177

原子力発電所における弁不具合事象の分析
Study of Valve Malfunction Events in Nuclear Power Plants
木田 正則(Masanori Kida)*
富岡 立行

橋場 隆(Takashi Hashiba)*(Tatsuyuki Tomioka)*

要約 国内外の原子力発電所の事故・故障情報を分析することは，原子力発電の信頼性向上を図るために有益である。弁は原子力発電所の安全で効率的な運転に重要な役割を担っており，また不具合の発生頻度も高いことから弁に係る不具合事象の分析を実施した．
本研究報告では，これまでに経験した日本および米国の PWR 型原子力発電所の事故・故障情報のデータベースの中の弁不具合事象を分析すると共に，関連文献を調査することにより，重要事象の再発防止策を検討する．
まず，米国の事象は原子力発電所設置者事象報告（ＬＥＲ： Licensee Event Report）から，一方日本の事象は通商産業省への事故報告から分析に役立てるために弁不具合事象２次データベース（ＳＤＢＶＭＥ： Secondary Data Base for Valve Malfunction Events）を構築した．次に，ＳＤＢＶＭＥを利用して事象の原因分析および弁の重要度分類を行った．その結果，プラント出力に与える影響の観点から，タービン系統の主要弁である主給水制御弁、主蒸気隔離弁等が重要であることが明らかになった．一方，プラントの安全性に及ぼす影響の観点から，電動弁が重要であることが判明した．
このような弁不具合事象の調査分析から，設備面と運用管理面から７項目の再発防止策を考察した．
キーワード

原子力，弁，不具合，事故情報，データベース，分析，再発防止

Abstract
It is useful to analyze accident information of nuclear power plants at home and abroadwith a view to enhancing the reliability of the plant. The valve plays an important role in safety andefficient operation of the plant, but the valve has many troubles, so an analysis of valve malfunctions
has been made.
This report analyzes nuclear power plant valve malfunction events from the Japanese and the UnitedStates databases, examines relevant documents, and studies measures for preventing recurrence ofsimilar events.
First, to help this analysis the Secondary Database for Valve Malfunction Events (SDBVME) has been
structured from the Licensee Event Report (LER) in the United States and the accident reports to theMinistry of International Trade & Industry in Japan. By utilizing SDBVME, the causes of each event
were analyzed and the importance of valves was evaluated. It became clear that the main valves in theturbine system, (for example, the feedwater regulating valve, the main steam isolation valve) are
important because of the influence on the plant power level. On the other hand, motor-operated valves
are important because of the influence on plant safety.
Based on this analysis, seven measures have been studied to improve facilities and practical operation
for the prevention of recurrence of accidents.
Keywords

nuclear power, valve, malfunction, accident information, database, analysis, prevention ofrecurrence*（株）原子力安全システム研究所技術システム研究所

178

1.

はじめにては，豊富な情報源である米国 LER の中から目的とする事象を抽出して分析することとした．LER

国内外の原子力発電所の事故・故障情報を分析す

は，米国 NRC が発電所で発生した事象について文ることから教訓を学び，同種の事故・故障を防止す

書により報告することを義務付けているものである

ることは，原子力発電の信頼性向上を図るために有が，事象内容の記述については自由記述である．従益である．当研究所においては，「非常用炉心冷却って，事象の進展の解明にあたっては，内容を注意系（ECCS）作動事象」，「原子力プラント停止中に深く解読する必要があり，多量の情報を分析するたおける不具合事象」について分析を実施してきた．

めには，それに適した形に整理し直す必要があった．

原子力発電所の設備・機器の不具合発生状況をみそのため，抽出した個々の事象について，事象の状ると，弁に関する不具合発生件数が多い．このため況・原因・対策等に整理するための様式を定め，弁プラントの安全で効率的な運転に重要な役割を担っ不具合事象２次データベース（SDBVME ：ている弁の不具合事象に注目し，過去に経験した国Secondary Data Base for Valve Malfunction Events）

内外の弁の不具合事象の調査分析および海外文献のを構築することとした．

調査を行ったので，その概要を紹介すると共に，再発防止策について考察する．

2.

不具合事象の調査分析

2.1

事象の調査

2.1.1

情報源

国外の事象は，法律に基づき米国原子力規制委員会（NRC ： Nuclear Regulatory Commission）への報告が義務付けられている原子力発電所設置者事象（1）から，一方報告（LER ： Licensee Event Report）

この SDBVME は，市販のデータベースソフトを使用して作成し，事象の対象弁・原因・影響等の分類コード付けをすることにより発生事象の傾向把握・重要度分類を容易に行うことができる構成になっている．その一例を図１に示す．なお，国内事象についても同じデータベースにまとめることとした．このデータベース構築には，多大の労力を要したが，以降の分析評価に大いに役立てることができた．

2.2.2

事象の分類

国内事象は，法律や大臣通達に基づき通商産業省に報告が義務付けられている事故報告（2）から，それぞれ弁の不具合事象を抽出する．

SDBVME では，事象の類似性を明確にし，原因分析に役立たせるための分類を付加した．
（１）弁分類

2.1.2

調査対象期間

国外の事象は，1989 年から 1993 年の５年間に報告された事象を，一方国内の事象は，1971 年から1993 年までに報告された事象を調査の対象とする．

事象の対象弁の配置に着目し，弁名称，所属する系統等に分類する．
（２）原因分類
事象発生の原因となった機器・部品，運用（人的要因）に分類する．

2.1.3

調査対象プラント（３）プラント影響分類

ウエスティングハウス社（WH ： Westinghouse

弁の不具合から生じるプラント出力への影Electric Corporation） 型 の 加 圧 水 型 原 子 炉

響，プラント安全機能への影響に分類する．

（PWR ： Pressurized Water Reactor）で発生した事象を対象とする．

2.2データベース

2.2.1

２次データベースの構築

弁の不具合事象を調査するため，国外事象につい（４）その他の分類
上記の他，事象発生の年月日，プラントモード，運転・試験・作業別等の分類を付加する．

情 報 N O：LER 445-90025-00
参考情報：な し

ポジショナが交換された．フィードバックアームにロックワッシャが挿入された．

大流量による主給水制御弁振動により制御系ポジショナフィードバックアー
ムナットが緩んだ．

況図１

弁不具合事象調査票

97%出力運転中，NO.2主給水制御弁が制御系ポジショナの故障により誤開した．運転員は中央制御室から主給水制御弁を閉止しようとした．しかし，蒸気事 発生器水位が高くなり，タービンが停止し，続いて，原子炉が自動停止した．
主給水制御弁故障の原因は，大流量による弁振動により制御系ポジショナフィードバックアームナットが緩んだためである．ナットが緩み，アームが外れ
象 てスプリングにより弁開ポジションへ動作した．
対策として，ポジショナが交換された．フィードバックアームにロックワッシャが挿入された．
状
主給水制御弁はCopes-Vulcan社製，ポジショナはBailey社製である．

策対因原

出力運転中，NO.2主給水制御弁が制御系ポジショナフィードバックアームナ
概 ットが緩んだため誤開し，蒸気発生器水位が高くなり，タービンが停止し，続いて，原子炉が自動停止した．
要発生日 900825
ユニット名 Comanche Peak 1
メーカ：WH
国：米

原因分類
機 器：〔 3〕制御系ポジショナ
部 品 名：フィードバックアームナット
故障モード：〔 6〕緩み
運 用：〔97〕―
項 目：〔 4〕保守不良

弁分類
名 称：
主給水制御弁系 統：〔202〕FWS機 能：〔 2〕制御弁
駆 動：〔 3〕空気作動型 式：〔 1〕玉型弁メーカ：
Copes-Vulcan
口 径：
情報なし
流 体：
主給水状況分類
プラントモード：〔 1〕運転
出 力 影 響：〔 2〕自動停止
安 全 影 響：〔98〕影響なし発 生 分 類：〔 1〕顕在状 況 区 分：〔 1〕運転

炉型：PWR
運開：9008No. 220
出 力：1161
所有者：TUEC

179

1802.3

事象調査結果

2.3.1

国外事象

子炉冷却系統の加圧器安全弁に 28 件発生しており，これらの特定の弁に高い頻度で不具合が発生している．

過去５年間における LER 情報の中から抽出した

国内事象

2.3.2

弁の不具合事象 373 件を弁の所属する系統別に分類した結果を図２に示す．

過去 23 年間に提出された事故報告の中から抽出

主給水系統の主給水制御弁に 30 件，主蒸気系統した弁の不具合事象 30 件を系統別に分類した結果の主蒸気安全弁に 22 件，主蒸気隔離弁に 19 件，原を図３に示す．
97100

ＷＨ型

90ＰＷＲ

合計：373件

80706960605040

主給水制御弁
バイパス弁等

主蒸気逃がし弁等主蒸気
隔離弁305749192010主給水制御弁
300主蒸気安全弁
22

主給水系統 主蒸気系統

図２9819抽出水
隔離弁
等

28

原 子 炉 安全注入 補機冷却水
冷却系統 ＣＶスプレイ系統 海水系統

化学体積制御系統

弁不具合事象発生状況（米国）

ＷＨ型

合計 ： 3 0 件

そ の 他

ＰＷＲ

加圧器
スプレイ弁
元 弁
等

44

主給水
制御弁

3主蒸気
隔離弁

3221ＲＣＰ
冷却水
入口弁
等

主給水制御弁
バイパス弁
等

75加圧器
安全弁

36
高圧
安全注入
絞り弁
等

986

サンプリング弁
等

加圧 器
逃がし弁
等

加圧器
逃がし弁

蒸 気
加減弁

62

ＲＨＲ
入口
隔離弁
等

2222

Ｒ Ｃ Ｐ
シール水
戻り
逆 止 弁
等

タービン
バイパス弁
等

サ ン プリング弁

化学体積制御系統

タービン系統0

原子炉 主給水系統
冷却系統

図３

主蒸気系統

安全注入系統弁不具合事象発生状況（日本）

その他

181

主給水系統の主給水制御弁に６件と最も多く発生している．その他，主蒸気系統の主蒸気隔離弁，蒸気加減弁，原子炉冷却系統の加圧器逃がし弁にそれぞれ２件の発生が認められる．

2.4

事象の分析

2.4.1

国外事象の原因分析

2.4.2

国内事象の原因分析

抽出した 30 件の国内事象の内，最も発生件数が多い主給水制御弁６件について事象発生の原因をみてみると，制御系ポジショナのパイロット弁やブースタニードル弁に異物が混入したことにより制御不調になったもの２件，制御系電磁弁がコイルの過熱抽出した 373 件の国外事象の内，最も発生件数の多い主給水制御弁について，事象発生の原因分析を行う．
主給水制御弁は主給水系統に位置する．主給水系
統は脱気器タンクに貯えられた水をポンプにより加熱器を経て，蒸気発生器へ給水する系統である．主給水制御弁は蒸気発生器への給水流量を調節するために設置されており，給水流量，蒸気流量，蒸気発により誤閉止して制御空気が喪失したもの，製作時の溶接不良や寸法不良により動作不良になったもの
２件，弁切替操作ミスである．また，全ての事象が原子炉停止に至る事象であった．
国内の主給水制御弁事象は制御系に起因したものが多く，プラント出力に影響を与える事象であることは海外事象と同じ傾向にある．

2.4.3

弁の重要度分類

生器水位の３要素により制御される．この制御が適SDBVME を活用し，プラント出力への影響の観切でないため，主給水制御弁が予期せず誤閉止し，点から弁の重要度を評価した．国外事象について，給水流量と蒸気流量に差が生じて原子炉が自動停止

プラント寿命中に予測されるプラント出力影響事象し，その後，非常用炉心冷却装置が作動した事象が回数を算出した結果を図５に示す．ここでプラントみられる．

出力影響事象とは，弁の不具合によりプラント出力主給水制御弁事象 30 件の内，機器故障の原因がが低下した事象およびプラント停止期間が延長され80 ％の 24 件を占める．図４に示すとおり，機器故た事象をいい，プラント寿命は 40 年，プラント数障の中でも，制御系に係る原因が 16 件と大半であは調査対象の 52 基とした．プラント安全機能とは，る．

発電用軽水型原子炉施設の安全機能の重要度分類に

これら制御系の原因は，ポジショナ故障が 13 件，電磁弁漏洩等が３件である．
ポジショナ故障の原因を更に踏み込んでみると，弁振動によりフィードバックアームナットが緩み制関する審査指針（3）に従っている．主給水制御弁の値 3.9 の意味は，１つのプラントにおいて主給水制御弁の不具合により 3.9 回出力影響事象が発生すると解する．

御不調に至ったものが４件，制御空気配管の継ぎ目これから，主給水制御弁，主蒸気隔離弁，給水ヒ部の疲労破損・フィルタに異物混入したものが２ータ水位制御弁といったタービン系統の主要な弁が件，取付時の公差が少なかったためパイロット弁ダ出力影響を与える観点から重要であることが明らか

イヤフラムが破損したもの，Ｏリングが劣化したもになった．の，その他弁振動によりポジショナが作動不良に至ったものが５件あることが明らかになった．

2.4.4

トラブルマップ

主給水制御弁は大流量を常時制御するため振動がSDBVME の事象の内容を理解しやすく整理する

発生しやすく，制御系の感度が高いため制御系の調ため，プラント出力に影響を与えた事象についてト整に注意を必要とする．従って，制御系の信頼性をラブルマップを作成した．トラブルマップは，弁のより向上させると共に，確実に保守を行うことが肝配置がわかる系統図に，どの弁に，どんな原因によ要であろう．

り，どのような不具合が発生し，その結果としてプラント出力がどの程度影響を受けたかをまとめたものである．その一例を図６に示す．

182

204

主給水制御弁（3.9）

18161416

機器

故：炉・寿命あたり弁の不具合によりプラント出力が低下すると予測される事象回数

障： 24件プ 3
ラン
プラント安全機能
ト：原子炉施設の安全機能
出の重要度分類に関する力
審査指針
影 2響
主蒸気隔離弁（1.7）
事
象
発生
回 1数
給水ヒーター水位制御弁（0.77）

電磁弁漏洩等12108ポジショナ
故 障6541323シート
漏 洩等

主給水隔離弁（0.62）
加圧器安全弁（0.62）

ダイヤフラムの疲労等

0

影

0制御系

図４

主給水制御弁

本体

響

駆動系

図５

機器故障の原因（米国）

誤閉に伴う手動停止

・パッキン締めすぎ（ヒューマンエラー）
・操作ミス（ヒューマンエラー）

・電磁弁故障（２）・ジャンパ接触（２）主給水制御弁
（ヒューマンエラー）
バイパス弁
主蒸気系統
主給水逆止弁 M

M
出口逆止弁

出口弁

な し重要
プ ラ ン ト 安 全 機 能弁の重要度分類（米国）

作動不良に伴う自動停止

主給水ポンププラント出力影響事象
発生回数

給水加熱器

主給水制御弁

主給水隔離弁誤閉に伴う自動停止

誤開に伴う自動停止

作動不良に伴う自動停止

・ポジショナフィードバックアームナット緩み
・ポジショナ制御空気配管破損
・ポジショナＯリング劣化
・電磁弁漏洩

・ポジショナフィードバック
アームナット緩み・アクチュエータ作動不良

・ポジショナ故障（３）・ポジショナパイロット弁
ダイヤフラム破損

図６

3.

海外文献の調査

3.1

文献の調査

3.1.1

情報源

トラブルマップ（主給水系統

NRC が安全上重要であると考えられる問題について発行する Information Notice（4），Bulletin（5），蒸気発生器米国）

Generic Letter（6）から弁の不具合に係る情報を抽出する．

3.1.2

調査対象期間

海外文献情報は，1988 年から 1994 年の７年間に発行された文書を調査の対象とする．

183

3.1.3

文献調査結果再発防止策の考察

4.

過去７年間における NRC 情報の中から，弁の不弁の不具合事象調査からプラント出力に影響を与具合に係る情報として 80 件を抽出した．これら弁える重要な弁を抽出すると共に，海外文献調査から不具合に係る情報を弁型式別に整理した．この発生プラントの安全上重要な電動弁を抽出し，同種の不状況を図７に示す．

具合発生を避けるために再発防止策を考察した．その過程を図８に示す．
（１）出力影響上重要なもの
ａ．空気作動制御弁ポジショナフィードバッ

19

クアームナットの緩み止め

特定できないもの主給水制御弁が弁振動により制御系ポ

電 動 弁

ジショナのフィードバックアームナット29
その他 4が緩んだため制御不調となり，蒸気発生

5電磁弁

67
ばね安全弁
空気作動弁

10

器水位が変動し，原子炉が停止した事象

逆 止 弁が数多く発生している．給水ヒータ水位制御弁も同型式の空気作動制御弁であ

合計：80件

図７

り，制御系ポジショナの不具合事象がみ

海外文献調査 発生状況られる．
日本では既に制御系ポジショナを２重電動弁の不具合情報が 29 件と最も数多く発生して化する対策が採用されているが，更に信おり，安全上重要と考えられる．1985 年，Sequoyah

頼性向上のため，制御系ポジショナフィ

発電所２号機で給水部分喪失の際，４台の主給水隔ードバックアームナットにワッシャを配離弁の内２台が開かなかった電動弁の不具合事象が置すること，ダブルナット構造にするこ発生した．この原因は設計面の駆動トルク設定の不とおよび保守時にナットを確実に締める適切であった．この事象を契機として NRC は安全配慮が重要である．

系電動弁が設計流量，設計差圧の条件では作動しない故障が発生すると判断し，作動試験を実施するよｂ．オートリセット型電磁弁の採用う勧告した．最近，安全系電動弁のトルク設定や圧主蒸気隔離弁の制御系電磁弁のクラッ力ロッキングの問題がクローズアップされている．

チアーム接続部の製作仕上げが不正確で重要度分類
事
象
調
査

プラント
出 力 上重要

文
献
調
査

プラント
安 全 上
重
要重 要 弁

再発防止策

・主給水制御弁・給水ヒータ水位
制御弁
・主蒸気隔離弁・空気作動制御弁ポジショナフィ
ードバックアームの緩み止め

・安全系電動弁・電動仕切弁
・格納容器スプレイ
隔離弁
・ＲＨＲ入口隔離弁・安全系電動弁性能実証試験
・電動仕切弁圧力ロッキング対策
・格納容器スプレイライン
ウォーターハンマ対策
・水平設置された電動弁対策

図８

再発防止策

・オートリセット型電磁弁の採用
・電磁弁運転経験の反映

184あったため，クラッチのかみ合いが不安共に，電動弁性能予測プログラムによる定な状態になっていた．運転中の盤およ

解析評価等により駆動トルクの設計上のび床の振動により電磁弁クラッチが外れ確認を実施することが有効である．更に，たため電磁弁が誤閉止した．制御空気が代表的な電動弁の性能実証試験により作供給できなくなり主蒸気隔離弁が誤閉止動を確認することが望ましい．

した．このため蒸気発生器の水位が低下し，原子炉が自動停止した事象がある．

ｂ．電動仕切弁圧力ロッキング対策

再発防止のため，制御系電磁弁クラッ

海外では電動仕切弁の圧力ロッキング

チアーム接続部の品質管理基準を厳重にやサーマルバインディングが数多く発生することにより，クラッチの掛かりを安している．弁固着時間が長い場合，モー定させている．更に信頼性向上のために，タ電流が急激に増大し，モータ損傷に至クラッチがない構造であり，故障率も低った事象がみられる．圧力ロッキングは，いオートリセット型電磁弁を採用するこ

系統圧力降下後もボンネット内に高圧力とが望ましい．

が残り，開弁時に大きな駆動トルクが必要となり電動仕切弁が開くのに失敗する

ｃ．電磁弁の運転経験反映事象である．サーマルバインディングは，電磁弁は可動部が少なく，取付けが簡弁が閉止した後に冷却され，弁箱が収縮単であるため，原子力プラントに数多くして弁体と弁箱が固着する事象である．

使用されている．電磁弁の故障により安圧力ロッキング，サーマルバインディン全系の複数の機器が影響を受けることがグは通常の試験では発見できない故障メある．

カニズムである．

設計面では，雰囲気温度の上昇が部品従って，安全系電動仕切弁について，の寿命を短くする，励磁によるコイル昇圧力ロッキング，サーマルバインディン

温がシート寿命を短くする，スプリンググが発生する可能性を評価し，必要があの選定に注意する必要がある．一方保守

れば圧力逃がしバランス管・均圧穴の設面では，弾性部品の有効寿命を確認し交置，平行仕切弁の採用，熱源から適正間換頻度を明確にする．制御用空気に湿隔を確保する等の対策を実施することが分・油が入り込まないようにする．Ｏリ有効である．

ング潤滑剤の選定に留意する必要がある．これらについて国内プラントの設計・保守に反映を検討することが望まし
い．

ｃ．格納容器スプレイラインウォータハンマ
対策
格納容器スプレイポンプを運転した
際，配管に存在する空気がウォータハン（２）安全上重要なもの
ａ．安全系電動弁性能実証試験

マ作用により圧縮され，過渡的高圧力が発生した．このため格納容器スプレイ隔米国では安全系電動弁が設計流量，設離弁が作動不能になった．原因はベント

計差圧の条件では駆動トルクが不足し，弁のない高位置の配管に空気溜まりが存適正に作動しない事象が発生している．

在したことである．

NRC の勧告により安全系電動弁の性能試

格納容器スプレイ系統構成により，配験を実施した結果，駆動トルク算出の設管・熱交換器内に空気溜まりがある場計に問題がみられた．

合，配管・熱交換器内の空気除去を十分

米国での性能試験の内容を調査すると行い，ポンプ運転後に系統が加圧されて185いないことを確認する運用管理の強化がｂ．電動仕切弁圧力ロッキング対策必要である．

ｃ．オートリセット型電磁弁の採用
ｄ．水平設置された電動弁対策

ｄ．水平設置された電動弁対策
水平に設置された余熱除去入口隔離弁（２）運用管理面
ａ．空気作動制御弁ポジショナフィードバッ
クアームナットの緩み止め

は弁軸が水平方向であるため，駆動装置自重により弁が傾いた状態で開閉する．

ｂ．電磁弁の運転経験反映

従って，弁の支点であるパッキン部分にｃ．格納容器スプレイラインウォータハンマ
対策

接触・漏洩が発生しやすい．
水平に設置された電動弁がある場合，以上の再発防止策については，容易に実施に移せ水平方向から軸直方向に変更する必要がるもの，長期の技術開発・実証試験が必要なもの等ある．応急対策として，弁パッキン部のが含まれている．国内の原子力発電所において，そ面圧バラツキを減少させるためスペーサれぞれの設備を鑑みた上で，現状の対策と本研究報を設置することや保守時に弁軸のセンタ告の再発防止策について比較検討されることを推奨

ーを確認することが有効である．

する．本研究報告が原子力発電所の信頼性向上に寄与することができれば幸いである．

5.まとめ
弁はプラントの安全で効率的な運転に重要な役割を担っている．この弁の信頼性向上を図るため，国内外の弁の不具合事象の調査分析および海外文献の調査を行った．
弁の不具合が原子力プラント出力に与える影響と参考文献（１）Code of Federal Regulation (CFR) Title 10 Part
50.73(a)(2)(iv)（２）電気事業法第 106 条，電気関係報告規則第３条，原子炉等規制法第 67 条，実用発電用原子安全性に及ぼす影響を勘案して弁の重要度を評価し炉の設置・運転等に関する規則第 24 条第２項

た．弁の不具合事象の調査から，プラント寿命中に（３）発電用軽水型原子炉施設の安全機能の重要度予測される出力影響事象発生回数を算出した．その分類に関する審査指針，1990．８．30，原子

結果，プラント出力に与える影響の観点から，主給力委員会決定

水制御弁，主蒸気隔離弁，給水ヒータ水位制御弁と（４）NRC 原子炉規制局が発行する通知

いった弁が重要であることが明らかになった．一方（５）NRC が 1954 年原子力法第 182 条ａ項に基づき海外文献の調査から，NRC 情報の発生頻度を数えた．この結果，プラントの安全性に及ぼす影響からは電動弁が重要であることが判明した．
このような調査分析結果から，同種の不具合発生を避けるために再発防止策を考察した．
（１）設備面ａ．安全系電動弁性能実証試験

発行する通達（６）NRC 原子炉規制局がCode of Federal Regulation(CFR) Title 10 Part 50.54(f)に基づき発行する文書