JPH0262839B2

JPH0262839B2 -

Info

Publication number: JPH0262839B2
Application number: JP56213615A
Authority: JP
Inventors: Kakuji Makino; Tooru Yamamoto
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-12-26
Filing date: 1981-12-26
Publication date: 1990-12-26
Also published as: JPS58113791A

Description

【発明の詳細な説明】発明の技術分野本発明はたとえば沸騰水型原子力発電所などの
原子力プラントにおける原子炉の炉心性能を監視
する装置に関する。

発明の技術的背景原子炉は核燃料が中性子を吸収して核分裂反応
する際に生ずる熱エネルギーを取出して利用する
ためのものである。したがつて原子炉の運転中は
核燃料の健全性を保持する必要があり、そのため
に熱出力の監視つまり炉心性能を監視する装置を
必要とする。

第１図は従来の炉心性能監視装置を概略的に示
した図である。第１図に示すように、原子炉圧力
容器１の炉心２内に配設されている炉内中性子束
検出器（以下LPRMという）３の検出値と、原
子炉内圧力容器１内の各所に設置され、制御棒パ
ターン、冷却材流量、出入口温度、炉内圧力等の
各種炉心状態を示すデータを得るための炉心状態
データ測定器４（図には一つの符号４で代表させ
ている）の測定値とは、原子炉格納容器５外に導
出され、データサンプラ６を通してプロセス制御
計算機７に供給されるものとなつている。プロセ
ス制御計算機７は上記各測定値に基いて熱出力分
布等を計算し、その結果を表示器８に表示する。
かくして運転員は表示器８の表示内容つまり計算
機７の計算結果を監視し、核燃料の健全性が常時
確保されるように原子炉を運転制御する。

なお、核燃料の健全性は、具体的には燃料棒の
単位長当りの熱出力である線出力密度（KW／
ft）と、核沸騰から遷移沸騰に変移する燃料集合
体出力と実際の燃料集合体出力との比である限界
出力比とが、それぞれ熱的制限値の範囲内である
か否かによつて判定される。上記熱的制限値は、
例えば８行×８列の燃料集合体では、上限の線出
力密度が13.4KW／ftであり、下限の限界出力比
が1.23である。つまり線出力密度が13.4KW／ft
を越えない範囲、また限界出力比が1.23を下回ら
ない範囲が健全性を確保できる範囲となる。

ところで、通常運転中の原子炉では、一般に１
時間ごとにLPRM３の検出値をプロセス制御計
算機７に導入し、前述のように熱出力、線出力密
度、限界出力比を求めている。したがつて上記１
時間ごとの監視中においては線出力密度、限界出
力比が熱的制限値の範囲内にあるように運転制御
しうるが、上記監視が行なわれない期間中におい
ては炉心流量や制御棒１０の挿入度等に変化が生
じると、線出力密度、限界出力比が上記熱的制限
値をオーバしてしまうおそれがある。そこで通常
は第１図に示す如く線出力密度および限界出力比
が熱的制限値に近づいたとき警報が発せられるよ
うに警報器９を備えている。この警報器９は
LPRM３の検出値を常時監視し、上記測定値が
一定レベルを越えると警報を発するように、警報
レベルをLPRM３の検出値に対し設定したもの
となつている。

なお前記炉心２は、第２図に示す如く一つの制
御棒１０を４体の燃料集合体１１ａ，１１ｂ，１
１ｃ，１１ｄの中心に挿設すると共に、上記制御
棒１０が挿設されていない燃料集合体の間隙部に
前記LPRM３を所定パターンで配設したものと
なつている。

背景技術の問題点上記構成の従来の装置には次のような解決すべ
き問題がある。すなわち上記装置はプロセス制御
計算機７による熱出力、線出力密度、限界出力比
の計算には勿論、上記線出力密度や限界出力比が
それぞれ熱的制限値に接近したときの警報レベル
を設定する上で、すべてLPRM３の検出値をそ
のまゝ利用している。したがつてこの炉心性能監
視装置が正常に作動するためには、LPRM３が
常に正常に作動することが前提条件となる。しか
るに現実にはLPRM３の故障を皆無とすること
は不可能である上、信号制御系統あるいは信号伝
送系統の異常によりLPRM３の検出値が大幅に
変化することも考えられる。このため、従来の監
視装置には誤動作のおそれがあつた。

発明の目的本発明はこのような事情に基いてなされたもの
であり、その目的はたとえLPRMに故障が生じ
たり、信号制御系あるいは伝送系に異常が生じた
ような場合であつても、誤動作のおそれがなく、
極めて信頼性の高い動作が期待できる原子力プラ
ントの炉心性能監視装置を提供することである。

発明の概要本発明は上記目的を達成するために次の如く構
成したことを特徴としている。すなわち、本発明
はLPRMで検出した検出値と、炉心状態データ
測定器で測定したデータとに基づき現在時点にお
ける炉内出力分布をプロセス制御計算機により連
続的に算出すると共に、出力分布計算装置によつ
て炉心状態データ測定器で測定したデータと予め
内蔵している物理モデルとに基づき炉心内出力分
布を所定時刻ごとに算出し、後者の計算結果に対
する前者の同一時刻における計算結果の比率を出
力分布比率計算機によつて算出するようにする。
そして上記出力分布比率計算機によつて算出され
た出力分布比率に関したとえば比較器、判定器等
からなる異常検出手段により異常を検出すると共
に、異常が検出されたときは、その異常度合に応
じてたとえば修正器、切換器等からなる補正手段
によつてLPRMの検出値を修正したり出力分布
計算装置により計算で求めた規定値に置換する。
このように修正または置換による補正を含めた中
性子束測定値とプロセス制御計算機の計算結果と
から原子炉の熱的制限値に対する警報点を警報点
設定器によつて設定する。そしてこの設定された
警報点を中性子束測定値が越えたとき、警報器に
よつて警報を発するようにしたものである。かく
してLPRMからの検出値が大幅に変化したり、
全くなくなつたりすると、その異常が検出され、
かつ検出値の補正がなされた上で警報点が設定さ
れ、この警報点に基いて警報が出ることになる。
このためLPRMの故障等による誤動作を防止で
きるものである。

発明の実施例以下、本発明の実施例につき図面を参照して説
明する。

第３図は本発明の一実施例の構成を示すブロツ
ク図である。なお第１図と同一部分には同符号を
付し詳しい説明は省く。

データサンプラ２１はLPRM３の検出値およ
び炉心状態データ測定器４の測定値をサンプリン
グしてプロセス制御計算機２２に供給する。プロ
セス制御計算機２２は上記サンプラ２１から供給
される上記二つの測定器のサンプリング信号に基
いて現時点の炉内出力分布を連続的計算する。一
方、データサンプラ２１でサンプリングされた炉
心状態データ測定器４からの測定値は、出力分布
計算装置２３に供給される。出力分布計算装置２
３は所定時刻たとえば作業員の指示または自動的
に２ケ月を越えない間隙で起動され、供給された
測定値と内蔵する物理モデルとを使用して三次元
核熱水力結合計算を行ない出力分布を計算する。
前記物理モデルとしては、装置全体の即応性を高
めるため、多少計算精度が悪くても計算時間が短
かくてすむもの、例えばいわゆる１群・粗格子拡
散モデル等を用いる。この１群・粗格子拡散モデ
ルを用いて出力分布計算を行なう場合には、炉心
２を構成する燃料集合体を、空間的に散在する多
数の節点（ノード）の集合で表わし、各ノードに
おける中性子束が、 Σmφm＋B_o ²φ_o＝０ ……(1) なる方程式を満足するものとなす。上式中、φ_o
はノードｎにおける中性子束、Σmはノードｎに
隣接する全ノードに関する和、B_o ²はノードｎに
おける物質バツクリングである。

また炉内出力分布は、 P_o＝Σf，_oφ_o ……(2) なる式で表わせる各ノードにおける出力密度の集
合で与えられる。上式中、P_oは、ノードｎにお
ける出力密度、Σf，ｎはノードｎにおける核分
裂断面積である。

これらの方程式に基いて出力分布計算装置２３
は周知の計算法による炉内出力分布を算出する。
そして、この計算は短時間で行なえるので、
LPRM３がオンラインで測定していることから
監視装置の即応性を高めることができ、非常に短
い間隔でLPRM３の検出値の代用値を提供する
ことができる。

前記プロセス制御計算機２２で算出された現在
時点の出力分布を示す信号と、出力分布計算装置
２３で所定時刻ごとに算出された出力分布を示す
信号とは、出力分布比率計算機（以下PBF計算
機という）２４に供給される。

PBF計算機２４は出力分布計算装置２３の算
出結果に対するプロセス制御計算機２３の同時刻
における算出結果の比率を計算する。すなわち出
力分布計算装置２３によつて計算されたノードｎ
における出力密度をPL_oとし、プロセス制御計算
機２２で同時刻にて計算されたノードｎにおける
出力密度をPC_oとすると、Ｓ・PBF_o＝PC_o／PL_o ……(3) なる比率を計算する。上記PBF計算機２４で計
算された出力分布比率Ｓ・PBF_oは、一方におい
てPBF記憶装置２５に与えられ、他方において
LPRM検出値補正装置２６に与えられる。

PBF記憶装置２５はたとえばシフトレジスタ
で構成されており、PBF計算機２４からの出力
を順次古い順に記憶し、数ケ月以上経過した古い
データは捨て去るようになつている。これは、出
力分布比率（以後PBFと称す。）の値が徐々に変
化するため、PBFの正常値を記憶するためには、
常に数カ月以前のデータを用いることが必要だか
らである。このような記憶方式であるとPBF記
憶装置２５のメモリをより有効に使用することが
できる。このようにして過去に蓄積されたデータ
はLPRM３の検出値の異常判定基準値として
LPRM検出値補正装置２６へ与えられる。なお、
PBF記憶装置２５の蓄積データをLPRM３の異
常判定基準値としている理由は次のとおりであ
る。すなわち出力分布計算装置２３は内蔵してい
る物理モデルとして前述の如く計算時間の短い簡
単なものを選定しているので、PBFの値は1.0の
周囲に分布する筈である。しかし何らかの他の変
動要因が存在することを考慮して現実のPBFの
蓄積データを判定基準値として用いるようにした
ものである。

LPRM検出値補正装置２６は、上記PBF計算
機２４の出力Ｓ１をPBF記憶装置２５の記憶デ
ータＳ２と比較し、両者間に大幅な差異が生じた
場合にはLPRM３が故障であると判断し、
LPRM故障表示器２７に信号Ｓ３を送りLPRM
の故障表示を行なうと共に、出力分布計算装置２
３にて計算により求めたLPRM計算値を規定値
として呼び込んで、データサンプラ２１から取込
まれているLPRM検出値と置換える。また前記
Ｓ１とＳ２との差はそれほど大きくないが、
LPRM測定値に系統的な誤差が含まれていると
判断された場合には、PBF計算機２４の出力か
ら修正値を決め、この修正値で前記LPRM検出
値を修正する。そして上記修正または置換された
信号をLPRM警報点設定器２８へ設定情報信号
Ｓ４として与えたのち、LPRM警報器２９へ被
監視LPRM測定信号Ｓ５として与える。なお上
記LPRM検出値補正装置２６は具体的にはたと
えば第３図に破線の枠内に示されているように、
比較器３１、判定器３２、補正器３３、切換器３
４、インバータ３５、アンドゲート３６、オアゲ
ート３７等により構成されている。

比較器３１は前記PBF計算機２４の出力Ｓ１
とPBF記憶装置２５の記憶データＳ２とを比較
しその偏差を得る。判定器３２は上記偏差の大き
さが端子Ｔに与えられている第１の設定レベルを
越え、かつこの第１レベルより大きな第２レベル
以下の範囲である場合に修正器３３に修正指令を
与え、この第２レベルを越えるとLPRM故障表
示器２７に故障信号Ｓ３を与えると共に、出力分
布計算装置２３へLPRM計算値呼び出し信号を
与え、さらにインバータ３５を介してアンドゲー
ト３６の一方の入力端に対し、オフ指令を与え
る。修正器３３は定常時はオン状態（ゲート開）
となつているアンドゲート３６を介して入力する
データサンプラ２１からのデータすなわちサンプ
リングされたLPRM検出値を取込み、これをそ
のまま出力し、判定器３２から修正指令を与えら
れると、前記PBF計算器２４の出力Ｓ１に基い
た修正値により、上記LPRM検出値の修正を行
なう。切換器３４は、オアゲート３７を介して入
力する出力分布計算装置２３から呼び出された
LPRM計算値または修正器３３の出力を、
LPRM警報点設定器２８へ設定情報信号Ｓ４と
して毎時１回程度の時間々隔で一時的に与え、そ
れ以外の期間はLPRM警報器２９へ被監視
LPRM測定信号Ｓとして与える。

LPRM警報点設定器２８は、LPRM検出値補
正装置２６から与えられる設定情報信号Ｓ４と、
前記プロセス制御計算機２２からの線出力密度計
算データおよび限界出力計算データとに基いて警
報設定点の計算を次の如く行なう。

すなわちLPRM測定値と線出力密度とはほぼ
比例関係にある。したがつてプロセス制御計算機
２２で線出力密度を計算したときのLPRM測定
値RP１、このときの燃料集合体の線出力密度を
LPD１（KW／ft）とすると、第４図のような比
例関係を有する直線Ｌ１が考えられる。そして、
このLPRM測定値はLPRM検出値補正装置２６
から設定情報信号Ｓ４として与えられる構成にな
つている。なお警報は線出力密度が13.4（KW／
ft）に達する前に送出することが望ましく、また
LPRM３の予測誤差を考慮に入れると、線出力
密度の制限値13.4（KW／ft）に対し0.8〜1.0の安
全フアクターＦ１を考慮に入れる必要がある。し
たがつてLPRM警報点設定器２８では、線出力
密度に対する第１の警報設定点ATS１を次式に
よつて計算する。

ATS1＝（13.4×F1）／LPD1・RP1 ……(4) またLPRM測定値と燃料集合体出力も、ほぼ
比例関係にある。したがつてプロセス制御計算機
２２において計算した限界出力をBPC、これに
対応するLPRM測定値をRP２とすると、第５図
のような比例関係を有する直線Ｌ２が考えられ
る。なお警報は限界出力比が1.23に達する前に送
出することが望ましく、また限界出力BPCに対
応するLPRMの予測誤差を考慮に入れると、限
界出力BPCに対し0.8〜1.0の安全フアクターＦ２
を考える必要がある。したがつてLPRM警報点
設定器２８では限界出力に対する第２の警報設定
点ATS２を次式によつて計算する。

ATS2＝F2／1.23・RP2 ……(5) このようにLPRM警報設定点は線出力密度に
対するものと、限界出力比に対するものとの２種
類が計算され、そのうち、小さな値を示す方が選
択されて記憶される。なお上記第１および第２の
警報設定点の計算はプロセス制御計算機２２が出
力分布を計算する１時間ごとに行なわれ、計算さ
れた値を新たな警報点として次の計算が行なわれ
るまで記憶保持される。

LPRM警報器２９は切換器３４を介して
LPRM検出値補正装置２６から例えば１分毎に
与えられるLPRM測定値を、LPRM警報点設定
器２８から与えられる警報点と順次比較し、この
警報点を越えたとき警報を発する如く構成されて
いる。

本装置は上記の如く構成されているので、
LPRM３が正常に作動しているときは、データ
サンプラ２１でサンプリングされたLPRM検出
値がLPRM検出値補正装置２６をそのまま通過
し、LPRM警報点設定器２８に設定情報信号Ｓ
４を与えたのち、LPRM警報器２９へ被監視
LPRM測定値信号Ｓ５として入力する。したが
つてLPRM警報点設定器２８にて所定レベルの
警報点が設定され、この設定された警報点により
LPRM測定値の監視がたとえば１分毎に行なわ
れる。かくして線出力密度や限界出力比が熱的制
限値に近づくと、直ちにLPRM警報器２９から
警報が発せられることになる。したがつてプロセ
ス制御計算機２２により１時間ごとに線出力密度
や限界出力比が計算される場合のみならず、常時
炉心の状態の健全性を監視できることになる。

ところで、LPRM３に何らかの異常ないし故
障が発生すると、PBF計算機２４からの出力信
号Ｓ１とPBF記憶器２５の記憶データＳ２との
間に差が生じる。この差はLPRM検出値補正装
置２６における比較器３１の出力としてとらえら
れ判定器３２に入力する。上記の差が第１レベル
を越えた場合はLPRM３に系統的な誤差が生じ
ているものと判定され修正器３３に修正指令が与
えられる。したがつてデータサンプラ２１からア
ンドゲート３６を介して修正器３３に導入された
LPRM検出値は上記修正器３３においてPBF計
算機２４の出力Ｓ１に応じて予め定められた修正
係数の値によつて修正されたのち、オアゲート３
７、切換器３４を介してLPRM警報点設定器２
８への設定情報信号Ｓ４になると共にLPRM警
報器２９への入力信号Ｓ５ともなる。したがつて
前記系統的な誤差が除去された状態でLPRM測
定値の監視が行なわれる。

比較器３１の出力が第２レベルを越えたもので
あるときは、LPRM３に故障が生じたものと判
定され、判定器３２から故障表示器２７へ故障表
示指令信号Ｓ３が与えられると共に出力分布計算
装置２３へ計算されたLPRM計数値の呼び出し
指令が与えられる。同時にインバータ３５を介し
てアンドゲート３６の入力端にはゲートオフ指令
用の低レベル信号が与えられる。このためデータ
サンプラ２１からのLPRM検出値の代りに出力
分布計算装置２３で計算されたLPRM計算値が
オアゲート３７および切換器３４を介して
LPRM警報点設定器２８に設定情報信号Ｓ４と
して与えられると共に、LPRM警報器２９に被
監視LPRM測定値として入力する。つまり
LPRM測定値の置換えが行なわれる。かくして
LPRM３が故障したことはLPRM故障表示器２
７によつて表示されるのでその旨確認できると共
に、上記故障によるLPRM検出値の異常に基い
て警報器２９から警報が発せられることはない。
なお、信号制御系あるいは信号伝送系の異常に基
いてLPRM３の測定値が大幅に変化することも
考えられるが、このような場合においても上記を
同様に動作する。

なお本発明は上述した一実施例に限定されるも
のではない。たとえば前記実施例ではLPRM検
出値補正装置２６として比較器３１、判定器３
２、補正器３３、切換器３４、インバータ３５、
アンドゲート３６、オアゲート３７を用いたもの
を例示したが、同一機能を発揮しうるものであれ
ば、具体的構成はどのようなものであつてもよ
い。このほか本発明の要旨を変えずに種々変形実
施可能であるのは勿論である。

発明の効果本発明によればLPRMからの検出値がLPRM
の故障等により大幅に変化したり、全くなくなつ
たりすると、その異常が直ちに検出され、かつ上
記検出値の修正または置換による補正がなされた
上で警報点が設定され、この警報点に基いて警報
が出ることになる。したがつてたとえLPRMに
故障が生じたり、信号制御系あるいは信号伝送系
に異常が生じたような場合であつても、誤動作の
おそれがなく、極めて信頼性の高い動作が期待で
きる原子力プラントの炉心性能監視装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の炉心性能監視装置を概略的に示
した図、第２図は一般的な炉心の構成を概略的に
示した部分平面図、第３図〜第５図は本発明の一
実施例を示す図で、第３図は構成を示すブロツク
図、第４図は線出力密度とLPRM測定値との関
係を示す図、第５図は燃料集合体出力とLPRM
測定値との関係を示す図である。１…原子炉圧力容器、２…炉心、３…炉内中性
子束検出器（LPRM）、４…炉心状態データ測定
器、５…原子炉格容器、２１…データサンプラ、
２２…プロセス制御計算機、２３…出力分布計算
装置、２４…出力分布比率（PBF）計算機、２
５…出力分布比率（PBF）記憶装置、２６…
LPRM検出値補正装置、２７…LPRM故障表示
器、２８…LPRM警報点設定器、２９…LPRM
警報器。

Claims

【特許請求の範囲】１原子炉の炉心内に配設された炉内中性子束検
出器と、上記原子炉の炉心状態を示すデータを測
定する炉心状態データ測定器と、この炉心状態デ
ータ測定器で測定されたデータおよび前記炉内中
性子束検出器で検出された検出値に基づき現在時
点における炉内出力分布を連続的に算出するプロ
セス制御計算機と、前記炉心状態データ測定器で
測定されたデータと予め内蔵された物理モデルと
に基づいて炉心内出力分布を所定時刻ごとに算出
する出力分布計算装置と、この出力分布計算装置
の計算結果に対する前記プロセス制御計算機で算
出された同一時刻における計算結果の比率を算出
する出力分布比率計算機と、前記比率を記憶する
出力分布比率記憶装置と、この出力分布比率記憶
装置の記憶値と前記出力分布比率計算機の計算結
果とに基づいて前記炉内中性子束検出器の異常を
検出しこの検出値が炉内中性子束検出値に系統的
な誤差が生じていると判断される第１レベルを越
えかつこの第１レベルより高い値に設定された第
２レベル以下の範囲である場合に前記出力分布比
率計算機から出力される出力分布比率によつて炉
内中性子束検出値を修正し前記炉内中性子束検出
器の異常値が前記第２レベルを越えた場合には炉
内中性子束検出器の故障を表示しかつ炉内中性子
束検出値を前記出力分布計算装置により求められ
た炉内中性子束計算値に置換して補正する炉内中
性子束検出値補正装置と、前記プロセス制御計算
機にて所定時間ごとに算出した燃料集合体線出力
密度および限界出力比とその算出時に前記炉内中
性子束検出値補正装置から与えられる炉内中性子
束検出値との比例値から前記プロセス制御計算機
にて求められた燃料集合体線出力密度および限界
出力比に対する警報設定点を炉内中性子束測定値
に変換して求められる第１の警報設定点および第
２の警報設定点の内の小さな値を警報設定点とし
て設定する警報点設定器と、この警報点設定器で
設定された警報点を前記炉内中性子束検出値補正
装置による補正を含む中性子束測定値が越えたと
きに警報を発する警報器とを具備したことを特徴
とする原子力プラントの炉心性能監視装置。２前記補正装置は、前記出力分布比率計算機の
出力と前記出力分布比率記憶装置の記憶値とを比
較して偏差を得る比較器と、この比較器で得た偏
差の大きさに応じて異常を判定する判定器と、こ
の判定器による判定結果が炉内中性子束検出値に
系統的な誤差が生じていると判断される炉内中性
子束検出器の検出値が第１レベルを越えかつこの
第１レベルより高い値に設定された第２レベル以
下の範囲である場合に前記炉内中性子束検出器の
検出値を前記出力分布比率計算機の出力に基づい
て修正する修正器と、前記判定器による判定結果
が炉内中性子束検出器が故障していると判断され
る炉内中性子束検出器の検出値が前記第２レベル
を越えた場合に前記炉内中性子束検出器の検出値
の代りに前記出力分布計算装置で計算された規定
値を送出する手段とで構成されていることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の原子力プラン
トの炉心性能監視装置。