JPS6338678B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は沸騰水型原子力発電所が電力系統の負
荷要求に追従するため、炉心再循環流量を常時操
作して原子炉出力を制御する場合、出力変更に伴
ない炉心に課せられた熱的制限および燃料健全性
を維持するため炉心燃料に対しあらかじめ調整し
た包絡線（PC包絡線と以後よぶ）を超えない制
限を満足するよう負荷要求パターンを発し、かつ
これら制限に対しオンライン監視を行なう負荷追
従自動化装置に関する。

電力系統に占める原子力発電所の比重が増加す
るにつれて、原子力発電所の運転は従来のような
基底負荷運転から負荷追従運転に切換える必要が
益々増加する傾向にある。これを沸騰水型原子力
発電所を例にとつて次に説明する。１日24時間の
うち12時間の高負荷運転と６時間の低負荷運転お
よびその間の３時間運転の出力変更パターン、す
なわち12―３―６―３のような日負荷運転では、
出力変更に伴ない原子炉の反応度が変化するた
め、制御棒と炉心再循環流量を調節して補償する
必要がある。また出力変更に伴なつて核***生成
物であるゼノンの濃度も変化するので、これにつ
いても補償する必要がある。

第１図は炉心再循環流量により補償を行なつた
例を示す図である。横軸に時間をとり縦軸に炉出
力と炉心流量（いずれも百分比）をとり、前述の
12―３―６―３の日負荷運転を行なう場合の炉出
力変化は折線Ａで、炉心再循環流量変化は曲線Ｂ
で示されている。第１図は３―６―３―12の日負
荷運転を示し流量の変更点を１，２，３，４の符
号をつけるが点５だけは流量の極小点を示す。

第２図は横軸に炉心流量（％定格）をとり縦軸
に炉出力（％定格）をとり、第１図におけるそれ
らの関係を示した図である。図中曲線Ｃは熱的制
限の境界線を表わし、左方が運転禁止領域であ
る。第１図の変更点１，２，３，４，５に対応す
る炉出力と炉心流量の関係は図示のＤ，Ｅ，Ｆ，
Ｇ，Ｈなる軌跡で示される。もしこの軌跡が曲線
Ｃで区画される左方の禁止領域に入ることがあれ
ばそのような運転は行なつてはならないことは言
うまでもない。

さらに第１図に示すような再循環流量の制御に
伴ない、炉出力の変化とともに炉心内に出力分布
の変化が生ずる。沸騰水型原子炉の場合、たとえ
炉心全体の出力が同一であつても、ゼノン濃度が
大であればその負の反応度を補償するため再循環
流量を増加させ炉心内のボイド量を減少させる
が、このボイドは炉心の上部で発生量が多いの
で、炉心上部でのボイドの発生が減少すると炉心
上部の出力がゼノン平衡時に比して高く分布する
ことになる。逆にゼノン濃度が小さくなれば、循
環流量を減小させボイド量を増加させて補償する
が、このことは炉心下部の出力がゼノン平衡時に
比して大きく分布することになる。

一方燃料の健全性を確保するため、燃料棒の線
出力密度があらかじめ調整されたレベル（以後
PC包絡線とよぶ）を超えた運転をするときは、
１％／hr以下の極めて低い出力変化率に保つ必要
があり、これでは負荷追従運転は実際上不可能で
ある。

第３図は高出力に到達した以後の軸方向出力分
布の変化をPC包絡線Ｐに対応した出力分布と比
較した１例である。負荷追従を行なうためにはそ
の間の出力分布がすべてPC包絡線Ｐに対応する
出力分布を超えてはならない制限がある。図中
Ｑ，Ｒ曲線は第１図の点４，５の出力に対応する
ものである。

負荷追従運転を支障なく行なうためには、これ
に先立つて予測計算により前述の制限に対するチ
エツクを行ない、必要ならば負荷要求パターンを
修正し、制限を満足させることを確認して次に負
荷要求レベル信号を発信し、さらに負荷追従中は
常に前記制限条件に対しこれを逸脱しないことを
確認する必要がある。しかしこれらの操作は従来
事前のオフラインの計算に頼るか、または運転員
の操作経験に委ねるかまたは一部をプロセス計算
機に頼るなどしており、これら一連の操作は系統
的に自動化されていないのが現状である。

本発明の目的は原子力発電所の負荷追従運転に
当り炉心の再循環流量を常時調節して炉出力を制
御する場合、炉心の熱的制限と燃料の健全性を維
持するため、あらかじめ調整されたPC包絡線を
超えない制限の下で負荷追従を自動的に行なう装
置を提供するにある。

以下本発明の実施例について第４図以下を参照
して詳細に説明する。

第４図は本発明の一実施例を示すブロツク図で
ある。原子力発電所１には構成要素の１つである
原子炉が設けられその炉心に挿入される制御棒の
位置、炉心内の中性子束、炉心の流量、圧力、温
度等のプロセス量を検出する各種検出器（図示せ
ず）が設置さている。各種検出器からのプラント
データ２は炉心の性能を計算する炉心性能計算装
置３に入力されて炉心性能値が計算される。炉心
性能計算装置３は電子計算機からなるもので従来
より使用されているものでよい。

炉心性能計算装置３で計算される炉心性能値４
は負荷追従予測装置５に入れられる。負荷追従予
測装置５は本出願人が先に出願した特願昭52−
142209号明細書特開昭54−76798号に詳細に開示
されているが、これを要約すると炉心を軸方向一
次元モデルで近似してゼノン濃度変化、流量変化
に伴なう炉出力および三次元炉出力分布の予測を
所望精度で迅速に求める装置である。負荷追従予
測装置５で予測した流量が負荷追従中測定流量と
一致しているかをみるために負荷追従監視装置７
が設けられる。負荷追従監視装置７はさらに炉心
を軸方向一次元モデルで近似してゼノン濃度を考
慮して炉出力と再循環流量の関係を求め、負荷追
従中の各時点における両者の測定値間の関係が妥
当か否かを監視する機能を有する。ここに入力信
号６は炉心軸方向一次元モデルの入力データ、負
荷要求パターン、予測流量パターン等を含む。入
力信号８は原子炉内に挿入された局所出力領域モ
ニタ信号、炉心流量その他のプロセス量である。

燃料線出力密度監視装置９は本出願人が別に出
願しているが、負荷追従のような速やかな炉出力
変更時原子炉内に挿入された局所出力領域モニタ
の信号およびその他の信号８および炉心性能計算
装置３からの炉心性能値４を入力して速やかに炉
心内出力分布を推定し、燃料の線出力密度がPC
包絡線を超過しないよう監視する装置である。

負荷要求設定表示盤１０は本負荷追従自動化装
置における運転員とのインターフエイスと負荷要
求時間関数の発生とその監視を司どる部分であ
る。その構成については後述するが負荷追従予測
装置５より予測結果１１が入力され、一方負荷追
従予測装置には負荷要求設定表示盤より負荷要求
パターンその他１２が送られる。また負荷追従監
視装置７からは監視結果１３が入力される。さら
に燃料線出力密度監視装置９からはその監視結果
１４が入力される。

再循環流量制御系１５はＭ―Ｇセツトを用いる
再循環流量系を有するプラントでは可変周波数発
電機の回転数を変更する流体継手のすくい管位置
１７を、流量調節弁を用いるプラントでは前記調
節弁開度１８を制御する制御系であつて、既設の
ものである。この実施例では、再循環流量制御系
１５は自動モードを使用し、マスタコントローラ
への負荷要求信号として負荷要求設定表示盤１０
の出力であるプラント出力要求信号１６を用いる
ものとする。従つてBWRプラント１には再循環
流量系のＭ―Ｇセツト、再循環ポンプ、ジエツト
ポンプ、再循環系配管等が含まれる。

第５図は負荷要求設定表示盤１０の構成をさら
に詳細に示すブロツク図である。運転員の入力装
置５１にはキーボードおよび操作押ボタンが含ま
れ、「負荷要求時間関数の設定」、「負荷追従の開
始・終了予測」、「負荷追従ホールド・再開」、「負
荷追従再開予測」等の操作が可能である。運転員
への出力装置５２にはCRT表示装置および表示
ランプが含まれ、「運転制限の超過」、「負荷追従
予測装置による確認完了」、「予測偏差大」、「負荷
パターン設定終了一時間前」、「自動負荷追従中」、
「一時ホールド中」、などの表示が行なわれる。

時計表示機構５３は時間信号を発生するもので
ある。制御装置５４は「負荷要求パターンの記
憶」、「負荷要求時間関数の発生」、「運転員の入力
装置５１・出力装置５２の制御」、「負荷追従予測
装置４、負荷追従監視装置５、燃料線出力密度監
視装置６とのデータ交換」の各機能を有する。

出力要求アナログ信号発生器５５は制御装置５
４からの出力をうけて前述したBWRプラント再
循環流量制御系１５への出力設定値信号５６を発
生する装置であり、上下限リミツタ５７はこの信
号５６が設定された上限と下限の間にあるように
制限する装置である。変化率リミツタ５８は上下
限リミツタ５７で設定された出力設定値信号の時
間変化率があらかじめ設定された範囲内に止まる
よう調整する装置である。すなわちこの２つのリ
ミツタ５７，５８は制御装置５４、アナログ信号
発生器５５の誤動作等により過大な出力設定信号
が再循環流量制御系１５に加えられぬよう保護す
る働きを有する。なお両リミツタの限界値は手動
で設定され、その設定値は制御装置５４に読みこ
まれ、運転員による負荷要求パターンのチエツク
にも使用される。

ゲート５９は負荷追従予測装置５による負荷要
求パターンの確認と運転員入力装置５１における
負荷追従開始（再開も含む）との両許容信号６
１，６２のアンド回路６０により、はじめて出力
設定値信号を再循環流量制御系１５に入力するた
めのアナログスイツチである。このゲート５９に
は手動による出力設定器があり、アンド回路６０
がFALSE（偽）すなわちゲート５９がオフの状態
ではこの手動出力設定器の信号が再循環流量制御
系に入力される。従つてアンド回路６０が
TRUE（真）の状態に遷移したときゲート５９は
この手動出力設定値とゲート５９の入力である出
力設定値信号の偏差が許容値以下であることを自
動的に確認してからオン状態になる。偏差が大き
くて、オン状態になりえないことのないよう手動
出力設定値信号を制御装置５４に供給し、運転員
への表示なども可能にしている。

「負荷追従終了」および「負荷追従ホールド」
によりゲート５９がオフの状態になるときは、ゲ
ート５９はその直前の値をホールドするものと
し、ゲートに設けられたリセツトボタンの手動操
作により手動出力設定値に復帰させるものとす
る。

本発明装置の作動について第４図および第５図
を参照して以下に説明する。まず負荷追従に先立
ち、運転員は負荷要求設定表示盤１０の入力装置
５１のキーボードおよび操作押ボタンにより負荷
要求パターンを入力する。負荷要求設定表示盤１
０は負荷要求パターンのデータ１２を負荷追従予
測装置５に転送し、負荷追従予測装置は炉心性能
計算装置３からの炉心性能値４および原子炉１か
らのデータ信号８を用い現時点のプラントデータ
を初期値とし、設定された負荷追従を行なつた
際、原子炉の熱的制限およびPC包絡線の制限を
超過することがあるか否かを調べるための予測計
算を行なう。予測結果１１が制限を超過しないこ
とを示せば、負荷追従予測装置５は負荷要求設定
表示盤１０の出力装置５２に「負荷追従予測装置
５による確認完了」の表示を行なう。予測結果が
いずれかの制限を超えるときは同じく出力装置２
に「運転制限の超過」を表示し、運転員に負荷要
求パターンの修正を要求する。この際パターン修
正に関する種々の参考データを出力することは、
負荷追従予測装置５の機能よりして容易に実施し
うるものである。

負荷要求パターンの修正により最終的に制限条
件を満足する予測結果が得られたならば、運転員
は出力装置５２の「負荷追従予測装置による確認
完了」表示により確認し、入力装置５１の「負荷
追従開始」押ボタンを押す。この操作により負荷
要求設定表示盤１０はその内部に記憶される負荷
要求パターンに従い、時計機構５３より入力する
時刻信号を見て「負荷要求時間関数」を発生す
る。この信号は出力要求アナログ信号発生器５
５、上下限リミツタ５７、変化率リミツタ５８を
経てゲート５９に入る。このゲート５９の制御を
行なうアンド回路６０にはすでに「負荷追従予測
装置による確認完了」と同時に許容信号６１が負
荷追従予測装置からきており、さらに「負荷追従
開始」押ボタンを押すことにより運転員の入力装
置５１より許容信号６２がくるので、アンド回路
６０の出力はTRUE（真）となり、ゲート５９の
手動設定値と入力信号の偏差が許容値以下であれ
ば、ゲート５９はオンとなる。負荷追従に先立つ
準備として再循環流量制御系１５は自動として、
その設定値はこのゲートの手動設定値により与え
られるので、一般に前述の偏差は許容値以下であ
る。かくして負荷要求時間関数は再循環流量制御
系１５に伝えられ、以下プラントの出力制御を行
なう。

負荷追従開始と同時に負荷追従監視装置７、燃
料線出力密度監視装置９は監視モードに入る。す
なわち負荷追従監視装置７は負荷要求と現実の出
力とが一致しているか否か、再循環流量予測値と
実測値が一致しているか否か、およびゼノンを考
慮した実測出力対流量の関係が妥当か否かのチエ
ツクを行ない、もし不一致度または非妥当性が設
定値以上であれば、運転員に出力装置５２により
警報する。同時に予測値と実測値との偏差が設定
値以上であれば、今後の負荷追従中制限条件を超
過することを予想されるので、負荷追従予測装置
５によりその時点のプラントデータ８を初期値と
して予測計算を行ない、「制限超過」の有無につ
いて検討し、制限超過があれば、これを出力装置
５２により運転員に「運転制限の超過」を警報す
る。運転員はこの警報により、負荷上昇中であれ
ば負荷要求信号の「一時ホールド」を入力装置５
１を介して指示することができる。この際負荷追
従予測装置５によつて自動的にホールド後の予測
計算を行ない、制限超過の有無についてチエツク
する。チエツクの結果は出力装置５２により運転
員に表示される。

運転員はこの情報に基づき任意時間後に負荷追
従を再開した場合の予測を入力装置５１を介して
負荷追従予測装置５に照合することができる（負
荷追従再開予測）。後者は予測結果が制限超過と
ならなければ、出力装置５２により「負荷追従予
測装置５による確認完了」の表示を行ない、運転
員は「負荷追従再開」押ボタンにより負荷追従を
再開することができる。予測結果が制限超過とな
つた場合は、前記情報が運転員に表示される。運
転員はこの情報に基づき再開時間を変更するかま
たは負荷要求パターンを修正し、その予測を再度
負荷追従予測装置５に指示することができる。

負荷追従監視装置７により予測偏差大と判定さ
れ、再予測結果が「運転制限の超過」となつた場
合、運転員は「一時ホールド」のほかに「負荷追
従のストツプ」を指示し、負荷追従自動化装置の
使用を中止し、再循環流量制御系１５の手動モー
ドにより直接再循環流量制御系を操作することも
可能である。

さて燃料線出力密度監視装置９による監視は、
負荷追従中常時炉心全体にわたり燃料線出力密度
がPC包絡線を超過するか否かを監視し、超過が
発生した場合にはこれを出力表示装置により運転
員に表示警報すると共に、必要とあらば負荷要求
時間関数を修正し、要求出力を下げ超過を阻止す
る。

以上詳細に説明したように、本発明はBWR発
電所の負荷追従に当り、事前の予測評価、確認さ
れた負荷要求時間関数の自動発生、負荷追従中の
制限条件の監視等一連の必要な機能が自動化さ
れ、運転員の負担が軽減されかつ安全な運転がで
きる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は典型的な日負荷追従を行なう場合の原
子炉出力、再循環流量の時間的変化を示すグラ
フ、第２図は炉出力一流量線図における第１図の
変化を表わす軌跡図、第３図は第１図の軸方向出
力分布の変化とPC包絡線対応出力分布の比較を
示した図、第４図は本発明の一実施例を示すブロ
ツク図、第５図は本発明中の「負荷要求設定表示
盤」の一実施例のブロツク図である。 １…原子力発電所、２…プラントデータ、３…
炉心性能計算装置、４…炉心性能値、５…負荷追
従予測装置、６…炉心モデル、負荷要求パター
ン、予測流量パターン等のデータ、７…負荷追従
監視装置、８…入力信号、９…燃料線出力密度監
視装置、１０…負荷要求設定表示盤、１１…予測
結果、１２…負荷要求パターン、１３，１４…監
視結果、１５…再循環流量制御系、１６…出力要
求信号、１７…流体継手すくい管位置、１８…流
量調節弁開度、５１…入力装置、５２…出力装
置、５３…時計機構、５４…制御装置、５５…ア
ナログ信号発生器、５６…出力設定値信号、５７
…上下限リミツタ、５８…変化率リミツタ、５９
…ゲート、６０…アンド回路、６１，６２…許容
信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 原子力発電所の炉心に挿入される制御棒位
   置、炉心内の中性子束などのプラントデータ信号
   を入力して炉心の性能値を計算する炉心性能計算
   装置と、前記炉心性能計算装置の炉心の性能値お
   よび前記プラントデータ信号を入力し炉心出力、
   再循環流量が予測値と一致しているか否かを監視
   する負荷追従監視装置と、前記炉心の性能値およ
   び前記プラントデータ信号を入力し炉心内燃料線
   出力密度の監視を行なう燃料線出力密度監視装置
   と、運転員からの負荷要求に応じて前記炉心性能
   値および前記プラントデータ信号に基づいて、原
   子炉炉心出力、炉心三次元出力分布を予測する負
   荷追従予測装置と、前記負荷追従予測装置に前記
   負荷要求を運転員が入力しまた前記負荷追従予測
   装置の結果を表示する等運転員とのインターフエ
   ースとなり、かつ負荷要求信号を発する負荷要求
   設定表示盤と、前記負荷要求設定表示盤の負荷要
   求信号を入力しこれに見合つた炉心再循環流量を
   制御する再循環流量制御系とからなる原子力発電
   所の負荷追従自動化装置。