(57)【要約】【課題】原子炉起動時のキセノン蓄積分布を最適化しつつ、起動所要時間を短くできる原子炉の起動運転方法を提供する。【解決手段】沸騰水型原子炉を停止状態から起動させる原子炉の起動運転方法において、ステップ１で、再循環ポンプの速度を略最低速度とした炉心流量としつつ、制御棒引き抜き操作によって炉心熱出力を３０％以上に上昇させ、ステップ２で、再循環ポンプの速度を増大させ前記炉心流量を６０％流量以上とすることで炉心熱出力をさらに増大させ、ステップ５で、炉心流量６０％流量以上を保ったまま、制御棒引き抜き操作によって炉心熱出力を熱的運転制限値近くまで増大させる。【選択図】  図４
2005172742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水型原子炉を停止状態から起動させる原子炉の起動運転方法において、
再循環ポンプの速度を略最低速度とした炉心流量としつつ、制御棒引き抜き操作によって炉心熱出力を３０％以上に上昇させ、
再循環ポンプの速度を増大させ前記炉心流量を６０％流量以上とすることで炉心熱出力をさらに増大させ、
炉心流量６０％流量以上を保ったまま、制御棒引き抜き操作によって炉心熱出力を熱的運転制限値近くまで増大させることを特徴とする原子炉の起動運転方法。
【請求項２】
請求項１記載の原子炉の起動運転方法において、
最外周側に位置する制御棒を使用し炉心軸方向出力分布を調整することを特徴とする原子炉の起動運転方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の原子炉の起動運転方法において、
原子炉出力上昇時において、最小限界出力比に対する運転制限値が小さく余裕が増大し炉心流量が高い領域を主に使用して運転することを特徴とする原子炉の起動運転方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の原子炉の起動運転方法において、
原子炉出力上昇時において、制御棒引抜による原子炉出力増加によって燃料の線出力密度が高まる作用と出力増大でキセノンが蓄積し燃料の線出力密度が低下する作用とをバランスさせつつ制御棒操作を行うことを特徴とする原子炉の起動運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型原子力発電プラントの原子炉を停止し、検査を完了した後の原子炉起動過程における原子炉の起動運転方法に係わり、特に、そのときの出力上昇を燃料集合体の熱的余裕（燃料の慣らし運転法を含む）を遵守しつつ短い所要時間で完了させる原子炉の起動運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子力発電プラントは、制御棒操作及び炉心流量調整により反応度を制御している。原子炉が出力を発生するためにウランが核分裂を起こすと、中性子を吸収する娘核種であるキセノンが発生する。このキセノンは、出力が高い（核分裂が盛んに行なわれる）ほど増加する傾向にあり、出力に応じた平衡量のキセノン蓄積状態になるには２日程度の時間を要する。このため、起動してまもない時期に、炉心熱出力を定格出力まで上昇させると、キセノン蓄積量が少ない分、キセノンが定格運転で平衡量の状態と比較すると反応度が高く、制御棒の挿入量を増やして反応度を下げてやる必要がある（言い変えれば制御棒が引抜けない状態となる）。
これに対応して、従来、原子炉起動時の目標となる制御棒パターンとして、中間制御棒パターン、定格出力到達時制御棒パターンの２つを設定し運転を実施する起動方法が提唱されている（例えば、特許公報１参照）。
この従来技術における中間制御棒パターンとは、定格出力到達時の制御棒パターンが構成できるキセノン蓄積量となるまでの間、暫定的に使用するパターンである。この中間制御棒パターン使用時においては、キセノンが蓄積し炉心熱出力が低下する分、炉心流量を増加させることで炉心熱出力の上昇を実現している。このとき、中間制御棒パターン構成時の炉心流量を高くしてしまうと、炉心流量による制御幅が少なくなることから、比較的低い炉心流量で中間制御棒パターンを構成している。また、キセノンは炉心熱出力が高いほど同一時間で見たときに蓄積量が増加するという特性があるが、上記中間制御棒パターンの構成時には前述のように炉心流量が低くキセノン蓄積量も少ない。したがって、この中間制御棒パターンでは、制御棒の挿入量が多く制御棒が引抜かれている位置の燃料が出力のピークを発生しやすい時期になるべく運転制限値以内で高い炉心熱出力とするため、浅く挿入した浅挿入制御棒などを使用して制御棒パターンを構成している。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５６−１２４０８７号公報
【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、上記従来技術には以下の課題が存在する。
【０００５】
すなわち、中間制御棒パターンにおいて浅挿入の制御棒等を使用して部分的に燃料の出力を抑えてしまうと、中間制御棒パターンで炉心平均としてのキセノンを蓄積している間、上記浅挿入の制御棒まわりの燃料にキセノンが蓄積しない状態が続くため、制御棒が引抜かれておりキセノンが蓄積している燃料位置との落差が生じる。このため、定格出力到達時において目標制御棒パターンを構成するために制御棒を引抜くと、引抜いた制御棒廻りの燃料の出力ピークが高まってしまう。結果として、運転制限値を守るために炉心熱出力を低い状態とせざるを得なく、起動所要時間が長くなる。
【０００６】
本発明は、原子炉起動時のキセノン蓄積分布を最適化しつつ、起動所要時間を短くできる原子炉の起動運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明においては、これまで比較的低い炉心流量でキセノン蓄積のための出力上昇を開始していたものを、炉心流量６０％程度以上で実施することにより、制御棒パターンに拘束されず容易に炉心の軸方向出力分布を平衡時出力分布に近づけることを可能とし、キセノン蓄積分布を最適化しやすくしている。
また、原子炉臨界超過後の制御棒引抜において、炉心熱出力が高出力になった時に熱的制限値の余裕が小さくなると予想される位置での制御棒を早めに引抜く手順とすることにより、その位置でのキセノンの蓄積を促進し炉心特性を改善することにより所要時間を短縮しやすくしている。
【０００８】
起動時の出力上昇全体を通して炉心流量が高い状態とすることにより最小限界出力比に対する運転制限値が小さくなり余裕が増すことから炉心熱出力をより高くすることが可能となる。
【０００９】
以上の操作を組み合わせることにより、原子炉起動後の同一時間で見た場合従来の起動運転方法と比較して炉心熱出力をより高められ、キセノン蓄積量が多くなり制御棒引抜量が多くなるため、燃料の局所的出力ピークも緩和される方向となる。
【００１０】
運転制限値に近づいた後は、そのまま放置するとキセノンが蓄積し出力が低下するが、この時出力のピークを発生している位置でキセノンの蓄積が多くピークが下がっていくのと制御棒引抜により原子炉出力上昇あるいは、制御棒引抜と炉心流量減少を組み合わせ出力を保持する操作を実施する。この段階で最小限界出力比の運転制限値は、制御棒引抜により径方向の出力ピークが小さくなり余裕が増大する方向となり、この時点で炉心流量減少による運転制限値が厳しくなるのと比較して余裕が増える効果の方が大きく運転制限値を遵守することを可能とする。
【００１１】
燃料の慣らし運転法が適用される場合しきい出力となった後は、炉心流量を使用して出力上昇速度以内で定格出力に到達させる。
【００１２】
ここで、本起動運転法では出力が低い時期に出力ピークとなる位置の制御棒を引抜くことからその位置でのキセノン蓄積が他の位置と比較して多くなっており定格出力到達直後の方が、同一制御棒パターンで見た場合キセノンが平衡状態となった時より熱的に余裕がある状態となっているがキセノン蓄積量が少ない分制御棒が挿入側となり、熱的余裕はキセノン平衡状態と同一となる。従い定格出力に到達後の反応度保証のための制御棒引抜では、キセノンが平衡状態となり熱的余裕が厳しくなるのと、制御棒引抜きにより熱的に余裕が増すのがバランスし、炉心特性が一定の状態で起動操作を完了させることが可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の原子炉起動運転方法によれば、炉心の出力分布を最適に調整することで、キセノンを効率良く蓄積させ炉心の出力を平衡時出力分布に近い状態に維持できるとともに、運転制限値に余裕がある出力流量領域で出力上昇を行う。この結果、定格炉心熱出力到達までの時間を短くし、負荷率を向上させることができる。また、定格炉心熱出力到達後のキセノン増加による反応度保証のための制御棒操作実施をしやすくしており、原子炉の性能、効率、経済性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態による原子炉の起動運転方法における操作手順を表すフローチャートである。
【００１６】
図１において、本実施形態の原子炉起動方法においては、以下のような手順で沸騰水型原子炉を起動する。
【００１７】
まず、ステップ１で、炉心熱出力３０％以上（例えば３０％〜４０％の範囲）で制御棒を引抜き出力上昇を実施する。この制御棒引抜時に出力上昇の後半で出力がピークとなると予想される燃料位置の制御棒を極力引抜き、低出力のうちからキセノンが蓄積しやすいようにする。
【００１８】
図２は、炉心熱出力で見た最大線出力密度の変化例を表す図である。上記の操作により、図２における領域１（ステップ１に対応する部分、以下各図において同様）に示すように、高出力領域で８０％炉心熱出力以後の最大線出力密度の上昇を抑えることが可能となり、結果として起動所要時間を短くすることが可能となる。
【００１９】
上記ステップ１の後、ステップ２で、再循環ポンプ速度を増加させ炉心流量を６０％以上に増やし原子炉出力を増加させる。図３は炉心流量による炉心平均軸方向出力ピーキングの変化を表す図であるが、上記操作は、図３に示す６０％炉心熱出力近くでも定格出力での炉心平均軸方向出力ピーク程度とすることを意図するものである。
【００２０】
本実施形態において炉心流量を増加させることにより炉心平均軸方向出力ピークが小さくなる理由を、図４、図５、及び図６を用いて説明する。
【００２１】
図４は、炉心熱出力と炉心流量の経路について、本実施形態と従来とを比較して示した図である。図４において、本実施形態のステップ２操作（前述したように図中単に「２」で表している）による経路と同一の炉心熱出力での従来技術による経路が、図中単に「２′」で表されている。
【００２２】
図５は、これら本発明のステップ２操作時と従来のステップ２′とについて、炉心軸方向高さで見たボイド発生割合を比較して表した図である。図５において、それぞれの炉心内のボイド発生割合を比較すると、ボイド割合は本実施形態の方がどの高さにおいてもまんべんなく低くなっている。
【００２３】
図６は、炉心軸方向高さで見た相対出力分布を本実施形態と従来技術とで比較して表した図である。上記図５に示したようなボイド発生挙動の違いの結果、図６に示すように、炉心の軸方向の出力分布は、本実施形態のほうが従来技術よりも平衡時出力分布に近くなっていることがわかる。
【００２４】
図１に戻り、以上説明したように、上記ステップ２の操作により効率良くキセノンを分布させることが可能となるとともに熱的に余裕が得られ、結果として早い時期に原子炉出力を上昇させることが可能となる。
【００２５】
その後、ステップ３に移り、炉心平均軸方向出力分布が平坦かどうかを判定する。上記のような高炉心流量を使用するだけでは平衡時出力分布に近づかないと判断された場合、ステップ４に移り、制御棒を操作することで出力分布を平衡時出力分布に近づけてやる。このとき、最外周の制御棒は一本当たりの反応度制御量が低いのに対して本数は多いため炉心の軸方向出力分布を調整しやすい。したがって最外周の制御棒の挿入深さを調整することにより、軸方向の出力分布を容易に調整可能である。なお、この最外周の制御棒を操作しても平衡時出力分布に近づかない時には炉心中側の制御棒の挿入深さを調整する。
【００２６】
その後、ステップ５において、制御棒を引抜き熱的な運転制限値近くとなるまで原子炉の出力を上昇させた後、ステップ６に移る。
【００２７】
ステップ６では、最小限界出力比が運転制限値に近いかどうかを判定する。運転制限値に対して余裕が無いのが最小限界出力比である場合には、ステップ７に移る。
【００２８】
図７は、炉心流量で見た最小限界出力比の変化例を表す図である。ステップ７では、最小限界出力比が運転制限値に近い場合制御棒引抜により炉心熱出力を上昇させると運転制限値に達してしまうことに鑑み、炉心流量増加によって、図７の「５」から「７」にかけて示すように、運転制限値が小さくなる領域に経路を移動させ原子炉出力を上昇（又は保持）させる。
【００２９】
図１に戻り、その後、ステップ８において、出力ピーク発生位置にキセノンが蓄積しピークが抑えられるのと制御棒引抜により径方向の出力分布が平坦になる効果により運転制限値に対して余裕が生じた分、炉心熱出力を増加させ（又は保持し）、定格出力での目標とする所定の制御棒密度となるまで制御棒引抜を実施する。なおこのとき必要に応じて出力保持のため併せて炉心流量を減少させてもよい。目標となる制御棒密度に達したら、ステップ９の判定が満たされてステップ１０にすすみ、炉心流量を増加させ定格出力まで出力上昇を実施する。
【００３０】
そして、ステップ１１で、定格出力時の平衡キセノンとなったかどうかを判定し、平衡キセノンになるまではキセノン増加により反応度が低下することからステップ１２において炉心流量増加、及び制御棒引抜によって原子炉の反応度を増加させ定格出力を維持する。
定格出力の平衡キセノン状態となればステップ１２の判定が満たされ、ステップ１３に移って原子炉起動時の操作が完了となる。
【００３１】
図８は、起動経過時間に伴う炉心熱出力の変化を示した図である。この図８に示すように、以上説明した本実施形態による原子炉の起動運転方法によれば、定格炉心熱出力に到達する所要時間が従来と比較してきわめて短い時間となり、この結果負荷率を向上できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態による原子炉の起動運転方法における操作手順を表すフローチャートである。
【図２】炉心熱出力で見た最大線出力密度の変化例を表す図である。
【図３】炉心流量による炉心平均軸方向出力ピーキングの変化を表す図である。
【図４】炉心熱出力と炉心流量の経路について、本実施形態と従来とを比較して示した図である。
【図５】本発明のステップ２操作時と従来のステップ２′とについて、炉心軸方向高さで見たボイド発生割合を比較して表した図である。
【図６】炉心軸方向高さで見た相対出力分布を本実施形態と従来技術とで比較して表した図である。
【図７】炉心流量で見た最小限界出力比の変化例を表す図である。
【図８】起動経過時間に伴う炉心熱出力の変化を示した図である。
【図１】
2005172742.tif 000003
【図２】
2005172742.tif 000004
【図３】
2005172742.tif 000005
【図４】
2005172742.tif 000006
【図５】
2005172742.tif 000007
【図６】
2005172742.tif 000008
【図７】
2005172742.tif 000009
【図８】
2005172742.tif 000010