CN1228601A - 原子反应堆输出功率的监控装置 - Google Patents

Abstract

原子反应堆输出功率监控装置,设有配置在堆芯内的多个中子束测定机构;用该机构由所测定的中子束检测信号、推断堆芯内输出状态的过程控制计算机;将其检测信号变动的特征抽出的筛选程序计算装置;由该计算装置施加所需的筛选程序的检测信号值评价堆芯稳定性的监控装置,计算装置是把筛选程序作为加权系数,在对堆芯状态的中子束的基本模式和高次模式的分布平均时施加的,用稳定性监控装置推断和评价堆芯的稳定度。

Description

原子反应堆输出功率的监控装置

本发明涉及一种对原子反应堆的输出功率及其输出功率的分布进行监控的原子反应堆输出功率的监控装置，尤其是那种利用于沸水型原子反应堆输出功率监控的原子反应堆输出功率监控装置。

在作为轻水型原子反应堆的沸水型原子反应堆(BWR)的堆芯里，在作为原子反应堆核计测设备体系的堆芯处、配置着作为中子束测定机构的多台中子束检测装置，对输出功率运转时的原子反应堆输出功率和沿堆芯的轴向及经向的输出功率分布进行监控和测试。

在BWR的堆芯里、各台中子束检测装置是按每16个燃料组件配置一根，在每根中子束检测装置上沿垂直方向配设4个中子束检测器。若把这些中子束检测器称为局部输出功率区域监控器(LPRM)，则一个例如1100MWe级的BWR的堆芯里将配置43支×4个=172个(信道)。

从各个中子束检测器输出的输出信号(LPRM信号)、每20个由平均输出功率区域监控器(APRM)进行平均。例如在1100Mwe级的BWR中、平均输出功率区域监控器设置成6个信道，输出8个信道的APRM信号。这些APRM信号和LPRM信号全是模拟信号。

在以前的BWR中，对平均输出功率区域监控器输出的APRM信号进行监控，当APRM信号超过某一设定点时，输出快速停堆信号等自动断路信号，使原子反应堆避免在危险状态下进行运转，从而使其安全地运行。

特别是在沸水型运转反应堆的场合下，为了避免堆芯部的输出功率发生不稳定现象，设置了原子反应堆的运转限制区域，是原子反应堆避免在这运转限制区域内运转。万一进入到这运转限制区域里，则把预先选择好的控制棒插入，使反应堆输出功率降低，采取从运转限制区域退出的措施。

虽然原子反应堆的运转限制区域是由过程控制计算机、预先使用解析代码从稳定性解析结果求出，但由于堆芯内的中子束检测器信号(LPRM信号)的起伏，因而就开发出一种能逐一评价稳定度的稳定性监控器。但是，稳定性监控器是采用平均化的APRM信号对稳定度解析评价，即只是个别地评价LPRM信号，不能正确地评价原子反应堆的输出功率变动的稳定性。原子反应堆的输出功率变动的稳定度与堆芯内的空间有相当复杂的相关性，至今许多海外原子动力工厂都在密切注意地观察和开发。

由于APRM信号是把各个LPRM信号均等地平均化，因而在整个堆芯的输出功率发动变动时能检测反应堆的输出功率的分布，但在原子反应堆的堆芯局部地发生变动时，在空间上以相位差发生变动时，由于APRM信号是把LPRM信号平均化，因而变动量就相互抵销吸收，也就难检测反应堆输出功率分布。

在堆芯的局部发生变动的例子有热液力较厉害的燃料组件发生所谓的密度波振动的振动现象、即有所谓的信道发生振动的振动现象。这种振动现象即使由于中子束振动而扩散，但仍然能在较窄范围内变动。

在空间上以相位差变动的例子有在堆芯内相互对称位置上以180°的相位差进行振动的所谓区域振动的振动现象。实际上有几个国外原子工厂正在密切注意观察这种振动现象。例如在意大利的CAORSO工厂所观测的区域振动中，APRM信号中的最大振幅是10％左右，与此相对地在LPRM信号中的最大振幅达到60％。这是因为正好在堆芯的一半处相互以180°相位差进行振动，把LPRM信号最大值和最小值同时平均化，在它们之间发生了相互抵销。

在监控堆芯稳定度时通常是从APRM信号求出表示稳定度的减幅比、振动的周期和振幅等，由此推断堆芯状态的稳定度。但是，在区域振动时，这个堆芯稳定度光用APRM信号监控有时就不能正确地检测。

而且，在原子反应堆中的稳定性监控装置虽然对堆芯内不同部位的LPRM信号能选择几个、与APRM信号同样地进行推断，但不能确定处理多个LPRM信号和对其进行判定的逻辑，因此不能用来检测区域振动。

解决在区域振动时不能正确地检测堆芯稳定度这一问题的方法曾由本申请人提出过，它是根据信号的分散值、预先选定作为基准的LPRM信号，依次求出所选定的LPRM信号的相位差，由此得到比单纯平均化有更高灵敏度的中子束检测信号，即预先推断有振动可能性的空间高次模式分布，将这模式分布在进行平均化时作为加权筛选程序加以使用(参照美国专利第5406598号说明书和日本专利公报特愿平5-209717号)。

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而作出的，其目的是提供一种原子反应堆输出功率的监控装置，它是用以前的检测信号就能正确地监控原子反应堆的输出功率变动，能提高安全性，能提高运转效率的。

本发明的另一个目的是把现有的原子反应堆输出功率的监控方法发展改良成用联机在线进行监控的联机在线输出功率监控方法，提供一种原子反应堆输出功率的监控装置，它能够监控用以前的输出功率监控方法常被忽略的原子反应堆的输出功率变动。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

原子反应堆输出功率监控装置，它设有配置在原子反应堆堆芯内的多个中子束测定机构；根据用这些中子束测定机构所测定的中子束检测信号、推断堆芯内输出功率状态的过程控制计算机；设有根据上述中子束检测信号将其检测信号变动的特征抽出的筛选程序计算装置；从由这筛选程序计算装置施加过所要求的筛选程序的中子束检测信号的值来评价堆芯的稳定性的稳定性监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算机是把筛选程序作为加权系数，在对原子反应堆堆芯状态的中子束的基本模式分布和高次模式分布进行平均时施加的，用上述稳定性监控装置推断和评价堆芯的稳定度。

所述的原子反应堆的输出功率监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算装置是用与近似均匀堆芯的中子束分布相当的贝塞尔函数分布作为基本模式和高次模式分布的。

所述的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算装置是用求得的筛选程序，借助使用与基本模式分布相当的加权的输出信号，求出减幅比、振动周期和振幅、用稳定性监控装置评价堆芯稳定性的。

所述的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算装置是用求得的筛选程序，借助使用与高次模式分布相当的加权的输出信号，求出减幅比、振动周期和振幅、用稳定性监控装置评价任意高次模式的稳定性的。

所述的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算装置是用求得的筛选程序，借助使用与相互正交的2种高次模式分布相当的加权的输出功率信号，求出减幅比、振动周期和振幅，用稳定性监控装置评价区域稳定性的。

所述的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算装置是把2种输出信号在相位平面上进行评价，从各自振幅的不同来推断区域稳定性的振动中心线的。

所述的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算装置，是用求得的筛选程序，进行任意高次模式分布加权以使在堆芯方位角方向回转，从它的响应振幅推断高次模式分布的中心线。

所述的原子反应堆输出筛选程序监控装置，其特征在于：由上述求得的最适于堆芯方位角方向的加权系数得到的输出功率信号，求出减幅比、振动周期和振幅，用稳定性监控装置评价任意高次模式稳定性的。

所述的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：求得上述输出功率信号的频谱密度，确认这频谱中有无相当于基本频率整数倍的谐波成分，由此用稳定性监控装置评价高次模式的稳定性的重要性。

原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：它是用筛选程序计算装置求出基本模式和高次模式相关的输出信号，把借助输出信号进行评价的减幅比、振动周期、振幅和频谱与输出信号响应一起显示在画面上的。

原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：在堆芯内配置着中子束测定机构，使从这中子束测定机构输出的中子束检测信号的经平滑化处理后的变动成分、动画显示在与堆芯的测试位置依次对应的3维坐标上，由此评价堆芯内的输出功率的空间变动。

原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：在堆芯内配置着中子束测定机构，在从这中子束测定机构输出的中子束检测信号的经平滑化处理后的变动成分上、加上与各个高次模式相当的加权分布，将高次模式变动动画显示在与堆芯的测试位置依次对应的3维坐标上，由此评价堆芯内的高次模式的空间变动。

原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：至少在能够利用中子束检测信号的场合下，用处于离堆芯中央部分等距离的周边部的中子束检测信号、算出简易的输出信号，求出它的减幅比和振幅，由此对区域稳定性进行评价。

所述的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：用各个直流值将各个中子束检测信号标准化，使绝对值相等，用各个半数分别将符号取为正负的加权系数，算出简易的输出信号，求出它的减幅比和振幅，由此评价区域稳定性。

所述的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：根据用相互正交的2种加权系数求出使加权系数符号反转的中心线的输出功率信号，由此求出它的减幅比和振幅，并简易地评价区域稳定性。

原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：设有根据最新的堆芯管理数据，根据物理模型进行稳定性解析的过程控制计算机，预测任意运转点上的堆芯、信道、区域稳定性。

所述的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：它是用随着运转点变更而变化参数，把没被物理模型化的部分、预先在变化的运转点范围内加以函数近似化，为离最新运转管理数据的偏差，由此对预测稳定度的运转点上的参数进行评价。

原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：它是用权利要求15以前的机能所评价的运转时的堆芯、区域稳定性减幅比与权利要求16中所预测的堆芯、区域稳定性减幅比进行比较，由此，通过学习而使预测机能的精度提高的。

本发明的原子反应堆输出功率监控装置如权利要求1所述，它设有配置在原子反应堆堆芯内的多个中子束测定机构；用这些中子束测定机构根据所测定的中子束检测信号、推断堆芯内输出功率状态的过程控制计算机；设有根据上述中子束检测信号而将这检测信号变动的特征抽出的筛选程序计算装置；从由这筛选程序计算装置施加过所要求的筛选程序的中子束检测信号的值来评价堆芯的稳定性的稳定性监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算机是把筛选程序作为加权系数，在对原子反应堆堆芯状态的中子束的基本模式分布和高次模式分布进行平均时施加的，用上述稳定性监控装置推断和评价堆芯的稳定度。

本发明的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算装置是把与均匀堆芯的中子束分布近似相当的贝塞尔函数分布作为基本模式和高次模式分布的。

本发明的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算装置是用求得的筛选程序，借助那些使用与基本模式分布相当的加权的输出功率信号，求出减幅比、振动周期和振幅、用稳定性监控装置评价堆芯稳定性的。

本发明的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算装置是用求得的筛选程序，借助那些使用与高次模式分布相当的加权的输出功率信号，求出减幅比、振动周期和振幅、用稳定性监控装置评价任意高次模式的稳定性的。

本发明的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算装置是用求得的筛选程序，借助那些使用与相互垂直的2种高次模式分布相当的加权的输出功率信号，求出减幅比、振动周期和振幅，用稳定性监控装置评价区域稳定性的。如权利要求6所示、其特征在于：上述筛选程序计算装置是把2种输出筛选程序信号放置在相位平面上，从各自振幅的不同来推断区域稳定性的振动中心线的。

本发明的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算装置是用求得的筛选程序推断任意高次模式分布加权；使堆芯方位角方向回转、从它的响应振幅推断高次模式分布的中心线。

本发明的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：它是借助用权利要求7求得的最适于堆芯方位角方向的加权系数求得输出功率信号，由此求出减幅比、振动周期和振幅，用稳定性监控装置评价任意高次模式稳定性的。而且、如权利要求9所示，其特征在于：它是求出用权利要求8求得的输出功率信号的频谱密度，确认这频谱中有无相当于基本频率整数倍的谐波成分，由此用稳定性监控装置评价高次模式的稳定性的重要性。

本发明的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：它是用筛选程序计算装置求出基本模式和高次模式相关的输出功率信号，把借助输出功率信号进行评价的减幅比、振动周期、振幅和频谱与输出功率信号一起显示在画面上的。

本发明的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：在堆芯内配置着中子束测定机构，使从这中子束测定机构输出的中子束检测信号的经平滑化处理后的变动成分、生动地显示在与堆芯的测试位置依次对应的3维坐标上，由此评价堆芯内的输出功率的空间变动。

本发明的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：在堆芯内配置着中子束测定机构，在从这中子束测定机构输出的中子束检测信号的经平滑化处理后的变动成分上、加上与各个高次模式相当的加权分布，生动地将高次模式显示在与堆芯的测试位置依次对应的3维坐标上，由此评价堆芯内的高次模式的空间变动。

本发明的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：至少在能够利用中子束检测信号的场合下，用处于离堆芯中央部分等距离的周边部的中子束检测信号、算出简易的输出功率信号，求出它的减幅比和振幅，由此对区域稳定性进行评价。

本发明的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：用各个直流值将各个中子束检测信号标准化，使绝对值相等，用各个半数分别将符号取为正负的加权系数，算出简易的输出功率信号，求出它的减幅比和振幅，由此评价区域稳定性。

本发明的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：用相互垂直的2种加权系数求出使加权系数符号反转的中心线的输出功率信号，由此求出它的减幅比和振幅，并简易地评价区域稳定性。

本发明的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：用相互垂直的2种加权系数求出使加权系数符号反转的中心线的输出功率信号，由此求出它的减幅比和振幅，并简易地评价区域稳定性。

本发明的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：它是用随着运转点变更而变化的参数，把没被物理模型化的部分、预先在变化的运转点范围内加以函数近似化，作成离最新运转管理数据的偏差，由此对预测稳定度的运转点上的参数进行评价。

本发明的原子反应堆输出功率监控装置，它是用权利要求15以前的机能所评价的运转时的堆芯、区域稳定性减幅比与权利要求16中所预测的堆芯、区域稳定性减幅比进行比较，通过学习而使预测机能的精度提高的。

以下参照附图，详细说明本发明的实施例：

图1是表示本发明的原子反应堆输出功率监控装置的一个实施例的结构图。

图2是图1所示的原子反应堆的堆芯的断平面图，表示堆芯内的中子束监控器的配置例。

图3是表示图2所示的中子束监控器沿堆芯轴向(铅直方向)上的配置例的断平面图。

图4是简略地表示本发明的原子反应堆输出功率监控装置的输出功率监控流程的顺序图。

图5是本发明的原子反应堆输出功率监控装置机能的方框图。

图6是表示本发明的原子反应堆输出功率监控装置中用作筛选程序加权的输出功率分布，是表示贝塞尔函数分布与实际周向一次模式分布的比较图。

图7是表示本发明的原子反应堆输出功率监控装置中导入的新的RPRM信号作成方法的示意图。

图8是表示由本发明的原子反应堆输出功率监控装置形成的筛选程序的效果的图。

图9是表示本发明的原子反应堆输出功率监控装置的输出功率稳定性监控例子，是表示堆芯成一体振动时所适用的结果RPRM的信号的响应例子图。

图10是表示本发明的原子反应堆输出功率监控装置的输出功率稳定性监控例子，是表示区域振动时所适用的结果RPRM的信号的响应例子图。

图11是表示本发明的原子反应堆输出功率监控装置的作为输出功率稳定性监控例子的加权系数的分布和RPRM响应的关系的图，比较在区域振动时使相对于高次模式的加权系数回转到堆芯方位角方向时的监控信号的响应不同的图。

图12是表示本发明的原子反应堆输出功率监控装置的作为输出功率稳定性监控例子的加权系数的中心线角度和RPRM振幅的关系的图，表示在区域振动时，用相互正交的加权系数求出的监控信号的相位线图上的响应和区域振动的中心线方向的对应图。

图13是表示本发明的原子反应堆输出功率监控装置的作为输出功率稳定性监控例子，是表示RPRM1/RPRM2相图和区域振方向的图。

图14是表示本发明的原子反应堆输出功率监控装置中，从减幅比、固有频率和监控信号生成波及其振幅等各个观点出发进行各个模式成分监控的高次模式监控例子。

图15是表示本发明的原子反应堆输出功率监控装置中，从监控信号生成波及其振幅和监控信号的数据库等各个观点出发对各个高次模式成分进行监控的高次模式频谱监控的例子示意图。

图16是表示本发明的原子反应堆输出功率监控装置中，在发达的振动时呈现在频谱中的高次谐波波峰的例子。

图17是表示本发明的原子反应堆输出功率监控装置中被标准化了的LPRM信号变动的立体显示例子，把监控信号、在这个场合下即把被平滑化了的LPRM信号的变动成分依次地与各个LPRM检测器在堆芯内配置相对应的位置上生动显示的例子。

图18是表示简易堆芯运转性监控用的LPRM检测器在堆芯内配置的例子。

图19是表示本发明的原子反应堆输出功率监控装置中的简易堆芯稳定性监控例子，表示适用于堆芯成一体振动的结果，表示由简易稳定性监控信号确定的堆芯稳定性监控例子。

图20是表示本发明的原子反应堆输出功率监控装置中的简易堆芯稳定性监控例子，表示适用于区域振动的结果，表示由简易稳定性监控信号确定的区域稳定性监控例子。

图21是把本发明的原子反应堆输出功率监控装置中的稳定性预测机能的计算流程依次地与稳定性监控机能的计算流程合并地表示的图。

下面，参照着附图来说明本发明的原子反应堆输出功率监控装置的一个实施例。

图1是表示本发明的原子反应堆输出功率监控装置的总体结构的方框结构图，图中符号10表示作为轻水型反应堆的沸水型原子反应堆(BWR)。在这个原子反应堆10的反应堆压力容器11内安装着堆芯12，在堆芯12里配置着作为中子束测定机构的多个中子束检测装置13。

中子束检测装置13是如图2所示、作为反应堆核计测装置、按照每16个燃料组件14附设1个的比例配置在堆芯12中，在原子反应堆输出功率运转时，对反应堆输出功率和输出功率沿堆芯12的轴向、径向的分布进行监控，进行核计测。例如、在1100Mwe级的BWR的堆芯12里配置43个中子束检测装置13，在各个中子束检测装置13中、如图3所示，沿铅直方向配置4个中子束检测器15，它们作为局部输出功率区域监控器(LPRM)，通常把这4个中子束检测器15自下至上分别取名为A、B、C、D。图2中、符号16是控制棒。

在原子反应堆10的堆芯12里，通常设置超过100个的中子束检测器15。例如、在1100Mwe级的BWR的堆芯里有43×4=172个(信道)的中子束检测器，将各个中子束检测器15输出的信号作成模拟信号LPRM信号后取出。

由平均输出功率区域监控器(APRM)把这些中子束检测器15输出的LPRM信号大致每20个编成一组，均匀地加以平均后形成APRM信号。

在原子反应堆10的内部，还如图1所示地设置堆芯现状数据测定器17，由这堆芯现状数据测定器17测定反应堆输出功率以外的作为堆芯状态量、冷却材料流量、冷却材料温度、压力等或者控制棒插入量等堆芯现状数据(过程数据)的堆芯运转状态信号(设备状态量计测信号)。这些堆芯运转状态信号也是模拟信号。

而且将中子束检测装置13的各个中子束检测器15和堆芯现状数据测定器17输出的数据信号输入到数据取样器18。数据取样器18对输入输出数据信号等模拟信号(各个LPRM信号和堆芯运转状态信号)进行取样，并进行数字化。

把由数据取样器18数字化了的各个LPRM信号和堆芯运转状态信号作为中子束数据和堆芯数据而输入到过程控制计算机19和筛选程序计算装置20，这些计算机和计算装置是作为中子束分布算出机构的。

按照操作人员所要求的时间或者定时地起动过程控制计算机19，算出在这起动时刻的堆芯12内基本模式的中子束分布。过程控制计算机19是用来算出现状的堆芯12处于基本模式的中子束分布的，具有原子反应堆堆芯状态的监控机能。

过程控制计算机19除了有监控机能，还有预测机能，由这预测机能根据最新的监控机能的结果、计算出操作人员指定的堆芯状态进行预测，算出所预测的堆芯状态下的基本模式的中子束分布。

另外，把由过程控制计算机19算出的现在状态下的堆芯12的中子束分布和预测到的堆芯12的中子束分布的计算结果、借助输入输出装置20而输出，报告给操作人员；另一方面，输入到稳定性预测装置21，由显示装置22显示堆芯状态。

过程控制计算机19还装有作为高次模式计算装置的高次模式计算装置24。高次模式计算装置24也可从过程控制计算机19独立出来地设置，由过程控制计算机19算出中子束的高次模式，将中子束的高次模式的算出结果输入到作为筛选程序计算装置的筛选程序计算装置25。由高次模式计算装置24确定的、一种具体的高次模式的计算方法记载在户川隼人著、共立出版发行的文献「详细数值计算运算」中。

另一方面，把由数据取样器18取样过并且经过数字化的各个LPRM信号输入到筛选程序计算装置25，基于输入的实际测量信号的数字化信号，求出基于信号间相位差、振幅差的最合适的筛选程序。另一方面、在筛选程序计算装置25里还算出与高次模式计算装置24算出和抽出的空间高次模式相对应的筛选程序。也即、由筛选程序计算装置25求出与堆芯状态或与实际测量到的各个LPRM信号的变动特性相适应的筛选程序。

而且，由筛选程序计算装置25将输入的各个实际测量LPRM信号加上基于相位差和振幅差的筛选程序或加上把空间高次模式抽出的筛选程序而进行平均化操作处理。把经过处理的筛选程序信号输入到联机在线连接着的作为稳定性监控机构的稳定性监控装置26和输入输出装置20，由输入输出装置20把平均化操作处理过的LPRM信号输出，通知操作人员。

由稳定性监控装置26对经过平均化操作处理的LPRM信号中表示稳定度的减幅比、共振频率(振动的周期)、振幅等进行监控，进行振动现象的检测和振动模式的判别和评价，推断堆芯状态的稳定度，把稳定度的推断信号传送给显示装置22，进行显示。

在这个原子反应堆监控装置中，从中子检测器15输出的LPRM信号算出APRM时，把以前的模拟的LPRM信号加在平均化了的APRM信号上，使用筛选程序、把空间上有从属性的振动模式有选择地加以抽出，求得新的输出变动信号(把这信号称为RPRM信号或者炉内分割输出区域检测器信号)。根据这RPRM信号而监控堆芯的稳定性。但是，其中的筛选程序的求法可根据所用的LPRM信号的条数、配置而采用简易的筛选程序的求法是可任意选择的。

把通过这些筛选程序而得到的输出信号输入到稳定性监控装置26，依次求出表示堆芯12稳定性状态的减幅比、振动周期、表示变动大小的振幅，根据这些数值、采用联机在线而评价堆芯稳定性。从以前的APRM信号对堆芯稳定性进行监控，这种堆芯稳定性是与堆芯内部成一体变化的模式有关的；与此同时、从新的信号对区域稳定性进行监控，经常实时地对堆芯内的与空间有依赖关系的输出功率的变动进行监控。

通过准备多个用在筛选程序里的加权函数，从使用各个筛选程序的信号的相位图(黎萨(リサ-ジユ)茹振动图形)能推断振动的中心线。或者从一种筛选程序系数回转而形成的监控信号的反应，同样能推断振动的中心线。也即、从APRM信号和RPRM信号的减幅比和振幅、从多个RPRM信号间、或者从加权函数回转的RPRM信号推断振动的中心线，由此推断现在堆芯内起支配作用的空间高次模式，采用联机在线对堆芯12和区域稳定性进行监控。而且，根据最新的堆芯管理数据，借助由物理模型构成的堆芯稳定性解析模式，用稳定性预测装置21预测在任意堆芯状态下的稳定性。图4表示原子反应堆输出功率监控装置的输出功率进行监控的流程，

图5表示其功能框图。首先图5表示按其机能将本发明划分成各个部件而表示的方框图。即是从设备得到的核计测信号和设备状态信号中，把核计测信号依次取入，为了计算监控信号所必需的监控信号计算装置25。接着是把设备数据定期地取入，并根据运转人员的要求，对稳定度、状态量进行预测的稳定性预测装置19、21。从监控信号计算装置25取入监控信号，并依次地监控稳定度的稳定性监控装置26。

图4详细地说明图5所示的各种机能。即、监控信号计算装置25把预先设定的加权施加在依次输入的核计测信号上，由此计算稳定性监控用信号RPRM信号。接着、由稳定性监控装置26从RPRM信号依次推断、评定堆芯稳定性、信道稳定性、与区域(高次模式)稳定性有关的参数(减幅比、固有频率、振幅、频谱)。推断与高次模式稳定性有关的、RPRM信号的灵敏度为最大的高次模式的中心线，求出最合适的加权系数后再计算RPRM信号，求出与稳定性有关的参数。稳定性预测装置21设有由物理模型构成的稳定性解析模式，根据运转人员的要求、由过程控制计算机取入最新的堆芯状态量(输出功率分布和流量等)，预测运转人员所要求的任意的设备状态下的稳定性。另外这个装置还具有如下所述的机能，即、把过去的预测结果和此时的设备状态、实际堆芯稳定度作成数据库加以贮存，把预测结果和实际的堆芯稳定度的误差取入，为将其修正而修正稳定性解析模式的输入常数的学习功能。

上述这个原子反应堆输出监控装置能检测以前的用APRM信号难检测的输出功率的变动，能提高安全性和运转效率。

下面，说明用筛选程序计算装置25求出所要求的筛选程序的计算过程。

求出的筛选程序有两类，一类是对数据取样器18常时输入的实际测量的各个LPRM信号进行运算处理而得到的筛选程序；另一类是把用高次模式计算装置24算出的空间高次模式分布抽出而得到的筛选程序。前者是根据逐次或连续地检测的各个LPRM信号的实际测量信号而算出的筛选程序；后者是根据从过程控制计算机19输出的情报而算出的、反映出随着运转状态的变化、例如由控制棒操作或者再循环流量操作形成的运转点变更的堆芯12内的算出分布的筛选程序。后者的筛选程序是在原子反应堆的堆芯状态有计划地变更时、经过程控制计算机19而求得。

由筛选程序计算装置25求得的前者筛选程序是逐次地或者每隔较短的时间间隔(几十秒)(也可以连续地)求出构成实际测量信号的各个LPRM信号的统计量、即各个LPRM信号的相互相关函数。

另一方面，由过程控制计算机19的高次模式计算装置24算出空间高次模式中子束分布。由空间高次模式中子束分布了重合构成原子反应堆10的堆芯12内的空间相关时间变动中子束φ(r.t)时，

[式1]为 $\mathrm{\φ}(r.t)=\underset{m=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{n}_m\left(t\right){\mathrm{\φ}}_m\left(r\right)---\left(1\right)$

其中，φ_m(r)是稳定时的空间构成模式中子束分布，n_m(t)是m次模式中子束随时间而变动的振幅函数，上述[式1]满足下式的特征值方程式。

[式2]为 $L\left(r\right){\mathrm{\φ}}_m\left(r\right)=\frac{1}{K_m}M\left(r\right){\mathrm{\φ}}_m\left(r\right)---\left(2\right)$

其中，L(r)、M(r)分别是与时间无关的衰变(扩散、吸收等)算子、生成(核分裂)算子；K_m表示特征值。

而且，下式的大小关系在由特征值方程式表示的各个特征值K_m间成立。

[式3]

K₀＞K₁＞K₂＞K₃＞…＞K_m＞…    …(3)

即、由(3)式可见，最低次模式的特征值K₀最大，由于稳定时最终只剩下最低次模式的特征值K₀，因而把最低次模式称为基本模式。

由已知的动态特性方程式表示基本模式的时间变动。m次模式中子束(下面、把m＞0的模式称为高次模式)的时间变化由下面的(4)和(5)式的动态特性方程表示。

[式4] $\frac{d{n}_m\left(t\right)}{dt}=-\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_m+\mathrm{\β}}{{\mathrm{\Λ}}_m}{n}_m\left(t\right)+\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_i{c}_{i,m}\left(t\right)+\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_{m0}\left(t\right)}{{\mathrm{\Λ}}_m}{n}_0+\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{mn}}\left(t\right)}{{\mathrm{\Λ}}_m}{n}_m\left(t\right)---\left(4\right)$

[式5] $\frac{d{c}_{i,m}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=\frac{{\mathrm{\β}}_i}{{\mathrm{\Λ}}_m}{n}_m\left(t\right)-{\mathrm{\λ}}_i{c}_{i,m}\left(t\right)---\left(5\right)$

其中，Am-中子寿命(s)、

Δρ_m-m次模式的相对于基本模式的未临界度，

β-全部缓发中子发生的比例，

λ_i-第i组缓发中子的预先核衰变常数(s^-1)，

C_i,m(t)-第i组缓发中子的先行核密度，

ρ_m0(t)-m次模式的反应率，

n₀-中子束的平常成分，

ρ_mn(t)-第n项的反应率，

n_n(t)-中子束随时间的变化，

β_i-第i组缓发中子预先核产生比例。

(4)式中的Δρ_m是m次模式相对于基本模式的未临界度，它由下式定义。

[式6] $\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ρ}}_m=\frac{1}{k_m}-\frac{1}{k_0}---\left(6\right)$

另一方面，在各个高次模式之间下面的正交关系是成立的。

[式7]

∫_coreφ_m ⁺(r)M(r)φ_n(r)dr=δ_mn    …(7)

但是，在原子反应堆这样大型堆芯中不能忽视动态的高次模式分布畸变，由于一般的堆芯管理是以堆芯对称进行，因而在高次模式间基本满足直接的正交关系。

[式8]

∫_coreφ_m ⁺(r)φ_n(r)dr=δ_mn        …(8)

在(7)式和(8)式中、虽然φ_m ⁺(r)的意义是指伴随中子束，但由于下面考虑的是一群中子束，因而φ_m ⁺(r)与中子束分布φ_m(r)一致。即用下式表示。

[式9]

∫_coreφ_m(r)φ_n(r)dr=δ_mn         …(9)

为了从(1)式和(9)式中把某一特定的模式成分抽出，譬如为了抽出n次模式的时间变化，只要在整个中子束上沿全体堆芯、乘以n次模式中子束分布即可。即

[式10] ${\∫\mathrm{\Φ}}_n\left(r\right)\mathrm{\Φ}(r,t)\mathrm{dr}={\∫\mathrm{\Φ}}_n\left(r\right)\underset{m=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{n}_m\left(t\right){\mathrm{\Φ}}_m\left(r\right)\mathrm{dr}=n_n\left(t\right)---\left(10\right)$

因此，只要把注视的中子束模式分布用作筛选程序即可。但是被测定的不是中子束分布φ(r,t)，因此就使用在堆芯内存在的多个(譬如在典型的110万KWe级的BWR中，172处的)LPRM信号。即把堆芯内某个部位的LPRM信号作为LPRM(r,t)，通过使用其周边上的高次模式分布，就构成

[式11]

n_n(t)≌∫ φn(r)LPRM(r,t)dr≌∑ φ_n(r)LPRM(r,t)…(11)

由此就能近似地将n次模式中子束的时间变化抽出。其中、 φ_n(r)表示中子束检测器15回的平均高次模式分布。

在(11)式中还把不取决于部位的一定值的APRM信号用作加权。在这APRM信号里含有全部中子束模式的时间变化。这样，认为在实际的堆芯内的过渡中子束变动中一般都含有许多高次模式，但在堆芯成一体振动时基本模式是支配的；在区域振动时方位角方向的1次模式的变动成分是支配的，这可解析地从实机振动数据的评价结果得到确认。虽然以前借助APRM信号来评价堆芯稳定性，但为了更正确，就必需使用在基本模式上经加权的信号。

基于这种原理，虽然把高次模式分布用作筛选程序系数是最合适的(参照美国专利5406598号说明书)，但由于在实际某时刻，高次模式分布是逐一求出，不能用作筛选程序系数，因而想出更简单的方法、通过使用，取得了与使用高次模式分布的方法相等甚至更好的效果，提出比实际装置更简单的原子反应堆输出功率监控装置。

首先、在没求出实际堆芯状态下的高次模式分布时，用裸露的均质圆筒型堆芯的中子束分布φ_1、m、n(r、θ、z)，当把3个方向的标志取成(l、m、n)时

[式12]

φ_1mn(r,θ,z)=(Acos(mθ)+Bsin(mθ))J_m(X_m,nr/R)sin(1πz/H)

                                          ……(12)

其中、Jm(x):m次贝塞尔函数，

      x_m、n:m次贝塞尔函数的n节的零点，

      R：堆芯半径，

      H：堆芯高度。

在与堆芯成一体振动相关的基本模式中，m=0,1=n=1。而与区域振动相关的周向1次模式中l=m=n=1。

因此就z轴方向模式而言，基本模式和周向1次模式是一致的。而且在高次模式m≥1处、由于相对方位角θ成为周期的，因而加了m个直线状的零点。这样，在周向1次模式(m=1)处，相互正交的2个不同的分布是相对于相同的特征值而存在(即、特征值双重地退缩)。

由于这次注意的是堆芯断面方向上的中子束分布的稳定性，因而把m次贝塞尔函数Jm(x)用作筛选程序系数。由于基本模式与m=0、n=1相对应，因而若把J₀(x_0、1r/R)用作筛选程序系数，则在与堆芯稳定性相关的模式的周向1次模式处，m=n=1；若把J₁(x_1、1r/R)cosθ作为筛选程序系数，则能把与区域稳定性相关的模式各个有选择地抽出。

由于m次贝塞尔函数到底只是裸露均匀堆芯体系中的模式分布，因而与实际堆芯的模式分布不一致，但堆芯管理是堆芯对称进行的。为此，中子束分布显示出较接近于堆芯断面的m次贝塞尔函数的分布(参照图6)，因而认为这种处理能以相当好的精度达到稳定性监控的目的。在图6中，右图表示在典型的BWR堆芯中的实际周向1次模式分布，与此相对应、左图表示在匀质堆体系中与周向1次模式分布相当的1次贝塞尔函数的分布。可见后者形成与前者近似的分布。

但是，由于周向1次模式是多重根，因而有J₁(x_1、1r/R)cosθ和与其正交的J₁(x_1、1r/R)sinθ两种。这样，假定实际振动模式是与准备的筛选程序分布正交的分布，则不能用这筛选程序抽出振动模式。由于不能正确地预测实际发生的区域振动，因而作为筛选程序，只要预先准备相互正交的2个、即预先准备J₁(x_1、1r/R)cosθ和J₁(x_1、1r/R)sinθ这两种就可以了。

这里，为了方便，把使用基本模式分布作为加权而求得的信号称为RPPM0；把使用相互正交的周向1次模式的加权而求得的信号分别称为RPRM1/RPRM2。图7表示由这样的筛选程序而确定的各种RPRM信号生成顺序，其是表示用平均化信号时的加权分布的概念图。即、现今正在用的APRM信号是使用全部相同的加权而求得的，但本发明导入RPRM信号是把高次模式作为监控对象，使用与高次模式相对应的加权分布而求出的。即、用与基本模式相对应的RPRO时把基本模式用作加权；用与周向1次模式相对应的RPRM1/2时把各自相互正交的周向1次模式用作加权。

特别是在发生可见相位差的区域振动时，由于在各个LPRM信号间有相位差，因而用以前的APRM信号会相互抵销，使信号灵敏度降低。而用RPRM1/2信号，借助筛选程序中使用的加权系数，将相位差补正，不发生抵销，能得到较高灵敏度的信号。这些情况表示在图8里。即、在这图中表示以前的方法是用那些借助全部相同的加权系数而求得的APRM信号，各个LPRM信号相互抵销，使信号本身衰减，与此相反，本发明导入的信号RPRM不发生这些相互抵销，因而能把着眼的高次模式的响应加以抽出。

下面说明把用筛选程序的振动监控的例子用于模拟振动数据的例子，这个模拟振动是使用3维动态特性解析代码的。

图9表示适用于堆芯成一体振动的例子。虽然借助RPRM0能确切地捕捉到振动现象，但RPRM2(RPRM1也是这样)几乎不含有振动成分。即这点可清楚，能从RPRM0和RPRM1/RPRM2的反应差异判别这振动现象是堆芯成一体振动。

同样、图10表示适用于区域振动的例子。与RPRM0/RPRM1相比，RPRM2的振动显著地大，而且周期也很明确。由这点能判别是与RPRM2的加权系数分布相一致方向(在本例中、振动的中心线是135度)上的区域振动。图11表示RPRM信号加权系数的分布和RPRM信号反应的关系。

由于图11上使用在图10里使用过的解析结果，因而RPRM2使用与区域振动的振动方向相一致的加权系数，RPRM1使用与其正交的加权系数。这里若把两者中间的加权系数、即把那种使用从RPRM1/RPRM2开始一起偏离45度的加权分布而求得的RPM信号临时取名为RPRM3时，则RPRM3的振幅是两者中间的值。

即、区域振动的方向(振动的中心线、即作为区域振动而呈现的空间高次模式的零点指向)借助加权系数的分布而表示与RPRM信号的振幅(灵敏度)密切相关。图12表示把J₁(x_1、1r/R)sinθ用作加权系数、从0度到180度、以5度间隔改变加权系数符号(正负)替换的中心线角度、即改变方位角θ时的RPRM信号平均振幅的变化。

振动中心线(135度)和方位角θ一致时RPRM信号的振幅最大，即灵敏度最大，相反与其正交的角度(45度)处灵敏度最小。因此如果预先准备相互正交的2种加权系数J₁(x_1、1r/R)cosθ和J₁(x_1、1r/R)sinθ，则至少一方的RPRM信号的振幅就处于图12的加网格的区域里。因此，为了监控区域振动，必需准备与2种相互正交的周向1次模式分布相类似的加权系数，这是充分的条件。

还可以从图12看出、可使加权系数的分布角度改变(或者如图所示、准备多个每次少许改变角度的加权系数，求出各个的RPRM信号)，由RPRM信号的振幅变成最大的角度，能判别区域振动的方向。但是，也可以从使用相互正交的2种加权系数的RPRM1信号RPRM2信号的相图的举动、推断区域振动的方向。图13表示这种情况。即、在这个图中，用这2种信号的相互表示使用相互正交的加权的RPRM1信号和RPRM2信号的响应的、相对于加权系数的中心线方向的变化。由图可见，振动的中心线方向是从这图中的响应成为最大的方位角θ引出。即、在RPRM1与RPRM2相比处于充分大的场合(图的右下方向)时，由于与RPRM1相对应的高次模式不稳定性处于支配地位，因而振动的方向与它的高次模式分布相一致。相反，若处于左下方向，则形成与其正交的方向。若是它们的中间方向(对角线附近)，则振动方向处于两个分布的中心线之间。

即、如果RPRM1/RPRM2中任意一个信号的振幅显著地偏向，则区域振动的方向更接近于它的振幅为最大的RPRM信号的加权系数分布的中心线方向，如果是相同程度，则能推断为两者的中间方向。这样，可经常监控RPRM1信号和RPRM2信号的相图(画面显示)，对区域稳定性监控来说是有效的机构。

在两个信号的振幅相同的场合下，究竟是区域振动还是堆芯成一体振动的判定可如图9所示地、只要与RPRM0信号的振幅进行比较就可以。即、RPRM0信号的振幅与RPRM1/RPRM2信号的振幅相比较、如果是显著地大、则可判定为是堆芯成一体振动，相反若是较小，则可判定为是区域振动。

因此，从各个RPRM信号求得的构成稳定度的指标不只是减幅比、在输出功率的振动现象监控时、各个信号的振幅、周期和相位空间上的相互关系都是必要的，本发明是提供一种根据这些参数的综合判断对振动现象进行判定的方法。

能把上述的方法用于连高次模式都含在内的原子反应堆输出功率的稳定性监控中，即，把下边的值用作加权系数。

[式13]

Jm(x_m.nr/R)sin(mθ)    …(13)

其中所用的记号与式(12)相同。

使用这个扩张到任意高次模式的加权系数，在某一时间是方位角θ回转、设定输出功率的振幅变为最大的方位角。使用这个角的高次模式、即(13)式中的(m、n)每个值都不同。把设定的最合适方位角代入式(13)求得加权系数，用这加权系数求出与各个高次模式相对应的RPRN信号。其中，由于方位角是经过最合适化的，因而只用1种RPRM信号就可以。

由于所求得的RPRM信号持有各个高次模式的时间情报，因而从这信号中得出减幅比、振幅、周期等稳定度监控参数。图14表示这个监控的例子。

根据上述的方法，从基本模式到任意高次模式地、按各个模式、表示了各个模式的方向(右上图)、呈现各个模式的时间响应的RPRM信号的减幅比和周期(频率)(右下图)、和各个RPRM信号波形和振幅的推移。

在这个例子中，基本模式成分，即堆芯成一体振动成分是主要成分，例如1次模式成分只含少许，除此之外、还含有某些高次模式成分，这些高次模式成分的减幅比较高。

还例举出另一个作为监控项目的各个RPRM信号的频谱。图15表示了各个RPRN信号的响应波形和振幅的推移和频谱(自己功率频谱密度：APSD)。

虽然可从APSD的波峰和尖锐程度判定各个模式的稳定度，但可通过相对于频谱的基本频率、在其整数倍位置处是否呈现波峰，即是否呈现高次谐波波峰来判定这个模式成分是否发展成振动的支配地位。

例如图16表示发展的输出功率振动时的RPRN信号的APSD，虽然明确地呈现出频率是基本频率(约0.35Hz)的2倍、3倍的高次谐波，但图15的频谱就没呈现(其中呈现1Hz以上的波峰是由于与稳定性无关的其他理由)。

因此，在这例子中示出了比较高的减幅比，虽然也含有高次模式成分，但由于振幅数值在波峰之间的只高达3％，不含有使稳定度恶化的到振动时变成显著的非线性高次谐波成分，因而整个堆芯都较稳定，尤其是不会处于与安全有关的状态。只要对振幅最大的基本模式成分和会使稳定度恶化的N次模式成分进行重点监控就可以。

由于进行的监控是把能利用在堆芯内的LPRM信号全部用上的监控，因而借助将这些变化成分立体地实时显示的显示方法，能从视觉上把握空间的变动。

例如，把由A/D变换、用带通虑波器把方向成分和高频噪声成分除去的i项的LPRM信号作成LPRMi(t)，将任意时间间隔中该信号的平均值取为 LPRMi，求出

[式14] $x_i\left(t\right)=\frac{\mathrm{LPR}{M}_i\left(t\right)-\stackrel{\‾}{\mathrm{LPR}{M}_i}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{LPR}{M}_i}}---\left(14\right)$

和标准化后的偏差值，实时地使这些变动和堆芯内的检测器配置相对应，显示在3维的监控装置画面上。图17表示这个例子。

虽然这里表示了约2秒钟的1个振动周期的图表，但实际上这种立体图是以实时生动地显示的。另外在图17的下边显示了各个LPRM信号振幅的等高线图，若根据振幅的值改变显示的颜色，则能容易地由视觉把握堆芯内输出功率变动的空间举动。

如果取代LPRM信号，使用由(13)式最适合处理过的加权对各个LPRM信号进行过修正的、相对于所谓的高次模式的LPRM信号，同样能以加权把所用的高次模式成分的变动生动地显示。

上面是使用没布满堆芯内地配置的全部LPRM、或者使用大多数LPRM进行监控的方法。下面说明用更少限量的LPRM信号更简易地监控区域稳定性的方法。

如图6所示，由于周向1次模式构成堆芯周边部较高的分布，因而认为与区域稳定性有关的高次模式对堆芯中心部的LPRM信号的作用比周边部小。因此，若用如以前的APRM监控堆芯稳定性，对区域稳定性监控只要利用周边部的LPRM信号就可以。而且，如果使用离堆芯中心大致等距离上的LPRM检测器的信号，能近似地把相同的值用作加权系数。

图18表示有关使用在用更少限量的LPRM信号的、简单堆芯稳定性监控用的LPRM信号在堆芯内配置的例子。在这个例子中把堆芯中心部的5个LPRM信号使用于堆芯稳定性监控用、把堆芯周边部的10个LPRM信号使用于区域性稳定性监控用，共计使用15个LPRM信号。把0.2用作所有堆芯稳定性监控用的信号加权系数，把±0.2用作所有区域稳定性监控用的加权信号。

譬如、在图18中，在区域稳定性监控用的LPRM信号中，把(3～7)的LPRM上使用0.2加权的、把(8～2)的LPRM上使用-0.2加权的信号定为RPRM1；把(1～5)的LPRM上使用0.2加权的、把

(6～10)的LPRM上使用-0.2加权的信号定为RPRM2。另外，把各个LPRM信号全部由DC值标准化处理。经过这标准化处理当然就可把统一的值用作加权系数，抽出各个信号的DC值的偏差成分。

图19表示适用于堆芯稳定性监控的例子、图20表示适用于区域稳定性监控的例子。这些图都表示用3维稳定性解析代码、模拟振动现象，把本发明提出的加权用于当时的核计测信号(LPRM)里而求出的RPRM0(与基本模式相对应的堆芯稳定性监控信号)和RPRM1/2(与周向1次模式相对应的区域稳定性监控信号)的响应。由于在堆芯成一体振动时RPRM0的振幅成为主要，在区域振动时RPRM1或RPRM2中任意一个成为主要的，因而能与使用上述LPRM信号的场合同样的进行稳定性监控。但是，由于不能消除其他模式对安全的影响，因而只用减幅比进行监控是困难的，必需与振幅一起进行评价。

上面是关于时间序列数据的依次的稳定性监控方法的内容，下面进行基于物理模型的稳定性预测机能的说明。

图21表示稳定性预测机能中的计算流量和稳定性监控的计算流程的比较。在使用者进行任意运转点上的稳定性预测场合下，输入想要预测的运转条件(输出功率和流量)(1)。于是，先存取该时刻的最新堆芯管理数据，接受输出功率的分布(2)。从这输出功率分布选择输出功率最高的燃料组件，定为求信道稳定性的组件(3)。接着、根据输出功率分布，把几个热液力条件较接近的燃料组件彼此汇集在一起，分割成少数几个堆芯稳定性解析用的信道组(3)。同样、根据这输出功率分布、由稳定性监控机能求出的振动中心线和高次模式加权系数，分割成少数几个区域稳定性解析用的信道组(4)。虽然在区域稳定性解析中高次模式未临界度是必要的，但在现行的堆芯的管理系统上由于不进行高次模式的评价，因而高次模式未临界度作为预定输出功率分布的函数G求出，使用从堆芯管理系统得到的输出功率分布进行计算(5)。这是根据以下顺序，即、把某一燃料组件的输出功率分布定为Prn，求出下面的输出功率分布的均方根。

[式15] $R=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{N}_n{\mathrm{Pr}}_n^2}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{N}_n}---\left(15\right)$

其中，Nn是包含在某一信道组n里的燃料组件的根数。同样，求出燃料组件离堆芯中心的距离的均方根。[式16] $\mathrm{RL}=\frac{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{N}_n{L}_n{\mathrm{Pr}}_n^2}{\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{N}_n{L}_n}---16$

其中，Ln是燃料组件离堆芯中心的距离。于是、未临界度表示成上述2个指标之差的函数。而且相对于需要预测的运转条件的未临界度预先加入运转条件(输出功率P、流量F)的函数H。于是相对于需要预测的运转条件的未临界度Δp为

[式17]

Δp=G(R-RL)H(P,F)    …(17)

此外，当预先加工由运转条件而改变的变数、譬如把旁路部流量、信道轴向输出功率分布作成运转条件的函数预先加上，由堆芯管理数据中所给出的运转条件和需要预测稳定性的运转条件的状态偏差，设定预定运转状态下的变数值。而且从运转条件、用定常的热平衡就能推断变数值，譬如堆芯压力、堆芯入口温度等，由热平衡物理模型进行计算后加以设定(6)。在求出预测运转状态下的热液力条件之后，把信道分割、未临界度、输出功率分布等数值输入到稳定性解析用物理模型中(7)，进行稳定性解析，对信道、堆芯、区域稳定性的减幅比和固有频率进行计算(8)。如图21所示，由于预测模型常常能利用从工厂设备得到的稳定性情报(9)，因而如补正由工厂设备时间序列得到的稳定度和由预测机能得到的稳定度之间的偏置那样，由预测机能是能进行学习的。作为由学习产生的调整参数在堆芯、区域稳定性方面考虑再循环系统的传递特性；在区域稳定性方面考虑高次模式未临界度。譬如，由使用者将预测机能明示地起动时，以及由运转条件或过渡事件等，从现状的运转点发生某一程度状态变时，稳定性监控机能和预测机能自动地起动，由此以某一程度频率进行学习。虽然空穴反应度系数是有助于堆芯稳定性和区域稳定性这两者的参数，但由于再循环系统的传递特性只是有助于堆芯稳定性的参数、但由于再循环系统的传递特性只是有助于堆芯稳定性的参数，所以先由空穴反应度系数进行两种稳定性的调整学习，然后、借助再循环系统的传递特性进行堆芯稳定性的调整学习，借助未临界度进行区域稳定性的调整学习。上述的学习机能由图4的21部分加以实现。

即，在本发明中使用了将中子束分布的基本模式和高次模式考虑在内的加权系数，由此求出新的监控信号，从这个信号响应对各个系数求出减幅比、振幅和相位关系，由这些参数能包罗万象、综合地判定堆芯内的空间的振动现象。而且通过使用最新的运转管理数据、借助基于物理模型的稳定性预测，能预测运转状态发生变化场合下的堆芯稳定性变化，就能更柔和稳定地运转。

用本实施例的原子反应度输出功率监控装置，与以前的把原有的模拟信号平均化的APRM信号相比较，能更正确地检测和判定用以前信号难检测的输出变动，能提高安全性，能提高运转效率。

本发明的效果：

如上所述，本发明的原子反应度输出监控装置能正确地监控用以以前的APRM信号难检测的原子反应度输出功率变动，能提高安全性，而且能提高运转效率。

Claims (18)

1、原子反应堆输出功率监控装置，它设有配置在原子反应堆堆芯内的多个中子束测定机构；根据用这些中子束测定机构所测定的中子束检测信号、推断堆芯内输出功率状态的过程控制计算机；设有根据上述中子束检测信号将其检测信号变动的特征抽出的筛选程序计算装置；从由这筛选程序计算装置施加过所要求的筛选程序的中子束检测信号的值来评价堆芯的稳定性的稳定性监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算机是把筛选程序作为加权系数，在对原子反应堆堆芯状态的中子束的基本模式分布和高次模式分布进行平均时施加的，用上述稳定性监控装置推断和评价堆芯的稳定度。

2、如权利要求1所述的原子反应堆的输出功率监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算装置是用与近似均匀堆芯的中子束分布相当的贝塞尔函数分布作为基本模式和高次模式分布的。

3、如权利要求1或2所述的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算装置是用求得的筛选程序，借助使用与基本模式分布相当的加权的输出信号，求出减幅比、振动周期和振幅、用稳定性监控装置评价堆芯稳定性的。

4、如权利要求1或2所述的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算装置是用求得的筛选程序，借助使用与高次模式分布相当的加权的输出信号，求出减幅比、振动周期和振幅、用稳定性监控装置评价任意高次模式的稳定性的。

5、如权利要求1或2所述的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算装置是用求得的筛选程序，借助使用与相互正交的2种高次模式分布相当的加权的输出功率信号，求出减幅比、振动周期和振幅，用稳定性监控装置评价区域稳定性的。

6、如权利要求5所述的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算装置是把2种输出信号在相位平面上进行评价，从各自振幅的不同来推断区域稳定性的振动中心线的。

7、如权利要求1或2所述的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：上述筛选程序计算装置，是用求得的筛选程序，进行任意高次模式分布加权以使在堆芯方位角方向回转，从它的响应振幅推断高次模式分布的中心线。

8、如权利要求7所述的原子反应堆输出筛选程序监控装置，其特征在于：由上述求得的最适于堆芯方位角方向的加权系数得到的输出功率信号，求出减幅比、振动周期和振幅，用稳定性监控装置评价任意高次模式稳定性的。

9、如权利要求8所述的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：求得上述输出功率信号的频谱密度，确认这频谱中有无相当于基本频率整数倍的谐波成分，由此用稳定性监控装置评价高次模式的稳定性的重要性。

10、原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：它是用筛选程序计算装置求出基本模式和高次模式相关的输出信号，把借助输出信号进行评价的减幅比、振动周期、振幅和频谱与输出信号响应一起显示在画面上的。

11、原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：在堆芯内配置着中子束测定机构，使从这中子束测定机构输出的中子束检测信号的经平滑化处理后的变动成分、动画显示在与堆芯的测试位置依次对应的3维坐标上，由此评价堆芯内的输出功率的空间变动。

12、原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：在堆芯内配置着中子束测定机构，在从这中子束测定机构输出的中子束检测信号的经平滑化处理后的变动成分上、加上与各个高次模式相当的加权分布，将高次模式变动动画显示在与堆芯的测试位置依次对应的3维坐标上，由此评价堆芯内的高次模式的空间变动。

13、原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：至少在能够利用中子束检测信号的场合下，用处于离堆芯中央部分等距离的周边部的中子束检测信号、算出简易的输出信号，求出它的减幅比和振幅，由此对区域稳定性进行评价。

14、如权利要求13所述的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：用各个直流值将各个中子束检测信号标准化，使绝对值相等，用各个半数分别将符号取为正负的加权系数，算出简易的输出信号，求出它的减幅比和振幅，由此评价区域稳定性。

15、如权利要求13所述的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：根据用相互正交的2种加权系数求出使加权系数符号反转的中心线的输出功率信号，由此求出它的减幅比和振幅，并简易地评价区域稳定性。

16、原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：设有根据最新的堆芯管理数据，根据物理模型进行稳定性解析的过程控制计算机，预测任意运转点上的堆芯、信道、区域稳定性。

17、如权利要求16所述的原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：它是用随着运转点变更而变化参数，把没被物理模型化的部分、预先在变化的运转点范围内加以函数近似化，作为离最新运转管理数据的偏差，由此对预测稳定度的运转点上的参数进行评价。

18、原子反应堆输出功率监控装置，其特征在于：它是用权利要求15以前的机能所评价的运转时的堆芯、区域稳定性减幅比与权利要求16中所预测的堆芯、区域稳定性减幅比进行比较，由此，通过学习而使预测机能的精度提高的。

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