はないが、２５％バイパス
プラントのようなバイパス容量の小さい原子力発電プラ
ント３，４はプラント保護のために発電１１９を外部電
力系統から切り離し、原子炉１５を停止させる。

一方、外部電力負荷１０ａのような小さな負荷喪失に対
しては、保護装置は作動せず、電力系統の周波数の上昇
を持って、原子力発電プラント２゜３．４自身の制御系
の働きにより対処する。しかしながら、周波数上昇の影
響は各原子力発電プラント２，３．４のバイパス容量の
大きさに関係なく及ぶため、負荷喪失の大きさによって
は、バイパス容量の小さな原子力発電プラント３．４は
、原子炉１５が停止することがある。

一般に、２５％バイパスプラントのバイパス弁２２で流
せる蒸気容量は、蒸気加減弁１７の容量１００％に対し
２５％程度である。そのため、電力系統の周波数が大き
く上昇するような場合において、発電機１９の回転速度
の上昇を防止するように蒸気加減弁１７の開度を大幅に
絞るとき、蒸気加減弁１７の絞り込み恐が２５％以内で
あれば、２５％容量を持つ閣を吸収することができて、
原子炉圧力の上昇を防止することができる。しかし、蒸
気加減弁１７がぞれ以上絞り込まれるような周波数上昇
が発生すれば、蒸気加減弁１７がバイパス弁２２の容量
以上に絞り込まれ、原子炉圧力の上昇を引き起し、原子
炉出力の上昇により原子炉が自動停止する。

周波数の上昇量と蒸気加減弁１７の絞り込み吊は、ター
ビン速度制御装置にお（）る迷電調定率により決まり、
現状では速度調定岳は５％としである。ずなわら、ター
ビン実速度が５％上５１すると、蒸気加減弁１７が１０
０％絞り込まれることになっており、タービン実速度５
％上Ｒは、５０　ＨＺに換粋すると、５２．５Ｈｚにな
る。第６図は速度調定率５％での周波数と蒸気加減弁開
度との関係を示す図であり、ここで２５％容量のバイパ
ス弁２２による吸収可能な周波数の上界限界を求めると
、５０．６２５Ｈｚとなる。

一方、一般的に電力系統の故障では、最大２Ｈ７程度の
周波数上昇を考えておく必要があるといわれている。し
たがって、現状のバイパス容量では不足することになる
が、バイパス弁２２の容量を増ずことは大幅な設備増と
なり、プラント建設コストのアップになり現実的でない
。

また、負荷喪失による系統周波数の上昇に対しては、原
子炉出力を低下させることにより、発生蒸気量を減少さ
せて、上記のバイパス容量の不足をある程度補うことが
可能となる。つまり、第５図の周波数検出器２４により
周波数を検出し、化較器２５により周波数の上界が規定
値を超えたと判断した場合に、再循環ポンプ２６を減速
させ、あるいはａｌｌＪ御棒２８を一部挿入して、原子
炉出力を低下させるものである。

この場合、系統周波数の上昇が緩やかなものであれば、
この周波数の上昇を検出して原子炉出力を低下させ、蒸
気発生昂を減少させることが可能である。しかし、系統
周波数の上昇が急激な場合には、再循環ポンプ２６の減
速、制御棒２８の一部挿入では時間的に間に合わないた
め、原子炉出力を低下させることができず、原子炉１５
は停止してしまう。

このように、電力系統の負荷喪失により原子炉１５が停
止すると、再始動させるには大変な労力と時間が掛かり
、また、電力系統の事故等が復旧した際には、電力が不
足することになる。ざらに、全体として原子力ｙＦ、電
所の稼動率が低下することになる。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、電
力系統の負荷喪失が発生した場合でも、原子力発電プラ
ントの運転を継続することができ、原子力発電所の稼動
率を向上させることができる原子力発電所を提供するこ
とを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明に係る原子力発電所は、タービンバイパス容量が
異なる複数基の原子力発電プラントから構成され、各原
子力発電プラントは原子炉出力が冷却材の再循環流母お
よび炉心のυ１ｕｌｌ棒位置により制御され、タービン
発電機出力がタービン制御２Ｉｌ系の主蒸気加減弁の開
度により制御され、上記のタービン発電機の電力が所内
開閉器を介して外部電力系統へ供給される原子力発電所
において、電力系統負荷の変動、各原子力発電プラント
の原子炉出力およびタービン発電機出力を検出してプラ
ント出力の制御割合について演算し、各原子力発電プラ
ントのタービンバイパス容量に応じて、原子炉を停止さ
せない範囲で、原子炉出力およびタービン発電機出力を
制御するプラント出力制御装置が備えられ、このプラン
ト出力制御装置により電力系統負荷と原子力発電プラン
ト出力との調和を維持したものである。

（作用）電力系統に事故等が発生し、負荷喪失が生じた場合には
、その電力系統負荷の変動をプラント出力制御装置が検
出する。プラント出力り制御装置は系統周波数等の検出
値から、系統周波数等の変動を演算して電力系統負荷の
変動を認識する。また、プラント出力制御装置は各原子
力発電プラントの原子炉出力およびタービン発ｍｍ出力
を検出し、電力系統負荷の変動を吸収するために、各原
子力発電プラントのタービンバイパス容量に応じて、原
子炉を停止させない範囲でそれぞれの原子力発電プラン
ト毎の出力制御割合を演算により求める。そして、プラ
ント出力制御装置は演算結果により各原子力発電プラン
ト毎にプラント出力を！制御し、電力系統負荷との調和
を維持する。

このため、各原子力発電プラントの原子炉は停止せず、
電力系統負荷の変動に柔軟に対応して、運転を継続する
。したがって、原子力発電所の稼動率が向上する。

（実施例）本発明を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明に係る原子力発電所１Ａの一実施例お
よび電力供給系統の概略構成図である。

原子力発電所１Ａはタービンバイパス容量が異なる複数
基の原子力発電プラント２，３．４から構成される。各
原子力発電プラント２，３．４は所内開閉器５を介して
送電線路８に接続される。さらに、送電線路８は変電所
９を介して各外部電力負荷１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１
０ｄに接続される。

さらに、原子力発電所１Ａには、電力系統負荷の変動に
応じて、各原子力発電プラント２．３゜４の出力を制ｔ
Ｉ１ｇるプラント出力制御装置３０が備えられる。

各原子力発電プラント２，３．４の構成については、第
２図に示すように従来と同様なので同一部分には同一の
符号を付して説明を省略する。

上記プラント出力制御装置３０は、送電線路８および各
外部電力負荷１０ａ〜１０６等の電力系統からの電力系
統負荷検出信号３１と、各原子力発電プラント２，３．
４からのプラント出力検出信号３２とを入力し、各原子
力発電プラント２゜３．４ヘプラント出力制御信号３３
を出力するようになっている。

電力系統負荷検出信号３１は電力系統の電流、電圧、電
力量および系統周波数等の検出値であって、プラント出
力制御装置３０は上記電力系統負荷検出信号３１を入力
して、それらの検出値から、その絶対量、変化率の大き
さおよび継続時間を演算し、電力系統負荷の変動を認識
する。

プラント出力検出信号３２は各原子力発電プラント２．
３．４の図示しない炉心性能演粋装置等からの原子炉出
力およびタービン発電機出力の検出値であり、このプラ
ント出力検出信号３２を入力したプラント出力制御装置
３０は、これらの検出値と前記電力系統負荷の変動とを
比較して演算し、各原子力発電プラント２．３．４のタ
ービンバイパス容量に応じたプラント出力制御割合およ
びプラント出力制御手段を求める。このプラント出力制
御割合およびプラント出力制御手段は、原子炉１５を停
止させない範囲で求められるものである。

プラント出力制御手段としては、第２図に示すようにタ
ービン速度制御装置２９による主蒸気加減弁１７の開度
の制御、再循環ポンプ２６による冷却材再循環流量の制
御、制御棒駆動機構２７による制御棒２８位置の制御が
考えられる。また、プラント出力閥御割合は各原子力発
電プラント２３．４のタービンバイパス容出に応じて求
められるものである。

すなわら、１００％バイパスプラントの場合には、主蒸
気加減弁１７を１００％絞り込んでも、主蒸気をバイパ
ス導管２３から１００％バイパスさせることが可能であ
るため、原子炉１５内の圧力が上昇せず、原子炉１５が
停止することはない一方、２５％バイパスプラントの場
合には、主蒸気加減弁１７を２５％以上絞り込むと、原
子炉１５内の圧力が上昇し、原子炉１５が停止してしま
う。したがって、２５％バイパスプラントのタービン出
力制御割合を原子炉停止に至らない程度に抑える必要が
あり、その代り１００％バイパスプラントのバイパス容
ａを最大限に活用して、１００％バイパスプラントのタ
ービン出力制御割合を多くする必要がある。

プラント出力制御信号３３は、プラン１〜出力制御装置
３０内で上述したような演惇が行なわれた結果として出
力されるものである。このプラント、　出力制御信号３
３は各原子力発電プラント２，３゜４毎に出力され、そ
のプラント出力制御信号３３中には第２図に承りように
、タービン出力制御信号３３ａ、再循環側１１制御信号
３３ｂ、制御棒駆動信号３３ｃが含まれる。

タービン出力制御信号３３ａはタービン速度制御装ｅ２
９に入力され、タービン速度制御８首２・　９はそのタ
ービン出力制御信＠３３ａに応じて負荷設定を変更する
。すなわち、タービン速度制御装ｆｆ２９は主蒸気加減
弁１７およびバイパス弁２２の開度を変えて、主蒸気を
バイパス導管２３ヘバイパスさせる割合を変更する。

再循環流ｍ制御信号３３ｂは再循環ポンプ２６に入力さ
れ、再循環ポンプ２６はその再循環流量制御信号３３ｂ
に応じて、ポンプ回転速度を変え、炉心へ循環させる冷
却材の流量を変更りる。また、ｔ、ＩＪ御棒駆動信号３
３ｃは制御棒駆動機４ｉ％２７に入力され、制御棒駆動
ｖ１構２７はその制御棒駆動信号３３ｃに応じて、炉心
へ挿入する制御棒２８の位置を変更する。

これらのタービン出力制御信８３３ａ、再循環流量制御
信号３３ｂ１制御棒駆動信号３３ＧはそれぞれＰＡ連な
く出力されるのではなく、相互に有機的なＩＩｌ連をも
って、タービン発電機出力および原子炉出力を変更し、
総合的に各原子力発電プラント２，３．４の出力を制御
するものである。

次に、具体的に電力系統の負荷喪失が発生した場合につ
いて述べる。

ここで、第１図の原子力発電プラント２を１００％バイ
パスプラント、その他の原子力発電プラント３．４を２
５％バイパスプラントと仮定する。

また、原子力発電所１Ａから供給される電力は、外部電
力負荷１０ａに１０％、外部電力負荷１０ｂに２０％、
外部電力負荷１０ｃに３０％、外部電力負荷１０ｄに４
０％の割合で供給されると仮定する。さらに、電力系統
負荷の変動を認識するには、電力、電流等を検出するこ
とにより可能であるが、ここでは周波数の検出値から電
力系統負荷の変動を認識するものとする。

万一、電力系統事故等により外部電力負荷１０ａ、１０
ｂ等に負荷喪失が発生すると、系統周波数が変動し、そ
の周波数の検出信号が電力系統負荷検出信＠３１として
、プラント出力制御装置３０に入力される。プラント出
力制御装置３０は、その周波数の検出値から周波数の絶
対値および周波数上昇率を算出する。これらの周波数の
絶対値および周波数上昇率は負荷喪失の大きさ、すなわ
ち外部電力負荷１０ａに負荷喪失が発生した場合と、外
部電力負荷１０ｂに負荷喪失が発生した場合とで異なり
、次の３つのケースが考えられる。

ケース１；過周波数（例えば５１．５Ｈｚ）のみ検出さ
れた場合ケース２：周波数上昇率「大」　（例えば１）１７７１
秒）のみ検出された場合ケース３；過周波数かつ周波数上昇率ｒ大コの双方が検
出された場合第３図はこれら３つのケースについての、ブラント出力
制御装置３０内における判断を示す論理回路図である。

ケース１の場合は周波数がゆっくり上昇してきたことを
示すもので、このままでは周波数がさらに上昇して２５
％バイパスプラントのバイパス容Ｍを超えて主蒸気加減
弁１７が絞り込まれ、原子炉圧力が上昇して原子炉１５
が停止してしまう。

このため、プラント出力制御装置３０は２５％バイパス
プラントである原子力発電プラント３，４へ再循環流ｍ
制御信号３３ｂを出力して再循環ポンプ２６の速度を低
下させ、原子炉出力を低下させる。この場合、ゆっくり
と対応することが可能であるため、直接主蒸気加減弁１
７を絞り込む必要はない。

ケース２の場合は、そのままでは過周波数になる可能性
があるので、プラント出力制御装置３０は２５％バイパ
スプラントである原子力発電プラント３．４へタービン
出力制御信号３３ａを出力し、急速な対応をするために
負荷設定点を例えば１００％から８０％に下げ、８０％
に維持してタービン発電機出力を低下させる。それ以上
の周波数上昇については、１００％バイパスプラントで
ある原子力発電プラント２の自動制御に委ね、さらに過
周波数が検出される場合にはケース３で対処する。

ケース３の場合は最悪のケースであり、全原子力発電プ
ラント２．３．４に対して、プラント出力制御装置３０
から再循環流量制御信号３３ｂ１制御棒駆動信号３３ｃ
を出力し、再循環ポンプの速度を低下させるとともに制
御棒の一部を挿入させて原子炉出力を低下させる。

その後、電力系統の事故等が復旧し、電力系統負荷が上
界した場合には、プラント出力制御２ＩＩ装置３０が電
力系統負荷検出信号３１を入ノ〕し、周波数の絶対値お
よび周波数低下率を求め、−Ｆ”＞＆した場合と同様の
判断を行なう。そして、プラント出力制御装置３０から
プラント出力ａ、ＩＩ御信号３３を出力して、原子力Ｒ
ｆｆｊプラント２，３．４の出力を上昇させ、通常運転
に復旧させる。

このように、本実施例によれば、電力系統の事故等によ
り負荷喪失が発生した場合においても、原子炉１５が停
止することはなく、運転を継続することが可能となる。

このため、原子炉１５が停止した場合の再起動時の労力
と時間は必要なく、電力系統事故が復旧して電力系統負
荷が掛った場合においても、速やかに原子力発電プラン
ト２゜３．４の出力を上げることができ、電力の不足が
生じることがない。したがって、原子ノＪ発電所１Ａの
稼動率を向上させることができる。

上記実施例においては、プラント出力制御装置３０を原
子力発電所１Ａ内に設置した場合についてのみ説明した
が、プラント出力制御装置３０を中央給電所（系統全体
の監視・制御をする指令所）に設置してもよい。

〔発明の効果〕

本発明に係る原子力発電所は、電ツノ系統負荷の変動、
各原子力発電プラントの原子炉出力およびタービン発電
機出力を検出してプラント出力の制御割合について演惇
し、各原子力発電プラントのタービンバイパス容量に応
じて、原子炉を停止させない範囲で、原子炉出力および
タービン発電機出力を制御するプラント出力制御装置が
備えられ、このプラント出力制御装置により電力系統負
荷と原子力発電プラント出力との調和を維持したので、
電力系統の負荷喪失が発生した場合でも、電力系統負荷
と原子力発電プラント出ノ〕との調和を維持して、原子
力発電プラントの運転を継続することができ、原子力発
電所の稼動率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図は本発明に係る原子力発電所の一実施例および電
力供給系統の概略構成図、第２図は上記実施例の原子力
発電プラントの概略構成図、第３図は上記実施例におい
てプラント出力制御装置が過周波数および周波数上昇重
大を検出した場合の判断を示す論理回路図、第４図は一
般的な原子力発電所および電力供給系統の概略構成図、
第５図は一般的な原子力発電ブラン］・の概略構成図、
第６図は速度調定率５％での周波数と蒸気加減弁開度と
の関係をボすグラフである。１，１Ａ・・・原子力発電所、２．３．４・・・原子力
発電プラント、５・・・所内開開器、８・・・送電線路
、９・・・変電所、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、　１０ｄ
−・・外ｉ！ｉＩｌ電力負荷、３１・・・電力系統負荷
検出信号、３２・・・プラント出力検出信号、３３・・
・プラント出力制御信号、３３ａ・・・タービン出力制
御信号、３３ｂ・・・再循環流量制御信号、３３Ｇ・・
・制御棒駆動信代理人弁理士　　則　近　憲　佑同　　　　　　　　三　　俣　　弘　　文第５図第６　図

Claims

【特許請求の範囲】

タービンバイパス容量が異なる複数基の原子力発電プラ
ントから構成され、各原子力発電プラントは原子炉出力
が冷却材の再循環流量および炉心の制御棒位置により制
御され、タービン発電機出力がタービン制御系の主蒸気
加減弁の開度により制御され、上記のタービン発電機の
電力が所内開閉器を介して外部電力系統へ供給される原
子力発電所において、電力系統負荷の変動、各原子力発
電プラントの原子炉出力およびタービン発電機出力を検
出してプラント出力の制御割合について演算し、各原子
力発電プラントのタービンバイパス容量に応じて、原子
炉を停止させない範囲で、原子炉出力およびタービン発
電機出力を制御するプラント出力制御装置が備えられ、
このプラント出力制御装置により電力系統負荷と原子力
発電プラント出力との調和を維持したことを特徴とする
原子力発電所。