(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の制御棒にそれぞれ連結され、誘導電動機により駆動される複数の制御棒駆動装置と、前記誘導電動機を停止させる電磁ブレーキと、同時操作される複数の制御棒に対する制御棒操作目標位置を含む操作指令を出力する制御棒操作手段と、前記制御棒の位置を測定する位置測定手段と、前記制御棒操作目標位置と前記位置測定手段で測定された制御棒位置に基づいて駆動指令を出力する制御棒駆動指令手段と、前記駆動指令に基づいて前記誘導電動機と前記電磁ブレーキへの電力供給をオンオフ制御するオンオフ制御手段と、同時操作される複数の制御棒毎に駆動速度を検出する制御棒駆動速度検出手段と、同時操作される複数の制御棒の駆動速度偏差から一回の操作で行う目標位置における制御棒位置偏差を予測して同時操作される複数の制御棒の駆動と停止を判定する制御棒駆動監視手段とを備えたことを特徴とする制御棒駆動制御装置。
【請求項２】
複数の制御棒にそれぞれ連結され、誘導電動機により駆動される複数の制御棒駆動装置と、前記誘導電動機を停止させる電磁ブレーキと、ギャング操作される複数の制御棒に対する制御棒操作目標位置をステップ更新して出力する制御棒操作手段と、前記制御棒操作目標位置と測定された制御棒位置に基づいて駆動指令を出力する制御棒駆動指令手段と、前記駆動指令に基づいて前記誘導電動機と前記電磁ブレーキへの電力供給をオンオフ制御するオンオフ制御手段と、ギャング操作される複数の制御棒毎に駆動速度を検出する制御棒駆動速度検出手段と、ギャング操作される複数の制御棒の駆動速度偏差が所定値より大きくなると前記制御棒操作手段の制御棒操作目標位置のステップ更新を停止させ、ギャング操作される複数の制御棒の駆動速度偏差から一回の操作で行う目標位置における制御棒位置偏差を予測してギャング操作される複数の制御棒の駆動と停止を判定する制御棒駆動監視手段とを備えたことを特徴とする制御棒駆動制御装置。
【請求項３】
複数の制御棒にそれぞれ連結され、誘導電動機により駆動される複数の制御棒駆動装置と、前記誘導電動機を停止させる電磁ブレーキと、ギャング操作される複数の制御棒に対する制御棒操作目標位置をステップ更新して出力する制御棒操作手段と、前記制御棒の位置を測定する位置測定手段と、前記制御棒操作目標位置と前記位置測定手段で測定された制御棒位置に基づいて駆動指令を出力する制御棒駆動指令手段と、前記駆動指令に基づいて前記誘導電動機と前記電磁ブレーキへの電力供給をオンオフ制御するオンオフ制御手段と、ギャング操作される複数の制御棒毎に駆動速度を検出する制御棒駆動速度検出手段と、ギャング操作される複数の制御棒の駆動速度偏差が所定値より大きくなると前記制御棒操作手段の制御棒操作目標位置のステップ更新を停止させ、ギャング操作される複数の制御棒の駆動速度偏差から一回の操作で行う目標位置における制御棒位置偏差を予測してギャング操作される複数の制御棒の駆動と停止を判定する制御棒駆動監視手段とを備えたことを特徴とする制御棒駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉内の複数本の制御棒を同時に引抜き操作又は挿入操作して原子炉出力を制御する制御棒駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）では、制御棒の駆動により炉出力を制御している。制御棒の駆動には制御棒駆動監視装置が用いられる。制御棒駆動監視装置は、制御棒駆動装置、インバータ、ブレーキ励磁装置、位置検出装置、制御棒操作監視盤などから構成される。
【０００３】
制御棒駆動装置はステップモータ、ステップモータに連結されたボールスクリューネジ、ボールスクリューネジと噛み合うボールナット、及びボールナットに取り付けられて軸方向に伸びる連結棒を備え、ステップモータの正転又は逆転により、制御棒が炉心に向かう挿入駆動、挿入方向とは逆方向に駆動する引抜き駆動が可能となっている。また制御棒駆動装置は、制御棒の位置検出用にステップモータの回転角度に対応した電圧信号を出力する回転機である位置検出器、及びステップモータの回転軸に連結された電磁ブレーキを有する。
【０００４】
制御棒の操作は、制御棒操作監視盤からの操作指令により、制御棒操作手順に従い行われる。操作指令はブレーキ励磁装置とインバータに送信され、ブレーキ励磁装置は、制御棒駆動装置の電磁ブレーキを励磁することによりブレーキを解除し、インバータはパルス電流をステップモータに印加しステップモータを回転させる。
【０００５】
位置制御装置は位置検出器から入力される電圧により位置を検出し、位置信号をインバータに出力する。インバータは制御棒目標位置の手前から出力周波数を低下させ回転数を下げる。ブレーキ励磁装置は、ステップモータが完全に停止した後に電磁ブレーキの励磁を止めブレーキを動作させる。電磁ブレーキは制御棒駆動中及び停止制御時に一切動作せず、ステップモータの停止後に制御棒の自重で制御棒が移動することを防止する。
【０００６】
ステップモータによる制御棒操作に関することは、例えば、特開昭５５-１４３６０４号公報、特開昭５７-２０８８８０号公報などに記載されている。
【０００７】
誘導電動機をオンオフ制御で駆動して制御棒を駆動する場合であってかつギャング駆動の際に、停止時の各制御棒の位置に生ずる偏差を低減する技術としては、特開平１１-１７４１８８号広報に記載されているものがある。
【０００８】
ステップモータによる制御棒操作は制御棒位置制御を精度良く行える。しかし、  ステップモータを駆動するインバータなどを必要とし、設備が複雑かつ高価になる。このため、設備の簡略化を目的にして、制御棒の駆動源に誘導電動機の用いることが提案されている。誘導電動機をオンオフ制御して駆動して制御棒を駆動すると、ステップモータで必要であったインバータが不要になり、設備を簡略することができる。
【０００９】
一方、原子炉の起動時間および出力制御時間短縮を目的として、複数本の制御棒を同時に操作するギャング操作がＡＢＷＲでは実施されている。誘導電動機を制御棒の駆動力源として制御棒のギャング操作を行うと制御棒位置偏差が原子炉出力分布の上で問題となる制限値になる虞がある。
【００１０】
このことを防止するために、制御棒位置偏差によって先行している制御棒の駆動速度を低下させ位置偏差を小さくすることが知られている。このことは、例えば、特開平６-３００８７８号公報に記載されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
制御棒の駆動源に誘導電動機を用いてオンオフ制御する場合には電流制御によって回転数を制御できず、また、誘導電動機の製作による固体差および原子炉と制御棒駆動装置の間に設けられたパッキンと連結棒の施工による摩擦の固体差に起因する負荷トルクは制御棒毎に異なる。この負荷トルクのばらつきは、各制御棒の駆動源となる誘導電動機毎に異なるすべりを生じさせる。
【００１２】
その結果、ギャング操作中は制御棒がそれぞれに異なった速度で駆動され制御棒位置偏差が生じる。ギャング操作中に各制御棒の位置に偏差が生じると、原子炉内の出力分布の対称性が崩れて、燃料に熱的なストレスを与える可能性がある為、ギャング操作中の位置偏差を極力少なくする必要がある。
【００１３】
上述した特開平６-３００８７８号公報に記載されている従来技術は、各制御棒の位置偏差を算出して予め設定した規制値以上の偏差で駆動中の制御棒を検出し、この制御棒の駆動速度を自動的に減少または停止させるようにしている。しかし、この方法では、規制値を超えてはじめて駆動速度を減少または停止させている為に、原子炉出力分布に歪みが発生するのを免れない。
【００１４】
本発明の目的は、制御棒を誘導電動機で駆動してギャング操作する際に各制御棒の位置偏差を小さくして原子炉出力分布の歪を低減できる制御棒駆動制御装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、同時操作（ギャング操作）される複数の制御棒毎に駆動速度を検出し、同時操作される複数の制御棒の駆動速度偏差が所定値より大のとき同時操作される複数の制御棒の駆動を停止させるようにしたことにある。
【００１６】
換言すると、本発明は同時操作される複数の制御棒の駆動速度偏差から制御棒位置偏差を予測して同時操作される複数の制御棒の駆動と停止を判定するようにしたことにある。
【００１７】
本発明は同時操作される複数の制御棒の駆動速度偏差から制御棒位置偏差を予測して同時操作される複数の制御棒の駆動と停止を判定しているので、ギャング駆動を継続させても原子炉内の出力分布の対称性が崩れて燃料に熱的なストレスを与えることを未然に防ぐことが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の一実施例を示す。
【００１９】
図１において、誘導電動機７を用いた電動駆動型の複数個の制御棒駆動装置１８を備える。各制御棒駆動装置１８は誘導電動機７、誘導電動機７の回転軸に連結された電磁ブレーキ１５、誘導電動機７の回転軸に連結された位置検出器８を有する。また、制御棒駆動装置１８は、図示していないが誘導電動機７の回転軸に連結されたボールスクリューネジ、ボールスクリューネジと噛み合うボールナット、ボールナットに取り付けられて軸方向に伸びる連結棒１７を備える。
【００２０】
ＡＢＷＲの原子炉５内には、冷却水１９に浸された状態で複数の燃料集合体１６が設置されている。複数本の制御棒６が燃料集合体１６間に挿抜自在に設置されている。各制御棒６は、それぞれ連結器（例えば、歯車または電磁クラッチ）２０によって別々の制御棒駆動装置１８の連結棒に接続されている。また、各制御棒６は該当する制御棒駆動装置１８の誘導電動機７の駆動により操作される。
【００２１】
制御棒操作監視盤１、誘導電動機７及び電磁ブレーキ１５の動作を制御するための機器を有する制御棒駆動補助盤３、制御棒操作監視盤１からの制御棒操作指令１０１の内容と現在の制御棒位置を比較し、制御棒操作が必要な場合に制御棒駆動補助盤３に駆動指令を出力する制御棒位置伝送補助盤２を有する。制御棒位置伝送補助盤２及び制御棒駆動補助盤３は制御棒駆動装置１８毎に設けられる。
【００２２】
制御棒操作監視盤１は、運転員が操作監視する入出力機器（図示せず）、複数の制御棒６の引抜、挿入手順、及び操作量を予め定められた制御棒動作手順を記憶する制御棒動作手順記憶部１１、全ての制御棒６の駆動を統括して監視する駆動監視装置１２、及び引抜／挿入指令を制御棒位置伝送補助盤２に出力する制御棒操作装置１０を有する。図示しない入出力機器には、操作対象の制御棒を選択する制御棒座標選択スイッチ、駆動方向を選択する引抜スイッチと挿入スイッチが有る。運転員はこれらの入出力機器により制御棒６を操作する。
【００２３】
制御棒位置伝送補助盤２は、制御棒位置判定装置２１、駆動目標位置判定装置２２、時計装置２３、制御棒駆動速度検出装置２４及び駆動速度記憶装置２５を有する。制御棒位置伝送補助盤２は、制御棒操作監視盤１からの操作指令１０１と位置検出器８からの位置信号をもとにして、制御棒位置が操作指令１０１に含まれる駆動目標位置に到達していない場合は、駆動指令１０２を制御棒駆動補助盤３に出力する。また、制御棒駆動速度検出装置２４では、一定時間のサンプリング周期で制御棒位置の変化を監視することにより制御棒６の駆動速度を測定し、駆動速度記録装置２５に測定した駆動速度を記録する。
【００２４】
制御棒駆動補助盤３は、誘導電動機７及び電磁ブレーキ１５に供給する電力をオンオフ制御するスイッチング素子１３Ｂ、制御棒６の引抜き指令、挿入指令に応じて誘導電動機７の回転方向（相回転）を設定する動作方向切替え装置１３Ａ、及び制御棒６の駆動指令１０２（引抜き指令、挿入指令）を受けて、半導体スイッチング素子１３Ｂのオンオフ制御を行うと共に誘導電動機７の回転方向の設定信号を動作方向切替え装置１３Ａに出力する電動機制御装置１３を有する。
【００２５】
スイッチング素子１３Ｂとしては、トランジスタ、サイリスタ等の半導体スイッチング素子やコンタクタ等の機械的スイッチング素子が用いられる。交流電源は、ケーブル３５によりスイッチング素子１３Ｂと動作方向切替え装置１３Ａを経由して誘導電動機７に供給される。また、電磁ブレーキ１５にはケーブル３５より分かれたケーブル３６により交流電源が供給される。
【００２６】
次に、動作を説明する。
【００２７】
原子炉５の起動は全制御棒６が全挿入状態から始まり、制御棒６の引抜き操作により原子炉５の出力が上昇する。制御棒６の全挿入位置は０ステップであり、全引抜位置は２００ステップである。制御棒は全部で１８５本存在する。制御棒６の引抜き順番は、制御棒引抜シーケンスとして制御棒動作手順記憶装置１１に格納され、運転員の操作ガイド表示及び誤操作防止用の監視インターロックに使用される。
【００２８】
制御棒引抜シーケンスの具体例を図２に示す。
【００２９】
図２において、制御棒引抜シーケンス１番では制御棒グループ１に属する制御棒６を０ステップから１００ステップまで引抜くことを示している。次に制御棒引抜シーケンス２番に移り、制御棒グループ１の制御棒６を１００ステップから２００ステップまで引抜き操作を行い、制御棒引抜シーケンス３番では、操作対象の制御棒６を制御棒グループ２に替えて０ステップから１００ステップまで引抜き操作を実行する。
【００３０】
制御棒グループと属する制御棒の関係は図３に示す。図３において四角の中に記載した数字が制御棒グループ番号である。四角の中に記載無いのは記載を省略しているだけであり、何れかのグループに属している。
【００３１】
このように制御棒引抜シーケンスに従い最終的には、各制御棒は予め決定された制御棒配置を形成する。なお原子炉の停止時には、制御棒引抜シーケンスを降順に操作し、制御棒全挿入状態とする。
【００３２】
さて、制御棒引抜シーケンス１番を具体例として、操作内容と制御棒駆動について説明する。
【００３３】
運転員は、操作ガイドに従い制御棒グループ１を制御棒座標選択スイッチで選択し、次に引抜スイッチを押下操作する。制御棒操作監視盤１の制御棒操作装置１０は、選択された制御棒グループ１の引抜制御棒６の現在位置を読み込み、この現在位置に一定値（本実施例では１ステップとする）を加算し制御棒目標位置として、制御棒グループ１に属する全ての制御棒伝送補助盤２に出力する。この制御棒目標位置の更新は、運転員が引抜スイッチを押下操作し続ける限り、引抜リミット値である１００ステップに目標位置が更新されるまで継続される。
【００３４】
制御棒伝送補助盤２の駆動目標位置判定装置２２は、制御棒位置判定装置２１から現在位置信号を入力し、制御棒６が目標位置に到達していない場合は駆動指令１０２を制御棒駆動補助盤３に出力する。
【００３５】
制御棒駆動はギャング操作だけではなく、単一操作も可能であり、単一操作により制御棒グループ１の制御棒位置偏差がギャング偏差設定値（本実施例では５ステップ）を越えていた場合は、制御棒グループ１のギャング選択は制御棒操作監視盤１により拒否される。また、原子炉内の出力分布の対称性を保つために、ギャング操作中は、各制御棒の位置偏差をギャング偏差設定値以内に抑える必要がある。
【００３６】
ギャング偏差設定値を超えることを未然に防ぐために、制御棒伝送補助盤２の制御棒駆動速度検出装置２４からの各制御棒６の駆動速度信号２０１を駆動監視装置１２に取込み、速度偏差が一定値（本実施例では毎秒０．１ステップとし速度偏差停止値と称する）を越えた場合は、駆動監視装置１２から制御棒操作装置１０に対して目標位置の更新を阻止する更新阻止信号を出力する。
【００３７】
図４（ａ）に示す制御棒６の駆動時間と速度の関係特性図と図４（ｂ）に示す制御棒６の駆動時間と駆動距離の関係特性図を用いて速度偏差停止値を超えたことによる駆動阻止とならなかった場合について説明する。
【００３８】
制御棒１、制御棒２共に制御棒ギャンググループ１に属し、制御棒引抜シーケンス番号１の操作とする。制御棒１は定格速度である毎秒２．０ステップで駆動し、制御棒２は毎秒１．９８ステップで駆動したとする。速度偏差は速度偏差停止値以下で駆動していたので、駆動監視装置１２から目標位置の更新を阻止する更新阻止信号は出力されない。またギャング駆動中の位置偏差の最大値は（２．０-１．９８）（ステップ／秒）×５０（秒）=１（ステップ）であり、ギャング偏差設定値である５ステップの位置偏差も発生していないことが分かる。
【００３９】
次に、図５（ａ）に示す制御棒６の駆動時間と速度の関係特性図と図５（ｂ）に示す駆動時間と駆動距離の関係特性図を用いて速度偏差停止値を超えたことによる駆動阻止となった場合を説明する。
【００４０】
制御棒１は定格速度である毎秒２．０ステップで駆動し、制御棒２は駆動開始から１０秒まで定格速度の毎秒２．０ステップで駆動し、１０秒後から原子炉５と制御棒駆動装置１８の間に設けられたパッキン４１と連結棒１７の施工による摩擦の固体差に起因して駆動速度が、毎秒（０．０１ステップ／秒）で低下しはじめ、駆動後２０秒の時点において毎秒１．９０ステップまで低下したとする。駆動後２０秒の時点で速度偏差停止値を超えたことによる駆動阻止となり、駆動監視装置１２から目標位置の更新を阻止する更新阻止信号が制御棒操作装置１０に出力される。
【００４１】
制御棒操作装置１０は、駆動後２０秒の時点で制御棒１の現在位置である４０ステップに毎回更新値である１ステップを加算した４１ステップで目標位置の更新は止められ、制御棒グループ１に属する制御棒は４１ステップで停止する。この場合の制御棒位置偏差は０．１（ステップ）×１０（秒）=１．０ステップ以下であり、ギャング偏差設定値である５ステップの位置偏差は発生していない。
【００４２】
以上のようにギャング操作される制御棒６の駆動速度偏差を監視することにより、原子炉５内の出力分布の対称性が崩れて、燃料に熱的なストレスを与える様な位置偏差の発生を未然に防止しすることが可能である。また、測定した制御棒毎の駆動速度を駆動速度記録装置２５に記憶させておくことにより、速度低下が一瞬にして起きたのか、徐々に進行したのかが判り、制御棒駆動装置１８の経年劣化による摩擦の固体差、ブレーキ解除装置の故障、誤指令信号の出力等の故障原因の特定が容易に、且つ偏差大の異常が発生する前に行えるようになる。
【００４３】
次に、ギャング駆動中の制御棒に対して駆動速度偏差が所定値以上になった場合に駆動リミット値（制御棒を一回の操作で行う目標位置）まで制御棒の駆動を継続させても駆動中の全ての制御棒の位置偏差を一定に保てるか判定機能を制御棒監視装置１２に持たせた場合について図７を用いて説明する。
【００４４】
一例として制御棒引抜シーケンス２番、制御棒グループ１に属する制御棒１、制御棒２について図６に示すような駆動を行った場合を説明する。制御棒１，２以外の制御棒グループ１の制御棒は制御棒１と同じ駆動をしたと仮定し、制御棒２が駆動後１０秒から毎秒０．０１（ステップ／秒）速度が低下した場合と仮定する。
【００４５】
図６の２０秒時点において図７の処理では、処理段階１は速度偏差の最大は０．１ステップ／秒となる。次に処理段階２では、速度偏差停止値を超えたと判定される。処理段階３においては当該引抜シーケンスにおける予想駆動時間は、（１５０-１００）÷２．０から２５秒、許容可能な駆動速度偏差停止値は、５÷２５から０．２ステップ／秒と求まる。処理段階４の判定では、処理段階１で求めた速度偏差の最大値は許容可能な駆動速度偏差設定値未満である。その結果、処理段階５は実行されず目標位置の更新阻止には至らない。
【００４６】
図６の１０秒から２０秒の間の演算でも同様な判定であり、目標位置の更新阻止には至らず引抜き駆動リミット値までの駆動を終了する。
【００４７】
このように、制御棒監視装置１２に、処理段階３,４のような挿入リミット値と引抜リミット値の差から許容可能な駆動速度偏差を求める判定機能を持たせると不必要な目標位置の更新阻止を減少させることが可能となる。
【００４８】
以上のようにして制御棒の駆動制御をおこなうのであるが、本発明は同時操作（ギャング操作）される複数の制御棒の駆動速度偏差から制御棒位置偏差を予測して同時操作される複数の制御棒の駆動と停止を判定しているので、ギャング駆動を継続させても原子炉内の出力分布の対称性が崩れて燃料に熱的なストレスを与えることを未然に防ぐことが可能になる。
【００４９】
また、上述の実施例では、挿入リミットと引抜リミットの差から許容できる速度偏差を求め、実際に駆動している制御棒の速度偏差が許容できる速度偏差以下の場合は、目標位置の更新阻止を発生させないことが可能である。つまり、不要な目標位置の更新阻止による制御棒停止を発生させずに制御棒操作が可能であり、制御棒が停止した場合、複数ある制御棒停止原因の内、いかなる停止原因が発生したのか運転員が確認しなければならないという運転員の人的負担を軽減することが可能である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明は、同時操作（ギャング操作）される複数の制御棒の駆動速度偏差から制御棒位置偏差を予測して同時操作される複数の制御棒の駆動と停止を判定しているので、ギャング駆動を継続させても原子炉内の出力分布の対称性が崩れて燃料に熱的なストレスを与えることを未然に防ぐことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明を説明するための制御棒引抜シーケンスの一例図である。
【図３】本発明を説明するための本発明を説明するための制御棒グループとそのグループに属する制御棒の関係を示す図である。
【図４】本発明を説明するための制御棒の駆動時間と速度、および駆動時間と駆動距離の関係特性図である。
【図５】本発明を説明するための制御棒の駆動時間と速度、および駆動時間と駆動距離の関係特性図である。
【図６】本発明を説明するための制御棒の駆動時間と速度、および駆動時間と駆動距離の関係特性図である。
【図７】本発明を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…制御棒操作監視盤、２…制御棒伝送補助盤、３…制御棒駆動補助盤、５…原子炉、６…制御棒、７…誘導電動機、８…位置検出器、１０…制御棒操作装置、１１…制御棒操作手順記憶装置、１２…駆動監視装置、１３…電動機制御装置、１３Ａ…動作方向切替え装置、１３Ｂ…スイッチング素子、１５…電磁ブレーキ、１６…燃料集合体、１７…連結棒、１８…制御棒駆動装置、２０…連結器、２１…制御棒位置判定装置、２２…駆動目標位置判定装置、２３…時計装置、２４…制御棒駆動速度検出装置、２５…駆動速度記憶装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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