JP6841589B2 - 異常予兆監視システム - Google Patents

Description

本発明は、原子力プラントの異常予兆を検知する異常予兆監視システムに関するものである。

従来、プラント等の監視対象を監視する運転データ管理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この運転データ管理装置では、状態を判定する管理値と、監視対象から取得した運転データとを比較して、異常の有無及び異常の度合いを評価し、異常があると判定した場合に取得した運転データの監視を行っている。具体的に、管理値は、運転データの状態領域を、例えば、正常域、前置警報域、警報域および停止域の４領域とするように３つ設定され、上下限値、警報値及び停止値として設定されている。つまり、これらの管理値は、各領域を分ける境界値となっている。

特許第４４３４７９５号公報

ところで、プラント等の監視対象から取得する運転データは、プラントの運転状況に応じて大きく変動する場合がある。この場合、運転データは、正常域及び前置警報域に亘って変動する可能性があり、例えば、プラントが正常であっても、運転データが前置警報域で推移したり、プラントに異常予兆があっても、運転データが正常域で推移したりする可能性がある。このため、特許文献１の運転データ管理装置では、運転データが正常域において推移する場合、異常予兆を検知することは困難である。ここで、異常予兆の検知とは、プラント設備の経時的な劣化等により、プラント設備の異常には至らないものの、将来的に異常が発生する可能性の高い兆しを検知することである。

ここで、異常予兆を検知する方法としては、プラントの運転データの相関関係に基づいて、異常予兆を検知するものがある。具体的に、プラントから取得可能な複数の運転データのそれぞれを組み合わせ、組み合わせたそれぞれの運転データの相関値が、正常時における相関値と比較して乱れた場合、異常予兆を検知する。しかしながら、上記の異常予兆を検知する方法では、相関関係が低い組み合わせがノイズの影響として発生する可能性があり、また、運転データの数が多ければ多いほど、組み合わせの数が多くなることから、異常予兆に関する計算負荷が増大する問題がある。

そこで、本発明は、原子力プラントがベースロード運転を行うことを考慮して、計算負荷の増大を抑制しつつ、異常予兆を好適に検知することができる異常予兆監視システムを提供することを課題とする。

本発明の異常予兆監視システムは、原子力プラントの異常予兆を検知可能に監視する異常予兆監視システムであって、前記原子力プラントにおいて計測される計測パラメータを含むプラント運転データを記憶する記憶部と、前記プラント運転データに基づいて、前記原子力プラントの異常予兆を検知する監視制御部と、を備え、前記原子力プラントは、前記計測パラメータが予め規定された目標値となるように、ベースロード運転を行っており、前記監視制御部は、過去の前記プラント運転データに基づいて、現在の前記計測パラメータの推移が正常となる範囲である正常範囲を設定し、現在の前記計測パラメータが、設定した前記正常範囲を超えた場合、異常予兆を検知することを特徴とする。

この構成によれば、原子力プラントは、ベースロード運転を行っていることから、計測される計測パラメータは、目標値を目標として推移する。このため、過去及び現在のプラント運転データに含まれる計測パラメータは、原子力プラントの運転状況が同じであり、また、原子力プラントが正常である場合、ほぼ同じような推移となる。よって、監視制御部は、現在の計測パラメータが、過去のプラント運転データに基づいて設定された正常範囲を超えた場合、異常予兆を好適に検知することができる。このとき、監視制御部は、計測パラメータの相関関係を求める必要がなく、現在の計測パラメータが正常範囲を超えるか否かを判定すればよいことから、計算負荷の増大を抑制することができる。

また、前記原子力プラントの異常を警告する警報値が、予め設定され、前記警報値は、前記計測パラメータが正常となる正常判定領域と、前記計測パラメータが異常となる異常判定領域とを分けるしきい値となっており、前記正常範囲は、前記正常判定領域に設定されていることが好ましい。

この構成によれば、正常判定領域に正常範囲を設定することで、計測パラメータが異常とならない正常判定領域において、原子力プラントの異常予兆を検知することが可能となる。

また、前記原子力プラントの運転状況に応じた運転モードが、予め複数用意され、前記正常範囲は、複数の前記運転モードに対応する過去の運転状況の前記プラント運転データに基づいて、複数用意され、前記監視制御部は、現在の前記原子力プラントの運転状況に応じた前記運転モードが設定されると、前記運転モードに対応する前記正常範囲を設定することが好ましい。

この構成によれば、原子力プラントの運転状況に応じて、適切な正常範囲を設定することができる。このため、原子力プラントの運転状況に応じた異常予兆を検知することが可能となる。ここで、原子力プラントの運転状況、すなわち運転モードは、例えば、外的環境によって変化する原子力プラントの運転状況に応じて複数用意されたり、原子力プラントの起動運転、停止運転等の運転に応じて複数用意されたりする。

また、前記監視制御部は、前記正常範囲の広さを、設定変更可能となっていることが好ましい。

この構成によれば、正常範囲の広さを広くすることで、異常予兆の検知の感度を低くしたり、正常範囲の広さを狭くすることで、異常予兆の検知の感度を高くしたりすることができる。このため、例えば、原子力プラントの運転サイクルの後期になるにつれて、正常範囲を狭めるように設定変更することで、運転サイクルの後期における異常予兆の検知の感度を高めることが可能となる。

図１は、本実施形態に係る異常予兆監視システムを含む原子力プラント運転システムに関する概略構成図である。 図２は、本実施形態に係る異常予兆監視システムを模式的に表した概略構成図である。 図３は、計測パラメータを示す説明図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態］
図１は、本実施形態に係る異常予兆監視システムを含む原子力プラント運転システムに関する概略構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る異常予兆監視システム１０２は、原子力プラントを運転する際に使用される原子力プラント運転システム１００に組み込まれている。ここで、原子力プラントとしては、例えば、原子炉を有する原子力発電プラント１１０であり、原子力発電プラント１１０は、ベースロード運転を行うように制御され、サイト１１５内に設けられている。先ず、図１を参照して、異常予兆監視システム１０２の説明に先立ち、原子力プラント運転システム１００について説明する。

図１に示すように、原子力プラント運転システム１００は、運転監視システム１０１と、異常予兆監視システム１０２と、異常診断システム１０３と、保守システム１０４と、運転履歴データベース１０５とを備えている。そして、原子力プラント運転システム１００は、ステーションバス１０７及び複数のユニットバス１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃにより、各システム１０１，１０２，１０３，１０４及び運転履歴データベース１０５が通信可能に接続されている。

運転監視システム１０１は、原子力発電プラント１１０の運転の監視及び制御を行っている。運転監視システム１０１は、分散制御システム（ＤＣＳ：Distributed Control System）１２１と、プロセス制御システム（ＰＣＣＳ：Process Control Computer System）１２２と、ゲートウェイ１２３と、を備えている。

分散制御システム１２１は、原子力発電プラント１１０を制御可能に接続され、複数の制御機能を分散させた複数の制御装置を含んで構成されている。分散制御システム１２１は、原子力発電プラント１１０に設けられた図示しないポンプ及びバルブ等の各機器の作動を制御するシステムである。この分散制御システム１２１は、プロセス制御システム１２２からの制御信号に基づいて、各機器の作動を制御することにより、原子力発電プラント１１０の運転を制御している。また、分散制御システム１２１は、原子力発電プラント１１０に設けられる複数の計測機器に接続されており、複数の計測機器からそれぞれ出力される複数の計測パラメータをプラント運転データとして取得し、取得したプラント運転データをプロセス制御システム１２２に向けて出力している。

プロセス制御システム１２２は、ユニットバス１０８ａを介して分散制御システム１２１と接続されており、原子力発電プラント１１０が設けられる建屋１３３から離れた中央制御室（ＭＣＲ：Main Control Room）１３１に設けられている。プロセス制御システム１２２は、分散制御システム１２１から入力されるプラント運転データを取得すると共に、原子力発電プラント１１０の運転を制御するための制御信号を、分散制御システム１２１へ向けて出力している。また、プロセス制御システム１２２は、ゲートウェイ１２３及びステーションバス１０７を介して、分散制御システム１２１から取得したプラント運転データを、運転履歴データベース１０５へ向けて出力している。

ゲートウェイ１２３は、プロセス制御システム１２２とステーションバス１０７との間に設けられ、プロセス制御システム１２２及びステーションバス１０７にそれぞれ接続されている。このゲートウェイ１２３は、プロセス制御システム１２２からのプラント運転データの出力を許容する一方で、他のシステムからのプロセス制御システム１２２へのデータの入力を規制する。

このような運転監視システム１０１は、原子力発電プラント１１０からプラント運転データを取得し、取得したプラント運転データを監視する。また、運転監視システム１０１は、取得したプラント運転データに含まれる複数の計測パラメータが予め規定された目標値となるように、原子力発電プラント１１０にベースロード運転を行わせる。このように、原子力発電プラント１１０は、ベースロード運転を行うことから、目標値は、定常値となる。

運転履歴データベース１０５は、ユニットバス１０８ｂ及びゲートウェイ１２４を介して、ステーションバス１０７に接続されている。つまり、ゲートウェイ１２４は、ユニットバス１０８ｂとステーションバス１０７との間に設けられ、ユニットバス１０８ｂ及びステーションバス１０７にそれぞれ接続され、運転履歴データベース１０５は、ユニットバス１０８ｂに接続されている。運転履歴データベース１０５は、原子力発電プラント１１０が設けられる建屋１３３から離れた事務所１３２に設けられている。運転履歴データベース１０５は、分散制御システム１２１から出力されたプラント運転データを蓄積することで、プラント運転データの履歴を保存する。この運転履歴データベース１０５は、異常診断システム１０３及び保守システム１０４からの要求に応じて、プラント運転データを出力可能となっている。

異常予兆監視システム１０２は、ユニットバス１０８ｂに接続されており、運転履歴データベース１０５から出力されたプラント運転データを、ユニットバス１０８ｂを介して取得可能となっている。また、異常予兆監視システム１０２は、分散制御システム１２１から出力されたプラント運転データを、リアルタイムに取得可能となっている。異常予兆監視システム１０２は、詳細は後述するが、運転履歴データベース１０５に保存された過去のプラント運転データに基づいて設定される正常範囲と、リアルタイムに取得した現在のプラント運転データとを比較して、原子力発電プラント１１０の異常予兆を検知する。また、異常予兆監視システム１０２は、ユニットバス１０８ｂに接続されており、検知した異常予兆に関するデータである異常兆候データを、異常診断システム１０３へ向けて出力可能となっている。

異常診断システム１０３は、ユニットバス１０８ｂに接続されており、異常予兆監視システム１０２から出力された異常兆候データを、ユニットバス１０８ｂを介して取得可能となっている。異常診断システム１０３は、異常兆候データに基づいて、原子力発電プラント１１０を構成する各種設備及び各種機器の中から、異常を引き起こす要因となる設備または機器を特定する。また、異常診断システム１０３は、ユニットバス１０８ｃに接続されており、特定した設備または機器に関する診断結果を保守データとして、保守システム１０４へ向けて出力可能となっている。

保守システム１０４は、原子力発電プラント１１０を保守管理するためのシステムである。保守システム１０４は、異常診断システム１０３により診断した原子力発電プラント１１０の保守データを取得し、取得した保守データを保守作業員に提供したり、また、保守作業員による点検作業等によって得られる保守点検結果を保守データとして取得して蓄積したりする。この保守システム１０４は、保守データベース１３５と、保守端末１３６と、保守携帯端末１３７とを備えている。

保守データベース１３５は、事務所１３２に設けられ、ユニットバス１０８ｃに接続されている。保守データベース１３５は、保守データを異常診断システム１０３に出力したり、保守端末１３６及び保守携帯端末１３７から入力される保守データを蓄積したり、異常診断システム１０３から取得した保守データを保守端末１３６に出力したりする。

保守端末１３６は、原子力発電プラント１１０が設けられる非管理区域となる建屋１３３内に設けられ、ユニットバス１０８ｃに接続されている。保守端末１３６は、保守データベース１３５から取得した保守データを、保守作業員に提供したり、保守作業員により入力された保守データを、保守データベース１３５に出力したりする。なお、保守端末１３６は、事務所１３２内に設けてもよい。

保守携帯端末１３７は、保守作業員に携帯されており、保守端末１３６と無線通信可能となっている。保守携帯端末１３７は、保守作業員の点検作業及び外観検査等によって得られる保守点検結果が、保守データとして保守作業員により入力される。また、保守携帯端末１３７は、入力された保守データを、無線通信により保守端末１３６へ向けて出力される。このとき、保守端末１３６及び保守携帯端末１３７は、建屋１３３内に設けられており、保守端末１３６及び保守携帯端末１３７間の無線通信は、建屋１３３内で行われる。

このように、原子力プラント運転システム１００は、各システム１０１，１０２，１０３，１０４及び運転履歴データベース１０５が、各バス１０７，１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃによって接続されているため、各システム１０１，１０２，１０３，１０４で得た各種データを共有し、共有した各種データを処理することができる。

また、原子力プラント運転システム１００には、事務所１３２内の会議室１３４に大型情報端末１４１が設けられており、大型情報端末１４１は、ユニットバス１０８ｂに接続されている。この大型情報端末１４１には、保守システム１０４に蓄積された保守データの他、各システム１０１，１０２，１０３において取得したデータが表示可能となっている。

次に、図２及び図３を参照して、異常予兆監視システム１０２について説明する。図２は、本実施形態に係る異常予兆監視システムを模式的に表した概略構成図である。図３は、計測パラメータを示す説明図である。

異常予兆監視システム１０２は、記憶部１０及び監視制御部１１を有するコンピュータ等のハードウェア資源を用いて構成されている。この異常予兆監視システム１０２は、上記したように、運転履歴データベース１０５に保存された過去のプラント運転データに基づいて、プラント運転データが正常に推移する範囲となる正常範囲Ｗを設定している。また、異常予兆監視システム１０２は、リアルタイムに取得している現在のプラント運転データが、正常範囲Ｗにおいて推移しているか否かを判定している。

記憶部１０は、メモリおよび記憶装置等のハードウェア資源を用いて構成され、運転履歴データベース１０５から取得した過去のプラント運転データと、分散制御システム１２１からリアルタイムに取得した現在のプラント運転データと、を含むデータを記憶している。また、記憶部１０は、監視制御部１１により作成された下記する正常範囲Ｗと、原子力発電プラント１１０の異常を警告する下記する警報値Ｋとを記憶している。

監視制御部１１は、ＣＰＵを含む集積回路等のハードウェア資源を用いて構成され、ベースロード運転している原子力発電プラント１１０の異常予兆の有無を監視したり、原子力発電プラント１１０の異常の有無を監視したりしている。

監視制御部１１は、異常の有無を監視するにあたり、記憶部１０に記憶された警報値Ｋをしきい値として用いている。つまり、監視制御部１１は、分散制御システム１２１からリアルタイムに取得した現在のプラント運転データに含まれる所定の計測パラメータが、警報値Ｋを超えたか否かを判定する。例えば、警報値Ｋが上限値である場合、警報値Ｋ以下の値となる領域が、計測パラメータが正常となる正常判定領域Ｅ１となり、警報値Ｋよりも大きな値となる領域が、計測パラメータが異常となる異常判定領域Ｅ２となる。そして、監視制御部１１は、計測パラメータが正常判定領域Ｅ１の値となる場合、正常であると判定し、計測パラメータが異常判定領域Ｅ２の値となる場合、異常であると判定する。

また、監視制御部１１は、異常予兆の有無を監視するにあたり、過去のプラント運転データに基づいて、原子力発電プラント１１０の運転開始から運転停止までの運転サイクルにおける正常範囲Ｗを作成している。そして、監視制御部１１は、分散制御システム１２１からリアルタイムに取得した現在のプラント運転データに含まれる所定の計測パラメータが、正常範囲Ｗに収まって推移しているか否かを判定する。なお、正常範囲Ｗは、正常判定領域Ｅ１内において設定される。

具体的に、プラント運転データに含まれる所定の計測パラメータに設定される正常範囲Ｗを作成する場合について説明する。監視制御部１１は、正常範囲Ｗを作成する場合、運転サイクルごとの過去のプラント運転データを取得する。監視制御部１１は、運転サイクルの所定の期間において、過去のプラント運転データの所定の計測パラメータの値を取得し、所定の期間における計測パラメータの平均値μを算出する。また、監視制御部１１は、この平均値μを基準として、標準偏差σを算出する。そして、監視制御部１１は、平均値μを中心として、標準偏差σが±３σとなる範囲（つまり、μ±３σ）を、正常範囲Ｗとして設定する。なお、この正常範囲Ｗは、μ±５σとしてもよく、各計測パラメータに応じて適宜設定される。そして、監視制御部１１は、運転サイクルの全期間において上記の処理を行うことで、図３に示す正常範囲Ｗを運転サイクルの全期間に亘って設定する。この正常範囲Ｗは、原子力発電プラント１１０の運転開始前に、監視制御部１１によって作成される。

監視制御部１１は、正常範囲Ｗが設定されると、分散制御システム１２１からリアルタイムに取得した現在のプラント運転データに含まれる所定の計測パラメータが、正常範囲Ｗに収まって推移しているか否かを判定する。監視制御部１１は、計測パラメータが、正常範囲Ｗを超えた場合、異常予兆が検知されたと判定する。そして、監視制御部１１は、異常予兆が検知されると、その旨を保守作業員に報知すると共に、異常予兆が検知された計測パラメータに関する異常兆候データを、異常診断システム１０３へ向けて出力する。なお、異常診断システム１０３は、この異常兆候データの計測パラメータに対して、外挿法により計測パラメータの進展を予測した予測モデルＬを生成し、生成した予測モデルＬを用いて、異常診断を行う。

次に、設定される正常範囲Ｗについて説明する。正常範囲Ｗは、原子力発電プラント１１０の運転状況に応じて、複数用意されている。具体的に、異常予兆監視システム１０２には、原子力発電プラント１１０の運転状況に応じて、複数の運転モードが用意されている。複数の運転モードとしては、例えば、原子力発電プラント１１０が定期試験を行うときの試験運転モード、原子力発電プラント１１０に設けられる補機が切り替えられたときの補機切替運転モード、原子力発電プラント１１０が起動運転を行うときの起動運転モード、原子力発電プラント１１０が停止するときの運転停止モード等がある。さらに、複数の運転モードとしては、所定の季節（夏季、冬季等）のときに原子力発電プラント１１０が運転するモードがある。そして、正常範囲Ｗは、複数の運転モードに対応して、複数用意される。なお、各運転モードに対応する正常範囲Ｗを作成する場合には、各運転モードに対応する運転状況で運転している原子力発電プラント１１０の所定の期間における過去のプラント運転データに基づいて作成される。

そして、監視制御部１１は、複数の運転モードの中から所定の運転モードが選択されると、選択された運転モードに対応する正常範囲Ｗを設定して、異常予兆の監視を実行する。

また、監視制御部１１は、設定される正常範囲Ｗの広さを、計測パラメータごとに設定変更可能となっていたり、運転時間に応じて設定変更可能となっている。例えば、監視制御部１１は、原子力発電プラント１１０の運転サイクルの前期から後期に向かって、段階的または連続的に正常範囲Ｗの広さが狭くなるように変更している。具体的に、正常範囲Ｗは、運転サイクルの前期から後期に向かって、μ±５σからμ±３σに変更される。このため、監視制御部１１は、運転サイクルの後期における異常予兆の感度が、運転サイクルの前期に比して高くなる。なお、正常範囲Ｗは、計測パラメータごとに設定変更可能としたが、プラント運転データに対して、つまり、全ての計測パラメータにおいて、一括に設定変更可能としてもよく、特に限定されない。

以上のように、本実施形態によれば、監視制御部１１は、原子力発電プラント１１０がベースロード運転を行うことを活かして、過去のプラント運転データに基づいて正常範囲Ｗを設定し、現在の計測パラメータが正常範囲Ｗを超えたか否かを判定することで、異常予兆を好適に検知することができる。このとき、監視制御部１１は、計測パラメータの相関関係を求める必要がなく、現在の計測パラメータが正常範囲Ｗを超えるか否かを判定すればよいことから、計算負荷の増大を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、正常範囲Ｗを正常判定領域Ｅ１に設定することができるため、計測パラメータが異常とならない正常判定領域Ｅ１において、原子力発電プラント１１０の異常予兆を検知することが可能となる。

また、本実施形態によれば、原子力発電プラント１１０の運転状況に応じて、適切な正常範囲Ｗを設定することができる。このため、原子力発電プラント１１０の運転状況に応じた異常予兆を適切に検知することが可能となる。

また、本実施形態によれば、正常範囲Ｗの広さを設定変更可能とすることで、例えば、正常範囲Ｗの広さを広くして、異常予兆の検知の感度を低くしたり、正常範囲Ｗの広さを狭くして、異常予兆の検知の感度を高くしたりすることができる。

１０ 記憶部
１１ 監視制御部
１００ 原子力プラント運転システム
１０１ 運転監視システム
１０２ 異常予兆監視システム
１０３ 異常診断システム
１０４ 保守システム
１０５ 運転履歴データベース
１０７ ステーションバス
１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ ユニットバス
１１０ 原子力発電プラント
１１５ サイト
１２１ 分散制御システム
１２２ プロセス制御システム
１２３ ゲートウェイ
１２４ ゲートウェイ
１３１ 中央制御室
１３２ 事務所
１３３ 建屋
１３４ 会議室
１３５ 保守データベース
１３６ 保守端末
１３７ 保守携帯端末
１４１ 大型情報端末
Ｗ 正常範囲
Ｋ 警報値
Ｅ１ 正常判定領域
Ｅ２ 異常判定領域

Claims (2)

1. 原子力プラントの異常予兆を検知可能に監視する異常予兆監視システムであって、
   前記原子力プラントにおいて計測される計測パラメータを含むプラント運転データと、前記原子力プラントの異常を警告する警報値と、を記憶する記憶部と、
   前記プラント運転データに基づいて、前記原子力プラントの異常予兆を検知する監視制御部と、を備え、
   前記原子力プラントは、前記計測パラメータが予め規定された目標値となるように、ベースロード運転を行っており、
   前記警報値は、前記計測パラメータが正常となる正常判定領域と、前記計測パラメータが異常となる異常判定領域とを分ける、予め設定されたしきい値となっており、
   前記監視制御部は、
   過去の前記プラント運転データに基づいて、前記原子力プラントの運転開始から運転停止までの運転サイクルにおける前記計測パラメータの値が正常となる正常範囲を前記正常判定領域に予め設定し、現在の前記計測パラメータの値が、前記正常判定領域において、設定した前記正常範囲を超えた場合、異常予兆を検知し、
   現在の前記計測パラメータの値が、前記正常範囲を超えて、前記異常判定領域の値となる場合、異常を検知し、
   前記原子力プラントの運転サイクルの前期から後期に向かって、前記正常範囲の広さが狭くなるように変更することを特徴とする異常予兆監視システム。
2. 前記原子力プラントの運転状況に応じた運転モードが、予め複数用意され、
   前記正常範囲は、複数の前記運転モードに対応する過去の運転状況の前記プラント運転データに基づいて、複数用意され、
   前記監視制御部は、現在の前記原子力プラントの運転状況に応じた前記運転モードが設定されると、前記運転モードに対応する前記正常範囲を設定することを特徴とする請求項１に記載の異常予兆監視システム。

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