JPS6124677B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、投入反応制限装置に係り、特に原子
炉の制御棒の操作に際して投入反応度の大きさを
制限するのに好適な投入反応度制御装置に関する
ものである。

〔発明の背景〕

原子炉は、その反応度調整用の制御棒の操作に
おいて、過大な反応度投入による反応度事故、あ
るいは局所的出力の急激な変動による燃料破損等
の事故を防止する手段を有している。この手段に
は、２つの手法がある。第１の手法は、予想され
る制御棒パターンの変更（以下制御棒シーケン
ス）により投入される反応度の大きさを予め計算
で予測し、そして許容される制御棒シーケンスを
計算機に記憶させて、運転員の制御棒操作の順番
がそれに合致しているか否かを監視するものであ
る（制御棒価値ミニマイザ）。第２の手法は、軽
水沸騰型原子炉（以下BWR）のように炉内計装
が可能な原子炉において、全炉心出力計や局所出
力計（以下LPRM）からの信号を監視し、運転員
の指示による制御棒操作が許容される出力レベル
及び出力変動率の範囲内にあるか否かを判断する
ものである。

しかし、第１の手法にあつては、制御棒シーケ
ンスにない制御棒パターンの変更が事実上不可能
であり、監視装置を解除して特殊のパターン変更
を必要とする場合でも、予想される投入反応度を
計算する作業が多く迅速なる対応が困難である。
また、第２の手法にあつては、実際に制御棒を操
作することにより出力レベルあるいは出力変動率
の信号を取出すことが必要になり、加圧水型原子
炉（PWR）や高速炉（FBR）のように炉内計装
がないものあるいは困難な原子炉にあつては適用
が不可能である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、制御棒シーケンスにない制御
棒パターンの変更や炉内計装を伴わない原子炉に
おける制御棒操作による投入反応度が許容される
範囲にあるか否かを容易にかつ迅速に判断できる
とともに、運転員の制御棒操作に信頼性と自由度
を加えて効率的な原子炉運転を可能とするための
投入反応度制限装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴点は、当該制御棒チヤンネルにお
ける単一制御棒挿入時の反応度価値およその時の
他の制御棒チヤンネルにおける中性子束歪み度合
を記憶した記憶装置と、運転員が指示した制御棒
パターンの変更によつて投入される反応度を、前
記単一制御棒挿入時の反応度価値および前記中性
子束歪み度合に基づいて求める演算装置とを有
し、求められた投入反応度が投入反応度制限値よ
りも小さい時に指示した制御棒パターンになるよ
うに制御棒を操作することにある。

そのため本発明による装置では単一制御棒の反
応度価値計算で得られる情報を組合せて、任意の
複数本制御棒の反応度価値を推定できることを利
用する。必要な演算は乗算と加減算のみであるか
ら、運転員の指示による制御棒パターンの変更に
より投入される反応度の予測は極めて短時間に行
なうことが可能である。

すなわち、原子炉内の制御棒チヤネルｉに所定
の制御棒を挿入したときの反応度価値をΔρ_i、
そのとき他の制御棒チヤネルｊにおける中性子束
φの歪みの度合をａ_ji（＝摂動後の中性子束／摂
動前の中性子束）で表わすとき、２本の制御棒が
同時に挿入された場合の反応度価値Δρ_ijは次式
で推定することができる。

Δρ_ij＝Δρ_iａ_ij＋Δρ_iａ_ji ……(1) あるいは一般にＮ本の制御棒を想定する場合は
下記のようになる。

なお、(2)式は以下のようにして求められる。す
なわち、第２図のように５つの制御棒チヤンネル
１〜５にそれぞれ１本ずつ配置された合計５本の
制御棒が操作されたと仮定する（Ｎ＝５）。この
時、制御棒チヤンネル１内にのみ制御棒を挿入し
たのであれば、制御棒チヤンネル１の反応度価値
はその１本の制御棒の操作のみによる影響を受
け、その反応度価値はΔρ_１となる。しかし、他
の４つの制御棒チヤンネル２〜５においても制御
棒が操作されるので、制御棒チヤンネル１の反応
度価値は他の制御棒操作による影響をも受ける。
その影響の度合いは、 a₁₂×a₁₃×a₁₄×a₁₅ である。従つて、制御棒チヤンネル１の反応度価
値は、 となる。他の各制御棒チヤンネルについても上記
と同様に反応度価値が求められる。従つて、第２
図のように５本の制御棒を操作した時の反応度価
値は、 となる。Ｎ本の制御棒を操作する場合には、上式
の５の代りにＮを入れる。

いま、ｋ本（１＜ｋＮ）の制御棒が挿入され
ているパターンから任意の制御棒あるいは制御棒
群（ｌで表わす。１ｌ＜ｋ）を引抜いた場合に
投入される反応度価値Δρ_k-lを考える。ここで したがつて、予め、単一制御棒の挿入に関する
情報（Δρ_i，ａ_ij）を計算機に記憶させておけ
ば、任意の制御棒パターン変更による投入反応度
の大きさが簡単な演算回路で迅速に求めることが
できる。

なお、、上記説明では簡単のため制御棒挿入率
に関するパラメータを省略したが現実の体系で
は、各制御棒チヤネルによつて挿入率が異なる。
また、引抜く程度も「挿入率の変化」として表示
すべきである。これらの場合には、上記の説明の
中で制御棒チヤネルｉ，ｊと表した部分を「挿入
率」を含めた多次元ベクトルと見倣せばよい。ま
た、中性子束の歪み（ａ_ij）が中性子のエネルギ
群ｇによつて変る場合は、全体の反応度Δρ_iに
寄与する各エネルギ群の寄与Δρ_g,iを重みとし
て各エネルギ群の中性子束の歪みａ_g,ijを平均し
た値ａ_ijを用いれば上に述べたと同じ方法によつ
て複数本制御棒の反応度価値あるいは制御棒パタ
ーンの変更に伴う反応度変化を容易に予測するこ
とができる。

なお、前述した制御棒価値ミニマイザは、制御
棒パターンの変更により投入反応度の変化が過大
とならないようにあらかじめ定められた制御棒操
作手段に沿つた制御棒の操作が運転時になされて
いるか否かをチエツクするものである。制御棒操
作手順を決めるもとになつた投入反応度は、原子
炉の運転前において仮定した種々の制御棒パター
ンにて３次元炉心シミユレータプログラムを用い
て求められる。この演算は、本発明における投入
反応度を求める演算に比べて複雑であり、長時間
を有する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例を参照して詳細に説明す
る。

第１図は、本発明の好適な一実施例である投入
反応度制限装置を有する原子炉制御系の構成の一
例を示したものある。点線で囲まれた部分が本実
施例の投入反応度制限装置である。すなわち、予
め準備された単一制御御挿入に関する情報（Δρ
_i，ａ_ij）が記憶装置２に蓄えられている。記憶装
置９に蓄えられている現状の制御棒パターンと運
転コンソール１に設けられた入力装置１２から指
示された変更後の制御棒パターンとに基づくとと
もに記憶装置２に蓄えられた単一制御棒挿入に関
する情報を用いてパターン変更に伴う反応度変化
量を、演算装置３で求める。その演算結果と記憶
装置４に記憶されている投入反応制限値との大小
を比較装置５が判定する。演算装置３で求めた反
応度変化量が投入反応度制限値を越えていれば、
その旨を運転コンソール１の表示装置１１（ある
いは警報装置）に表示する。これを見て運転員は
別の制御棒パターンを選定する。計算された反応
度価値が投入反応度制限値を越えていないと比較
装置５で判定された場合は、制御棒駆動機構制御
装置６の乗算器６１が機能する。乗算器６１は、
運転コンソール１の動作指示ボタン１３から与え
る信号との乗算結果で、信号伝達装置６２のゲー
トを閉じる。すなわち、乗算器６１は、比較装置
５及び動作指示ボタン１３からの出力信号が共に
「１」の時（反応度価値の計算結果が投入反応度
制限値よりも小さいと比較装置５で判定され、し
かも動作指示ボタン１３がONした時）、信号伝達
装置６２のゲートが閉じる。これにより、信号伝
達装置６２は、入力装置１２にて指定した変更さ
れた制御棒パターンを制御棒駆動機構７に伝え
る。制御棒８１〜８３は信号伝達装置６２からの
指示に従つて駆動する制御棒駆動機構７により提
供され、新しい制御棒パターンに変更される。こ
の新しい制御棒パターンは、記憶装置９に記憶さ
れる。

予め準備すべき情報は、制御棒挿入の各制御棒
チヤネルｉに対し、所定の制御棒を挿入した場合
における反応度価値Δρ_i（挿入率をも含めた３
次元的な制御棒配置計画をする場合には、挿入率
Ｚ_iにおける反応度価値Δρ_i（Ｚ_i）、以下同様）、
そのとき他の制御棒チヤネルｊにおける中性子束
の歪みａ_ij（３次元表示にあつては、ａ_j（Ｚ_j）_i
（Ｚ_i）、以下下同様）、および投入反応制限値ΔＲ
である。演算装置３では、式(3)に基づき、制御棒
パターンの変更による投入反応度の大きさを計算
するが、デイジタル的に計算することもアナログ
的に計算することも可能である。

以上説明したごとく本実施例によれば、予め準
備した単一制御棒挿入に関する情報から任意の制
御棒パターン変更に伴う反応度変化を容易に求め
ることができ、その結果を制限値と比較して指定
の制御棒パターン変更が許容し得るか否かを即時
に判断することが可能となる。したがつて、予め
許容できる制御棒パターンのシーケンスを記憶さ
せておく必要がなく、運転上の必要に応じて任意
の制御棒パターンの変更を安全にかつ監視下で行
なうことができる。

演算部分は、予め準備したパラメータの簡単な
四則演算を実施するだけであり、このパラメータ
の数は、制御棒本数が増えても等差級数的にしか
増えない。すなわち、Ｎ個の制御棒チヤネルがあ
る場合、準備すべきパラメータの数は反応度価値
Ｎ、中性子束の歪みN²、合計Ｎ（Ｎ＋１）であ
る。これに対し、任意の制御棒本数の組合せの数
は２^Nあり、実際の原子炉では制御棒本数は20〜
50本存在するから、予め全ての制御棒パターンの
反応度価値を計算しておくことは不可能である。
挿入率をパラメータとして増加させるとこの差は
ますます大きくなる。したがつて、本実施例によ
る投入反応度制限装置を用いることにより、従来
は不可能であつた。「任意の制御棒パターン変更
に伴う投入反応度の監視」が可能となり、原子炉
の安全性が向上するのみならず、その運転方法に
自由度を加えることによつて、効率的な原子炉の
運転を実現することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、原子炉を運転しながら任意の
制御棒パターンに制御棒パターンを迅速に変更す
ることができる。この変更によつても原子炉の安
全性は、阻害されない。これにより原子炉の運転
の自由度が増大し、効率的な原子炉の運転を実現
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例である投入反
応度制限装置を有する原子炉制御装置の構成図、
第２図は複数の制御棒の操作時における反応度価
値の求め方を示す説明図である。 １…運転コンソール、２，４…記憶装置、３…
演算装置、５…比較装置、６…制御棒駆動制御装
置、７…制御棒駆動機構、６１…乗算器、６２…
信号伝達装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 当該制御棒チヤンネルにおける単一制御棒挿
   入時の反応度価値およびその時の他の制御棒チヤ
   ンネルにおける中性子束歪み度合を記憶した記憶
   装置と、運転員が指示した制御棒パターンの変更
   によつて投入される反応度を、前記記憶装置に記
   憶されている前記単一制御棒挿入時の反応度価値
   および前記中性子束歪み度合に基づいて求める演
   算装置と、求められた前記投入反応度と予め設定
   した投入反応度制限値とを比較する比較手段と、
   前記比較手段にて前記投入反応度が前記投入反応
   度制限値よりも小さい時に、前記制御棒パターン
   を構成する制御棒を駆動する制御棒駆動装置に駆
   動信号を出力する制御棒駆動制御装置とから構成
   された投入反応度制限装置。