蒸気発生器の補助給水弁制御装置
【課題】補助給水系の補助給水弁による水位制御を自動で行うこと。
【解決手段】蒸気発生器に二次冷却水を供給する主給水系の保護として設けられた補助給水系において、当該補助給水系の補助給水弁１２３を作動させる蒸気発生器の補助給水弁制御装置であって、蒸気発生器内の二次冷却水の水位を検出する水位検出手段１２５と、予め設定された目標水位と、水位検出手段１２５で検出された水位との偏差を算出する水位偏差算出手段３と、水位の偏差に応じて補助給水弁１２３の開度を設定する弁動作設定手段４と、弁動作設定手段４の設定に応じて補助給水弁１２３を駆動するための信号を出力する弁駆動手段５と、を備える。
【解決手段】蒸気発生器に二次冷却水を供給する主給水系の保護として設けられた補助給水系において、当該補助給水系の補助給水弁１２３を作動させる蒸気発生器の補助給水弁制御装置であって、蒸気発生器内の二次冷却水の水位を検出する水位検出手段１２５と、予め設定された目標水位と、水位検出手段１２５で検出された水位との偏差を算出する水位偏差算出手段３と、水位の偏差に応じて補助給水弁１２３の開度を設定する弁動作設定手段４と、弁動作設定手段４の設定に応じて補助給水弁１２３を駆動するための信号を出力する弁駆動手段５と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）において、蒸気発生器に二次冷却水を供給する主給水系の保護として設けられた補助給水系に係り、当該補助給水系における補助給水弁を作動させて給水の流量を制御する蒸気発生器の補助給水弁制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１に記載の蒸気発生器への給水流量制御方法では、蒸気発生器の二次冷却水の水位を維持するため、プログラムに従って制御される主給水系を有している。この主給水系は、補助給水系によってバックアップされ主給水系が最低水位を維持できなくなった場合、自動的に補助給水系に切り換えられるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−９６４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、補助給水系は、上述した特許文献１に記載されているように、最小限度の制御装置しか備えていない保護系であるため、プログラムされた手順に従い水位を維持すべく蒸気発生器に対する給水の流量を自動的に調整することはしない。ここで、最小限度の制御装置しか備えていない保護系とは、補助給水弁の制御において、開／閉の信号しか出力せず、開の信号がＯＮのときだけ開方向に所定速度で制御し、閉の信号がＯＮのときだけ閉方向に所定速度で制御するもので、補助給水弁の開度を水位などによってフィードバック制御しないものである。
【０００５】
このため、補助給水弁は、オペレータによる手動操作で蒸気発生器の水位がある変動幅内に収まるよう制御している。この補助給水弁による蒸気発生器の水位制御は、プラント出力状態から事故発生時のプラント停止操作時に行うため、並行して他の機器の操作や計器の監視も頻繁に行う必要があり、オペレータの負担が大きい。そのため、補助給水弁による蒸気発生器の水位制御を自動で行う要望がある。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するものであり、補助給水系の補助給水弁による水位制御を自動で行うことのできる蒸気発生器の補助給水弁制御装置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】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明の蒸気発生器の補助給水弁制御装置は、蒸気発生器に二次冷却水を供給する主給水系の保護として設けられた補助給水系において、当該補助給水系の補助給水弁を作動させる蒸気発生器の補助給水弁制御装置であって、前記蒸気発生器内の二次冷却水の水位を検出する水位検出手段と、予め設定された目標水位と、前記水位検出手段で検出された水位との偏差を算出する水位偏差算出手段と、前記水位の偏差に応じて前記補助給水弁の開度を設定する弁動作設定手段と、前記弁動作設定手段の設定に応じて前記補助給水弁を駆動するための信号を出力する弁駆動手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、補助給水弁をオペレータの操作によらず作動させ、蒸気発生器内の二次冷却水の水位制御を自動で行うことができる。
【０００９】
また、本発明の蒸気発生器の補助給水弁制御装置は、前記弁動作設定手段は、予め計測された前記補助給水弁の開閉作動速度に基づき、設定された前記補助給水弁の開度に応じて前記補助給水弁の駆動時間を設定することを特徴とする。
【００１０】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、補助給水弁の開閉作動速度に基づいて、設定された補助給水弁の開度とするための補助給水弁の駆動時間を設定するため、補助給水弁の性能に応じて補助給水弁の開度制御を行うことができる。
【００１１】
また、本発明の蒸気発生器の補助給水弁制御装置は、前記補助給水弁が、単位時間あたりの開閉作動回数を規定されており、前記弁動作設定手段は、予め計測された前記補助給水弁の開閉作動速度に基づき、設定された前記補助給水弁の開度に応じて前記補助給水弁の駆動時間を設定し、この設定された前記補助給水弁の駆動時間、および前記補助給水弁の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて前記補助給水弁の駆動周期を設定することを特徴とする。
【００１２】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、例えば、設定された補助給水弁の駆動時間が比較的短い場合（目標水位と検出された水位との偏差が比較的小さい場合）、補助給水弁の駆動周期を長く（駆動回数を少なく）する。このため、より速く目標水位に達するように水位制御ができる。一方、例えば、設定された補助給水弁の駆動時間が比較的長い場合（目標水位と検出された水位との偏差が比較的大きい場合）、補助給水弁の駆動周期を短く（駆動回数を多く）する。このため、より開度調整を細かくして、水位を安定させながら目標水位に達するように水位制御ができる。このように、設定された補助給水弁の駆動時間、および補助給水弁の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて補助給水弁の駆動周期を設定することで、目標水位に達するまでに適した水位制御を行うことができる。
【００１３】
また、本発明の蒸気発生器の補助給水弁制御装置は、前記補助給水弁が、単位時間あたりの開閉作動回数、および単位時間内での延べ作動時間を規定されており、前記弁動作設定手段は、予め計測された前記補助給水弁の開閉作動速度に基づき、設定された前記補助給水弁の開度に応じて前記補助給水弁の駆動時間を設定し、この設定された前記補助給水弁の駆動時間、および前記補助給水弁の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて前記補助給水弁の駆動周期を設定し、この設定された前記補助給水弁の駆動周期、および前記補助給水弁の単位時間内での延べ作動時間に応じて１駆動周期あたりの最長駆動時間を設定することを特徴とする。
【００１４】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、例えば、設定された補助給水弁の駆動時間が比較的短い場合（目標水位と検出された水位との偏差が比較的小さい場合）、補助給水弁の駆動周期を長く（駆動回数を少なく）し、１駆動周期あたりの最長駆動時間を比較的長くする。このため、より速く目標水位に達するように水位制御ができる。一方、例えば、設定された補助給水弁の駆動時間が比較的長い場合（目標水位と検出された水位との偏差が比較的大きい場合）、補助給水弁の駆動周期を短く（駆動回数を多く）し、１駆動周期あたりの最長駆動時間を比較的短くする。このため、より開度調整を細かくして、水位を安定させながら目標水位に達するように水位制御ができる。このように、設定された補助給水弁の駆動時間、および補助給水弁の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて補助給水弁の駆動周期を設定し、この設定された補助給水弁の駆動周期、および補助給水弁の単位時間内での延べ作動時間に応じて１駆動周期あたりの最長駆動時間を設定することで、目標水位に達するまでに適した水位制御を行うことができる。
【００１５】
また、本発明の蒸気発生器の補助給水弁制御装置は、前記弁動作設定手段は、前記補助給水弁の開度に応じた水位時間応答情報を予め取得し、設定された前記補助給水弁の開度から逆応答による前記水位への応答を近似した非最小位相系伝達関数内のパラメータを、前記水位時間応答情報に基づいて決定し、パラメータが決定された前記非最小位相系伝達関数の周波数特性のゲイン余裕および位相余裕を勘案して、前記補助給水弁の開度を設定することを特徴とする。
【００１６】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、逆応答に応じた補助給水弁の開度を設定することで、逆応答時の水位の変動を抑えることができる。
【００１７】
また、本発明の蒸気発生器の補助給水弁制御装置は、前記弁動作設定手段は、前記水位時間応答情報に含まれる前記蒸気発生器内の二次冷却水の異なる温度条件において、前記補助給水弁の開度をそれぞれ求め、その最小量を選択することを特徴とする。
【００１８】
蒸気発生器内の二次冷却水の温度が高い場合は、補助冷却水との温度差が大きく最大逆応答量が大きくなり、かつ補助冷却水の供給量が多いと最大逆応答量はさらに大きくなる。したがって、この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、温度条件を伴う逆応答に応じた補助給水弁の開度を最小量に設定することで、温度差が大きい場合であっても逆応答時の水位の変動を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、補助給水系の補助給水弁による水位制御を自動で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、原子力発電プラントの一例を示す概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る補助給水弁制御装置のブロック図である。
【図３】図３は、逆応答概念図である。
【図４】図４は、補助給水弁制御装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００２２】
図１は、原子力発電プラントの概略構成図である。図１に示すように、原子力発電プラントは、原子炉格納容器１００内において、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）１０１、加圧器１０２、蒸気発生器１０３および一次冷却水ポンプ１０４が、一次冷却水管１０５により順次接続されて、一次冷却水の循環経路が構成されている。
【００２３】
蒸気発生器１０３は、半球形状に形成された下部において、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとが仕切板１０３ｃによって区画されて設けられている。入口側水室１０３ａおよび出口側水室１０３ｂは、その天井部に設けられた管板１０３ｄによって蒸気発生器１０３の上部側と区画されている。蒸気発生器１０３の上部側には、逆Ｕ字形状の伝熱管１０３ｅが設けられている。伝熱管１０３ｅは、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとを繋ぐように端部が管板１０３ｄに支持されている。そして、入口側水室１０３ａは、入口側の一次冷却水管１０５が接続され、出口側水室１０３ｂは、出口側の一次冷却水管１０５が接続されている。また、蒸気発生器１０３は、管板１０３ｄによって区画された上部側の上端に、出口側の二次冷却水管１０６ａが接続され、上部側の側部に、入口側の二次冷却水管１０６ｂが接続されている。
【００２４】
また、原子力発電プラントは、蒸気発生器１０３が、原子炉格納容器１００外で二次冷却水管１０６ａ，１０６ｂを介して蒸気タービン１０７に接続されて、二次冷却水の循環経路が構成されている。
【００２５】
蒸気タービン１０７は、高圧タービン１０８および低圧タービン１０９を有すると共に、発電機１１０が接続されている。また、高圧タービン１０８および低圧タービン１０９は、湿分分離加熱器１１１が、二次冷却水管１０６ａから分岐して接続されている。また、低圧タービン１０９は、復水器１１２に接続されている。この復水器１１２は、二次冷却水管１０６ｂに接続されている。二次冷却水管１０６ｂは、上述したように蒸気発生器１０３に接続され、復水器１１２から蒸気発生器１０３に至り、復水ポンプ１１３、低圧給水加熱器１１４、脱気器１１５、主給水ポンプ１１６、高圧給水加熱器１１７および主給水弁１１８が設けられている。
【００２６】
従って、原子力発電プラントでは、一次冷却水が加圧水型原子炉１０１にて加熱されて高温・高圧となり、加圧器１０２にて加圧されて圧力を一定に維持されつつ、一次冷却水管１０５を介して蒸気発生器１０３に供給される。蒸気発生器１０３では、一次冷却水と二次冷却水との熱交換が行われることにより、二次冷却水が蒸発して蒸気となる。熱交換後の冷却した一次冷却水は、一次冷却水管１０５を介して一次冷却水ポンプ１０４側に回収され、加圧水型原子炉１０１に戻される。一方、熱交換により蒸気となった二次冷却水は、蒸気タービン１０７に供給される。蒸気タービン１０７に係り、湿分分離加熱器１１１は、高圧タービン１０８からの排気から湿分を除去し、さらに加熱して過熱状態とした後に低圧タービン１０９に送る。蒸気タービン１０７は、二次冷却水の蒸気により駆動され、その動力が発電機１１０に伝達されて発電される。タービンの駆動に供された蒸気は、復水器１１２に排出される。復水器１１２は、取水管１１２ａを介してポンプ１１２ｂにより取水した冷却水（例えば、海水）と、低圧タービン１０９から排出された蒸気とを熱交換し、当該蒸気を凝縮させて低圧の飽和液に戻す。熱交換に用いられた冷却水は、排水管１１２ｃから排出される。また、凝縮された飽和液は、二次冷却水となり、復水ポンプ１１３によって二次冷却水管１０６ｂを介して復水器１１２の外部に送り出される。さらに、二次冷却水管１０６ｂを経る二次冷却水は、低圧給水加熱器１１４で、例えば、低圧タービン１０９から抽気した低圧蒸気により加熱され、脱気器１１５で溶存酸素や不凝結ガス（アンモニアガス）などの不純物が除去された後、主給水ポンプ１１６により送水され、高圧給水加熱器１１７で、例えば、高圧タービン１０８から抽気した高圧蒸気により加熱された後、蒸気発生器１０３に戻される。ここで、二次冷却水を蒸気発生器１０３に給水する系統を主給水系という。主給水系は、蒸気発生器１０３の二次冷却水の水位を維持するため、主給水ポンプ１１６や主給水弁１１８などが制御される。
【００２７】
このような原子力発電プラントでは、主給水系において蒸気発生器１０３における二次冷却水の水位が維持できない場合、当該水位を維持するために補助給水系が設けられている。補助給水系は、二次冷却水管１０６ｂにおける主給水弁１１８の後段に接続された補助給水管１２０と、補助給水ピット１２１に貯留された補助冷却水（例えば、復水器１１２で凝縮された飽和液）を補助給水管１２０に供給する補助給水ポンプ１２２と、補助給水管１２０を経て蒸気発生器１０３に至る補助冷却水の流量を調整する補助給水弁１２３とを有している。なお、補助給水系は、プラントの通常運転時に補助給水弁１２３が開放され、補助給水ポンプ１２２の駆動によって補助冷却水を蒸気発生器１０３に供給できるような安全側に設定されており、プラントの通常運転時において二次冷却水管１０６ｂから補助給水管１２０に二次冷却水が流入することを防ぐため、補助給水管１２０における補助給水弁１２３の前段に逆止弁１２４が設けられている。すなわち、補助給水系では、主給水系において蒸気発生器１０３における二次冷却水の水位が維持できない場合、補助給水ポンプ１２２を駆動することによって補助冷却水を蒸気発生器１０３に供給する。
【００２８】
そして、本実施の形態では、上述した補助給水系において補助給水弁１２３を制御する補助給水弁制御装置を備えている。図２は、本実施の形態に係る補助給水弁制御装置のブロック図である。補助給水弁制御装置は、蒸気発生器１０３内の二次冷却水の水位を検出する水位検出手段１２５を有している。また、補助給水弁制御装置は、水位検出手段１２５で検出された水位に基づいて補助給水弁１２３を制御する制御手段１を有している。
【００２９】
制御手段１は、マイコンなどで構成され、記憶手段２、水位偏差算出手段３、弁動作設定手段４、および弁駆動手段５を有している。
【００３０】
記憶手段２は、ＲＡＭやＲＯＭなどから構成され、プログラムやデータが格納されている。記憶手段２は、予め設定されている維持すべき水位の目標値（目標水位）の情報（水位目標情報）が格納されている。また、記憶手段２は、補助給水弁１２３の固有の情報（弁固有情報）が格納されている。弁固有情報としては、補助給水弁１２３の開閉作動速度、補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数、および補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間がある。なお、補助給水弁１２３の開閉作動速度は、使用される補助給水弁１２３において予め計測されたものであり、補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数、および補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間は、使用される補助給水弁１２３の構造による機械的な制約である。また、記憶手段２は、補助給水弁１２３の開度に応じた水位の時間応答の情報（水位時間応答情報）が格納されている。水位時間応答情報は、上述した原子力発電プラントを模擬したシミュレーション（例えば、特開平６−２３１１０９号公報や特開平８−６４８３号公報参照）によって得られたものである。また、記憶手段２は、非最小位相系伝達関数（下記の数式１参照）が格納されている。この数式１において、ｓはラプラス演算子であり、ａ，ｂ，ｋは水位の時間応答を決定するためのパラメータである。
【００３１】
【数１】
【００３２】
水位偏差算出手段３は、記憶手段２に格納された目標水位と、水位検出手段１２５で検出された水位との偏差を算出する。
【００３３】
弁動作設定手段４は、弁開度設定手段４ａ、弁駆動時間設定手段４ｂ、弁制御周期設定手段４ｃ、１周期制御時間設定手段４ｄ、および逆応答付加設定手段４ｅを有している。
【００３４】
弁開度設定手段４ａは、水位偏差算出手段３で算出された水位の偏差に応じて補助給水弁１２３の開度を設定する。補助給水弁１２３の開度は、補助給水ポンプ１２２による補助冷却水の送り量を一定として補助給水弁１２３を通過する補助冷却水の供給量（流量）に相当する。
【００３５】
弁駆動時間設定手段４ｂは、記憶手段２に格納されている補助給水弁１２３の開閉作動速度に基づき、弁開度設定手段４ａで設定された補助給水弁１２３の開度に応じて補助給水弁１２３の駆動時間を設定する。すなわち、補助給水弁１２３の駆動時間は、補助給水弁１２３が設定された開度となるまで補助給水弁１２３を駆動させる時間である。具体的には、目標水位と検出された水位との偏差が大きい場合は、補助給水弁１２３の駆動時間が長くなり、目標水位と検出された水位との偏差が小さい場合は、補助給水弁１２３の駆動時間が短くなる。
【００３６】
弁制御周期設定手段４ｃは、補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数が規定されている場合、弁駆動時間設定手段４ｂで設定された補助給水弁１２３の駆動時間、および記憶手段２に格納されている補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて補助給水弁１２３の駆動周期を設定する。このように、弁制御周期設定手段４ｃは、補助給水弁１２３を作動させる回数が制約されたなかで、目標水位に達するまでの補助給水弁１２３の駆動周期、すなわち駆動回数を設定する。
【００３７】
１周期制御時間設定手段４ｄは、補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数、および補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間が規定されている場合、弁駆動時間設定手段４ｂで設定された補助給水弁１２３の駆動時間、および記憶手段２に格納されている補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて補助給水弁１２３の駆動周期を設定し、この設定された補助給水弁１２３の駆動周期、および記憶手段２に格納されている補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間に応じて１駆動周期あたりの最長駆動時間を設定する。このように、１周期制御時間設定手段４ｄは、補助給水弁１２３を作動させる回数が制約されたなかで、目標水位に達するまでの補助給水弁１２３の駆動周期、すなわち駆動回数を設定し、かつ補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間が制約されたなかで、１駆動周期あたりでの最長駆動時間、すなわち１駆動周期において補助給水弁１２３を駆動できる最長時間を設定する。
【００３８】
逆応答付加設定手段４ｅは、上述した弁開度設定手段４ａにおける設定に対し、逆応答を付加した設定をする。図３は、逆応答概念図である。蒸気発生器１０３内の二次冷却水と、補助給水弁１２３から供給される補助冷却水とは温度差があり、蒸気発生器１０３内の二次冷却水の方が比較的高い温度である。このため、図３に示すように、蒸気発生器１０３に補助冷却水が供給され始めたとき（図３におけるＡ点）、上記温度差によって蒸気発生器１０３内の二次冷却水が凝縮することで、水位が一旦下がる逆応答が生じる。図３において、Ｘｐは最大逆応答量であり、Ｔｐは最大逆応答時間であり、Ｔｒは逆応答時間であり、Ｖは定常水位変化速度である。
【００３９】
そこで、逆応答付加設定手段４ｅは、記憶手段２に格納された水位時間応答情報と非最小位相系伝達関数とを取得し、弁開度設定手段４ａで設定された補助給水弁１２３の開度から逆応答によって水位への応答を近似した非最小位相系伝達関数内のパラメータを、水位時間応答情報に基づいて決定し、パラメータが決定された非最小位相系伝達関数の周波数特性のゲイン余裕および位相余裕を勘案して、補助給水弁１２３の開度を設定する。
【００４０】
ここで、補助給水弁１２３の開度から水位への応答の近似は、補助給水弁１２３の時間変動をラプラス変換したものをＨ（ｓ）とし、蒸気発生器１０３の水位の時間変動をラプラス変換したものをＬ（ｓ）とし、その間を下記数式２により近似する。
【００４１】
【数２】
【００４２】
また、逆応答は、蒸気発生器１０３内の二次冷却水の温度に応じ、温度が高いほどＸｐ、Ｔｐ、Ｔｒが大きくなる。
【００４３】
そこで、逆応答付加設定手段４ｅは、水位時間応答情報に含まれている蒸気発生器１０３内の二次冷却水の異なる温度条件において、水位の偏差に応じた補助給水弁１２３の開度をそれぞれ求め、その最小量を選択する。
【００４４】
弁駆動手段５は、弁動作設定手段４の設定に応じて補助給水弁１２３を駆動するための信号を出力する。
【００４５】
以下、制御手段１による補助給水弁１２３の動作について説明する。図４は、補助給水弁制御装置の動作を示すフローチャートである。
【００４６】
主給水系において蒸気発生器１０３における二次冷却水の水位が維持できない場合、補助給水系が自動的に切り換えられる。この場合、まず、水位検出手段１２５によって蒸気発生器１０３内の二次冷却水の水位を検出する（ステップＳ１）。次に、水位偏差算出手段３によって目標水位と検出された水位との偏差を算出する（ステップＳ２）。次に、弁開度設定手段４ａによって水位の偏差に応じて補助給水弁１２３の開度を設定する（ステップＳ３）。
【００４７】
また、逆応答の付加を考慮するため、ステップＳ３の次に、逆応答付加設定手段４ｅによって逆応答に応じた補助給水弁１２３の開度を設定する（ステップＳ４）。
【００４８】
また、蒸気発生器１０３内の二次冷却水の温度による逆応答の影響を考慮するため、ステップＳ４の次に、逆応答付加設定手段４ｅによって蒸気発生器１０３内の二次冷却水の異なる温度条件に基づいて補助給水弁１２３の開度の最小量を選択する（ステップＳ５）。
【００４９】
次に、弁駆動時間設定手段４ｂによって、補助給水弁１２３の開閉作動速度に基づき、補助給水弁１２３の開度に応じて補助給水弁１２３の駆動時間を設定する（ステップＳ６）。
【００５０】
また、補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数が規定されている場合では、ステップＳ６の次に、弁制御周期設定手段４ｃによって補助給水弁１２３の駆動時間および補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて補助給水弁１２３の駆動周期を設定する（ステップＳ７）。ここでは、例えば、弁駆動時間設定手段４ｂで設定された補助給水弁１２３の駆動時間が比較的短い場合（目標水位と検出された水位との偏差が比較的小さい場合）、補助給水弁１２３の駆動周期を長く（駆動回数を少なく）することで、より速く目標水位に達することになる。一方、例えば、弁駆動時間設定手段４ｂで設定された補助給水弁１２３の駆動時間が比較的長い場合（目標水位と検出された水位との偏差が比較的大きい場合）、補助給水弁１２３の駆動周期を短く（駆動回数を多く）することで、より開度調整を細かくして、水位を安定させながら目標水位に達することになる。
【００５１】
さらに、補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間が規定されている場合では、ステップＳ７の次に、１周期制御時間設定手段４ｄによって補助給水弁１２３の駆動周期および補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間に応じて１駆動周期あたりの最長駆動時間を設定する（ステップＳ８）。ここでは、例えば、弁駆動時間設定手段４ｂで設定された補助給水弁１２３の駆動時間が比較的短い場合（目標水位と検出された水位との偏差が比較的小さい場合）、補助給水弁１２３の駆動周期を長く（駆動回数を少なく）し、１駆動周期あたりの最長駆動時間を比較的長くすることで、より速く目標水位に達することになる。一方、例えば、弁駆動時間設定手段４ｂで設定された補助給水弁１２３の駆動時間が比較的長い場合（目標水位と検出された水位との偏差が比較的大きい場合）、補助給水弁１２３の駆動周期を短く（駆動回数を多く）し、１駆動周期あたりの最長駆動時間を比較的短くすることで、より開度調整を細かくして、水位を安定させながら目標水位に達することになる。
【００５２】
そして、ステップＳ８の後、弁駆動手段５によって補助給水弁１２３を駆動するための信号を出力し、本制御を終了する。
【００５３】
なお、逆応答の付加を考慮しなければ、ステップＳ３の次に、ステップＳ６に至る。また、逆応答において蒸気発生器１０３内の二次冷却水の温度による影響がなければ、ステップＳ４の次に、ステップＳ６に至る。また、補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数や、補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間が規定されなければ、ステップＳ６の次に、弁駆動手段５によって補助給水弁１２３を駆動するための信号を出力し、本制御を終了する。また、補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間が規定されなければ、ステップＳ７の次に、弁駆動手段５によって補助給水弁１２３を駆動するための信号を出力し、本制御を終了する。
【００５４】
なお、本制御は、弁駆動手段５によって補助給水弁１２３を駆動するための信号を出力した後、フィードバック制御を行うことで、蒸気発生器１０３内の水位に乱れを生じさせることなく水位制御ができるため好ましい。
【００５５】
このように、本実施の形態の蒸気発生器の補助給水弁制御装置は、蒸気発生器１０３内の二次冷却水の水位を検出する水位検出手段１２５と、予め設定された目標水位と、水位検出手段１２５で検出された水位との偏差を算出する水位偏差算出手段３と、水位の偏差に応じて補助給水弁１２３の開度を設定する弁動作設定手段４（弁開度設定手段４ａ）と、弁動作設定手段４の設定に応じて前記補助給水弁１２３を駆動するための信号を出力する弁駆動手段５と、を備える。
【００５６】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、補助給水弁１２３をオペレータの操作によらず作動させ、蒸気発生器１０３内の二次冷却水の水位制御を自動で行うことが可能になる。
【００５７】
また、本実施の形態の蒸気発生器の補助給水弁制御装置では、弁動作設定手段４は、予め計測された補助給水弁１２３の開閉作動速度に基づき、弁開度設定手段４ａまたは逆応答付加設定手段４ｅによって設定された補助給水弁１２３の開度に応じて補助給水弁１２３の駆動時間を設定する弁駆動時間設定手段４ｂを備える。
【００５８】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、補助給水弁１２３の開閉作動速度に基づいて、設定された補助給水弁１２３の開度とするための補助給水弁１２３の駆動時間を設定するため、補助給水弁１２３の性能に応じて補助給水弁１２３の開度制御を行うことが可能になる。
【００５９】
また、本実施の形態の蒸気発生器の補助給水弁制御装置では、補助給水弁１２３が、単位時間あたりの開閉作動回数を規定されており、弁動作設定手段４は、予め計測された補助給水弁１２３の開閉作動速度に基づき、弁開度設定手段４ａまたは逆応答付加設定手段４ｅによって設定された補助給水弁１２３の開度に応じて補助給水弁１２３の駆動時間を設定する弁駆動時間設定手段４ｂと、この設定された補助給水弁１２３の駆動時間、および補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて補助給水弁１２３の駆動周期を設定する弁制御周期設定手段４ｃとを備える。
【００６０】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、弁駆動時間設定手段４ｂで設定された補助給水弁１２３の駆動時間、および補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて補助給水弁１２３の駆動周期を設定することで、目標水位に達するまでに適した水位制御を行うことが可能になる。
【００６１】
また、本実施の形態の蒸気発生器の補助給水弁制御装置は、補助給水弁１２３が、単位時間あたりの開閉作動回数、および単位時間内での延べ作動時間を規定されており、弁動作設定手段４は、予め計測された補助給水弁１２３の開閉作動速度に基づき、弁開度設定手段４ａまたは逆応答付加設定手段４ｅによって設定された補助給水弁１２３の開度に応じて補助給水弁１２３の駆動時間を設定する弁駆動時間設定手段４ｂと、この設定された補助給水弁１２３の駆動時間、および補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて補助給水弁１２３の駆動周期を設定する弁制御周期設定手段４ｃと、この設定された補助給水弁１２３の駆動周期、および補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間に応じて１駆動周期あたりの最長駆動時間を設定する１周期制御時間設定手段４ｄとを備える。
【００６２】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、弁駆動時間設定手段４ｂで設定された補助給水弁１２３の駆動時間、および補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて補助給水弁１２３の駆動周期を設定し、この設定された補助給水弁１２３の駆動周期、および補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間に応じて１駆動周期あたりの最長駆動時間を設定することで、目標水位に達するまでに適した水位制御を行うことが可能になる。
【００６３】
また、本実施の形態の蒸気発生器の補助給水弁制御装置では、弁動作設定手段４は、補助給水弁１２３の開度に応じた水位時間応答情報を予め取得し、弁開度設定手段４ａによって設定された前記補助給水弁１２３の開度から逆応答による水位への応答を近似した非最小位相系伝達関数内のパラメータを、水位時間応答情報に基づいて決定し、パラメータが決定された非最小位相系伝達関数の周波数特性のゲイン余裕および位相余裕を勘案して、補助給水弁１２３の開度を設定する逆応答付加設定手段４ｅを備える。
【００６４】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、逆応答に応じた補助給水弁１２３の開度を設定することで、逆応答時の水位の変動を抑えることが可能になる。
【００６５】
また、本実施の形態の蒸気発生器の補助給水弁制御装置では、弁動作設定手段４は、逆応答付加設定手段４ｅにおいて、水位時間応答情報に含まれる蒸気発生器１０３内の二次冷却水の異なる温度条件において、補助給水弁１２３の開度をそれぞれ求め、その最小量を選択する。
【００６６】
蒸気発生器１０３内の二次冷却水の温度が高い場合は、補助冷却水との温度差が大きく最大逆応答量（Ｘｐ）が大きくなり、かつ補助冷却水の供給量が多いと最大逆応答量（Ｘｐ）はさらに大きくなる。したがって、この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、温度条件を伴う逆応答に応じた補助給水弁１２３の開度を最小量に設定することで、温度差が大きい場合であっても逆応答時の水位の変動を抑えることが可能になる。なお、蒸気発生器１０３内の二次冷却水の温度を検出する温度検出手段（図示せず）を備え、当該温度検出手段で検出された温度と、上記温度条件とを合わせることで、補助給水弁１２３の開度を設定してもよく、これにより、どのような温度に対しても逆応答時の水位の変動を抑えることが可能になる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 制御手段
２ 記憶手段
３ 水位偏差算出手段
４ 弁動作設定手段
４ａ 弁開度設定手段
４ｂ 弁駆動時間設定手段
４ｃ 弁制御周期設定手段
４ｄ １周期制御時間設定手段
４ｅ 逆応答付加設定手段
５ 弁駆動手段
１０３ 蒸気発生器
１２３ 補助給水弁
１２５ 水位検出手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）において、蒸気発生器に二次冷却水を供給する主給水系の保護として設けられた補助給水系に係り、当該補助給水系における補助給水弁を作動させて給水の流量を制御する蒸気発生器の補助給水弁制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１に記載の蒸気発生器への給水流量制御方法では、蒸気発生器の二次冷却水の水位を維持するため、プログラムに従って制御される主給水系を有している。この主給水系は、補助給水系によってバックアップされ主給水系が最低水位を維持できなくなった場合、自動的に補助給水系に切り換えられるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−９６４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、補助給水系は、上述した特許文献１に記載されているように、最小限度の制御装置しか備えていない保護系であるため、プログラムされた手順に従い水位を維持すべく蒸気発生器に対する給水の流量を自動的に調整することはしない。ここで、最小限度の制御装置しか備えていない保護系とは、補助給水弁の制御において、開／閉の信号しか出力せず、開の信号がＯＮのときだけ開方向に所定速度で制御し、閉の信号がＯＮのときだけ閉方向に所定速度で制御するもので、補助給水弁の開度を水位などによってフィードバック制御しないものである。
【０００５】
このため、補助給水弁は、オペレータによる手動操作で蒸気発生器の水位がある変動幅内に収まるよう制御している。この補助給水弁による蒸気発生器の水位制御は、プラント出力状態から事故発生時のプラント停止操作時に行うため、並行して他の機器の操作や計器の監視も頻繁に行う必要があり、オペレータの負担が大きい。そのため、補助給水弁による蒸気発生器の水位制御を自動で行う要望がある。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するものであり、補助給水系の補助給水弁による水位制御を自動で行うことのできる蒸気発生器の補助給水弁制御装置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】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明の蒸気発生器の補助給水弁制御装置は、蒸気発生器に二次冷却水を供給する主給水系の保護として設けられた補助給水系において、当該補助給水系の補助給水弁を作動させる蒸気発生器の補助給水弁制御装置であって、前記蒸気発生器内の二次冷却水の水位を検出する水位検出手段と、予め設定された目標水位と、前記水位検出手段で検出された水位との偏差を算出する水位偏差算出手段と、前記水位の偏差に応じて前記補助給水弁の開度を設定する弁動作設定手段と、前記弁動作設定手段の設定に応じて前記補助給水弁を駆動するための信号を出力する弁駆動手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、補助給水弁をオペレータの操作によらず作動させ、蒸気発生器内の二次冷却水の水位制御を自動で行うことができる。
【０００９】
また、本発明の蒸気発生器の補助給水弁制御装置は、前記弁動作設定手段は、予め計測された前記補助給水弁の開閉作動速度に基づき、設定された前記補助給水弁の開度に応じて前記補助給水弁の駆動時間を設定することを特徴とする。
【００１０】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、補助給水弁の開閉作動速度に基づいて、設定された補助給水弁の開度とするための補助給水弁の駆動時間を設定するため、補助給水弁の性能に応じて補助給水弁の開度制御を行うことができる。
【００１１】
また、本発明の蒸気発生器の補助給水弁制御装置は、前記補助給水弁が、単位時間あたりの開閉作動回数を規定されており、前記弁動作設定手段は、予め計測された前記補助給水弁の開閉作動速度に基づき、設定された前記補助給水弁の開度に応じて前記補助給水弁の駆動時間を設定し、この設定された前記補助給水弁の駆動時間、および前記補助給水弁の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて前記補助給水弁の駆動周期を設定することを特徴とする。
【００１２】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、例えば、設定された補助給水弁の駆動時間が比較的短い場合（目標水位と検出された水位との偏差が比較的小さい場合）、補助給水弁の駆動周期を長く（駆動回数を少なく）する。このため、より速く目標水位に達するように水位制御ができる。一方、例えば、設定された補助給水弁の駆動時間が比較的長い場合（目標水位と検出された水位との偏差が比較的大きい場合）、補助給水弁の駆動周期を短く（駆動回数を多く）する。このため、より開度調整を細かくして、水位を安定させながら目標水位に達するように水位制御ができる。このように、設定された補助給水弁の駆動時間、および補助給水弁の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて補助給水弁の駆動周期を設定することで、目標水位に達するまでに適した水位制御を行うことができる。
【００１３】
また、本発明の蒸気発生器の補助給水弁制御装置は、前記補助給水弁が、単位時間あたりの開閉作動回数、および単位時間内での延べ作動時間を規定されており、前記弁動作設定手段は、予め計測された前記補助給水弁の開閉作動速度に基づき、設定された前記補助給水弁の開度に応じて前記補助給水弁の駆動時間を設定し、この設定された前記補助給水弁の駆動時間、および前記補助給水弁の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて前記補助給水弁の駆動周期を設定し、この設定された前記補助給水弁の駆動周期、および前記補助給水弁の単位時間内での延べ作動時間に応じて１駆動周期あたりの最長駆動時間を設定することを特徴とする。
【００１４】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、例えば、設定された補助給水弁の駆動時間が比較的短い場合（目標水位と検出された水位との偏差が比較的小さい場合）、補助給水弁の駆動周期を長く（駆動回数を少なく）し、１駆動周期あたりの最長駆動時間を比較的長くする。このため、より速く目標水位に達するように水位制御ができる。一方、例えば、設定された補助給水弁の駆動時間が比較的長い場合（目標水位と検出された水位との偏差が比較的大きい場合）、補助給水弁の駆動周期を短く（駆動回数を多く）し、１駆動周期あたりの最長駆動時間を比較的短くする。このため、より開度調整を細かくして、水位を安定させながら目標水位に達するように水位制御ができる。このように、設定された補助給水弁の駆動時間、および補助給水弁の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて補助給水弁の駆動周期を設定し、この設定された補助給水弁の駆動周期、および補助給水弁の単位時間内での延べ作動時間に応じて１駆動周期あたりの最長駆動時間を設定することで、目標水位に達するまでに適した水位制御を行うことができる。
【００１５】
また、本発明の蒸気発生器の補助給水弁制御装置は、前記弁動作設定手段は、前記補助給水弁の開度に応じた水位時間応答情報を予め取得し、設定された前記補助給水弁の開度から逆応答による前記水位への応答を近似した非最小位相系伝達関数内のパラメータを、前記水位時間応答情報に基づいて決定し、パラメータが決定された前記非最小位相系伝達関数の周波数特性のゲイン余裕および位相余裕を勘案して、前記補助給水弁の開度を設定することを特徴とする。
【００１６】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、逆応答に応じた補助給水弁の開度を設定することで、逆応答時の水位の変動を抑えることができる。
【００１７】
また、本発明の蒸気発生器の補助給水弁制御装置は、前記弁動作設定手段は、前記水位時間応答情報に含まれる前記蒸気発生器内の二次冷却水の異なる温度条件において、前記補助給水弁の開度をそれぞれ求め、その最小量を選択することを特徴とする。
【００１８】
蒸気発生器内の二次冷却水の温度が高い場合は、補助冷却水との温度差が大きく最大逆応答量が大きくなり、かつ補助冷却水の供給量が多いと最大逆応答量はさらに大きくなる。したがって、この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、温度条件を伴う逆応答に応じた補助給水弁の開度を最小量に設定することで、温度差が大きい場合であっても逆応答時の水位の変動を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、補助給水系の補助給水弁による水位制御を自動で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、原子力発電プラントの一例を示す概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る補助給水弁制御装置のブロック図である。
【図３】図３は、逆応答概念図である。
【図４】図４は、補助給水弁制御装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００２２】
図１は、原子力発電プラントの概略構成図である。図１に示すように、原子力発電プラントは、原子炉格納容器１００内において、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）１０１、加圧器１０２、蒸気発生器１０３および一次冷却水ポンプ１０４が、一次冷却水管１０５により順次接続されて、一次冷却水の循環経路が構成されている。
【００２３】
蒸気発生器１０３は、半球形状に形成された下部において、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとが仕切板１０３ｃによって区画されて設けられている。入口側水室１０３ａおよび出口側水室１０３ｂは、その天井部に設けられた管板１０３ｄによって蒸気発生器１０３の上部側と区画されている。蒸気発生器１０３の上部側には、逆Ｕ字形状の伝熱管１０３ｅが設けられている。伝熱管１０３ｅは、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとを繋ぐように端部が管板１０３ｄに支持されている。そして、入口側水室１０３ａは、入口側の一次冷却水管１０５が接続され、出口側水室１０３ｂは、出口側の一次冷却水管１０５が接続されている。また、蒸気発生器１０３は、管板１０３ｄによって区画された上部側の上端に、出口側の二次冷却水管１０６ａが接続され、上部側の側部に、入口側の二次冷却水管１０６ｂが接続されている。
【００２４】
また、原子力発電プラントは、蒸気発生器１０３が、原子炉格納容器１００外で二次冷却水管１０６ａ，１０６ｂを介して蒸気タービン１０７に接続されて、二次冷却水の循環経路が構成されている。
【００２５】
蒸気タービン１０７は、高圧タービン１０８および低圧タービン１０９を有すると共に、発電機１１０が接続されている。また、高圧タービン１０８および低圧タービン１０９は、湿分分離加熱器１１１が、二次冷却水管１０６ａから分岐して接続されている。また、低圧タービン１０９は、復水器１１２に接続されている。この復水器１１２は、二次冷却水管１０６ｂに接続されている。二次冷却水管１０６ｂは、上述したように蒸気発生器１０３に接続され、復水器１１２から蒸気発生器１０３に至り、復水ポンプ１１３、低圧給水加熱器１１４、脱気器１１５、主給水ポンプ１１６、高圧給水加熱器１１７および主給水弁１１８が設けられている。
【００２６】
従って、原子力発電プラントでは、一次冷却水が加圧水型原子炉１０１にて加熱されて高温・高圧となり、加圧器１０２にて加圧されて圧力を一定に維持されつつ、一次冷却水管１０５を介して蒸気発生器１０３に供給される。蒸気発生器１０３では、一次冷却水と二次冷却水との熱交換が行われることにより、二次冷却水が蒸発して蒸気となる。熱交換後の冷却した一次冷却水は、一次冷却水管１０５を介して一次冷却水ポンプ１０４側に回収され、加圧水型原子炉１０１に戻される。一方、熱交換により蒸気となった二次冷却水は、蒸気タービン１０７に供給される。蒸気タービン１０７に係り、湿分分離加熱器１１１は、高圧タービン１０８からの排気から湿分を除去し、さらに加熱して過熱状態とした後に低圧タービン１０９に送る。蒸気タービン１０７は、二次冷却水の蒸気により駆動され、その動力が発電機１１０に伝達されて発電される。タービンの駆動に供された蒸気は、復水器１１２に排出される。復水器１１２は、取水管１１２ａを介してポンプ１１２ｂにより取水した冷却水（例えば、海水）と、低圧タービン１０９から排出された蒸気とを熱交換し、当該蒸気を凝縮させて低圧の飽和液に戻す。熱交換に用いられた冷却水は、排水管１１２ｃから排出される。また、凝縮された飽和液は、二次冷却水となり、復水ポンプ１１３によって二次冷却水管１０６ｂを介して復水器１１２の外部に送り出される。さらに、二次冷却水管１０６ｂを経る二次冷却水は、低圧給水加熱器１１４で、例えば、低圧タービン１０９から抽気した低圧蒸気により加熱され、脱気器１１５で溶存酸素や不凝結ガス（アンモニアガス）などの不純物が除去された後、主給水ポンプ１１６により送水され、高圧給水加熱器１１７で、例えば、高圧タービン１０８から抽気した高圧蒸気により加熱された後、蒸気発生器１０３に戻される。ここで、二次冷却水を蒸気発生器１０３に給水する系統を主給水系という。主給水系は、蒸気発生器１０３の二次冷却水の水位を維持するため、主給水ポンプ１１６や主給水弁１１８などが制御される。
【００２７】
このような原子力発電プラントでは、主給水系において蒸気発生器１０３における二次冷却水の水位が維持できない場合、当該水位を維持するために補助給水系が設けられている。補助給水系は、二次冷却水管１０６ｂにおける主給水弁１１８の後段に接続された補助給水管１２０と、補助給水ピット１２１に貯留された補助冷却水（例えば、復水器１１２で凝縮された飽和液）を補助給水管１２０に供給する補助給水ポンプ１２２と、補助給水管１２０を経て蒸気発生器１０３に至る補助冷却水の流量を調整する補助給水弁１２３とを有している。なお、補助給水系は、プラントの通常運転時に補助給水弁１２３が開放され、補助給水ポンプ１２２の駆動によって補助冷却水を蒸気発生器１０３に供給できるような安全側に設定されており、プラントの通常運転時において二次冷却水管１０６ｂから補助給水管１２０に二次冷却水が流入することを防ぐため、補助給水管１２０における補助給水弁１２３の前段に逆止弁１２４が設けられている。すなわち、補助給水系では、主給水系において蒸気発生器１０３における二次冷却水の水位が維持できない場合、補助給水ポンプ１２２を駆動することによって補助冷却水を蒸気発生器１０３に供給する。
【００２８】
そして、本実施の形態では、上述した補助給水系において補助給水弁１２３を制御する補助給水弁制御装置を備えている。図２は、本実施の形態に係る補助給水弁制御装置のブロック図である。補助給水弁制御装置は、蒸気発生器１０３内の二次冷却水の水位を検出する水位検出手段１２５を有している。また、補助給水弁制御装置は、水位検出手段１２５で検出された水位に基づいて補助給水弁１２３を制御する制御手段１を有している。
【００２９】
制御手段１は、マイコンなどで構成され、記憶手段２、水位偏差算出手段３、弁動作設定手段４、および弁駆動手段５を有している。
【００３０】
記憶手段２は、ＲＡＭやＲＯＭなどから構成され、プログラムやデータが格納されている。記憶手段２は、予め設定されている維持すべき水位の目標値（目標水位）の情報（水位目標情報）が格納されている。また、記憶手段２は、補助給水弁１２３の固有の情報（弁固有情報）が格納されている。弁固有情報としては、補助給水弁１２３の開閉作動速度、補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数、および補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間がある。なお、補助給水弁１２３の開閉作動速度は、使用される補助給水弁１２３において予め計測されたものであり、補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数、および補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間は、使用される補助給水弁１２３の構造による機械的な制約である。また、記憶手段２は、補助給水弁１２３の開度に応じた水位の時間応答の情報（水位時間応答情報）が格納されている。水位時間応答情報は、上述した原子力発電プラントを模擬したシミュレーション（例えば、特開平６−２３１１０９号公報や特開平８−６４８３号公報参照）によって得られたものである。また、記憶手段２は、非最小位相系伝達関数（下記の数式１参照）が格納されている。この数式１において、ｓはラプラス演算子であり、ａ，ｂ，ｋは水位の時間応答を決定するためのパラメータである。
【００３１】
【数１】
【００３２】
水位偏差算出手段３は、記憶手段２に格納された目標水位と、水位検出手段１２５で検出された水位との偏差を算出する。
【００３３】
弁動作設定手段４は、弁開度設定手段４ａ、弁駆動時間設定手段４ｂ、弁制御周期設定手段４ｃ、１周期制御時間設定手段４ｄ、および逆応答付加設定手段４ｅを有している。
【００３４】
弁開度設定手段４ａは、水位偏差算出手段３で算出された水位の偏差に応じて補助給水弁１２３の開度を設定する。補助給水弁１２３の開度は、補助給水ポンプ１２２による補助冷却水の送り量を一定として補助給水弁１２３を通過する補助冷却水の供給量（流量）に相当する。
【００３５】
弁駆動時間設定手段４ｂは、記憶手段２に格納されている補助給水弁１２３の開閉作動速度に基づき、弁開度設定手段４ａで設定された補助給水弁１２３の開度に応じて補助給水弁１２３の駆動時間を設定する。すなわち、補助給水弁１２３の駆動時間は、補助給水弁１２３が設定された開度となるまで補助給水弁１２３を駆動させる時間である。具体的には、目標水位と検出された水位との偏差が大きい場合は、補助給水弁１２３の駆動時間が長くなり、目標水位と検出された水位との偏差が小さい場合は、補助給水弁１２３の駆動時間が短くなる。
【００３６】
弁制御周期設定手段４ｃは、補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数が規定されている場合、弁駆動時間設定手段４ｂで設定された補助給水弁１２３の駆動時間、および記憶手段２に格納されている補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて補助給水弁１２３の駆動周期を設定する。このように、弁制御周期設定手段４ｃは、補助給水弁１２３を作動させる回数が制約されたなかで、目標水位に達するまでの補助給水弁１２３の駆動周期、すなわち駆動回数を設定する。
【００３７】
１周期制御時間設定手段４ｄは、補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数、および補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間が規定されている場合、弁駆動時間設定手段４ｂで設定された補助給水弁１２３の駆動時間、および記憶手段２に格納されている補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて補助給水弁１２３の駆動周期を設定し、この設定された補助給水弁１２３の駆動周期、および記憶手段２に格納されている補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間に応じて１駆動周期あたりの最長駆動時間を設定する。このように、１周期制御時間設定手段４ｄは、補助給水弁１２３を作動させる回数が制約されたなかで、目標水位に達するまでの補助給水弁１２３の駆動周期、すなわち駆動回数を設定し、かつ補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間が制約されたなかで、１駆動周期あたりでの最長駆動時間、すなわち１駆動周期において補助給水弁１２３を駆動できる最長時間を設定する。
【００３８】
逆応答付加設定手段４ｅは、上述した弁開度設定手段４ａにおける設定に対し、逆応答を付加した設定をする。図３は、逆応答概念図である。蒸気発生器１０３内の二次冷却水と、補助給水弁１２３から供給される補助冷却水とは温度差があり、蒸気発生器１０３内の二次冷却水の方が比較的高い温度である。このため、図３に示すように、蒸気発生器１０３に補助冷却水が供給され始めたとき（図３におけるＡ点）、上記温度差によって蒸気発生器１０３内の二次冷却水が凝縮することで、水位が一旦下がる逆応答が生じる。図３において、Ｘｐは最大逆応答量であり、Ｔｐは最大逆応答時間であり、Ｔｒは逆応答時間であり、Ｖは定常水位変化速度である。
【００３９】
そこで、逆応答付加設定手段４ｅは、記憶手段２に格納された水位時間応答情報と非最小位相系伝達関数とを取得し、弁開度設定手段４ａで設定された補助給水弁１２３の開度から逆応答によって水位への応答を近似した非最小位相系伝達関数内のパラメータを、水位時間応答情報に基づいて決定し、パラメータが決定された非最小位相系伝達関数の周波数特性のゲイン余裕および位相余裕を勘案して、補助給水弁１２３の開度を設定する。
【００４０】
ここで、補助給水弁１２３の開度から水位への応答の近似は、補助給水弁１２３の時間変動をラプラス変換したものをＨ（ｓ）とし、蒸気発生器１０３の水位の時間変動をラプラス変換したものをＬ（ｓ）とし、その間を下記数式２により近似する。
【００４１】
【数２】
【００４２】
また、逆応答は、蒸気発生器１０３内の二次冷却水の温度に応じ、温度が高いほどＸｐ、Ｔｐ、Ｔｒが大きくなる。
【００４３】
そこで、逆応答付加設定手段４ｅは、水位時間応答情報に含まれている蒸気発生器１０３内の二次冷却水の異なる温度条件において、水位の偏差に応じた補助給水弁１２３の開度をそれぞれ求め、その最小量を選択する。
【００４４】
弁駆動手段５は、弁動作設定手段４の設定に応じて補助給水弁１２３を駆動するための信号を出力する。
【００４５】
以下、制御手段１による補助給水弁１２３の動作について説明する。図４は、補助給水弁制御装置の動作を示すフローチャートである。
【００４６】
主給水系において蒸気発生器１０３における二次冷却水の水位が維持できない場合、補助給水系が自動的に切り換えられる。この場合、まず、水位検出手段１２５によって蒸気発生器１０３内の二次冷却水の水位を検出する（ステップＳ１）。次に、水位偏差算出手段３によって目標水位と検出された水位との偏差を算出する（ステップＳ２）。次に、弁開度設定手段４ａによって水位の偏差に応じて補助給水弁１２３の開度を設定する（ステップＳ３）。
【００４７】
また、逆応答の付加を考慮するため、ステップＳ３の次に、逆応答付加設定手段４ｅによって逆応答に応じた補助給水弁１２３の開度を設定する（ステップＳ４）。
【００４８】
また、蒸気発生器１０３内の二次冷却水の温度による逆応答の影響を考慮するため、ステップＳ４の次に、逆応答付加設定手段４ｅによって蒸気発生器１０３内の二次冷却水の異なる温度条件に基づいて補助給水弁１２３の開度の最小量を選択する（ステップＳ５）。
【００４９】
次に、弁駆動時間設定手段４ｂによって、補助給水弁１２３の開閉作動速度に基づき、補助給水弁１２３の開度に応じて補助給水弁１２３の駆動時間を設定する（ステップＳ６）。
【００５０】
また、補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数が規定されている場合では、ステップＳ６の次に、弁制御周期設定手段４ｃによって補助給水弁１２３の駆動時間および補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて補助給水弁１２３の駆動周期を設定する（ステップＳ７）。ここでは、例えば、弁駆動時間設定手段４ｂで設定された補助給水弁１２３の駆動時間が比較的短い場合（目標水位と検出された水位との偏差が比較的小さい場合）、補助給水弁１２３の駆動周期を長く（駆動回数を少なく）することで、より速く目標水位に達することになる。一方、例えば、弁駆動時間設定手段４ｂで設定された補助給水弁１２３の駆動時間が比較的長い場合（目標水位と検出された水位との偏差が比較的大きい場合）、補助給水弁１２３の駆動周期を短く（駆動回数を多く）することで、より開度調整を細かくして、水位を安定させながら目標水位に達することになる。
【００５１】
さらに、補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間が規定されている場合では、ステップＳ７の次に、１周期制御時間設定手段４ｄによって補助給水弁１２３の駆動周期および補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間に応じて１駆動周期あたりの最長駆動時間を設定する（ステップＳ８）。ここでは、例えば、弁駆動時間設定手段４ｂで設定された補助給水弁１２３の駆動時間が比較的短い場合（目標水位と検出された水位との偏差が比較的小さい場合）、補助給水弁１２３の駆動周期を長く（駆動回数を少なく）し、１駆動周期あたりの最長駆動時間を比較的長くすることで、より速く目標水位に達することになる。一方、例えば、弁駆動時間設定手段４ｂで設定された補助給水弁１２３の駆動時間が比較的長い場合（目標水位と検出された水位との偏差が比較的大きい場合）、補助給水弁１２３の駆動周期を短く（駆動回数を多く）し、１駆動周期あたりの最長駆動時間を比較的短くすることで、より開度調整を細かくして、水位を安定させながら目標水位に達することになる。
【００５２】
そして、ステップＳ８の後、弁駆動手段５によって補助給水弁１２３を駆動するための信号を出力し、本制御を終了する。
【００５３】
なお、逆応答の付加を考慮しなければ、ステップＳ３の次に、ステップＳ６に至る。また、逆応答において蒸気発生器１０３内の二次冷却水の温度による影響がなければ、ステップＳ４の次に、ステップＳ６に至る。また、補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数や、補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間が規定されなければ、ステップＳ６の次に、弁駆動手段５によって補助給水弁１２３を駆動するための信号を出力し、本制御を終了する。また、補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間が規定されなければ、ステップＳ７の次に、弁駆動手段５によって補助給水弁１２３を駆動するための信号を出力し、本制御を終了する。
【００５４】
なお、本制御は、弁駆動手段５によって補助給水弁１２３を駆動するための信号を出力した後、フィードバック制御を行うことで、蒸気発生器１０３内の水位に乱れを生じさせることなく水位制御ができるため好ましい。
【００５５】
このように、本実施の形態の蒸気発生器の補助給水弁制御装置は、蒸気発生器１０３内の二次冷却水の水位を検出する水位検出手段１２５と、予め設定された目標水位と、水位検出手段１２５で検出された水位との偏差を算出する水位偏差算出手段３と、水位の偏差に応じて補助給水弁１２３の開度を設定する弁動作設定手段４（弁開度設定手段４ａ）と、弁動作設定手段４の設定に応じて前記補助給水弁１２３を駆動するための信号を出力する弁駆動手段５と、を備える。
【００５６】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、補助給水弁１２３をオペレータの操作によらず作動させ、蒸気発生器１０３内の二次冷却水の水位制御を自動で行うことが可能になる。
【００５７】
また、本実施の形態の蒸気発生器の補助給水弁制御装置では、弁動作設定手段４は、予め計測された補助給水弁１２３の開閉作動速度に基づき、弁開度設定手段４ａまたは逆応答付加設定手段４ｅによって設定された補助給水弁１２３の開度に応じて補助給水弁１２３の駆動時間を設定する弁駆動時間設定手段４ｂを備える。
【００５８】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、補助給水弁１２３の開閉作動速度に基づいて、設定された補助給水弁１２３の開度とするための補助給水弁１２３の駆動時間を設定するため、補助給水弁１２３の性能に応じて補助給水弁１２３の開度制御を行うことが可能になる。
【００５９】
また、本実施の形態の蒸気発生器の補助給水弁制御装置では、補助給水弁１２３が、単位時間あたりの開閉作動回数を規定されており、弁動作設定手段４は、予め計測された補助給水弁１２３の開閉作動速度に基づき、弁開度設定手段４ａまたは逆応答付加設定手段４ｅによって設定された補助給水弁１２３の開度に応じて補助給水弁１２３の駆動時間を設定する弁駆動時間設定手段４ｂと、この設定された補助給水弁１２３の駆動時間、および補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて補助給水弁１２３の駆動周期を設定する弁制御周期設定手段４ｃとを備える。
【００６０】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、弁駆動時間設定手段４ｂで設定された補助給水弁１２３の駆動時間、および補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて補助給水弁１２３の駆動周期を設定することで、目標水位に達するまでに適した水位制御を行うことが可能になる。
【００６１】
また、本実施の形態の蒸気発生器の補助給水弁制御装置は、補助給水弁１２３が、単位時間あたりの開閉作動回数、および単位時間内での延べ作動時間を規定されており、弁動作設定手段４は、予め計測された補助給水弁１２３の開閉作動速度に基づき、弁開度設定手段４ａまたは逆応答付加設定手段４ｅによって設定された補助給水弁１２３の開度に応じて補助給水弁１２３の駆動時間を設定する弁駆動時間設定手段４ｂと、この設定された補助給水弁１２３の駆動時間、および補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて補助給水弁１２３の駆動周期を設定する弁制御周期設定手段４ｃと、この設定された補助給水弁１２３の駆動周期、および補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間に応じて１駆動周期あたりの最長駆動時間を設定する１周期制御時間設定手段４ｄとを備える。
【００６２】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、弁駆動時間設定手段４ｂで設定された補助給水弁１２３の駆動時間、および補助給水弁１２３の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて補助給水弁１２３の駆動周期を設定し、この設定された補助給水弁１２３の駆動周期、および補助給水弁１２３の単位時間内での延べ作動時間に応じて１駆動周期あたりの最長駆動時間を設定することで、目標水位に達するまでに適した水位制御を行うことが可能になる。
【００６３】
また、本実施の形態の蒸気発生器の補助給水弁制御装置では、弁動作設定手段４は、補助給水弁１２３の開度に応じた水位時間応答情報を予め取得し、弁開度設定手段４ａによって設定された前記補助給水弁１２３の開度から逆応答による水位への応答を近似した非最小位相系伝達関数内のパラメータを、水位時間応答情報に基づいて決定し、パラメータが決定された非最小位相系伝達関数の周波数特性のゲイン余裕および位相余裕を勘案して、補助給水弁１２３の開度を設定する逆応答付加設定手段４ｅを備える。
【００６４】
この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、逆応答に応じた補助給水弁１２３の開度を設定することで、逆応答時の水位の変動を抑えることが可能になる。
【００６５】
また、本実施の形態の蒸気発生器の補助給水弁制御装置では、弁動作設定手段４は、逆応答付加設定手段４ｅにおいて、水位時間応答情報に含まれる蒸気発生器１０３内の二次冷却水の異なる温度条件において、補助給水弁１２３の開度をそれぞれ求め、その最小量を選択する。
【００６６】
蒸気発生器１０３内の二次冷却水の温度が高い場合は、補助冷却水との温度差が大きく最大逆応答量（Ｘｐ）が大きくなり、かつ補助冷却水の供給量が多いと最大逆応答量（Ｘｐ）はさらに大きくなる。したがって、この蒸気発生器の補助給水弁制御装置によれば、温度条件を伴う逆応答に応じた補助給水弁１２３の開度を最小量に設定することで、温度差が大きい場合であっても逆応答時の水位の変動を抑えることが可能になる。なお、蒸気発生器１０３内の二次冷却水の温度を検出する温度検出手段（図示せず）を備え、当該温度検出手段で検出された温度と、上記温度条件とを合わせることで、補助給水弁１２３の開度を設定してもよく、これにより、どのような温度に対しても逆応答時の水位の変動を抑えることが可能になる。
【符号の説明】
【００６７】
１ 制御手段
２ 記憶手段
３ 水位偏差算出手段
４ 弁動作設定手段
４ａ 弁開度設定手段
４ｂ 弁駆動時間設定手段
４ｃ 弁制御周期設定手段
４ｄ １周期制御時間設定手段
４ｅ 逆応答付加設定手段
５ 弁駆動手段
１０３ 蒸気発生器
１２３ 補助給水弁
１２５ 水位検出手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気発生器に二次冷却水を供給する主給水系の保護として設けられた補助給水系において、当該補助給水系の補助給水弁を作動させる蒸気発生器の補助給水弁制御装置であって、
前記蒸気発生器内の二次冷却水の水位を検出する水位検出手段と、
予め設定された目標水位と、前記水位検出手段で検出された水位との偏差を算出する水位偏差算出手段と、
前記水位の偏差に応じて前記補助給水弁の開度を設定する弁動作設定手段と、
前記弁動作設定手段の設定に応じて前記補助給水弁を駆動するための信号を出力する弁駆動手段と、
を備えることを特徴とする蒸気発生器の補助給水弁制御装置。
【請求項２】
前記弁動作設定手段は、予め計測された前記補助給水弁の開閉作動速度に基づき、設定された前記補助給水弁の開度に応じて前記補助給水弁の駆動時間を設定することを特徴とする請求項１に記載の蒸気発生器の補助給水弁制御装置。
【請求項３】
前記補助給水弁が、単位時間あたりの開閉作動回数を規定されており、
前記弁動作設定手段は、予め計測された前記補助給水弁の開閉作動速度に基づき、設定された前記補助給水弁の開度に応じて前記補助給水弁の駆動時間を設定し、この設定された前記補助給水弁の駆動時間、および前記補助給水弁の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて前記補助給水弁の駆動周期を設定することを特徴とする請求項１に記載の蒸気発生器の補助給水弁制御装置。
【請求項４】
前記補助給水弁が、単位時間あたりの開閉作動回数、および単位時間内での延べ作動時間を規定されており、
前記弁動作設定手段は、予め計測された前記補助給水弁の開閉作動速度に基づき、設定された前記補助給水弁の開度に応じて前記補助給水弁の駆動時間を設定し、この設定された前記補助給水弁の駆動時間、および前記補助給水弁の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて前記補助給水弁の駆動周期を設定し、この設定された前記補助給水弁の駆動周期、および前記補助給水弁の単位時間内での延べ作動時間に応じて１駆動周期あたりの最長駆動時間を設定することを特徴とする請求項１に記載の蒸気発生器の補助給水弁制御装置。
【請求項５】
前記弁動作設定手段は、前記補助給水弁の開度に応じた水位時間応答情報を予め取得し、設定された前記補助給水弁の開度から逆応答による前記水位への応答を近似した非最小位相系伝達関数内のパラメータを、前記水位時間応答情報に基づいて決定し、パラメータが決定された前記非最小位相系伝達関数の周波数特性のゲイン余裕および位相余裕を勘案して、前記補助給水弁の開度を設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の蒸気発生器の補助給水弁制御装置。
【請求項６】
前記弁動作設定手段は、前記水位時間応答情報に含まれる前記蒸気発生器内の二次冷却水の異なる温度条件において、前記補助給水弁の開度をそれぞれ求め、その最小量を選択することを特徴とする請求項５に記載の蒸気発生器の補助給水弁制御装置。
【請求項１】
蒸気発生器に二次冷却水を供給する主給水系の保護として設けられた補助給水系において、当該補助給水系の補助給水弁を作動させる蒸気発生器の補助給水弁制御装置であって、
前記蒸気発生器内の二次冷却水の水位を検出する水位検出手段と、
予め設定された目標水位と、前記水位検出手段で検出された水位との偏差を算出する水位偏差算出手段と、
前記水位の偏差に応じて前記補助給水弁の開度を設定する弁動作設定手段と、
前記弁動作設定手段の設定に応じて前記補助給水弁を駆動するための信号を出力する弁駆動手段と、
を備えることを特徴とする蒸気発生器の補助給水弁制御装置。
【請求項２】
前記弁動作設定手段は、予め計測された前記補助給水弁の開閉作動速度に基づき、設定された前記補助給水弁の開度に応じて前記補助給水弁の駆動時間を設定することを特徴とする請求項１に記載の蒸気発生器の補助給水弁制御装置。
【請求項３】
前記補助給水弁が、単位時間あたりの開閉作動回数を規定されており、
前記弁動作設定手段は、予め計測された前記補助給水弁の開閉作動速度に基づき、設定された前記補助給水弁の開度に応じて前記補助給水弁の駆動時間を設定し、この設定された前記補助給水弁の駆動時間、および前記補助給水弁の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて前記補助給水弁の駆動周期を設定することを特徴とする請求項１に記載の蒸気発生器の補助給水弁制御装置。
【請求項４】
前記補助給水弁が、単位時間あたりの開閉作動回数、および単位時間内での延べ作動時間を規定されており、
前記弁動作設定手段は、予め計測された前記補助給水弁の開閉作動速度に基づき、設定された前記補助給水弁の開度に応じて前記補助給水弁の駆動時間を設定し、この設定された前記補助給水弁の駆動時間、および前記補助給水弁の単位時間あたりの開閉作動回数に応じて前記補助給水弁の駆動周期を設定し、この設定された前記補助給水弁の駆動周期、および前記補助給水弁の単位時間内での延べ作動時間に応じて１駆動周期あたりの最長駆動時間を設定することを特徴とする請求項１に記載の蒸気発生器の補助給水弁制御装置。
【請求項５】
前記弁動作設定手段は、前記補助給水弁の開度に応じた水位時間応答情報を予め取得し、設定された前記補助給水弁の開度から逆応答による前記水位への応答を近似した非最小位相系伝達関数内のパラメータを、前記水位時間応答情報に基づいて決定し、パラメータが決定された前記非最小位相系伝達関数の周波数特性のゲイン余裕および位相余裕を勘案して、前記補助給水弁の開度を設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の蒸気発生器の補助給水弁制御装置。
【請求項６】
前記弁動作設定手段は、前記水位時間応答情報に含まれる前記蒸気発生器内の二次冷却水の異なる温度条件において、前記補助給水弁の開度をそれぞれ求め、その最小量を選択することを特徴とする請求項５に記載の蒸気発生器の補助給水弁制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−９２４７６（Ｐ２０１３−９２４７６Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３５４７５（Ｐ２０１１−２３５４７５）
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
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