JPS6186683A - 高速炉の炉内異常診断方法 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、燃料集合体出口の冷却材温度ゆらぎを利用し
た高速炉の炉内異常診断方法）こ関する。

し発明の技術的背景とその問題点〕 原子力発電プラントにおいては、事故の発生を検出する
のみでなく、その事故の発生以前の徴候をできるだけ早
く検出して事故に至らないよう；こする必要がある。そ
のためには、原子力発電プラントの状態を診断する１こ
必要な信号例えば圧力、温度、流量、中性子束等に関す
る信号を監視することは、プラント設備の健全性の確認
のみでなく、機器類の損傷防止並びに保全【こも役立ち
、プラントの稼動率向上、機器信頼性の同上の点でも有
益である。

４！１こ、液体金属冷却型高速炉においては、局所閉塞
や局所沸１１す等の異常を燃料破損事故１こ至る前の初
期の段階でこのような炉内異常を検出することが、炉の
健全性を維持する上で重要である。しかして、このよう
な炉内異常は、燃料集合体出口の冷却材温度のゆらぎ振
幅を増加させることが知られており、このゆらぎの検出
は、各燃料集合体出口に設置された熱電対で検出するこ
とができる。

しかしながら、稼動中の原子炉には通常運転時でも種々
の原因でパックグラウンド・ノイズが存在ツクグラウン
ド成分を運転条件に追随して取り除くことが必要である
。そのため観測すべき信号からあるモデルを用いて予測
した予測値を差引くことで得られる残差（以下イノペー
ションという）を監視すること１こよって異常を高感度
に検出する方法（以下イノペーション法という）を適用
することが有効である。

ところで、予測の為のモデルとして自己回帰モデル（以
下ＡＲモデルという）の予測精度が高い事が知られてい
るが、運転条件が変わるとモデルも変化するので、種々
の運転条件毎１こ多数のモデルを準備することは非常に
困難であり、これが実用上の大さな欠点となっていた。

〔発明の目的〕

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、燃料集合体出口の冷却材温度ゆらぎと、この燃料集
合体出口温度ゆらぎ１こ影響を与える原子炉入口温度ゆ
らぎ、原子炉入口流量ゆらぎおよび炉出力ゆらぎ等の観
測信号を利用して炉内の異常を診断するようｌこした高
速炉の炉内異常診断方法において、予備解析により前記
各観測信号のλＢモデルの次数を決定しておき、運転条
件が変化する毎に自動的にＡＲモデルを更新し、適用す
ることによって実時間で高感度１こ炉内の異常検出を行
なう高速炉の炉内異常診断方法を提供するにある。

し発明の概要〕 本発明は、上記目的を達成するために、燃料集合体出口
の冷却材温度ゆらぎどこの燃料集合体出口温度ゆらぎに
影響を与える炉出力ゆらぎ、原子炉入口温度ゆらぎおよ
び原子炉入口流量ゆらぎを検出して炉内の異常を診断す
る高速炉の炉内異常診断方法１こおいで、予備解析によ
り燃料集合体出口温度、炉出力、原子炉入口温度および
原子炉入口流量各々の自己回帰モデルの次数を決定して
おき、運転条件が変化する毎に前記各々の自己回帰モデ
ルを更新し、この更新した各々の自己回帰モデルから燃
料集合体出口温度、炉出力、原子炉入口温度および原子
炉入口流量の各々の予測値を算出し、これら各々の予測
値を前記各々の燃料集合体出口温度、炉出力、原子炉入
口温度および原子炉入口流量の観測信号より差引いて得
られる各々の残差を、原子炉操作信号と観測信号の因果
関係を表わすテーブルおよび観測信号間の伝達径路の有
無を表わすテーブルに当て嵌めることにより炉内の異常
原因の判定を行なうように構成したものである。

先ず、本発明の高速炉の炉内異常診断方法の原理につい
て説明する。

燃料集合体出口温度ゆらぎの主な雑音源は、原子炉入口
温度ゆらぎ、原子炉入口流量ゆらぎ、炉出力ゆらぎ、燃
料集合体内の乱流混合等が考えられる。従って、予測の
だめの五Ｒモデルは理想的ｌこは次の（１）式で表現さ
れる。

（ｔ−ｍΔｔ））＋ｄ、θｏ（ｔ−ｍ△ｔ）　）・・・
・”　（１）ここでθｏ（Ｌ）　：燃料集合体出口温度
（θ０はその予測値）Ｐ（ｔ）：　炉出力 Ｆ＋（ｉ）　：　原子炉入口流量（Ｌ系統の中のｅ番目
〕”−＋　’　ｅ　Ｃｍ　ｌｄｍ　：　Ａ　Ｒ係数上記
λＢモデルでは、炉心部の燃料集合体全部１こついて、
運転条件毎に多数のＡＨ−係数を予め作成し、保存して
おくことが必要であるので、発電プラントで使用される
ミニ・コンピュータ・クラスではそのシステム化は不可
能である。

しかしながら、冷却材は下部ブレナムや各燃料集合体内
及び出口の上部遮蔽体等で混合されるので、原子炉入口
における温度や流量のゆらぎと炉６部１こおける出力ゆ
らぎの影響は、燃料集合体出口では小さくなっており、
燃料集合体出口から温度測定点の間にある上部遮蔽体に
よるミキシングの影響が支配的となる。そして、この影
響は運転条件例えば出力や流量が変わると温度分布やミ
キシング状態が変わるので変化すると考えられる。

従って、燃料集合体出口温度の予測ＡＲモデルは下記（
２）式のθ。のみの１変数モデルで充分である。

このようにして取扱う変数の数を大幅に減少することが
できる。

次Ｉこ、流量または出力等の運転条件の変更に応じてＡ
几モデルを更新する方法について説明する。

一般に、有限長時系列データ（誓（ＳΔｔ）：ｓ＝１＋
２ｓ・・・Ｎ）に対するλＢモデルｘ（ｓ△Ｌ）　　（
ただし平均値はゼロ）は下記（３）式で与えられる。

このＡｌｔモデルｘ（ｓΔｔ）を決定することは右辺の
次数Ｍと係数ａＪｍ＝Ｌ２＋・・・、Ｍ）を決定するこ
と（こ等しい。ところで、ａｆ、Ｉは下記（４）式で表
わされるニール・ウォーカ（Ｙｕｌ！ｅ−Ｗａｌｋｅｒ
）方程式を解くコト１こよって得られる ΣＣｘｘ（／−ｍ）ａＭ（ｍ）＝Ｃｘｘ（ｅ）　　＋・
＋＋＋　（４）ｙ１ｃ＝　１ ここで、Ｃｘｘ：ｘの自己相関関数 また、次数Ｍは下記（５）式で表わされる予測誤差の推
定値（Ｆｉｎａｌ　Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　Ｅｒｒｏｒ
　　以下ＦＰｇという）が最小となるようＥこ選ばれる
。

ここでσ：Ｘの共分散関数 上記（４）式および（５）式から明らかなよう１こ、各
式は独立１こ解くことはできないので、通常は以下のよ
うな手順がとられる。

すなわち（１）　　平均値の除去（平均値がゼロでない
とき） （２）　　Ｃｘｘ（１）　　Ｃ１＝１．２．−・、Ｌ）
の計算（３）　　Ｍ＝０．１．・、Ｌに対して帰納的］
こａｆｆｌとＣ１（Ｍ）を計算 （４）　　（３）と同時１こＭ＝０　、１　、・・・、
ＬｌこついてＦＰＩ３を計算し１Ｍを決定する。

以上のよう１こその手順は複雑であるだけでなく、次数
Ｍを決定するため１こＭより充分大きいと考えられるＬ
まで遂次係数ａｍとＪ’ＰＥを計算し、最終的に０〜Ｌ
の次数の中でＦＰＥを最小とする次数とその時の係数を
採用するので、結果的１こみて余分な計算が非常Ｉこ多
くなっている。これは統計的１こみて最適な最小自乗予
測を得るために必要なことであるが、本発明では工学的
に充分な精度を有すれば良いとするものである。一方、
次数Ｍ１こ対するＦＰＥの変化は多くの場合第２図に示
すように所定次数以上では一定であるような関係１こあ
るので、前もって予備解析を行い、次数を決定しておけ
ば他の運転条件１こ対するデータＩこ、その次数を採用
してＡＲモデルを作成しても精度上何ら問題はない。そ
して、次数が決定していれば上記（４）式のプール・ウ
ォーカ方程式は直接、容易１こ解くことができるので、
運転条件に変更があればそれぞれに応じて容易にＡＲモ
デルを更新することができる。

こうして得られた予測値θ、、（１）を観測データθ。

（１）から差引いて得られる残差（イノペーション）δ
θｏ（ｔ）　＝θ０（ｔ）−θｏ（１）を監視すること
により、生データの監視より高感度の異常を検出するこ
とができる。

しかしながら、上記の１変数人几モデルの場合炉出力や
原子炉入口温度に異常による変動が生じた時、その影響
が燃料集合体出口温度に現われて炉内の異常として検出
されて誤アラームを発する恐れがある。そこで、他の信
号もこれと同様１こ１変数人几モデルを適用し、別途診
断すれば炉出力や原子炉入口温度の異常変動による誤ア
ラームを防ぐことができる。例えば出力１こ異常が現わ
れ、その影響で集合体出口温度に異常が現われたような
場合には出力の異常としてアラームを発し、出口温度の
異常はバイパスする。また、この出力信号の異常変動が
出力調整等の人為的なもので、真の異常ではない場合も
あり得るので、この判定は運転制卸パラメータ（例えば
制呻棒位置等）から行なう。このような原因判定は操作
信号と観測信号の間１こ因果関係があるかどうかを表わ
す論理テーブルと観測信号間の伝達径路の有無（これは
予備解析］こより調べておく）を表わすテーブル等によ
り行なわれる。

１−次に、先ず操作信号と観測信号の因果関係および観
測信号間の伝達径路を用いて出力調整（こより炉出力が
変動した場合について説明する。

第４図は炉出力Ｐ　（ｔ）　、原子炉入口温度４ｔ（ｔ
）　、原子炉入口流量Ｆｌ（ｔ）および燃料集合体出口
温度θ。（１）のそれぞれのイノベーション法による検
出信号δＰｋ（ｔ）、δ’＃ｔ（ｔＬδν！（ｔ）およ
びδθ八へ）の波形図である。

ここで、ｋは検出器番号、ｌは１次系のループ番号、ｍ
は燃料集合体番号である。この図から明らかなよう１こ
時刻ｔ０１こおいてδｋＰ（ｔ）とδθ：（ｔ）に異常
が見られる。しかしながら出力調整のため制御棒位置が
変化すると、下記第１表の操作信号と観測信号の因果関
係表および下記第２表の観測信号間の伝達径路衣に示さ
れているようｌこ炉出力と燃料集合体出口温度に影響が
現われることが分っているので、第４図のような信号の
変化はすべて説明ができるので異常であると判断されな
いので、アラームは発生されない。

第１表　操作信号→観測信号の因果関係表第２表　観測
信号間の伝達径路 次に、操作信号と観測信号の因果関係表および観測信号
間の伝達径路を用いて制御棒の異常振動等１こより炉出
力に異常があった場合について説明する。

第５図は第４図と同様Ｉこ炉出力”　（’）　、原子炉
入口温度θＩ（ｔ）　、原子炉入口流量Ｆｘ（ｔ）およ
び燃料集合体出口温度θｏ（ｔ）のそれぞれのイノベー
ション法による検出信号δＰｋ（ｔ）　＋δ′θＩ（Ｌ
）　ｌδ♂・・（１）およびδθ。（１）の波形図であ
る。ここでｋは検出器番号、ｌは１次系のループ番号、
ｍは燃料集合体番号である。この図から明らかなように
時刻ｔ１においてδＰｋ（ｉ）とδθｏ　（ｔ）　Ｉこ
異常が見られる。ところで、この場合は操作信号は同等
変化させておらず、上記第２表の観測信号間の伝達径路
衣からδＰ−δθ０への伝達があることが分っているの
で、δθ０の異常変効１こよるアラームはバイパスされ
、炉出力の異常と判定されこのアラームが発生される。

し発明の実施例〕 本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の炉内異常診断方法が適用される高速炉
の概略図である。同図に示すように、炉容器１内には燃
料集合体３より構成される炉心２が収容されており、冷
却材は入口配管６より炉容器１の下部プレナム４に流入
し、炉心２を冷却した後、出口配管７より炉容器１外に
流出する。また、炉心２の上方には炉心上部ｍ構５が配
設されている。ところで、原子炉入口流量Ｆおよび原子
炉入口温度θＴをそれぞれ計測する流量計８および温度
計９は入口配管６に設置されている。また、燃料集合体
出口温度θ。を計測する温度計１０は燃料集合体出口部
に設置されている。さら１こ炉出力を計測する出力計１
１は図示しない出力系に設置されている。

次に、本発明の原子炉の炉内異常診断方法の一実施例を
第３図のフロチャートについて説明する。

原子炉の運転が始まると同時に炉内異常診断も開始され
る。このとき、先ず、第１ステツプ２０としてプロセス
信号すなわち原子炉入口温度θｒ（ｔ）、原子炉入口流
量Ｆ（ｔ）、燃料集合体出口温度θ。（１）および炉出
力ｐ　（ｔ）の各信号を一定サンプリング間隔△ｔで入
力し、平均値の除去等の前処理を行なう。

次の第２ステツプ２１では原子炉入口流ｉＦと炉出力Ｐ
の平均値のモニタリングにより運転条件１こ変更があっ
たかどうかを検知し、これにより運転条件の変更を検知
すれば、第３ステツプ２２においてニール・ウォーカ方
程式を解いて１変数ＡＲモデルすなわち、θ、、（１）
＝Σｄｍθｏ（Ｌ−ωｔ）ｌこおけるＡＲｍ＝１ 係数ｄ＋＝　を更新する。ここで、Ｍは予備解析１こよ
って決まる次数、θｏ（ｉ）は燃料集合体出口温度の予
測値である。次の第４ステツプｎにおいては、燃料集合
体出口温度の観測データθ０（ｔ）と更新された１変数
ＡＲモデルに基づく予測値θ０　（０とのイノベーショ
ンδθ。′（ｔ）を求める。また運転条件の変更がなけ
れば第４ステツプ２３１こおいて燃料集合体出口温度の
観測データθｏ（ｉ）と１変数ＡＲモデル］こ基づく予
測値θｏ（ｔ）を求める。そして、第５ステツプ２４で
、イノベーションδθ’ｏ（ｔ）またはδｅｏ（ｔ）の
判定すなわち、異常信号か否かの判定を行ない、異常信
号でなければ最初の第１ステツプ２０に戻り、次のプロ
セス信号について上記したと同様なステップ金繰り返す
。もし異常信号と判定されれば次の第６ステツプへ入力
され、原因判定の診断が行なわれる。

一方、炉出力信号Ｐ（ｔ）、原子炉入口温度信号θＩ（
ｔ）、原子炉入口流量信号Ｐ　（ｔ）の各プロセス信号
１こついても上記した原子炉出口温度信号θｏ（ｔ）と
同様ｉこ第１ステツプ２０１こおいて一定すンプリング
間隔△ｔで入力され、平均値の除去等の前処理か行なわ
れているから、第２ステツプ２１で運転条件の変更の判
定がなされる。そ・してもし運転条件の変更があれば、
第３ステツプ２２において各信号ｐ　（ｔ）θ１（１）
およびＦｔ（ｔ）についてのそれぞれの１変数Ａ几それ
ぞれのＡＲ係数ａｒｎ　、　ｔ）ｍおよびＣｍ　　を更
新する。

ここでＭは予備解析１こよって決まる次数、Ｐ（ｔ）。

θ！（ｔ）およびＦ　ｘ（ｔ）はそれぞれ炉出力、原子
炉入口温度および原子炉入口流量の予測値である。そし
て、第４ステツプおでは炉出力の観測データＰ　（ｔ）
と更新された炉出力の１変数ＡＲモデルに基づく予測値
′ｔ′（ｔ）とのイノペーションδＰ’（ｔ）　、原子
炉入口温度の観測データθＫ（１）と更新された原子炉
入口温度の１変数ＡＲモデルに基づく予測値θＩ　（ｔ
）とのイノペーションδθｘ　（ｔ）および原子炉入口
流ｉｔ　ＰＩ（ｔ）と更新された原子炉入口流量の１変
数ＡＲモデルに基づく予測値Ｆ′Ｘ（ｔ）とのイノベー
ションδＦｘ’（ｔ）を求める。また運転条件の変更が
なければ第４ステツプ２３１こおいて炉出力、原子炉入
口温度および原子炉入口流量の観測データｐ（ｇ、　　
６ｗ（ｔ）およびＦｔ（ｔ）それぞれの１変数ＡＲモデ
ル１こ基づく予測値Ｐ（ｔ）ｌθｒ　（ｔ）およびＦｌ
（ｔ）とのイノペーションδ亀）、δθ！（ｔ）および
δＦｒ（Ｌ）を求める。

−ｔして、次の第５ステツプ冴において上記各プロセス
信号のイノペーションについて異常信号の有無の判別行
ない、異常信号でなければ第１ステツプ２０］こ戻り、
次のプロセス信号１こついて上記と同様な手順が繰返さ
れる。もし異常信号であれば、それが真の異常か否かの
原因判定が次の第６ステツプ２５でなされる。この原因
判定は運転・制卸パラメータ２８１こ上り行なわれるが
、既１こ説明した操作信号と観測信号の間の因果関係を
表わす論理テーブルおよび観測信号間の伝達径路前１こ
より行なわれる。その結果真の異常か否かの判定を第７
ステツプ２６で行ない、真の異常であれは次４第８ステ
ップ２７でアラームを発生し、また真の異常でなければ
第１ステツプに戻され、次のプロセス信号１こついて上
記したと同様の手順が繰り返えされる。

そして原子炉を停止させればこれ１こ伴って炉内異常診
断も終了する。

〔発明の効果〕

以上説明したよう１こ、本発明の炉内異常診断方法（こ
よれば、燃料集合体出口温度、炉出力、原子炉入口温度
および原子炉入口流量をそれぞれ自身の１変数Ａ／’Ｒ
モデルで表現し、予備解析１こよって予じめ次数を決定
しておき、運転条件の変化１こ伴なって前記λ几モデル
を更新するととも１こ操作信号と観測信号の因果関係お
よび観測信号間の伝達径路の有無によって真の異常を判
別し表示するよう１こしたものであるから、真の異常を
適確１こ検出することができるばかりでなく運転条件の
変化に追随できかつ取扱う変数の数を大幅に減少するこ
とができる。したがって使用する計算機の記憶容量や計
算時間を大幅に短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の炉内異常診断方法が適用される高速炉
の概略図、第２図はＡＲ次数とＦＰｇとの関係を説明す
るための図、第３図は本発明の一実施例である炉内異常
診断方法を説明するためのフローチャート、第４図は出
力調整した場合に原子炉１こ設置された各検出器の出力
信号の波形図、第５図は出力ｌこ異常があった場合の原
子炉に設置された各検出器の出力信号の波形図である。 １・・・炉容器　　　　　３・・・燃料集合体６・・・
入口配管　　　　７・・・出口配管８・・・流量計　　
　　　９，１０・・・温度計１１・・・出力計 （８７３３）　　代理人　弁理士　猪　股　祥　晃　（
ほか１名）第　　１　　図 、く 第　　２　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料集合体出口の冷却材温度ゆらぎと当該集合体
   出口温度ゆらぎに影響を与える炉出力ゆらぎ、原子炉入
   口温度ゆらぎおよび原子炉入口流量ゆらぎを検出して炉
   内の異常を診断する高速炉の炉内異常診断方法において
   、予備解析により燃料集合体出口温度、炉出力、原子炉
   入口温度および原子炉入口流量各々の自己回帰モデルの
   次数を決定しておき、運転条件が変化する毎に前記各々
   の自己回帰モデルを更新し、この更新した各々の自己回
   帰モデルから燃料集合体出口温度、炉出力、原子炉入口
   温度および原子炉入口流量の各々の予測値を算出し、こ
   れら各々の予測値を前記各々の燃料集合体出口温度、炉
   出力、原子炉入口温度および原子炉入口流量の観測信号
   より差引いて得られる各々の残差を、原子炉操作信号と
   観測信号の因果関係を表わすテーブルおよび観測信号間
   の伝達径路の有無を表わすテーブルに当て嵌めることに
   より炉内の異常原因の判定を行なつように構成したこと
   を特徴とする高速炉の炉内異常診断方法。