(57)【要約】【課題】監視時間差が短く、高い同時性で複数の制御棒周りの局部出力監視を実施できる制御棒引抜き監視方法および装置を提供する。【解決手段】原子炉内に設置された複数の中性子検出器１−１−ｍ〜１−ｎ−ｍによって出力運転状態での原子炉内の中性子束を測定して制御棒の引抜き操作に伴う局部出力上昇を監視する制御棒引抜き監視装置において、引抜き対象となる制御棒の選択・非選択に拘わらず常時各制御棒を囲む中性子検出器出力の局部平均値を演算しておき、複数の制御棒が同時に選択されて引抜き操作を実施する場合に、該当する制御棒を囲む中性子検出器の出力の局部平均値を選択して前期複数の制御棒引抜き監視をそれぞれ独立に同時に実施する監視手段１１を備えている構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉内に設置された複数の中性子検出器によって出力運転状態での原子炉内の中性子束を測定して制御棒の引抜き操作に伴う局部出力上昇を監視する制御棒引抜き監視装置において、引抜き対象となる制御棒の選択・非選択に拘わらず常時各制御棒を囲む中性子検出器出力の局部平均値を演算しておき、複数の制御棒が同時に選択されて引抜き操作を実施する場合に、該当する制御棒を囲む中性子検出器の出力の局部平均値を選択して複数の制御棒引抜き監視をそれぞれ独立に同時に実施する監視手段を備えていることを特徴とする制御棒引抜き監視装置。
【請求項２】
前記監視手段は、複数のデータ伝送手段によって伝送された前記複数の中性子検出器の出力信号を受信する複数のデータ受信手段と、これら複数のデータ受信手段から個々の中性子検出器信号を読み出して各制御棒に対応する順番にデータを並べ替えて演算用記録手段にデータを書き込む第１のデータ転送手段と、前記演算用記録手段からそれぞれの平均演算で使用する中性子検出器信号を読み出して局部平均値演算を行う複数の平均演算手段と、引抜き操作対象の複数の制御棒を示す制御棒選択信号を受信する制御棒選択信号受信手段と、前記複数の平均演算手段で演算した複数の局部平均出力を入力して前記制御棒選択信号で特定される制御棒に対応するそれぞれの局部平均値を複数の監視情報表示手段へ出力する第２のデータ転送手段とを備えていることを特徴とする請求項１記載の制御棒引抜き監視装置。
【請求項３】
前記第1のデータ転送手段は、各制御棒に関与するすべての中性子検出器の出力信号データをまとめて前記演算用記録手段に書き込むことを特徴とする請求項２記載の制御棒引抜き監視装置。
【請求項４】
前記監視手段は、複数のデータ伝送手段によって伝送された前記複数の中性子検出器の出力信号を受信するとともに出力信号を受信した中性子検出器を中心としてこれを取り囲む４つの制御棒に対応する４つのアドレスを発生させて演算用記録手段に前記中性子検出器の出力信号を書き込む複数のデータ受信手段と、前記演算用記録手段からそれぞれの平均演算で使用する中性子検出器信号を読み出して局部平均値演算を行う複数の平均演算手段と、引抜き操作対象の複数の制御棒を示す制御棒選択信号を受信する制御棒選択信号受信手段と、前記複数の平均演算手段で演算した複数の局部平均出力を入力して前記制御棒選択信号で特定される制御棒に対応するそれぞれの局部平均値を複数の監視情報表示手段へ出力する第２のデータ転送手段とを備えていることを特徴とする請求項１記載の制御棒引抜き監視装置。
【請求項５】
前記演算用記録手段は、原子炉全体を内側に包含する碁盤の目格子の各格子点に対応するメモリアドレスを有して前記各格子点は中性子検出器位置に対応され、所定の制御棒に対して所定位置に位置する中性子検出器の信号のアドレスが特定され、他の位置の中性子検出器の信号のアドレスは前記所定位置の中性子検出器の信号のアドレスに一定値を加減算することによって特定されて、前記平均演算手段は前記各アドレスから中性子検出器信号を読み出して平均演算を行うことを特徴とする請求項２または４記載の制御棒引抜き監視装置。
【請求項６】
前記データ受信手段と前記演算用記録手段と前記第1のデータ転送手段は一体化されて第3のデータ転送手段を構成し、この第3のデータ転送手段はデータの書き込み側とデータの読み出し側で異なるアドレスを有し、読み出し側からは各制御棒に対してその周辺に配置された中性子検出器の信号を連続的に読み出せるようにアドレスが付与されていることを特徴とする請求項２または４記載の制御棒引抜き監視装置。
【請求項７】
原子炉内に複数の中性子検出器を設置し出力運転状態での原子炉内の中性子束を測定して制御棒の引抜き操作に伴う局部出力上昇を監視する制御棒引抜き監視方法において、引抜き対象となる制御棒の選択・非選択に拘わらず常時各制御棒を囲む中性子検出器の出力の局部平均値を演算しておき、複数の制御棒が同時に選択されて引抜き操作を実施する場合に、該当する制御棒を囲む中性子検出器の出力の局部平均値を選択して前記複数の制御棒引抜き監視をそれぞれ独立に同時に実施することを特徴とする制御棒引抜き監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰水型等の原子炉における制御棒の引抜きによる局部出力上昇を監視する制御棒引抜き監視方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉の炉心には、多数の燃料集合体が配置されるとともにこれら燃料集合体の間に制御棒が規則的に配置されている。これら制御棒は核分裂の連鎖反応を制御するものであるが、原子炉の出力を所定値に維持するために多数の制御棒のうちから所定の制御棒が引抜かれる。このように制御棒が引抜かれると、この引抜かれた制御棒付近の連鎖反応が増大して局部的に出力が上昇する。この局部出力の上昇が大きすぎると原子炉の運転に支障を来たす恐れがあるので、制御棒の引抜きによる局部出力上昇が監視されている（特許文献１参照）。
【０００３】
従来の制御棒引抜き監視装置においては、制御棒の引抜き操作を行うときに引抜き対象となる制御棒を囲む中性子検出器の出力信号だけを選択して平均演算を行っていた。また従来のアナログ回路で構成された制御棒引抜き監視装置では、８８個または８４個の中性子検出器の出力信号をそれぞれ個別にメタルケーブルで入力し、平均演算に用いる中性子検出器信号を選択するために選択回路を多段で構成していた。
【０００４】
従来のアナログ回路に使用していたディスクリート半導体は集積率が高くなかったため、多段の選択回路と平均演算および監視回路を構成するために多くの部品とスペースを必要としていた。このため、原子炉の高さ方向に下からＡレベル，Ｂレベル，Ｃレベル，Ｄレベルと配置された中性子検出器のうち、ＡレベルとＣレベルの平均演算を行うＡ系の監視装置と、ＢレベルとＤレベルの平均演算を行うＢ系の監視装置による便宜的な二重化システム構成を採用していた。
【０００５】
その後、演算処理にマイクロプロセッサを用いたディジタル式の制御棒引抜き監視装置が実現された。ディジタル式の制御棒引抜き監視装置では、複数の中性子検出器信号を多重化したデータ伝送により受信し、平均演算に用いる中性子検出器信号を受信データから演算処理によって選択する。マイクロプロセッサを用いた演算処理ではメモリに記録されたプログラムを順次実行することで機能を実現するため、中性子検出器信号を選択するための多段の選択回路を必要とせず、装置を小型化することが可能となり、Ａ系の監視装置とＢ系の監視装置のそれぞれで全く同一の監視演算を実施する完全な二重化システム構成を採用することが可能となった。
【０００６】
なお、制御棒引抜き監視ロジックは下記のようになっている。すなわち、選択された制御棒を取り囲む４箇所（左下、左上、右下、右上）の中性子検出器ストリングスにそれぞれ４個ずつ内蔵された合計１６個の中性子検出器のうち、それぞれの中性子検出器ストリングスから２個ずつ選択して、合計８個の中性子検出器信号の平均演算を実施して局部平均値を算出する。この局部平均値と原子炉平均出力とを比較し、制御棒引抜き開始前の局部平均値が原子炉平均出力信号よりも小さい場合は、局部平均値に対して原子炉平均出力信号と同等になる様な利得を設定して乗算する。この値をロッドブロック値として、制御棒引抜き実施時にはこのロッドブロック値と警報設定値を比較して、ロッドブロック値が警報設定値よりも大きくなった場合には制御棒の引抜きを停止する信号と警報信号を出力する。
【特許文献１】特公平８−１０２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したディジタル式の制御棒引抜き監視装置によって複数の制御棒の引抜き監視が可能となったが、ディジタル式の制御棒引抜き監視装置はマイクロプロセッサおよびプログラムを使用して個々の制御棒周りの局部出力監視を順次実行するため、それぞれの局部平均出力の監視時間に差が生じる。しかし複数の制御棒を同時に操作する際は、原子炉出力の空間的変動が発生していないことを確認するために高い同時性が求められる。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、監視時間差が短く、高い同時性で複数の制御棒周りの局部出力監視を実施できる制御棒引抜き監視方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、原子炉内に設置された複数の中性子検出器によって出力運転状態での原子炉内の中性子束を測定して制御棒の引抜き操作に伴う局部出力上昇を監視する制御棒引抜き監視装置において、引抜き対象となる制御棒の選択・非選択に拘わらず常時各制御棒を囲む中性子検出器出力の局部平均値を演算しておき、複数の制御棒が同時に選択されて引抜き操作を実施する場合に、該当する制御棒を囲む中性子検出器の出力の局部平均値を選択して複数の制御棒引抜き監視をそれぞれ独立に同時に実施する監視手段を備えている構成とする。
【００１０】
請求項６の発明は、原子炉内に複数の中性子検出器を設置し出力運転状態での原子炉内の中性子束を測定して制御棒の引抜き操作に伴う局部出力上昇を監視する制御棒引抜き監視方法において、引抜き対象となる制御棒の選択・非選択に拘わらず常時各制御棒を囲む中性子検出器の出力の局部平均値を演算しておき、複数の制御棒が同時に選択されて引抜き操作を実施する場合に、該当する制御棒を囲む中性子検出器の出力の局部平均値を選択して前記複数の制御棒引抜き監視ロジックをそれぞれ独立に同時に実行する方法とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、監視時間差が短く、高い同時性で複数の制御棒周りの局部出力監視を実施できる制御棒引抜き監視方法および装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
近年、大規模なＬＳＩ上に任意に回路を構成することが可能となった。例えば、フィールド・プログラマブル・ロジック・アレイ（ＦＰＧＡ）と呼ばれる素子がある。  
本発明は、ＦＰＧＡを用いて構成した同一ロジックの複数の回路を同時に動作させることによって、高い同時性で複数の制御棒周りの局部出力監視を実施できる制御棒引抜き監視方法および装置を提供する。
【００１３】
以下、本発明に係る制御棒引抜き監視装置の第１ないし第５の実施の形態を図面を参照して説明する。  
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の制御棒引抜き監視装置は、図１に示すように、原子炉内に設置された複数の中性子検出器１−１−ｍ〜１−ｎ−ｍによって出力運転状態での原子炉内の中性子束を測定して制御棒の引抜き操作に伴う局部出力上昇を監視する制御棒引抜き監視装置において、引抜き対象となる制御棒の選択・非選択に拘わらず常時各制御棒を囲む中性子検出器出力の局部平均値を演算しておき、複数の制御棒が同時に選択されて引抜き操作を実施する場合に、該当する制御棒を囲む中性子検出器の出力の局部平均値を選択して複数の制御棒引抜き監視をそれぞれ独立に同時に実施する監視手段１１を備えている構成である。
【００１４】
本発明の第１の実施の形態の制御棒引抜き監視装置は、図１に示すように、複数の中性子検出器１−１−ｍ〜１−ｎ−ｍと、これらの中性子検出器から出力された信号の一部を変換する複数の信号変換手段２−１〜２−ｍと、これらの複数の信号変換手段からの中性子検出器信号を伝送する複数のデータ伝送手段３−１〜３−ｍと、監視手段１１を備えている。
【００１５】
監視手段１１は、データ伝送手段３−１〜３−ｍで伝送された中性子検出器の出力信号を受信する複数のデータ受信手段４−１〜４−ｍと、これら複数のデータ受信手段４−１〜４−ｍから個々の中性子検出器信号を読み出して各制御棒ブロックに対応する順番にデータを並べ替えて演算用記録手段５にデータを書き込む第１のデータ転送手段６と、演算用記録手段５からそれぞれの平均演算で使用する中性子検出器信号を読み出して局部平均値演算を行う複数の平均演算手段７−１〜７−ｋと、引抜き操作対象の複数の制御棒を示す制御棒選択信号を受信する制御棒選択信号受信手段９と、平均演算手段７−１〜７−ｋで演算した複数の局部平均出力を入力して制御棒選択信号で特定される制御棒ブロックに対応するそれぞれの局部平均値を複数の監視情報表示手段８−１〜８−ｉへ出力する第２のデータ転送手段１０から構成されている。
【００１６】
このように構成された本実施の形態の制御棒引抜き監視装置においては、平均演算手段７−１〜７−ｋにおいてそれぞれの制御棒ブロックの局部平均出力が常時並行して演算処理され、その結果が逐次監視情報表示手段８−１〜８−ｉへ出力されて、監視情報表示手段８−１〜８−ｉにおける処理も同時並行的に実施される。
【００１７】
本実施の形態によれば、複数の制御棒の引抜き監視が同時並行処理されるので、監視時間差が短く、高い同時性で複数の制御棒周りの局部出力監視を実施できる制御棒引抜き監視装置を提供することができる。また、監視情報表示手段８−１〜８−ｉの数を平均演算手段７−１〜７−ｋと同数にすることで常時原子炉全体にわたって各制御棒周りの局部出力を高い同時性で監視することができる。
【００１８】
（第２の実施の形態）
つぎに本発明の第２の実施の形態を説明する。第１の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。  
本発明の第２の実施の形態の制御棒引抜き監視装置は、第1のデータ転送手段６が各制御棒に関与するすべての中性子検出器の出力信号データをまとめて前記演算用記録手段５に書き込む構成である。
【００１９】
本発明において最も工夫した点は、第１のデータ転送手段６についてである。図２にこの第１のデータ転送手段６のブロックを消して直線でその機能の１例を示す。第１のデータ転送手段６は前記のように、複数のデータ受信手段４−１〜４−ｍから個々の中性子検出器信号を読み出して、各制御棒ブロックに対応する順番にデータを並べ替えて演算用記録手段５にデータを書き込む機能を有している。この機能は図２においてはデータ受信手段４−１〜４−８および演算用記録手段５の各記憶要素Ａ−１，Ｂ−４〜Ｈ２１，ＬＬ−１−Ａ〜ＲＵ−１−Ｃを直線で繋ぐことによって示されている。
【００２０】
１１０万ｋＷ出力の沸騰水型原子炉の場合、原子炉内に設置される出力運転領域監視用の中性子検出器は１７２個あり、４個ずつ１本の集合体に組み込まれて原子炉内の４３箇所に設置されている。１本の検出器集合体をストリングスと呼んでいる。複数の信号変換手段２−１〜２−ｍに接続される中性子検出器１−１−１〜１−ｍ−ｎは、各信号変換手段２−１〜２−ｍが均等に炉心全体を網羅する様に分配されている。そのため、制御棒引抜き監視を行うためには特定の制御棒周辺に配置された中性子検出器の信号を集める必要があるので、全てのデータ受信手段４−１〜４−ｍから中性子検出器信号を１つずつ集めてくる必要がある。
【００２１】
これを実現するため、第１のデータ転送手段６は図３に示すように中性子検出器信号の読み出し元アドレスと書き込み先アドレスをアドレス記録手段１２に記録しておき、このアドレス情報に基づいて順次データの転送を実施する。
【００２２】
原子炉中心部に配置されている１つの中性子検出器は隣接する異なる４つの制御棒ブロックに対してそれぞれ左下、左上、右下、右上の位置となり得るため、１つの中性子検出器信号に対して４つの書き込み先アドレスを設定して、平均演算手段７−１〜７−ｋが平均演算に使用する最大８個の中性子検出器信号を読み込む際に８個のデータをまとめて１つのメモリブロックから読み出せるように演算用記録手段５に書き込む。
【００２３】
本実施の形態によれば、各制御棒ブロックの周辺に配置された中性子検出器信号の平均値を演算する際にそれぞれの平均演算で使用する中性子検出器信号を一括して読み出すことができる。
【００２４】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の制御棒引抜き監視装置は、演算用記録手段５が原子炉全体を内側に包含する碁盤の目格子の各格子点に対応するメモリアドレスを有して前記各格子点は中性子検出器位置に対応され、所定の制御棒に対して所定位置に位置する中性子検出器の信号のアドレスが特定され、他の位置の中性子検出器の信号のアドレスは前記所定位置の中性子検出器の信号のアドレスに一定値を加減算することによって特定されて、平均演算手段７−１〜７−kは前記各アドレスから中性子検出器信号を読み出して平均演算を行う構成である。
【００２５】
前記第２の実施の形態においては第１のデータ転送手段６は１つの中性子検出器信号を４回転送する必要があるが、図４に示すように原子炉全体を覆う正方形の格子の各格子点に中性子検出器ストリングス位置を対応させるようにして、実際にはストリングスが存在しない点にも仮想のストリングスがあるように扱うことによって、格子点に順番に番号を与えた場合に１つの制御棒ブロックを囲む４箇所のストリングスの番号の相対的な差を一定にすることができる。例えば、９行９列（９×９）の格子を設定して左上から右方向に順番に付番した場合、左上のストリングス番号をｎとすると、右上のストリングス番号はｎ＋１、左下はｎ＋９、右下はｎ＋１０の関係が炉心全体にわたって保たれる。
【００２６】
第１のデータ転送手段６が１つの中性子検出器信号を演算用記録手段５に書き込む際に、上記正方格子に合わせた１箇所のアドレスにデータを書き込んで置き、平均演算手段７−１〜７−ｋがそれぞれデータを読み出す際に該当する制御棒ブロックに対応する１つの（例えば左上）のアドレスを指定しておき、そのアドレスに対して＋１、＋９、＋１０したアドレスからも中性子検出器信号を読み込むことで平均演算に使用する全ての中性子検出器信号を獲得する。
【００２７】
本実施の形態によれば、中性子検出器信号をデータ受信手段４−１〜４−ｍから演算用記録手段５へデータ転送する時間を短縮して、複数の制御棒引抜き時の監視の同時性を高めることができる。
【００２８】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態の制御棒引抜き監視装置は、データ受信手段４−１〜４−mと演算用記録手段５と第1のデータ転送手段６は一体化されて第3のデータ転送手段を構成し、この第3のデータ転送手段は記録手段５がデータの書き込み側とデータの読み出し側で異なるアドレスを有し、読み出し側からは各制御棒ブロックに対してその周辺に配置された中性子検出器の信号を連続的に読み出せるようにアドレスが付与されている構成である。
【００２９】
本実施の形態は、図５に示すように、データ受信手段４−１〜４−ｍ、演算用記録手段５、データ転送手段６を一体化して、データ伝送手段３−１〜３−ｍからデータを受信するときのアドレスと平均演算手段７−１〜７−ｋがデータを読み出すときのアドレスが異なる構成とし、平均演算手段７−１〜７−ｋがデータを読み出すときは、それぞれの制御棒ブロックの周辺に配置されている中性子検出器の信号を前記第３の実施の形態で示した方法で読み出せるように個々の記録領域にアドレスを付与する。
【００３０】
本実施の形態によれば、中性子検出器信号をデータ受信手段４−１〜４−ｍから演算用記録手段５へデータ転送する時間を省略して、複数の制御棒引抜き時の監視の同時性をさらに高めることができる。
【００３１】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態の制御棒引抜き監視装置は、第1のデータ転送手段６を備えず、データ受信手段４−１〜４−ｍは中性子検出器の出力信号を受信した際に当該中性子検出器を中心としてこれを取り囲む４つの制御棒に対応する４つのアドレスを発生させて演算用記録手段５に中性子検出器の出力信号を書き込むようにした構成である。
【００３２】
本実施の形態は、データ受信手段４−１〜４−ｍがデータを受信する際に、自動的に４つのアドレスを発生させて演算用記録手段５にデータを書き込む。このとき前記第３の実施の形態において図４に示した格子空間において、中性子検出器ストリングスから見た左上、右上、左下、右下のそれぞれの制御棒ブロックに対応してアドレス間隔を左上に対してそれぞれ＋１、＋８、＋９とする。この場合データ受信手段４−１〜４−ｍを平均演算手段７−１〜７−ｋそれぞれの直接のデータ入力手段としてもよい。または、データ受信手段４−１〜４−ｍから演算用記録手段５にデータを転送する際に自動的にアドレスを発生させるようにし、演算用記録手段５を平均演算手段７−１〜７−ｋそれぞれの直接のデータ入力手段としてもよい。
【００３３】
本実施の形態によっても、中性子検出器信号をデータ受信手段４−１〜４−ｍから演算用記録手段５へデータ転送する時間を短縮して、複数の制御棒引抜き時の監視の同時性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施の形態の制御棒引抜き監視装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の制御棒引抜き監視装置において第１のデータ転送手段の機能を示すブロック図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の制御棒引抜き監視装置において中性子検出器信号の読み出し元アドレスと書き込み先アドレスの関係を示すブロック図。
【図４】本発明の第３の実施の形態の制御棒引抜き監視装置において原子炉の制御棒位置と中性子検出器ストリングス位置を示す配置図。
【図５】本発明の第４の実施の形態の制御棒引抜き監視装置においてデータ伝送手段からデータを受信するときのアドレスと平均演算手段がデータを読み出すときのアドレスが異なる構成とした演算用記録手段を示すブロック図。
【符号の説明】
【００３５】
１−１−ｍ〜１−ｎ−ｍ…中性子検出器、２−１〜２−ｍ…信号変換手段、３−１〜３−ｍ…データ伝送手段、４−１〜４−ｍ…データ受信手段、５…演算用記録手段、６…第１のデータ転送手段、７−１〜７−ｋ…平均演算手段、８−１〜８−ｉ…監視情報表示手段、９…御棒選択信号受信手段、１０…第２のデータ転送手段、１１…監視手段、１２…アドレス記録手段。
【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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