(57)【要約】  本発明は、プラント事故時において機器が故障してもこれに影響を受けることなくセンサの健全性を判定できるプラント事故時運転支援システム（２０）を提供することを目的とする。  プラント事故時運転支援システム（２０）は、プラントの状態を同定する事象同定装置（４）、少なくとも事象同定結果をプラント挙動解析の初期条件として事象発生後のプロセス状態の進展を予測するプラント挙動解析装置（３）、該プラント挙動解析装置の出力であるプロセス状態の進展を予測した結果とセンサ信号とを比較してセンサの健全性を判定するセンサ健全性判定装置（８）を備える。
2015037066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントの状態を同定する事象同定装置、少なくとも事象同定結果をプラント挙動解析の初期条件として事象発生後のプロセス状態の進展を予測するプラント挙動解析装置、該プラント挙動解析装置の出力であるプロセス状態の進展を予測した結果とセンサ信号とを比較してセンサの健全性を判定するセンサ健全性判定装置を備えることを特徴とするプラント事故時運転支援システム。
【請求項２】
プラントの状態を同定する事象同定装置、少なくとも事象同定結果をプラント挙動解析の初期条件として事象発生後のプロセス状態の進展を予測するプラント挙動解析装置、該プラント挙動解析装置の出力であるプロセス状態の進展を予測した結果とセンサ信号の時刻を同期させて比較してセンサの健全性を判定するセンサ健全性判定装置を備えることを特徴とするプラント事故時運転支援システム。
【請求項３】
センサ信号、機器状態信号、警報信号と事象データベースのデータとの類似度を求めて発生事象を同定する事象同定装置、少なくとも事象同定結果をプラント挙動解析の初期条件として事象発生後の時間経過と共に変化するプラントのプロセス状態を予測するプラント挙動解析装置、事象発生後のプロセス状態を予測した結果とセンサ信号の時刻を同期させて比較して類似度を評価してセンサの健全性を判定するセンサ健全性判定装置を備えることを特徴とするプラント事故時運転支援システム。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の前記事象同定装置は、少なくとも機器状態信号、警報信号を用いてプラント状態を同定することを特徴とするプラント事故時運転支援システム。
【請求項５】
請求項１から３に記載の前記プラント挙動解析装置は、安全系の機器の自動起動条件を具備し、プロセス状態を示すセンサ信号が該自動起動条件を超えた場合に少なくとも安全系の機器モデルを起動してプラント挙動を解析する機能を備えることを特徴とするプラント事故時運転支援システム。
【請求項６】
プラントの状態を同定し、少なくとも事象同定結果をプラント挙動解析の初期条件として事象発生後のプロセス状態の進展を予測し、該プラント挙動解析装置の出力であるプロセス状態の進展を予測することを特徴とするプラント事故時運転支援方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラント事故時のセンサを含むプラント状態を同定することで事故時のプラントの運転を支援するプラント事故時運転支援システム及びプラント事故時運転支援方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラント、火力発電プラント、化学プラントを始めとする各種のプラントにおいて、異常や事故が発生した場合には、運転員はプラントの状態を迅速に把握して適切な対応操作を取る必要がある。異常や事故が発生した場合の運転員の支援として、〔特許文献１〕には、センサを含む各種計器の健全性を自動的に診断できるプラント運転支援装置が示されている。具体的には、まずプラント構成機器の静特性を定量的に模擬した機器モデルを特性記憶部に記憶し、状態推定部で観測信号と機器モデルを入力して、機器モデルを用いて観測信号からプロセス状態を推定する。最後にファジー推論で状態推定部の結果を利用してセンサの健全性を評価するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１８１２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、複数の機器モデル式を備え、センサ信号である観測信号を機器モデル式に入力し、機器モデル式の入出力特性に対応した出力信号を出力し、機器モデル式の出力信号に対応する観測信号（センサ信号）とこれら複数の機器モデルの出力信号のうちいずれか一つが観測信号と一致すると、観測信号は正常と判定するようになっている。プラント異常時には配管も含め機器が故障することが多い。故障状態を反映した機器モデル式が具備されていないため、機器故障状態において、あらかじめ用意してある機器モデル式を利用して観測信号（センサ信号）から機器モデル式の出力信号を算出しても、この結果は対応する機器の出力側の観測信号と一致することはない。この結果、センサの出力信号である観測信号が異常、つまりセンサを異常と判定してしまう問題がある。仮にセンサが冗長化されていても、機器の振る舞いがこれら冗長化センサに対して共通的に影響を与える場合には、冗長化センサの振る舞いが同じになるために、機器に故障が発生した場合でも前述と同様に冗長化センサの出力信号（観測信号）を異常と判定してしまう問題がある。【０００５】
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、その発明の目的は、プラント事故時において機器が故障してもこれに影響を受けることなくセンサの健全性を判定できるプラント事故時運転支援システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、プラントの状態を同定する事象同定装置、少なくとも事象同定結果をプラント挙動解析の初期条件として事象発生後のプロセス状態の進展を予測するプラント挙動解析装置、該プラント挙動解析装置の出力であるプロセス状態の進展を予測した結果とセンサ信号とを比較してセンサの健全性を判定するセンサ健全性判定装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、プラント事故時において機器が故障してもこれに影響を受けることなくセンサの健全性を判定できるプラント事故時運転支援システムを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第一の実施形態であるプラント事故時運転支援システムの一構成図である。
【図２】事象同定の説明図である。
【図３】プラント挙動解析モデルの説明図である。
【図４】圧力センサ異常判定を説明するための図である。
【図５】配管破断判定を説明するための図である。
【図６】本発明の第二の実施形態であるプラント事故時運転支援システムの一構成図である。
【図７】センサ信号とプロセス状態予測結果の時間の同期が取れていない状態を示す図である。
【図８】センサ信号とプロセス状態予測結果の時間同期を図った図である。
【図９】プラント挙動解析装置３、事象同定装置４、4a、センサ健全性判定装置８、8aの出力結果の一例である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、各実施例について説明する。
【実施例１】
【００１０】
以下に、図面を参照して本実施例を詳細に説明する。図１は第一の実施形態であるプラント事故時運転支援システムの一構成図であるが、原子力プラントを代表として以下説明する。【００１１】
センサ信号１aは、プラントの温度、圧力、水位、流量などのプロセス信号であり、1bは機器状態信号、警報信号である。これらの信号は、図示していないが、警報処理システム、制御装置、プロセス計算機によって生成される。なお、機器状態信号はプラントの機器であるポンプ、弁などの起動/停止、開/閉等の状態信号である。センサ信号１aは、異常センサ信号除去装置２に取り込まれ、異常な信号が出力されているセンサ信号は除去され、正常なセンサ信号1aaがプラント挙動解析装置３及び事象同定装置４に取り込まれる。冗長化されているセンサについては、その出力信号の多数決判定により異常値を出力しているセンサの信号が異常センサ信号除去装置２で除外される。２０はプラント事故時運転支援システムである。【００１２】
事象同定装置４は、例えば図２に示すように、各事故事象と機器信号とを対応づけた表を用意しておき、機器信号の条件がすべて成立する時に事故事象が発生していると判定する。なお、図２における各条件はすべて警報を示している。この例では、警報「流量Ａ低下」が発報し、かつ、警報「圧力Ａ低下」が発報し、かつ、警報「放射能高」が発報し、かつ警報「周囲温度高」 が発報すれば、事故事象「主蒸気管Ａ破断」が発生していると判断する。事象同定装置４の出力信号である事象同定結果はプラント挙動解析装置３に出力される。【００１３】
プラント挙動解析装置３は、入力される事象同定結果をプラント挙動解析の初期条件として設定し、その時点のプラント状態を示すセンサ信号1aa、機器状態信号、警報信号1bを入力して、事象同定装置４で発生事象(事故事象)を同定した以降のプラントの挙動を解析し、プロセス状態の進展の予測が可能となる。【００１４】
プラント挙動を解析するためのモデルは、例えば、図３に示すように、炉心解析モデル(核動特性モデル、燃料挙動解析モデル、熱水力モデル)、タービン・復水系モデル、給水系モデル、安全系モデル(高圧炉心冷却系モデル、低圧注水系モデル、隔離時冷却系モデル、残留熱除去系モデル、自動減圧系モデル)、計測系モデル等で構成される。特に安全系モデルは、安全系の機器の自動起動条件を具備し、プロセス状態を示すセンサ信号が該自動起動条件を超えた場合に少なくとも安全系の機器モデルを起動してプラント挙動を解析する。この結果、事故時の安全系の動作を含めて、プロセス状態の進展の予測が可能となる。この結果をプラント運転員、プラント管理者に提供することにより、プラント挙動解析装置３の出力として事象進展予測結果(プロセス状態の進展予測結果)５が得られる。事象進展予測結果５はセンサ健全性判定装置８の比較装置６に出力される。【００１５】
プラント挙動解析装置３は、実時間より高速でプラント挙動を解析することにより、上記の発生事象(事故事象)以降のプロセス状態の進展予測を短時間で実行することが可能となる。この進展予測結果をプラント運転員、プラント管理者に提供することにより、このままではプラントがどのようになっていくが分かるために、異常状態が進展しないうちに対策案を検討し、対応操作を実施することが可能になり、プラントの安全性向上を図ることが可能になる。【００１６】
センサ健全性判定装置８の比較装置６にて、事象進展予測結果(プロセス状態の進展予測結果)５とプラント状態を示すセンサ信号1aaを比較する。健全性判定装置７は比較結果が許容誤差範囲内で一致していれば当該センサは健全と判断し、許容誤差範囲を逸脱している場合には異常と判定し、判定結果を出力する。【００１７】
センサ健全性の判定例を、図４及び図５に示す。図４は圧力センサ異常の例である。時刻t1で、ある機器の動作があり、それに伴って流量が低下する事象である。実線はセンサ信号であり、破線が事象進展予測結果(プロセス状態の進展予測結果)である。事象同定装置４により機器動作が同定され、この結果がプラント挙動解析装置３の初期条件として設定されて、その後の事象進展を予測すると、圧力の解析結果(プロセス状態の進展予測結果)は破線で示すようになり、圧力変化がない。これに対して圧力センサ信号は時刻t1以降から低下している。両者の偏差は時間経過と共に大きくなり、許容誤差範囲を逸脱した時点でセンサ異常と判定される。一方、流量については、流量センサ信号と流量の解析結果(プロセス状態の進展予測結果)が共に同様に変化しており、両者の比較結果が許容誤差範囲内となり、流量センサは正常と判定される。つまり、この例では圧力センサ異常という結果が出力されることになる。【００１８】
図５は時刻t1で配管破断が発生した例である。配管破断は、前述の主蒸気管A破断と同様に事象同定装置４により同定される。この結果がプラント挙動解析装置３の初期条件として設定されて、プラント挙動解析装置３でその後の事象進展を予測すると、圧力の解析結果(プロセス状態の進展予測結果)は破線で示すように時刻t1から圧力が低下する。圧力センサ信号も時刻t1以降から低下しており、比較装置６での両者の比較結果は許容誤差範囲内となり、流量センサは正常と判定される。流量についても、流量センサ信号と流量の解析結果(プロセス状態の進展予測結果)が共に同様に変化しており、両者の比較結果が許容誤差範囲内となり、流量センサも正常と判定される。つまり、この例では圧力センサ及び流量センサとも正常であるが、流量及び圧力が時刻t1以降低下するということが提示されることになる。これは配管破断という事象発生に起因したということがわかるようになる。【００１９】
なお、センサ健全性判定装置８からの判定結果は異常センサ信号除去装置２に出力され、異常と判定されたセンサに対してはそのセンサ信号が異常センサ信号除去装置２で除外され、健全なセンサ信号1aaが異常センサ信号除去装置２から出力されることになる。つまり、異常なセンサ信号が含まれた状態でプラント挙動を実施することはないという効果が得られる。【００２０】
本実施例では、少なくとも事象同定結果をプラント挙動解析の初期条件として事象発生後のプロセス状態の進展を予測し、この予測結果とセンサ信号とを比較してセンサの健全性を判定することするできるために、機器故障などの事故発生状態を反映したプラント状態に基づいてセンサの健全性が判定できる効果がある。【００２１】
また、本実施例では、少なくとも機器状態信号、警報信号を用いてロジックでプラント状態を同定するために、事象同定に曖昧さが入ることがなく、結果としてセンサ健全性の判定確度が向上する。【００２２】
さらに、本実施例では、プラント挙動解析装置が、安全系の自動起動条件を具備し、プロセス状態を示すセンサ信号が該自動起動条件を超えた場合に少なくとも安全系モデルを起動してプラント挙動を解析するために、事故時に動作する安全系の動作状況を反映したプロセス状態を予測でき、センサ健全性の判定確度がより一層向上する。
【実施例２】
【００２３】
第二の実施形態であるプラント事故時運転支援システムの一構成例を図６に示す。図１と異なる部分は事象同定装置４aとセンサ健全性判定装置８aの構成であり、その他は同一である。【００２４】
１０は複数のプロセス(センサ信号に対応)の変化パターンとプラント内で発生する事象が対応付けられた大量の事象データベースである。この大量の事象データベースは、例えば事前にプラントシミュレータを利用して膨大な異常や機器動作を発生させて作成する。事象同定装置４aはセンサ信号1aa、機器状態信号、警報信号1bを入力すると、これら信号と事象データベース１０のデータとの類似度を求めて発生事象を同定する。この結果はプラント挙動解析の初期条件として出力される。このようにあらかじめ膨大な事象データベースを構築することにより、例えば複合事象が発生しても的確に事象を同定することが可能になり、これに基づくプラントの進展予測が可能になる。なお、類似度計算は例えば、ＤＰマッチング（動的計画法）が利用可能であり、複数のプロセス信号について、各々のセンサ信号と解析結果(プロセス状態の進展予測結果)間の距離（両信号のずれ）を計算し、これらの距離計算の合計が最も低かったケースを発生事象として同定する。【００２５】
センサ健全性判定装置８aは時刻同期設定部１１、比較範囲設定部１２、波形類似度計算部１３、健全性判定装置７aで構成している。時刻同期設定部１１及び比較範囲設定部１２は、プラント挙動解析装置３からの出力信号である事象進展予測結果とセンサ信号の時刻を同期させて比較させるようにするためのものである。プラント挙動解析装置３が実時間と同じ速度で演算を実行する保証はない。センサ信号の時間と事象進展予測結果の時間経過が異なる場合、事象同定結果が出力され、プラント挙動解析装置３による事象進展予測を開始した時間に同期を設定し、図７のように時間的に異なっている両信号を図８のように両信号のスタート時刻を合わせ、かつ比較範囲設定部１２で両信号の比較範囲を設定する。センサの健全性は両信号が一致しているか否かを波形類似度計算部１３で類似度を判定する。類似度が許容誤差範囲以内であればセンサは健全であり、許容誤差範囲を逸脱していればセンサ異常と判定する。【００２６】
このように、図１のプラント事故時運転支援システム２０において、プラント挙動解析装置３が実時間と同じ速度で演算を実行する保証はなく、センサ信号の時間と事象進展予測結果の時間経過が異なる場合には、上記のように、プラント挙動解析装置３からの出力信号である事象進展予測結果とセンサ信号の比較において、両信号の時刻を同期させて比較することになる。【００２７】
本実施例では、少なくとも事象同定結果をプラント挙動解析の初期条件として事象発生後のプロセス状態の進展を予測し、この予測結果とセンサ信号の時刻を同期させて比較してセンサの健全性を判定することができるために、実時間より早い時間で事象発生後のプロセス状態の進展を予測した結果とセンサ信号の比較が可能となり、複数の事象同定結果に対してのセンサ健全性判定が可能なる。【００２８】
また、センサ信号、機器状態信号、警報信号と事象データベースとの類似度を求めて発生事象を同定し、少なくともこの事象同定結果をプラント挙動解析の初期条件として事象発生後の時間経過と共に変化するプラントのプロセス状態を予測するため、複数の事象候補から実際に発生している事象を同定することが可能になり、かつ、この予測した結果とセンサ信号の時刻を同期させて比較して類似度を評価してセンサの健全性を判定するために、センサの健全性の判定確度を一層高めることが可能なる。【００２９】
さらに、図１及び図６のプラント事故時運転支援システム２０は、プラント挙動解析装置３、事象同定装置４、4a、センサ健全性判定装置８、8aの出力結果を表示装置等に表示する。出力画面の例を図９に示す。画面には発生した事故事象、各センサの健全性判定結果、プロセス進展予測結果を表示する。また、プラント事故時運転支援システム２０は、中央制御室に設置され、中央制御盤や大型表示盤上の画面に上記結果を表示させて、プラントの事故の状態を運転員の共有情報として提供してもよい。【００３０】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記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るものではない。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。【００３１】
本発明によれば、プラント事故時において機器が故障してもこれに影響を受けることなくセンサの健全性を判定することが可能であり、その工業的価値は極めて高い。
【符号の説明】
【００３２】
１a  センサ信号
１b  機器状態信号、警報信号
３  プラント挙動解析装置
４、４a  事象同定装置
８、８a  センサ健全判定装置 
２０  プラント事故時運転支援システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2015037066.tif 000006
【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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【手続補正書】
【提出日】平成28年10月21日(2016.10.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ信号、機器状態信号、警報信号が入力され、前記機器状態信号の条件がすべて成立した時に事故事象が発生していると判定する事象同定装置、少なくとも事象同定結果をプラント挙動解析の初期条件として事象発生後の時間経過と共に変化するプラントのプロセス状態を予測するプラント挙動解析装置、事象発生後のプロセス状態を予測した結果とセンサ信号の時刻を同期させて比較して類似度を評価してセンサの健全性を判定するセンサ健全性判定装置を備えることを特徴とするプラント事故時運転支援システム。
【請求項２】
請求項１記載の前記プラント挙動解析装置は、安全系の機器の自動起動条件を具備し、プロセス状態を示すセンサ信号が該自動起動条件を超えた場合に少なくとも安全系の機器モデルを起動してプラント挙動を解析する機能を備えることを特徴とするプラント事故時運転支援システム。
【国際調査報告】
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