(57)【要約】【課題】  一つの制御棒の電気系統に故障が生じても、プラント停止を招来せず他の制御棒の操作を可能とすること。【解決手段】  原子炉１００の個々の制御棒１０２をそれぞれ独立した電磁弁１７１を介して挿抜する制御棒駆動応答盤２００と、制御棒１０２の駆動指令を送出する制御棒駆動制御盤３００と、を有し、全ての電磁弁１７１に対して動作指令通りにその制御棒が正常に動作しうるかを各電磁弁について順次連続して検出する正常応答検出部２０１と、エラーのある電磁弁１７１を検出した場合にマスタクロック３０１を直ちに停止するマスタクロック停止部３０２と、警告を発する電磁弁系統警告部４０５と、警告後、マスタクロック３０１の動作の再開指令を発し、電磁弁１７１の応答異常に基づくマスタクロック３０１の停止を生じさせないように制御するマスタクロック制御部３０３と、を備える。【選択図】図１
2006112975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御棒駆動制御部から駆動指令を入力し、原子炉の個々の制御棒をそれぞれ独立した電磁弁を介して水圧により挿抜する制御棒駆動応答部と、所定のクロックタイミングに従って制御され、制御棒駆動応答部の電磁弁に対して制御棒の駆動指令を電気的信号として送出する制御棒駆動制御部と、を有する原子力発電所の運転制御装置であって、
全ての電磁弁に対して駆動指令通りにその制御棒が正常に動作しうるかを各電磁弁について順次連続して検出する正常応答検出手段と、
前記正常応答検出手段により正常に動作しない電磁弁を検出した場合に、制御棒駆動制御部の電気系統のクロックタイミングを律するマスタクロックを直ちに停止するマスタクロック停止手段と、
前記正常応答検出手段により正常に動作しない電磁弁を検出した場合に、電磁弁系統のエラーとして直ちに警告を発する電磁弁系統警告手段と、
前記電磁弁系統警告手段により警告が発せられた後、マスタクロックの作動の再開指令を発し、電磁弁の応答異常に基づくマスタクロックの停止を生じさせないようにマスタクロック停止手段を制御するマスタクロック制御手段と、
を備えたことを特徴とする原子力発電所の運転制御装置。
【請求項２】
前記制御棒駆動応答部には、活線挿抜可能なトランスポンダカードが個々の制御棒にそれぞれ対応して備わっており、各制御棒は、該当するトランスポンダカードを介して電磁弁により挿抜されることを特徴とする請求項１に記載の原子力発電所の運転制御装置。
【請求項３】
前記マスタクロックの作動の再開指令を発したのち所定時間内にマスタクロックの作動が再開したか否かを判定するマスタクロック再開判定手段と、
前記マスタクロック再開判定手段によりマスタクロックが再開していないと判定された場合に、制御棒駆動制御部のエラーとして直ちに警告を発する制御棒駆動制御部警告手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の原子力発電所の運転制御装置。
【請求項４】
制御棒駆動制御部から駆動指令を入力し、原子炉の個々の制御棒をそれぞれ独立した電磁弁を介して水圧により挿抜する制御棒駆動応答部と、所定のクロックタイミングに従って制御され、制御棒駆動応答部の電磁弁に対して制御棒の駆動指令を電気的信号として送出する制御棒駆動制御部と、を有する原子力発電所の運転制御方法であって、
全ての電磁弁に対して駆動指令通りにその制御棒が正常に動作しうるかを各電磁弁について順次連続して検出する工程と、
正常に動作しない電磁弁を検出した場合に、制御棒駆動制御部の電気系統のクロックタイミングを律するマスタクロックを直ちに停止し、電磁弁系統のエラーとして直ちに警告を発する工程と、
当該警告後、マスタクロックの作動の再開指令を発し、電磁弁の応答異常に基づくマスタクロックの停止を生じさせないようにマスタクロック停止手段を制御する工程と、
を含んだことを特徴とする原子力発電所の運転制御方法。
【請求項５】
前記マスタクロックの作動の再開指令を発したのち所定時間内にマスタクロックの作動が再開したか否かを判定する工程と、
マスタクロックが再開していないと判定された場合に、制御棒駆動制御部のエラーとして直ちに警告を発する工程と、
を含んだことを特徴とする請求項４に記載の原子力発電所の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所の運転制御装置および原子力発電所の運転制御方法に関し、特に、多数の制御棒のうちのどれか１つの挿抜ができなくなった場合であっても円滑な原子力発電所の運転が可能となる原子力発電所の運転制御装置および原子力発電所の運転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電は、ウランの核分裂の促進または抑制を、ウランが格納された燃料集合体間に配される制御棒の挿抜により可能とし、結果として出力変更を容易とし、また、出力の安定性が確保されている。この制御棒は、一つの原子炉の中には１００本〜１５０本程度収容されている。たとえば、島根原発２号機では、１３７本の制御棒が格納されている。
【０００３】
制御棒は、常に挿抜操作が行われるわけではなく、夏場の電力需要が増すなどした場合を除き、出力変更すなわち、制御棒位置の変更操作はなされない。したがって、制御棒の挿抜作業は燃料集合体の交換や配置換えなどの作業を除けば数ヶ月に一回行われる程度であり、制御棒位置を変更するにしても、全制御棒が対象となるわけではなく、せいぜい数割の位置変更にとどまる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術では以下の問題点があった。
すなわち、制御棒操作に関して何らかのエラーが発生した場合、その原因の如何にかかわらず、現在の状態を維持するフェイル・アズ・イズという安全上の観点から、軽故障・重故障を問わず、制御棒全体の操作を不作動としていた。
【０００５】
ここで、各制御棒は、各制御棒に一対一に対応した電磁弁とトランスポンダカードによって水圧により挿抜される。より詳細には、各制御棒、電磁弁およびトランスポンダカードはユニット化され、個々のユニットは、他のユニットとは機械的、電気的に独立している。そして、制御棒の操作は原子力発電所の重要な運転項目であるので、挿抜作業（制御棒の位置変更）が上述のとおり頻繁におこなわれないとしても、常時各ユニットが正常であるか電気的な導通テストを初めとした各種の駆動テストを行い不具合が発生していないか監視している。
【０００６】
したがって、たとえば、当面は挿抜作業が不要である定常運転中に、ある一つのユニットに電気的トラブルが発生した場合であっても、結果として、従来では、全制御棒の操作が不能となってしまうという問題点があった。しかも、この状態で２４時間以内に修理できないとＬＣＯ逸脱事項として、プラント自体を停止させる必要が生じという問題点があった。換言すれば、安全性の観点から個々のユニットを独立させ、一つのユニットの不具合が他のユニットの不具合に影響を与えない制御棒駆動操作系が構築されているのに反して、制御棒一本の駆動不具合が、プラントの停止を招いてしまうという問題点があった。
【０００７】
一方、原子力発電所は、制御棒を全て引き抜いて最高出力で稼動したとしても、安全性に問題なく設計されているので、制御棒の挿抜作業中にある一つのユニットに電気的なトラブルが発生した場合であっても、他の制御棒位置を調節してから不具合のあったユニットを点検修理しても何ら問題はない。
【０００８】
また、原子炉にはスクラム機能として全制御棒を挿入する機能も各ユニットとは別の命令系統として備わっているものの、ユニットの電気系の不具合が生じた場合には、スクラム以外に制御棒操作ができず、冗長性（別手段による操作）に欠けるという問題点も存在する。
【０００９】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、一つの制御棒の電気系統に故障が生じても、プラント停止を招来せず他の制御棒の操作を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の原子力発電所の運転制御装置は、制御棒駆動制御部から駆動指令を入力し、原子炉の個々の制御棒をそれぞれ独立した電磁弁を介して水圧により挿抜する制御棒駆動応答部と、所定のクロックタイミングに従って制御され、制御棒駆動応答部の電磁弁に対して制御棒の駆動指令を電気的信号として送出する制御棒駆動制御部と、を有する原子力発電所の運転制御装置であって、全ての電磁弁に対して駆動指令通りにその制御棒が正常に動作しうるかを各電磁弁について順次連続して検出する正常応答検出手段と、前記正常応答検出手段により正常に動作しない電磁弁を検出した場合に、制御棒駆動制御部の電気系統のクロックタイミングを律するマスタクロックを直ちに停止するマスタクロック停止手段と、前記正常応答検出手段により正常に動作しない電磁弁を検出した場合に、電磁弁系統のエラーとして直ちに警告を発する電磁弁系統警告手段と、前記電磁弁系統警告手段により警告が発せられた後、マスタクロックの作動の再開指令を発し、電磁弁の応答異常に基づくマスタクロックの停止を生じさせないようにマスタクロック停止手段を制御するマスタクロック制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
すなわち、請求項１にかかる発明は、原子炉運転員が、制御棒の駆動異常があったことを警告により知ることができるとともに、異常のない制御棒については通常の挿抜操作が可能となり、円滑な原子炉運転が可能となる。
【００１２】
また、請求項２に記載の原子力発電所の運転制御装置は、請求項１に記載の原子力発電所の運転制御装置において、前記制御棒駆動応答部には、活線挿抜可能なトランスポンダカードが個々の制御棒にそれぞれ対応して備わっており、各制御棒は、該当するトランスポンダカードを介して電磁弁により挿抜されることを特徴とする。
【００１３】
すなわち、請求項２にかかる発明は、電磁弁の駆動制御を司る電気系の中枢であるトランスポンダカードに不具合が生じて対応する制御棒の挿抜ができなくなったとしても、他の電気系を通電させたままそのトランスポンダカードを引き抜いて修理可能となる。
【００１４】
また、請求項３に記載の原子力発電所の運転制御装置は、請求項１または２に記載の原子力発電所の運転制御装置において、前記マスタクロックの作動の再開指令を発したのち所定時間内にマスタクロックの作動が再開したか否かを判定するマスタクロック再開判定手段と、前記マスタクロック再開判定手段によりマスタクロックが再開していないと判定された場合に、制御棒駆動制御部のエラーとして直ちに警告を発する制御棒駆動制御部警告手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
すなわち、請求項３にかかる発明は、制御棒駆動制御部内で不具合が発生したことを速やかに検知できる。換言すれば、制御棒駆動応答部由来のエラー信号と、制御棒駆動制御部内由来のエラー信号を区別可能となる。
【００１６】
また、請求項４に記載の原子力発電所の駆動制御方法は、制御棒駆動制御部から駆動指令を入力し、原子炉の個々の制御棒をそれぞれ独立した電磁弁を介して水圧により挿抜する制御棒駆動応答部と、所定のクロックタイミングに従って制御され、制御棒駆動応答部の電磁弁に対して制御棒の駆動指令を電気的信号として送出する制御棒駆動制御部と、を有する原子力発電所の駆動制御方法であって、全ての電磁弁に対して駆動指令通りにその制御棒が正常に動作しうるかを各電磁弁について順次連続して検出する工程と、正常に動作しない電磁弁を検出した場合に、制御棒駆動制御部の電気系統のクロックタイミングを律するマスタクロックを直ちに停止し、電磁弁系統のエラーとして直ちに警告を発する工程と、当該警告後、マスタクロックの作動の再開指令を発し、電磁弁の応答異常に基づくマスタクロックの停止を生じさせないようにマスタクロック停止手段を制御する工程と、を含んだことを特徴とする。
【００１７】
すなわち、請求項４にかかる発明は、原子炉運転員が、制御棒の駆動異常があったことを警告により知ることができるとともに、異常のない制御棒については通常の挿抜操作が可能となり、円滑な原子炉運転が可能となる。
【００１８】
また、請求項５に記載の原子力発電所の駆動制御方法は、請求項４に記載の原子力発電所の駆動制御方法において、前記マスタクロックの作動の再開指令を発したのち所定時間内にマスタクロックの作動が再開したか否かを判定する工程と、マスタクロックが再開していないと判定された場合に、制御棒駆動制御部のエラーとして直ちに警告を発する工程と、を含んだことを特徴とする。
【００１９】
すなわち、請求項５にかかる発明は、制御棒駆動制御部内で不具合が発生したことを速やかに検知できる。換言すれば、制御棒駆動応答部由来のエラー信号と、制御棒駆動制御部内由来のエラー信号を区別可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、一つの制御棒の電気系統に故障が生じても、プラント停止を招来せず他の制御棒の操作が可能となり、円滑な原子炉運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、沸騰水型原子力発電所の原子炉を中心に説明する。図１は、燃料集合体と制御棒を示した原子炉の説明図である。図２は、そのうち、燃料集合体と燃料棒とを拡大した断面図である。原子炉１００は、原子炉圧力容器１０４の中に、燃料棒１１１を収容した燃料集合体１０１と、核分裂の連鎖反応を制御する制御棒１０２と、核分裂により発生した熱により温められた気水混合流を水分と蒸気とに分離する気水分離器１０３と、を備える。
【００２２】
原子炉圧力容器１０４には、他の様々な機構を含むが、原子力発電の基本的な仕組みは、水を温め水蒸気とし、この水蒸気によりタービン（図示せず）を回転させ発電機（図示せず）により発電をおこなうものである。このときの熱源がウラン２３５の核分裂による熱であり、ウラン２３５はペレットに焼き堅められ、燃料棒１１１の中に密閉されている。燃料棒１１１は、数十本程度まとめて燃料集合体１０１に集合され、燃料集合体１０１の間には制御棒１０２が配されている。
【００２３】
ウラン２３５の核分裂は中性子が媒介し、制御棒１０２が燃料集合体１０１間に挿入または引き抜かれることによりその衝突量が調整される。制御棒１０２の挿入引抜は、水圧駆動ユニット１０７の機械的、電気的制御によりおこなわれる。なお、制御棒１０２の挿抜については後に詳述する。
【００２４】
原子炉圧力容器１０４は、水蒸気と水との体積差を利用して内部の圧力が所定値を超えないように調整する圧力抑制室１０５と原子炉格納容器１０６とにより封入され、外部に放射線が漏出しない仕組みとなっている。
【００２５】
制御棒１０２の挿抜について説明する。図３は、制御棒を挿抜する駆動系を、運転員が実際に操作する原子炉制御盤も含めて示した概略図である。制御棒１０２は、水圧駆動ユニット１０７によって上下し、水圧駆動ユニット１０７は、４つの電磁弁１７１（１７１ａ〜１７１ｄ）と、導水管１７２と、電磁弁１７１に開閉信号を送信する活線挿抜可能なトランスポンダカード１７３と、により構成される。なお、符号１１２は、局部出力領域モニタ検出器を示し、符号１１３は、制御棒位置検出器を示している。
【００２６】
ここで、制御棒１０２、電磁弁１７１およびトランスポンダカード１７３は、一対一に対応したユニットとして、それぞれ他のユニットと電気的、機械的に独立した構成となっている。図３では、説明の便宜のため、この水圧駆動ユニット１０７を一つしか示していないが、制御棒１０２の数分実際には備わっている。このように、各水圧駆動ユニット１０７が独立していることにより、いずれかの箇所に電気的または機械的に故障が生じたとしても、他のユニットの制御棒１０２には影響がなく、安全性が確保されている。なお、電磁弁１７１は、電磁弁１７１ａと１７１ｂが開閉を同じくし、電磁弁１７１ｃと電磁弁１７１ｄが電磁弁１７１ａおよび１７１ｂと逆に開閉する。これにより、制御棒の引抜や挿入を不可逆的に制御可能となる。また、説明は省略するが制御棒の挿抜には別途スクラム機能も備わっている。
【００２７】
制御棒駆動応答盤２００は、制御棒の数と同数のトランスポンダカード１７３を収容し、制御棒駆動制御盤３００の電気的制御をうけて指定された制御棒１０２の挿抜をおこなう。また、制御棒駆動応答盤２００は、全てのトランスポンダカード１７３および電磁弁１７１の状態をユニット毎に全て順次走査するスキャンモードを実行し、その結果を制御棒駆動制御盤３００に送出する。特に、トランスポンダカード１７３のいずれかに故障が発生したときには、エラー信号を制御棒駆動制御盤３００に送出する。また、スキャンモードが終了する毎に、電磁弁１７１が動作指令通りに正常に動作しうるかどうかを一つずつ走査するセルフテストモードを実行し、その結果を制御棒駆動制御盤３００に送出する。スキャンモードと同様に、制御棒駆動応答盤２００のどこかのユニットの電気系に不具合が生じたときは、エラー信号を制御棒駆動制御盤３００へ送出する。
【００２８】
制御棒駆動制御盤３００は、原子炉運転員の手動操作に基づく原子炉制御盤４００の駆動指令をうけて、制御棒駆動応答盤２００へ向けて電気的な駆動指令を発する。また、制御棒駆動制御盤３００は、制御棒駆動応答盤２００からのエラー信号を入力して、警告を発し、マスタクロックの停止をおこなう。なお、マスタクロックは、制御棒駆動制御盤３００全体の駆動クロックないし動作タイミングを律し、マスタクロックが停止すると制御棒駆動応答盤２００へ電気信号を送出不能となる。したがって、マスタクロックの停止時には制御棒１０２は全て挿抜不能となる。この一連の制御動作（停止制御、回復制御）については後述する。
【００２９】
原子炉制御盤４００は、各制御棒の挿入位置を表示し、また、どの制御棒が操作対象であるかを示す全炉心表示器４０１と、選択された制御棒の詳細な位置を表示する制御棒表示器４０２と、どの制御棒を操作するかを選択する制御棒選択モジュール４０３と、を備える。制御棒１０２は、同時に複数操作できず、運転員が選択して一本ずつ挿抜するようになっている。
【００３０】
運転員による制御棒操作の手順について説明する。ここでは、全制御棒が挿入された状態から、所定位置まで制御棒を引き抜く手順について説明する。まず、運転員は、制御棒選択モジュール４０３により、操作する制御棒を選択する。選択された制御棒は、全炉心表示器４０１上の対応する位置で選択された旨の表示に切り替わる。ついで、運転員は、図示しない操作レバーにより、所定位置に制御棒１０２を挿抜する指令を送る。このとき、制御棒の位置は、全炉心表示器４０１と、制御棒表示器４０２にそれぞれ反映される。所望の位置まで引抜が終わると、運転員は次の制御棒を選択し、同様にして順次必要な位置まで引抜作業を続ける。
【００３１】
次に、制御棒のセルフテストモードその他の制御棒挿抜操作において、電気的エラーが生じた際の制御動作について説明する。図４は、水圧駆動ユニットに電気的機械的エラーが生じた際の制御動作を説明するブロック図である。
【００３２】
制御棒駆動制御盤３００には、正常応答検出部２０１を備え、テストモードやスキャンモードの結果を入力し、水圧駆動ユニット１０７に電気的機械的な不具合があるかを検出する。換言すれば、正常応答検出部２０１は、全ての水圧駆動ユニット１０７に対して動作指令通りにそのユニットが正常に動作しうるかを順次連続して検出する。発電中であっても、制御棒１０２は通常は定位置にある。出力を増減させる場合や、停止中に燃料集合体１０１を交換したり位置を動かしたりする場合に挿抜が必要となる。制御棒１０２は、原子炉の重要な部位であるので、例え当面は動かす必要が無くとも、常時テストモードとスキャンモードを実行し、早期に不具合箇所を発見するようにしている。
【００３３】
ここで、もし、正常応答検出部２０１により正常に動作しない水圧駆動ユニット１０７を検出した場合には、マスタクロック停止部３０２はマスタクロック３０１を直ちに停止する。ここで、マスタクロック３０１は、制御棒駆動制御盤３００の電気系統のクロックタイミングを律するので、マスタクロック３０１が消失すると、水圧駆動ユニット１０７への電気的な駆動信号を発することが不可能となり、結果として、制御棒駆動制御盤３００からの全ての制御棒１０２の操作が不可能となり、フェイル・アズ・イズの基本運転制御思想が実現される。
【００３４】
マスタクロック３０１が停止した場合には、電磁弁系統警告部４０５が電磁弁系統にエラーが発生している旨の警告を発する。警告の態様は様々であるが、たとえば、原子炉制御盤４００上またはその付近に、運転員が即座にエラー認識できるようにランプ表示する態様が考えられる。
【００３５】
また、制御棒駆動制御盤３００には、マスタクロック制御部３０３が備わり、電磁弁系統警告部４０５による警告後、０．５秒経過後にマスタクロック３０１の動作の再開指令を発し、電磁弁１７１の応答異常に基づくマスタクロックの停止を生じさせないようにマスタクロック停止部３０２を制御する。すなわち、制御棒駆動制御盤３００が自動的にリセットされる。このとき再びスキャンモードとテストモードが実行されるが、水圧駆動ユニット１０７のいずれかの不具合が解消していなくても、マスタクロック３０１が停止しないように制御する。これにより、軽故障が原因の運転の停止を防止する。
【００３６】
一方で、マスタクロック３０１への再開指令が発せられ、マスタクロック３０１が停止してから２．０秒経過してもマスタクロック３０１が再開しない場合には、制御棒駆動制御盤３００のエラーすなわち、共通部分のエラーと判定する。この判定は、マスタクロック再開判定部３０４がおこなう。マスタクロック３０１が再開しない場合には、電磁弁系統警告部４０５とは別の制御棒駆動制御部警告部４０６が制御棒駆動制御盤３００内にエラーが発生している旨の警告を発する。警告の態様は、前述と同様に原子炉制御盤４００上またはその付近に、運転員が即座にエラー認識できるようにランプ表示する態様が考えられる。
【００３７】
以上説明したように、本発明によれば、制御棒の挿抜に関し、個別の水圧駆動ユニットの故障（軽故障）に関しては、プラントを実質的に停止せずに故障対応が可能となるとともに、共通部分（重故障）の故障と別個の警報を発して、運転員が即座に重故障か軽故障かを認識可能となり、安全かつ円滑な原子力運転が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本システムは、沸騰水型と加圧水型の原子力発電所の運転制御装置のいずれにも適用できる。特に、ＲＭＣＳとして制御棒操作システムの細かな制御機構にかかわらず適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】燃料集合体と制御棒を示した原子炉の説明図である。
【図２】燃料集合体と燃料棒とを拡大した断面図である。
【図３】制御棒を挿抜する駆動系を、運転員が実際に操作する原子炉制御盤も含めて示した概略図である。
【図４】水圧駆動ユニットに電気的機械的エラーが生じた際の制御動作を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【００４０】
１００  原子炉
１０１  燃料集合体
１０２  制御棒
１０３  気水分離器
１０４  原子炉圧力容器
１０５  圧力抑制室
１０６  原子炉格納容器
１０７  水圧駆動ユニット
１１１  燃料棒
１１２  局部出力領域モニタ検出器
１１３  制御棒位置検出器
１７１，１７１ａ〜１７１ｄ   電磁弁
１７２  導水管
１７３  トランスポンダカード
２００  制御棒駆動応答盤
２０１  正常応答検出部
３００  制御棒駆動制御盤
３０１  マスタクロック
３０２  マスタクロック停止部
３０３  マスタクロック制御部
３０４  マスタクロック再開判定部
４００  原子炉制御盤
４０１  全炉心表示器
４０２  制御棒表示器
４０３  制御棒選択モジュール
４０５  電磁弁系統警告部
４０６  制御棒駆動制御部警告部
【図１】
2006112975.tif 000003
【図２】
2006112975.tif 000004
【図３】
2006112975.tif 000005
【図４】
2006112975.tif 000006