(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉心の軸方向に配置される複数の中性子検出器を含む中性子検出器集合体が前記炉心の径方向全体に複数配置される原子炉の制御棒動作監視システムであって、
前記炉心の軸方向の略同じ高さに位置する中性子検出器により測定された中性子束を常時平均化処理する信号処理装置と、
前記信号処理装置により処理された平均値をもとに複数の装置に対して信号を送る演算装置と、を備え、
前記信号処理装置は、前記炉心の軸方向の所定の高さ毎に前記中性子束を平均化処理し、前記所定の高さ毎に処理した各平均値間の互いの偏差の最大値が所定の設定値を超えた場合に前記複数の装置に対して信号を送ることを特徴とする制御棒動作監視システム。
【請求項２】
炉心の軸方向に配置される複数の中性子検出器を含む中性子検出器集合体が前記炉心の径方向全体に複数配置される原子炉の制御棒動作監視システムであって、
前記炉心の軸方向の略同じ高さに位置する中性子検出器により測定された中性子束を常時平均化処理する信号処理装置と、
前記信号処理装置により処理された平均値をもとに複数の装置に対して信号を送る演算装置と、を備え、
前記信号処理装置は、前記炉心の軸方向の所定の高さ毎に前記中性子束を平均化処理し、前記所定の高さ毎に処理した各平均値間の互いの比の最大値が所定の設定値を超えた場合に前記複数の装置に対して信号を送ることを特徴とする制御棒動作監視システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の制御棒動作監視システムであって、
前記信号処理装置により平均化処理された平均値が所定の設定値を超えた場合に前記複数の装置に対して信号を送ることを特徴とする制御棒動作監視システム。
【請求項４】
請求項１または２に記載の制御棒動作監視システムであって、
前記原子炉は、制御棒を駆動する制御棒駆動装置を備え、
前記演算装置は、前記制御棒駆動装置に対して信号を送ることを特徴とする制御棒動作監視システム。
【請求項５】
請求項１または２に記載の制御棒動作監視システムであって、
前記原子炉は、作業員へ異常を報知する警報器を備え、
前記演算装置は、前記警報器に対して信号を送ることを特徴とする制御棒動作監視システム。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の制御棒動作監視システムであって、
前記平均化処理の対象から炉心最外周部のＬＰＲＭ集合体からの信号を除外することを特徴とする制御棒動作監視システム。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の制御棒動作監視システムであって、
前記炉心の軸方向の略同じ高さに位置する各中性子検出器をさらにグループ化して平均化処理することを特徴とする制御棒動作監視システム。
【請求項８】
炉心の軸方向に配置される複数の中性子検出器を含む中性子検出器集合体が前記炉心の径方向全体に複数配置される原子炉の制御棒動作監視方法であって、
前記炉心の軸方向の略同じ高さに位置する中性子検出器により測定された中性子束を常時平均化処理し、当該平均化した値をもとに複数の装置に対して信号を送り、
前記炉心の軸方向の所定の高さ毎に前記中性子束を平均化処理し、前記所定の高さ毎に処理した各平均値間の互いの偏差の最大値が所定の設定値を超えた場合に前記複数の装置に対して信号を送ることを特徴とする制御棒動作監視方法。
【請求項９】
炉心の軸方向に配置される複数の中性子検出器を含む中性子検出器集合体が前記炉心の径方向全体に複数配置される原子炉の制御棒動作監視方法であって、
前記炉心の軸方向の略同じ高さに位置する中性子検出器により測定された中性子束を常時平均化処理し、当該平均化した値をもとに複数の装置に対して信号を送り、
前記炉心の軸方向の所定の高さ毎に前記中性子束を平均化処理し、前記所定の高さ毎に処理した各平均値間の互いの比の最大値が所定の設定値を超えた場合に前記複数の装置に対して信号を送ることを特徴とする制御棒動作監視方法。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の制御棒動作監視方法であって、
前記平均化した値が所定の設定値を超えた場合に前記複数の装置に対して信号を送ることを特徴とする制御棒動作監視方法。
【請求項１１】
請求項８または９に記載の制御棒動作監視方法であって、
前記平均化した値をもとに制御棒駆動装置に対して信号を送ることを特徴とする制御棒動作監視方法。
【請求項１２】
請求項８または９に記載の制御棒動作監視方法であって、
前記平均化した値をもとに警報器に対して信号を送ることを特徴とする制御棒動作監視方法。
【請求項１３】
請求項８から１２のいずれか１項に記載の制御棒動作監視方法であって、
前記平均化処理の対象から炉心最外周部のＬＰＲＭ集合体からの信号を除外することを特徴とする制御棒動作監視方法。
【請求項１４】
請求項８から１３のいずれか１項に記載の制御棒動作監視方法であって、
前記炉心の軸方向の略同じ高さに位置する各中性子検出器をさらにグループ化して平均化処理することを特徴とする制御棒動作監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御棒操作監視方法及び制御棒操作監視システムに係り、特に、沸騰水型原子炉に適用するのに好適な、制御棒の挿入動作を監視できる制御棒動作監視方法及び制御棒動作監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子炉では、制御棒の操作、具体的には、制御棒の引抜操作の監視が、一般的に行われている。この制御棒の引抜操作の監視は、炉心に配置された中性子検出器の一種である局所出力領域モニター（ＬＰＲＭ：Local Power Range Monitor）からの出力信号が入力される制御棒引抜監視装置を用いて行われる。【０００３】
沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に存在する炉心には、複数の燃料集合体が装荷されている。炉心は、１体の制御棒及びこの制御棒の周囲に配置された４体の燃料集合体を含む複数のセルを有する。ＬＰＲＭを含む複数のＬＰＲＭ集合体は、隣り合う４つのセルのそれぞれに含まれる１体の燃料集合体であって互いに隣り合っている４体の燃料集合体のコーナー部に囲まれた領域（制御棒が挿入されない領域）の一部にそれぞれ配置される。【０００４】
具体的には、炉心の対角線に対する１／２対称性を考慮して、その対角線で折り返した場合に、制御棒が装荷されている対角の全ての位置に装荷されているようになっている。各ＬＰＲＭ集合体は、チューブ、及びこのチューブ内で、炉心の軸方向において異なる位置である４つの位置（Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤ）にそれぞれ配置される４つのＬＰＲＭを含んでいる。位置Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤのうち位置Ａは最も下方に位置し、位置Ｂ，Ｃ及びＤは、炉心の軸方向において、この順に、高くなっている。【０００５】
沸騰水型原子炉の運転中において、原子炉出力を上昇させるために、炉心から引き抜かれる制御棒が選択される。制御棒の引き抜きは、１本の制御棒を引き抜くシングルモードまたは複数本の制御棒を同時に引き抜くギャングモードで行われる。【０００６】
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１には「同一の機能を持った複数のチャンネルを有し、複数のチャンネルには全ＬＰＲＭ信号を各々入力し、各チャンネルにおいて前記ＬＰＲＭの出力信号と平均出力領域モニター（ＡＰＲＭ：Average Power Range Monitor）の出力信号及び再循環流量を取込み制御棒引抜阻止を行う制御棒引抜監視装置」が開示されている。【０００７】
特許文献１の制御棒引抜監視装置では、炉心から引き抜く制御棒が選択されたとき、この選択された制御棒の周囲に存在してこの制御棒に近接した４体のＬＰＲＭ集合体が選択され、選択された４体のＬＰＲＭ集合体で位置Ａ及び位置Ｃに配置された合計８個のＬＰＲＭから出力された各信号が、制御棒引抜監視装置の一つのチャンネルに入力されて平均化される。さらに、その４体のＬＰＲＭ集合体で位置Ｂ及び位置Ｄに配置された合計８個のＬＰＲＭから出力された各信号（ＬＰＲＭ信号）が、制御棒引抜監視装置のもう一つのチャンネルに入力されて平均化される。【０００８】
前者のチャンネル（Ａ及びＣ）で得られたＬＰＲＭ信号の平均及び後者のチャンネル（Ｂ及びＤ）で得られたＬＰＲＭ信号の平均のいずれかが設定値を超えたとき、制御棒引抜監視装置は、選択された制御棒の引き抜きを阻止する制御棒引抜阻止信号をその選択された制御棒を操作する制御棒駆動装置に出力する。この制御棒駆動装置は駆動を停止し、選択された制御棒の引き抜きが阻止される。【０００９】
上記の制御棒引抜監視装置は、原子炉出力の上昇のための制御棒の引抜き操作において引き抜かれる制御棒に隣接する燃料集合体の異常な出力上昇を抑え、燃料集合体に含まれる燃料棒の破損を防止する機能を有する。このような制御棒引抜監視装置は、出力上昇による燃料棒の破損を防止するという観点から、原子炉出力が上昇する制御棒引抜きのみを監視対象としている。【００１０】
また、特許文献２には、炉心への制御棒の挿入を阻止する機能を有する制御棒操作監視装置の一例が開示されている。この制御棒操作監視装置は、炉心からの制御棒の引き抜きを阻止する機能も有している。【００１１】
原子炉においては、複数本の制御棒を引き抜いて原子炉を短時間局所的に臨界にする冷温臨界試験が、原子炉の運転停止中に実施される。冷温臨界試験では、制御棒の１ノッチ引き抜き時の反応度投入量が制限されており、この制限を超える場合には、この１ノッチの制御棒引き抜き前に分散操作が行われる。分散操作とは、反応度価値の大きい制御棒の引き抜き操作を行う前に、他の制御棒を引き抜いて小さい反応度価値を投入してこの投入された反応度価値を確認し、問題がなければ、当該他の制御棒を挿入した後に、反応度価値の大きい前者の制御棒を引き抜く操作である。分散操作では、制御棒の引き抜き操作と他の制御棒の挿入操作の両方が行われる。【００１２】
特許文献２に記載された制御棒操作監視装置は、分散操作において挿入する制御棒がシーケンスと異なって選択された場合には、その選択された制御棒の炉心への挿入を阻止する。また、分散操作において引き抜く制御棒がシーケンスと異なって選択された場合には、その制御棒操作監視装置は、その選択された制御棒の炉心からの引き抜きを阻止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１−２５３６９５号公報
【特許文献２】特開２０１２−１６３４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
原子炉の運転中における炉心への制御棒の挿入は、原子炉出力を減少させる。しかしながら、制御棒を炉心に挿入する場合でも、複数の制御棒が同時に挿入されるときには、炉心の軸方向における出力分布が歪み、制御棒が挿入されていない炉心上部の出力が上昇するため、その部分で燃料棒の破損が発生する可能性がある。従って、制御棒挿入の監視は常時かつ炉心全体で行われる必要がある。【００１５】
特許文献１の制御棒引抜監視装置では、引き抜く制御棒が選択されると、前述したように、一つのチャンネル（Ａ及びＣ）においてその選択制御棒に近接する位置Ａ及び位置Ｃに存在する８個のＬＰＲＭからのＬＰＲＭ信号が平均化され、他の一つのチャンネル（Ｂ及びＤ）においてその選択制御棒に近接する位置Ｂ及び位置Ｄに存在する８個のＬＰＲＭからのＬＰＲＭ信号が平均化される。【００１６】
これらの二つのチャンネルのそれぞれで平均化されたＬＰＲＭ信号の値は、平均出力領域モニター（ＡＰＲＭ）の出力信号の値に規格化される。例えば、選択された制御棒の引き抜き前の原子炉出力が定格出力の１００％であれば、制御棒引抜監視装置の前述の二つのチャンネルで平均化されたそれぞれの値は１００％となる。そして、制御棒の引き抜き操作により、いずれかのチャンネルで平均化された値が、例えば１０５％になると、選択された制御棒の引き抜きが阻止される。【００１７】
二つのチャンネルでそれぞれ平均化されたＬＰＲＭ信号のいずれかが設定値を超えたときに制御棒の引き抜きを阻止するという制御棒引抜監視装置における制御棒の引き抜き阻止の考え方を、制御棒の挿入阻止に適用した場合には以下の課題が生じる。【００１８】
複数の制御棒が炉心に同時に挿入される場合、冷却材である水の気相部が減少し、炉心上部の出力が上昇するが、炉心下部の出力が低下する。このため、位置Ａ及び位置Ｃにおける各ＬＰＲＭ信号を平均化し、位置Ｂ及び位置Ｄにおける各ＬＰＲＭ信号を平均化した場合には、出力の上昇を検知することが難しくなり、制御棒の挿入阻止を適切に行うことができなくなる。【００１９】
さらに、前述の制御棒引抜監視装置は、引き抜く制御棒が選択された後に監視が開始され、当該ＬＰＲＭの信号を処理し制御棒引き抜きの監視が行われるが、機器の誤動作等により運転員の操作によらず制御棒が動作する場合には、炉心の異常な出力上昇を検知することができない。【００２０】
また、対象となる制御棒挿入事象では、複数の制御棒が同時に挿入された場合に燃料棒の破損が起こるため、限られた経方向領域のＬＰＲＭで制御棒の挿入を監視する場合は、事象検知のための設定値を低くする必要がある。設定値を低くすると、誤作動が頻発する可能性があるという問題がある。【００２１】
そこで、本発明の目的は、原子炉の運転中において、炉心全体の制御棒挿入を常時監視し、異常が発生した場合には、自動で起動する対策設備への信号発信および、運転員の操作を促す警報を発する制御棒動作監視方法及び制御棒動作監視システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明は、炉心全体のＬＰＲＭ集合体内のＬＰＲＭ検出器を高さ毎に４つのチャンネルに分け、指示値を平均処理する機能を有すること、及びこの平均値と設定値を常時比較して、異常がある場合には対策設備などへの信号を発する機能を有することに特徴がある。【００２３】
また、本発明は、炉心の軸方向に配置される複数の中性子検出器を含む中性子検出器集合体が前記炉心の径方向全体に複数配置される原子炉の制御棒動作監視システムであって、
前記炉心の軸方向の略同じ高さに位置する中性子検出器により測定された中性子束を常時平均化処理する信号処理装置と、前記信号処理装置により処理された平均値をもとに複数の装置に対して信号を送る演算装置と、を備え、前記信号処理装置は、前記炉心の軸方向の所定の高さ毎に前記中性子束を平均化処理し、前記所定の高さ毎に処理した各平均値間の互いの偏差の最大値が所定の設定値を超えた場合に前記複数の装置に対して信号を送ることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、炉心の軸方向に配置される複数の中性子検出器を含む中性子検出器集合体が前記炉心の径方向全体に複数配置される原子炉の制御棒動作監視方法であって、前記炉心の軸方向の略同じ高さに位置する中性子検出器により測定された中性子束を常時平均化処理し、当該平均化した値をもとに複数の装置に対して信号を送り、前記炉心の軸方向の所定の高さ毎に前記中性子束を平均化処理し、前記所定の高さ毎に処理した各平均値間の互いの偏差の最大値が所定の設定値を超えた場合に前記複数の装置に対して信号を送ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、原子炉の運転中において、炉心全体の制御棒挿入を常時監視し、異常が発生した場合には、自動で起動する対策設備または運転員の操作を促す警報を発することができ、異常発生時の燃料棒に対する影響を低減できる。【００２６】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ＬＰＲＭ集合体の炉心配置図を示す図である。
【図２】本発明の好適な一実施例である制御棒動作監視システムの概略体系を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において、同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
【実施例１】
【００２９】
本発明は、炉心に配置されたＬＰＲＭを４つのチャンネルに分け、それらの指示値を平均化する信号処理装置と平均化された指示値と設定値を比較して対策設備への信号を発する機能を有する演算装置からなる体系で実施する。【００３０】
まず、ＬＰＲＭ集合体の配置について図１を用いて説明する。図１は炉心内のＬＰＲＭ集合体及び燃料集合体の配置を示す平面図である。炉心には、例えば４個のＬＰＲＭ（図示せず）から構成される例えば５２体のＬＰＲＭ集合体１が、燃料集合体２の相互間で制御棒（図示せず）の操作に支障が生じない位置に配置されている。【００３１】
これらのＬＰＲＭ集合体１は、炉心の対角線に対する1／２対称性を考慮して、その対角線で折り返した場合に、制御棒が装荷されている対角の全ての位置に装荷されるようになっている。【００３２】
本実施例の制御棒動作監視方法及び制御棒動作監視システムについて図２を用いて説明する。図２は本発明の好適な一実施例である制御棒動作監視システムの概略体系を示す図である。【００３３】
本実施例では、炉心全体の出力変動を検出するために、炉内の全ＬＰＲＭ集合体１を使用する。図２に示すように、ＬＰＲＭ集合体1に含まれるＬＰＲＭ３を炉心の高さ毎にたとえば４つチャンネルＡ〜Ｄに分類し、それぞれのチャンネルのＬＰＲＭ３（ＬＰＲＭ３ａ〜３ｄ）の指示値を信号処理装置４（４ａ〜４ｄ）により平均化する。【００３４】
なお、図２では炉心の軸方向に配置される複数の中性子検出器を含む中性子検出器集合体（ＬＰＲＭ集合体１）が炉心の径方向全体に複数配置される原子炉の例を示しており、各中性子検出器（ＬＰＲＭ３）は炉心の軸方向の略同じ高さに配置されている。【００３５】
平均化された指示値は、演算装置５に送られた後、信号処理の結果異常があると判定した場合には、演算装置５から対策設備や警報器への起動信号が送られる。機器の不具合や誤操作により予期せず制御棒が挿入された場合でも対応できように、これらの処理を原子炉の運転中において常時行う。【００３６】
次に、演算装置５内で行われる信号処理方式を説明する。複数の制御棒が炉心へ挿入されはじめると、チャンネルＡ（ＬＰＲＭ３ａ）の指示値が低下し、その他のチャンネル（ＬＰＲＭ３ｂ〜３ｄ）の指示値が上昇する。演算装置５内では、チャンネルＡ（ＬＰＲＭ３ａ）の指示値とその他のチャンネル（ＬＰＲＭ３ｂ〜３ｄ）の指示値の偏差をそれぞれ計算し、それらの最大値が予め設定した設定値を逸脱した場合に対策設備や制御棒駆動装置、警報器（いずれも図示せず）等へ起動信号が送られる。【００３７】
以上により、複数の制御棒が同時に炉心に挿入される事象における燃料棒の破損を防止することができる。
【実施例２】
【００３８】
実施例１では、チャンネルＡ（ＬＰＲＭ３ａ）の指示値とその他のチャンネル（ＬＰＲＭ３ｂ〜３ｄ）の指示値の偏差をそれぞれ計算し、それらの最大値を設定値と比較することで、炉心の異常な出力上昇を検知するが、チャンネルＡ（ＬＰＲＭ３ａ）に対するチャンネルＢ、Ｃ、Ｄ（ＬＰＲＭ３ｂ〜３ｄ）の指示値の比を予め設定した設定値と比較してもよい。その他にも、いずれかのチャンネルの指示値が設定値を超えた場合に対策設備や警報器へ起動信号を送るようにしてもよい。【００３９】
以上により、実施例１と同様に、複数の制御棒が同時に炉心に挿入される事象における燃料棒の破損を防止することができる。【００４０】
なお、上記の各実施例において、炉心最外周部のＬＰＲＭ集合体からの信号を無視してもよい。この場合、指示値が低くなりやすくばらつきの要因となる炉心最外周部のＬＰＲＭ集合体からの信号が平均化から除外されるため、事象検知のための設定値を高くして誤作動を防ぐことができる。【００４１】
また、上記の各実施例において、炉心の出力変動を検知できる範囲であれば、Ａ〜Ｄの各チャンネルに属するＬＰＲＭ（ＬＰＲＭ３ａ〜３ｄ）をさらに複数のサブチャンネルに分け、信号の処理を行ってもよい。サブチャンネル化することで、システムが重畳化し、制御棒動作監視システムの信頼性を向上させることができる。【００４２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１…ＬＰＲＭ集合体、２…燃料集合体、３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…ＬＰＲＭ、４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…信号処理装置、５…演算装置。
【図１】
0006741789.tif 000002
【図２】
0006741789.tif 000003