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原子力発電所における空気作動弁ポジショナの不具合発生傾向
Trend Analysis of Air Operated Valve Positioner Failure Events
at Nuclear Power Plants
伏見康之 (Yasuyuki Fushimi) ＊要約 原子力発電所では, 様々な駆動方式を持つ弁が多数使用されており, 中でも空気作動弁は保守の容易さ, 使用箇所の制約を受けにくいこと等から幅広く使用されている. その一方で, 空気作動弁は正確に作動するために, ポジショナ, ブースターリレー, 電磁弁, 減圧弁等多数の計装品を組み合わせて構成されていることから, 個々の部品の信頼性維持が弁全体の信頼性維持に直結することとなる. 中でも制御信号に対して弁開度を正確に維持する機能を分担しているポジショナは, 重要な計装品の一つである. 国内ではポジショナの不具合はほとんど報告されていな
いが, 海外ではポジショナの不具合によりプラント停止を余儀なくされている事象が相当数報告されている.
本分析においては, 原子力安全システム研究所の原子力情報データベースに登録されている海外原子力発電所不具合事象から, 空気作動弁ポジショナの不具合が扱われている 69 事象を抽出し,発生数の推移, 不具合発生系統別, 不具合原因別等の分類を行った. その結果空気作動弁ポジショナの不具合はその大部分が主給水制御弁で発生していること, プラントの出力に影響を与えていることが判明した. また国内と海外でのポジショナ不具合発生率をそれぞれ求め, 国内の不具合発生率は海外より非常に低いことを確認した.
キーワード
Abstract

原子力発電所, 傾向分析, 空気作動弁, ポジショナ, 運転経験情報
Many valves with various operating system are used in nuclear power plants,

among them many air operated valves are used in that they are conducted maintenance easily andare seldom restricted where they are used. Meanwhile, to actuate correctly, they are constructed bymany components such as positioner, pneumatic booster relay, solenoid valve, pressure regulator, andso on, so to maintain each components' reliability is closely connected to air operated valves'reliability. In particular, the positioner which assigns the function to regulate the valve position tocontrol demand signal, is one of the important instrument. Few positioner failure events have beenreported from domestic plants, on the other hands, many positioner failure events which led to forced
shutdown have been reported from overseas plants.
In this study, 69 failure events related with air operated valve positioners at overseas nuclear power
plants are selected from Nuclear Information Database, which is owned by The Institute of Nuclear
Safety System, and these events are analyzed in view of trend of occurrence, failure system, causal
factor, and so on. As a result, it is revealed that most positoner failure occurred at Main Feedwater
Control Valve, and led to affect plant power operation. Also each failure rate of positioners atdomestic nuclear power plants and overseas plants is obtained, and it is revealed that the domestic
one is much smaller compared to the overseas one.
Keywords

nuclear power plant, trend analysis, air operated valve, positioner, operating
experience

1. はじめにている (1). これらの事象において, 原子力発電所で多数使用されている, 空気作動弁ポジショナの不具

原子力安全システム研究所 (以下 ｢INSS｣ という)合によりプラントの出力運転に影響を与えた事例をでは海外原子力発電所の不具合情報を収集し, その依然として多く見受ける. ポジショナとは制御信号情報で述べられている事象から得られる教訓より国を受けて弁開度を維持する機能を持った計装品であ内電力に対策を必要とする項目がないか, 分析を行っる.

＊(株)原子力安全システム研究所

技術システム研究所

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一方国内ではポジショナの不具合はあまり報告さ

図 1 に海外原子力発電所でのポジショナ不具合のれておらず, プラントの出力運転に影響を与えた事

発生年毎の発生件数と, 発生年全事象数のうちポジ例も海外ほどには見受けられない. 本分析では, 前ショナ不具合の発生割合を示す. 発生件数, 発生割

述の分析の過程において, 海外原子力発電所で発生合は決して大きくないものの, わずかながら増加傾した不具合情報を収集し構築した原子力情報データ

向にあることがわかる. なお抽出時点では 2005 年にベースに登録されている空気作動弁ポジショナ不具発生した不具合が全て報告されていないはずなので,合事例の傾向分析を行うことにより, 国内電力に教2005 年の実際のポジショナ不具合発生数はさらに多訓と成り得る項目の抽出ができないか, 検討を行っいと考えられる.

た.

2. 傾向分析
2.1

分析対象とその抽出

INSS で構築している原子力情報データベースには,1994 年以降に発行された米国原子力発電運転協会(Institute of Nuclear Power Operation：以下 ｢INPO｣という), 世界原子力発電事業者協会 (World Associationof Nuclear Operators：以下 ｢WANO｣ という)の運転経

図1

ポジショナ不具合発生件数の推移 (海外)験情報, および米国原子力規制委員会 (Nuclear Regulatory Commission：以下 ｢NRC｣ という) の Event Notif i-

ポジショナ不具合が目立つ要因を探るため, 発生

cation Report, Licensee Event Report, 2001 年以降にした事象が既に全て報告されていると考えられる,

発 行 さ れ た 仏 国 原 子 力 安 全 規 制 機 関 (Autorité de2004 年の原子炉トリップ件数と, そのうちに占める

su
＾rete
´nucle´aire：以下 ｢ASN｣ という) の MAGNUC 情ポジショナ不具合を起因とする原子炉トリップ件数報を登録している. このうち, INPO, WANO の情報はを求めた. その結果 2004 年の原子炉トリップ件数非公開情報であり, 会員間の情報交換, 共有を目的と141 件に対し, 2004 年のポジショナ不具合に起因すして作成・発行されている. 一方, NRC の Eventる原子炉トリップ件数は 4 件で, その占める割合は 2.

Notification Report, Licensee Event Report, ASN の8％となり, 2004 年に発生した全件数に対するポジショMAGNUC 情報等は公開情報であり, 一定の基準を超ナ不具合事象割合 0.33％を大きく上回った. このこえる事象が発生した場合に, 公衆へ通知することをとからもポジショナ不具合が目に付きやすいことが目的として作成・発行されている.

伺える.

本分析では, 原子力情報データベースに登録してポジショナのような計装品の場合, 不具合事象といる 1996 年から 2005 年の過去 10 年間に海外原子力して報告されるのは, ポジショナの不具合そのもの発電所で発生した不具合事象のうち, その情報原文が主体的に取り扱われるのではなく, プラントへのに 'positioner' と記載されている事象を抽出し, その影響の大きかった事象のうちポジショナ不具合が主内容からポジショナの不具合が取り扱われているとな原因となった場合であり, 結果としてこのような判定した事象を分析の対象とした.

事象が主に報告され, プラントへの影響の無かった事象はその多数が報告されていないとも考えられる.

2.2

全体傾向
2.3

不具合発生系統別の分類

原子力情報データベースに登録されている, 1996年から 2005 年の間に海外原子力発電所で発生した不1996 年から 2005 年に発生したポジショナ不具合 69具合事象 24,877 件を調査した結果, ポジショナの不事象を, どの系統の弁でポジショナ不具合が発生し具合事象として 69 事象 (2006 年 1 月 17 日時点) を抽ているか分類を行った. 分類結果を図 2 に示す.

出した.

給水系が 38 件と最も多く, 全体の 55％を占める.

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さらにドレン系, 主蒸気系, 復水系といった PWR に安全注入と原子炉トリップに至っており, プラントおける二次系と呼ばれる系統での不具合が全体の 85の出力運転への影響が大きい.

％を占めている. これはポジショナを備える空気式制御弁がこれらの系統で多く使用されていることが2.4

プラントへの影響別の分類関係していると考えられる.
1996 年から 2005 年に発生したポジショナ不具合 69事象を, ポジショナ不具合によるプラントへの影響別に分類した結果を図 4 に示す. 複数の影響があった場合は, そのうち最も影響が大きいと考えられるものを取り上げた.

図2

系統別の不具合発生数 (海外)続いて 1996 年から 2005 年に発生したポジショナ不図4

プラントへの影響別分類 (海外)具合 69 事象を, どの弁で不具合が発生しているか分類した. 分類結果を図 3 に示す.

原子炉トリップ, 出力降下, 出力上昇といった原子力発電所の信頼性に直接影響を与えた事象が 36 件(53％) と半分以上を占めている. 影響の中では, 原子炉トリップが 24 件と最も多く, 図 3 と重ね合わせて考えると, 原子炉トリップ 24 件中 19 件 (79％) が主給水制御弁のポジショナで発生していることから,あらゆるポジショナの中でも主給水制御弁ポジショナの不具合発生を減少させること, すなわち信頼性を維持, 向上させることがプラントの稼働率の維持・向上にとって重要であることがわかる.

2.5

不具合原因別の分類

1996 年から 2005 年に発生したポジショナ不具合 69
図3

弁毎の不具合発生数 (海外)事象を, そのポジショナ不具合の原因がポジショナ自体に起因するものか, 他からの影響によるものか

主給水制御弁が 34 件と最も多く, ポジショナ不具分類した. 図 5 に示す. なお情報原文中にポジショ合事象全体 69 件のうちのほぼ半分である 49％を占めナ不具合の状況が明記されていない場合は, 不明にた. また主給水制御弁でのポジショナ不具合 34 件の分類した. ポジショナ自体に原因があり不具合に至っうち, 原子炉トリップ (自動, 手動を含む) に至ったた事象が 40 件と, 全体の 58％を占めている. 一方周

事象は 19 件と主給水制御弁ポジショナ不具合の半数

囲の振動, 放熱, 異物, 衝撃といった他からの影響を超えており, 主給水制御弁のポジショナで不具合による不具合が 13 件と 19％を占めており, ポジショが発生すると, 原子炉トリップに至る可能性の大きナ自体の保全に加え周囲の機器を含めた総合的な保いことがわかる. また加圧器スプレイ弁ポジショナ

全計画策定がポジショナ不具合発生の防止に役立つの不具合は 2 件と発生数は少ないものの, いずれもことがわかる.

279が発生しているか分類した結果を図 7 に示す. なお
図 2 の分類で使用した系統でポジショナ不具合が発生していない場合は, 図への記載を省略した.

図5

図7

不具合原因別分類 (海外)

系統別の不具合発生数 (国内)

ポジショナ自体の不具合 40 件を分類すると, 保守

海外では給水系が 55％と最も多かったが, 国内で不良が 22 件 (55％) と半数以上を占め, 保守に起因は給水系とドレン系が 3 件 (共に 42％) と同数であり,する不具合が多い. ポジショナの経年劣化による不海外に比べ全体に占める給水系の割合が低い. これ具合は 2 件とごくわずかであり, 海外でも不具合をは海外の給水系で大部分を占めていた給水制御弁の未然に防止するため, ポジショナは何らかの交換基

不具合事例が国内ではポジショナ全不具合 7 件中 2 件準を作成して交換を行っていることが伺える.

(29％) であり, 海外と比べ多くないためと考えられさらに保守不良 22 件の内訳を詳細に分類した結果を図 6 に示す.

る. このことから, 給水制御弁の保守は海外と比較して, 国内では適切に行われていることが伺える.
海外と同様に, そのポジショナ不具合の原因がポジショナ自体に起因するものか, 他からの影響によるものか分類した. 図 8 に示す. ポジショナ自体の不具合が 5 件 (71％) と多数を占める. 海外と比べ他からの影響による不具合が少ない. 次にポジショナ自体の不具合を分類したところ, 海外と同様に保守不良が 3 件 (60％) と多い.

図6

保守不良の内訳 (海外)

組立ミス, 不適合部品の使用, 保全活動による劣化, 調整不良といった不適切な保全活動の結果発生した不具合が 16 件 (73％) を占めたのに対し, 保全の未実施に伴い発生した不具合は 6 件 (27％) に留まった. したがって海外においては, 保全活動を実施する作業者の技能に問題のあることが伺え, 適切な保全を実施し, 履行すれば不具合発生をかなりの割合
図8で低減できると考えられる.

2.6

国内事象の不具合抽出と分類

不具合原因別分類 (国内)

この保守不良の内訳は, 組立ミスが 2 件と, 内部清掃不十分が 1 件であった. 海外と同様に組立ミス

国内のポジショナに関係する不具合事象を原子力(2)が上位を占めることから, ポジショナの不具合を低で調査した

減させるためには, 国内でも保全活動を実施する作(2006 年 2 月 20 日現在) ところ, 1980 年以降 7 件が業者の技能を維持・向上させることが重要と考えら報告されていた. どの系統の弁でポジショナ不具合れる.

施設情報公開ライブラリー (NUCIA)

280

2.7日米不具合発生数の比較(１) 過去 10 年間に海外で報告されたポジショナの不これまでの分析に使用したデータのうち, 過去 10具合は 69 件であった. 全不具合報告事象に対す年間に限定して, 日米でのポジショナ不具合発生数るポジショナの不具合報告割合は, わずかながを比較した. 結果を図 9 に示す.

ら増加傾向にある.
(２) 海外では, 主給水制御弁での不具合が最も多く, 全体の約 50％を占める. また原子炉トリップに至った不具合に限定すると, 主給水制御弁での不具合が 79％を占めることから, あらゆるポジショナの中で主給水制御弁のポジショナの信頼性維持, 向上が重要である.
(３) 海外のポジショナ自身に起因する不具合発生原因のうち, 保守不良は半数以上を占める. さらに保全活動の結果発生した不具合は保守不良の大部分を占めること

図9

日米の不具合発生数比較から, 適切な保全の実施, 履行により不具合発生をかなりの割合で低減できる.

米国では 66 件で, そのうち出力に影響のあった事(４) 国内, 海外とも, 保守不良の内訳では組立ミスが最も象と影響のない事象がそれぞれ 33 件であったのに対多いことから, 保全活動を実施する作業者の技能を維し, 日本では 1 件で, そのうち出力に影響のあった持・向上させることにより, ポジショナ不具合の発生事象 1 件, 影響のない事象 0 件であった.

防止に寄与できる.

日米で不具合発生数には大きな差があり, これが(５) 日米でポジショナ不具合発生率を比較したところ, 日海外でポジショナ不具合発生を多いと感じる要因の本は米国よりもかなり低く, 日本のポジショナに対す一つになっていると考えられる.

る保全活動は不具合発生を未然に防止できている.

次に日米プラント 1 基当たりの発生数で比較した.
比較するに当たっては 2005 年 12 月 31 日現在で稼働している基数 (米国 103 基, 日本 54 基)(3)

文献を採用した. また両国の報告の基準, 仕組み等が異なることから, 可能な限り同じに近付けるため, 出力に影響のあった不具合 (米国 33 件, 日本 1 件) に限定した.

(１) 宮崎孝正他,｢海外原子力発電所における不具合 事 象 の 傾 向 分 析 (2004 年 ) ｣ , INSS Journal,Vol.12, P 82 (2005).

米国は 0.03 件／基・年に対し, 日本は 0.002 件／基・

(２) 日本原子力技術協会, 原子力施設情報公開ライブ

年と, 日本は米国の約 15 分の 1 となった. これより,ラリー, http://www.nucia.jp/ (2006 年 2 月 20 日現

日本のポジショナ不具合発生率が際立って低いこと在)がわかる. 出力に影響のあった不具合に限定した上で, 両国の不具合の報告の基準, 仕組みが異なることを考慮に入れても, 日本のポジショナに対する,定期交換を含む時間計画保全をベースとした保全活動は, 不具合の発生を未然に防止できていると言える.

3. まとめ
本分析では, 過去 10 年間に海外で報告されたポジショナの不具合について様々な切り口で分類を行い,簡単に考察を加えた. また国内で報告されたポジショナ不具合と簡便な比較を行った. 主な結果は以下の通りである.

(３) 日本原子力産業会議,｢世界の原子力開発の動向

2005 年次報告｣ (2006).