(57)【要約】【課題】原子炉の運転中に炉心全体の制御棒挿入を常時監視することができる制御棒動作監視方法および制御棒動作監視システムを提供する。【解決手段】沸騰水型原子炉の制御棒１２の異常な駆動を検出するシステムであって、圧力容器１０内に格子状に配置されたＬＰＲＭ集合体１に複数配置されたＬＰＲＭ検出器４からなる検出部と、検出部のＬＰＲＭ検出器４の信号値から評価値を算出し、軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したか否かを評価値が基準値を逸脱したか否かで判定する演算装置５と、を備え、１つのＬＰＲＭ集合体１には、高さが異なる位置に一つずつＬＰＲＭ検出器４が配置されており、１つのＬＰＲＭ集合体１に属する複数のＬＰＲＭ検出器４は、重複することなく異なるチャンネルに接続されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
沸騰水型原子炉の制御棒の異常な駆動を検出する制御棒動作監視システムであって、
炉心内に格子状に配置されたＬＰＲＭ集合体に複数配置されたＬＰＲＭ検出器からなる検出部と、
前記検出部の前記ＬＰＲＭ検出器の信号値から評価値を算出し、軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したか否かを前記評価値が基準値を逸脱したか否かで判定する演算装置と、を備え、
１つの前記ＬＰＲＭ集合体には、高さが異なる位置に一つずつ前記ＬＰＲＭ検出器が配置されており、
前記１つのＬＰＲＭ集合体に属する前記複数の前記ＬＰＲＭ検出器は、重複することなく異なるチャンネルに接続されている
ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
【請求項２】
請求項１に記載の制御棒動作監視システムにおいて、
前記１つの前記ＬＰＲＭ集合体に属する前記ＬＰＲＭ検出器は、重複せずに異なる電源区分に依存しており、ある一つの電源区分に依存する前記ＬＰＲＭ検出器のチャンネルが使用不能となっても他の電源区分に依存する前記チャンネルにより異常を検知する
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に記載の制御棒動作監視システムにおいて、
故障した前記ＬＰＲＭ検出器の検出値を使用しないバイパス機能を有している
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に記載の制御棒動作監視システムにおいて、
前記演算装置は、１つでも前記基準値を逸脱したチャンネルが存在したときには軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したと判定する
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に記載の制御棒動作監視システムにおいて、
前記演算装置は、前記基準値を逸脱したチャンネルが２以上の所定数以上存在するときに軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したと判定する
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に記載の制御棒動作監視システムにおいて、
前記演算装置は、同一のチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器のうち、軸方向上側の前記ＬＰＲＭ検出器の検出値に正の重みを、軸方向下側の前記ＬＰＲＭ検出器の検出値に負の重みをつけて前記評価値を算出する
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に記載の制御棒動作監視システムにおいて、
前記演算装置は、同一のチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器のうち、軸方向上側のＬＰＲＭ検出器の検出値に絶対値の大きい重みを、軸方向下側のＬＰＲＭ検出器の検出値に絶対値の小さい重みをつけて前記評価値を算出する
ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
【請求項８】
請求項１に記載の制御棒動作監視システムにおいて、
前記演算装置は、同一のチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器のうち、軸方向上側のＬＰＲＭ検出器の検出値と、軸方向下側のＬＰＲＭ検出器の検出値の比を演算する
ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
【請求項９】
請求項１に記載の制御棒動作監視システムにおいて、
前記演算装置は、同一のチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器の検出値の時間あたりの変化量を演算する
ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の制御棒動作監視システムにおいて、
前記演算装置は、同一のチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器の検出値の、基準値からの変化量の絶対値の和を取ることで前記評価値を演算する
ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の制御棒動作監視システムにおいて、
前記演算装置は、同一のチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器の検出値の、基準値からの変化量の２乗の和を取ることで前記評価値を演算する
ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
【請求項１２】
請求項１に記載の制御棒動作監視システムにおいて、
前記演算装置は、過去の運転データ、前記過去の運転データの解析結果から機械学習手法によって作成した演算規則を用いて前記評価値を演算する
ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
【請求項１３】
請求項１に記載の制御棒動作監視システムにおいて、
前記演算装置は、異常な歪みが発生したと判定されたときは、制御棒の駆動を停止する信号、原子炉をスクラムする信号、ＲＩＰトリップ信号、ＲＩＰランバック信号のうち少なくともいずれかの信号を発する
ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
【請求項１４】
沸騰水型原子炉の制御棒の異常な駆動を検出する制御棒動作監視方法であって、
炉心内に格子状に配置されたＬＰＲＭ集合体に複数配置され、１つの前記ＬＰＲＭ集合体には、高さが異なる位置に一つずつ前記ＬＰＲＭ検出器が配置されており、前記１つのＬＰＲＭ集合体に属する前記複数の前記ＬＰＲＭ検出器は、重複することなく異なるチャンネルに接続されており、
前記ＬＰＲＭ検出器によって前記炉心の出力を検出する検出工程と、
前記検出工程によって検出された前記ＬＰＲＭ検出器の信号値から評価値を算出し、軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したか否かを前記評価値が基準値を逸脱したか否かで判定する演算工程と、を有する
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、制御棒操作監視システムおよび制御棒動作監視方法に係り、特に、沸騰水型原子炉（以下、ＢＷＲ（Ｂｏｉｌｉｎｇ  Ｗａｔｅｒ  Ｒｅａｃｔｏｒ）と記載）に適用するのに好適な、制御棒挿入動作を監視する制御棒動作監視システムおよび制御棒動作監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、原子炉の炉心内に配設され各々４つの検出器を有し中性子束を監視する複数のＬＰＲＭのうち、複数のＬＰＲＭからの出力信号を取込み制御棒操作によって生ずる出力変動を監視し、燃料被覆管の損傷を未然に防止するために制御棒操作を監視制御する制御棒引抜監視装置において、同一の機能を持つ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ＬＰＲＭの出力信号と平均出力領域モニターの出力信号および再循環流量を取込み、制御棒引抜阻止を行うことが記載されている。
【０００３】
また、試験を行う際の安全性を高めることが可能となり、加えて使い勝手が改善された制御棒操作監視装置の一例として、特許文献２には、制御棒の選択情報および引抜または挿入の操作の組み合わせからなるシーケンスを予め入力するためのシーケンス入力部と、シーケンスに基づいて次の操作を表示する表示部と、任意の制御棒を選択するための選択入力部と、選択された制御棒に対して引抜または挿入を操作するための操作入力部と、シーケンスと異なる操作をした場合に制御棒の動作を阻止する操作監視部と、を備えた制御棒操作監視装置において、シーケンス入力部は、試験モードとして、引抜と挿入が混在したシーケンスを入力可能であることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
ＢＷＲでは、炉心出力を調節するために制御棒の操作が行われている。
【０００６】
また、ＢＷＲでは、炉心出力の計測のための検出器の一種として、局所出力領域モニター（ＬＰＲＭ：Ｌｏｃａｌ  Ｐｏｗｅｒ  Ｒａｎｇｅ  Ｍｏｎｉｔｏｒ）が設けられており、ＬＰＲＭによる出力監視結果を用いて制御棒の動作の監視が行われている。
【０００７】
ＢＷＲ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格子状に装荷されている。制御棒は駆動方向から見て十字型の形状をしており、炉心下方より上方に向けて挿入され、炉心上方より下方に向けて引き抜かれるように駆動する。
【０００８】
ここで、ＢＷＲでは、１本の制御棒に対して４つの燃料集合体が制御棒を取り囲むように配置されている。ＬＰＲＭを含む複数のＬＰＲＭ集合体は、隣接する制御棒の各々異なる４つの隣接した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。
【０００９】
ＬＰＲＭ集合体はチューブ状の形状をしており、各ＬＰＲＭ集合体には４つのＬＰＲＭが炉心軸方向の位置が異なる４つの位置（以下、それぞれ位置Ａ，位置Ｂ，位置Ｃおよび位置Ｄとする）に配置されている。位置Ａ，位置Ｂ，位置Ｃおよび位置Ｄのうち、位置Ａが炉心の軸方向において最も下方に位置し、位置Ｂ，位置Ｃおよび位置Ｄの順に上方に位置している。
【００１０】
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に、選択された制御棒の周囲に存在し、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集合体のうち位置Ａおよび位置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および位置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。
【００１１】
その上で、前者のチャンネル（位置Ａおよび位置Ｃ）で得られたＬＰＲＭ信号の平均値と後者のチャンネル（位置Ｂおよび位置Ｄ）で得られたＬＰＲＭ信号の平均値とのいずれかの値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。これにより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。
【００１２】
上記のような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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
ここで、原子炉においては、原子炉の運転停止中に、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実施される。
【００１６】
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１ノッチの制御棒引き抜き前に分散操作が行われる。
【００１７】
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、この投入された反応度価値を確認して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。
【００１８】
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。
【００１９】
原子炉の運転中における制御棒の挿入は炉心出力を減少させる。しかし、制御棒が挿入される場合でも、同時に複数の制御棒が挿入される場合には、炉心の軸方向における出力分布の歪みが発生し、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生じる可能性がある。
【００２０】
特許文献１の制御棒引抜監視装置において、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の出力信号の値に規格化される。
【００２１】
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。
【００２２】
しかしながら、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。
【００２３】
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および位置Ｃにおける各ＬＰＲＭ信号を平均化するとともに位置Ｂおよび位置Ｄにおける各ＬＰＲＭ信号を平均化した場合には、位置Ｃや位置Ｄの検出値は上昇するものの、位置Ａや位置Ｂでは検出値が減少する。このため、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より適切に行うことができる技術が望まれる。
【００２４】
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。ここで、機器の誤動作等によって運転員の操作によらずに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ず、より出力上昇を確実に監視することが可能な技術が望まれる。
【００２５】
そこで本発明の目的は、原子炉の運転中に炉心全体の制御棒挿入を常時監視することができる制御棒動作監視方法および制御棒動作監視システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、沸騰水型原子炉の制御棒の異常な駆動を検出する制御棒動作監視システムであって、炉心内に格子状に配置されたＬＰＲＭ集合体に複数配置されたＬＰＲＭ検出器からなる検出部と、前記検出部の前記ＬＰＲＭ検出器の信号値から評価値を算出し、軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したか否かを前記評価値が基準値を逸脱したか否かで判定する演算装置と、を備え、１つの前記ＬＰＲＭ集合体には、高さが異なる位置に一つずつ前記ＬＰＲＭ検出器が配置されており、前記１つのＬＰＲＭ集合体に属する前記複数の前記ＬＰＲＭ検出器は、重複することなく異なるチャンネルに接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、原子炉の運転中に炉心全体の制御棒挿入を常時監視することができる。このため、異常を検知した場合には、例えば、自動で起動する対策設備への信号を発信する他、運転員の対応を促す警報を発することができ、異常発生時の燃料棒への影響を低減することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ＬＰＲＭ集合体の炉心配置および、監視領域の概略を示す図である。
【図２】本発明の実施例の制御棒動作監視システムの概略体系を示す図である。
【図３】実施例の制御棒操作監視システムのＬＰＲＭ集合体の概略を示す図である。
【図４】実施例の制御棒操作監視システムのＬＰＲＭ集合体の概略を示す図である。
【図５】実施例の制御棒操作監視システムのＬＰＲＭ集合体の概略を示す図である。
【図６】実施例の制御棒操作監視システムのＬＰＲＭ集合体の概略を示す図である。
【図７】実施例の制御棒操作監視システムのＬＰＲＭ集合体の概略を示す図である。
【図８】実施例の制御棒操作監視システムのＬＰＲＭ集合体の概略を示す図である。
【図９】実施例の制御棒操作監視システムのＬＰＲＭ集合体の概略を示す図である。
【図１０】実施例の制御棒操作監視システムのＬＰＲＭ集合体の概略の他の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に本発明の制御棒動作監視システムおよび制御棒動作監視方法の実施例を、図１乃至図１０を用いて説明する。
【００３０】
図１は炉心内のＬＰＲＭ集合体および単位格子およびＬＰＲＭチャンネルの配置を表す平面図である。図２はＬＰＲＭ検出器のチャンネル分け方法と各ＬＰＲＭ検出器の信号値の演算方法の一例を表す概念図である。図３乃至図１０は、ＬＰＲＭ集合体の概略を示す図である。
【００３１】
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て、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
【００３２】
最初に、ＬＰＲＭ集合体の配置について図１および図２を用いて説明する。
【００３３】
図１および図２に示すように、原子炉の炉心には、圧力容器１０が設けられている。
【００３４】
単位格子２は、格子状に配置された燃料集合体４体と、その間隙の位置で挿入、引き出しされるように設置された制御棒１本からなる。
【００３５】
この圧力容器１０内には、図１に示すように、２０５個の単位格子２が配置されている。
【００３６】
この２０５個の単位格子２に対して、炉心の軸方向に配置された４個の局所出力領域モニター（以下、ＬＰＲＭ検出器という）４から構成された５２体のＬＰＲＭ集合体１が、格子状に配置された４体の単位格子２、あるいは略格子状に配置された３体もしくは２体の単位格子２の間隙に配置されている。
【００３７】
ＬＰＲＭ検出器４の各々は中性子検出器であり、炉心の軸方向に配置された複数個のＬＰＲＭ検出器４を含むＬＰＲＭ集合体１は中性子検出器集合体といえる。これらＬＰＲＭ検出器４によって検出工程が実行される。
【００３８】
図２に示すように、本実施例の制御棒操作監視システムでは、それぞれ異なる高さに配置された４つあるいは３つの近い位置にあるＬＰＲＭ集合体１の組み合わせ３に属するＬＰＲＭ検出器４ごとにチャンネル分けが行われている。その詳細は詳しくは後述する。
【００３９】
次いで、本発明の制御棒動作監視システムにおける、ＬＰＲＭ検出器のチャンネル分けの一例と、ＬＰＲＭ検出器の信号値から評価値を算出する演算処理の一例について図２を用いて説明する。
【００４０】
図２に示すように、沸騰水型原子炉の制御棒１２の異常な駆動を検出する制御棒動作監視システムは、ＬＰＲＭ集合体１に複数配置されたＬＰＲＭ検出器４からなる検出部、演算装置５、制御棒駆動装置４０、対策設備５０、記憶装置３０、および警報装置２０から構成される。
【００４１】
図２に示すように、それぞれの制御棒１２は制御棒駆動装置４０に連結されている。
【００４２】
制御棒駆動装置４０は、圧力容器１０の底部に取り付けられた制御棒駆動機構ハウジング（図示省略）内に設置され、制御棒１２の炉心への挿入操作及び制御棒１２の炉心からの引抜操作を行う。この制御棒駆動装置４０は、ＢＷＲであれば、通常運転時の制御棒１２の引抜き，挿入として水圧駆動が使われる。また、ＡＢＷＲ（改良型ＢＷＲ）であれば、スクラム動作は水圧駆動方式、通常の引抜き、挿入は電動駆動方式が使われる。
【００４３】
また、図２に示すように、圧力容器１０の下部には、冷却材（冷却水）を循環させるインターナルポンプ１４（原子炉内蔵型再循環ポンプ、Ｒｅａｃｔｏｒ  Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｐｕｍｐ：ＲＩＰ）が設置されている。
【００４４】
本実施例では、図２に示すように、インターナルポンプ１４には対策設備５０が接続されている。対策設備５０は、過負荷検出によりインターナルポンプ１４の回路を遮断するトリップ信号や、緊急時に負荷を高速減少させる制御としてインターナルポンプ１４のランバック信号の入力を演算装置５から受けたときに、インターナルポンプ１４の動作を停止したり、回路を遮断したりする等の制御を実行する。この対策設備５０は、トリップ信号やランバック信号の入力を受けると、自動で起動する。
【００４５】
図２に示すように、各ＬＰＲＭ集合体１内では、４個のＬＰＲＭ検出器４が炉心の下端から炉心の上端に向かって、高さが異なる位置Ａ，位置Ｂ，位置Ｃ及び位置Ｄのそれぞれの位置に一つずつ配置されている。
【００４６】
また、本発明では、図２に示すように、１つのＬＰＲＭ集合体１に属するＬＰＲＭ検出器４は、１つも重複せずに異なる電源区分に依存しており、各々のＬＰＲＭ集合体１では、それぞれが１つの電源区分に属している。
【００４７】
更に、一つのＬＰＲＭ集合体１内において、一つのチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器４が不調になっても、他のチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器４によって局所的な軸方向の出力分布の歪の観測を可能とするため、一つのチャンネルには、隣接する４つのＬＰＲＭ集合体１から１個ずつ、合計４つのＬＰＲＭ検出器４を属させている。
【００４８】
このような構成によって、ある一つの電源区分に依存するＬＰＲＭ検出器４やそのチャンネルが不調になっても、他の電源区分に依存するＬＰＲＭ検出器４やチャンネルによって局所的な軸方向の出力分布の歪の観測が継続可能となる。これによって異常を検知することが可能となり、多重性を持たせることができる。
【００４９】
図２乃至図５に示すように、ＬＰＲＭ集合体１Ａ内のＬＰＲＭ検出器４ＡＡ，４ＡＢ，４ＡＣ，４ＡＤは、いずれも異なるチャンネルに属しており、電源区分が異なっている。また、ＬＰＲＭ集合体１Ｂ内のＬＰＲＭ検出器４ＢＡ，４ＢＢ，４ＢＣ，４ＢＤや、ＬＰＲＭ集合体１Ｃ内のＬＰＲＭ検出器４ＣＡ，４ＣＢ，４ＣＣ，４ＣＤ、ＬＰＲＭ集合体１Ｄ内のＬＰＲＭ検出器４ＤＡ，４ＤＢ，４ＤＣ，４ＤＤについてもいずれも異なるチャンネルに属しており、電源区分が異なっている。
【００５０】
より具体的には、図２に示すように、あるチャンネルは、ＬＰＲＭ集合体１Ｄに属するＬＰＲＭ検出器４ＤＤと、ＬＰＲＭ集合体１Ｃに属するＬＰＲＭ検出器４ＣＣと、ＬＰＲＭ集合体１Ｂに属するＬＰＲＭ検出器４ＢＢと、ＬＰＲＭ集合体１Ａに属するＬＰＲＭ検出器４ＡＡとから構成される。
【００５１】
また、図３に示すように、図２に示すチャンネルとは異なるチャンネルは、ＬＰＲＭ集合体１Ａに属するＬＰＲＭ検出器４ＡＤと、ＬＰＲＭ集合体１Ｄに属するＬＰＲＭ検出器４ＤＣと、ＬＰＲＭ集合体１Ｃに属するＬＰＲＭ検出器４ＣＢと、ＬＰＲＭ集合体１Ｂに属するＬＰＲＭ検出器４ＢＡとから構成される。
【００５２】
更に、図４に示すように、図２や図３に示すチャンネルとは異なるチャンネルは、ＬＰＲＭ集合体１Ｂに属するＬＰＲＭ検出器４ＢＤと、ＬＰＲＭ集合体１Ａに属するＬＰＲＭ検出器４ＡＣと、ＬＰＲＭ集合体１Ｄに属するＬＰＲＭ検出器４ＤＢと、ＬＰＲＭ集合体１Ｃに属するＬＰＲＭ検出器４ＣＡとから構成される。
【００５３】
そして、図５に示すように、図２乃至図４に示すチャンネルとは異なるチャンネルは、ＬＰＲＭ集合体１Ｃに属するＬＰＲＭ検出器４ＣＤと、ＬＰＲＭ集合体１Ｂに属するＬＰＲＭ検出器４ＢＣと、ＬＰＲＭ集合体１Ａに属するＬＰＲＭ検出器４ＡＢと、ＬＰＲＭ集合体１Ｄに属するＬＰＲＭ検出器４ＤＡとから構成される。
【００５４】
これらの図２乃至図５に示すような４つのチャネルからなる集合体が、図１に示すＬＰＲＭ集合体の組み合わせ３に相当する。
【００５５】
また、図１に示すように、圧力容器１０の外周には３個のＬＰＲＭ集合体１で組み合わせ３が構成される箇所が合計で６箇所ある。
【００５６】
この６箇所についても、その他の箇所と同様に、例えば図６に示すように、あるチャンネルは、ＬＰＲＭ集合体１Ｄに属するＬＰＲＭ検出器４ＤＤと、ＬＰＲＭ集合体１Ｂに属するＬＰＲＭ検出器４ＢＢと、ＬＰＲＭ集合体１Ａに属するＬＰＲＭ検出器４ＡＡとから構成する。ＬＰＲＭ集合体１Ｃに相当する箇所では、仮想的にＬＰＲＭ検出器４ＣＣの位置に接続する。
【００５７】
また、図７に示すように、図６に示すチャンネルとは異なるチャンネルが、ＬＰＲＭ集合体１Ａに属するＬＰＲＭ検出器４ＡＤと、ＬＰＲＭ集合体１Ｄに属するＬＰＲＭ検出器４ＤＣと、ＬＰＲＭ集合体１Ｂに属するＬＰＲＭ検出器４ＢＡとから構成される。ＬＰＲＭ集合体１Ｃに相当する箇所では、仮想的にＬＰＲＭ検出器４ＣＢの位置に接続する。
【００５８】
更に、図８に示すように、図６や図７に示すチャンネルとは異なるチャンネルが、ＬＰＲＭ集合体１Ｂに属するＬＰＲＭ検出器４ＢＤと、ＬＰＲＭ集合体１Ａに属するＬＰＲＭ検出器４ＡＣと、ＬＰＲＭ集合体１Ｄに属するＬＰＲＭ検出器４ＤＢとから構成される。ＬＰＲＭ集合体１Ｃに相当する箇所では、仮想的にＬＰＲＭ検出器４ＣＡの位置に接続する。
【００５９】
そして、図９に示すように、図６乃至図８に示すチャンネルとは異なるチャンネルが、ＬＰＲＭ集合体１Ｂに属するＬＰＲＭ検出器４ＢＣと、ＬＰＲＭ集合体１Ａに属するＬＰＲＭ検出器４ＡＢと、ＬＰＲＭ集合体１Ｄに属するＬＰＲＭ検出器４ＤＡとから構成される。ＬＰＲＭ集合体１Ｃに相当する箇所では、仮想的にＬＰＲＭ検出器４ＣＤの位置に接続する。
【００６０】
なお、同じチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器４は、図２乃至図９に示すように螺旋状である場合に限られず、図１０に示すように、ＬＰＲＭ集合体１Ｄに属するＬＰＲＭ検出器４ＤＤと、ＬＰＲＭ集合体１Ｂに属するＬＰＲＭ検出器４ＢＣと、ＬＰＲＭ集合体１Ａに属するＬＰＲＭ検出器４ＡＢと、ＬＰＲＭ集合体１Ｃに属するＬＰＲＭ検出器４ＣＡとから構成される組と同様の構成の４つの組からなるものとすることができる。
【００６１】
図２に戻り、演算装置５は、各チャンネルに属するＬＰＲＭ検出器４の信号値ＸｗＡ，ＸｗＢ，ＸｗＣ，ＸｗＤから評価値を算出する。そして、軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したか否かを評価値が基準値を逸脱したか否かで判定する。この演算装置５は、ＣＰＵやメモリ、インターフェース等（いずれも図示省略）を備えており、演算工程を実行する。
【００６２】
演算装置５では、同一チャンネルに属する４つのＬＰＲＭ検出器４ＡＡ，４ＢＢ，４ＣＣ，４ＤＤの信号値ＸｗＡ，ＸｗＢ，ＸｗＣ，ＸｗＤは、制御棒１２挿入時や引き抜き時の軸方向の出力分布の歪を観測するために、それぞれ重みを掛け合わせたうえで加算される。
【００６３】
例えば、上述のように、制御棒１２が挿入される際、下部出力が減少し上部出力が上昇する。このため、演算装置５では、軸方向の出力分布の歪みをより明確に検知できるように、同一のチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器４のうち、軸方向上側のＬＰＲＭ検出器４ＣＣ，４ＤＤの検出値に正の重みを、軸方向下側のＬＰＲＭ検出器４ＡＡ，４ＢＢの検出値に負の重みを与えたうえで評価値を算出することができる。
【００６４】
また、演算装置５では、図２乃至図１０に示したような同一のチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器４のうち、軸方向上側のＬＰＲＭ検出器４ＣＣ，４ＤＤの検出値に絶対値の大きい重みを、軸方向下側のＬＰＲＭ検出器４ＡＡ，４ＢＢの検出値に絶対値の小さい重みをつけて評価値を算出することができる。
【００６５】
更には、演算装置５は、同一のチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器４の検出値の、基準値からの変化量の絶対値の和を取ることで評価値を演算することができる。
【００６６】
この他にも、演算装置５は、同一のチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器４の検出値の、基準値からの変化量の２乗の和を取ることで評価値を演算することができる。
【００６７】
また、同一チャンネル内の検出値を高さごとに重みづけして加算することに替わって、あるいは加えて、演算装置５は、同一のチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器４のうち、軸方向上側のＬＰＲＭ検出器４ＣＣ，４ＤＤの検出値と、軸方向下側のＬＰＲＭ検出器４ＡＡ，４ＢＢとの比の演算を行うことができる。例えば、最上段のＬＰＲＭ検出器４ＤＤと最下段のＬＰＲＭ検出器４ＡＡとの比を演算することができる。
【００６８】
また、演算装置５は、同一のチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器４の検出値の時間あたりの変化量を演算することや、検出値の時間当たりの変化量を重みづけしたのち加算する演算を行うことができる。
【００６９】
この演算装置５における演算処理は、公知の様々な演算規則を用いることができるが、過去の異なる原子炉での運転データや、その過去の運転データの解析結果から機械学習手法によって作成した演算規則を用いるものとすることができる。
【００７０】
そのために、演算装置５には記憶装置３０が接続されており、運転データ（ＬＰＲＭ検出器４の検出値と制御棒１２との関係等）が記録される。
【００７１】
本実施例の演算装置５は、複数のチャンネルのうち、１つでも演算結果が制限値を逸脱したチャンネルが存在すれば異常と判定し、各種信号が送られる処理を行うことができるが、これに限られず、基準値を逸脱したチャンネルが２以上の所定数以上存在するときに軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したと判定することができ、その設定は原子炉の特性などや求める仕様に応じて適宜設定することができる。
【００７２】
その他にも、例えば依存する電源区分の種類などの基準で、ＬＰＲＭ検出器４の所属するチャンネルをいくつかのチャンネルグループに分け、検出値の演算結果が基準値を逸脱したチャンネルを含むチャンネルグループの数が、あらかじめ決められた数以上となった場合に信号を送る異常判定を行うことができる。
【００７３】
また、演算装置５は、故障したＬＰＲＭ検出器４の検出値を使用しないバイパス機能を有している。この機能は、例えば、ある特定のＬＰＲＭ検出器４の検出値が同じチャンネル（異なるＬＰＲＭ集合体１）に属する他のＬＰＲＭ検出器４の検出値や、同じＬＰＲＭ集合体１（異なるチャンネル）に属するＬＰＲＭ検出器４の検出値に比べて一つだけ突出して異なるような場合に故障が発生しているとして、該当するＬＰＲＭ検出器４の検出値を使用しないものとする。なお、バイパス機能はこれに限られないことは言うまでもない。
【００７４】
これらの各種の演算によって求めた評価値から異常な歪みが発生したと判定されたときは、演算装置５は、対策設備５０や制御棒駆動装置４０、警報装置２０に対して信号を出力する。
【００７５】
例えば、演算装置５は、制御棒１２の駆動を停止する信号や、原子炉をスクラムするための制御棒１２の緊急挿入信号を制御棒駆動装置４０に対して出力する。これらの信号の入力を受けた制御棒駆動装置４０は、制御棒１２の駆動を停止させる、あるいはスクラム動作を実行する。
【００７６】
また、演算装置５は、過負荷検出によりインターナルポンプ１４の回路を遮断するトリップ信号や、緊急時に負荷を高速で減少させるインターナルポンプ１４のランバック信号を対策設備５０に対して出力する。これらの信号の入力を受けた対策設備５０は、インターナルポンプ１４をトリップあるいはランバックさせる制御を実行する。
【００７７】
更には、原子炉の中央制御装置（図示省略）内の警報装置２０に対して警報発砲信号を出力し、運転員に対して異常事態の発生を通知する。
【００７８】
次に、本実施例の効果について説明する。
【００７９】
上述した本発明の実施例の制御棒動作監視システムは、沸騰水型原子炉の制御棒１２の異常な駆動を検出するシステムであって、圧力容器１０内に格子状に配置されたＬＰＲＭ集合体１に複数配置されたＬＰＲＭ検出器４からなる検出部と、検出部のＬＰＲＭ検出器４の信号値から評価値を算出し、軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したか否かを評価値が基準値を逸脱したか否かで判定する演算装置５と、を備え、１つのＬＰＲＭ集合体１には、高さが異なる位置に一つずつＬＰＲＭ検出器４が配置されており、１つのＬＰＲＭ集合体１に属する複数のＬＰＲＭ検出器４は、重複することなく異なるチャンネルに接続されているものである。
【００８０】
これによって、原子炉の運転中に炉心全体の制御棒挿入を常時監視することができ、このため、異常を検知した場合には、自動で起動する対策設備への信号を発信する他、運転員の対応を促す警報を発することができ、異常発生時の燃料棒への影響を低減することができる。特に、原子炉の運転中において、制御棒の一斉挿入による軸方向出力分布の歪を常時監視することができ、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。
【００８１】
また、１つのＬＰＲＭ集合体１に属するＬＰＲＭ検出器４は、重複せずに異なる電源区分に依存していることによって、ある一つの電源区分に依存するチャンネルが使用不能となっても、ＬＰＲＭ集合体１内でも他の電源区分に依存するチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器４により出力の検出を続行できるため、異常を漏らさずに検知することができる。よってより確実に常時監視を実現することができる。
【００８２】
更に、故障したＬＰＲＭ検出器４の検出値を使用しないバイパス機能を有していることで、ＬＰＲＭ検出器４に故障が発生した際に、異常検出値を用いた判定が行われることを抑制することができ、出力分布の監視精度の更なる向上を図ることができる。
【００８３】
また、演算装置５は、１つでも基準値を逸脱したチャンネルが存在したときには軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したと判定することにより、出力上昇に対してより速やかに対処することができるようになり、異常な出力上昇をより確実に抑制することができる。
【００８４】
更に、演算装置５は、基準値を逸脱したチャンネルが２以上の所定数以上存在するときに軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したと判定することにより、問題の生じない突発的な出力上昇を異常な出力上昇と判断して不要な緊急対処処理が行われることを抑制することができ、安定した原子炉の運転が可能となる。
【００８５】
また、演算装置５は、同一のチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器４のうち、軸方向上側のＬＰＲＭ検出器４の検出値に正の重みを、軸方向下側のＬＰＲＭ検出器４の検出値に負の重みをつけて評価値を算出することで、制御棒１２の挿入によって演算結果の値が増大するため、制御棒１２の挿入による異常な軸方向出力分布の歪をより高精度に検出することができる。
【００８６】
更に、演算装置５は、同一のチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器４のうち、軸方向上側のＬＰＲＭ検出器４の検出値に絶対値の大きい重みを、軸方向下側のＬＰＲＭ検出器４の検出値に絶対値の小さい重みをつけて評価値を算出することや、同一のチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器４のうち、軸方向上側のＬＰＲＭ検出器４の検出値と、軸方向下側のＬＰＲＭ検出器４の検出値の比を演算すること、同一のチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器４の検出値の時間あたりの変化量を演算すること、同一のチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器４の検出値の、基準値からの変化量の絶対値の和を取ることで評価値を演算すること、同一のチャンネルに属するＬＰＲＭ検出器４の検出値の、基準値からの変化量の２乗の和を取ることで評価値を演算することによっても、制御棒１２の挿入による異常な軸方向出力分布の歪をより高精度に検出することができる。
【００８７】
また、演算装置５は、過去の運転データ、過去の運転データの解析結果から機械学習手法によって作成した演算規則を用いて評価値を演算することで、高い精度で評価値を演算することができ、監視精度の向上を図ることができる。
【００８８】
更に、演算装置５は、異常な歪みが発生したと判定されたときは、制御棒１２の駆動を停止する信号、原子炉をスクラムする信号、インターナルポンプ１４のトリップ信号、インターナルポンプ１４のランバック信号のうち少なくともいずれかの信号を発することにより、異常な出力上昇を抑制するための対処を速やかに実行することができ、燃料棒の破損をより確実に防止することができる。
【００８９】
＜その他＞  
なお、本発明は上記の実施例に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述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ない。
【符号の説明】
【００９０】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…ＬＰＲＭ集合体
２…単位格子
３…ＬＰＲＭ集合体の組み合わせ
４，４ＡＡ，４ＡＢ，４ＡＣ，４ＡＤ，４ＢＡ，４ＢＢ，４ＢＣ，４ＢＤ，４ＣＡ，４ＣＢ，４ＣＣ，４ＣＤ，４ＤＡ，４ＤＢ，４ＤＣ，４ＤＤ…ＬＰＲＭ検出器
５…演算装置
１０…圧力容器
１２…制御棒
１４…インターナルポンプ
２０…警報装置
３０…記憶装置
４０…制御棒駆動装置
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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