JPH03146897A - 発電プラント機器の余寿命診断システム - Google Patents

発電プラント機器の余寿命診断システム

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JPH03146897A
JPH03146897A JP1284717A JP28471789A JPH03146897A JP H03146897 A JPH03146897 A JP H03146897A JP 1284717 A JP1284717 A JP 1284717A JP 28471789 A JP28471789 A JP 28471789A JP H03146897 A JPH03146897 A JP H03146897A
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JP
Japan
Prior art keywords
reliability
remaining life
knowledge
plant equipment
equipment
Prior art date
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Pending
Application number
JP1284717A
Other languages
English (en)
Inventor
Hisao Otsuka
久雄 大塚
Motoaki Utamura
元昭 宇多村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は発電プラント機器の余寿命診断システムに係り
、機器の余寿命評価手段により、定検時の交換機器の選
定や最適定検周期の提案等の予防保全業務を支援する余
寿命診断システムに関する。
〔従来の技術〕
原子力、火力プラント等の機器を構成している部品は、
高温下で外力を受けているので長時間使用中に寿命損傷
や材質劣化が生じ、ある時期に交換する必要が生じる。
従来、その交換時期を決定するための余寿命予測方法は
、l)部品の劣化寿命予測と、2)機器の性能予測が挙
げられる。L)に関しては、使用したその部品から直接
試験片を切り出して破壊試験を行うことによってなされ
ていた。この従来法では、余寿命を非破壊的に測定でき
ず、部品を破壊しなければならないので、その部品の寿
命評価に手間達かかる等の欠点がある。
2)に関しては、定検時に行なわれる機能試験データの
傾向解析により分解定検対象機器を選定しているが、機
器の性能低下傾向が現われない機器が多く、専門家の経
験に頼っているため、予測精度が低い等の欠点がある。
また、特願昭61−119266号明細書に記載されて
いるようにプ、ラントを構成する各種機器・部品の寿命
、すなわち、平均寿命(MTTF : Mean Ti
me T。
Failure)もしくは、故障率は、メーカが設定し
た設計寿命値、あるいは、加速寿命試験等から得られる
寿命推定値、あるいは、これらを収集・整理した信頼性
データ(文献値)等が適用されており、これらに基づい
て機器・部品の点検・保全方法が決められている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、最近、既納品の法定耐用年数を超過するプラン
ト機器が急速に増加しつつあり、劣化の加速が進行して
いる傾向にある。また、資源エネルギ庁通達により、経
年機器に対して、余寿命診断を条件に定検間隔の延長が
認められるようになり、余寿命診断の高度化が要求され
ている。特に、定検時に行なわれる分解定検等は、事故
、故障を未然に防止する上で最も重要な事項であるが、
機器設備の適切なメンテナンス周期が確立されておらず
、これまでの運転保守実績からオーバメンテナンス的な
面が見られるため、個々のプラント機器について予防保
全の最適選定計画立案が必要である。
本発明の目的は、上記の要求に対処するため、機器の余
寿命予測精度を向上させ、点検対象とすべき機器を高信
頼度で選定できる発電プラント機器の余寿命診断システ
ムを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を遠戚するために、機器の余寿命予測にワイブ
ル分布を仮定した信頼性解析を利用したシステムを構築
した。
〔作用〕
機器の余寿命は、ある運転条件下で機器構成部3− 材の曲げ強さ、硬さ等の劣化特性値の変化を非破壊的に
評価することにより、予測可能である。
例えば、制御棒駆動機構(以下、CHDと略称)の寿命
は、多数の構成部材の中で短寿命部材に属するカーボン
シールの寿命に依存する。このカーボンシールの劣化特
性値は、曲げ強さが挙げられる。CRDに使用されてい
るカーボンシールでは。
その曲げ強さが、運転温度の増加に伴い低下する傾向が
あり、その劣化挙動は、次式により近似できることが分
かった。
a = aoexp(−f (T)”ta)    −
(1)f (T )=exp(b T +c )   
     ・・’ (2)ここで、σは劣化特性値、σ
0は劣化特性初期値、Tは温度、tは時間、a、b、Q
は実験定数である。さらに、カーボンシールの劣化挙動
のばらつきからワイブル分布を仮定すると、劣化の信頼
度は、次式で表現できる。
Rs =exp((t / η)”)        
−(3)ただし、tは時間、99mは、実験定数である
ここで、99mの実験定数は、温度依存性があり、4 η=η(T)                  ・
・・(4)m=m(T)              
    ・・・(5)で表現できる。従って、各CRD
の運転温度履歴が分かれば、各CHDの信頼度を予測す
ることができる。また、カーボンシールのシール性能が
低下する限界信頼度Rcまでの運転時間を部材の寿命と
仮定すれば、時刻tにおける余寿命りは、次式により表
現できる。
L=η(Ts)(−LOG(RC))1/−(T3)−
t−(6)ここで、Tsは、時刻を後の運転温度である
従って、各CRDの運転温度履歴から、各CRDの余寿
命が算出できる。
本発明では、部材劣化の信頼度を考慮して、信頼度の小
さいものから優先的に所定本数を選定する。n本のCR
Dから構成されるCRD全体のシステム信頼度は、次式
で表現できる。
R: n Rr = Rエ・R2−R1・−・Rn  
 ・(7)ここで、R1はCRD構戒構成の寿命データ
のワイブル分布解析から求めた各CHDの信頼度であり
、(3)式で定義した値である。
各CRDの信頼度の大小関係をRt < R2<・〈R
5〈・・<RNと仮定した場合に、信頼度の小さいもの
から優先的にに本選定すれば、交換後の各CRDの信頼
度は、 RI= 1      (i−= 1〜k)  ・・・
(8)R+<1      (i=に+I〜n)−(9
)となるから、CHD全体の信頼度は、信頼度の小さい
ものから優先的にに本だけ除いた残りの交換しない(n
 −k)本のCHDの信頼度の積で表現できる。
R= IT R+ = Rh+i HRk+z−・Rn
   ・・・(IQ)従って、本方式で選定した場合の
システム信頼度が最大となるため1点検CRDの選定方
法の高信頼度化が図れる。
本発明は、以上の選定方法に着目し、部材劣化の信頼度
を運転温度履歴等のプロセス量から予測して、信頼度の
小さいものから優先的に所定本数選定することを特徴と
する。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を詳細に説明する。
第1図は、余寿命診断システムのブロック図である。本
システムは、専門家や過去の経験から得た予防保全業務
に関する知識(機器・部品の仕様。
性能、限界値、事故・不具合情報、保守情報等)を推論
処理できるように表現し、それを格納する知識ベース1
、知識の入力、変更、デパックを行なう知識獲得支援機
構2、知識ベースを基にして、推論及び制御を実行する
推論機構3、専門家から得た知識の入力、保守、または
、利用者の応答を容易に行なわせるユーザインターフェ
イス4、及び、外部からデータを取り込む外部システム
インターフェイス5から構成されるエキスパートシステ
ム6とプラントデータを管理するデータベースシステム
7及びキーボードやデイスプレィ等の入出力機能を実施
する端末システム8から構成される。
エキスパートシステム6には、機器の余寿命を診断する
ためのソフトウェアが格納されている。
このエキスパートシステム6の特徴は、以下の点にある
− (1)知識表現は、IF−THEN〜型のプロダクショ
ンルール形式で表現できるルール型知識と。
表現の真偽が確定している事実型知識すなわちフレーム
型の双方を扱えるハイブリッドタイプの知識表現が可能
である。
(2)前向き推論、後向き推論ができる柔軟な推論機構
をもち、競合解消戦略も複数あり、ルールの条件部、メ
タルール、デバッガから自由に選択できる。
(3)知識ベースに格納された知識は、推論で用いる前
に高速処理できる形に変換する。この結果、推論実行中
に不必要なルールの照合を軽減し、推論時の実行速度を
向上させ、高速推論が可能である。さらに、メタルール
を用い、使用するルール群の数を絞り込むことにより自
I5高速化を図ることができる。
第2図は、本システムの概略フローチャー1−である。
部材の劣化解析では、機器を構成する部品の加速寿命試
験データの信頼性解析結果に基づいて、機器の余寿命を
予測する。機器の余寿命は、8− ある運転条件下で機器構成部材の曲げ強さ、硬さ等の劣
化特性値の変化を評価することにより、予測可能である
余寿命予測方法は以下のようにして行なう。
1)データベースシステム7に格納されている対象機器
構成部材の故障情報、あるいは、加速寿命試験データを
用いてワイブル分布解析等の信頼性解析を実施する。
2)ワイブル分布解析から、その部材の故障形態を表わ
すワイブル形状パラメータm+(初期故障(m+<1)
、偶発故障(m+=1)、摩耗故障(m+>1))と尺
度パラメータη1(特性寿命)を求める。
3)対象機器の運転履歴時間上を入力する。
4)運転環境条件履歴読み込み(CHDの場合は、運転
温度) 5)運転履歴時間tと特性寿命η量より部材の信頼度R
I を算出する。
6)部材全数(i=3〜n)算出後、構成部材信頼度R
Iから機器信頼度Reを(11)式により算出する。
Re”n  R+=RzR2−−Rt−−Rn1”1 =exp(−Σ (1/ηt)” )      −(
n)7)機器信頼度Reを小さいものから優先的に所定
本数(k本)選定する。
8)機器信頼度限界値を設定後、(11)式から逆算し
て余寿命りを算出する。
9)信頼度の小さいものから優先的にに本だけ除いた残
りの交換しない(n −k)本のCHDの信頼度の積か
らシステム信頼度を算出する。
本発明をCRDに適用した場合の余寿命診断システムの
適用例を以下に示す。
第3図は、CRDの構成部品のカーボンシールの劣化特
性として、寿命試験から得られた曲げ強さの温度依存性
の一例を示す。同図より、運転温度の増加に伴い曲げ強
さの劣化速度が速くなる傾向があり、曲げ強さは、(1
)式で示したように時間と温度との指数関数で表示でき
ることがわかる。
この相関関係をエキスパートシステム6内の知識11− ベース1に格納しておくことにより、CRDの余寿命診
断が可能となる。
第4図は、カーボンシールの加速寿命試験データを用い
てワイブル分布解析を実施した場合の実施定数m(T)
と温度との関係を示した図である。
m(T)は温度の増加に伴い増加する傾向を示す。
第5図は第4図と同様、ワイブル分布解析を実施した場
合の実験定数η(T)と温度との関係を示した図である
。η(T)は、温度の増加に伴い減少する傾向を示す。
これらの実験定数を使用して、システムを実行下場合の
結果を以下に示す。
第6図は、運転温度履歴を仮定した場合のカー・ボンシ
ールの信頼度解析結果である。この図より、限界信頼度
到達時間tc と現在時間tとの差より、余寿命りが算
出できる。
第7図はCHDの余寿命算出結果である。
第8図は、本発明を用いて算出した場合のシステム信頼
度と従来実施していた機能試験データの傾向解析によっ
て選定した場合のシステム信頼度との比較を示す。本発
明による選定方法を採用することにより、システム信頼
度は向上し、かつ、定検周期も延長できることがわかる
以上の例のように、運転温度履歴等のプロセス量から機
器の信頼度を予測する方法は、他の機器にも適用可能で
ある。
〔発明の効果〕
本発明をCHDの予防保全業務に適用した場合、以下の
効果がある。
原子力発電プラント(出力1100MWe)では、18
5本のCRDが装荷されており、現在5年周期で全数点
検を実施している。1年間に約37本の点検をするため
、約12日間を要し、全点検要期の約20%を占めてい
る。この定検周期は安全サイドで決められているため、
オーバメンテナンスの傾向がある。本発明によれば、結
果として得られる点検周期は従来の異部から七年〜十年
に延長可能となるため、1回の定検時に実施するCHD
点検本数は、約50%削減できる。この点検本数の選定
に要する時間も、従来杓子日間を要していたが、約五分
で精度良く選定できる。
従って、従来の定検工程、作業量、および、これに伴う
被爆量も約50%低減できる。
このように、本発明によれば、対象機器の運転温度履歴
等のプロセス量を用いることにより、部品の劣化傾向を
非破壊的に予測でき、そのデータを基にして各CRDの
余寿命が予測できる。この結果から、各CRDの故障率
、信頼度、及び、定検周期等を迅速に高精度で予測でき
るので、予防保全計画の立案に要する時間の短縮が図れ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の余寿命診断システムのブロ
ック図、第2図は本システムの制御フローチャート、第
3図はCRDの構成部品のカーボンシールの劣化特性と
して、寿命試験から得られた曲げ強さの温度依存性の一
例を示す説明図、第4図はワイブル分布解析を実施した
場合の実験定数m (T)と温度との関係を示す特性図
、第5図はワイブル分布解析を実施した場合の実験定数
η(T)と温度との関係を示す特性図、第6図は運転温
度履歴を仮定した場合のカーボンシールの信頼度解析結
果を示す説明図、第7図はCRDの余寿命算出結果の説
明図、第8図は本発明を用いて算出した場合のシステム
信頼度と従来実施していた機能試験データの傾向解析に
よって選定した場合のシステム信頼度との比較を示す説
明図である。 工・・知識ベース、2・・・知識獲得支援機構、3・・
・推論機構、4・・・ユーザインターフェイス、5・・
外部システムインターフェイス、6・・・エキスパー1
へシステム、7・・・データベースシステム、8・・端
末シ15 躬3図 ・冒(璽 目T 弔 日 躬8図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、知識を格納する知識ベースと、知識の入力、変更、
    デバッグを行なう知識獲得支援機構と、前記知識ベース
    を基にして、推論及び制御を実行する推論機構と、専門
    家から得た知識の入力、保守または利用者の応答を容易
    に行なわせるユーザインターフェイス及び外部からデー
    タを取り込む外部システムインターフェイスから構成さ
    れるエキスパートシステムと、プラントデータを管理す
    るデータベースシステムと、入出力用の端末システムか
    ら構成される発電プラント機器の余寿命診断システムを
    使用して、構成部材の劣化特性値を温度等のプロセス量
    の運転履歴から算出して求めた構成部材の信頼度から機
    器の余寿命を予測する手段を設けたことを特徴とする発
    電プラント機器の余寿命診断システム。 2、構成部材の寿命データのワイブル分布解析から求め
    た部材劣化の信頼度を考慮して、信頼度の小さいものか
    ら優先的に所定本数選定する請求項第1項に記載の発電
    プラント機器の余寿命診断システム。
JP1284717A 1989-11-02 1989-11-02 発電プラント機器の余寿命診断システム Pending JPH03146897A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05231987A (ja) * 1992-02-24 1993-09-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光パルス試験器
US5648919A (en) * 1993-02-15 1997-07-15 Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha Maintenance systems for degradation of plant component parts
CN103065052A (zh) * 2013-01-07 2013-04-24 河南科技大学 一种测定机械产品理论寿命的方法
JP2019002803A (ja) * 2017-06-15 2019-01-10 株式会社東芝 原子炉構造材料の寿命予測方法とその装置

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