JP2008256681A - System for monitoring pressure fluctuations in nuclear power plant - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、沸騰水型原子炉等の原子力プラントの圧力変動を監視するシステムに関する。 The present invention relates to a system for monitoring pressure fluctuations in a nuclear power plant such as a boiling water reactor.
沸騰水型原子炉において現在構造のまま熱出力の増加をはかり、蒸気流量を増加させると、一部のプラントにおいては、主蒸気系における圧力の脈動が増加し、これが原子炉に伝播して炉内に設置された蒸気乾燥器を破損する事態も想定されている。 In boiling water reactors, if the heat output is increased with the current structure and the steam flow rate is increased, the pressure pulsation in the main steam system will increase in some plants and this will propagate to the reactor and be transferred to the reactor. It is also assumed that the steam dryer installed inside will be damaged.
また、再循環流量を増加させるためにポンプの回転数を変更するなどした際に、ポンプの回転数と羽根枚数に応じて発生する圧力脈動が炉内の機器を損傷する事例なども知られている。一般に、圧力変動を抑制する手段としては、圧力を外に逃がすことや、ヘルムホルツ共鳴器を設置して脈動を吸収して抑制する方法などが知られている。 There are also known cases where pressure pulsations that occur according to the number of rotations of the pump and the number of blades damage the equipment in the furnace when the number of rotations of the pump is changed to increase the recirculation flow rate. Yes. In general, as means for suppressing pressure fluctuation, there are known a method of releasing pressure or a method of installing a Helmholtz resonator to absorb and suppress pulsation.
このような抑制手段としては、例えば一定の圧力以上に上昇した場合に蒸気を水プールに排出する手段と、排出時に水面振動を抑制するために水中への排出管に緩衝用の穴を多数設けることや、他分野の例では脈動発生源の圧力容器にヘルムホルツ共鳴器を隣接して設置する方法(例えば特許文献1参照)などが行われる。 As such a suppression means, for example, a means for discharging steam to the water pool when the pressure rises above a certain pressure, and a number of buffering holes are provided in the discharge pipe into the water in order to suppress water surface vibration at the time of discharge. In other examples, a method of installing a Helmholtz resonator adjacent to a pressure vessel of a pulsation generation source (see, for example, Patent Document 1) is performed.
特に後者のような方法では、圧力脈動の振動数やその大きさを把握することが必要である。したがって、例えば時間応答性の良好な圧力センサを配管に設置することなどが考えられるが、内圧が高い圧力容器である配管に新たに貫通口を設けることはコストの面で不利である。このため、配管表面のひずみを検出して配管内または原子炉内の圧力脈動を間接的に測定する手法などが近年行われている。また、このような方法で測定された信号を原子炉格納容器外へ伝送するためには通常は金属を材料とする信号伝送線を内包した計装貫通口が用いられるが、貫通口で電磁ノイズを拾うことが多いため格納容器の内外にそれぞれ電気信号と光信号の間の変換器を設けて、一旦、金属の信号伝送線を光ファイバー線の信号伝送線に変換して、格納容器壁を貫通する光ファイバー式の計装貫通口などが開発されている。
上述した配管表面のひずみを監視する方法においては、監視したい主蒸気配管や再循環系配管が運転中は密閉される原子炉格納容器内にあるため、格納容器内に立ち入ることができず、容器内に設置するひずみアンプやひずみゲージのケーブルなどを調整することができない。このため、運転前の設置時に信号/ノイズ比(S/N比)を高く調整するが、運転によって測定応力値や電磁場環境が変わり、S/N比が劣化した場合に再調整することができない。圧力脈動による配管表面のひずみは非常に微少な量であるため、S/N比の劣化によって監視不能になることがある。また、格納容器の内外を貫通する計測制御線の数は、計装ペネトレーションと呼ばれる格納容器の内外を貫通する電線貫通装置の数によって制限されるため、ひずみゲージの設置個数が限定されるという問題もある。さらに、監視箇所は配管内で圧力脈動が形成する定在波の形状が十分捕捉できるように、脈動の波長かその数分の一程度の長さの間隔で設置することが望ましいが、このように離れた位置にひずみゲージを設置すると、各ひずみゲージからひずみアンプまでの距離が長くなる。ひずみゲージは通常は抵抗値の微少な変化をブリッジ平衡回路によって電圧に換算して読み取るため、このようにアンプまでの信号線の長さが長くなると誤差が増加するし、また周囲の電磁ノイズを拾いやすくなる。 In the above-described method for monitoring the strain on the pipe surface, the main steam pipe and recirculation system pipe to be monitored are in the reactor containment vessel that is sealed during operation, and thus cannot enter the containment vessel. The strain amplifier or strain gauge cable installed inside cannot be adjusted. For this reason, the signal / noise ratio (S / N ratio) is adjusted to be high at the time of installation before operation, but cannot be readjusted when the measured stress value or electromagnetic field environment changes due to operation and the S / N ratio deteriorates. . Since the strain on the pipe surface due to pressure pulsation is very small, it may become impossible to monitor due to the deterioration of the S / N ratio. In addition, the number of measurement control lines that penetrate the inside and outside of the containment vessel is limited by the number of wire penetrating devices that penetrate the inside and outside of the containment vessel called instrumentation penetration, so the number of strain gauges installed is limited. There is also. Furthermore, it is desirable to install monitoring points at intervals of about one-tenth of the wavelength of the pulsation so that the shape of the standing wave formed by the pressure pulsation can be sufficiently captured in the pipe. If a strain gauge is installed at a position far away from each other, the distance from each strain gauge to the strain amplifier becomes longer. Strain gauges usually read minute changes in resistance values by converting them to voltages using a bridge balanced circuit, so the error increases as the length of the signal line to the amplifier increases in this way, and ambient electromagnetic noise is also reduced. It becomes easy to pick up.
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、原子炉格納容器の中の配管内や圧力容器内の圧力脈動を多数の点で高いS/N比で測定し、また格納容器外へその信号を伝送する手段を提供することのできる圧力変動監視装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and measures pressure pulsations in piping and pressure vessels in a reactor containment vessel at a number of points with a high S / N ratio. An object of the present invention is to obtain a pressure fluctuation monitoring device capable of providing a means for transmitting the signal to the outside.
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、原子炉格納容器内に収納された原子炉圧力容器またはこの原子炉圧力容器に接続された配管の表面に貼付けられて、これら原子炉圧力容器またはこの原子炉圧力容器に接続された配管のひずみを測定するひずみ測定部を有する光ファイバーと、この光ファイバーに接続されて光信号を電気信号に変換するひずみ変換器と、このひずみ変換器に接続された監視装置とを備えたことを特徴とする原子力プラントの圧力変動監視システムである。 The present invention has been made to solve the above problems, and is attached to the surface of a reactor pressure vessel housed in a reactor containment vessel or a pipe connected to the reactor pressure vessel, and these reactors An optical fiber having a strain measuring unit for measuring strain of a pressure vessel or a pipe connected to the reactor pressure vessel, a strain transducer connected to the optical fiber to convert an optical signal into an electrical signal, and a strain transducer A pressure fluctuation monitoring system for a nuclear power plant, comprising a connected monitoring device.
このように構成された本発明では、配管ひずみは光ファイバー内を光のかたちで伝送されるため、変換器にいたるまで電磁波ノイズの影響を受けない。このためS/N比が大幅に改善される。また、既存の計装貫通口を利用できるため、既存プラントに容易に追加して設置することができる。 In the present invention configured as described above, since the pipe strain is transmitted in the form of light through the optical fiber, it is not affected by electromagnetic noise until it reaches the converter. For this reason, the S / N ratio is greatly improved. Moreover, since the existing instrumentation through-hole can be used, it can be easily added to the existing plant.
以下、本発明に係る圧力変動監視装置の実施例について、図面を参照して説明する。 Embodiments of a pressure fluctuation monitoring apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1の実施例)
図1を用いて本発明の第1の実施例を説明する。図1は第1の実施例の構成を一部断面で示す斜視図である。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a perspective view showing a part of the structure of the first embodiment.
原子炉格納容器1の内側に設置された配管2の周方向に貼り付けたひずみ測定部4と、このひずみ測定部4で測定した光信号を導く光ファイバー3と、原子炉格納容器1内の計装貫通口5の近くに設置した光信号―電圧信号の変換器(ひずみ変換器)6と、変換器6からの出力信号を観測する監視装置7から構成されている。
A
このように構成された本実施の形態において、配管ひずみは光ファイバー3内の光のかたちで伝送されるため、変換器6に至るまでは電磁波ノイズを拾うことがなく、変換器6の直前までのS/N比は、ひずみ測定部4と変換器6との距離に関係なく改善される。また、既存の計装線貫通口を利用できるため、容易に高S/N比の圧力変動監視装置を既存プラントに構築することができる。
In the present embodiment configured as described above, since the pipe strain is transmitted in the form of light in the
ひずみ測定部4の位置は、原子炉運転時の圧力脈動の振動数と配管2内の音速を元に音響解析によって計算した配管内の圧力脈動の定在波の圧力振幅が極大となる位置(振動の腹の部分)に設置するのが好ましい。
The position of the
さらに、ひずみ測定部4の位置は、原子炉運転時の圧力脈動の振動数と配管2内の音速を元に音響解析によって計算した配管2内の圧力脈動の定在波を入力とした構造振動解析による表面ひずみ振幅が極大となる位置に設置するのが好ましい。たとえば、圧力振幅が極大となる位置が複数ある場合に、配管の肉厚が薄い部分の方が表面ひずみ振幅が大きくなるのが普通であり、その場合、圧力振幅が極大となり、しかも配管の肉厚が比較的薄い部分にひずみ測定部4を設置するのが好ましい。
Furthermore, the position of the
(第2の実施例)
次に、本発明に係る原子力プラントの圧力変動監視装置の、第2の実施例を図2を用いて説明する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the pressure fluctuation monitoring apparatus for a nuclear power plant according to the present invention will be described with reference to FIG.
図2は第2の実施例の構成を一部断面で示す斜視図である。 FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the second embodiment in partial cross section.
本実施例における原子炉格納容器1の計装貫通口5は金属線を内包しておらず物理的な貫通口である。この計装貫通孔5に直接光ファイバー3を通した構成とし、光信号と電圧信号の変換器6は原子炉格納容器1の外に設置されている。
The instrumentation through-
このように構成された本実施の形態において、光ファイバー3は直接、原子炉格納容器1外へ取り出される。このため、電磁ノイズを拾い易い貫通口5を含め、原子炉格納容器1内の電磁場環境からノイズを受けることがない。このため原子炉運転中であっても人が立入る事が出来る格納容器外の調整のみで高S/N比の測定が可能となる。
In the present embodiment configured as described above, the
また、光ファイバー式ひずみゲージは1本の光ファイバー3のみで複数の点のひずみ測定部4からの信号を伝送できるが、実施例1では原子炉格納容器1内で電気信号に変換するため、複数の計装貫通口5を使用しなければならない。これに対して本実施例では、光ファイバー3が一つの貫通口を使用するだけで複数のひずみ計測部4からの信号を原子炉格納容器外へ伝送することができる。このため既存の金属性の信号線を内包した計装貫通口5の一つを光ファイバー3用の計装貫通口5に交換するだけで、容易に複数点を監視できる高S/N比の圧力変動監視装置を既存プラントに構築することができる。
In addition, the optical fiber strain gauge can transmit signals from the
(第3の実施例)
次に、本発明に係る第3の実施例を図3を用いて説明する。図3は第3の実施例の構成を一部断面で示す斜視図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a perspective view showing a part of the configuration of the third embodiment.
本実施例では原子炉格納容器1の貫通口5は光ファイバー式の計装貫通口であり、配管2に装着された光ファイバー3は、光ファイバー結合器8によって貫通口内の光ファイバー9に結合される。原子炉格納容器1の外側で再び光ファイバー結合器8によって伝送用の光ファイバーに結合し、原子炉格納容器1の外に設置された光信号―電圧信号の変換器6まで導かれる。
In this embodiment, the through-
この変換器6で発生したひずみ信号は高速フーリエ変換器(周波数分析器)10に入力され、振動数とひずみ振幅値が出力される。この振動数とひずみ振幅値を入力として計算機11内の音響解析ルーティン12で配管2に接続する原子炉圧力容器13を含めた圧力脈動の定在波分布が計算される。
The distortion signal generated by the
この計算結果は計算機11内の構造振動解析ルーティン14に受け渡され、原子炉圧力容器内に収納された蒸気乾燥器等の炉内構造物15の表面における圧力脈動振幅を入力して、構造振動解析を実施し、最大ひずみ振幅値を出力する。この最大ひずみ振幅値は比較ルーティン17へ受け渡され、原子炉内温度と構造物の材料を入力として計算された許容ひずみ振幅と比較され、この値よりも最大ひずみ振幅値が大きい時に計算機11のモニター16に警告信号を表示する。
This calculation result is transferred to the structural
このように構成された本実施の形態において、原子炉圧力容器内の構造物に電磁ノイズに弱い抵抗式のひずみゲージを設置することなく、圧力バウンダリの外側から容易かつ正確に炉内構造物の健全性を診断する監視装置を構築することができる。 In the present embodiment configured as described above, the internal structure of the reactor structure can be easily and accurately applied from the outside of the pressure boundary without installing a resistance-type strain gauge that is weak against electromagnetic noise. A monitoring device for diagnosing soundness can be constructed.
(実施例4)
次に、本発明に係る原子力プラントの圧力変動監視装置の、第4の実施例を図4を用いて説明する。
Example 4
Next, a fourth embodiment of the pressure fluctuation monitoring apparatus for a nuclear power plant according to the present invention will be described with reference to FIG.
図4は第4の実施例の構成を一部断面で示す斜視図である。この実施例は第1の実施例の変形であって、複数(図示の例では2本)の光ファイバー3を用いて複数のひずみ測定部4のひずみを測定できるように構成されている。信号多重伝送アンプ20が原子炉格納容器1内に配置され、復調アンプが原子炉格納容器1外に配置されている。各光ファイバー3はそれぞれの変換器6に接続され、ここで変換された電気信号は信号多重伝送アンプ20に送られて多重化される。そして、1本の線で貫通口5を貫通し、復調アンプ21で複数の電圧信号に分離され、監視装置7に送られる。
FIG. 4 is a perspective view showing a part of the configuration of the fourth embodiment. This embodiment is a modification of the first embodiment, and is configured to measure strains of a plurality of
この実施例によれば、複数のひずみ測定部4のひずみを測定でき、しかも、1本の線で貫通口5を貫通できる。
According to this embodiment, the strains of the plurality of
(他の実施例)
以上説明した各実施例は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。たとえば、第3の実施例(図3)の計算機11の内容は、他の実施例にも適用できる。
(Other examples)
Each embodiment described above is merely an example, and the present invention is not limited to these. For example, the contents of the
1…原子炉格納容器、2…配管、3…光ファイバー、4…ひずみ測定部、5…貫通口、6…変換器(ひずみ変換器)、7…監視装置、8…光ファイバー結合器、9…貫通孔内の光ファイバー、10…高速フーリエ変換器(周波数分析器)、11…計算機、12…音響解析ルーティン、13…原子炉圧力容器、14…構造振動解析ルーティン、15…炉内構造物、16…モニター、17…比較ルーティン、20…信号多重伝送アンプ、21…復調アンプ。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
測定されたひずみ信号を入力として高速フーリエ変換を行い、ひずみ信号の振動数を同定する周波数分析器と、
周波数分析器によって同定したひずみ信号の振動数をもとに音響解析によって配管内とこの配管に接続する原子炉圧力容器内の圧力脈動の定在波を計算し、ひずみ信号を原子炉圧力容器内の圧力振幅量へ変換する変換手段と、
を備えたことを特徴とする原子力プラントの圧力変動監視システム。 In the nuclear power plant pressure fluctuation monitoring apparatus according to claim 1,
A frequency analyzer that performs fast Fourier transform using the measured strain signal as input and identifies the frequency of the strain signal;
Based on the frequency of the strain signal identified by the frequency analyzer, the standing wave of pressure pulsation in the pipe and the reactor pressure vessel connected to this pipe is calculated by acoustic analysis, and the strain signal is calculated in the reactor pressure vessel. Conversion means for converting the pressure amplitude into
A pressure fluctuation monitoring system for a nuclear power plant characterized by comprising:
計算された原子炉圧力容器内の圧力脈動の定在波を入力とした原子炉圧力容器内構造物の構造振動解析によって原子炉圧力容器内構造物に生じる最大ひずみ振幅を計算し、配管表面のひずみ信号をこの配管に接続する原子炉圧力容器内に設置された構造物に生じる最大ひずみ振幅量へ変換する手段と、
測定結果から計算された原子炉圧力容器内構造物に生じる最大ひずみ振幅量と、測定時の運転温度と構造物を構成する材料の疲労限度から計算される許容ひずみ振幅量を比較し、測定結果から計算された最大ひずみ振幅が許容ひずみ振幅を超えた場合に監視員または運転員に視覚的または聴覚的な警告を発する手段と、
を備えたことを特徴とする原子力プラントの圧力変動監視システム。 In the nuclear power plant pressure fluctuation monitoring system according to claim 7,
The maximum strain amplitude generated in the reactor pressure vessel structure is calculated by structural vibration analysis of the reactor pressure vessel structure using the calculated standing wave of the pressure pulsation in the reactor pressure vessel as an input, and the piping surface Means for converting a strain signal into a maximum strain amplitude generated in a structure installed in a reactor pressure vessel connected to the pipe;
Compare the maximum strain amplitude calculated in the reactor pressure vessel structure calculated from the measurement results with the allowable strain amplitude calculated from the operating temperature during measurement and the fatigue limit of the materials that make up the structure. A visual or audible warning to the monitor or operator if the maximum strain amplitude calculated from exceeds the allowable strain amplitude;
A pressure fluctuation monitoring system for a nuclear power plant characterized by comprising:
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