原子力プラント制御装置、方法、及びプログラム
【課題】熱的制限値よりも短い周期で出力される簡易情報を利用して、熱的制限値を運転制限の限界値に自動制御により近づけることができる原子力プラントの制御技術を提供する。
【解決手段】熱的制限値監視部４０において、第１信号Ｓ１を受信する第１信号受信部４１と、第１信号Ｓ１が限界値Ｇに到達する推定時間ｆを導出する推定時間導出部４５と、推定時間ｆに到達するまでの時間が設定値ｍを切ったことを判定して第２信号Ｓ２を要求する判定部４６と、前記要求により受信した第２信号Ｓ２に基づいて第１信号Ｓ１を補正する補正部４４と、前記補正に同期して第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の変化率を可変させる第１指令Ｊ１を送信する第１指令送信部５０と、前記補正した第１信号Ｓ１又は第２信号Ｓ２が限界値Ｇ又はその直近の閾値Ｋに到達した場合にその値を保持させる第２指令Ｊ２を送信する第２指令送信部５１と、を備えることを特徴とする。
【解決手段】熱的制限値監視部４０において、第１信号Ｓ１を受信する第１信号受信部４１と、第１信号Ｓ１が限界値Ｇに到達する推定時間ｆを導出する推定時間導出部４５と、推定時間ｆに到達するまでの時間が設定値ｍを切ったことを判定して第２信号Ｓ２を要求する判定部４６と、前記要求により受信した第２信号Ｓ２に基づいて第１信号Ｓ１を補正する補正部４４と、前記補正に同期して第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の変化率を可変させる第１指令Ｊ１を送信する第１指令送信部５０と、前記補正した第１信号Ｓ１又は第２信号Ｓ２が限界値Ｇ又はその直近の閾値Ｋに到達した場合にその値を保持させる第２指令Ｊ２を送信する第２指令送信部５１と、を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱的制限値を監視しながら原子炉の出力を制御する原子力プラントの制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子力プラントにおいては、燃料の健全性を確認する指標である最小限界出力比や最大線出力密度（熱的制限値と称する）が、限界値を超えないように運転及び管理されている。つまり、燃料の表面温度を直接測定することができないために、原子炉物理学に基づく出力分布演算により求められるこのような熱的制限値を、代わりに監視対象としている。
これら熱的制限値は、核反応断面積の分布から数値解析により求めるもので、高度な演算処理が可能な炉心性能演算システムにより、数分から１時間の周期間隔で演算されている。
【０００３】
改良型沸騰水型原子力プラントでは、目標とする原子炉出力及びその出力変化を達成するために、制御棒の引抜・挿入操作及び炉心流量の増減操作を自動制御している。
このように原子炉出力を自動制御するにあたり、この熱的制限値を連続的に監視する必要が生じるが、上述した通り出力分布演算に数分の時間を要するために、熱的制限値を連続的に監視することは困難である。
【０００４】
このため、熱的制限値を直接監視する代わりに、原子炉の内部に配置されたセンサからリアルタイム送信される信号に簡単な演算を施した簡易情報を、連続的に監視している。
そして、この簡易情報が予め設定された運転制限の限界値を逸脱した場合は、自動操作の解除指令が出力され、制御棒及び炉心流量の自動制御が解除される（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５１−６７８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した簡易情報によれば、それ自身の信頼性が低いことに起因して監視が過度に保守的となり、設定された限界値に対してかなりの余裕を残して解除指令が出力される課題がある。
つまり、簡易情報が、設定された限界値に近づいた炉心状態において、実際の熱的制限値は、限界値を大きく下回る場合が多い。このため、制御棒及び炉心流量の自動制御が一度解除された場合でも、出力分布演算により求められる正確な熱的制限値は、限界値に遠く及ばないために、自動制御を再開させる作業を何回も繰り返す課題があった。
【０００７】
このように、一度解除された自動制御を再開するには、自動出力調整部、制御棒操作部、再循環流量操作部等の状態を再構築する必要が有り、原子炉の出力調整の工程が煩雑になる。
これにより、制御再開に伴う対応や確認事項の発生による運転員の負荷増大、原子炉の出力調整に要する時間の増大が課題となっている。
このように、従来技術では、自動制御により熱的制限値を運転制限の限界値に近づけることが困難であった。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、熱的制限値よりも短い周期で出力される簡易情報を利用して、熱的制限値を運転制限の限界値に自動制御により近づけることができる原子力プラントの制御技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る原子力プラントの制御装置は、第１信号を受信する第１信号受信部と、前記第１信号が限界値に到達する推定時間を導出する推定時間導出部と、前記推定時間に到達するまでの時間が設定値を切ったことを判定して第２信号を要求する判定部と、前記要求により受信した前記第２信号に基づいて前記第１信号を補正する補正部と、前記補正に同期して前記第１信号及び前記第２信号の変化率を可変させる第１指令を送信する第１指令送信部と、前記補正した第１信号又は前記第２信号が前記限界値又はその直近の閾値に到達した場合にその値を保持させる第２指令を送信する第２指令送信部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱的制限値よりも短い周期で出力される簡易情報を利用して、熱的制限値を運転制限の限界値に自動制御により近づけることができる原子力プラントの制御技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の原子力プラントの制御装置の実施形態を示す概略図。
【図２】本発明の実施形態に適用される原子炉の水平断面図。
【図３】実施形態に係る原子力プラントの制御装置のブロック図。
【図４】実施形態に係る原子力プラントの制御装置による自動制御の説明図。
【図５】実施形態に係る原子力プラントの制御装置の動作を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施形態）
図１に示すように原子炉１０は、圧力容器１１に保持される炉水を加熱する炉心１５と、この加熱された炉水を蒸気と液体に分離する気水分離器１４と、分離された蒸気をタービン（図示略）に導く主蒸気管１２と、このタービンで仕事をして膨張した蒸気が冷却して凝縮した給水を再び圧力容器１１に戻す給水管１３と、気水分離された分離水及び戻された給水が合流した炉水を、所定の炉心流量ＦでダウンカマＤ、下部プレナムＬ、上部プレナムＵと循環させる再循環ポンプ１６と、から構成されている。
【００１３】
炉心１５は、図２にその水平断面図が示されるように、多数の燃料棒（図示略）が角筒状のチャンネルボックスに収納されてなる燃料集合体１７と、中性子吸収によって中性子数を調整し駆動装置１９（図１）による引抜・挿入により炉心出力を制御する制御棒１８と、この中性子を検出するＬＰＲＭ検出器２１（図１）を４個が一組となるように縦軸方向に配列した計装管２０とが、多数配列して構成されている。
このＬＰＲＭ検出器２１は、ＬＰＲＭ信号（第１信号Ｓ１）を制御装置３０へ連続的に送信している。
【００１４】
図１に示すように制御装置３０は、炉心性能演算部３１と、自動出力調整部３２と、制御棒操作部３３と、再循環流量操作部３４と、熱的制限値監視部４０とから構成されている。
【００１５】
炉心性能演算部３１は、原子炉１０に設けられているセンサの検出信号を基に、出力分布演算により熱的制限値（限界出力比又は線出力密度）を高精度で求め、これを第２信号Ｓ２として熱的制限値監視部４０に送信する。
線出力密度とは、燃料集合体１７内の燃料棒（図示略）に対する単位長さ当たりの出力であり、また限界出力比とは、沸騰遷移が起こる燃料集合体１７の出力（限界出力）と実際の燃料集合体出力との比である。
【００１６】
この炉心性能演算部３１におけるこれら熱的制限値（第２信号Ｓ２）の演算周期は、第１信号Ｓ１の取得間隔に比べて長周期（例えば、３０秒程度）である。
この熱的制限値（第２信号Ｓ２）は、限界値Ｇ（図４参照）よりも充分に小さいときは一定の周期間隔（例えば５分間隔）で出力される一方、後述するように限界値Ｇに近づくと熱的制限値監視部４０からの要求信号Ｒを受信してから出力される。
【００１７】
このように、熱的制限値（第２信号Ｓ２）は、その値が高精度で信頼性が高いが、データの取得間隔が長いためにこの熱的制限値（第２信号Ｓ２）を直接監視して原子炉出力の自動調整を行うのは困難である。
一方、ＬＰＲＭ信号（第１信号Ｓ１）は、データの取得間隔が短く応答性に優れるが、炉心の熱的制限値を直接反映したデータでない。このために、ＬＰＲＭ信号から導かれる簡易情報のみに基づいて原子炉出力の自動調整を行う場合は、制御が過度に保守的になることが避けられない。
【００１８】
自動出力調整部３２は、熱的制限値監視部４０から出力調整指令（第１指令Ｊ１）を受信して上昇又は下降する原子炉出力の変化率を可変させたり、解除指令（第２指令Ｊ２）を受信して原子炉出力を保持させたりするものである。
ここで、原子炉出力の制御は、原子炉１０における炉心流量Ｆの流量調整と、制御棒１８の位置調整とを行うことにより実行される。
制御棒操作部３３は、駆動装置１９を動作させて制御棒１８を所定の位置に所定の速度で移動させるものである。
再循環流量操作部３４は、再循環ポンプ１６の出力を調整して炉心流量Ｆを所定の流量に調整するものである。
【００１９】
熱的制限値監視部４０は、図３に示されるように、第１信号Ｓ１を受信する第１信号受信部４１と、第１信号Ｓ１が限界値Ｇ（図４）に到達する推定時間ｆを導出する推定時間導出部４５と、推定時間ｆに到達するまでの時間が設定値ｍを切ったことを判定して第２信号Ｓ２を要求（要求信号Ｒを出力）する判定部４６と、前記要求により受信した第２信号Ｓ２に基づいて第１信号Ｓ１を補正する補正部４４と、前記補正に同期して第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の変化率を可変させる第１指令Ｊ１を送信する第１指令送信部５０と、前記補正した第１信号Ｓ１又は第２信号Ｓ２が限界値Ｇ又はその直近の閾値Ｋに到達した場合にその値を保持させる第２指令Ｊ２を送信する第２指令送信部５１と、を備えている。なお、メモリ５２には、限界値Ｇ、閾値Ｋ、設定値ｍが蓄積されている。
【００２０】
第１信号受信部４１で受信される第１信号Ｓ１は、中性子を検出するＬＰＲＭ検出器２１（図１）から出力される検出信号である。なお、この第１信号Ｓ１はＬＰＲＭ検出器２１から出力されるものに限定されるものではなく、原子炉１０に配置されるセンサから出力される検出信号を適宜用いることができる。
【００２１】
第１信号Ｓ１は、元々はアナログ信号であるがいずれかのタイミングでデジタル信号に変換され、さらに所定のパラメータを用いた簡単な演算処理により、第２信号Ｓ２に模した値に変換される。このために、第１信号Ｓ１は、数ミリ秒レベルもしくはそれ以下といった短い周期で取得することができる。
第１信号Ｓ１は、このような演算プロセスにより得られることに起因して、真値とみなされる第２信号Ｓ２に対し、誤差を有する簡易情報である。従って、第１信号Ｓ１は、原子炉プラントの保守的な制御動作を確保するために、この誤差が常にプラス側に振れる様に演算処理される。
【００２２】
第２信号受信部４２で受信される第２信号Ｓ２は、炉心１５（図１）内の出力分布演算を行う炉心性能演算部３１から送信される最大線出力密度又は最小限界出力比といった演算信号である。なお、この第２信号Ｓ２は、そのような演算信号に限定されるものではなく、第１信号Ｓ１よりも取得間隔の周期が長いデータを適宜用いることができる。
【００２３】
補正式定義部４３は、判定部４６からの要求信号Ｒにより受信された第２信号Ｓ２に基づいて、その後に受信した第１信号Ｓ１を補正するための補正式を定義するものである。なお、定義された補正式は、次の要求信号Ｒにより第２信号Ｓ２が受信されて再定義されるまで、同じ補正式が受信した第１信号Ｓ１に適用される。
【００２４】
このように、補正式が再定義されるようになるのは、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２が限界値Ｇに近接して判定部４６から要求信号Ｒが送信されるようになってからのことである。一方、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２が限界値Ｇに遠く及ばない場合は、炉心性能演算部３１から第２信号Ｓ２が一定の周期間隔で送信されているが、この場合に補正式を再定義しなくてもよい。
【００２５】
補正部４４は、第１信号受信部４１から第１信号Ｓ１を取得したタイミングにおいて、補正式定義部４３において最新に定義されている補正式を適用し、この第１信号Ｓ１を補正するものである。
推定時間導出部４５は、図４に示すように、補正後の第１信号Ｓ１を外挿して限界値Ｇに到達する推定時間ｆ（ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４）を導出するものである。
【００２６】
判定部４６は、図４の◇印で示されるように、導出された推定時間ｆから第１信号Ｓ１が受信された時間を差し引いた値が、設定値ｍを切ったことを判定して第２信号Ｓ２の要求信号Ｒを炉心性能演算部３１に送信する。
この炉心性能演算部３１では、要求信号Ｒを受信してから熱的制限値（第２信号Ｓ２）の演算を開始する。そして、図４の○印で示されるように、演算された第２信号Ｓ２は、第２信号受信部４２に受信される。この◇印から○印に至る期間は、炉心性能演算部３１における熱的制限値（第２信号Ｓ２）の演算時間と、要求信号Ｒ及び第２信号Ｓ２の伝送時間とを加算した時間に相当する。
このために、設定値ｍは、熱的制限値（第２信号Ｓ２）の演算時間よりも長く設定される必要がある。
【００２７】
変化率可変部４７は、図４に示されるように、要求信号Ｒ（◇印）に基づく第２信号Ｓ２（○印）を受信した時点において、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の変化率が小さくなるように調整するものである。
第１指令送信部５０が送信する第１指令Ｊ１は、原子炉１０の出力変化率が小さくなるように制御棒操作部３３及び再循環流量操作部３４に働きかける出力調整指令である。
【００２８】
また変化率可変部４７は、図４に示されるように、限界値Ｇへの到達時間Ｗが予め設定されている場合は、この時間Ｗにおいて熱的制限値（第２信号Ｓ２）が一定値に保持されるようにその変化率を可変するものである。つまり、推定時間導出部４５で導出された推定時間ｆに基づきこの変化率を可変して、到達時間Ｗにおいて、補正した第１信号Ｓ１又は第２信号Ｓ２が、限界値Ｇ又は閾値Ｋに到達するように調整する。
【００２９】
比較部４８は、受信した第２信号Ｓ２と閾値Ｋとを比較して、前者が後者に到達している場合は、解除指令送信部５１から解除指令（第２指令Ｊ２）を送信させる。
解除指令送信部５１が送信するこの第２指令Ｊ２は、原子炉１０の出力調整を解除するように制御棒操作部３３及び再循環流量操作部３４に働きかけ、第１信号Ｓ１又は第２信号Ｓ２が一定値に保持されるようにするものである。
【００３０】
図５（適宜図３、図４参照）のフローチャートに基づいて原子力プラントの制御装置の動作を説明する。
まず、コンピュータのプロセッサのメモリ５２に、限界値Ｇ、閾値Ｋ、設定値ｍを取得させる（Ｓ１１）。そして、第１信号受信部４１においてＬＰＲＭ検出器２１からの第１信号Ｓ１を受信する（Ｓ１２）。
【００３１】
次に、補正部４４は、補正式定義部４３で定義されている補正式を取得するとともに（Ｓ１３）、受信した第１信号Ｓ１を補正する（Ｓ１４）。さらに推定時間導出部４５において、この補正した第１信号Ｓ１から外挿線を演算し（Ｓ１５）、補正した第１信号Ｓ１が限界値Ｇに到達する推定時間ｆを導出する（Ｓ１６）。
【００３２】
次に判定部４６は、第１信号Ｓ１の受信時間ｔが、推定時間ｆから設定値ｍを差し引いた時間に到達していれば（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、第１信号Ｓ１が限界値Ｇに到達するまでの時間が設定値ｍを切ったと判定し、炉心性能演算部３１に対し第２信号Ｓ２を要求する要求信号Ｒを出力する（Ｓ１８）。
【００３３】
一方、第１信号Ｓ１が限界値Ｇに到達するまでの時間が設定値ｍを切っていないと判定される期間や（Ｓ１７：Ｎｏ）、要求信号Ｒの送信から第２信号Ｓ２が受信されるまでの期間は（Ｓ１９：Ｎｏ）、Ｓ１２〜Ｓ１６までのフローを繰り返す。
そして、第２信号Ｓ２が第２信号受信部４２において受信された場合（Ｓ１９：Ｙｅｓ）、補正式定義部４３は、要求信号Ｒに基づき受信した第２信号Ｓ２を用いて、第１信号Ｓ１を補正するための補正式を再定義する（Ｓ２０）。
【００３４】
次に、受信した第２信号Ｓ２が限界値Ｇに到達しているか否かを判定し、到達していない場合は（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、補正式の再定義に同期して熱的制限値（第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２）の変化率を可変させる出力調整指令（第１指令Ｊ１）を自動出力調整部３２に送信する（Ｓ２２）。さらに、この第１指令Ｊ１を送信した後は、動作フローはＳ１２に戻る。
一方、受信した第２信号Ｓ２が限界値Ｇに到達している場合は（Ｓ２１：Ｎｏ）、その熱的制限値が保持されるように出力調整を解除する解除指令（第２指令Ｊ２）を自動出力調整部３２に送信する（Ｓ２３）。
【００３５】
以上述べたように本発明の実施形態によれば、ＬＰＲＭ信号のような簡易情報を利用して原子炉出力を変化させ、炉心性能演算部３１により求められた信頼性の高い熱的制限値を監視することにより、自動的に原子炉の出力を調整したり出力調整を解除したりする。
このために、短時間でかつ運転員の負担を増加させることなく熱的制限値を、運転制限の限界値Ｇの近くまで調整することができる。
【００３６】
本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、共通する技術思想の範囲内において、適宜変形して実施することができる。
例えば、原子力プラントの制御装置は、コンピュータによって各手段を各機能プログラムとして実現することも可能である。そして、これら機能プログラムを結合して、発明の実施形態を原子力プラントの制御プログラムとすることも可能である。
また、実施形態において、第２信号Ｓ２が閾値に到達したところで出力調整の解除指令を送信するとしたが、第１信号Ｓ１が閾値又は限界値Ｇに到達したところで解除指令を送信するように制御を適宜変更することもできる。また、制御に用いられる閾値は、第１信号Ｓ１又は第２信号Ｓ２においてそれぞれ異なるものとしてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１０…原子炉、１１…圧力容器、１２…主蒸気管、１３…給水管、１４…気水分離器、１５…炉心、１６…再循環ポンプ、１７…燃料集合体、１８…制御棒、１９…駆動装置、２０…計装管、２１…ＬＰＲＭ検出器、３０…制御装置、３１…炉心性能演算部、３２…自動出力調整部、３３…制御棒操作部、３４…再循環流量操作部、４０…熱的制限値監視部、４１…第１信号受信部、４２…第２信号受信部、４３…補正式定義部、４４…補正部、４５…推定時間導出部、４６…判定部、４７…変化率可変部、４８…比較部、５０…出力調整指令送信部（第１指令送信部）、５１…解除指令送信部（第２指令送信部）、５２…メモリ、Ｓ１…ＬＰＲＭ信号（第１信号）、Ｓ２…熱的制限値，最大線出力密度，最小限界出力比（第２信号）、Ｊ１…出力調整指令（第１指令）、Ｊ２…解除指令（第２指令）、Ｇ…限界値、Ｋ…閾値、ｍ…設定値、ｆ…推定時間、Ｆ…炉心流量、Ｗ…到達時間、Ｒ…要求信号、Ｄ…ダウンカマ、Ｌ…下部プレナム、Ｕ…上部プレナム。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱的制限値を監視しながら原子炉の出力を制御する原子力プラントの制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子力プラントにおいては、燃料の健全性を確認する指標である最小限界出力比や最大線出力密度（熱的制限値と称する）が、限界値を超えないように運転及び管理されている。つまり、燃料の表面温度を直接測定することができないために、原子炉物理学に基づく出力分布演算により求められるこのような熱的制限値を、代わりに監視対象としている。
これら熱的制限値は、核反応断面積の分布から数値解析により求めるもので、高度な演算処理が可能な炉心性能演算システムにより、数分から１時間の周期間隔で演算されている。
【０００３】
改良型沸騰水型原子力プラントでは、目標とする原子炉出力及びその出力変化を達成するために、制御棒の引抜・挿入操作及び炉心流量の増減操作を自動制御している。
このように原子炉出力を自動制御するにあたり、この熱的制限値を連続的に監視する必要が生じるが、上述した通り出力分布演算に数分の時間を要するために、熱的制限値を連続的に監視することは困難である。
【０００４】
このため、熱的制限値を直接監視する代わりに、原子炉の内部に配置されたセンサからリアルタイム送信される信号に簡単な演算を施した簡易情報を、連続的に監視している。
そして、この簡易情報が予め設定された運転制限の限界値を逸脱した場合は、自動操作の解除指令が出力され、制御棒及び炉心流量の自動制御が解除される（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５１−６７８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した簡易情報によれば、それ自身の信頼性が低いことに起因して監視が過度に保守的となり、設定された限界値に対してかなりの余裕を残して解除指令が出力される課題がある。
つまり、簡易情報が、設定された限界値に近づいた炉心状態において、実際の熱的制限値は、限界値を大きく下回る場合が多い。このため、制御棒及び炉心流量の自動制御が一度解除された場合でも、出力分布演算により求められる正確な熱的制限値は、限界値に遠く及ばないために、自動制御を再開させる作業を何回も繰り返す課題があった。
【０００７】
このように、一度解除された自動制御を再開するには、自動出力調整部、制御棒操作部、再循環流量操作部等の状態を再構築する必要が有り、原子炉の出力調整の工程が煩雑になる。
これにより、制御再開に伴う対応や確認事項の発生による運転員の負荷増大、原子炉の出力調整に要する時間の増大が課題となっている。
このように、従来技術では、自動制御により熱的制限値を運転制限の限界値に近づけることが困難であった。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、熱的制限値よりも短い周期で出力される簡易情報を利用して、熱的制限値を運転制限の限界値に自動制御により近づけることができる原子力プラントの制御技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る原子力プラントの制御装置は、第１信号を受信する第１信号受信部と、前記第１信号が限界値に到達する推定時間を導出する推定時間導出部と、前記推定時間に到達するまでの時間が設定値を切ったことを判定して第２信号を要求する判定部と、前記要求により受信した前記第２信号に基づいて前記第１信号を補正する補正部と、前記補正に同期して前記第１信号及び前記第２信号の変化率を可変させる第１指令を送信する第１指令送信部と、前記補正した第１信号又は前記第２信号が前記限界値又はその直近の閾値に到達した場合にその値を保持させる第２指令を送信する第２指令送信部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱的制限値よりも短い周期で出力される簡易情報を利用して、熱的制限値を運転制限の限界値に自動制御により近づけることができる原子力プラントの制御技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の原子力プラントの制御装置の実施形態を示す概略図。
【図２】本発明の実施形態に適用される原子炉の水平断面図。
【図３】実施形態に係る原子力プラントの制御装置のブロック図。
【図４】実施形態に係る原子力プラントの制御装置による自動制御の説明図。
【図５】実施形態に係る原子力プラントの制御装置の動作を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施形態）
図１に示すように原子炉１０は、圧力容器１１に保持される炉水を加熱する炉心１５と、この加熱された炉水を蒸気と液体に分離する気水分離器１４と、分離された蒸気をタービン（図示略）に導く主蒸気管１２と、このタービンで仕事をして膨張した蒸気が冷却して凝縮した給水を再び圧力容器１１に戻す給水管１３と、気水分離された分離水及び戻された給水が合流した炉水を、所定の炉心流量ＦでダウンカマＤ、下部プレナムＬ、上部プレナムＵと循環させる再循環ポンプ１６と、から構成されている。
【００１３】
炉心１５は、図２にその水平断面図が示されるように、多数の燃料棒（図示略）が角筒状のチャンネルボックスに収納されてなる燃料集合体１７と、中性子吸収によって中性子数を調整し駆動装置１９（図１）による引抜・挿入により炉心出力を制御する制御棒１８と、この中性子を検出するＬＰＲＭ検出器２１（図１）を４個が一組となるように縦軸方向に配列した計装管２０とが、多数配列して構成されている。
このＬＰＲＭ検出器２１は、ＬＰＲＭ信号（第１信号Ｓ１）を制御装置３０へ連続的に送信している。
【００１４】
図１に示すように制御装置３０は、炉心性能演算部３１と、自動出力調整部３２と、制御棒操作部３３と、再循環流量操作部３４と、熱的制限値監視部４０とから構成されている。
【００１５】
炉心性能演算部３１は、原子炉１０に設けられているセンサの検出信号を基に、出力分布演算により熱的制限値（限界出力比又は線出力密度）を高精度で求め、これを第２信号Ｓ２として熱的制限値監視部４０に送信する。
線出力密度とは、燃料集合体１７内の燃料棒（図示略）に対する単位長さ当たりの出力であり、また限界出力比とは、沸騰遷移が起こる燃料集合体１７の出力（限界出力）と実際の燃料集合体出力との比である。
【００１６】
この炉心性能演算部３１におけるこれら熱的制限値（第２信号Ｓ２）の演算周期は、第１信号Ｓ１の取得間隔に比べて長周期（例えば、３０秒程度）である。
この熱的制限値（第２信号Ｓ２）は、限界値Ｇ（図４参照）よりも充分に小さいときは一定の周期間隔（例えば５分間隔）で出力される一方、後述するように限界値Ｇに近づくと熱的制限値監視部４０からの要求信号Ｒを受信してから出力される。
【００１７】
このように、熱的制限値（第２信号Ｓ２）は、その値が高精度で信頼性が高いが、データの取得間隔が長いためにこの熱的制限値（第２信号Ｓ２）を直接監視して原子炉出力の自動調整を行うのは困難である。
一方、ＬＰＲＭ信号（第１信号Ｓ１）は、データの取得間隔が短く応答性に優れるが、炉心の熱的制限値を直接反映したデータでない。このために、ＬＰＲＭ信号から導かれる簡易情報のみに基づいて原子炉出力の自動調整を行う場合は、制御が過度に保守的になることが避けられない。
【００１８】
自動出力調整部３２は、熱的制限値監視部４０から出力調整指令（第１指令Ｊ１）を受信して上昇又は下降する原子炉出力の変化率を可変させたり、解除指令（第２指令Ｊ２）を受信して原子炉出力を保持させたりするものである。
ここで、原子炉出力の制御は、原子炉１０における炉心流量Ｆの流量調整と、制御棒１８の位置調整とを行うことにより実行される。
制御棒操作部３３は、駆動装置１９を動作させて制御棒１８を所定の位置に所定の速度で移動させるものである。
再循環流量操作部３４は、再循環ポンプ１６の出力を調整して炉心流量Ｆを所定の流量に調整するものである。
【００１９】
熱的制限値監視部４０は、図３に示されるように、第１信号Ｓ１を受信する第１信号受信部４１と、第１信号Ｓ１が限界値Ｇ（図４）に到達する推定時間ｆを導出する推定時間導出部４５と、推定時間ｆに到達するまでの時間が設定値ｍを切ったことを判定して第２信号Ｓ２を要求（要求信号Ｒを出力）する判定部４６と、前記要求により受信した第２信号Ｓ２に基づいて第１信号Ｓ１を補正する補正部４４と、前記補正に同期して第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の変化率を可変させる第１指令Ｊ１を送信する第１指令送信部５０と、前記補正した第１信号Ｓ１又は第２信号Ｓ２が限界値Ｇ又はその直近の閾値Ｋに到達した場合にその値を保持させる第２指令Ｊ２を送信する第２指令送信部５１と、を備えている。なお、メモリ５２には、限界値Ｇ、閾値Ｋ、設定値ｍが蓄積されている。
【００２０】
第１信号受信部４１で受信される第１信号Ｓ１は、中性子を検出するＬＰＲＭ検出器２１（図１）から出力される検出信号である。なお、この第１信号Ｓ１はＬＰＲＭ検出器２１から出力されるものに限定されるものではなく、原子炉１０に配置されるセンサから出力される検出信号を適宜用いることができる。
【００２１】
第１信号Ｓ１は、元々はアナログ信号であるがいずれかのタイミングでデジタル信号に変換され、さらに所定のパラメータを用いた簡単な演算処理により、第２信号Ｓ２に模した値に変換される。このために、第１信号Ｓ１は、数ミリ秒レベルもしくはそれ以下といった短い周期で取得することができる。
第１信号Ｓ１は、このような演算プロセスにより得られることに起因して、真値とみなされる第２信号Ｓ２に対し、誤差を有する簡易情報である。従って、第１信号Ｓ１は、原子炉プラントの保守的な制御動作を確保するために、この誤差が常にプラス側に振れる様に演算処理される。
【００２２】
第２信号受信部４２で受信される第２信号Ｓ２は、炉心１５（図１）内の出力分布演算を行う炉心性能演算部３１から送信される最大線出力密度又は最小限界出力比といった演算信号である。なお、この第２信号Ｓ２は、そのような演算信号に限定されるものではなく、第１信号Ｓ１よりも取得間隔の周期が長いデータを適宜用いることができる。
【００２３】
補正式定義部４３は、判定部４６からの要求信号Ｒにより受信された第２信号Ｓ２に基づいて、その後に受信した第１信号Ｓ１を補正するための補正式を定義するものである。なお、定義された補正式は、次の要求信号Ｒにより第２信号Ｓ２が受信されて再定義されるまで、同じ補正式が受信した第１信号Ｓ１に適用される。
【００２４】
このように、補正式が再定義されるようになるのは、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２が限界値Ｇに近接して判定部４６から要求信号Ｒが送信されるようになってからのことである。一方、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２が限界値Ｇに遠く及ばない場合は、炉心性能演算部３１から第２信号Ｓ２が一定の周期間隔で送信されているが、この場合に補正式を再定義しなくてもよい。
【００２５】
補正部４４は、第１信号受信部４１から第１信号Ｓ１を取得したタイミングにおいて、補正式定義部４３において最新に定義されている補正式を適用し、この第１信号Ｓ１を補正するものである。
推定時間導出部４５は、図４に示すように、補正後の第１信号Ｓ１を外挿して限界値Ｇに到達する推定時間ｆ（ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４）を導出するものである。
【００２６】
判定部４６は、図４の◇印で示されるように、導出された推定時間ｆから第１信号Ｓ１が受信された時間を差し引いた値が、設定値ｍを切ったことを判定して第２信号Ｓ２の要求信号Ｒを炉心性能演算部３１に送信する。
この炉心性能演算部３１では、要求信号Ｒを受信してから熱的制限値（第２信号Ｓ２）の演算を開始する。そして、図４の○印で示されるように、演算された第２信号Ｓ２は、第２信号受信部４２に受信される。この◇印から○印に至る期間は、炉心性能演算部３１における熱的制限値（第２信号Ｓ２）の演算時間と、要求信号Ｒ及び第２信号Ｓ２の伝送時間とを加算した時間に相当する。
このために、設定値ｍは、熱的制限値（第２信号Ｓ２）の演算時間よりも長く設定される必要がある。
【００２７】
変化率可変部４７は、図４に示されるように、要求信号Ｒ（◇印）に基づく第２信号Ｓ２（○印）を受信した時点において、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の変化率が小さくなるように調整するものである。
第１指令送信部５０が送信する第１指令Ｊ１は、原子炉１０の出力変化率が小さくなるように制御棒操作部３３及び再循環流量操作部３４に働きかける出力調整指令である。
【００２８】
また変化率可変部４７は、図４に示されるように、限界値Ｇへの到達時間Ｗが予め設定されている場合は、この時間Ｗにおいて熱的制限値（第２信号Ｓ２）が一定値に保持されるようにその変化率を可変するものである。つまり、推定時間導出部４５で導出された推定時間ｆに基づきこの変化率を可変して、到達時間Ｗにおいて、補正した第１信号Ｓ１又は第２信号Ｓ２が、限界値Ｇ又は閾値Ｋに到達するように調整する。
【００２９】
比較部４８は、受信した第２信号Ｓ２と閾値Ｋとを比較して、前者が後者に到達している場合は、解除指令送信部５１から解除指令（第２指令Ｊ２）を送信させる。
解除指令送信部５１が送信するこの第２指令Ｊ２は、原子炉１０の出力調整を解除するように制御棒操作部３３及び再循環流量操作部３４に働きかけ、第１信号Ｓ１又は第２信号Ｓ２が一定値に保持されるようにするものである。
【００３０】
図５（適宜図３、図４参照）のフローチャートに基づいて原子力プラントの制御装置の動作を説明する。
まず、コンピュータのプロセッサのメモリ５２に、限界値Ｇ、閾値Ｋ、設定値ｍを取得させる（Ｓ１１）。そして、第１信号受信部４１においてＬＰＲＭ検出器２１からの第１信号Ｓ１を受信する（Ｓ１２）。
【００３１】
次に、補正部４４は、補正式定義部４３で定義されている補正式を取得するとともに（Ｓ１３）、受信した第１信号Ｓ１を補正する（Ｓ１４）。さらに推定時間導出部４５において、この補正した第１信号Ｓ１から外挿線を演算し（Ｓ１５）、補正した第１信号Ｓ１が限界値Ｇに到達する推定時間ｆを導出する（Ｓ１６）。
【００３２】
次に判定部４６は、第１信号Ｓ１の受信時間ｔが、推定時間ｆから設定値ｍを差し引いた時間に到達していれば（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、第１信号Ｓ１が限界値Ｇに到達するまでの時間が設定値ｍを切ったと判定し、炉心性能演算部３１に対し第２信号Ｓ２を要求する要求信号Ｒを出力する（Ｓ１８）。
【００３３】
一方、第１信号Ｓ１が限界値Ｇに到達するまでの時間が設定値ｍを切っていないと判定される期間や（Ｓ１７：Ｎｏ）、要求信号Ｒの送信から第２信号Ｓ２が受信されるまでの期間は（Ｓ１９：Ｎｏ）、Ｓ１２〜Ｓ１６までのフローを繰り返す。
そして、第２信号Ｓ２が第２信号受信部４２において受信された場合（Ｓ１９：Ｙｅｓ）、補正式定義部４３は、要求信号Ｒに基づき受信した第２信号Ｓ２を用いて、第１信号Ｓ１を補正するための補正式を再定義する（Ｓ２０）。
【００３４】
次に、受信した第２信号Ｓ２が限界値Ｇに到達しているか否かを判定し、到達していない場合は（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、補正式の再定義に同期して熱的制限値（第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２）の変化率を可変させる出力調整指令（第１指令Ｊ１）を自動出力調整部３２に送信する（Ｓ２２）。さらに、この第１指令Ｊ１を送信した後は、動作フローはＳ１２に戻る。
一方、受信した第２信号Ｓ２が限界値Ｇに到達している場合は（Ｓ２１：Ｎｏ）、その熱的制限値が保持されるように出力調整を解除する解除指令（第２指令Ｊ２）を自動出力調整部３２に送信する（Ｓ２３）。
【００３５】
以上述べたように本発明の実施形態によれば、ＬＰＲＭ信号のような簡易情報を利用して原子炉出力を変化させ、炉心性能演算部３１により求められた信頼性の高い熱的制限値を監視することにより、自動的に原子炉の出力を調整したり出力調整を解除したりする。
このために、短時間でかつ運転員の負担を増加させることなく熱的制限値を、運転制限の限界値Ｇの近くまで調整することができる。
【００３６】
本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、共通する技術思想の範囲内において、適宜変形して実施することができる。
例えば、原子力プラントの制御装置は、コンピュータによって各手段を各機能プログラムとして実現することも可能である。そして、これら機能プログラムを結合して、発明の実施形態を原子力プラントの制御プログラムとすることも可能である。
また、実施形態において、第２信号Ｓ２が閾値に到達したところで出力調整の解除指令を送信するとしたが、第１信号Ｓ１が閾値又は限界値Ｇに到達したところで解除指令を送信するように制御を適宜変更することもできる。また、制御に用いられる閾値は、第１信号Ｓ１又は第２信号Ｓ２においてそれぞれ異なるものとしてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１０…原子炉、１１…圧力容器、１２…主蒸気管、１３…給水管、１４…気水分離器、１５…炉心、１６…再循環ポンプ、１７…燃料集合体、１８…制御棒、１９…駆動装置、２０…計装管、２１…ＬＰＲＭ検出器、３０…制御装置、３１…炉心性能演算部、３２…自動出力調整部、３３…制御棒操作部、３４…再循環流量操作部、４０…熱的制限値監視部、４１…第１信号受信部、４２…第２信号受信部、４３…補正式定義部、４４…補正部、４５…推定時間導出部、４６…判定部、４７…変化率可変部、４８…比較部、５０…出力調整指令送信部（第１指令送信部）、５１…解除指令送信部（第２指令送信部）、５２…メモリ、Ｓ１…ＬＰＲＭ信号（第１信号）、Ｓ２…熱的制限値，最大線出力密度，最小限界出力比（第２信号）、Ｊ１…出力調整指令（第１指令）、Ｊ２…解除指令（第２指令）、Ｇ…限界値、Ｋ…閾値、ｍ…設定値、ｆ…推定時間、Ｆ…炉心流量、Ｗ…到達時間、Ｒ…要求信号、Ｄ…ダウンカマ、Ｌ…下部プレナム、Ｕ…上部プレナム。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１信号を受信する第１信号受信部と、
前記第１信号が限界値に到達する推定時間を導出する推定時間導出部と、
前記推定時間に到達するまでの時間が設定値を切ったことを判定して第２信号を要求する判定部と、
前記要求により受信した前記第２信号に基づいて前記第１信号を補正する補正部と、
前記補正に同期して前記第１信号及び前記第２信号の変化率を可変させる第１指令を送信する第１指令送信部と、
前記補正した第１信号又は前記第２信号が前記限界値又はその直近の閾値に到達した場合にその値を保持させる第２指令を送信する第２指令送信部と、を備えることを特徴とする原子力プラントの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の原子力プラントの制御装置において、
前記第１信号は原子炉に配置されるセンサから出力される検出信号であって、
前記第２信号は原子炉に配置されるセンサの出力に基づいて演算される演算信号であることを特徴とする原子力プラントの制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の原子力プラントの制御装置において、
前記検出信号は中性子を検出するＬＰＲＭ検出器から出力されるもので、
前記演算信号は炉心内の出力分布演算を行う炉心性能演算部から送信される最大線出力密度又は最小限界出力比で、
前記第１指令は原子炉の出力変化率が小さくなるように制御棒操作部及び再循環流量操作部に働きかける出力調整指令で、
前記第２指令は原子炉の出力調整を解除するように制御棒操作部及び再循環流量操作部に働きかける解除指令であることを特徴とする原子力プラントの制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の原子力プラントの制御装置において、
前記推定時間導出部で導出された推定時間に基づき前記変化率を可変して、前記補正した第１信号又は前記第２信号が前記限界値又は前記閾値に到達する時間を調整する変化率可変部を備えることを特徴とする原子力プラントの制御装置。
【請求項５】
第１信号を受信するステップと、
前記第１信号が限界値に到達する推定時間を導出するステップと、
前記推定時間に到達するまでの時間が設定値を切ったことを判定して第２信号を要求するステップと、
前記要求により受信した前記第２信号に基づいて前記第１信号を補正するステップと、
前記補正に同期して前記第１信号及び前記第２信号の変化率を可変させる第１指令を送信するステップと、
前記補正した第１信号又は前記第２信号が前記限界値又はその直近の閾値に到達した場合にその値を保持させる第２指令を送信するステップと、を含むことを特徴とする原子力プラントの制御方法。
【請求項６】
コンピュータを、
第１信号を受信する手段、
前記第１信号が限界値に到達する推定時間を導出する手段、
前記推定時間に到達するまでの時間が設定値を切ったことを判定して第２信号を要求する手段、
前記要求により受信した前記第２信号に基づいて前記第１信号を補正する手段、
前記補正に同期して前記第１信号及び前記第２信号の変化率を可変させる第１指令を送信する手段、
前記補正した第１信号又は前記第２信号が前記限界値又はその直近の閾値に到達した場合にその値を保持させる第２指令を送信する手段、として機能させることを特徴とする原子力プラントの制御プログラム。
【請求項１】
第１信号を受信する第１信号受信部と、
前記第１信号が限界値に到達する推定時間を導出する推定時間導出部と、
前記推定時間に到達するまでの時間が設定値を切ったことを判定して第２信号を要求する判定部と、
前記要求により受信した前記第２信号に基づいて前記第１信号を補正する補正部と、
前記補正に同期して前記第１信号及び前記第２信号の変化率を可変させる第１指令を送信する第１指令送信部と、
前記補正した第１信号又は前記第２信号が前記限界値又はその直近の閾値に到達した場合にその値を保持させる第２指令を送信する第２指令送信部と、を備えることを特徴とする原子力プラントの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の原子力プラントの制御装置において、
前記第１信号は原子炉に配置されるセンサから出力される検出信号であって、
前記第２信号は原子炉に配置されるセンサの出力に基づいて演算される演算信号であることを特徴とする原子力プラントの制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の原子力プラントの制御装置において、
前記検出信号は中性子を検出するＬＰＲＭ検出器から出力されるもので、
前記演算信号は炉心内の出力分布演算を行う炉心性能演算部から送信される最大線出力密度又は最小限界出力比で、
前記第１指令は原子炉の出力変化率が小さくなるように制御棒操作部及び再循環流量操作部に働きかける出力調整指令で、
前記第２指令は原子炉の出力調整を解除するように制御棒操作部及び再循環流量操作部に働きかける解除指令であることを特徴とする原子力プラントの制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の原子力プラントの制御装置において、
前記推定時間導出部で導出された推定時間に基づき前記変化率を可変して、前記補正した第１信号又は前記第２信号が前記限界値又は前記閾値に到達する時間を調整する変化率可変部を備えることを特徴とする原子力プラントの制御装置。
【請求項５】
第１信号を受信するステップと、
前記第１信号が限界値に到達する推定時間を導出するステップと、
前記推定時間に到達するまでの時間が設定値を切ったことを判定して第２信号を要求するステップと、
前記要求により受信した前記第２信号に基づいて前記第１信号を補正するステップと、
前記補正に同期して前記第１信号及び前記第２信号の変化率を可変させる第１指令を送信するステップと、
前記補正した第１信号又は前記第２信号が前記限界値又はその直近の閾値に到達した場合にその値を保持させる第２指令を送信するステップと、を含むことを特徴とする原子力プラントの制御方法。
【請求項６】
コンピュータを、
第１信号を受信する手段、
前記第１信号が限界値に到達する推定時間を導出する手段、
前記推定時間に到達するまでの時間が設定値を切ったことを判定して第２信号を要求する手段、
前記要求により受信した前記第２信号に基づいて前記第１信号を補正する手段、
前記補正に同期して前記第１信号及び前記第２信号の変化率を可変させる第１指令を送信する手段、
前記補正した第１信号又は前記第２信号が前記限界値又はその直近の閾値に到達した場合にその値を保持させる第２指令を送信する手段、として機能させることを特徴とする原子力プラントの制御プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２４７８２７（Ｐ２０１１−２４７８２７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２３５０２（Ｐ２０１０−１２３５０２）
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２８日（２０１０．５．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]