JP2001194484A

JP2001194484A - 炉心流量監視システム

Info

Publication number: JP2001194484A
Application number: JP2000003973A
Authority: JP
Inventors: Hideo Namihira; 英夫波平; Takahisa Kondo; 隆久近藤; Toshihiro Fujii; 敏浩藤井; Shigeru Kanemoto; 茂兼本; Mitsuhiro Enomoto; 光広榎本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-01-12
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2001-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】原子炉圧力容器内で長期的な経時、経年変化な
どの影響を受けないで炉心流量を監視し、必要に応じて
補正、校正可能とする。【解決手段】原子炉圧力容器１内の狭帯域、広帯域の各
炉水位をそれぞれ検出する狭帯域炉水位検出器１１およ
び広帯域炉水位検出器１２と、これら各炉水位検出器１
１，１２で検出された炉水位の指示差を検出する差圧検
出器３６と、この検出された差圧信号３７と圧力容器１
内の核熱水力状態を計測した炉内状態計測信号４０とか
ら炉心流量相当値を演算する炉心流量演算装置３８と、
この得られた炉心流量を監視する炉心流量監視装置３９
とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉圧力容器内
の炉心部周囲に複数のポンプ手段を配し、炉心部に対し
て冷却水を循環させる従来型沸騰水型原子炉（以下、Ｂ
ＷＲという）および改良型ＢＷＲ（以下、ＡＢＷＲとい
う）において、原子炉圧力容器内の炉心流量を計測する
炉心流量監視システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種のＢＷＲでは、原子炉
圧力容器内に装備した炉心部の冷却手段として、炉心部
下部側の周囲に複数台のジェットポンプを配し、これら
各ジェットポンプを用いて炉心部に冷却水を循環させる
ようにした従来型のＢＷＲと、上記ジェットポンプに代
えて再循環ポンプを用いるようにしたＡＢＷＲとがあ
り、通常の場合、これらの従来方式による各冷却手段に
は、炉心部内での冷却水の流量を計測して作動状態を常
時監視する炉心流量監視システムが設けられている。

【０００３】図３は従来型ＢＷＲにおける炉心流量監視
システムの概要を模式的に示す構成説明図であり、図４
は同様にＡＢＷＲにおける炉心流量監視システムの概要
を模式的に示す構成説明図である。

【０００４】図３に示す従来型ＢＷＲにおいて、原子炉
圧力容器（以下、圧力容器と略称する）１は、炉心支持
板２によって支持された炉心部３を内蔵するとともに、
この炉心部３の上方には、炉心部３への冷却水の供給で
発生する高圧蒸気から水分を分離する気水分離器４と、
この気水分離器４により水分が分離された高圧蒸気を乾
燥する蒸気乾燥器５とが順次配置され、この蒸気乾燥器
５を経て乾燥された高圧蒸気を主蒸気ノズル６から外部
に取り出している。

【０００５】そして、従来型ＢＷＲにおける炉心部２の
冷却手段として、この炉心部２の下部側周囲には、複数
台からなるジェットポンプ（ＪＰ）、この場合、１０台
のジェットポンプ７が配設されており、これらの各ジェ
ットポンプ７を用いて、給水スパージャ９によって供給
される冷却水と、気水分離器４で分離された飽和水ドレ
ンとの混合水を下方側から炉心部３内に送り込んで再循
環させるようになっている。

【０００６】また、前記圧力容器１に対しては、容器内
冷却水の差圧計測手段として測定範囲の関係から、それ
ぞれに該当する対象部位の炉水位を指示する狭帯域炉水
位検出器（ＬＴ，Ｎ／Ｒ）１１と広帯域炉水位検出器
（ＬＴ，Ｗ／Ｒ）１２とを設け、これらの各炉水位検出
器１１，１２を用いて、炉水位計蒸気相ノズル１３から
蒸気相配管１４、凝縮槽１５を介して基準水柱計装配管
１６を通した圧力水頭と、個々に該当する各炉水位計液
相ノズル１７，１８からそれぞれに変動水柱計装配管１
９，２０を通した圧力水頭との差圧を常時測定すること
により、ここでは、圧力容器１内での炉水位が上昇した
ときにその差圧が減少し、かつ炉水位が下降したときに
差圧が増加するという相対的な関係を利用して、各対象
部位での炉水位の差圧を２種類の各炉水位計、すなわ
ち、狭帯域炉水位計（Ｎ／Ｒ）２１と広帯域炉水位計
（Ｗ／Ｒ）２２とのそれぞれに表示させるのが一般的な
形態である。

【０００７】ここで、上記構成の従来型ＢＷＲに付設さ
れている炉心流量監視システムの場合には、炉心部３の
周囲に設置されるジェットポンプ７のポンプ差圧が、ポ
ンプ吐出流量の自乗に比例するという特性を利用するこ
とで所期の炉心流量の監視を行っており、前記各ジェッ
トポンプ７に対しては、それぞれにジェットポンプ差圧
検出器（ＤＰＴ）２３を設けておき、これら各差圧検出
器２３により、対応する各ポンプの差圧を測定すること
で、それぞれのポンプ吐出流量を求め、その各差圧信号
（ポンプ差圧信号）を演算装置（ジェットポンプ差圧／
炉心流量演算装置）２４に入力して加算し、このように
して得られる総ポンプ吐出流量、換言すると、炉心部３
に対する冷却水の炉心流量を監視装置（ジェットポンプ
差圧による炉心流量監視装置）２５によって常時監視可
能にするのである。

【０００８】次に、図４に示す改良型ＢＷＲ（ＡＢＷ
Ｒ）においても、圧力容器１内の構成は、前記各ジェッ
トポンプ（ＪＰ）７に代えて同数の各冷却水再循環ポン
プ（ＲＩＰ）８を用いる他は、上記従来型ＢＷＲの場合
とほぼ同様であり、その炉心流量監視システムのみが異
なる。

【０００９】すなわち、改良型ＢＷＲ（ＡＢＷＲ）に付
設される炉心流量監視システムの場合には、一方におい
て、前記再循環ポンプ８のポンプ差圧がポンプ運転状態
毎のポンプ吐出流量の自乗に比例するという特性を利用
することで炉心流量の監視を行っており、前記各再循環
ポンプ８に対して、従来型ＢＷＲと同様な冷却水再循環
ポンプ差圧検出器（ＤＰＴ）２６を設けておき、図示し
ないポンプ回転数検出器からの回転数信号（ポンプ回転
数信号）によって各ポンプの運転状態を、差圧検出器２
６からの差圧信号（ポンプ差圧信号）によってポンプの
平均差圧をそれぞれ求め、これらの各信号と、別に求め
る炉水温度（密度）信号などとを演算装置（循環ポンプ
差圧／炉心流量演算装置）２７に入力し、そのポンプの
Ｑ−Ｈ特性から炉心流量を演算した上で、この炉心流量
を監視装置（循環ポンプ差圧による炉心流量演算装置）
２８によって常時監視可能にしている。

【００１０】また、他方においては、前記再循環ポンプ
８のポンプ差圧による炉心流量の監視と併用して、前記
炉心支持板２の上下差圧が炉出力状態毎に炉心流量と一
定の関係になるという相対的な特性を利用することで炉
心流量の監視を行っており、炉心支持板差圧検出器（Ｄ
ＰＴ）２９によって検出した差圧信号（炉心支持板差圧
信号）と、別に求める原子炉の出力信号などとを演算装
置（炉心支持板差圧／炉心流量演算装置）３０に入力し
て炉心流量を演算し、この炉心流量を監視装置（炉心支
持板差圧による炉心流量監視装置）３１によって常時監
視可能にするのである。

【００１１】図５は特許番号第２９４５９０６号の特許
公報に開示されたＡＢＷＲにおける炉心流量監視システ
ムの概要を模式的に示す構成説明図である。

【００１２】図５に示す炉心流量監視システムは、原子
炉に設置されている狭帯域炉水位検出器１１および広帯
域炉水位検出器１２で検出された炉水位の差圧指示信号
をそれぞれに入力することで、その指示差を演算する演
算装置（狭帯域／広帯域炉水位指示差演算装置）３２
と、この演算装置３２の炉水位指示差に対応した流速／
炉心流量相当値を演算する演算装置（炉水位指示差／炉
心流量演算装置）３３とを順次設け、この演算装置３３
の演算結果である炉心流量を監視装置（炉水位指示差に
よる炉心流量監視装置）３４により常時監視可能として
いる。

【００１３】そして、この監視装置３４からの炉心流量
の指示信号と、前述した監視装置（循環ポンプ差圧によ
る炉心流量演算装置）２８および監視装置（炉心支持板
差圧による炉心流量監視装置）３１からの各炉心流量の
指示信号を記録・監視装置（炉心流量指示比較による記
録・監視装置）３５に入力し、これらの各指示信号を相
互に比較かつ演算して記録するようにしている。

【００１４】ここで、狭帯域用の炉水位計液相ノズル１
７は、圧力容器１の上側の位置に設置され、その位置で
の炉水位の循環速度は遅く、また広帯域用の炉水位計液
相ノズル１８は、圧力容器１の下側の位置に設置され、
その位置での炉水位の循環速度は、狭帯域用の炉水位計
液相ノズル１７に比べてより早くなっており、動圧によ
る圧力減少が大きくなる。したがって、狭帯域と広帯域
の圧力差から間接的に炉水位の循環速度を計測すること
ができ、これを炉心流量に換算するようにしている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来型のＢＷ
Ｒ、ＡＢＷＲとも従来の炉心流量監視システムにおいて
は、各部の流量と発生差圧との関係が長期的なプラント
運転経過によって微妙に変化することを予め評価して定
期的に炉心流量監視システムの妥当性を確認する必要が
ある。これらの妥当性の確認においては、各部の流量と
発生差圧などの関係による長期的な経時、経年変化の有
無や炉心流量指示への影響を正確に評価、確認する必要
があり、炉心流量計測監視装置の長期的な性能などをよ
り一層簡単かつ確実に計測可能な炉心流量監視システム
や、従来方式の炉心流量計測監視装置を必要に応じて補
正可能な炉心流量監視システムがより信頼性を向上させ
るとともに、運転管理性の向上などの観点から望まれて
いた。

【００１６】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、原子炉圧力容器内で長期的な経時、経年変化などの
影響を受けないで炉心流量を監視し、必要に応じて補
正、校正可能で、高精度の炉心流量監視システムを提供
することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、原子炉圧力容器内の炉心部
周囲に複数のポンプ手段を配し、炉心部に対して冷却水
を循環させる沸騰水型原子炉の炉心流量監視システムに
おいて、前記圧力容器内の狭帯域、広帯域の各炉水位を
それぞれ検出する狭帯域炉水位検出器および広帯域炉水
位検出器と、これら各炉水位検出器で検出された炉水位
の指示差を検出する差圧検出器と、この差圧検出器で検
出された差圧信号と前記圧力容器内の核熱水力状態を計
測した炉内状態計測信号とから炉心流量相当値を演算す
る炉心流量演算装置と、この炉心流量演算装置で得られ
た炉心流量を監視する炉心流量監視装置とを備えたこと
を特徴とする。

【００１８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の炉
心流量監視システムにおいて、前記圧力容器内の核熱水
力状態を計測した炉内状態計測信号は、平均中性子束検
出器、主蒸気流量、給水流量、原子炉圧力、下部プレナ
ム炉水位温度、ポンプ差圧、炉心支持板差圧検出器に基
づいた計測値および炉心熱出力計算値からの複数の信号
の中から任意の少なくとも一つを選択した信号であるこ
とを特徴とする。

【００１９】請求項３記載の発明は、請求項１記載の炉
心流量監視システムにおいて、前記狭帯域炉水位検出器
および広帯域炉水位検出器の差圧信号を、前記差圧検出
器に代えて複数の狭帯域炉水位検出器の平均値と複数の
広帯域炉水位検出器の平均値との差で置き換えたことを
特徴とする。

【００２０】請求項４記載の発明は、請求項１記載の炉
心流量監視システムにおいて、前記炉心流量演算装置
は、複数の指示値の多変数多項式で演算可能な演算装置
であって、前記複数の指示値の多変数多項式の係数を、
正常に運転されている状態での複数の指示値および別の
方式で計測された炉心流量計測値を用いることで演算す
る多変数多項式係数演算装置であることを特徴とする。

【００２１】請求項５記載の発明は、請求項４記載の炉
心流量監視システムにおいて、前記多変数多項式演算装
置は、変数の数を二つ以上、多項式の次数を少なくとも
一変数において２次以上の次数にして演算可能な演算装
置であることを特徴とする。

【００２２】請求項６記載の発明は、請求項４記載の炉
心流量監視システムにおいて、前記多変数多項式演算装
置は、変数の数および多項式の次数を任意に変更可能な
演算装置であることを特徴とする。

【００２３】請求項７記載の発明は、請求項４記載の炉
心流量監視システムにおいて、前記多変数多項式演算装
置は、差圧検出器で検出された差圧信号と、圧力容器内
の核熱水力状態を計測した複数の炉内状態計測信号から
主成分分析を行って抽出した少数個の主成分信号とを用
いて多変数多項式で炉心流量を演算可能な演算装置であ
ることを特徴とする。

【００２４】請求項８記載の発明は、請求項１ないし７
のいずれかに記載の炉心流量監視システムにおいて、前
記差圧信号および炉内状態計測信号による炉心流量監視
装置からの炉心流量指示値と、ポンプ手段の差圧による
炉心流量監視装置および炉心支持板の差圧による炉心流
量監視装置からの各炉心流量の指示差とを互いに演算比
較して、記録・監視する記録・監視装置を備えたことを
特徴とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２６】図１は本発明の第１実施形態によるＡＢＷ
Ｒプラントの炉心流量監視システムの概要を模式的に示
す構成説明図である。なお、従来の構成と同一の部分に
は図３〜図５と同一の符号を付してその説明を省略す
る。

【００２７】図１に示すように、原子炉圧力容器１内に
は、冷却水再循環ポンプ８が１０台設置されており、こ
れらの冷却水再循環ポンプ８で給水スパージャ９からの
供給水と気水分離器４からの飽和水ドレンとの混合水を
炉心部３に送り込んでいる。そして、本実施形態の炉心
流量監視システムは、従来の技術と同様に冷却水再循環
ポンプ８の差圧計測信号とポンプ回転数信号などでポン
プ運転状態毎の炉心流量を演算して求める演算装置２７
および監視装置２８と、炉心支持板差圧検出器２９の炉
心支持板差圧信号と原子炉出力を計測して炉心流量を演
算して求める演算装置３０および監視装置３１とが設置
されている。

【００２８】一方、原子炉圧力容器１には、差圧測定方
式の液位計として測定範囲の関係から狭帯域炉水位検出
器（Ｎ／Ｒ）１１と広帯域炉水位検出器（Ｗ／Ｒ）１２
がそれぞれ設置されており、それぞれの炉水位検出器１
１，１２は基準水柱計装配管１６での圧力水頭と変動水
柱計装配管１９，２０での圧力水頭との差圧を計測し、
原子炉圧力容器１内の炉水位が上昇した場合には差圧が
増加し、炉水位が下降した場合には差圧が減少する関係
を利用して原子炉水位を計測監視している二種類の炉水
位計が設置されている。

【００２９】これらの両炉水位検出器１１，１２は、原
子炉圧力容器１の蒸気相部に開口している炉水位計蒸気
相ノズル１３に蒸気相配管１４および凝縮槽１５を順次
接続し、この凝縮槽１５に接続した基準水柱計装配管１
６にそれぞれ接続されてこれを共用している。

【００３０】また、変動水柱計装配管１９，２０につい
ては、それぞれの測定範囲の要求から狭帯域炉水位検出
器１１の炉水位計液相ノズル（変動水柱ノズル）１７が
給水スパージャ９よりも上方に開口され、広帯域炉水位
検出器１２の炉水位計液相ノズル（変動水柱ノズル）１
８が給水スパージャ９よりもかなり下方に開口してい
る。

【００３１】この配置構成の結果、各炉水位計液相ノズ
ル１７，１８の開口部における原子炉圧力容器１内での
流動状況は、狭帯域炉水位検出器１１の炉水位計液相ノ
ズル１７の開口側で流速がほとんど零に対し、広帯域炉
水位検出器１２の炉水位計液相ノズル１８の開口側で
は、各冷却水再循環ポンプ８によって給水スパージャ９
からの供給水と気水分離器４からの飽和水ドレンとの混
合水が炉心流量として炉心部３に送り込まれることか
ら、炉心流量の増減に応じた流速影響を受けることにな
る。すなわち、このように広帯域炉水位検出器１２の炉
水位計液相ノズル１８が、原子炉圧力容器１内の流速存
在部に開口していることから、変動水柱計装配管２０で
の圧力水頭は、流速増減の影響を受けることでベルヌー
イの定理からも明らかなように流速の自乗に相当する静
圧の増減を生じ、広帯域炉水位検出器１２による炉水位
差圧の検出値が影響を受ける。

【００３２】一方、上述したように原子炉圧力容器１内
での冷却水の流速の影響を大きく受ける広帯域炉水位検
出器１２に対して、狭帯域炉水位検出器１１は、冷却水
の流速の影響をほとんど受けないことから、プラント通
常運転状態においては、狭帯域炉水位検出器１１側の炉
水位計液相ノズル（変動水柱ノズル）１７と広帯域炉水
位検出器１２側の炉水位計液相ノズル（変動水柱ノズ
ル）１８との間に差圧が生じ、狭帯域炉水位計２１の炉
水位指示値よりも広帯域炉水位計２２の炉水位指示値の
方が低めなる。

【００３３】この狭帯域炉水位計２１と広帯域炉水位計
２２との炉水位指示差、すなわち両炉水位計液相ノズル
（変動水柱）１７，１８間の差圧は、原子炉圧力容器１
内の流速によって増減することから、炉水位計液相ノズ
ル（変動水柱）１７，１８間の差圧を計測すれば流速が
計測可能であり、この流速を確認することができれば原
子炉圧力容器１内の流路断面積が既知のため流量、すな
わち炉心流量が計測可能となる。

【００３４】以上のことから本実施形態においては、狭
帯域炉水位検出器１１側の炉水位計液相ノズル（変動水
柱ノズル）１７と広帯域炉水位検出器１２側の炉水位計
液相ノズル（変動水柱ノズル）１８との間の差圧を差圧
検出器３６で計測してこの差圧信号３７を演算装置（差
圧検出器による炉心流量演算装置）３８に入力して差圧
信号３７に相当する流速／炉心流量相当値を演算し、こ
の演算装置３８の演算結果である炉心流量を監視装置
（差圧検出器による炉心流量監視装置）３９によって常
時監視可能としている。

【００３５】また、本実施形態においては、前記の狭帯
域炉水位検出器１１と広帯域炉水位検出器１２との指示
差、すなわち両炉水位計液相ノズル（変動水柱）１７，
１８間の圧力差から、広帯域炉水位検出器１２側の炉水
位計液相ノズル１８の流速を間接的に演算により求める
際、炉水位計液相ノズル１８の水平流路断面積での平均
流速と、炉水位計液相ノズル１８近傍位置での流速差
で、流れの分布に起因して発生する偏差を他の炉内核熱
水力状態量を計測する既存の計測信号を利用して補正す
るようにしている。

【００３６】すなわち、本実施形態においては、狭帯域
炉水位検出器１１と広帯域炉水位検出器１２との差圧
が、両炉水位計液相ノズル１７，１８の流速以外に、炉
水密度によっても異なることから、これも、炉水温度
や、これを間接的に推定することのできる炉出力、炉圧
力、給水流量などの炉内の核熱水力状態量の計測値、つ
まり炉内状態計測信号４０を用いて補正するようにして
いる。

【００３７】そして、本実施形態は、狭帯域炉水位検出
器１１および広帯域炉水位検出器１２から炉心流量を演
算する際の補正用信号である炉内状態計測信号４０とし
ては、炉内の核熱水力状態を直接および間接的に計測す
る状態量として、平均中性子束検出器、主蒸気流量、給
水流量、原子炉圧力、下部プレナム炉水位温度、ポンプ
差圧、炉心支持板差圧検出器に基づいた計測装置および
炉心熱出力計算値からの複数の指示値の中から、任意の
一つないし任意の複数個以上の信号を利用している。

【００３８】ここで、広帯域炉水位検出器１２の炉水位
計液相ノズル１８の流速が炉心流量に最も密接に関連す
る情報であるが、前述したように炉水位計液相ノズル１
８近傍の局所的な流速と、流路の全水平断面積の平均流
速との相違や、狭帯域／広帯域炉水位検出器１１，１２
の差圧が炉水の密度により変化することなどから、狭帯
域／広帯域炉水位検出器１１，１２の圧力差だけから演
算した炉心流量では、正確な炉心流量との間に偏差が生
じる。

【００３９】この偏差を補正するため、炉水密度の変化
とダウンカマ部での流速分布の変化に比例する情報とし
て、平均中性子束検出器、主蒸気流量、給水流量、原子
炉圧力、下部プレナム炉水位温度、ポンプ差圧、炉心支
持板差圧検出器などの炉内の核熱水力状態に関連する信
号を用いている。これらの信号は、直接的に炉水密度や
流速分布を計測する信号ではないものの、間接的な比例
関係にあり、理論的な解析ないしプラントの起動時のよ
うな正常時の観測データから間接的な比例関係の係数を
求めておくことができる。

【００４０】この際、全ての計測信号を用いた補正は、
観測時の計測ノイズなどにより逆に補正精度が低下する
ことがあるため、一つないし最小限の複数個の指示値を
利用した補正を行うことが望ましい。そして、前記の炉
水密度と流速分布を補正するため、狭帯域／広帯域炉水
圧力差以外に、二つの信号を用いることを基本としてい
るが、複数の観測値の時間変化が類似している場合、狭
帯域／広帯域炉水圧力差以外に、一つの信号で補正する
こともできる。

【００４１】炉心流量と、前記狭帯域／広帯域炉水圧力
差は、ベルヌーイの定理による静圧変化が流速の自乗に
比例することを考慮すると、炉心流量（ＺＰ）は、炉水
位圧力差（Ｘ）の平方根に比例することになる。また、
炉水密度は炉水圧力差に比例した影響を与える。さら
に、炉水位計液相ノズル１７，１８の局所流速と、水平
断面での平均流速の偏差は、その断面での流速自体に依
存して変化する他、給水流量の炉内への注入状況や、気
水分離器４からの蒸気の部分的な還流状況にも依存して
変化する。

【００４２】したがって、狭帯域／広帯域炉水圧力差を
（Ｘ）とし、これから計算される炉心流量を（ＺＰ）と
したときに、両者の関係は、線形の関係式ではなく、非
線形の関係式となり、また温度や出力、流量などの多変
数の関係式となる。炉水位指示値以外の温度や出力、流
量などの状態量を（Ｙｉ）とすると、

【数１】ＺＰ＝ｆ（Ｘ，Ｙｉ） ……（１）という多変数の非線形の関係式が成り立つことになる。
ＺとＸとの関係は、前記のように平方根の関係ではある
が、これは下記のように２次式の関係で近似することが
できる。

【００４３】

【数２】ここで、各係数（ａａ，ｂｂ，ｃｃ）は、他の状態量に
より変化することから、上記の関数表現としている。

【００４４】本実施形態では、Ｘとして狭帯域／広帯域
炉水位指示値偏差を用い、Ｙ１として、炉出力（平均炉
内核計装検出器信号）を用いて

【数３】という形の多変数多項式を用いている。Ｙ１の代わり
に、出力と同等の給水流量、主蒸気流量といった信号を
用いることも可能である。ここでの係数（ａ〜ｆ）は、
プラントの正常時の運転での観測データ（Ｘ（ｔ）、Ｙ
１（ｔ））と、他の方式（図１のポンプ差圧／炉心流量
演算装置２７ないし炉心支持板差圧／炉心流量演算装置
３０）での炉心流量の計測値をＺ（ｔ）とすると、この
Ｚ（ｔ）と、（３）式のＺＰ（ｔ）の偏差が最小になる
ように、最小２乗法で係数を求めることができる。一旦
係数が求まれば、その後はこの係数を一定にして、炉心
流量の推定値ＺＰ（ｔ）を随時演算可能になる。

【００４５】また、長期間のプラントの運転に際して
は、炉内機器であるポンプや炉心部３、気水分離器４な
どの機器特性の変化、すなわち運転サイクルが変わるな
どプラントの条件が変化した場合には、随時、新たな観
測データをもとに、この係数を演算しなおすことで炉心
流量の推定精度の低下を防ぐことも可能になる。つま
り、高精度の炉心流量の計測を長期間に亘って確保する
ことができる。

【００４６】この際、（３）式で、例えば、ｅ＝ｆ＝０
とおいて、残りの係数を最小２乗法で推定すると、さら
に簡単な炉心流量推定装置とすることもできる。

【００４７】また、観測データとして、炉出力（Ｙ１）
に加えて、炉水温度（Ｙ２）を用いることで、（３）式
を

【数４】という形式にすることで、炉水位計指示差（Ｘ）以外
に、二つの要因（Ｙ１，Ｙ２）を取り入れることで、さ
らに炉心流量の推定精度を向上することが可能になる。
この係数（ａ−ｊ）も正常時の観測データから最小２乗
法で事前に求めておくことが可能である。

【００４８】また、前記（３）式ないし（４）式におい
て用いるＹ１およびＹ２として、平均中性子束検出器、
主蒸気流量、給水流量、原子炉圧力、下部プレナム炉水
位温度、ポンプ差圧、炉心下部格子板差圧検出器といっ
た複数の炉内の観測信号の内から、予測誤差を最も少な
くする信号を選択し、これを採用することで、炉心流量
を一段と高精度に計測することが可能となる。

【００４９】この際、多項式を複雑にして、観測信号を
多くするほど、係数の推定に用いたデータに対しては予
測精度が良くなるものの、係数を決定後の監視段階での
予測精度は、逆に低下することがある。これは、予測モ
デルが複雑になればなるほど、学習に用いたデータ以外
での予測性能が悪くなるという統計解析での一般的な知
見である。このため、モデル変数と係数の最適な選定の
方式として、本実施形態では、下記の情報量基準ＡＩＣ
を最小化するモデルを最適とする方式を採用することも
できる。

【００５０】

【数５】ＡＩＣ＝Ｎ＊ｌｏｇ（Σ）＋２＊Ｐ ……（５）ここで、Ｎは係数の推定に用いたデータ数、Σは観測値
Ｚ（ｔ）と予測値ＺＰ（ｔ）の偏差の分散値、Ｐは予測
モデルの係数の数（パラメータ数）である。これは、モ
デルのパラメータ数が少ないほど、また予測誤差の分散
Σが小さいほどよいことを示しており、多項式の次数や
変数の数が異なった推定モデルを相互比較し、最適なも
のを選択することができる。

【００５１】また、前記の複数（ｋ個）の炉心状態計測
値Ｙ１（ｔ）〜Ｙｋ（ｔ）に対して、ｋ×ｋ個のＹｉ
（ｔ）分散値行列ΣＹの主成分分析を行って、少数個
（ｍ個、ｍ＜ｋ＞の主成分ベクトルを抽出する。これ
を、Σｍ（ｍ×ｋ個の行列）とすると、このｍ個の固有
ベクトルへの射影ベクトルをＹＭ（ｔ）は、

【数６】ＹＭ（ｔ）＝Σｍ＊Ｙ（ｔ） ……（６）により、ｋ個の要素を持つ観測ベクトルＹ（ｔ）を、ｍ
個の要素を持つ主成分スコアベクトルＹＭ（ｔ）に縮約
することができる。このｍ個の主成分スコアベクトル
と、前記狭帯域／広帯域炉水位計指示差Ｘを用いて、多
変数多項式の予測モデルを（４）式と同様に構成するこ
とで、炉心流量を予測することができる。通常、炉心部
３の出力と類似の状態を示す信号は多数あるが、その全
てが独立ではないため、この全てを用いた多変数多項式
は、その係数を最小２乗法で導出することが困難なこと
がある。このような場合に、前記主成分分析により独立
な少数個の成分を抽出することで、安定しかつ精度の高
い炉心流量演算装置を提供することができる。特に、前
記のように狭帯域／広帯域炉水位計指示差による炉心流
量推定装置は、ノズル部での炉水温度や流速分布のよう
に独立した誤差要因が存在するため、これを、多数の観
測信号の主成分の値を抽出して近似することに意味があ
る。

【００５２】このように本実施形態は、原子炉圧力容器
１の炉水位計液相ノズル１７，１８間の差圧から炉心流
量を計測監視するシステムであり、炉心流量の増減、す
なわち炉心流速の増減と狭帯域炉水位検出器１１側の炉
水位計液相ノズル（変動水柱ノズル）１７と広帯域炉水
位検出器１２側の炉水位計液相ノズル（変動水柱ノズ
ル）１８との間の差圧が対応して増減する特性を活用し
て炉心流量を計測監視するシステムである。

【００５３】また、狭帯域／広帯域の炉水位計液相ノズ
ル１７，１８間の差圧の増減が、炉心流速の他にそのノ
ズル間の炉水温度と、液相ノズル位置での炉内の水平方
向の流速分布にも依存することを考慮して、炉内の核熱
水力状態量を計測する他の出力、圧力、温度センサーな
ど複数の計測状態量を用いて補正することで、炉心流量
の計測精度を向上させることができる。

【００５４】すなわち、本実施形態では、狭帯域の炉水
位計液相ノズル（変動水柱ノズル）１７と広帯域の炉水
位計液相ノズル（変動水柱ノズル）１８との間の差圧が
原子炉圧力容器１内の流速（Ｖ）と相関関係があること
から、炉水位計液相ノズル（変動水柱ノズル）１７，１
８間の差圧を計測し、かつ演算することによって流速、
すなわち炉心流量相当値を演算装置３８で演算して監視
装置３９で計測監視することで、炉水位計液相ノズル
（変動水柱）１７，１８の測定箇所が原子炉圧力容器１
内で特に広い流路断面積を有していることから、長期的
な流量−発生差圧の経時、経年変化などの影響を受けな
いで正確に炉心流量の監視が可能となる。そして、炉水
位計液相ノズル１７，１８間での炉水温度と水平方向の
流速分布が、炉出力や原子炉圧力、さらに給水流量や主
蒸気流量などの状態量に依存して変化することを考慮し
て、炉内の核熱水力状態量を計測する出力、原子炉圧
力、炉水温度、給水流量、主蒸気流量などの計測値を用
いて炉水位計からの炉心流量演算精度を向上することが
可能となる。

【００５５】なお、上記実施形態では、狭帯域炉水位検
出器１１と広帯域炉水位検出器１２の炉水位計液相ノズ
ル１７，１８の圧力差を差圧検出器３６により直接計測
しているが、プラントには、狭帯域炉水位検出器１１と
広帯域炉水位検出器１２がそれぞれ複数個設置されてお
り、これらの各指示値の平均をとった上で、演算処理に
より狭帯域／広帯域炉水位計指示値偏差を演算しても同
等の信号を得ることができる。炉水位計の圧力偏差はわ
ずかであるため、この平均処理を加入することが望まし
い。

【００５６】図２は本発明の第２実施形態によるＡＢＷ
Ｒプラントの炉心流量監視システムの概要を模式的に示
す構成説明図である。なお、前記第１実施形態と同一の
部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

【００５７】本実施形態は、狭帯域炉水位検出器１１と
広帯域炉水位検出器１２の炉水位計液相ノズル１７，１
８間の圧力差から炉心流量を計測、監視可能とする監視
装置３９と、この監視装置３９による炉心流量指示値
と、従来方式の監視装置（循環ポンプ差圧による炉心流
量演算装置）２８および監視装置（炉心支持板差圧によ
る炉心流量監視装置）３１からの各炉心流量の指示信号
を記録・監視装置（炉心流量指示比較による記録・監視
装置）３５に入力し、これらの各指示信号を相互に比較
かつ演算して記録するようにしている。

【００５８】このように構成したことで、従来方式の監
視装置２８，３１の長期的な経年変化の影響などによる
計測指示変化を確認することができ、必要に応じて補
正、校正に使用することができる。

【００５９】そして、従来方式の監視装置２８，３１
は、長期的な運転経過によって流量と発生差圧との関係
に経年変化などの影響で炉心流量指示に影響を受ける場
合があるが、本発明の各実施形態では原子炉水位計液相
ノズル（変動水柱）間の差圧による炉心流量計測監視装
置は狭帯域炉水位検出器１１と広帯域炉水位検出器１２
の炉水位計液相ノズル１７，１８の開口部が原子炉圧力
容器１内で十分に広い流路部に開口していることから流
路壁面などの影響を受けることなく、炉心流量の計測監
視が可能となる。

【００６０】なお、以上のいずれの実施形態ともプラン
ト起動初期などに従来方式炉心流量計測監視装置による
炉心流量の指示値と本発明による炉心流量監視装置の指
示値との間の相互の定量的な初期関係を確認しておく
と、より一層効果的に炉心流量長期傾向監視が可能とな
る。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の炉心流量
監視システムによれば、従来方式の炉心流量監視システ
ムが長期的な経時、経年変化などの計測影響を受ける場
合があり得るのに対し、本発明のように各炉水位検出器
で検出された炉水位の指示差による炉心流量監視システ
ムは、流路壁面などの影響を受けないことから長期的、
かつ正確に炉心流量の監視が可能となる効果がある。加
えて、従来の炉心流量監視システムと異なる原理による
計測手段を提供することで、計測値の異常診断に用いる
ことができる。

【００６２】また、各炉水位検出器で検出された炉水位
の指示差による炉心流量の監視に加え、炉出力や炉水温
度、圧力、給水流量などの信号を追加して炉心流量を予
測計算することで、より一層正確な補正、校正が可能と
なる。そして、炉出力や炉水温度、圧力、給水流量など
の信号を追加することで、従来のシステムに比べて、起
動から定格運転までのより広い運転範囲に適用可能な炉
心流量監視システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態によるＡＢＷＲプラント
の炉心流量監視システムの概要を模式的に示す構成説明
図。

【図２】本発明の第２実施形態によるＡＢＷＲプラント
の炉心流量監視システムの概要を模式的に示す構成説明
図。

【図３】従来型ＢＷＲにおける炉心流量監視システムの
概要を模式的に示す構成説明図。

【図４】従来型ＡＢＷＲにおける炉心流量監視システム
の概要を模式的に示す構成説明図。

【図５】他の従来型ＡＢＷＲにおける炉心流量監視シス
テムの概要を模式的に示す構成説明図。

【符号の説明】

１原子炉圧力容器２炉心支持板３炉心部４気水分離器５蒸気乾燥器６主蒸気ノズル７ジェットポンプ（ＪＰ）８冷却水再循環ポンプ（ＲＩＰ）９給水スパージャ１１狭帯域炉水位検出器（Ｎ／Ｒ）１２広帯域炉水位検出器（Ｗ／Ｒ）１３炉水位計蒸気相ノズル１４蒸気相配管１５凝縮槽１６基準水柱計装配管１７炉水位計液相ノズル（Ｎ／Ｒ用）１８炉水位計液相ノズル（Ｗ／Ｒ用）１９変動水柱計装配管（Ｎ／Ｒ用）２０変動水柱計装配管（Ｗ／Ｒ用）２１狭帯域炉水位計（Ｎ／Ｒ）２２広帯域炉水位計（Ｗ／Ｒ）２３ジェットポンプ差圧検出器（ＤＰＴ）２４ＪＰ差圧／炉心流量演算装置２５ＪＰ差圧による炉心流量監視装置２６冷却水再循環ポンプ差圧検出器２７ポンプ差圧／炉心流量演算装置２８ポンプ差圧による炉心流量監視装置２９炉心支持板差圧検出器３０炉心支持板差圧／炉心流量演算装置３１炉心支持板差圧による炉心流量監視装置３２狭帯域／広帯域炉水位指示差演算装置３３炉水位指示差／炉心流量演算装置３４炉水位指示差による炉心流量監視装置３５炉心流量指示比較による記録・監視装置３６差圧検出器（ＤＰＴ）３７差圧信号３８差圧検出器による炉心流量演算装置３９差圧検出器による炉心流量監視装置４０炉内状態計測信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤井敏浩神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者兼本茂神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者榎本光広神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内Ｆターム(参考） 2F030 CC01 CD15 CD17 CE04 CF03 CF07 2G075 AA03 AA04 BA03 CA08 CA40 DA05 FA11 FB05 FB07 FB15 GA18 GA19 GA21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉圧力容器内の炉心部周囲に複数の
ポンプ手段を配し、炉心部に対して冷却水を循環させる
沸騰水型原子炉の炉心流量監視システムにおいて、前記
圧力容器内の狭帯域、広帯域の各炉水位をそれぞれ検出
する狭帯域炉水位検出器および広帯域炉水位検出器と、
これら各炉水位検出器で検出された炉水位の指示差を検
出する差圧検出器と、この差圧検出器で検出された差圧
信号と前記圧力容器内の核熱水力状態を計測した炉内状
態計測信号とから炉心流量相当値を演算する炉心流量演
算装置と、この炉心流量演算装置で得られた炉心流量を
監視する炉心流量監視装置とを備えたことを特徴とする
炉心流量監視システム。
【請求項２】請求項１記載の炉心流量監視システムに
おいて、前記圧力容器内の核熱水力状態を計測した炉内
状態計測信号は、平均中性子束検出器、主蒸気流量、給
水流量、原子炉圧力、下部プレナム炉水位温度、ポンプ
差圧、炉心支持板差圧検出器に基づいた計測値および炉
心熱出力計算値からの複数の信号の中から任意の少なく
とも一つを選択した信号であることを特徴とする炉心流
量監視システム。
【請求項３】請求項１記載の炉心流量監視システムに
おいて、前記狭帯域炉水位検出器および広帯域炉水位検
出器の差圧信号を、前記差圧検出器に代えて複数の狭帯
域炉水位検出器の平均値と複数の広帯域炉水位検出器の
平均値との差で置き換えたことを特徴とする炉心流量監
視システム。
【請求項４】請求項１記載の炉心流量監視システムに
おいて、前記炉心流量演算装置は、複数の指示値の多変
数多項式で演算可能な演算装置であって、前記複数の指
示値の多変数多項式の係数を、正常に運転されている状
態での複数の指示値および別の方式で計測された炉心流
量計測値を用いることで演算する多変数多項式係数演算
装置であることを特徴とする炉心流量監視システム。
【請求項５】請求項４記載の炉心流量監視システムに
おいて、前記多変数多項式演算装置は、変数の数を二つ
以上、多項式の次数を少なくとも一変数において２次以
上の次数にして演算可能な演算装置であることを特徴と
する炉心流量監視システム。
【請求項６】請求項４記載の炉心流量監視システムに
おいて、前記多変数多項式演算装置は、変数の数および
多項式の次数を任意に変更可能な演算装置であることを
特徴とする炉心流量監視システム。
【請求項７】請求項４記載の炉心流量監視システムに
おいて、前記多変数多項式演算装置は、差圧検出器で検
出された差圧信号と、圧力容器内の核熱水力状態を計測
した複数の炉内状態計測信号から主成分分析を行って抽
出した少数個の主成分信号とを用いて多変数多項式で炉
心流量を演算可能な演算装置であることを特徴とする炉
心流量監視システム。
【請求項８】請求項１ないし７のいずれかに記載の炉
心流量監視システムにおいて、前記差圧信号および炉内
状態計測信号による炉心流量監視装置からの炉心流量指
示値と、ポンプ手段の差圧による炉心流量監視装置およ
び炉心支持板の差圧による炉心流量監視装置からの各炉
心流量の指示差とを互いに演算比較して、記録・監視す
る記録・監視装置を備えたことを特徴とする炉心流量監
視システム。