JP2005172750A

JP2005172750A - 炉心監視システム

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Publication number: JP2005172750A
Application number: JP2003416522A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Iwamoto; 達也岩本; Hiromi Maruyama; 博見丸山; Tadashi Ikehara; 正池原; Tadashi Tamiya; 正民谷
Original assignee: Global Nuclear Fuel Japan Co Ltd
Current assignee: Global Nuclear Fuel Japan Co Ltd
Priority date: 2003-12-15
Filing date: 2003-12-15
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2023-12-15
Also published as: JP4617503B2

Abstract

【課題】原子炉サイト内外に位置する計算機資源を通信ネットワークで結合して質の高い炉心監視システムを提供する。
【解決手段】計算機を用いて原子力発電所の炉心を監視する炉心監視システムである。システムは、原子炉使用者の指示を受け付けるトリガ手段３と、前記指示に基づいて運転制限値または運転領域を評価する炉心状態評価手段と、炉心状態評価手段で評価された運転制限値もしくは運転領域に対する最適運転方法を作成する最適運転方法作成手段と、最適運転方法作成手段で作成された最適運転方法を出力する運転方法出力手段と、を有する。前記各手段は、原子力発電所内に配置された第１の計算機９と、第１の計算機と遠隔通信ネットワーク８によって接続された第２の計算機１１との上で実現可能に存在している。
【選択図】図１

Description

この発明は原子力発電所の炉心監視システムに関し、特に、遠隔通信ネットワークを利用した炉心監視システムに関する。

近年の計算機性能の向上に伴い、原子炉サイトのプロセス計算機、あるいはこれにＬＡＮ（Local Area Network）接続されたサイト計算機上に、物理モデルを備えた炉心状態評価手段（３次元炉心シミュレータ）を導入し、時々刻々のプロセスデータと物理モデルを用いて原子炉の熱的制限値である最大線出力密度や最小限界出力比をオンラインで監視することが通常となっている。図５に従来のシステムの構成例を示す。

図５において、原子力発電所サイトに原子炉サイト内計算機９が配置され、出力データ４が出力される。原子炉サイト内計算機９には、原子炉使用者（例えば発電事業者）によって使用者入力データ１が入力され、また、プロセス計算機２０の出力であるプロセスデータ２が入力される。

原子力発電所サイト外に、オフサイト計算機１０および炉心監視装置提供者の計算機１１が配置されている。例えば、原子炉サイト内計算機９は原子力発電所管理者の管理のもとにあり、オフサイト計算機１０は発電事業者の本店の管理のもとにあり、炉心監視装置提供者の計算機１１は例えば原子炉機器メーカなどの炉心監視装置提供者の管理のもとにある。炉心監視装置提供者の計算機１１には炉心状態評価および運転最適化ソフトウェア６、および、炉心状態評価および運転最適化ソフトウェア固有データ７がある。

サイト計算機９に装荷された物理モデルの必要とする固有の入力データや、熱的制限値に対する運転限界値は、炉心監視装置提供者の計算機１１において、オフラインでの詳細計算コードにより計算され、磁気テープやＣＤなどの記憶媒体１４を介して、データ更新が必要となる原子炉運転サイクルごとにサイト計算機９に装荷される。

例えば、核燃料棒の最大線出力密度は、燃料ペレットと被覆管の干渉による燃料棒の熱機械的健全性を監視するものであり、その運転制限値については、あらかじめオフラインでの運転計画に基づく燃料棒ごとの線出力密度履歴計算に基づいて定められる。

また、最小限界出力比は燃料棒から冷却水への熱伝達が悪化する沸騰遷移を起こさない限界の熱出力であり、その運転制限値は、プラントの異常な過渡状態を考慮しても沸騰遷移を経験する燃料棒の確率が一定値以下となるよう、あらかじめオフラインでの運転計画に基づくプラント過渡計算に基づいて定められる。

これらの運転制限値は、オフラインで準備されるため、いずれも十分な安全余裕を取ってあり、最適な運転条件とは言えない場合がある。これを改善するため、サイト計算機において異常なプラント過渡事象時の炉心状態の変化を計算する詳細モデルを付加することも提案されている。（特許文献１参照）。
特開平８−１３６６８８号公報特開２００１−２６４４７８号公報

従来の炉心監視技術においては、ハードウェア資源（計算機、記憶装置）、ソフトウェア資源（計算コードとそれに付随する入力データ）、およびプロセスデータ資源（炉心の瞬時および履歴データ）が、サイト計算機上にあり、次のような諸問題点のために、これらの計算資源の価値を最大限に利用できなかった。

（１）サイト計算機のハードウェア上の性能制限により、その上で走らせることのできる物理モデルの詳細度が制限されるために、より正確な炉心状態の評価ができない。このために現状での最適な運転計画を立てることが難しい場合がある。

（２）すべてのサイト計算機に、種々の高度な物理モデルを装荷しようとすれば、計算機のハードウェア・ソフトウェア両面において多額のコストが発生する。高度な最適化を行なうことは、現状の計算機性能をもってしては、サイトで計算を行なうことは事実上不可能である。さらに、サイトごとのソフトウェアのバージョン変更により保守作業のための多額のコストが発生する。

（３）すべての計算資源がサイトにあるため、原子炉サイトの要求により、炉心監視装置の提供者が、何らかの付加情報を計算しようとしても、迅速に対応できない。したがって、炉心監視装置の提供者は十分なサービスを提供することができない。また、運転の最適化を含む高度なサービスをタイムリーに提供することが困難であった。

本発明の目的は、上記の従来技術における課題を解決し、原子炉サイト内と炉心監視装置提供者内に位置する計算機資源を結合して、より付加価値の高い炉心状態評価や、それを用いた最適運転方法などを出力できる炉心監視システムを提供しようとするものである。

本発明は上記目的を達成するものであって、請求項１に記載の発明は、計算機を用いて原子力発電所の炉心を監視する炉心監視システムにおいて、原子炉使用者の指示を受け付けるトリガ手段と、前記指示に基づいて運転制限値または運転領域を評価する炉心状態評価手段と、前記炉心状態評価手段で評価された運転制限値もしくは運転領域に対する最適運転方法を作成する最適運転方法作成手段と、前記最適運転方法作成手段で作成された最適運転方法を出力する運転方法出力手段と、を有し、前記各手段が、原子力発電所内に配置された第１の計算機と、前記第１の計算機と遠隔通信ネットワークによって接続された第２の計算機との上で実現可能に存在していること、を特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の炉心監視システムにおいて、原子力発電所内に配置され、前記第１の計算機に接続されてプロセスデータを収集するプロセス計算機をさらに有し、前記第１の計算機で入力された入力情報と前記プロセス計算機内のプロセスデータとが遠隔通信ネットワ−クを通じて第２の計算機にオンライン入力として入力され、前記第２の計算機内にある前記炉心状態評価用ソフトウェアとそれに使用される固有のデータとを利用して、前記第２の計算機内で炉心状態評価を行なえるように構成されていること、を特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の炉心監視システムにおいて、原子力発電所内に配置され、前記第１の計算機に接続されてプロセスデータを収集するプロセス計算機をさらに有し、前記第２の計算機は前記炉心状態評価用ソフトウェアおよびこの炉心状態評価用ソフトウェアに使用される固有のデータを保存する手段を有し、前記第１の計算機で入力された入力情報と前記プロセス計算機内のプロセスデータとをオンライン入力として、前記第２の計算機内にある前記炉心状態評価用ソフトウェアとそれに使用される固有のデータを利用して、前記第１の計算機内で炉心状態評価計算を行なえるように構成されていること、を特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の炉心監視システムにおいて、前記プロセス計算機内のプロセスデータを遠隔通信ネットワークを通じて前記第２の計算機に送り、これを第２の計算機内に一時的に取り込む手段と、前記遠隔通信ネットワークを通じて前記炉心状態評価の結果を前記第１の計算機に転送する手段と、前記転送された炉心状態評価の結果を前記第１の計算機に表示する手段と、前記第２の計算機で炉心状態評価を実行した後に、前記第２の計算機内のプロセスデータを消去する手段と、前記第１の計算機にデータ消去を通知する手段と、をさらに有すること、を特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の炉心監視システムにおいて、前記第１の計算機からの要求により、前記第２の計算機内の炉心状態評価用データベースに基づいて、第２の計算機内に、前記第１の計算機内の前記炉心状態評価手段に固有の入力データを生成する手段と、前記遠隔通信ネットワークを通じて前記固有の入力データを前記第１の計算機に転送する手段と、をさらに有すること、を特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項３に記載の炉心監視システムにおいて、前記第１の計算機からの要求により、前記遠隔通信ネットワークを通じて前記第２の計算機内の炉心状態評価用データベースを前記第１の計算機に転送する手段と、前記転送された炉心状態評価用データベースに基づいて、前記第１の計算機で、前記第１の計算機内の前記炉心状態評価手段に固有の入力データを生成する手段と、をさらに有すること、を特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６いずれかに記載の炉心監視システムにおいて、前記遠隔通信ネットワークでのデータの通信は暗号化して行なわれること、を特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載の炉心監視システムにおいて、前記第２の計算機は複数台あって、これら複数台の第２の計算機が連携して分散化処理を行なうように構成されていること、を特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の炉心監視システムにおいて、前記第１の計算機で原子力発電所の使用者により入力された許容計算時間、目標精度または利用可能な解析実行条件に基づいて、必要とされる解析モデルの詳細度を判定する詳細度判定手段と、この詳細度判定手段による判定結果に基づいて、当該炉心監視システム内もしくはその外部に格納された複数の解析コードから、解析モデルを選択する選択手段と、をさらに有すること、を特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載の炉心監視システムにおいて、前記トリガ手段は、評価事象ごとに、複数の選択可能な対象オブジェクトを画面に表示する手段と、対象オブジェクトが選択されたときに操作可能なメニューを表示する手段と、このメニューから操作内容が選択されたときにこの選択された操作内容に基づいて、解析モデルおよび解析に必要なデータの転送を起動する手段と、を有することを特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の炉心監視システムにおいて、前記第２の計算機は複数あって、前記トリガ手段は、前記第２の計算機の一部で実現できるように構成されていること、を特徴とする。

また、請求項１２に記載の発明は、請求項１ないし１１のいずれかに記載の炉心監視システムにおいて、前記炉心状態評価手段は、核燃料棒の焼損限界である運転限界最小限界出力比を計算する手段を有し、前記最適運転方法作成手段は、前記運転限界最小限界出力比に基づいて炉心状態に応じた運転限界最小限界出力比制限値を評価する運転制限値評価手段を有すること、を特徴とする。

また、請求項１３に記載の発明は、請求項１ないし１２のいずれかに記載の炉心監視システムにおいて、前記炉心状態評価手段は、制御棒位置および炉心流量の取りうる運転範囲を予測する予測手段と、前記予測手段による予測結果に基づいて得られた運転範囲に対する原子炉の安定性を評価する原子炉安定性評価手段と、を有し、前記最適運転方法作成手段は、前記原子炉安定性評価手段による原子炉安定性評価結果に応じて運転可能領域を評価する運転可能領域評価手段を有すること、を特徴とする。

また、請求項１４に記載の発明は、請求項１ないし１３のいずれかに記載の炉心監視システムにおいて、前記炉心状態評価手段は、燃料棒ごとの破損確率を評価する破損確率評価手段と、オフガス観測時に前記燃料棒ごとの破損確率に基づいて破損燃料集合体を推定する破損燃料推定手段と、を有すること、を特徴とする。

また、請求項１５に記載の発明は、請求項１ないし１４のいずれかに記載の炉心監視システムにおいて、前記炉心状態評価手段は、プラントデータ、ソフトウェアモデルデータおよびモデルパラメータを入力とする炉心状態評価用ソフトウェアを有し、前記最適運転方法作成手段は、前記プラントデータ、ソフトウェアモデルデータおよびモデルパラメータのそれぞれの不確かさに基づいて前記ソフトウェアの実行条件を設定する実行条件設定手段と、前記実行条件にて、前記ソフトウェアを実行することで不確かさを含めて炉心状態を評価し、不確かさを含めた最適運転計画を作成する手段と、を有すること、を特徴とする。

また、請求項１６に記載の発明は、請求項１ないし１５のいずれかに記載の炉心監視システムにおいて、原子力発電所使用者のトリガ要求により、炉心状態評価用ソフトウェアが炉心状態を継続的に評価し、不確かさを含めて炉心状態が運転制限値に違反または接近することが予測される場合に、前記第１の計算機の出力としてアラームを転送する手段をさらに有すること、を特徴とする。

また、請求項１７に記載の発明は、請求項１ないし１６のいずれかに記載の炉心監視システムにおいて、前記運転方法出力手段は、運転計画の変更に関する承認書式を自動的に作成する手段と、電子的手続きを含む承認を得る手段、原子力発電所使用者に対するインストラクションとして前記最適運転方法を表示する手段とを含むこと、を特徴とする。

本発明によれば、従来のサイト計算機の能力の制限による計算モデルの限界を解放し、より詳細で精度の高い炉心状態評価が実現できる。このため、運転制限値の監視制度が向上し、またこの評価をもとに最適な炉心運転計画を提供することが可能となる。

本発明に係る炉心監視システムの実施の形態では、原子炉運転員などの使用者の指示を受け付けるトリガ手段と、その指示に基づいて運転制限値もしくは運転領域を評価する炉心状態評価手段と、炉心状態評価手段で評価された運転制限値もしくは運転領域に対する最適運転方法を作成する最適運転方法作成手段と、該最適運転方法を出力する運転方法出力手段からなる仕組みを、遠隔通信ネットワークによって互いに接続されて成る使用者内および炉心監視装置の提供者内の複数の計算機上に設ける。

原子炉サイト内、オフサイト内および炉心監視装置の提供者内に位置する計算機資源（計算機ハードウェア、ソフトウェアとそれに固有のデータ、プロセスデータ）の結合の仕組みとしては、以下に例示すような３種類の実施の形態が考えられる。これらの実施の形態で、サイト計算機内のトリガ手段は評価事象ごとにグラフィカルインターフェースなどから対象オブジェクトを選択することで、操作可能なメニューを表示し、操作内容を選択することで評価モデルとデータ転送機能を起動する。

ここで、グラフィカルインターフェースなどを提供するソフトウェアとしては、サイト計算機に装備されたインターネットソフトウェアでもよいし、またはサイト計算機から、遠隔地の炉心監視装置の提供者内計算機にリモートアクセスすることで遠隔地計算機から提供される、いわゆるターミナルサービスであってもよい。後者の場合、プラントごとに特異性のない、インタフェース、操作方法、表示を提供できるというメリットがある。
以下に、本発明に係る炉心監視システムの実施の形態を、図面を参照して説明する。ここで、従来技術と共通または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。

本発明に係る炉心監視システムの第１の実施の形態では、図１に示すように、それぞれの原子炉発電サイトにあるサイト計算機９およびプロセス計算機２０と、サイト計算機９とネットワーク８によって接続された遠隔地にある炉心監視装置の提供者内計算機１１などからなる。トリガ３を介して、サイトの運転員など使用者の入力データ１とプロセス計算機２０内のプロセスデータ２が、ネットワーク８を通じて遠隔地にある計算機１１に転送される。遠隔地にある計算機１１内では、これらのデータの一時的複製５が作成され、遠隔地計算機１１内にあるソフトウェア６とそれに使用される固有のデータ７を利用し、炉心状態評価計算を行なう。

ここで、遠隔地計算機１１には、解析コード選択用データベースと、遠隔地計算機１１内もしくは外部に格納された解析コード群を有し、使用者から入力された許容計算時間、目標精度または利用可能な解析実行条件を入力として、必要とされる解析モデルの詳細度を判定して、判定結果に基づいて解析モデルを選択する。解析モデルは、転送されたプロセスデータと使用者入力データをもとに、要求された炉心状態評価を行なう。

また、遠隔地計算機１１内には、炉心状態評価をもとにした最適運転計画手段を有する。この最適運転計画手段としては、例えば、特許文献２に記載のものなどを利用することができる。最適運転計画手段の出力は、ネットワークを通じてサイト計算機に転送され、運転計画の変更に関する承認図書（承認書式）として自動的に作成され、電子的手続きを含む承認プロセスを経た上で、運転員に対するインストラクションとして表示される。これにより、運転計画変更に関する一連の処理に対する運転員の負荷を低減することができる。また、この出力はオフサイト計算機１０に転送することも可能である。

ここで、第１の実施の形態における動作の流れを、図２のフローチャートに基づいて説明する。初めに、原子炉使用者が、原子炉サイト内計算機９でトリガを起動する（ステップＳ１）。次に、サイト内計算機９内のプロセスデータが遠隔通信ネットワーク８を通して炉心監視装置提供者内計算機１１に転送される（ステップＳ２）。

次に、炉心監視装置提供者内計算機１１内にプロセスデータ一時複製５が作成される（ステップＳ３）。次に、プロセスデータ一時複製を入力として、炉心監視装置提供者内計算機内にて炉心性能計算が実行される（ステップＳ４）。次に、計算結果の出力が原子炉サイト内計算機９に転送される（ステップＳ５）。次に、計算結果が原子炉サイト内計算機９に表示される（ステップＳ６）。

上記第１の実施の形態によれば、次のような効果がある。
（１）ネットワークで接続された遠隔地の計算機資源を利用するため、サイト計算機のハードウェア上の性能制限によらず、適切な詳細度の物理モデルを走らせることが可能となり、より正確な炉心状態の評価ができる。このために現状での最適な運転計画を立てることが可能となる。

（２）ネットワークで接続された遠隔地の計算機資源を利用するため、すべてのサイト計算機に、種々の高度な物理モデルを装荷する必要がないため、計算機ハードウェア・ソフトウェア両面において多額のコストが発生しない。高度な最適化を行なうことは、現状の計算機性能をもってしては、サイトで計算を行なうことは事実上不可能であるが、遠隔地の高性能計算機を利用することにより、高度な最適化が可能となる。さらに、サイトごとのソフトウェアのバージョン変更による保守作業のための多額のコストが発生しない。

（３）ネットワークで接続された遠隔地の計算機資源を利用するため、計算資源がサイトと炉心監視装置の提供者間で共有化され、原子炉サイトの要求により、炉心監視装置の提供者が、何らかの付加情報を計算しようとした場合に、迅速に対応できる。したがって、炉心監視装置の提供者は十分なサービスを提供することができる。また、運転の最適化を含む高度なサービスをタイムリーに提供することが可能となる。

次に、本発明に係る炉心監視システムの第２の実施の形態では、図３に示すように、遠隔地計算機（炉心監視装置提供者内計算機）１１において、ソフトウェアを実行する計算機を分散化する。この場合、サイト計算機９は分散処理ができなくても、遠隔地計算機１１における処理能力の向上により計算速度を大幅に向上することができる。

一般に、炉心状態評価用ソフトウェアと前記ソフトウェアの入力であるプラントデータ、ソフトウェアモデルデータおよびモデルパラメータの各々は不確かさが存在する。しかしながら、これらの不確かさの影響を統計的に評価しようとした場合、計算ケース数の増大により、多大な計算時間を要することになるため、従来の炉心監視装置においては、サイト計算機の能力の点から実際にこのような評価を行なうことは不可能であった。しかしながら、本実施の形態の炉心監視システムは、ネットワーク上に存在するため、前述したように遠隔地の分散型高性能計算機を利用することによって、不確かさを含めて炉心状態を評価し、不確かさを含めた最適運転計画を作成することを可能とする。

使用者のトリガ要求により、炉心状態評価用ソフトウェアにより炉心状態を継続的に評価し、不確かさを含めて炉心状態が運転制限値に違反または接近することが予測される場合、使用者側の計算機の出力にアラームを転送することも可能である。

なお、第１または第２の実施の形態の場合、サイトのプロセスデータを遠隔地のメーカ計算機に転送する必要がある。このため、データ転送に伴うセキュリティ確保およびプロセスデータの秘密保護を目的として、遠隔通信ネットワーク間のデータの通信は暗号化して行なわれることが望ましい。

また、遠隔地計算機内で計算終了後は、プロセスデータの一時複製を遠隔地計算機内より消去し、データ消去時には遠隔通信ネットワークを通じて使用者に通知することで、データ転送に伴うセキュリティ確保をより保証できる。

次に、本発明に係る炉心監視システムの第３の実施の形態を図４に示す。この実施の形態は、サイトのプロセスデータを遠隔地のメーカ計算機１１に転送することができない場合に有利である。すなわち、それぞれの原子炉発電サイトにあるプロセス計算機２０とネットワーク８によって接続された遠隔地にある計算機１０、１１などから炉心監視システムを構成する。原子炉サイト内計算機９で入力されたトリガ３を介して、遠隔地にある計算機１１内にあるソフトウェア６とそれに使用される固有のデータ７がネットワーク８を通じて転送（ダウンロード）され、サイト計算機９に一時的複製１２、１３が作成される。さらに、サイト計算機９にサイト使用者の入力情報１とプロセス計算機２０内のプロセスデータ２０が入力され、炉心状態評価計算が行なわれる。

この場合、サイト計算機９内の炉心状態評価手段に固有の入力データは、更新必要時には、使用者の要求により、炉心監視装置が遠隔地計算機１１内の炉心状態評価用データベースにアクセスすることにより、遠隔地計算機１１内で生成され、遠隔通信ネットワーク８によりサイト計算機９に転送されるか、もしくは、遠隔通信ネットワーク８により該データベースを転送し、サイト計算機９内で生成することも可能である。これにより、従来のように、原子炉運転サイクルごとにオフラインで必要データを計算し、磁気媒体などを介して、サイト計算機９にロードする手間がなくなる。

以下、本発明に係る炉心監視システムにおける炉心監視処理の具体例について説明する。

第１の具体例は、核燃料棒の焼損限界である運転限界最小限界出力比(OLMCPR)を計算する手段を有し、この評価に基づき炉心状態に応じた運転限界最小限界出力比(OLMCPR)制限値を評価する運転制限値評価手段を具備した場合である。従来技術において説明したように、最小限界出力比は燃料棒から冷却水への熱伝達が悪化する沸騰遷移を起こさない限界の熱出力であり、その運転制限値は、プラントの異常な過渡状態を考慮しても沸騰遷移を経験する燃料棒の確率が一定値以下となるよう定められる。

プラント過渡計算においては、一般に核熱水力結合の３次元時間依存過渡解析を必要とし、プラント・炉心状態の統計的不確かさを含めて燃料棒限界出力を評価する必要がある。このために多大の計算時間やプラント固有のデータを必要とし、従来のサイト計算機でこの種の計算を行なうことは現実的ではなかった。本発明の実施の形態により、ネットワーク計算機上で、実際の運転状態のプラントデータに対する限界出力制限値が求められ、その結果をもとに本発明の実施の形態の最適運転計画手段により運転計画が生成されれば、従来の過大な安全余裕を見込んだ制限値を用いる場合よりも、最適な運転を行なうことが可能となる。

第２の具体例は、制御棒や炉心流量の取りうる運転範囲を予測する手段とそれに基づき得られた運転範囲に対する安定性評価手段を有し、安定性評価結果に応じて運転可能領域を評価する手段を具備した場合である。炉心の核熱水力不安定事象は、沸騰水型原子炉における負のボイドフィードバック現象により、チャンネル流量とチャンネル出力が振動するもので、一般に低流量・高出力領域で発生するため、運転制限領域を設けて、運転を行なっている。

炉心の不安定事象の解析には、前述の運転限界最小限界出力比の場合と同様に、核熱水力結合の３次元時間依存過渡解析を必要とし、このために多大の計算時間やプラント固有のデータを必要とし、従来のサイト計算機でこの種の計算を行なうことは現実的ではなかった。したがって、従来はあらかじめ仮定された運転計画に従って、炉心不安定性を計算し、運転計画を設定する必要があった。

本発明の実施の形態により、ネットワーク計算機上で、実際の運転状態のプラントデータをもとにして、外乱があった場合の不安程度の予測に基づいた炉心不安定性限界が求められる。その結果をもとに本発明の実施の形態の最適運転計画手段により最適な制御棒パターンや最適流量制御などの運転計画が生成されれば、従来の過大な安全余裕を見込んだ制限値を用いる場合よりも、最適な運転を行なうことが可能となる。

第３の具体例は、燃料棒ごとの破損確率評価手段を有し、オフガス観測時には評価確率に基づいて破損燃料集合体を推定する手段を付加した場合である。燃料棒の破損の一因はペレットの膨張による被覆管との機械的干渉により生じるものである。これを制限するのが、燃料棒の許容最大線出力密度である。最大線出力密度は、燃料棒の燃焼に伴い低下する傾向がある。従来の炉心監視システムでは計算機性能の制限から、炉心内の全燃料棒について実際の燃焼履歴での制限線出力密度を評価することは困難であった。したがって、安全余裕を見込んだ包絡的な線出力密度制限値を使用して運転を行なっている。

本発明の実施の形態により、ネットワーク計算機上で、実際の運転状態のプラントデータをもとにして、燃料棒ごとの燃焼度と線出力密度を監視することが可能となり、この結果を用いて、さらに詳細なコードにより燃料棒内圧や被覆管応力など評価し燃料棒ごとの破損確率を評価できる。このため、従来の過大な安全余裕を見込んだ制限値を用いる場合よりも、最適な運転を行なうことが可能となる。さらに、実際にオフガス観測時には評価確率に基づいて破損燃料集合体を推定することが可能となる。

第４の具体例では、運転員のトリガ要求により、炉心状態評価用ソフトウェアが上記第１〜３の具体例のような詳細な炉心状態評価を継続的にあるいは常時評価し、不確かさを含めて炉心状態が運転制限値に違反または接近することが予測される場合、原子炉サイトまたはオフサイト計算機の出力にアラームを転送する。これにより、最適性を保ちながらより安全に原子炉を運転することが可能となる。

第５の具体例では、運転員のトリガ要求によって炉心監視装置提供者内計算機から遠隔通信ネットワークを経由してサイト計算機に転送されるデータとして、サイト計算機内の炉心状態評価手段に固有の入力データを含む。従来は、サイト計算機内の炉心状態評価ソフトウェアに固有の入力データは磁気テープなどの媒体にコピーされて、燃料サイクルごとにサイト計算機に装荷されていた。本実施の形態では、原子炉サイト計算機がネットワーク計算機上で、メーカ計算機内のデータベースと自動化システムにアクセスすることにより、サイト計算機内の炉心状態評価ソフトウェアに固有の入力データを取得する。これにより、ネットワークを経由してメーカ計算機から転送されることが可能となるから、データの品質管理の負荷を低減することができる。

本発明に係る炉心監視システムの第１の実施の形態の構成を示すブロック図。本発明に係る炉心監視システムの第１の実施の形態の動作を示すフローチャート。本発明に係る炉心監視システムの第２の実施の形態の構成を示すブロック図。本発明に係る炉心監視システムの第３の実施の形態の構成を示すブロック図。従来の炉心監視システムの構成を示すブロック図。

符号の説明

１…使用者入力データ、２…プロセスデータ、３…トリガ手段、４…出力データ、５…プロセスデータ一時複製、６…炉心状態評価および運転最適化ソフトウェア、７…炉心状態評価および運転最適化ソフトウェア固有データ、８…遠隔通信ネットワーク、９…原子炉サイト内計算機（サイト計算機、第１の計算機）、１０…オフサイト計算機、１１…炉心監視装置提供者内計算機（遠隔地の計算機、第２の計算機）、１２…炉心状態評価および運転最適化ソフトウェア一時複製、１３…炉心状態評価および運転最適化ソフトウェア固有データ一時複製、１４…ソフトウェアおよび固有データ一時複製（磁気テープなどの記憶媒体）。

Claims

計算機を用いて原子力発電所の炉心を監視する炉心監視システムにおいて、
原子炉使用者の指示を受け付けるトリガ手段と、前記指示に基づいて運転制限値または運転領域を評価する炉心状態評価手段と、前記炉心状態評価手段で評価された運転制限値もしくは運転領域に対する最適運転方法を作成する最適運転方法作成手段と、前記最適運転方法作成手段で作成された最適運転方法を出力する運転方法出力手段と、を有し、
前記各手段が、原子力発電所内に配置された第１の計算機と、前記第１の計算機と遠隔通信ネットワークによって接続された第２の計算機との上で実現可能に存在していること、
を特徴とする炉心監視システム。
請求項１に記載の炉心監視システムにおいて、
原子力発電所内に配置され、前記第１の計算機に接続されてプロセスデータを収集するプロセス計算機をさらに有し、
前記第１の計算機で入力された入力情報と前記プロセス計算機内のプロセスデータとが遠隔通信ネットワ−クを通じて第２の計算機にオンライン入力として入力され、前記第２の計算機内にある前記炉心状態評価用ソフトウェアとそれに使用される固有のデータとを利用して、前記第２の計算機内で炉心状態評価を行なえるように構成されていること、
を特徴とする炉心監視システム。
請求項１に記載の炉心監視システムにおいて、
原子力発電所内に配置され、前記第１の計算機に接続されてプロセスデータを収集するプロセス計算機をさらに有し、
前記第２の計算機は前記炉心状態評価用ソフトウェアおよびこの炉心状態評価用ソフトウェアに使用される固有のデータを保存する手段を有し、
前記第１の計算機で入力された入力情報と前記プロセス計算機内のプロセスデータとをオンライン入力として、前記第２の計算機内にある前記炉心状態評価用ソフトウェアとそれに使用される固有のデータを利用して、前記第１の計算機内で炉心状態評価計算を行なえるように構成されていること、
を特徴とする炉心監視システム。
請求項２に記載の炉心監視システムにおいて、
前記プロセス計算機内のプロセスデータを遠隔通信ネットワークを通じて前記第２の計算機に送り、これを第２の計算機内に一時的に取り込む手段と、
前記遠隔通信ネットワークを通じて前記炉心状態評価の結果を前記第１の計算機に転送する手段と、
前記転送された炉心状態評価の結果を前記第１の計算機に表示する手段と、
前記第２の計算機で炉心状態評価を実行した後に、前記第２の計算機内のプロセスデータを消去する手段と、
前記第１の計算機にデータ消去を通知する手段と、
をさらに有すること、を特徴とする炉心監視システム。
請求項３に記載の炉心監視システムにおいて、
前記第１の計算機からの要求により、前記第２の計算機内の炉心状態評価用データベースに基づいて、第２の計算機内に、前記第１の計算機内の前記炉心状態評価手段に固有の入力データを生成する手段と、
前記遠隔通信ネットワークを通じて前記固有の入力データを前記第１の計算機に転送する手段と、
をさらに有すること、を特徴とする炉心監視システム。
請求項３に記載の炉心監視システムにおいて、
前記第１の計算機からの要求により、前記遠隔通信ネットワークを通じて前記第２の計算機内の炉心状態評価用データベースを前記第１の計算機に転送する手段と、
前記転送された炉心状態評価用データベースに基づいて、前記第１の計算機で、前記第１の計算機内の前記炉心状態評価手段に固有の入力データを生成する手段と、
をさらに有すること、を特徴とする炉心監視システム。
請求項１ないし６いずれかに記載の炉心監視システムにおいて、前記遠隔通信ネットワークでのデータの通信は暗号化して行なわれること、を特徴とする炉心監視システム。
請求項１ないし７のいずれかに記載の炉心監視システムにおいて、前記第２の計算機は複数台あって、これら複数台の第２の計算機が連携して分散化処理を行なうように構成されていること、を特徴とする炉心監視システム。
請求項１ないし８のいずれかに記載の炉心監視システムにおいて、
前記第１の計算機で原子力発電所の使用者により入力された許容計算時間、目標精度または利用可能な解析実行条件に基づいて、必要とされる解析モデルの詳細度を判定する詳細度判定手段と、
この詳細度判定手段による判定結果に基づいて、当該炉心監視システム内もしくはその外部に格納された複数の解析コードから、解析モデルを選択する選択手段と、
をさらに有すること、を特徴とする炉心監視システム。
請求項１ないし９のいずれかに記載の炉心監視システムにおいて、前記トリガ手段は、
評価事象ごとに、複数の選択可能な対象オブジェクトを画面に表示する手段と、
対象オブジェクトが選択されたときに操作可能なメニューを表示する手段と、
このメニューから操作内容が選択されたときにこの選択された操作内容に基づいて、解析モデルおよび解析に必要なデータの転送を起動する手段と、
を有することを特徴とする炉心監視システム。
請求項１０に記載の炉心監視システムにおいて、前記第２の計算機は複数あって、前記トリガ手段は、前記第２の計算機の一部で実現できるように構成されていること、を特徴とする炉心監視システム。
請求項１ないし１１のいずれかに記載の炉心監視システムにおいて、
前記炉心状態評価手段は、核燃料棒の焼損限界である運転限界最小限界出力比を計算する手段を有し、
前記最適運転方法作成手段は、前記運転限界最小限界出力比に基づいて炉心状態に応じた運転限界最小限界出力比制限値を評価する運転制限値評価手段を有すること、
を特徴とする炉心監視システム。
請求項１ないし１２のいずれかに記載の炉心監視システムにおいて、
前記炉心状態評価手段は、制御棒位置および炉心流量の取りうる運転範囲を予測する予測手段と、前記予測手段による予測結果に基づいて得られた運転範囲に対する原子炉の安定性を評価する原子炉安定性評価手段と、を有し、
前記最適運転方法作成手段は、前記原子炉安定性評価手段による原子炉安定性評価結果に応じて運転可能領域を評価する運転可能領域評価手段を有すること、
を特徴とする炉心監視システム。
請求項１ないし１３のいずれかに記載の炉心監視システムにおいて、前記炉心状態評価手段は、燃料棒ごとの破損確率を評価する破損確率評価手段と、オフガス観測時に前記燃料棒ごとの破損確率に基づいて破損燃料集合体を推定する破損燃料推定手段と、を有すること、を特徴とする炉心監視システム。
請求項１ないし１４のいずれかに記載の炉心監視システムにおいて、
前記炉心状態評価手段は、プラントデータ、ソフトウェアモデルデータおよびモデルパラメータを入力とする炉心状態評価用ソフトウェアを有し、
前記最適運転方法作成手段は、前記プラントデータ、ソフトウェアモデルデータおよびモデルパラメータのそれぞれの不確かさに基づいて前記ソフトウェアの実行条件を設定する実行条件設定手段と、前記実行条件にて、前記ソフトウェアを実行することで不確かさを含めて炉心状態を評価し、不確かさを含めた最適運転計画を作成する手段と、を有すること、
を特徴とする炉心監視システム。
請求項１ないし１５のいずれかに記載の炉心監視システムにおいて、原子力発電所使用者のトリガ要求により、炉心状態評価用ソフトウェアが炉心状態を継続的に評価し、不確かさを含めて炉心状態が運転制限値に違反または接近することが予測される場合に、前記第１の計算機の出力としてアラームを転送する手段をさらに有すること、を特徴とする炉心監視システム。
請求項１ないし１６のいずれかに記載の炉心監視システムにおいて、前記運転方法出力手段は、運転計画の変更に関する承認書式を自動的に作成する手段と、電子的手続きを含む承認を得る手段、原子力発電所使用者に対するインストラクションとして前記最適運転方法を表示する手段とを含むこと、を特徴とする炉心監視システム。