(57)【要約】【課題】炉心監視の精度と高速性の両立を図り、炉心監視機能のトレーサビリティを提供することのできる原子炉の炉心監視装置を得ることである。【解決手段】ヒートバランス演算手段１６は超音波流量計１２からの給水流量信号及びプラントデータ入力装置１１からのプラントデータに基づいて原子炉熱出力を算出し、炉心流量演算手段１９はヒートバランス演算手段１６で演算された原子炉熱出力に基づいて炉心流量を算出する。また、出力分布演算手段２０はヒートバランス演算手段１６で演算された原子炉熱出力及び炉心流量演算手段１９で演算された炉心流量に基づいて原子炉熱出力分布を演算する。そして、ヒートバランス演算手段１６、炉心流量演算手段１９及び出力分布演算手段２０を一つのコンポーネント機器として集約する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波流量計からの給水流量信号及びプラントデータ入力装置からのプラントデータに基づいて原子炉熱出力を算出するヒートバランス演算手段と、前記ヒートバランス演算手段で演算された原子炉熱出力に基づいて炉心流量を算出する炉心流量演算手段と、前記ヒートバランス演算手段で演算された原子炉熱出力及び前記炉心流量演算手段で演算された炉心流量に基づいて原子炉熱出力分布を演算する出力分布演算手段とを備えたことを特徴とする原子炉の炉心監視装置。
【請求項２】
前記ヒートバランス演算手段と前記炉心流量演算手段と前記出力分布演算手段とを一つのコンポーネント機器として集約したことを特徴とする請求項１記載の原子炉の炉心監視装置。
【請求項３】
前記出力分布演算手段は、前記ヒートバランス演算手段により求められた原子炉熱出力を各炉内中性子束検出器の測定値に応じて分配することで原子炉出力分布を求めることを特徴とする請求項１または２記載の原子炉の炉心監視装置。
【請求項４】
前記出力分布演算手段は、原子炉内の局所出力分布を測定する固定式炉内計装システムであるガンマサーモメータからの検出信号に基づいて原子炉熱出力分布を演算することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の原子炉の炉心監視装置。
【請求項５】
前記ガンマサーモメータの検出信号に基づいて炉内中性子束検出器の検出信号を随時自動校正することを特徴とする請求項４記載の原子炉の炉心監視装置。
【請求項６】
前記ヒートバランス演算手段で演算された原子炉熱出力、前記炉心流量演算手段で演算された炉心流量、前記出力分布演算手段で演算された原子炉熱出力分布、限界出力比、線出力密度のうち、少なくともいずれか一を出力することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一記載の原子炉の炉心監視装置。
【請求項７】
前記ヒートバランス演算手段で演算された原子炉熱出力、前記炉心流量演算手段で演算された炉心流量、前記出力分布演算手段で演算された原子炉熱出力分布、限界出力比、線出力密度を、予め定めた可変の制限値と比較し、これらが制限値を逸脱した場合に警報を発することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一記載の原子炉の炉心監視装置。
【請求項８】
前記プラントデータ入力装置からの制御棒位置情報と予め設定された制御棒引抜手順とを比較し、制御棒引抜手順を監視することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一記載の原子炉の炉心監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電プラントの原子炉の熱出力や出力分布等の監視を行う原子炉の炉心監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントにおいて、原子炉の炉心監視に関わる各種の演算(出力分布演算、ヒートバランス演算、炉心流量演算など)は、専用の計算機もしくは専用の演算機能を用いて行われている。ヒートバランス演算及び炉心流量演算はプロセス計算機の炉心監視機能で行われ、出力分布演算はプロセス計算機の炉心性能計算機能の炉心三次元モデル計算により実施されている。
【０００３】
このような原子炉の炉心監視装置において、ヒートバランス演算及び炉心流量演算は、互いの計算結果をそれぞれの計算に用いる関係であり、相互にデータ授受が行われ、また、出力分布演算とも密接に関連しており、各演算に対してデータ伝送設定が必要となっている。
【０００４】
炉心監視において特に重要となる出力分布演算は、精度を重視した炉心三次元モデル計算により精度よく演算を実行できるが、演算速度が速くないため、出力分布演算による炉心の連続的な監視は行えていない。そのため、炉心の連続的な監視は、炉内中性子束検出器の検出信号や制御棒信号を用いた簡易的な計算による結果を、炉心三次元モデル計算の結果で随時校正を行い、熱的状態値を算出する炉心熱的制限値監視装置により行われている(例えば、特許文献１参照)。
【特許文献１】特開２００２−４８８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このような原子炉の炉心監視装置においては、炉心監視の速度、つまり監視の連続性に関して、炉心監視で特に重要となる出力分布演算において、炉心三次元モデル計算を行っており、これには収束演算が必要となるため高速な演算が行えず計算の周期が数十秒程度となる。また、連続監視要求がある場合には、炉内中性子束検出器の検出信号と制御棒信号とを用いた簡易計算を行う炉心熱的制限値監視装置によって、炉心の熱的状態値の連続監視(計算周期２００ｍ秒程度)が行われているが、簡易的な計算であるため制御棒状態によって計算精度が悪くなることが認識されている。
【０００６】
つまり、炉心三次元モデル計算では精度がよいが速度は遅く、炉心熱的制限値監視装置ではその逆となっており、原子炉炉心監視において、連続的な監視を精度よく実施するには、出力分布という同一パラメータを算出するために異なるシステムが必要であり効率的な構成とは言い難い。
【０００７】
また、上述したように、炉心監視という一つの目的のために、プロセス計算機の炉心監視機能、炉心性能計算機能及び炉心熱的制限値監視装置において別々に演算を行っているため、他の計算機によって演算された結果を別の計算機への入力として用いるなど、データの授受が必要となり、ネットワークの伝送設定が必要となっている。また、これらの各演算において、必要となるプラントデータなどの入力点のうち、いくつかのパラメータは、各計算機(もしくは機能)に重複して入力されており伝送設定がさらに煩雑となる。
【０００８】
一方で、炉心監視機能の一部であるヒートバランス演算や炉心流量演算、出力分布演算は、プロセス計算機の一機能として、プラント自動化機能や、プラント監視機能などとも関連しており、他の機能の故障が、炉心監視機能に影響を及ぼす危険性を有している。
【０００９】
さらに、このような構成は、構成そのものが煩雑となるだけでなく、炉心監視機能の演算出力結果を検証する場合など、複数の計算機に渡って演算結果を遡る必要があるため、検証が容易ではない。このことは、トレーサビリティの証明となる図書化という観点において明らかである。特に、各計算機における演算結果のトレーサビリティを求められた際に、各計算機もしくは機能の試験結果を組み合わせて提示する以外には対応困難という課題がある。
【００１０】
事業者検査の厳格化、将来のプラント出力増強等を考慮すると、プラント運転の健全性証明を確保し、継続的に維持していくという観点において、最も重要となる炉心監視の演算結果に関する時間証明性や入力と出力結果の関係などのトレーサビリティは、各演算単独の妥当性を示すだけでなく、炉心監視機能全体の妥当性を示すために、その重要性が増しつつある。
【００１１】
本発明の目的は、炉心監視の精度と高速性の両立を図ることのできる原子炉の炉心監視装置を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の原子炉の炉心監視装置は、超音波流量計からの給水流量信号及びプラントデータ入力装置からのプラントデータに基づいて原子炉熱出力を算出するヒートバランス演算手段と、前記ヒートバランス演算手段で演算された原子炉熱出力に基づいて炉心流量を算出する炉心流量演算手段と、前記ヒートバランス演算手段で演算された原子炉熱出力及び前記炉心流量演算手段で演算された炉心流量に基づいて原子炉熱出力分布を演算する出力分布演算手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、炉心三次元モデル計算を行うことなく、直接的に原子炉熱出力、原子炉熱出力分布、炉心流量、限界出力比、線出力密度などの炉心特性値を高速かつ高精度に算出・監視できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる原子炉の炉心監視装置のブロック構成図である。原子力発電プラントの各種プロセス量はプラントデータ入力装置１１を介して入力され、また、原子力発電プラントの給水流量は超音波流量計１２で検出され、直接的に炉心監視装置１３の入力手段１４に入力される。入力手段１４を介して入力された給水流量信号を含むプロセス信号はデータ記憶部１５に時系列的に記憶される。
【００１５】
ヒートバランス演算手段１６は、原子炉への熱の出入りから原子炉熱出力を演算するものである。すなわち、超音波流量計１２からの給水流量信号及びプラントデータ検出器１１からのプラントデータに基づいて原子炉熱出力を算出し、出力手段１７を介して表示装置１８に表示出力するとともにデータ記憶部１５に記憶する。
【００１６】
炉心流量演算手段１９は、原子炉再循環ポンプ差圧を主とした関連パラメータから炉心流量を演算するものである。すなわち、ヒートバランス演算手段１６で演算された原子炉熱出力に基づいて炉心流量を算出し、出力手段１７を介して表示装置１８に表示出力するとともにデータ記憶部１５に記憶する。
【００１７】
また、出力分布演算手段２０は、ヒートバランス演算手段１６で求められた原子炉熱出力と、炉心流量演算手段１９で求められた炉心流量、及びその他のプラントデータを基に、原子炉内の出力分布、限界出力比、線出力密度を求めるものである。すなわち、ヒートバランス演算手段１６で演算された原子炉熱出力及び炉心流量演算手段１９で演算された炉心流量に基づいて、炉心三次元モデル計算でなく直接的に原子炉熱出力分布を演算するとともに、限界出力比や線出力密度も演算し、これらを出力手段１７を介して表示装置１８に表示出力するとともにデータ記憶部１５に記憶する。このように、ヒートバランス演算手段１６、炉心流量演算手段１９及び出力分布演算手段２０は、炉心監視装置１３内に統合されている。
【００１８】
このような炉心監視装置１３において、統合されたヒートバランス演算手段１６、炉心流量演算手段１９及び出力分布演算手段２０の演算結果を出力手段１７を介して表示装置１８に出力しており、原子炉熱出力、炉心流量、出力分布、限界出力比、線出力密度などの炉心の特性値をそれぞれ監視する。炉心特性値としては、ボイド率などのその他のパラメータも含む。なお、炉心監視装置１３の出力としては、これらのいずれのパラメータの組合せも可能とし、必ずしも全てを出力する必要はない。
【００１９】
すなわち、ヒートバランス演算手段１６で演算された原子炉熱出力、炉心流量演算手段１９で演算された炉心流量、出力分布演算手段２０で演算された原子炉熱出力分布、限界出力比、線出力密度のうち、少なくともいずれか一を出力する。例えば、原子炉熱出力分布のみ、原子炉熱出力のみ、炉心流量のみ、限界出力比のみ、線出力密度のみを出力するようにしてもよい。また、原子炉熱出力分布、原子炉熱出力、炉心流量、限界出力比、線出力密度のいずれの組合せにおいても、自由に組み合わせて出力するようにしてもよい。
【００２０】
炉心監視装置１３で行われるヒートバランス演算手段１６、炉心流量演算手段１９、出力分布演算手段２０に必要なプラントデータは、プラント内の各制御装置からの伝送によってプラントデータ入力装置１１を介して入力手段１４に入力され、データ記憶部１５に記憶されて提供される。プラントデータ入力装置１１を介して得られるプラントデータとして、プラントデータ検出器で検出された原子炉再循環ポンプ差圧、炉内中性子束検出器の検出信号、制御棒状態、及び圧力・流量・温度などの各種のプロセス信号がある。特に、原子炉内の水平方向及び垂直方向に配置された炉内中性子束検出器からの検出信号は、出力分布演算に直接関連のあるパラメータであり出力分布演算の精度に大きく影響する。
【００２１】
また、プラントデータ入力装置１１とは別に、給水流量・温度を入力するための超音波流量計１２が設けられており、超音波流量計１２の出力を直接的に炉心監視装置１３に入力している。
【００２２】
このように構成された第１の実施の形態における炉心監視装置１３では、ヒートバランス演算手段１６、炉心流量演算手段１９、出力分布演算手段２０は、プラントデータ入力装置１１及び超音波流量計１２から受け取ったディジタル伝送データを使用して演算を行う。また、各演算は一つの機能として集約しているため、他機能とのデータの授受は発生しない。
【００２３】
また、出力分布演算手段２０は炉心三次元モデル計算を行わず、炉内中性子束検出器の検出信号から直接出力分布演算を実施する。このため、収束演算を行う必要がなく、演算速度は速く炉心を連続的に監視することができる。
【００２４】
炉内中性子束検出器信号により直接出力分布を演算する方法としては、ヒートバランス演算手段１６による原子炉熱出力を、各炉内中性子束検出器の測定値に応じて分配することで出力分布を求める手法などを適用する。
【００２５】
そして、炉心三次元モデル計算ではなく、直接的に出力分布を演算することによる演算精度の悪化を防止するために、出力分布計算の入力となるヒートバランス演算手段１６、炉心流量演算手段１９を高精度で実施する必要があり、第１の実施の形態においては、ヒートバランス演算手段１６、炉心流量演算手段１９の両演算において重要なパラメータとなる給水流量の高精度測定が可能な超音波流量計１２の出力を直接炉心監視装置１３に入力した構成としている。
【００２６】
そのため、給水流量の高精度測定の結果をヒートバランス演算手段１６、炉心流量演算手段１９に反映でき、結果として、上述の両演算の出力を用いている出力分布演算手段２０の演算を高精度に実施することが可能となる。つまり、炉心監視で重要となる出力分布演算手段２０において、精度と高速性とを両立した炉心監視を実現している。
【００２７】
また、炉心監視という機能単位で考えた場合、他機能とのデータの授受は発生せず、機能を単一の装置で完結することが可能となり、装置の試験結果などエビデンスとなる図書の作成を一元化できる。従って、これを用いた試験結果の提示などにより、入力と出力の対応を明確にすることが可能となる。さらに、炉心監視機能がプロセス計算機の他機能から独立した構成としており、他機能が炉心監視機能に影響を及ぼすことはない。このような機能の集約・分離により、外部装置に影響されることなく、単体機能として入力点に対する出力結果の時間証明性も確保することができ、図書によるエビデンス化と併せて、単独でトレーサビリティを確保することができる。
【００２８】
ここで、プラントの運用に応じて、超音波流量計１２の出力をその他のプロセス信号と同様にプラントデータ入力装置１１を介して入力することも可能である。また、給水流量の測定系として、超音波流量計１２をその他の高精度な給水流量計にて代用した形態をとることも可能であり、同等の効果を得ることができる。
【００２９】
第１の実施の形態によれば、超音波流量計からの信号を入力パラメータとして入力することにより、炉心三次元モデル計算を行うことなく、直接的に原子炉熱出力、原子炉熱出力分布、炉心流量、限界出力比、線出力密度などの炉心特性値を高速、高精度に算出・監視できる。また、ヒートバランス演算、炉心流量演算、出力分布演算のトレーサビリティを確保できる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態に係わる炉心監視装置１３のブロック構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、原子炉内の局所出力分布を測定する固定式炉内計装システムであるガンマサーモメータ２１を設け、出力分布演算手段２０は、ガンマサーモメータ２１からの検出信号に基づいて原子炉熱出力分布を演算するようにしたものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３１】
図２において、原子炉内の局所出力分布を測定する固定式炉内計装システムであるガンマサーモメータ２１が追加して設けられ、ガンマサーモメータ２１の検出信号は、炉心監視装置１３の入力手段１４を介してデータ記憶部１５に記憶される。
【００３２】
第２の実施の形態では、複数個のガンマサーモメータ２１を炉心の軸方向に配置する。ガンマサーモメータ２１は、熱電対による温度計測によって炉心の局所出力分布を求めているものであり、その応答性は炉内中性子束検出器より劣るが、９個程度の複数個のガンマサーモメータ２１を軸方向に配置することが可能である。軸方向に複数個を配置可能なガンマサーモメータ２１を使用することで、出力分布演算手段２０は、より高精度な出力分布計算が可能となる。
【００３３】
特に軸方向に対して精度が増し、さらに、ガンマサーモメータ２１のヒータ校正機能により炉内中性子束検出器の感度を校正することができる。従って、精度を維持することができ、感度が悪くなることが知られている炉内中性子束検出器を用いるよりも高精度な演算を連続的に行うことができる。
【００３４】
このガンマサーモメータ２１は、超音波流量計１２と同様に、ガンマサーモメータ２１を含めた一つのシステムとして機能するが、プラント運用法によっては、その他のプロセス信号と同様にプラントデータ入力装置１１を介して入力することも可能である。
【００３５】
さらに、ガンマサーモメータ２１の検出信号に基づいて炉内中性子束検出器の検出信号を随時自動校正するようにしてもよい。図３は本発明の第２の実施の形態の他の一例の原子炉の炉心監視装置のを示すブロック構成図であり、校正手段２２を設け、ガンマサーモメータ２１の検出信号に基づいて炉内中性子束検出器の検出信号を随時自動校正するようにしたものである。
【００３６】
校正手段２２は、炉内中性子束検出器とガンマサーモメータとの相関から、炉内中性子束検出器を随時自動校正する。これにより、出力分布演算手段２０の入力として使用される炉内中性子束検出器の精度を維持することが可能となる。また、高速な炉内中性子束検出器の検出信号を用いた簡易な演算で、より高精度な出力分布演算を実施することができる。
【００３７】
第２の実施の形態によれば、軸方向に複数個を配置可能なガンマサーモメータ２１を使用するので、出力分布演算手段２０は、より高精度な出力分布計算が可能となる。また、校正手段２２により、ガンマサーモメータ２１の検出信号に基づいて炉内中性子束検出器を随時自動校正することができるので、出力分布演算手段２０の入力として使用される炉内中性子束検出器の精度を維持することが可能となる。
【００３８】
（第３の実施の形態）
図４は本発明の第３の実施の形態に係わる炉心監視装置１３のブロック構成図である。この第３の実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態に対し、制限値比較手段２３、警報装置２４及び操作停止装置２５を設け、この制限値比較手段２３により、ヒートバランス演算手段１６で演算された原子炉熱出力、炉心流量演算手段１９で演算された炉心流量、出力分布演算手段２０で演算された原子炉熱出力分布、限界出力比、線出力密度を、予め定めた可変の制限値と比較し、これらが制限値を逸脱した場合に警報装置２４に警報を発するとともに、必要に応じて操作停止装置２５により、制御棒引抜阻止やプラント自動化除外などを実行するようにしたものである。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００３９】
図４において、制限値比較手段２３、警報装置２４及び操作停止装置２５が追加して設けられている。制限値比較手段２３は、あらかじめ炉心監視装置１３内にて設定できる各演算の出力結果の制限値(運転状況に応じて可変)と、現在の演算結果とを比較し、制限値を逸脱した場合に警報装置２４に警報を発し、必要に応じて操作停止装置２５により、制御棒引抜阻止やプラント自動化除外などを実行する。
【００４０】
第３の実施の形態によれば、高精度を維持したまま連続的に熱的状態値を監視することが可能となり、炉心監視の結果により発報される制御棒操作不許可信号あるいは引き抜きホールド信号発生の可能性を下げることができ、プラント起動時のリスクを減らすことができる。また、プラント自動化除外などにおいても同様の効果が得られる。このように、炉心監視装置１３で演算した結果を監視し、警報を出力することで、炉心状態に異常が発生した場合には、制御棒引抜阻止やプラント自動化除外を行うなどして即座に対応することが可能となる。
【００４１】
（第４の実施の形態）
図５は本発明の第４の実施の形態に係わる炉心監視装置１３のブロック構成図である。この第４の実施の形態は、図２に示した第２の実施の形態に対し、制御棒引抜手順比較手段２６を設け、プラントデータ入力装置１１からの制御棒位置情報と予め設定された制御棒引抜手順とを比較し、制御棒引抜手順を監視するようにしたものである。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００４２】
図５において、制御棒引抜手順比較手段２６を追加した構成となっている。制御棒引抜手順比較手段２６は、プラントデータ入力装置１１によって炉心監視装置１３に入力されている制御棒情報(制御棒位置情報)と、予め炉心監視装置１３に装荷されている制御棒引抜手順とを比較し、決められた手順からのずれを監視し、監視結果を表示装置１８に表示する。
【００４３】
第４の実施の形態によれば、従来は制御棒引抜手順比較機能として単独の機能を有していたものを炉心監視装置１３の中の一つの機能として取り入れることで炉心監視装置１３に入力されている制御棒情報にて信号を一元化することができる。これにより、データの時間証明性の確保及びデータ取合点数の削減を実現できる。また、制御棒引抜手順を監視することで炉心を安全な状態に維持することができ、幅広く炉心監視機能を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる炉心監視装置のブロック構成図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係わる炉心監視装置のブロック構成図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係わる炉心監視装置の他の一例を示すブロック構成図
【図４】本発明の第３の実施の形態に係わる炉心監視装置のブロック構成図。
【図５】本発明の第４の実施の形態に係わる炉心監視装置のブロック構成図。
【符号の説明】
【００４５】
１１…プラントデータ入力装置、１２…超音波流量計、１３…炉心監視装置、１４…入力手段、１５…データ記憶部、１６…ヒートバランス演算手段、１７…出力手段、１８…表示装置、１９…炉心流量演算手段、２０…出力分布演算手段、２１…ガンマサーモメータ、２２…校正手段、２３…制限値比較手段、２４…警報装置、２５…操作停止装置、２６…制御棒引抜手順比較手段
【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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