JPS6122796B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は原子力発電プラントの運転過程におい
て、運転員の誤操作あるいはプラントの故障等に
起因する原子炉緊急停止（原子炉スクラム）を未
然に防止する原子炉プラント診断装置に関するも
のである。 原子力発電プラントは大きく分けると、高温、
高圧の蒸気を発生させる原子炉と、その蒸気エネ
ルギーを高速の回転エネルギーに変換するタービ
ンと、このタービンに駆動されそのロータの回転
により電気を起こす発電機との３部分に分けるこ
とができる。そしてそれらは複雑なインターロツ
クを持ち制御されている。したがつて誤操作、故
障、事故等がどの部分に発生したとしても、それ
がプラントに与える影響が大きい場合には原子炉
に全数の制御棒を数秒で挿入し、緊急に原子炉を
停止させる原子炉スクラムを自動的にあるいは手
動にて行なう必要がある。 しかし原子炉が一旦停止されると、それがたと
え誤動作によるスクラムであつたとしてもプラン
トとして正常な運転状態に回復するまでには、周
知のようにゼノンの毒作用などの影響から数時間
から数日を要する。即ち、スクラムはプラントと
しての稼動率を著しく低下させることになる。現
在、世界の発電プラントのスクラム原因を分析す
ると、その70％が誤操作に起因するものであると
云われる。 原子力発電プラントは毎年３ケ月に亘りプラン
トを停止しての定期点検が義務ずけられているた
め、稼動率を向上させるためには不必要なスクラ
ムは是非とも防止せねばならない。しかしなが
ら、従来においては誤操作等によるスクラムを未
然に防止する対策は全くなされていなかつた。 本発明はこの点にかんがみ、運転員の誤操作等
に起因する原子炉スクラムを未然に防止し、これ
によりプラントとしての稼動率を飛躍的に向上さ
せ安定した電源供給を可能とし電力系統としての
安定性を確保しうる原子炉プラント診断装置を提
供することを目的とする。 このため本発明では、各種プラント機器の運転
及び監視に必要な検出点からのアナログ信号、デ
イジタル信号等を原子力プラント診断装置に入力
し、原子力プラント診断装置にて記憶しているプ
ラントの正常、異常状態の入力パターンと比較
し、正異常を判定して、その診断出力を発生さ
せ、比較器によりこの診断出力を用いて運転員の
操作によるプラント操作出力の適否を判別して不
適当の時、該操作出力を阻止することで、誤操作
が行なわれるとその操作に基く操作信号を阻止
し、あるいはあるアナログ信号等で与えられる検
出項目が異常状態へ変化してスクラムへと到達す
るような動きをした場合にはある設定値にてスク
ラム前警報を出力し、同時に異常検出項目を正常
状態に復元させるべき各機器等への制御信号を出
力しスクラムを防止するようにするものである。 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。尚、実施例としては、実際にスクラム要因と
して最重要項目の１つである。“原子炉水位低及
び高”に対して本発明を適用した場合のうち、特
に、“原子炉水位低”を中心に説明する。第１図
において１０はプロセスとしての原子力プラント
であり、１１はその給水ポンプ、１２は給水ポン
プ駆動モータ、１３はこの給水ポンプ駆動モータ
を制御する給水ポンプ制御部そして１４は原子炉
水位計であり、また１５は運転員の操作する運転
用機器である制御盤を示している。 １６は原子力プラント１０の多数の検出点信号
と共に前記原子炉水位計１４の計測値及びポンプ
駆動モータ１２に結合された速度計１７からの給
水ポンプ速度値を入力し、その変化の状態を検出
する入力信号変化検出装置、１８は入力信号変化
検出装置１６からの出力を入力し原子炉水位が正
常か否かを判断するプラント正異常診断装置、１
９はこのプラント正異常診断装置１８及び前記制
御盤１５の操作信号、給水ポンプ制御部１３の制
御信号を入力し運転員による操作の妥当性を判断
する比較器、２０は異常検出項目を復元させるに
必要な関係機器の動作量を算出する関数発生器、
２１は増幅器で、この装置１６から２１までの１
点鎖線で囲つた部分が本発明による原子力プラン
ト診断装置を示す。尚、２２は増幅器、２３はデ
スプレイ、タイプライタ等の情報出力機器であ
る。この情報出力機器も運転用機器の一つであ
る。 つぎに上記装置の作用を説明する。原子力プラ
ント１０には例えば80万kWの電気出力を有する
発電所であれば略700点の検出点が存在する。速
度計１７の給水ポンプ速度、水位計１４の原子炉
水位もそれらの１つである。この給水ポンプ速
度、原子炉水位信号Ｊは入力信号変化検出装置１
６に入力され、信号の変化の状態をその変化率等
を検出することにより把握する。この入力信号変
化検出装置１６は信号が接点のオン・オフ信号と
して入力される場合にもその変化を検出すること
ができるようになつている。原子炉水位が低下し
つつある場合、入力信号変化検出装置１６では負
の変化率を検出し、その信号Ｋはプラント正異常
診断装置１８に入力される。 プラント正異常診断装置１８では、原子力水位
に関する信号パターンが予め組まれた回路で構成
され、これがプラントの正異常を診断する基準と
なつている。原子炉水位について第１表に信号の
パターンを示す。

【表】 第１表を説明すると、本実施例の場合はプラン
ト入力として原子炉水位と給水ポンプ速度を導入
したものの１例であるが、プラントの正異常を診
断する条件として水位高スクラム水位以上
（No.1）、水位低スクラム水位以下（No.2）、水位
高スクラム前警報水位以上（No.3）、水位低スク
ラム前警報水位以下（No.4）、水位変化率“負”
（No.5）、水位変化率“正”，“０”（No.6）ポンプ
速度増指令（No.7）、ポンプ速度減指令（No.8）
の８項目がプラント正異常診断装置１８において
判断される。尚、第１表では各条件に対しYES
を“１”，NOを“０”で示している。また、条件
の状態の組合わせにより５種類のケースＡ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅに分けている。このうちＡ，Ｂ，Ｃの
３ケースはプラント正異常診断装置１８がプラン
ト正常を判断し、Ｄ，Ｅの２ケースはプラント異
常を判断するケースである。 ここで、ケースＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの内容を説
明する。第２図は各ケースの表わす原子炉水位の
状態を模擬的に示したものである。図で矢印は水
位の変化方向を示し、〓は水位増、〓は水位減を
示す。 まずケースＡは第１表の条件から斜線の領域に
実際の原子炉水位が存在するためプラントとして
は正常である。ケースＢは水位高スクラム水位以
上（No.1）ではなく、水位高スクラム前警報水
位以上（No.3）の状態で水位は斜線の領域に存
在し警報領域ではあるが、水位変化率“負”
（No.5）であり現在正常水位領域に戻りつつある
ので、プラントとして正常と判断する。ケースＣ
は水位低スクラム水位以下（No.2）ではなく、
水位低スクラム前警報水位以下（No.4）である
ので水位は斜線の領域に存在しケースＢと同様警
報領域であるが、水位変化率“正”，“０”
（No.6）であり正常水位領域に戻りつつあるの
で、プラントとして正常と判断する。 ケースＤは、現在水位はケースＢ同様上部警報
領域にあるが、その水位変化率は“正”，“０”で
あるので、水位は更に上昇する傾向にあり、した
がつてプラントとして異常と判断する。またこの
場合は給水ポンプ速度減指令（No.8）が許可さ
れる。ケースＥは現在水位はケースＣと同様下部
警報領域にあるがその水位変化率は“負”
（No.5）であるので水位は更に低下する傾向にあ
るためプラントとしては異常と判断する。この場
合は給水ポンプ速度増指令（No.7）のみが許可
される。 このような条件No.1〜No.8はケースＡ〜Ｅの
AND条件要素となり、ケースＡ〜Ｃはプラント
正常と判断されるOR条件要素、ケースＤ，Ｅは
プラント異常と判断されるOR条件要素となる。 上記条件及びケースを満たすプラント正異常診
断回路１８の回路構成の１例を示すと第３図のよ
うになる。図でＡはアンド回路、ORはオア回
路、NORはノア回路である。この回路動作を前
述の第２図ケースＢ（正常）を例にとり示すと、
この場合条件No.1、No.2は共に“０”でノア回
路NORは出力“１”一方条件No.3は“１”であ
るからそれらのアンド回路をとるアンド回路Ａの
出力（高）は“１”、このとき条件No.5は“１”
であるからそれらのアンドをとるアンド回路Ａの
出力（Ｂ正常）は“１”であり、オア回路ORか
らプラント正異常診断回路１８出力として（正
常）“１”が出力される。この第３図で１９，１
３，１５はそれぞれ第１図の比較器、給水ポンプ
制御部、制御盤に対応するものである。 ここでケースＥが、“原子炉水位低”に該当す
る。第４図のようにケースＥの水位を時間軸上に
表わした場合は、太線の範囲がプラント正異常診
断装置１８によりプラント異常と判断される。第
４図では正常水位を４０、水位低スクラム前警報
水位４１、水位変化率“０”の点を４２、水位低
スクラム水位４３と表わしている。 プラント正異常診断装置１８にてプラント異常
が判断されるとその状態（ケースＥ）は比較器１
９に信号Ｌとして入力される。この状態からプラ
ントの正常状態に復帰させるには、給水ポンプ１
１の速度を増し給水流量を増加させる方法があ
る。ところが、ここで逆に運転員等の誤操作によ
り給水ポンプ速度減の信号Ｍが出力されたとする
と制御盤１５からの信号は全て信号Ｍとして比較
器１９に入力されるため、ここでプラント正異常
診断装置１８からの入力と比較され、この場合は
第１表の条件の給水ポンプ速度減指令（No.8）
“０”の状態に反することになり、制御盤１５か
らの入力Ｍはブロツクされ誤操作は阻止される。
即ち、第３図回路で条件No.1，No.2が“０”で
ノア回路NOR出力が“１”、条件No.4が“１”な
のでそれらのアンド回路Ａ出力（低）が“１”、
このとき条件No.5が“１”なのでそのアンド回
路Ａ出力（異常減少Ｅ）が“１”、このとき条件
No.8の減信号が与えられると、“阻止”出力を生
じるアンド回路が成立し、比較器１９から阻止信
号が出る。したがつて、誤操作、誤信号により原
子炉水位が低下されることはない。運転員により
適切な操作が制御盤１５よりなされた場合は、比
較器１９からの信号Ｑは直接給水ポンプ制御部１
３に入力され、給水ポンプ速度が制御される。 プラント正異常診断装置１８及び比較器１９は
前述のように誤操作に対するブロツク処理をする
と同時に、プラントを正常状態に復元すべき出力
を行なう。 即ち、いま原子炉水位が低下し、スクラム前警
報水位４１以下で水位の変化率“負”の状態（第
１表ケースＥのNo.5）であると、プラント正異
常診断装置１８から比較器１９を経由し水位変化
率、水位信号Ｎが関数発生器２０に入力される。
関数発生器２０では第５図に示すように、原子炉
水位変化率に対し現在の原子炉水位をパラメータ
として給水ポンプ２台が低下した原子炉水位を復
元するに必要なポンプ速度の増分を算出する。こ
れは信号Ｏとして増幅器２１に入力され、信号Ｐ
として給水ポンプ制御部１３に入力される。これ
により原子炉水位を復元するように給水ポンプ速
度は適正に制御され、自動的且つ円滑にスクラム
の危険性から脱することができる。 またプラント正異常診断装置１８からは、プラ
ント異常診断時増幅器２２を通し警報出力機器２
３からスクラム前警報が出力される。即ち、この
実施例の場合は、第１表のケースＥの条件が成立
したとき、原子炉水位低によるスクラム前警報と
してメツセージ、ブザーそれに条件成立時の原子
炉水位変化率より算出したスクラム水位へ達する
までの予想時間を出力し、運転員の注意を促すこ
とになる。運転員はスクラム前警報が出力された
ことにより、正常水位に復帰すべく操作し、たと
え誤操作をしてもこれは阻止され、また更に運転
員により操作がなされなかつた場合には自動的に
スクラム原因を取除くよう制御される。 以上の説明は、原子炉水位の制御の場合につい
て、原子炉水位、水位変化率と給水ポンプ速度と
の信号を対象にした場合のものであるが、他の検
出信号の場合も同様に適用可能である。 以上述べたように、本発明によれば誤操作、軽
故障等に起因する原子炉スクラムを未然に防止す
ることができ、また異常状態から正常状態への復
元も可能となる。したがつてプラントの稼動率を
飛躍的に向上させ得ると共に運転員の負担を軽減
でき、これによりプラントの経済性、安全性等の
有効利用が促進できる。 尚、運転員の判断により本発明原子炉プラント
診断装置をバイパスさせる場合は、第１図におい
て制御盤１５からの操作信号は信号Ｒとして直接
給水ポンプ制御部１３で代表される各機器に入力
することになる。また上記実施例では論理回路構
成で説明したが、これに代えて電子計算機を用
い、プラントからの信号を入力装置にて受け、演
算装置にて状態量の変化、プラントを異常状態か
ら正常状態に復元するに必要なプラント機器の動
作量を算出し、記憶装置に予めプラント正異常状
態パターンを記憶し前記プラント状態と予め記憶
されているパターンとを比較し、出力装置により
誤動作、誤信号を阻止しあるいは機器へ必要量の
動作信号を出力したり警報を出力することを可能
であることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロツク図、第２
図は原子炉水位の正異常を判断する各ケースを模
擬的に表わした図、第３図は同実施例のプラント
正異常診断装置の原子炉水位における診断回路の
ブロツク図、第４図は原子炉水位低に対するプラ
ント異常診断範囲を説明する曲線図、第５図は原
子炉水位変化率と原子炉水位、給水ポンプ速度増
分の関係を示した曲線図である。 １０…原子力プラント、１１…給水ポンプ、１
２…給水ポンプ駆動モータ、１３…給水ポンプ制
御部、１４…原子炉水位計、１５…制御盤、１６
…入力信号変化検出装置、１８…プラント正異常
診断装置、１９…比較器、２０…関数発生器、２
３…情報出力機器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各種プラント機器、これら機器に対する操作
   を行なうための運転員用機器そして複数の監視検
   出点を持つ原子炉プラントにおいて、プラント検
   出点からの信号を受けその信号の変化状態を検出
   する入力信号変化検出装置と、正異常診断の判定
   基準となる予め設定された前記検出点の基準の信
   号パターンを備え、この信号パターンと前記入力
   信号変化検出装置からの出力信号内容によりプラ
   ントの正異常を診断してその診断出力を発生する
   プラント正異常診断装置と、このプラント正異常
   診断装置の診断出力及び運転員による運転用機器
   からのプラント操作信号を入力して該操作信号が
   プラント状況と適合しているか否かを前記診断出
   力に基いて判断して、運転員の誤操作による前記
   操作信号の出力を阻止する比較器とからなり、運
   転員の操作が不適正の時、その操作に基く前記操
   作信号の出力を阻止することにより不必要な原子
   炉スクラムを防止することを特徴とした原子炉プ
   ラント診断装置。 ２ 各種プラント機器、これら機器に対する操作
   を行なうための運転員用機器そして複数の監視検
   出点を持つ原子炉プラントにおいて、プラント検
   出点からの信号を受けその信号の変化状態を検出
   する入力信号変化検出装置と、正異常診断の判定
   基準となるため予め設定された前記検出点の基準
   の信号パターンを備え、この信号パターンと前記
   入力信号変化検出装置からの出力信号内容により
   プラントの正異常を診断してその診断出力を発生
   するプラント正異常診断装置と、このプラント正
   異常診断装置の診断出力及び運転員による運転用
   機器からのプラント操作信号及びプラント機器か
   らの状況信号を入力し前記操作信号がプラント状
   況と適合しているか否かを前記診断出力に基いて
   判断して、運転員の誤操作による前記操作信号の
   出力を阻止するとともにまた、プラント状況に応
   じて前記状況信号を通す比較器と、この比較器か
   ら原子炉スクラムの原因となる状況信号が入力さ
   れるとその状況を是正するに必要なプラント機器
   の動作量をプラント機器に出力する関数発生器と
   からなり、運転員の操作が不適正の時、その操作
   に基く前記操作変化の出力を阻止することにより
   不必要な原子炉スクラムを防止すると共にプラン
   トを正常状態に復元させることを特徴とした原子
   炉プラント診断装置。 ３ プラント正異常診断装置が原子炉スクラム前
   異常状態を検出したとき原子炉スクラム前異常警
   報を出力するようにした特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の原子炉プラント診断装置。