JP2001324590A - 原子炉水位計測システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 運転員がプラントの運転状態に応じて読取る
べき水位指示器の選択負担を軽減する。 【解決手段】 原子炉における種々の水位が計測できる
ように設けられた複数の水位計５〜９と、原子炉の状態
を判断すると共に、当該状態に最適な前記水位計５〜９
を選択し、該水位計５〜９からの信号に基づき水位を演
算する演算装置３６と、該演算装置３６で演算した水位
を表示する表示装置３７とを設ける。そして、演算装置
３６が原子炉の状態を判断し、その結果に基づき最適な
水位計５〜９を自動的に選択できるようにし、水位を１
つの表示装置３７に表示するようにする。これにより、
運転員が複数の水位表示器を選択して読取る際の負担を
軽減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子力発電所にお
ける原子炉水位を計測する原子炉水位計測システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所においては原子炉の起動停
止、正常運転及び事故時等の各運転状態に対して適切な
対応（操作等）を行うために原子炉水位の計測監視が必
要不可欠となっている。

【０００３】このような、原子炉水位の計測監視に用い
られる原子炉水位計測システムを図４を参照して説明す
る。

【０００４】当該原子炉水位計測システムは、狭帯域水
位計１０５、広帯域水位計１０６、アップセット域水位
計１０７、停止域水位計１０８、燃料域水位計１０９等
の水位計を有している。

【０００５】そして、原子炉頭部側に設けられた凝縮槽
１１６，１１７に水頭圧をかけた際の基準水柱１２２，
１２３と変動水柱１２４〜１２６との差圧を各水位計１
０５〜１０９で検出し、当該差圧から水位を演算処理し
て水位指示器１５５〜１５９で表示するようになってい
る。

【０００６】これら各水位計１０５〜１０９は目的に応
じて使用され、例えば正常運転時における水位計測には
狭帯域水位計１０５、異常な過渡変化時及び事故時には
広帯域水位計１０６やアップセット域水位計１０７、事
故後の炉心冠水確認用には燃料域水位計１０９、原子炉
の起動停止過程、停止時には停止域水位計１０８が用い
られる。

【０００７】原子炉の運転状態に応じて炉内圧力及び温
度が異なるので、水頭水等の比容積もこれに伴い変動す
る。従って、正確な水位を計測するには当該比容積等を
補正する必要が生じ、このため原子炉の状態に基づき各
水位計１０５〜１０９の校正が行われている。

【０００８】例えば、狭帯域水位計１０５、広帯域水位
計１０６及びアップセット域水位計１０７では定格運転
時における圧力及び温度を校正条件として用い、燃料域
水位計１０９は大気圧で水頭水等が飽和ことを校正条件
としている。また停止域水位計１０８は、大気圧での冷
温を校正条件としている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成では各水位計１０５〜１０９にそれぞれ水位指示器１
５５〜１５９が設けられ、当該水位指示器１５５〜１５
９に常時対応する水位計１０５〜１０９で計測演算した
水位が表示されているため、運転員が原子炉の状態に適
した水位指示器１５５〜１５９を選択して水位を読み、
運転を行わなければならないので、読取るべき水位指示
器１５５〜１５９を間違える等のヒューマンエラーが発
生しやすい問題があった。

【００１０】また、広帯域水位計１０６の圧力検出座１
１４は、原子炉内構造の関係から原子炉水が高速で流動
する部分に位置しているため、原子炉水の動圧の影響を
受やすく、変動水柱１２５の圧力が小さく検出されて実
際の水位より低めの水位が計測される傾向がある。

【００１１】従来このような場合には、運転員が原子炉
水の動圧影響を考慮して指示値を解釈し、それに基づき
運転を行っているが、正確、かつ、迅速な運転操作が困
難であった。

【００１２】さらに、原子炉発電所においては空調が行
われる場合が多く、かかる空調が変動水柱等の温度に影
響を与えるため、これらを考慮しなければ水頭水の比容
積補正を正確に行うことができない問題があった。

【００１３】そこで、本発明は、運転員がプラントの運
転状態に応じて読取るべき水位指示器の選択負担を軽減
すると共に、原子炉水の動圧影響や水頭水の比容積変化
を高精度に補正できるようにして、運転員の負荷軽減に
よるヒューマンエラーの抑制及び計測精度の向上を可能
にした原子炉水位計測システムを提供することを目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】課題を解決するため、請
求項１にかかる発明は、原子炉の水位を計測して表示す
る原子炉水位計測システムにおいて、原子炉における種
々の水位が計測できるように設けられた複数の水位計
と、原子炉の状態を判断すると共に、当該状態に最適な
水位計を選択し、該水位計からの信号に基づき水位を演
算する演算装置を設ける。さらにこの演算装置で演算さ
れた水位を１つの表示装置で表示する。

【００１５】これにより、原子炉の状態に応じて複数の
水位計を自動的に選択し、１つの表示装置に表示するよ
うにして、運転員が複数の水位表示器を選択して読取る
際の負担を軽減するようにしたことを特徴とする。

【００１６】また、水位を１つの表示装置に表示させる
ようにすることで、従来のように複数の水位表示器を設
ける際の設定スペースの削減及び、それに伴うコストダ
ウンを可能にしたことを特徴とする。

【００１７】請求項２にかかる発明は、原子炉の運転状
態を示す原子炉運転モード指示器と、原子炉の起動状態
を示す原子炉起動モード指示器と、原子炉の圧力を計測
する圧力計とを設けて、演算装置が、原子炉運転モード
指示器、原子炉起動モード指示器、圧力計及び水位計か
らの信号により原子炉の状態を自動的に判断し、その結
果に基づき最適な水位計が選択できるようにして、運転
員が複数の水位表示器を選択して読取る際の負担を軽減
するようにしたことを特徴とする。

【００１８】請求項３にかかる発明は、水位計が、正常
運転時に用いられる最も高精度な狭帯域水位計と、事故
時及び過渡的変化時における正常運転時より低水位の場
合に用いられる広帯域水位計と、事故時及び過渡的変化
時における正常運転時より高水位の場合に用いられるア
ップセット域水位計と、事故後等における広帯域水位計
の計測範囲よりさらに低水位計測に用いられる燃料域水
位計と、停止及び起動時等に用いられる停止域水位計と
を備えて、判断した原子炉の状態に最適な水位計を選択
するようにして、運転員が複数の水位表示器を選択して
読取る際の負担を軽減するようにしたことを特徴とす
る。

【００１９】請求項４にかかる発明は、水位計が、原子
炉の水面上部空間の圧力を基準水柱とし、水柱の圧力を
変動水柱として、当該基準水柱と変動水柱との差圧を計
測する差圧計であって、変動水柱の温度を計測する温度
計及び原子炉格納容器における内外の温度を計測する温
度計を備えて、演算装置が圧力計及び温度計からの各計
測値に基づき差圧を補正して、環境温度等による影響を
補正できるようにして正確な水位が計測できるようにし
たことを特徴とする。

【００２０】請求項５にかかる発明は、原子炉水の流動
量を計測する流量計を備えて、演算装置が圧力計及び温
度計からの各計測値に基づき差圧を補正して水位を演算
する際に原子炉水の流動による影響を補正するようにし
て、正確な水位が計測できるようにしたことを特徴とす
る。

【００２１】請求項６にかかる発明は、表示装置が、水
位を表示する水位表示部と、複数の水位計のうち使用さ
れた水位計を表示する水位計表示部とを有して、運転員
が現在どの水位計で計測された水位が表示されているか
を確認することができるようにして適切な運転に寄与で
きるようにしたことを特徴とする。

【００２２】なお、上記各請求項にかかる発明において
は、水位計、演算装置及び表示装置を多重化して、シス
テムの信頼性を向上させることが好適である。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照し
て説明する。図１は本実施の形態の説明に適用される原
子炉水位計測システムの構成図である。

【００２４】原子炉格納容器１内に格納された原子炉圧
力容器２に原子炉３が内設されて、当該原子炉圧力容器
２の頭部及び側部に複数の圧力検出座１１〜１５が設け
られ、当該圧力検出座１１〜１５に導圧管２２〜２６が
接続されると共に水位計及び圧力計３２が接続されてい
る。

【００２５】このような水位計は、狭帯域水位計５、広
帯域水位計６、アップセット域水位計７、停止域水位計
８、燃料域水位計９により構成されている。以下、これ
らの水位計を総称する場合には水位計５〜９と記載す
る。

【００２６】また、原子炉水が正常に蓄えられている状
態での水面上部に設けられた圧力検出座１１，１２に接
続されている導圧管２２，２３には凝縮槽１６，１７が
接続されて、蒸気を凝縮（復水）させた状態で水位及び
圧力が計測されるようになっている。

【００２７】このとき、凝縮槽１６から水位計７，８に
延びる導圧管２２及び凝縮槽１７から水位計５，６，９
に延びる導圧管２３が基準水柱をなし、原子炉水の水中
に位置している圧力検出座１３，１４，１５と接続され
ている導圧管２４，２５，２６が変動水柱をなしてい
る。

【００２８】そして、この基準水柱と変動水柱との差圧
が、水位計５〜９により検出されて、その計測値に基づ
き演算装置３６が補正処理等を行って水位を演算して表
示装置３７で表示する。

【００２９】また、原子炉格納容器１の内側及び外側に
おける導圧管２２〜２６の表面には複数の温度計１８〜
２０，２８〜３１が設けられて、導圧管２２〜２６の温
度を検出すると共に、原子炉圧力容器２から適宜離れた
点にも複数の温度計２１，２７が設けられて、当該原子
炉格納容器１の内側及び外側の温度を計測している。

【００３０】さらに、原子炉起動状態を指示する原子炉
起動モード指示器３４及び原子炉３の運転状態を指示す
る原子炉運転モード指示器３３が設けられると共に、原
子炉水の流量を計測する炉心流量計３５が設けられてい
る。

【００３１】そして、各水位計５〜９、温度計１８〜２
１，２７〜３１、圧力計３２、炉心流量計３５、原子炉
起動モード指示器３４及び原子炉運転モード指示器３３
からの各測定信号及び指示信号が演算装置３６に入力す
る。

【００３２】演算装置３６では、先ずこれらに基づき現
在の原子炉状態を判断して、その判断結果による原子炉
状態での水位を計測するために最も適切な水位計を選択
する。

【００３３】水位計が選択されると、当該水位計からの
信号に対して水頭水の比容積や原子炉水の動圧の影響等
を補正することにより、該水位計を校正して、その結果
に基づき水位を演算する。

【００３４】演算された水位は、図２に示すように表示
装置３７における水位表示部３８に表示される。この
際、狭帯域水位計５、広帯域水位計６、アップセット域
水位計７、燃料域水位計９、停止域水位計８のいずれが
選択されたかを水位計表示部３９で示すようになってい
る。

【００３５】各水位計５〜９は原子炉シュラウドより適
宜上方に設けられた計装零点Ｐ１及び該計装零点Ｐ１よ
り約５ｍ下方に設けられた計装零点Ｐ２を基準として下
記のような水位レベルを測定範囲としている。

【００３６】即ち、計装零点Ｐ１より上方約０．３ｍ、
約０．８ｍ、約０．９ｍ、約１．０ｍ、約１．４ｍにそ
れぞれ水位レベルＬ３、Ｌ４、Ｌ５／６、Ｌ７、Ｌ８が
設定され、また計装零点Ｐ１より下方約０．９ｍ、約
３．８ｍ、約４．０ｍにそれぞれ水位レベルＬ２〜Ｌ０
が設定されている。

【００３７】そして、狭帯域水位計５は、導圧管２３と
導圧管２４とにおける水頭圧の差圧を水位レベルＬ３〜
Ｌ８の範囲Ｒ１（約１．５ｍ）で最も高精度で計測す
る。

【００３８】広帯域水位計６は、導圧管２３と導圧管２
５との水頭圧の差圧を水位レベルＬ１〜Ｌ８の範囲Ｒ２
（約５．０ｍ）で検出する。

【００３９】アップセット域水位計７は、導圧管２２と
導圧管２４とにおける水頭圧の差圧を計装零点Ｐ１から
水位レベルＬ８までの範囲Ｒ３（約４．５ｍ）で検出す
る。

【００４０】停止域水位計８は、導圧管２２と導圧管２
４とにおける水頭圧の差圧を原子炉３に水張りを行った
際に当該原子炉水の水位が検出できるように計装零点Ｐ
１より上の範囲Ｒ５（約１０ｍ）を検出する。

【００４１】燃料域水位計９は、導圧管２３と導圧管２
６とにおける水頭圧の差圧を計装零点Ｐ２を含む水位レ
ベルＬ１〜Ｌ０の範囲Ｒ４（約５ｍ）で検出して、事故
後の炉心冠水の確認を可能にしている。

【００４２】なお、温度計２１及び温度計２７は、各々
原子炉格納容器１内及び原子炉格納容器１外の代表位置
に設置されて、原子炉格納容器１内の温度を温度計２１
が検出し、原子炉格納容器１外の温度を温度計２７が検
出することにより、導圧管２２〜２６の周りの温度を検
出している。

【００４３】そして、原子炉水と導圧管の内包水との比
容積変化に対する水位の補正演算は、温度計２１、２７
からの温度信号と圧力計３２からの圧力信号とに基づき
選択された水位計５〜９の水位信号を演算装置に設けら
れた図示しない補正回路で補正するようになっている。

【００４４】このとき、導圧管２２〜２６の表面温度と
これらの環境温度とは、空調等の影響のために必ずしも
一致しない場合がある。

【００４５】そこで、本発明では、原子炉格納容器１の
内外における導圧管２２〜２６の表面に複数の温度計１
８〜２０、２９〜３１を設け、温度計２１、２７からの
温度信号に加えて導圧管２２〜２６の水頭水の比容積補
正に用いることにより水位計測精度を向上するようにし
ている。

【００４６】また、原子炉水の動圧影響を補正は、炉心
流量計３５からの流量信号に基づき、例えば流量に対す
る損失水頭圧の補正率を予め設定しておき、選択された
水位計（この場合は、広帯域水位計６が選択されてい
る）からの水位信号を補正する。

【００４７】このような構成において、原子炉運転モー
ド指示器３３等からの信号に基づき演算装置３６は原子
炉が停止状態にあると判断した場合には、停止域水位計
８を選択し、当該停止域水位計８からの水位信号に基づ
き水位を演算する。

【００４８】このような停止状態で演算装置３６が、圧
力計３２から原子炉停止圧力（約１ＭＰａ）を超える圧
力値を検出すると共に原子炉モードが原子炉起動に切替
ったことを示す原子炉起動モード指示器３４からのＯＮ
信号を検出すると、原子炉が起動状態となったと判断す
る。

【００４９】そして、この状態で水位レベルＬ５／６を
検出すると、停止域水位計８から最も高精度な狭帯域水
位計５を選択し、上述した補正校正処理を行って水位を
演算する。

【００５０】このようにして、原子炉が起動されて正常
運転状態に達する。このとき、正常運転時における水位
レベルの範囲を水位レベルＬ３〜Ｌ５／６、圧力範囲を
約６ＭＰａ〜約７ＭＰａとして予め設定しておき、この
条件が満たされたとき原子炉は正常運転状態になったと
判断する。

【００５１】そして、当該正常運転時に用いられる水位
計は、上述した狭帯域水位計５である。なお、圧力６Ｍ
Ｐａは、正常運転に支障を来す原子炉の下限圧力であ
り、約７ＭＰａは定格運転圧力である。

【００５２】正常運転状態からメンテナンス等のために
原子炉を停止する際の判断は、水位レベルが水位レベル
Ｌ５／６を検出している状態で、原子炉の圧力が十分低
下し正常停止できる圧力値（約１ＭＰａ）になったこと
を圧力計３２からの圧力信号により検出すると共に原子
炉起動モード指示器３４から原子炉停止状態に切替った
ことを示すＯＦＦ信号を検出することを条件とする。

【００５３】この条件を満たすと、演算装置３６は正常
停止状態に入ったと判断して水位計を狭帯域水位計５か
ら停止域水位計８に切換え、以後当該停止域水位計８に
基づき水位を演算するようになる。

【００５４】一方、正常運転中等において異常な過渡変
化や事故が発生した場合のように正常運転範囲として設
定されている水位範囲や圧力範囲を超えたときには、ア
ップセット域水位計７、広帯域水位計６及び燃料域水位
計９が選択される。

【００５５】即ち、水位が正常水位より高くなり、水位
レベルＬ８を超えた場合は、狭帯域水位計５より高水位
が検出できるアップセット域水位計７が選択される。

【００５６】また、水位が正常水位より低くなり、原子
炉を緊急停止する水位レベルＬ３より少なくなった場合
には、狭帯域水位計５より低水位が検出できる広帯域水
位計６が選択される。

【００５７】さらに、広帯域水位計６が選択されている
状態で、水位が水位レベルＬ１より低くなった場合に
は、広帯域水位計６より低水位が検出できる燃料域水位
計９が選択される。

【００５８】一方、圧力計３２からの圧力信号により、
原子炉圧力が定格運転圧力（約７ＭＰａ）から上昇し、
又は当該定格運転圧力より原子炉圧力が約１ＭＰａに低
下して正常運転に支障をきたす圧力となった場合には、
狭帯域水位計５から広帯域水位計６に切換えられる。

【００５９】そして、アップセット域水位計７又は広帯
域水位計６が選択されている状態で異常停止する際に
は、圧力が十分低下して原子炉停止ができる圧力（約１
ＭＰａ）に達したことを圧力計３２からの圧力信号によ
り検出し、さらに、原子炉運転モード指示器３３から運
転停止を示すＯＦＦ信号を受信すると演算装置は緊急停
止と判断して、アップセット域水位計７又は広帯域水位
計６から停止域水位計８に切換える。

【００６０】このように、原子炉の運転状態に応じて複
数の水位計を自動的に選択し、１つの表示装置３６で表
示することで、ヒューマンエラーの発生を抑制すること
が可能になると共に、従来のように複数の水位表示器を
設ける場合に比べ、設定スペースの削減及び、それに伴
うコストダウンが可能になる。

【００６１】なお、上記説明では、水位計５〜９や演算
装置３６等を多重化していない場合を示したが、信頼性
を高める観点から図３に示すようにこれらを多重化して
も良いことは言うまでもない。

【００６２】同図においは、水位計、圧力計、流量計、
温度計、演算装置、表示装置を多重化すると共に、演算
装置３６ａ、３６ｂ及び表示装置３７ａ，３７ｂに電力
供給する電源４１ａ，４１ｂも多重化した場合を示して
いる。

【００６３】そして、これらがそれぞれユニット４０
ａ，４０ｂを構成し、一方が呼称等した場合には他方で
計測、演算、表示等が行えるようになっている。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば原
子炉の状態に応じて複数の水位計を自動的に選択し、１
つの表示装置に表示するようにしたので、運転員が複数
の水位表示器を選択して読取る際の負担が軽減でき、ヒ
ューマンエラーの発生を抑制することが可能になる。

【００６５】また、水位は１つの表示装置で表示するよ
うにしたので、従来のように複数の水位表示器を設ける
場合に比べ、設定スペースの削減及び、それに伴うコス
トダウンが可能になる。

【００６６】また、変動水柱の温度を計測する温度計及
び原子炉格納容器における内外の温度を計測する温度計
を設けて、演算装置が水位を演算する際に圧力計及び温
度計からの各計測値に基づき水位計で計測した差圧を補
正するようにしたので、環境温度等による影響が補正で
きるようになり、水位の計測精度を向上させることが可
能になる。

【００６７】また、原子炉水の流動量を計測する流量計
を設けて、演算装置が圧力計及び温度計からの各計測値
に基づき差圧を補正して水位を演算する際に原子炉水の
流動による影響を補正するようにしたので、原子炉水の
流動状態に関わらず正確な水位が計測できるようにな
る。

【００６８】さらに、表示装置に水位を表示する水位表
示部と、複数の水位計のうち使用された水位計を表示す
る水位計表示部とを設けたので、運転員が現在どの水位
計で計測された水位が表示されているかを確認すること
ができるようになり、適切な運転が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の説明に適用される原子水
位計システムの構成図である。

【図２】表示装置の表示構成を示す図である。

【図３】原子炉水位計測システムを多重化した際の構成
を示す図である。

【図４】従来の技術の説明に適用される原子炉水位計測
システムの構成図である。

【符号の説明】

１ 原子炉格納容器 ２ 原子炉圧力容器 ５ 狭帯域水位計 ６ 広帯域水位計 ７ アップセット域水位計 ８ 停止域水位計 ９ 燃料域水位計 １１〜１５ 圧力検出座 １８〜２１，２７〜３１ 温度計 ３２ 圧力計 ３３ 原子炉運転モード指示器 ３４ 原子炉起動モード指示器 ３５ 炉心流量計 ３６，３６ａ，３６ｂ 演算装置 ３７，３７ａ，３７ｂ 表示装置 ３８ 水位表示部 ３９ 水位計表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 皆見 洋志 神奈川県川崎市幸区堀川町66番２ 東芝エ ンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 2G075 BA03 CA08 CA40 DA03 DA04 DA05 DA06 EA09 FB08 FB09 FB12 FC03 FD04 GA15 GA18 GA27 GA40

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子炉の水位を計測して表示する原子炉
   水位計測システムにおいて、 原子炉の状態に応じて水位が計測できるように設けられ
   た複数の水位計と、 原子炉の状態を判断すると共に、当該状態に最適な前記
   水位計を選択し、該水位計からの信号に基づき水位を演
   算する演算装置と、 該演算装置で演算した水位を表示する表示装置とを有す
   ることを特徴とする原子炉水位計測システム。
2. 【請求項２】 原子炉の運転状態を示す原子炉運転モー
   ド指示器と、 原子炉の起動状態を示す原子炉起動モード指示器と、 原子炉の圧力を計測する圧力計とを有して前記演算装置
   が、前記原子炉運転モード指示器、原子炉起動モード指
   示器、圧力計及び前記水位計からの信号により原子炉の
   状態を判断し、当該判断結果に基づき最適な水位計を選
   択することを特徴とする請求項１記載の原子炉水位計測
   システム。
3. 【請求項３】 前記水位計が、正常運転時に用いられる
   最も高精度な狭帯域水位計と、 事故時及び過渡的変化時における正常運転時より低水位
   の場合に用いられる広帯域水位計と、 事故時及び過渡的変化時における正常運転時より高水位
   の場合に用いられるアップセット域水位計と、 事故後等における前記広帯域水位計の計測範囲よりさら
   に低水位計測に用いられる燃料域水位計と、 停止及び起動時等に用いられる停止域水位計とを備え
   て、判断した原子炉の状態に最適な水位計を選択するこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の原子炉水位計測シ
   ステム。
4. 【請求項４】 前記水位計が、原子炉の水面上部空間の
   圧力を基準水柱とし、水中の圧力を変動水柱として、当
   該基準水柱と変動水柱との差圧を計測する差圧計であっ
   て、前記変動水柱の温度を計測する温度計及び原子炉格
   納容器の内外環境温度を計測する温度計を備えて、前記
   演算装置が前記圧力計及び温度計からの各計測値に基づ
   き差圧を補正して水位を演算することを特徴とする請求
   項２又は３記載の原子炉水位計測システム。
5. 【請求項５】 原子炉水の流動量を計測する流量計を備
   えて、前記演算装置が前記圧力計及び温度計からの各計
   測値に基づき差圧を補正して水位を演算する際に原子炉
   水の流動による影響を補正するようにしたことを特徴と
   する請求項４記載の原子炉水位計測システム。
6. 【請求項６】 前記表示装置が、水位を表示する水位表
   示部と、複数の前記水位計のうち使用された水位計を表
   示する水位計表示部とを有することを特徴とする請求項
   １乃至５いずれか１項記載の原子炉水位計測システム。