(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水型原子炉における運転中の炉心平均中性子束（ＡＰＲＭ）信号と炉心流量信号を計測し、上記ＡＰＲＭ信号より炉心反応度を計算し、炉心反応度変動を時系列データとして求め、上記炉心流量信号より炉心流量変動を時系列データとして求め、上記炉心流量変動の時系列データと炉心反応度変動の時系列データより炉心流量変動に対する反応度伝達関数を外乱応答の伝達関数として求め、上記炉心流量変動の時系列データとボイド率の時系列データより炉心流量変動に対するボイド率伝達関数を外乱応答の伝達関数として求め、上記反応度伝達関数とボイド率伝達関数よりボイド反応度係数を求めることを特徴とするボイド反応度係数測定方法。
【請求項２】
沸騰水型原子炉における運転中の炉心平均中性子束（ＡＰＲＭ）信号と炉心支持板差圧信号を計測し、上記ＡＰＲＭ信号より炉心反応度を計算して炉心反応度変動を時系列データとして求め、上記炉心支持板差圧信号より炉心支持板差圧変動を時系列データとして求め、上記炉心支持板差圧変動の時系列データと炉心反応度変動の時系列データより炉心支持板差圧変動に対する反応度伝達関数を外乱応答の伝達関数として求め、上記炉心支持板差圧変動の時系列データとボイド率の時系列データより炉心支持板差圧変動に対するボイド率伝達関数を外乱応答の伝達関数として求め、上記反応度伝達関数とボイド率伝達関数よりボイド反応度係数を求めることを特徴とするボイド反応度係数測定方法。
【請求項３】
沸騰水型原子炉における運転中の炉心平均中性子束（ＡＰＲＭ）信号と炉心状態量信号を計測し、上記ＡＰＲＭ信号より炉心反応度を計算し、炉心反応度変動を時系列データとして求め、上記炉心状態量信号より炉心状態変動を時系列データとして求め、上記炉心状態量変動の時系列データと炉心反応度変動の時系列データより炉心流量変動に対する反応度伝達関数を外乱応答の伝達関数として求め、上記炉心状態変動の時系列データとボイド率の時系列データより炉心流量変動に対するボイド率伝達関数を外乱応答の伝達関数として求め、上記反応度伝達関数とボイド率伝達関数よりボイド反応度係数を求めることを特徴とするボイド反応度係数測定方法。
【請求項４】
炉心平均中性子束（ＡＰＲＭ）信号と炉心流量信号を測定する装置を備えた沸騰水型原子炉において、上記ＡＰＲＭ信号より炉心反応度を計算して炉心反応度変動を時系列データとして求める反応度変動量計算回路と、上記炉心流量信号より炉心流量変動を時系列データとして求める回路と、上記炉心流量変動の時系列データと炉心反応度変動の時系列データより炉心流量変動に対する反応度伝達関数を外乱応答の伝達関数として評価する回路と、上記炉心流量変動の時系列データとボイド率の時系列データより炉心流量変動に対するボイド率伝達関数を外乱応答の伝達関数として評価する回路と、上記炉心流量変動に対する反応度伝達関数と上記炉心流量変動に対するボイド率伝達関数よりボイド反応度係数を評価する回路とを備えたことを特徴とするボイド反応度係数測定装置。
【請求項５】
炉心平均中性子束（ＡＰＲＭ）信号と炉心支持板差圧信号を測定する装置を備えた沸騰水型原子炉において、上記ＡＰＲＭ信号より反応反応度を計算して炉心反応度変動を時系列データとして求める反応度変動量計算回路と、上記炉心支持板差圧信号より炉心支持板差圧変動を時系列データとして求め回路と、上記炉心支持板差圧変動の時系列データと炉心反応度変動の時系列データより炉心支持板差圧変動に対する反応度伝達関数を外乱応答の伝達関数として評価する回路と、上記炉心支持板差圧変動の時系列データとボイド率の時系列データより炉心支持板差圧変動に対するボイド率伝達関数を外乱応答の伝達関数として評価する回路と、上記炉心支持板差圧変動に対する反応度伝達関数と上記炉心支持板差圧変動に対するボイド率伝達関数よりボイド反応度係数を評価する回路とを備えたことを特徴とするボイド反応度係数測定装置。
【請求項６】
炉心平均中性子束（ＡＰＲＭ）信号と炉心状態量信号を測定する装置を備えた沸騰水型原子炉において、上記ＡＰＲＭ信号より炉心反応度を計算し、炉心反応度変動を時系列データとして求める反応度変動量計算回路と、上記炉心状態量信号より炉心状態変動を時系列データとして求める回路と、上記炉心状態量変動の時系列データと炉心反応度変動の時系列データより炉心流量変動に対する反応度伝達関数を外乱応答の伝達関数として評価する回路と、上記炉心状態変動の時系列データとボイド率の時系列データより炉心状態変動に対するボイド率伝達関数を外乱応答の伝達関数として評価する回路と、上記炉心状態量変動に対する反応度伝達関数と上記炉心状態量変動に対するボイド率伝達関数よりボイド反応度係数を評価する回路とを備えたことを特徴とするボイド反応度係数測定装置。
【請求項７】
炉心平均中性子束（ＡＰＲＭ）信号、炉心流量信号、炉心支持板差圧信号、炉心圧力信号、および蒸気流量信号等の炉心状態量信号を測定する装置を備えた沸騰水型原子炉において、上記ＡＰＲＭ信号より炉心反応度を計算し、炉心反応度変動を時系列データとして求める反応度変動量計算回路と、上記炉心流量信号、上記炉心支持板差圧信号、上記炉心圧力信号、および上記蒸気流量信号等の炉心状態量信号の内変動がボイド反応度の変動に与える度合いが最も寄与率の高い信号を抽出し該抽出した信号により炉心状態変動を時系列データとして求める回路と、上記抽出した信号による炉心状態量変動の時系列データと炉心反応度変動の時系列データより炉状態量変動に対する反応度伝達関数を外乱応答の伝達関数として評価する回路と、上記炉心状態変動の時系列データとボイド率の時系列データより炉心流量変動に対するボイド率伝達関数を外乱応答の伝達関数として評価する回路と、上記抽出した信号による炉心状態変動の時系列データとボイド率の時系列データより炉心状態変動に対するボイド率伝達関数を外乱応答の伝達関数として評価する回路と、上記抽出した信号による炉心状態量変動に対する反応度伝達関数と上記抽出した信号による炉心状態量変動に対するボイド率伝達関数よりボイド反応度係数を評価する回路とを備えたことを特徴とするボイド反応度係数測定装置。
【請求項８】
請求項４から７のいずれかに記載のボイド反応度係数測定装置を炉心管理装置に設け、前記ボイド反応度係数測定装置で解析したボイド反応度係数と炉心管理装置にて予め計算したボイド反応度係数を比較し、その差分を計算コードの補正係数として入力することを特徴とする沸騰水型原子炉の炉心管理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉に係り、沸騰水型原子炉の重要な特性であるボイド反応度係数を測定する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の沸騰水型原子炉では、ボイド反応度係数を測定するには、炉心内ボイド率を変化させるため炉心流量等を増加（減少）させて炉心内ボイド率を減少（増加）させると、炉心に正（負）の反応度が印加され原子炉出力が上昇（下降）する。原子炉出力が上昇（下降）するとドップラ反応度による負（正）の反応度により原子炉出力は整定する。この炉心流量と原子炉出力が変化する前後の正（負）のボイド反応度と負（正）のドップラ反応度は釣り合っている。そこで、炉心状態が変化する前後の炉心内ボイド率の変化とドップラ反応度よりボイド反応度係数が測定できる。
【０００３】
また、上記でドップラ反応度の影響を無くすため、原子炉出力が上昇（下降）するのを制御棒の挿入（引き抜き）により、原子炉出力が一定になるように制御する方法も考えられる。この場合、炉心流量と制御棒位置が変化する前後の正（負）のボイド反応度と負（正）の制御棒反応度が釣り合っている。そこで、炉心状態が変化する前後の炉心内ボイド率の変化と制御棒反応度よりボイド反応度係数が測定できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のボイド反応度係数の測定方法は、いずれも何らかの操作に基づき、ボイド率を変化させ、ボイド反応度係数を推定する方法である。
【０００５】
そのため、状態量の変化に伴い、制御棒反応度、ドップラ反応度も変化するが、これらの量は計算値を使用するため、精度の劣化が問題となる。また、運転中に測定のための任意操作をすることは、経済的にも原子力プラントのコストアップとなり、また、安全性の観点からも問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、運転中のボイド反応度係数を、炉心状態を変えることなく高精度に実測できるボイド反応度係数測定装置及び方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、炉心の計測信号であるＡＰＲＭ信号と炉心の状態量を示す炉心流量、または炉心支持板差圧、または炉心圧力、または蒸気流量等の信号を計測する原子炉システムにおいて、前記ＡＰＲＭ信号の逆演算で評価できる反応度変動量と流量信号等の状態量信号より炉心状態量変動に対する反応度伝達関数を評価し、また前記炉心状態量信号より炉心状態量変動に対するボイド率伝達関数を評価し、このおのおの伝達関数よりボイド反応度係数を評価することによって達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【０００９】
図２に、ＢＷＲでの核熱水力フィードバックの概要を示す。一般に、再循環系を有する原子炉では、ポンプの脈動が比較的に大きくなっている。そのため、このポンプの脈動による圧損変化により、炉心流量の変動を経由し、ボイド率が変化し、反応度、中性子束が変動する。一方、炉心流量の変動に伴い、炉心圧損、再循環系の圧損が変化するフィードバックループが存在する。ところで、定格運転状態では、流速が高く、（Ｄ），（Ｃ）のフィードバック効果は小さくなるので、ポンプの脈動に起因する変動（Ａ），（Ｂ）に比べて、無視できると仮定する（図２の破線）。
【００１０】
ボイド反応度係数は下記数１式で定義でき、炉心流量外乱に対する反応度応答（δρ/ δG in）を炉心流量外乱に対するボイド率応答（δα/ δG in)で除することで評価できる。
【００１１】
以下の評価では、さらに、炉心支持板差圧に展開し、伝達関数（δρ/ δΔPcore）、（δα/ δG in）、（δΔP core/ δG in）より評価する。
【００１２】
【数１】
0003780132.tif 000002
【００１３】
以下、反応度の評価方法、各伝達関数の評価方法について説明する。
【００１４】
1)反応度変動量評価方法
反応度δρの時間変化は、中性子束信号（ＡＰＲＭ信号）データを下記の一点近似動特性モデルを逆計算することにより評価する。
【００１５】
【数２】
0003780132.tif 000003
【００１６】
【数３】
0003780132.tif 000004
【００１７】
すなわち、数３より、次ぎの時刻でのCiを評価し、さらに、数２にて、次ぎの時刻の反応度ρを評価する。
【００１８】
2)炉心支持板差圧からの反応度伝達関数評価方法
上記で得られた反応度の時系列データと炉心支持板差圧データを用いて、数１式の分子の伝達関数（δρ/ δΔP core）を回帰モデルにて求める。そのため、今、Ｘ1 (s) 、Ｘ2 (s) をそれぞれ反応度の時系列データ、炉心支持板差圧の時系列データとする。
【００１９】
今、炉心支持板差圧のインパルス応答して反応度が応答すると仮定すると、単一インパルスの和として表示できる。数４
【００２０】
【数４】
0003780132.tif 000005
【００２１】
ここで、ｕ1 は反応度に関する雑音である。この雑音が白色であると仮定し、反応度の時系列データと雑音との差の自乗平均が最小となる係数ａ12(q) を求める。
【００２２】
この係数を用いてフーリエ変換すると、伝達関数は下記の数５として求まる。
【００２３】
【数５】
0003780132.tif 000006
【００２４】
3)炉心支持板差圧からのボイド率伝達関数評価方法
数１式の分母の伝達関数（δα/ δG in）、（δΔP core/ δG in）については、周波数領域の熱水力動特性コードにて評価する。すなわち、入口流量外乱に対するボイド率と炉心支持板差圧の周波数応答を評価する。評価した周波数応答の伝達関数より、数１の分母を数６で求める。
【００２５】
【数６】
0003780132.tif 000007
【００２６】
以上の方法で求めたボイド反応度係数の結果を図３に示す。炉心の共鳴周波数近傍で０．１％ΔＫ／Ｋ／％ｖｏｉｄであり、計算予測値は０．１％ΔＫ／Ｋ／％ｖｏｉｄであり、よく一致する。また、本方法では、特に任意操作による状態量の変化がないため、ドップラ反応度、制御棒反応度は変化なく、精度よく想定できることがわかる。
【００２７】
図１は、本発明の実施例１を示す。図は、ＢＷＲプラントの計測データであるＡＰＲＭ信号及び炉心流量信号を用いたボイド反応度係数測定装置の構成を示している。
【００２８】
ＡＰＲＭ信号１と炉心流量信号５を運転中のＢＷＲプラントから計測し、計測したＡＰＲＭ信号１を信号フィルター２を通して、有効な周波数領域の信号を検出し、これを反応度変動量計算回路３に入力する。反応度変動量計算回路では、炉心の反応度変動量を計算する。一方、計測した流量信号５はこれを信号フィルター２により、有効な周波数領域の信号を検出し、これより炉心流量変動量を求める。求められた炉心反応度変動量と炉心流量変動量を反応度伝達関数計算回路４に入力し、炉心流量変動に対する反応度伝達関数を求める。
【００２９】
一方、炉心流量変動量をボイド率伝達関数計算回路６に入力し、炉心流量変動に対するボイド率伝達関数を求める。さらに、求められた反応度伝達関数とボイド率伝達関数をボイド反応度係数計算回路７に入力し、これより、現在運転中のＢＷＲプラントにおけるボイド反応度係数を求める。
【００３０】
図４に示す実施例２は実施例１において流量信号を、運転中のＢＷＲプラントから計測した炉心支持板差圧信号に変更した場合の例である。ＡＰＲＭ信号１を計測し、信号フィルター２により、有効な周波数領域の信号を検出し、これを反応度変動量計算回路３に入力する。反応度変動量計算回路では、炉心の反応度変動量を計算する。一方、炉心支持板差圧信号８はこれを信号フィルター２により、有効な周波数領域の信号を検出し、これより炉心支持板差圧変動量を求める。炉心反応度変動量と支持板差圧変動量を反応度伝達関数計算回路９に入力し、炉心支持板差圧変動に対する反応度伝達関数を求める。
【００３１】
一方、支持板差圧変動量をボイド率伝達関数計算回路１０に入力し、炉心支持板差圧変動に対するボイド率伝達関数を求める。さらに、求められた反応度伝達関数とボイド率伝達関数をボイド反応度係数計算回路７に入力し、これより、現在運転中のＢＷＲプラントにおけるボイド反応度係数を求める。
【００３２】
なお、本実施例において炉心支持板差圧信号の代用として、ポンプ部デッキ差圧を用いることも可能である。
【００３３】
図５に示す実施例３は、炉内外の計測可能な信号を用いたボイド反応度係数測定装置の例である。この例では、実施例２で示した炉心支持板差圧信号に代わり、炉内外で計測可能な炉心状態量、例えば炉心圧力、ドーム部圧力、主蒸気流量等の炉心状態量の計測信号からボイド反応度係数を求める例を示している。
【００３４】
図６に示す実施例４は、実施例１，２及び３のそれぞれの信号を組合せ、計測可能な信号の変動がボイド反応度の変動に与える度合いを評価し、最も寄与率の高い特定の信号成分（実施例４では、支持板差圧）を抽出することにより、ボイド反応度係数測定精度を向上させた場合を示すものである。
【００３５】
図６において、回路１４は計測した各信号を入力し、その内で変動がボイド反応度の変動に与える度合いが最も寄与率の高い信号を抽出し抽出した信号と反応度変動量より抽出した信号の変動に対する反応度伝達関数を評価し、回路１０は前記抽出した信号の変動に対するボイド率伝達関数を評価する。そしてボイド反応度係数評価回路７でボイド反応度係数を求める。
【００３６】
図７に示す実施例５は、本装置を採用した場合の動特性評価の実施例である。解析コードの入力データとなるボイド反応度係数は予め計算コードにて求めたボイド反応度係数を用いるため、評価は安全側の計算となるが、本計測装置で求めたボイド反応度係数を用いることで、その運転点及び燃焼度に対応した精度の高い安定性解析及び過渡解析を行うことができる。
【００３７】
図８に示す実施例６は、本装置を採用した場合のプラントの運転管理の例である。本装置で解析したボイド反応度係数と炉心管理にて予め計算したボイド反応度係数を比較し、その差分を計算コードの補正係数として入力することでより精度の高い反応度計算を行うことができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、運転中のボイド反応度係数を、外乱に対する応答を評価して伝達関数を算出することにより求めているので、炉心状態を変えることなく高精度に運転中のボイド反応度係数を実測できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態構成図。
【図２】核熱水力フィードバックの概要説明図。
【図３】ボイド反応度係数測定結果グラフ図。
【図４】本発明の他の実施形態構成図。
【図５】本発明の他の実施形態構成図。
【図６】本発明の他の実施形態構成図。
【図７】本発明の応用実施形態構成図。
【図８】本発明の応用実施形態構成図。
【符号の説明】
１…ＡＰＲＭ信号、２…フィルタ、３…反応度変動量計算回路、４…流量変動に対する反応度伝達関数評価回路、５…炉心流量信号、６…流動変動に対するボイド率変動伝達関数評価回路、７…ボイド反応度係数評価回路、８…炉心支持板差圧信号、９…支持板差圧変動に対する反応度伝達関数評価回路、１０…支持板差圧変動に対するボイド率変動伝達関数評価回路、11…炉心状態量計測信号、12…炉内計測信号変動に対する反応度伝達関数評価回路、13…炉内計測信号変動に対するボイド率変動伝達関数評価回路、14…支持板差圧変動に対する反応度伝達関数抽出評価回路、15…炉心圧力信号、16…蒸気流量信号。
【図１】
0003780132.tif 000008
【図２】
0003780132.tif 000009
【図３】
0003780132.tif 000010
【図４】
0003780132.tif 000011
【図５】
0003780132.tif 000012
【図６】
0003780132.tif 000013
【図７】
0003780132.tif 000014
【図８】
0003780132.tif 000015