JP2005283439A - Evaluation method for relief safety valve capacity, and evaluation program for releif safety valve capacity - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、沸騰水型原子力発電所等の原子力発電所において原子炉に用いられる逃がし安全弁の容量を設計する際の逃がし安全弁容量評価方法および逃がし安全弁容量評価プログラムに関する。 The present invention relates to a relief safety valve capacity evaluation method and a relief safety valve capacity evaluation program when designing the capacity of a relief safety valve used in a nuclear reactor in a nuclear power plant such as a boiling water nuclear power plant.
沸騰水型原子力発電所等の設備には、何らかの異常により過渡変化あるいは事故が発生して原子炉圧力が上昇した場合に、原子炉圧力の上昇を回避させるために蒸気を逃がす逃がし安全弁が設けられる。 Equipment such as boiling water nuclear power plants is provided with a safety relief valve that allows steam to escape in order to avoid an increase in reactor pressure if a transient change or accident occurs due to some abnormality and the reactor pressure increases. .
この逃がし安全弁は、蒸気を冷却するための水が溜められたサプレッションプールと排気管を介して接続される。逃がし安全弁は、主蒸気管の圧力あるいは原子炉系の圧力が予め設定された値を超えた際には開放できるように構成される。 This relief safety valve is connected to a suppression pool in which water for cooling the steam is stored via an exhaust pipe. The relief safety valve is configured to be opened when the pressure of the main steam pipe or the pressure of the reactor system exceeds a preset value.
そして、原子炉系ないし主蒸気系の圧力が上昇した際には、逃がし安全弁が開放して排気管を介して蒸気をサプレッションプールの水面下に逃がし、逃がし安全弁の開閉により原子炉系における原子炉圧力が規定値を超えないように圧力の上昇が抑制される。 When the pressure in the reactor system or main steam system rises, the relief safety valve opens and the steam is released under the surface of the suppression pool through the exhaust pipe, and the reactor in the reactor system is opened and closed by opening and closing the relief safety valve. The increase in pressure is suppressed so that the pressure does not exceed the specified value.
このため、沸騰水型原子力発電所に用いられる逃がし安全弁は、沸騰水型原子力発電所の原子炉圧力の上昇が確実に抑制されるように、所要の設計基準に基づき必要な弁数及び弁容量となるように設計される。 For this reason, the relief valve used in boiling water nuclear power plants has the necessary number of valves and valve capacity based on the required design criteria so that the increase in reactor pressure of the boiling water nuclear power plant is reliably suppressed. Designed to be
そこで、従来、沸騰水型原子力発電所に必要な逃がし安全弁の弁数あるいは容量を求めるために、沸騰水型原子力発電所の動特性解析用の解析コードにより、動特性解析が模擬されて、原子炉圧力のピーク値が求められる。そして、沸騰水型原子力発電所の原子炉圧力がピーク値となっても、原子炉圧力の上昇を抑制するために必要な弁数あるいは容量の逃がし安全弁が沸騰水型原子力発電所に設けられる。 Therefore, in order to determine the number or capacity of the relief valve required for boiling water nuclear power plants, dynamic characteristic analysis has been simulated by an analysis code for dynamic characteristics analysis of boiling water nuclear power plants. The peak value of the furnace pressure is obtained. Then, even if the reactor pressure of the boiling water nuclear power plant reaches a peak value, the number of valves or the capacity relief valve required to suppress the increase in the reactor pressure is provided in the boiling water nuclear power plant.
従来用いられる沸騰水型原子力発電所を動特性解析するための解析コードとして、沸騰水型原子力発電所の全系を表す動特性方程式を時間領域で解くものがある。この解析コードは、原子炉の炉心を一点として近似するとともに、炉心やベッセルを複数の簡略化した領域に分割し、2相流全体の質量やエネルギバランスを平均化して計算するものである。 As an analysis code for analyzing dynamic characteristics of a boiling water nuclear power plant used in the past, there is one that solves a dynamic characteristic equation representing the entire system of the boiling water nuclear power plant in the time domain. This analysis code approximates the core of the nuclear reactor as a single point, divides the core and vessel into a plurality of simplified regions, and calculates the average mass and energy balance of the entire two-phase flow.
そして、沸騰水型原子力発電所の構成要素の設計データに基づいて、動特性解析用の解析コードに入力するデータが設定され、設定された入力データを解析コードに入力して沸騰水型原子力発電所の動特性解析が模擬される。 Based on the design data of the components of the boiling water nuclear power plant, the data to be input to the analysis code for dynamic characteristic analysis is set, and the input data thus set is input to the analysis code to enter the boiling water nuclear power generation The dynamic characteristic analysis of the place is simulated.
ここで、解析コードによる沸騰水型原子力発電所の動特性解析の結果の誤差すなわち不確さを考慮して、解析結果には安全余裕が設定される。すなわち、解析コードに入力される原子炉出力、スクラム速度、スクラム反応度、ボイド反応度係数、逃がし安全弁設定圧力等の解析パラメータには、十分に条件が厳しくなるように保守的な上乗せをしたデータが用いられる。 Here, a safety margin is set in the analysis result in consideration of an error, that is, an uncertainty in the result of the dynamic characteristic analysis of the boiling water nuclear power plant by the analysis code. In other words, the analysis parameters such as reactor power, scram velocity, scram reactivity, void reactivity coefficient, relief valve setting pressure, etc. that are input to the analysis code are conservatively added so that the conditions are sufficiently severe. Is used.
そして、保守的な上乗せをした解析パラメータを解析コードに入力して過渡解析を実行した結果、得られた原子炉圧力のピーク値が設計基準を満足するか否かにより逃がし安全弁の弁数及び容量の設計が評価される。 Then, as a result of executing transient analysis by inputting analysis parameters with conservative addition to the analysis code, the number and capacity of safety valves are released depending on whether or not the obtained peak value of the reactor pressure satisfies the design criteria. The design is evaluated.
なお、従来の逃がし安全弁容量評価方法について、文書化された公報等の文献は存在しない。 Note that there is no document such as a documented publication regarding the conventional relief valve capacity evaluation method.
従来の逃がし安全弁容量評価方法は、解析コードに十分に条件が厳しくなるように上乗せしたデータを入力して解析する方法であるため、解析条件が厳しくなって、必要な逃がし安全弁の弁数及び容量が過大となる傾向にある。 The conventional relief safety valve capacity evaluation method is a method of inputting and analyzing data that has been added to the analysis code so that the conditions are sufficiently strict, so the analysis conditions become strict and the number and capacity of the required relief valve are required. Tends to be excessive.
しかし、近年の沸騰水型原子力発電所や原子炉の設計においては、安全性を充分に維持しつつも経済性のある合理的設計が求められる。特に新規に原子力発電所を設計する場合、原子力発電所の安全性や保守性を必要以上に大きく設計すると、逃がし安全弁の弁数や容量が多く必要となる。このため、原子力発電所の建設費用が高コストとなる恐れがある。 However, in the design of boiling water nuclear power plants and reactors in recent years, rational design that is economical while maintaining sufficient safety is required. In particular, when designing a new nuclear power plant, if the safety and maintainability of the nuclear power plant are designed to be larger than necessary, a large number and capacity of relief valves are required. For this reason, there is a risk that the construction cost of the nuclear power plant becomes high.
同様に、原子炉出力等の原子力発電所基本仕様について設計変更をする際にも、逃がし安全弁を増設する必要性が生じる場合があり、過大な安全性や保守性は高コストにつながる。 Similarly, when changing the design of the nuclear power plant basic specifications such as reactor power, it may be necessary to add a relief valve and excessive safety and maintainability lead to high costs.
そこで、安全余裕を大きく設定する保守的な従来の逃がし安全弁容量評価方法に代えてより適切な逃がし安全弁の弁数及び容量を設計するための解析手法の開発が必要になっている。 Therefore, instead of the conservative conventional relief safety valve capacity evaluation method for setting a large safety margin, it is necessary to develop an analysis method for designing an appropriate number and capacity of relief safety valves.
本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、より精度よく原子力発電所における原子炉の動特性解析を実行することにより安全余裕を小さく設定し、適切な逃がし安全弁の弁数及び容量を設計することが可能な逃がし安全弁容量評価方法および逃がし安全弁容量評価プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to cope with such a conventional situation, and sets the safety margin to a small value by executing the dynamic characteristic analysis of the nuclear reactor in the nuclear power plant with higher accuracy, and the number of appropriate relief safety valves. It is another object of the present invention to provide a relief safety valve capacity evaluation method and a relief safety valve capacity evaluation program capable of designing the capacity.
本発明に係る逃がし安全弁容量評価方法は、上述の目的を達成するために、請求項1に記載したように、原子炉の動特性解析を実行するための解析コードに入力される解析パラメータを摂動させて前記原子炉の圧力のピーク値の分布を求めるステップと、前記原子炉の圧力のピーク値の分布の統計的上限値を求めるステップとを有することを特徴とする方法である。
In order to achieve the above-mentioned object, the relief safety valve capacity evaluation method according to the present invention perturbs an analysis parameter input to an analysis code for executing a dynamic characteristic analysis of a nuclear reactor as described in
また、本発明に係る逃がし安全弁容量評価プログラムは、上述の目的を達成するために、請求項8に記載したように、コンピュータを、原子炉の動特性解析を実行するための解析コードに入力される解析パラメータを摂動させて前記原子炉の圧力のピーク値の分布を求める手段および前記原子炉の圧力のピーク値の分布の統計的上限値を求める統計的上限値計算手段として機能させることを特徴とするものである。
Moreover, in order to achieve the above-mentioned object, the relief safety valve capacity evaluation program according to the present invention is inputted to an analysis code for executing a dynamic characteristic analysis of a nuclear reactor as described in
本発明に係る逃がし安全弁容量評価方法および逃がし安全弁容量評価プログラムにおいては、より精度よく原子力発電所における原子炉の動特性解析を実行することにより安全余裕を小さく設定し、適切な逃がし安全弁の弁数及び容量を設計することができる。 In the relief safety valve capacity evaluation method and the relief safety valve capacity evaluation program according to the present invention, the safety margin is set small by executing the dynamic characteristics analysis of the nuclear reactor at the nuclear power plant more accurately, and the number of the appropriate safety valve And capacity can be designed.
本発明に係る逃がし安全弁容量評価方法および逃がし安全弁容量評価プログラムの実施の形態について添付図面を参照して説明する。 Embodiments of a relief safety valve capacity evaluation method and a relief safety valve capacity evaluation program according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明に係る逃がし安全弁容量評価プログラムを用いて構築した逃がし安全弁容量評価システムの第1の実施形態を示す構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a relief safety valve capacity evaluation system constructed using a relief safety valve capacity evaluation program according to the present invention.
逃がし安全弁容量評価システム1は、コンピュータに逃がし安全弁容量評価プログラムを読み込ませてプラント最適評価手段2、個別感度解析手段3、実験計画法サンプリング手段4、伝達関数作成手段5、モンテカルロ計算手段6、正規性判定手段7および統計的上限値計算手段8として機能させたものである。
The relief safety valve
逃がし安全弁容量評価システム1は、例えば沸騰水型原子力発電所等の原子力発電所の原子炉に設けられる逃がし安全弁の数あるいは容量を設計する場合に適用される。
The relief safety valve
図2は、図1に示す逃がし安全弁容量評価システム1の適用対象の一例である沸騰水型原子力発電所10の概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a boiling water
沸騰水型原子力発電所10は、原子炉系11、主蒸気系12、再循環系13および図示しない制御系を備える。原子炉系11および再循環系13は、原子炉格納容器14の内部に設けられる。
The boiling water
原子炉系11は、原子炉15を備え、主蒸気系12、再循環系13および図示しない制御系と接続される。制御系は、原子炉系11の原子炉15の運転を制御するように構成される。
The
再循環系13は、循環路16と再循環ポンプ17とを備える。循環路16は、原子炉系11を経由して設けられ、再循環ポンプ17は、循環路16上に設けられる。そして、再循環ポンプ17により所要量の冷却材が循環路16を循環せしめられることにより原子炉系11が冷却される。
The
一方、主蒸気系12は、タービン18および復水器19を備え、主蒸気管20により原子炉系11と接続される。原子炉系11に接続された上流側の主蒸気管20には、原子炉系11において生成された高温高圧の主蒸気が導かれる。さらに、上流側の主蒸気管20は分岐して一方がタービン18に導かれ、他方は、復水器19に導かれる。復水器19からは、原子炉系11に導かれる下流側の主蒸気管20が設けられる。
On the other hand, the
また、主蒸気系12のタービン18には、発電機21が設けられる。そして、原子炉系11において、生成された主蒸気によりタービン18が回転せしめられ、タービン18の回転により発電機21において電力が生成される。タービン18を経由した主蒸気は復水器19において低温低圧化されて再び原子炉系11に導かれて加熱される。
The
また、主蒸気系12の上流側の主蒸気管20には、主蒸気隔離弁22、タービン主蒸気止め弁23、タービン主蒸気加減弁24およびタービンバイパス弁25が設けられる。主蒸気隔離弁22は、主蒸気管20の原子炉系11近傍に設けられる。タービン主蒸気止め弁23およびタービン主蒸気加減弁24は、分岐した主蒸気管20のタービン18側に設けられる一方、復水器19側の主蒸気管20には、タービンバイパス弁25が設けられる。
The
さらに、主蒸気管20の主蒸気隔離弁22と原子炉系11との間には、逃がし安全弁26が設けられる。この逃がし安全弁26により主蒸気管20から分岐した排気管27はサプレッションプール28に導かれる。サプレッションプール28には、蒸気を冷却するための水が溜められる。
Further, a
ここで、設備圧力の一例である原子炉系11における原子炉圧力は、原子炉ドーム圧力あるいはタービン入口圧力の検出値に基づいて圧力制御される。そして、原子炉圧力が異常に上昇した場合には、原子炉圧力の上昇を緩和するために、原子炉15を緊急停止すなわち原子炉スクラムさせる設備により原子炉15の出力が低下するように制御される。このため、原子炉スクラム設備は、原子炉圧力があらかじめ設定された値を超えたとき作動するように構成される。
Here, the reactor pressure in the
また、主蒸気系12において、主蒸気管20の圧力が上昇し、タービントリップによりタービン主蒸気止め弁23が閉鎖した場合あるいは負荷遮断によりタービン主蒸気加減弁24が閉鎖した際には、タービンバイパス弁25が開放して主蒸気を復水器19に逃がすことにより主蒸気管20の圧力あるいは原子炉系11における原子炉圧力が低減される。
Further, in the
さらに、原子炉系11ないし主蒸気系12の圧力が上昇した際には、逃がし安全弁26が開放して排気管27を介して蒸気をサプレッションプール28の水面下に逃がす。逃がし安全弁26は、主蒸気管20の圧力あるいは原子炉系11の圧力が予め設定された値を超えた際には開放できるように構成される。そして、逃がし安全弁26の開閉により原子炉系11における原子炉圧力が規定値を超えないように圧力の上昇が抑制される。
Further, when the pressure in the
このため、沸騰水型原子力発電所10に用いられる逃がし安全弁26は、何らかの異常により沸騰水型原子力発電所10に過渡変化が生じた場合あるいは事故が発生した場合であっても原子炉圧力の上昇が確実に抑制されるように、所要の設計基準に基づき必要な弁数及び弁容量となるように設計される。
For this reason, the
図3は、図2に示す逃がし安全弁26の構造図である。
FIG. 3 is a structural diagram of the
逃がし安全弁26は、アクチュエータ30と弁本体31で構成される。弁本体31は、ボディ32、スプリング33、端部に弁体34を設けた弁棒35および弁座36を備える。弁体34と弁座36とはボディ32の内部に設けられる。スプリング33はボディ32の外部に設けられ、弁棒35の弁体34が設けられない側は、ボディ32外部に貫通してスプリング33と接続される。
The
また、弁本体31のボディ32には、入口37と出口38が設けられる。ボディ32内部には入口37から出口38に向かう蒸気Yの流路39が形成され、スプリング33の作用により弁棒35とともに弁体34が弁座36側に駆動して、弁体34と弁座36とが互いに接触することにより蒸気Yの流路39が遮断される。そして、弁体34に加わる弁入口圧力によりスプリング33が圧縮すると、弁体34と弁座36との間に隙間が生じて、蒸気Yが通過可能となる。
In addition, the
さらに、必要に応じてアクチュエータ30に外部信号を与えて制御することにより、弁体34を弁棒35とともに強制的に弁座36から引き離して蒸気Yを通過可能にできるように構成される。アクチュエータ30は、図示しない蒸気Yの圧力センサの計測値に基づいて遠隔操作スイッチあるいは圧力スイッチ信号により作動するように構成される。
Furthermore, the
すなわち、逃がし安全弁26は、スプリング33作動による安全弁としての機能と、ボディ32内部の蒸気Yの圧力がスプリング33作動に必要な蒸気Yの吹出圧力以下であっても一定の設定圧力に達すれば補助作動装置であるアクチュエータ30により強制的に弁を開くことのできる逃がし弁機能とを有する。
That is, the
このような逃がし安全弁26の弁数及び弁容量あるいはスプリング33作動に必要な設定圧力の設計の際には、原子炉圧力の上昇が厳しくなる事象が生じた場合であっても、設計された逃がし安全弁26の弁数及び弁容量並びに蒸気Yが吹出すための設定圧力で原子炉圧力の上昇を適切に抑制できるか否かが解析されて評価される。
When designing the number and the valve capacity of the
原子炉圧力の上昇が厳しくなる事象としては、例えば「発電機負荷遮断・タービンバイパス弁不作動」や「主蒸気隔離弁の誤閉止」と呼ばれる事象が挙げられる。 Examples of events in which the increase in the reactor pressure becomes severe include events called “generator load shut-off / turbine bypass valve malfunction” and “main steam isolation valve misclose”.
「発電機負荷遮断・タービンバイパス弁不作動」は、原子炉15の出力運転中に電力系統事故等の要因により発電機21の負荷遮断が生じて、図示しない出力負荷アンバランス検出回路からの信号でタービン主蒸気加減弁24が急速に閉止することにより、原子炉圧力が上昇する事象である。
“Generator load cut-off / turbine bypass valve non-operation” is a signal from an output load imbalance detection circuit (not shown) due to a load cut-off of the
「発電機負荷遮断・タービンバイパス弁不作動」の状態となると、原子炉15はスクラムされて原子炉圧力が低下せしめられ、原子炉圧力が逃がし安全弁26の設定圧力に達すると逃がし安全弁26が作動して弁体34が弁座36から離れることにより開放される。
When the “generator load shut-off / turbine bypass valve inactive” state is reached, the
「主蒸気隔離弁の誤閉止」は原子炉15の出力運転中に原子炉水位低等の誤信号や誤動作等の要因により主蒸気隔離弁22が閉止し、原子炉圧力が上昇する事象である。
“Accidental shut-off of main steam isolation valve” is an event in which the main
「主蒸気隔離弁の誤閉止」の状態においても、原子炉圧力が逃がし安全弁26の設定圧力に達すると原子炉圧力の上昇を防止するために、逃がし安全弁26が作動して弁体34が弁座36から離れることにより開放される。
Even in the “main steam isolation valve erroneously closed” state, when the reactor pressure is released and reaches the set pressure of the
このため、逃がし安全弁26の弁数及び弁容量並びに蒸気Yを逃がす際の設定圧力の設計基準は、例えば「発電機負荷遮断・タービンバイパス弁不作動」および「主蒸気隔離弁の誤閉止」の2つの状態のうち、より原子炉圧力上昇の厳しい事象について沸騰水型原子力発電所10が動特性解析され、いずれの事象で原子炉圧力が増加しても原子炉圧力を安全に低下できるように決定される。
For this reason, the design criteria for the number and valve capacity of the
沸騰水型原子力発電所10を動特性解析するためには、燃料、炉心、原子炉内部構造物の形状データを含む原子炉系11、主要な弁特性を含む主蒸気系12、再循環ポンプ17特性を含む再循環系13、原子力発電所の運転を制御する主要な制御系等の構成要素の設定値を解析パラメータとする解析コードにより計算する必要がある。このため、原子炉系11、主蒸気系12、再循環系13および制御系等の構成要素の設計データに基づいて、動特性解析用の解析コードに入力する解析パラメータが設定される。
In order to analyze the dynamic characteristics of the boiling water
逃がし安全弁容量評価システム1のプラント最適評価手段2は、解析コードの一例であるプラント最適評価コードをコンピュータに読み込ませて構築され、沸騰水型原子力発電所10における構成要素の設定値を解析パラメータとして動特性解析するための解析コードを実行する手段としての機能を有する。すなわち、プラント最適評価手段2は、設定された解析パラメータを入力して沸騰水型原子力発電所10の動特性解析を模擬する機能を有する。
The plant optimum evaluation means 2 of the relief safety valve
プラント最適評価手段2を構成するプラント最適評価コードでは炉心の核熱水力体系が3次元モデルとされ、炉心やベッセルは多数のノードに分割される。そして、プラント最適評価コードでは、分割された各ノードにおける2相流体の各相について、質量、エネルギ、運動量の保存式を組合せて計算することにより、現実的に原子炉15の過渡変化が解析される。
In the plant optimal evaluation code constituting the plant optimal evaluation means 2, the nuclear thermal hydraulic system of the core is a three-dimensional model, and the core and vessel are divided into a number of nodes. In the plant optimum evaluation code, transient changes in the
プラント最適評価コードについては、例えば(1)J.A. Borkowski, et. al., TRAC-BF1/MOD1: An Advanced Best Estimate Program for BWR Accident Analysis, NUREG/CR-4356, Idaho National Engineering Laboratory, August 1992、(2)D.D. Taylor et. al., TRAC-BD1/MOD1: An Advanced Best Estimate Computer Program for Boiling Water Reactor Transient Analysis, Volume 1:Model Description, NUREG/CR-3633, EGG-2294, April 1984、(3)R.J. Pryor et. al., TRAC-PIA, An Advanced Best Estimate Computer Program for PWR LOCA Analysis, Los Alamos Scientific Laboratory, NUREG/CRA-0665, May 1979、(4)S. Kawamura et. al., Best Estimate Methods for Licensing Analysis, International Meeting on “Best-Estimate” Methods in Nuclear Installation Safety Analysis, Washington DC, November, 2000等の文献に記載されている。 For example, (1) JA Borkowski, et. Al., TRAC-BF1 / MOD1: An Advanced Best Estimate Program for BWR Accident Analysis, NUREG / CR-4356, Idaho National Engineering Laboratory, August 1992 ( 2) DD Taylor et. Al., TRAC-BD1 / MOD1: An Advanced Best Estimate Computer Program for Boiling Water Reactor Transient Analysis, Volume 1: Model Description, NUREG / CR-3633, EGG-2294, April 1984, (3) RJ Pryor et. Al., TRAC-PIA, An Advanced Best Estimate Computer Program for PWR LOCA Analysis, Los Alamos Scientific Laboratory, NUREG / CRA-0665, May 1979, (4) S. Kawamura et. Al., Best Estimate Methods for Licensing Analysis, International Meeting on “Best-Estimate” Methods in Nuclear Installation Safety Analysis, Washington DC, November, 2000, etc.
このような、プラント最適評価コードに解析パラメータを入力して得られた解析結果により、原子炉圧力のピーク値が得られ、この原子炉圧力のピーク値に基づいて逃がし安全弁26の弁数及び弁容量並びに蒸気Yが吹出すための設定圧力等の逃がし安全弁26の設計値を設定することができる。
The peak value of the reactor pressure is obtained from the analysis result obtained by inputting the analysis parameter to the plant optimum evaluation code, and the number of
ここで、プラント最適評価コードによる動特性解析の解析誤差、すなわち原子炉圧力のピーク値の誤差分を考慮して、これら逃がし安全弁26の設計値には、安全余裕が設けられる。すなわち、プラント最適評価コードの解析結果により必要とされる逃がし安全弁26の設計値に加えて、安全余裕としてさらに逃がし安全弁26の容量が追加される。
Here, in consideration of the analysis error of the dynamic characteristic analysis by the plant optimum evaluation code, that is, the error of the peak value of the reactor pressure, a safety margin is provided in the design value of these
この安全余裕は、プラント最適評価コードの解析結果の不確かさを定量化することにより設定される。プラント最適評価コードの解析結果の不確かさは、プラント最適評価コードに入力される解析パラメータの不確かさから、統計的手法を用いて数学的に得ることができる。 This safety margin is set by quantifying the uncertainty of the analysis result of the plant optimum evaluation code. The uncertainty of the analysis result of the plant optimum evaluation code can be mathematically obtained by using a statistical method from the uncertainty of the analysis parameter input to the plant optimum evaluation code.
なお、プラント最適評価コードの動特性解析に用いられる解析パラメータの不確かさの原因は、プラント最適評価コードに用いられる要素モデルと実際の機器の設定値との誤差や解析パラメータと設計値との誤差等の要因である。つまりプラントの定常運転時であっても、機器の圧力や出力等の設定値は、計器誤差等の要因により完全には一定に制御できないため、時間によりある程度のバラツキが生じる。そして、そのような機器の設定値のバラツキにより解析パラメータには不確かさが生じる。 The cause of the uncertainty of the analysis parameters used for the dynamic characteristic analysis of the plant optimum evaluation code is the error between the element model used for the plant optimum evaluation code and the set value of the actual device, and the error between the analysis parameter and the design value. Etc. That is, even during steady operation of the plant, the set values such as the pressure and output of the equipment cannot be controlled completely constant due to factors such as instrument errors, and thus vary to some extent with time. And the uncertainty in an analysis parameter arises by the dispersion | variation in the setting value of such an apparatus.
そこで、逃がし安全弁容量評価システム1では、実験計画法により各解析パラメータを変化させたときの原子炉圧力のピーク値の統計的分布を求めて、求められた原子炉圧力のピーク値の統計的分布から各解析パラメータと原子炉圧力のピーク値との関係を示す伝達関数を導いて計算するという統計的な方法によりプラント最適評価コードの解析結果の不確かさ、すなわち原子炉圧力のピーク値のばらつきが求められる。
Therefore, the relief safety valve
すなわち、逃がし安全弁容量評価システム1では、プラント最適評価コードの解析結果に影響を与える全ての解析パラメータの不確かさを確率変数として取扱い、個々の解析パラメータの不確かさ(バラツキ)に基づいて統計的手法によって変化させた解析パラメータの組合せを多数ケース作成して過渡変化解析が行われる。そして、過渡変化解析結果の統計的分布から、標準偏差や平均値等の統計量が求められることにより、プラント最適評価コードの解析結果の不確かさが定量化されて安全余裕が設定される。
That is, the relief safety valve
換言すれば、逃がし安全弁容量評価システム1では、各解析パラメータを用いたときのプラント最適評価コードの解析結果のばらつきから原子炉圧力のピーク値の統計的上限値を求め、この統計的上限値に基づいて安全余裕が評価される。ここで、統計的上限値とは、一定の確率以内で、ある信頼度で起こり得る値のうち最も厳しい値をいう。
In other words, in the relief safety valve
ところで、原子炉圧力のピーク値に影響を及ぼす解析パラメータは比較的多く、全ての解析パラメータを用いて原子炉圧力のピーク値を解析すると計算が煩雑となる。このため、原子炉圧力のピーク値の変動に対して支配的な解析パラメータのみを用いてより簡易に原子炉圧力のピーク値の統計的上限値を解析することが有効である。 By the way, there are a relatively large number of analysis parameters that affect the peak value of the reactor pressure, and the calculation of the peak value of the reactor pressure using all the analysis parameters becomes complicated. For this reason, it is effective to analyze the statistical upper limit value of the peak value of the reactor pressure more simply by using only the analysis parameter dominant to the fluctuation of the peak value of the reactor pressure.
そこで、原子炉圧力のピーク値に対する感度が十分に高い解析パラメータ、すなわち解析パラメータを変化させてプラント最適評価コードを実行させることにより過渡変化解析を行った結果、過渡変化解析結果である原子炉圧力のピーク値の変化の大きさが一定の大きさとなるような解析パラメータを抽出することが必要となる。このように、解析パラメータを感度が十分に高いものに絞り込むことにより、限られた計算機環境であっても効率的に精度よい結果を得ることができる。 Therefore, as a result of the transient change analysis performed by changing the analysis parameter and executing the plant optimum evaluation code with sufficiently high sensitivity to the peak value of the reactor pressure, the reactor pressure that is the transient change analysis result It is necessary to extract an analysis parameter such that the magnitude of the change in the peak value is constant. In this way, by narrowing down the analysis parameters to those having sufficiently high sensitivity, it is possible to obtain an efficient and accurate result even in a limited computer environment.
ここで、現実には各解析パラメータは相互に依存して変化するため、ある解析パラメータが他の解析パラメータに依存しないと仮定して原子炉圧力のピーク値に対する各解析パラメータの不確かさの個別の感度解析を行うことにより、統計的上限値の解析に含めるべき解析パラメータをより容易に抽出することができる。 Here, in reality, each analysis parameter varies depending on each other. Therefore, assuming that one analysis parameter does not depend on other analysis parameters, the uncertainty of each analysis parameter with respect to the peak value of the reactor pressure By performing sensitivity analysis, analysis parameters to be included in the analysis of the statistical upper limit value can be extracted more easily.
逃がし安全弁容量評価システム1の個別感度解析手段3、実験計画法サンプリング手段4、伝達関数作成手段5、モンテカルロ計算手段6、正規性判定手段7および統計的上限値計算手段8には、上述した手法により原子炉圧力のピーク値の統計的上限値を求めるための各種機能が備えられる。
The individual sensitivity analysis means 3, the experimental design sampling means 4, the transfer function creation means 5, the Monte Carlo calculation means 6, the normality determination means 7, and the statistical upper limit value calculation means 8 of the relief safety valve
すなわち、個別感度解析手段3は、各解析パラメータが互いに依存しないと仮定して各解析パラメータを個別にそれぞれ摂動させてプラント最適評価手段2に与えて動特性解析を実行させることにより、解析パラメータごとの原子炉圧力のピーク値に対する感度解析(以下、「個別感度解析」という)を行う機能と、個別感度解析の結果に基づいて比較的感度の高い解析パラメータを抽出して不確かさパラメータとして定義する機能を有する。 That is, the individual sensitivity analysis means 3 assumes that each analysis parameter does not depend on each other, perturbs each analysis parameter individually, gives it to the plant optimum evaluation means 2, and executes dynamic characteristic analysis for each analysis parameter. A function that performs sensitivity analysis for the peak value of reactor pressure (hereinafter referred to as "individual sensitivity analysis") and extracts analysis parameters with relatively high sensitivity based on the results of individual sensitivity analysis and defines them as uncertainty parameters It has a function.
実験計画法サンプリング手段4は、実験計画法によるサンプリングを行って個別感度解析手段3により定義された不確かさパラメータをそれぞれの摂動条件に従って同時に変化させた組合せの解析ケースを複数通り設定する機能と、設定した解析ケースをプラント最適評価手段2に与えて動特性解析を実行させることにより、各不確かさパラメータを同時に変化させたときの原子炉圧力のピーク値に対する各不確かさパラメータの感度解析(以下、「同時変化感度解析」という)を行う機能とを有する。 The experimental design sampling means 4 has a function to set a plurality of analysis cases of combinations in which the uncertainty parameters defined by the individual sensitivity analysis means 3 are simultaneously changed according to the respective perturbation conditions by performing sampling by the experimental design. By giving the set analysis case to the plant optimum evaluation means 2 and executing the dynamic characteristic analysis, sensitivity analysis of each uncertainty parameter with respect to the peak value of the reactor pressure when each uncertainty parameter is changed simultaneously (hereinafter, "Simultaneous change sensitivity analysis").
この結果、実験計画法サンプリング手段4により不確かさパラメータをそれぞれ同時に変化させたときの原子炉圧力のピーク値の分布である同時変化分布が得られる。このため、不確かさパラメータと原子炉圧力のピーク値との定量的な関係を得ることができる。 As a result, a simultaneous change distribution which is the distribution of the peak value of the reactor pressure when the uncertainty parameters are simultaneously changed by the experimental design sampling means 4 is obtained. For this reason, a quantitative relationship between the uncertainty parameter and the peak value of the reactor pressure can be obtained.
また、実験計画法サンプリング手段4は、原子炉圧力のピーク値の同時変化分布を伝達関数作成手段5に与える機能を有する。 The experimental design sampling means 4 has a function of providing the transfer function creating means 5 with the simultaneous change distribution of the peak value of the reactor pressure.
伝達関数作成手段5は、実験計画法サンプリング手段4による同時変化感度解析の結果得られた原子炉圧力のピーク値の同時変化分布に基づいて、不確かさパラメータと原子炉圧力のピーク値の上昇量についての伝達関数を最小二乗フィッティング等のフィッティングにより定式化する機能を有する。 Based on the simultaneous change distribution of the peak value of the reactor pressure obtained as a result of the simultaneous change sensitivity analysis by the experimental design sampling means 4, the transfer function creating means 5 is based on the uncertainty parameter and the increase amount of the peak value of the reactor pressure. Has a function of formulating a transfer function for the above by fitting such as least square fitting.
モンテカルロ計算手段6は、伝達関数作成手段5により導かれた伝達関数のモンテカルロ計算により原子炉圧力のピーク値の分布を求める機能を有する。
The Monte Carlo calculation means 6 has a function of obtaining the distribution of the peak value of the reactor pressure by the Monte Carlo calculation of the transfer function derived by the transfer
また、以上の構成により、実験計画法サンプリング手段4、伝達関数作成手段5およびモンテカルロ計算手段6は、原子炉の圧力のピーク値の分布を求める手段として機能する。 With the above configuration, the experimental design sampling means 4, the transfer function creating means 5, and the Monte Carlo calculation means 6 function as means for obtaining the distribution of the peak values of the reactor pressure.
正規性判定手段7は、モンテカルロ計算手段6により得られた原子炉圧力のピーク値の分布が正規分布とみなせるか否か、すなわち正規性を検定する機能を有する。 The normality determination means 7 has a function of testing whether or not the distribution of the peak value of the reactor pressure obtained by the Monte Carlo calculation means 6 can be regarded as a normal distribution, that is, the normality.
統計的上限値計算手段8は、モンテカルロ計算手段6により得られた原子炉圧力のピーク値の分布に基づいて、原子炉圧力のピーク値の統計的上限値を求める機能を有する。この際、統計的上限値計算手段8は、正規性判定手段7により、原子炉圧力のピーク値の分布に正規性が認められると検定された場合には、区間推定により原子炉圧力のピーク値の統計的上限値を求める一方、正規性が認められないと検定された場合には、順序統計により原子炉圧力のピーク値の統計的上限値を求めるようにされる。 The statistical upper limit calculation means 8 has a function of obtaining the statistical upper limit value of the reactor pressure peak value based on the distribution of the peak value of the reactor pressure obtained by the Monte Carlo calculation means 6. At this time, if the statistical upper limit calculation means 8 determines that the distribution of the peak value of the reactor pressure is normal by the normality determination means 7, the peak value of the reactor pressure is estimated by the interval estimation. If it is determined that the normality is not recognized, the statistical upper limit of the peak value of the reactor pressure is obtained by order statistics.
次に、逃がし安全弁容量評価システム1の作用について説明する。
Next, the operation of the relief safety valve
図4は、図1に示す逃がし安全弁容量評価システム1により、実験計画法により得られた伝達関数を計算する方法で原子炉圧力のピーク値の統計的上限値を計算する際の流れを示すフローチャートを示す。また、図中Sに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。
FIG. 4 is a flowchart showing a flow when calculating the statistical upper limit value of the peak value of the reactor pressure by the method of calculating the transfer function obtained by the experimental design method by the relief safety valve
まず、ステップS1において、個別感度解析手段3は、沸騰水型原子力発電所10のベースケースにおけるプラントデータD1、例えば構成要素や部品のノミナル設計値等のプラントデータD1を基本的なベース条件における解析パラメータとしてプラント最適評価手段2に与えて動特性解析を実行させる。この結果、プラント最適評価手段2は、ベースケースの解析パラメータを用いてプラント最適評価コードを実行することにより原子炉圧力のピーク値のノミナル値を求め、個別感度解析手段3はプラント最適評価手段2から原子炉圧力のピーク値のノミナル値を受け取る。
First, in step S1, the individual sensitivity analysis means 3 analyzes plant data D1 in the base case of the boiling water
ここで、プラント最適評価コードの解析パラメータには、実際には不確かさが存在し、解析結果である原子炉圧力のピーク値にも不確かさが存在する。このため、解析パラメータの不確かさから統計的手法を用いて原子炉圧力のピーク値の不確かさを数学的に定量的に得る必要があるが、解析パラメータは非常に多いため、全ての解析パラメータを用いて原子炉圧力のピーク値の不確かさを求めようとすると計算が煩雑となる。 Here, there are uncertainties in the analysis parameters of the plant optimum evaluation code, and there are also uncertainties in the peak value of the reactor pressure as the analysis result. For this reason, it is necessary to mathematically obtain the uncertainty of the peak value of the reactor pressure mathematically from the uncertainty of the analysis parameters, but since there are so many analysis parameters, all the analysis parameters If it is used to find the uncertainty of the peak value of the reactor pressure, the calculation becomes complicated.
そこで、原子炉圧力のピーク値に対する各解析パラメータが互いに依存しないと仮定した個別感度解析を行って感度の高い解析パラメータが抽出される。 Therefore, an individual sensitivity analysis is performed assuming that each analysis parameter for the peak value of the reactor pressure does not depend on each other, and an analysis parameter with high sensitivity is extracted.
まず、ステップS2において、解析パラメータの個別感度解析を実行する際における入力パラメータとなる解析パラメータの分布が図示しない入力手段により入力されて個別感度解析手段3に与えられる。解析パラメータの分布は、沸騰水型原子力発電所10における構成要素や部品の製造公差並びに検証試験データのばらつき等の分布データを用いることができる。
First, in
次に、ステップS3において、個別感度解析手段3は、解析パラメータの分布に基づいて、解析パラメータのノミナル値から変化させた解析パラメータを個別感度解析の入力データとして作成する。個別感度解析の入力データの求め方としては、解析パラメータが一様分布であると仮定する方法と、正規分布であると仮定する方法とで異なる。 Next, in step S3, the individual sensitivity analysis means 3 creates an analysis parameter changed from the nominal value of the analysis parameter based on the distribution of the analysis parameter as input data for the individual sensitivity analysis. The method of obtaining the input data for the individual sensitivity analysis differs between a method that assumes that the analysis parameter has a uniform distribution and a method that assumes that the analysis parameter has a normal distribution.
解析パラメータが、計器類により直接計測できる出力値等の解析パラメータである場合には、一様分布と仮定することができる。この場合、解析パラメータの上下限値を個別感度解析の入力データとすることができる。解析パラメータの上下限値としては、例えば各プラントの設定値根拠書に記載された計器類の計器誤差を用いることができる。 When the analysis parameter is an analysis parameter such as an output value that can be directly measured by instruments, a uniform distribution can be assumed. In this case, the upper and lower limit values of the analysis parameter can be used as input data for the individual sensitivity analysis. As the upper and lower limit values of the analysis parameters, for example, the instrument errors of the instruments described in the set value rationale for each plant can be used.
また、解析パラメータが、機械的に直接制御できない解析パラメータである場合には、正規分布と仮定することができる。この場合、標準偏差から個別感度解析の入力データを求めることができる。 Further, when the analysis parameter is an analysis parameter that cannot be directly controlled mechanically, it can be assumed to be a normal distribution. In this case, input data for individual sensitivity analysis can be obtained from the standard deviation.
この際、解析パラメータの標準偏差は、プラント起動試験や小スケール試験等の各種試験による実験データから求めることができる。例えば、解析パラメータが熱流束である場合には、圧力、流量、温度等の条件を変化させて繰り返し試験が実施される。そして、試験により得られた実験データと、試験と同じ条件を模擬した動特性解析コードによる解析結果とを比較して実験値と解析値との差の分布を求めることにより、動特性解析コードの誤差を含んだ解析パラメータの不確かさを求めることができる。 At this time, the standard deviation of the analysis parameter can be obtained from experimental data obtained by various tests such as a plant start-up test and a small scale test. For example, when the analysis parameter is heat flux, the test is repeatedly performed by changing conditions such as pressure, flow rate, and temperature. Then, by comparing the experimental data obtained by the test with the analysis result by the dynamic characteristic analysis code simulating the same conditions as the test, the distribution of the difference between the experimental value and the analytical value is obtained, Uncertainty of analysis parameters including errors can be obtained.
ここで、解析パラメータの実験値と解析値との差は統計的に分布するため、その分布の指標である標準偏差は式(1)で示す一般の定義式で求めることができる。 Here, since the difference between the experimental value of the analysis parameter and the analysis value is statistically distributed, the standard deviation, which is an index of the distribution, can be obtained by a general definition equation represented by Equation (1).
なお、解析パラメータを正規分布と仮定する場合に、解析パラメータの不確かさを求めるための試験の詳細については、Boyak et al., “Quantifying Reactor Safety Margins: Application of Code Scaling, Applicability, and Uncertainty Evaluation Methodology to a Large-Break, Loss-of-Coolant Accident,” NUREG/CR-5249,(1989).に記載されている。 Assuming that the analysis parameters are assumed to be normally distributed, the details of the test for determining the uncertainty of the analysis parameters are described in Boyak et al., “Quantifying Reactor Safety Margins: Application of Code Scaling, Applicability, and Uncertainty Evaluation Methodology. to a Large-Break, Loss-of-Coolant Accident, ”NUREG / CR-5249, (1989).
次にステップS4において、個別感度解析手段3は、作成した個別感度解析の入力データを解析パラメータとしてプラント最適評価手段2に与えて動特性解析を実行させる。すなわち、個別感度解析手段3は、不確かさを有する解析パラメータを摂動させてプラント最適評価コードにより動特性解析を実行することにより、解析パラメータ不確かさの原子炉圧力のピーク値に対する個別感度解析を実行する。
Next, in step S4, the individual
この結果、プラント最適評価手段2は、解析パラメータの標準偏差や上下限値等の摂動条件に応じた原子炉圧力のピーク値を求め、個別感度解析手段3はプラント最適評価手段2から動特性解析結果である原子炉圧力のピーク値を受け取る。 As a result, the plant optimum evaluation means 2 obtains the peak value of the reactor pressure according to the perturbation conditions such as the standard deviation and upper and lower limit values of the analysis parameters, and the individual sensitivity analysis means 3 receives the dynamic characteristic analysis from the plant optimum evaluation means 2. The peak value of the resulting reactor pressure is received.
次にステップS5において、個別感度解析手段3は、解析パラメータの摂動による原子炉圧力のピーク値の変化量すなわち解析パラメータを摂動させて得られた原子炉圧力のピーク値とベースケースにおける原子炉圧力のピーク値のノミナル値との差を求め、求めた差が予め定められた基準値よりも大きいか否かを判定する。 Next, in step S5, the individual sensitivity analysis means 3 changes the peak value of the reactor pressure due to the perturbation of the analysis parameter, that is, the peak value of the reactor pressure obtained by perturbing the analysis parameter and the reactor pressure in the base case. A difference between the peak value and the nominal value is obtained, and it is determined whether or not the obtained difference is larger than a predetermined reference value.
そして、個別感度解析手段3は、解析パラメータを摂動させて得られた原子炉圧力のピーク値と原子炉圧力のピーク値のノミナル値との差が基準値よりも大きいと判定した場合には、ステップS6において、その解析パラメータを不確かさパラメータとして定義する一方、基準値よりも大きいと判定しなかった場合には、その解析パラメータを不確かさパラメータとしては定義しない。
When the individual
次にステップS7において、別の解析パラメータiが選択され、解析パラメータiについて再びステップS2からステップS6において、摂動による原子炉圧力のピーク値の変化量が大きい場合には、不確かさパラメータとして定義される。さらに同様な処理が各解析パラメータについて実施される。 Next, in step S7, another analysis parameter i is selected, and in step S2 to step S6 again for the analysis parameter i, if the amount of change in the peak value of the reactor pressure due to perturbation is large, it is defined as an uncertainty parameter. The Further, similar processing is performed for each analysis parameter.
この結果、各解析パラメータの原子炉圧力のピーク値に対する感度が得られ、感度が高い解析パラメータが抽出されて不確かさパラメータとして定義される。 As a result, the sensitivity of each analysis parameter to the peak value of the reactor pressure is obtained, and an analysis parameter with high sensitivity is extracted and defined as an uncertainty parameter.
図5は図1に示す個別感度解析手段3により得られた、解析パラメータの原子炉圧力のピーク値に対する個別感度解析結果の一例を表す図である。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the individual sensitivity analysis result for the peak value of the reactor pressure as the analysis parameter obtained by the individual sensitivity analysis means 3 shown in FIG.
図5において、縦軸は、解析パラメータのIDを示し、横軸は各解析パラメータを摂動条件に基づいて変化させた場合における原子炉圧力のピーク値の変化量、すなわち原子炉圧力のピーク値のノミナル値との差を示す。 In FIG. 5, the vertical axis indicates the ID of the analysis parameter, and the horizontal axis indicates the amount of change in the peak value of the reactor pressure when each analysis parameter is changed based on the perturbation condition, that is, the peak value of the reactor pressure. The difference from the nominal value is shown.
図5に示すように感度解析の対象となる解析パラメータは、例えばパラメータAからパラメータXまである。各解析パラメータの原子炉圧力のピーク値に対する感度すなわち原子炉圧力のピーク値の変化量を比較すると、パラメータSやパラメータXは比較的感度が高く、パラメータMやパラメータOは比較的感度が低いことが分かる。 As shown in FIG. 5, the analysis parameters to be subjected to sensitivity analysis are, for example, from parameter A to parameter X. Comparing the sensitivity of each analysis parameter to the peak value of the reactor pressure, that is, the amount of change in the peak value of the reactor pressure, the parameter S and the parameter X are relatively high in sensitivity, and the parameter M and the parameter O are relatively insensitive. I understand.
すなわち個別感度解析手段3は、解析パラメータを摂動させて変化させた場合におけるベースケースからの原子炉圧力のピーク値の変化量の大きさに基づいて解析パラメータの感度を評価し、比較的感度の高い解析パラメータを抽出して不確かさパラメータとして定義する。このため、不確かさパラメータを確率変数として取り扱うことにより原子炉圧力のピーク値の分布を統計的手法により求めることができる。 That is, the individual sensitivity analysis means 3 evaluates the sensitivity of the analysis parameter based on the magnitude of the change amount of the peak value of the reactor pressure from the base case when the analysis parameter is changed by perturbation, and the sensitivity is relatively high. High analysis parameters are extracted and defined as uncertainty parameters. Therefore, the distribution of the peak value of the reactor pressure can be obtained by a statistical method by treating the uncertainty parameter as a random variable.
ここで、統計的手法により原子炉圧力のピーク値の分布を求める場合、計算簡略化のために実験計画法を利用して不確かさパラメータの同時変化感度解析を実施することが有効である。そこで、個別感度解析手段3は、定義した不確かさパラメータを実験計画法サンプリング手段4に与える。 Here, when the distribution of the peak value of the reactor pressure is obtained by a statistical method, it is effective to perform the simultaneous change sensitivity analysis of the uncertainty parameter by using the experimental design method for simplifying the calculation. Therefore, the individual sensitivity analysis means 3 gives the defined uncertainty parameter to the experimental design sampling means 4.
そして、ステップS8において、実験計画法サンプリング手段4は、実験計画法によるサンプリングを行って個別感度解析手段3により定義された不確かさパラメータをそれぞれの摂動条件に従って同時に変化させた組合せの解析ケースを同時変化感度解析に用いる入力パラメータとして複数通り設定する。 In step S8, the experiment design method sampling means 4 simultaneously performs the analysis cases of the combinations in which the uncertainty parameters defined by the individual sensitivity analysis means 3 are simultaneously changed according to the respective perturbation conditions by performing sampling by the experiment design method. Multiple input parameters are used for change sensitivity analysis.
図6は、図1に示す逃がし安全弁容量評価システム1により、実験計画法によるサンプリングにおいて設定される解析ケースの例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of an analysis case set in sampling by the experimental design method by the relief safety valve
図6に示すように、各不確かさパラメータ(パラメータ1、パラメータ2、・・・)に、−1と+1とを割り当てて組み合わせることにより、複数の解析ケース(ケース1、ケース2、・・・)が作成される。そして、+1が割り当てられた解析パラメータを正側に摂動させる一方、−1が割り当てられた解析パラメータを負側に摂動させることにより、同時変化感度解析の入力パラメータを設定することができる。
As shown in FIG. 6, a plurality of analysis cases (
ここで、不確かさパラメータが一様分布であり、確率が100%であると仮定される場合には、個別感度解析と同一の上下限値をそのまま同時変化感度解析の摂動条件とすることができる。すなわち、+1が割り当てられた解析パラメータについては上限値が、−1が割り当てられた解析パラメータについては下限値が同時変化感度解析の入力パラメータとして用いられる。 Here, when it is assumed that the uncertainty parameter has a uniform distribution and the probability is 100%, the same upper and lower limit values as in the individual sensitivity analysis can be used as the perturbation conditions for the simultaneous change sensitivity analysis as they are. . That is, the upper limit value is used as an input parameter for the simultaneous change sensitivity analysis for the analysis parameter to which +1 is assigned, and the lower limit value is used for the analysis parameter to which -1 is assigned.
一方、不確かさパラメータが正規分布と仮定される場合には、不確かさパラメータが一定の値を超える確率が目標値以内となるような値を上限値および下限値として使用することができる。つまり、動特性解析結果の分布が適当な確率範囲に入るように適切な摂動条件を見積もることができる。 On the other hand, when the uncertainty parameter is assumed to be a normal distribution, values such that the probability that the uncertainty parameter exceeds a certain value is within the target value can be used as the upper limit value and the lower limit value. That is, an appropriate perturbation condition can be estimated so that the distribution of the dynamic characteristic analysis result falls within an appropriate probability range.
なお、動特性解析結果の分布が適当な確率範囲に入るように適切な摂動条件を見積もる方法については、例えば「確率・統計 薩摩順吉 岩波書店」等の一般的な確率統計の教科書に記載されている。すなわち、摂動条件は、標準偏差と正規分布の数表から求めることができる。 The method for estimating the appropriate perturbation conditions so that the distribution of the dynamic characteristic analysis results falls within the appropriate probability range is described in general probability statistics textbooks such as “Probability and Statistics Junkichi Satsuma Iwanami Shoten”. Yes. That is, the perturbation condition can be obtained from a standard deviation and a numerical table of normal distribution.
正規分布において、標準偏差をσとして、ある値μ±zσよりも外側の確率をαとした場合、正規分布の数表からz値に対する確率αを求めることができる。例えば、z値が1.65の場合には、正規分布の数表によれば確率αは、0.0495であるため、μ±1.65σよりも外側の確率は約5%となる。従って、片側確率95%(α≒0.05)をカバーする範囲は、μ+1.65σとなる。 In the normal distribution, when the standard deviation is σ and the probability outside a certain value μ ± zσ is α, the probability α for the z value can be obtained from the numerical table of the normal distribution. For example, when the z value is 1.65, the probability α is 0.0495 according to the numerical table of the normal distribution, so the probability outside of μ ± 1.65σ is about 5%. Therefore, the range covering the one-sided probability of 95% (α≈0.05) is μ + 1.65σ.
ここで、確率範囲である片側確率95%は両側確率90%に相当するが、動特性解析結果が原子炉圧力のピーク値の分布であり上限値のみを検討するため、確率範囲は片側として設定した。 Here, the one-sided probability of 95%, which is the probability range, corresponds to a two-sided probability of 90%, but the probability range is set as one-sided because the dynamic characteristic analysis result is the distribution of the peak value of reactor pressure and only the upper limit value is examined. did.
また、同時変化感度解析の結果である原子炉圧力のピーク値は複数の不確かさパラメータの摂動により得られるため、正確には原子炉圧力のピーク値の確率と不確かさパラメータの確率とは一致しない。そこで、例えば正規分布の数表を利用して原子炉圧力のピーク値の確率がおおよそ何%確率に相当するのかを見積もることができる。 In addition, since the peak value of reactor pressure, which is the result of simultaneous change sensitivity analysis, is obtained by perturbation of multiple uncertainty parameters, the probability of the peak value of reactor pressure does not exactly match the probability of the uncertainty parameter. . Therefore, for example, by using a normal distribution number table, it is possible to estimate what percentage of the probability of the peak value of the reactor pressure corresponds to the probability.
例えば、原子炉圧力のピーク値の同時変化分布を片側確率95%(両側確率90%、およそμ+1.65σに相当)としたい場合には、正規分布と仮定した不確かさパラメータでχ±2σ(χはノミナル値)の範囲に入るのは正規分布の数表より両側確率97.7%(片側確率98.8%)であるため、不確かさパラメータの摂動条件をχ±2σとすれば、原子炉圧力のピーク値は少なくとも片側確率95%の範囲に入る程度であろうことを見積もることができる。このため、原子炉圧力のピーク値の同時変化分布を片側確率95%(両側確率90%)としたい場合には、χ±2σが不確かさパラメータの適切な摂動条件と考えられる。 For example, if the simultaneous change distribution of the peak value of the reactor pressure is to be 95% one-sided probability (90% two-sided probability, corresponding to approximately μ + 1.65σ), the uncertainty parameter assumed to be a normal distribution is χ ± 2σ (χ Is in the range of the normal distribution from the numerical table of the normal distribution with a two-sided probability of 97.7% (one-sided probability of 98.8%), so if the perturbation condition of the uncertainty parameter is χ ± 2σ, the reactor It can be estimated that the peak value of the pressure will be at least within the range of 95% probability on one side. For this reason, when the simultaneous change distribution of the peak value of the reactor pressure is to be 95% one-sided probability (two-sided probability 90%), χ ± 2σ is considered to be an appropriate perturbation condition for the uncertainty parameter.
次に、ステップS9において、実験計画法サンプリング手段4は、摂動条件に応じた不確かさパラメータの組合せとして設定した解析ケースをプラント最適評価手段2に与えてプラント最適評価コードによる動特性解析を実行させることにより、各解析パラメータの同時変化感度解析を実行する。 Next, in step S9, the experimental design sampling means 4 gives the analysis case set as the combination of the uncertainty parameters according to the perturbation condition to the plant optimum evaluation means 2 to execute the dynamic characteristic analysis by the plant optimum evaluation code. Thus, the simultaneous change sensitivity analysis of each analysis parameter is executed.
次に、ステップS10において、別の解析ケースnがプラント最適評価手段2に与えられて、再びステップS9において、解析ケースnについての同時変化感度解析が実行される。そして、各解析ケースn(1≦n≦解析ケースの総数)について繰り返し同時変化感度解析が実行され、不確かさパラメータをそれぞれ同時に変化させたときの原子炉圧力のピーク値の分布である同時変化分布が得られる。 Next, in step S10, another analysis case n is given to the plant optimum evaluation means 2, and in step S9, the simultaneous change sensitivity analysis for the analysis case n is executed again. Then, the simultaneous change sensitivity analysis is repeatedly performed for each analysis case n (1 ≦ n ≦ the total number of analysis cases), and the simultaneous change distribution which is the distribution of the peak value of the reactor pressure when the uncertainty parameters are changed simultaneously. Is obtained.
そして、実験計画法サンプリング手段4は、原子炉圧力のピーク値の同時変化分布を伝達関数作成手段5に与える。 Then, the experimental design sampling means 4 provides the transfer function creation means 5 with the simultaneous change distribution of the peak value of the reactor pressure.
次に、ステップS11において、伝達関数作成手段5が、実験計画法サンプリング手段4から受けた原子炉圧力のピーク値の同時変化分布に基づいて、不確かさパラメータと原子炉圧力のピーク値の上昇量との定量的な関係を示す伝達関数を導出する。伝達関数の導出方法としては、例えば式(2)に示すように伝達関数を2次式として最小二乗フィッティングによりフィッティング係数を求めて定式化する方法がある。
但し、
Y:原子炉圧力のピーク値の上昇量
f:伝達関数
X1、X2、…、XN:不確かさパラメータ
N:不確かさパラメータの数(個)
c0,ci,cij:フィッティング係数
である。
However,
Y: Amount of increase in peak value of reactor pressure f: Transfer function X 1 , X 2 ,..., X N : Uncertainty parameter N: Number of uncertainty parameters (pieces)
c 0 , c i , c ij : fitting coefficients
すなわち、式(2)において、フィッティング係数が原子炉圧力のピーク値の同時変化分布からフィッティングにより求められる。 That is, in Equation (2), the fitting coefficient is obtained by fitting from the simultaneous change distribution of the peak value of the reactor pressure.
図7は、図1に示す逃がし安全弁容量評価システム1により、最小二乗フィッティングにより求められた伝達関数の一例をプロットした図である。
FIG. 7 is a diagram in which an example of a transfer function obtained by least square fitting by the relief safety valve
図7は、伝達関数Y=f(X1、X2、・・・、XN)において、2つの不確かさパラメータX1、X2をパラメータとして3次元的にプロットした図である。図7に示すように2つの不確かさパラメータをパラメータとしてプロットすると、原子炉圧力のピーク値Yは曲面で表される。 FIG. 7 is a diagram in which two uncertainty parameters X 1 and X 2 are plotted three-dimensionally as parameters in the transfer function Y = f (X 1 , X 2 ,..., X N ). When plotting two uncertainty parameters as parameters as shown in FIG. 7, the peak value Y of the reactor pressure is expressed by a curved surface.
伝達関数作成手段5は、このようにして導出した伝達関数をモンテカルロ計算手段6に与える。 The transfer function creation means 5 gives the transfer function derived in this way to the Monte Carlo calculation means 6.
次に、ステップS12において、モンテカルロ計算手段6は、乱数を作成して伝達関数のモンテカルロ計算を実施する。モンテカルロ計算における乱数の作成方法は公知の方法を利用することができる。 Next, in step S12, the Monte Carlo calculation means 6 creates a random number and performs a Monte Carlo calculation of the transfer function. A known method can be used as a method for generating random numbers in the Monte Carlo calculation.
一様分布に従う乱数は、公知の適切なアルゴリズムにより作成することができる。一様分布の乱数作成方法としては、例えば線型合同法が挙げられる。すなわち、式(3−1),式(3−2)により一様分布の乱数を作成することができる。 Random numbers according to the uniform distribution can be created by a known appropriate algorithm. As a method for generating random numbers with uniform distribution, for example, a linear congruential method can be cited. That is, random numbers with a uniform distribution can be created using the equations (3-1) and (3-2).
[数3]
zi+1=axi+b(mod m) ……(3−1)
η=(β−α)ξ+α ……(3−2)
[Equation 3]
z i + 1 = ax i + b (mod m) (3-1)
η = (β−α) ξ + α (3-2)
すなわち、式(3−1)により0≦ξ<mのランダムな整数の並びxiが作成され、この整数の並びxiをmで割ることにより0≦ξ<1の範囲で一様分布する乱数ξが得られる。さらに、式(3−2)により式(3−1)において得られた乱数ξを変数変換することによりα≦η<βの範囲で一様分布する乱数ηが得られる。 That is sequence x i a random integer creation of 0 ≦ xi] <m by the equation (3-1), uniformly distributed 0 ≦ ξ <1 range by dividing the sequence x i of the integers m A random number ξ is obtained. Furthermore, the random number η uniformly distributed in the range of α ≦ η <β is obtained by performing variable transformation on the random number ξ obtained in the equation (3-1) by the equation (3-2).
また、正規分布に従う乱数を作成する場合には、まず標準正規分布に従う標準正規乱数が生成される。ここで、標準正規乱数とは、平均がゼロ、分散が1で正規分布する乱数である。標準正規乱数の作成方法は様々な方法があるが、頻繁に用いられる方法として、Box−Muller法が挙げられる。Box−Muller法では、まず2つの一様分布に従う乱数ξ1、ξ2(0≦ξ1、ξ2<1)を作成し、これらを用いて式(4−1)、式(4−2)により2つの標準正規乱数X1、X2を生成する。 When creating a random number according to the normal distribution, first, a standard normal random number according to the standard normal distribution is generated. Here, the standard normal random number is a random number normally distributed with an average of zero and a variance of one. There are various methods for generating a standard normal random number, and a frequently used method is the Box-Muller method. In the Box-Muller method, first, random numbers ξ1, ξ2 (0 ≦ ξ1, ξ2 <1) according to two uniform distributions are created, and using these, two equations are obtained by equations (4-1) and (4-2). Standard normal random numbers X1 and X2 are generated.
[数4]
X1=(−2logξ1)(1/2)sin(2πξ2) ……(4−1)
X2=(−2logξ1)(1/2)cos(2πξ2) ……(4−2)
[Equation 4]
X1 = (− 2 logξ1) (1/2) sin (2πξ2) (4-1)
X2 = (− 2 logξ1) (1/2) cos (2πξ2) (4-2)
さらに、標準正規乱数X1、X2を式(5−1)、式(5−2)で変数変換することにより、平均μ、標準偏差σで正規分布する乱数ηを作成することができる。 Furthermore, by performing variable conversion of the standard normal random numbers X1 and X2 using the equations (5-1) and (5-2), it is possible to create a random number η that is normally distributed with an average μ and a standard deviation σ.
[数5]
η=σX1+μ ……(5−1)
η=σX2+μ ……(5−2)
[Equation 5]
η = σX1 + μ (5-1)
η = σX2 + μ (5-2)
そして、このような乱数を用いて伝達関数のモンテカルロ計算を実施することにより原子炉圧力のピーク値の分布が得られる。 Then, the distribution of the peak value of the reactor pressure can be obtained by performing the Monte Carlo calculation of the transfer function using such random numbers.
図8は、図1に示す逃がし安全弁容量評価システム1により、不確かさパラメータと原子炉圧力のピーク値の上昇量についての伝達関数をモンテカルロ計算することにより得られた原子炉圧力のピーク値の分布図の一例を示す図である。
FIG. 8 shows the distribution of the peak value of the reactor pressure obtained by Monte Carlo calculation of the transfer function for the increase amount of the uncertainty parameter and the peak value of the reactor pressure by the relief safety valve
図8において、横軸は原子炉圧力のピーク値を示し、縦軸は原子炉圧力のピーク値の度数を示す。図8に示すように、原子炉圧力のピーク値の分布を得ることができる。 In FIG. 8, the horizontal axis indicates the peak value of the reactor pressure, and the vertical axis indicates the frequency of the peak value of the reactor pressure. As shown in FIG. 8, the distribution of the peak value of the reactor pressure can be obtained.
そして、モンテカルロ計算手段6は、原子炉圧力のピーク値の分布を正規性判定手段7に与える。 Then, the Monte Carlo calculation means 6 gives the distribution of the peak value of the reactor pressure to the normality determination means 7.
次に、ステップS13において、正規性判定手段7は、原子炉圧力のピーク値の分布に正規性が認められるか否か、すなわち正規分布とみなせるか否かを判定する。そして、原子炉圧力のピーク値の分布に正規性が認められる場合には、正規性が認められる旨の情報とともに原子炉圧力のピーク値の確率分布が統計的上限値計算手段8に与えられる一方、正規性が認められない場合には、正規性が認められない旨の情報とともに原子炉圧力のピーク値の分布が統計的上限値計算手段8に与えられる。
Next, in step S13, the
そして、原子炉圧力のピーク値の分布に正規性が認められる場合には、ステップS14において、統計的上限値計算手段8は、原子炉圧力のピーク値の分布から区間推定により原子炉圧力のピーク値の統計的上限値を求める。 If normality is recognized in the distribution of the peak value of the reactor pressure, in step S14, the statistical upper limit calculating means 8 determines the peak of the reactor pressure by estimating the section from the distribution of the peak value of the reactor pressure. Find the statistical upper limit of the value.
統計的上限値を求める際の確率p%は、実験計画法に基づいた同時変化感度解析で不確かさパラメータのバラツキの上下限値を定義する際に、不確かさパラメータの確率の上限値をどの程度まで網羅している値を用いるかで決定することができる。 The probability p% when calculating the statistical upper limit is the extent to which the upper limit of the uncertainty parameter probability is defined when defining the upper and lower limits of the uncertainty parameter variation in the simultaneous change sensitivity analysis based on the experimental design method. It can be determined by using values that are covered up to.
また、原子炉圧力のピーク値の分布は、実験計画法によりプラント最適評価コードによる解析ケースが少なく設定されて得られたものであるが、これは実際の母集団から無作為抽出された標本と考えることができる。つまり、原子炉圧力のピーク値の統計的上限値は、母集団から標本を無作為抽出されたケースで過渡変化解析を行って得られた値であるため、統計的分布を持っている。 In addition, the distribution of the peak value of the reactor pressure was obtained by setting a small number of analysis cases using the plant optimum evaluation code according to the experimental design method, and this is a sample randomly sampled from the actual population. Can think. In other words, the statistical upper limit of the peak value of the reactor pressure has a statistical distribution because it is a value obtained by performing a transient change analysis in a case where a sample is randomly selected from the population.
さらに、モンテカルロ計算の試行回数が十分に大きい場合には、原子炉圧力のピーク値の分布は正規分布の適合性が認められることが多い。そこで、原子炉圧力のピーク値の分布に正規性が認められる場合には、区間推定を用いて、ある信頼度q%で、その確率p%となる最も厳しい値を求め、この値を統計的上限値として評価を行うことができる。すなわち、正規分布の数表と、標準偏差、平均値等の統計値からある信頼度における統計的上限値を求めることができる。例えば、95%信頼度の統計的上限値の場合には、Pmax=μ+1.96σとなる。 In addition, when the number of trials of Monte Carlo calculation is sufficiently large, the distribution of the peak value of the reactor pressure is often recognized as being compatible with the normal distribution. Therefore, when normality is recognized in the distribution of the peak value of the reactor pressure, the most severe value with the probability p% is obtained with a certain reliability q% using interval estimation, and this value is statistically calculated. Evaluation can be performed as an upper limit. That is, a statistical upper limit value at a certain reliability can be obtained from a numerical table of normal distribution and statistical values such as standard deviation and average value. For example, in the case of the statistical upper limit value of 95% reliability, Pmax = μ + 1.96σ.
一方、原子炉圧力のピーク値の分布に正規性が認められない場合には、ステップS15において、統計的上限値計算手段8は、原子炉圧力のピーク値の分布から順序統計により原子炉圧力のピーク値の統計的上限値を求める。 On the other hand, when normality is not recognized in the distribution of the peak value of the reactor pressure, in step S15, the statistical upper limit calculating means 8 determines the reactor pressure by the order statistics from the distribution of the peak value of the reactor pressure. Find the statistical upper limit of the peak value.
順序統計による方法について説明する。任意の分布(distribution free)に従う母集団の、無作為抽出統計量Xが100α%点以内の分布領域に属する確率はα、100α%を超える確率は1−αで表される。このため、標本数をNとすると、r個の標本が100α%点以内であり、N−r個の標本が100α%を超える確率Pは、式(6)で表される。 A method based on order statistics will be described. The probability that a random sampled statistic X belongs to a distribution region within 100 α% points of a population according to an arbitrary distribution (distribution free) is represented by α, and the probability exceeding 100 α% is represented by 1-α. Therefore, when the number of samples is N, the probability P that r samples are within 100 α% points and N−r samples exceed 100 α% is expressed by Expression (6).
[数6]
P=αr(1−α)N−r ……(6)
ここで、N個の標本からr個の標本を選ぶ場合の組合せの数は、NCr通りであるため、標本数Nのうちr個の標本、換言すればr番目に大きい標本が少なくとも100α%確率点以内の分布領域に属する確率Prは式(7)で表され、二項分布に従う。
P = α r (1−α) N−r (6)
Here, since the number of combinations when selecting r samples from N samples is N C r, r samples out of the number N of samples, in other words, the r-th largest sample is at least 100α. The probability Pr belonging to the distribution region within the% probability point is expressed by Equation (7) and follows a binomial distribution.
従って、信頼度をβとすると、確率Prは信頼度β以上であればよいことになるため、式(8)の不等式が成立する。
ここで式(8)において、r=N、r=N−1、r=N−2とすると、式(9−1),式(9−2)、式(9−3)がそれぞれ導かれる。
さらに式(9−1),式(9−2)、式(9−3)において、例えば95%確率95%信頼度の場合には、α=β=0.95となる。このとき式(9−1),式(9−2)、式(9−3)をそれぞれ満たす最大のNは59、93、124となる。これらの結果は、rが統計量の大きさの順位を示し、95%確率95%信頼度の場合、上限値は59≦N≦92のときr=N、93≦N≦123のときr=N−1となることを意味する。 Further, in the formulas (9-1), (9-2), and (9-3), for example, in the case of 95% probability and 95% reliability, α = β = 0.95. At this time, the maximum Ns that satisfy the expressions (9-1), (9-2), and (9-3) are 59, 93, and 124, respectively. These results show that r is the rank of the magnitude of the statistic, and in the case of 95% probability and 95% reliability, the upper limit is r = N when 59 ≦ N ≦ 92, and r = 93 when 93 ≦ N ≦ 123. It means N-1.
すなわち、標本数である原子炉圧力のピーク値の数(同時変化感度解析の解析ケースの数)が59から92個である場合には、全ての原子炉圧力のピーク値が少なくとも95%確率95%信頼度を満たすため、一番大きい原子炉圧力のピーク値を統計的上限値とすることができる。また、原子炉圧力のピーク値の数が93から123個である場合には、1つのデータを除く全ての原子炉圧力のピーク値が少なくとも95%確率95%信頼度を満たすため、2番目に大きい値を統計的上限値とすることができる。 That is, when the number of reactor pressure peak values (number of analysis cases of simultaneous change sensitivity analysis), which is the number of samples, is 59 to 92, the probability that all the reactor pressure peak values are at least 95% 95 In order to satisfy the% reliability, the peak value of the largest reactor pressure can be set as the statistical upper limit value. Also, when the number of peak values of reactor pressure is 93 to 123, the peak values of all reactor pressures except for one data satisfy at least 95% probability and 95% reliability. A large value can be used as the statistical upper limit value.
このため、例えば同時変化感度解析の解析ケースの数が100ケースの場合において、原子炉圧力のピーク値の分布に正規性が認められない場合には、2番目に大きい原子炉圧力のピーク値を統計的上限値とすることができる。 For this reason, for example, in the case where the number of analysis cases of the simultaneous change sensitivity analysis is 100, if normality is not recognized in the distribution of the peak value of the reactor pressure, the peak value of the second largest reactor pressure is It can be a statistical upper limit.
さらに、ステップS16において、このようにして求められた原子炉圧力のピーク値の統計的上限値が、統計的上限値計算手段8により図示しない出力装置に与えられて出力される。 Further, in step S16, the statistical upper limit value of the peak value of the reactor pressure obtained in this way is given to an output device (not shown) by the statistical upper limit value calculation means 8 and outputted.
ここで、逃がし安全弁26の数や容量等の設計値もプラント最適評価コードの解析パラメータの1つであるため、逃がし安全弁26の設計値を変化させて、逃がし安全弁26の設計値ごとに、同様の手順でそれぞれ伝達関数が導かれて原子炉圧力のピーク値の分布が得られる。
Here, since the design values such as the number and capacity of the
そして、逃がし安全弁26の設計値ごとに原子炉圧力のピーク値の分布から例えば95%確率95%信頼度となる場合における原子炉圧力のピーク値の統計的上限値が求められ、原子炉圧力のピーク値の統計的上限値となっても逃がし安全弁26の各設計値により十分に原子炉圧力の過剰な増加を回避できるか否かにより逃がし安全弁26の各設計値が評価される。
Then, for each design value of the
換言すれば、逃がし安全弁容量評価システム1によれば、逃がし安全弁26の弁数及び容量における適正な安全余裕を統計的手法により求めた原子炉圧力のピーク値の統計的上限値から求めることができる。そして、逃がし安全弁容量評価システム1によれば、従来よりも精度よく原子力発電所等の設備の動特性解析を実行することにより安全余裕を小さく設定し、より適切な逃がし安全弁26の弁数及び容量を設計することができる。
In other words, according to the relief safety valve
図9は図1に示す逃がし安全弁容量評価システム1により統計的手法を用いて得られた原子炉圧力のピーク値の統計的上限値と従来の逃がし安全弁容量評価手法により得られた原子炉圧力のピーク値の一例を比較した図である。
FIG. 9 shows the statistical upper limit of the peak value of the reactor pressure obtained using the statistical method by the relief safety valve
図9において横軸は、逃がし安全弁26の弁数を示し、縦軸は、原子炉圧力のピーク値を示す。また、図9中の実線は、逃がし安全弁容量評価システム1により統計的手法を用いて得られた原子炉圧力のピーク値の統計的上限値を示すデータAであり、点線は従来の逃がし安全弁容量評価手法により得られた原子炉圧力のピーク値を示すデータBである。
In FIG. 9, the horizontal axis indicates the number of
さらに、図9中の一点鎖線は、沸騰水型原子力発電所10に必要な逃がし安全弁26の容量となる原子炉圧力のピーク値の判断基準Cを示す。沸騰水型原子力発電所10における原子炉圧力のピーク値の判断基準Cは、例えば、沸騰水型原子力発電所10の最高使用圧力の1.1倍に設定される。
Further, the alternate long and short dash line in FIG. 9 indicates the criterion C for determining the peak value of the reactor pressure that is the capacity of the
図9の従来の逃がし安全弁容量評価手法により得られた原子炉圧力のピーク値を示すデータBによれば、原子炉圧力のピーク値は、ベースとなる逃がし安全弁26の弁数において、既に逃がし安全弁26の弁数を減少させると原子炉圧力のピーク値のデータBが増加して原子炉圧力のピーク値の判断基準Cを超過することが分かる。
According to the data B indicating the peak value of the reactor pressure obtained by the conventional relief safety valve capacity evaluation method of FIG. 9, the peak value of the reactor pressure is already the relief valve in the number of the
一方、図9の逃がし安全弁容量評価システム1により統計的手法を用いて得られた原子炉圧力のピーク値の統計的上限値を示すデータAによれば、原子炉圧力のピーク値の統計的上限値は、ベースとなる逃がし安全弁26の弁数において原子炉圧力のピーク値の判断基準Cよりも十分に小さいことがわかる。
On the other hand, according to the data A indicating the statistical upper limit value of the peak value of the reactor pressure obtained by the statistical method by the relief safety valve
さらに、逃がし安全弁容量評価システム1による原子炉圧力のピーク値の統計的上限値を示すデータAによれば、逃がし安全弁26の弁数を減少させると次第に、原子炉圧力のピーク値の統計的上限値が増加し、逃がし安全弁26の弁数をベースとなる逃がし安全弁26の弁数よりも4つ少なくしたときの原子炉圧力のピーク値の統計的上限値が原子炉圧力のピーク値の判断基準Cの値とおおよそ一致することが分かる。このため、逃がし安全弁容量評価システム1を用いて逃がし安全弁26の弁数あるいは容量を評価すれば、逃がし安全弁26の弁数をベースとなる逃がし安全弁26の弁数よりも少なくできるということが分かる。
Further, according to the data A indicating the statistical upper limit value of the peak value of the reactor pressure obtained by the relief safety valve
すなわち、逃がし安全弁容量評価システム1を用いれば、より正確に沸騰水型原子力発電所10における原子炉圧力のピーク値を解析できるため、過大な安全余裕を回避させて、より適切で少ない逃がし安全弁26の弁数あるいは容量を設計することが可能となる。
That is, if the relief safety valve
図10は、本発明に係る逃がし安全弁容量評価システムの第2の実施形態を示す構成図である。 FIG. 10 is a block diagram showing a second embodiment of the relief safety valve capacity evaluation system according to the present invention.
図10に示された逃がし安全弁容量評価システム1Aは、実験計画法サンプリング手段4、伝達関数作成手段5およびモンテカルロ計算手段6をモンテカルロサンプリング手段40に置換した点が、図1に示す逃がし安全弁容量評価システムと相違する。他の構成および作用については、図1に示す逃がし安全弁容量評価システムと実質的に同等であるため、同等な構成には同符号を付して説明を省略する。
The relief safety valve
逃がし安全弁容量評価システム1Aは、個別感度解析手段3により定義された不確かさパラメータを用いてモンテカルロサンプリング手段40により同時変化感度解析を実行することにより、原子炉圧力のピーク値の分布を求める機能を有する。すなわち、モンテカルロサンプリング手段40は、不確かさパラメータの摂動条件の組合せをランダムに複数の解析ケースとして設定し、設定した解析ケースをプラント最適評価手段2に与えて動特性解析を実行させることにより、原子炉圧力のピーク値に対する各不確かさパラメータの同時変化感度解析を行う機能を有する。
The relief safety valve
つまり、モンテカルロサンプリング手段40は、原子炉の圧力のピーク値の分布を求める手段として機能する。 That is, the Monte Carlo sampling means 40 functions as a means for obtaining the distribution of the peak value of the reactor pressure.
そして、正規性判定手段7は、モンテカルロサンプリング手段40により得られた原子炉圧力のピーク値の分布に対して正規性を検定するようにされる。
Then, the
次に逃がし安全弁容量評価システム1Aの作用について説明する。
Next, the operation of the relief valve
図11は、図10に示す逃がし安全弁容量評価システム1Aにより、直接モンテカルロ法で原子炉圧力のピーク値の統計的上限値を計算する際の流れを示すフローチャートを示す。また、図中Sに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示し、図4と同等なステップについては同符号を付して説明を省略する。
FIG. 11 is a flowchart showing a flow when the statistical upper limit value of the peak value of the reactor pressure is calculated by the direct Monte Carlo method by the relief safety valve
まず図4に示すフローチャートと同様に、ステップS1からステップS7において不確かさパラメータが定義される。 First, similarly to the flowchart shown in FIG. 4, an uncertainty parameter is defined in steps S1 to S7.
次に、ステップS20において、モンテカルロサンプリング手段40が、モンテカルロサンプリングによって、すなわちモンテカルロ法により各不確かさパラメータの統計的分布に基づいた乱数を発生させて、ランダムに不確かさパラメータの同時変化感度解析における摂動条件の複数の組合せを解析ケースとして設定する。 Next, in step S20, the Monte Carlo sampling means 40 generates random numbers based on the statistical distribution of each uncertainty parameter by Monte Carlo sampling, that is, the Monte Carlo method, and randomly perturbs in the simultaneous change sensitivity analysis of the uncertainty parameters. Multiple combinations of conditions are set as analysis cases.
次に、ステップS21において、モンテカルロサンプリング手段40は、設定した解析ケースをプラント最適評価手段2に与えて動特性解析を実行させることにより、原子炉圧力のピーク値に対する各不確かさパラメータの同時変化感度解析を行う。
Next, in step S21, the Monte
次に、ステップS22において、別の解析ケースnがプラント最適評価手段2に与えられて、再びステップS21において、解析ケースnについての同時変化感度解析が実行される。そして、各解析ケースn(1≦n≦解析ケースの総数)について繰り返し同時変化感度解析が実行され、不確かさパラメータをそれぞれ同時に摂動させて変化させたときの原子炉圧力のピーク値の分布が得られる。 Next, in step S22, another analysis case n is given to the plant optimum evaluation means 2, and in step S21, the simultaneous change sensitivity analysis for the analysis case n is executed again. Then, the simultaneous change sensitivity analysis is repeatedly performed for each analysis case n (1 ≦ n ≦ the total number of analysis cases), and the distribution of the peak value of the reactor pressure when the uncertainty parameters are simultaneously perturbed and changed is obtained. It is done.
そして、モンテカルロサンプリング手段40は、原子炉圧力のピーク値の分布を正規性判定手段7に与え、図4のフローチャートと同様にステップS13からステップS16において、原子炉圧力のピーク値の分布の正規性が検定され、さらに正規性の有無により区間推定あるいは順序統計に基づいて原子炉圧力のピーク値の統計的上限値が求められて出力される。
Then, the Monte
なお、原子炉圧力のピーク値の同時変化分布が確率分布形とならない場合には、ノンパラメトリック法が適用され、順序統計に基づいて原子炉圧力のピーク値の統計的上限値が求められる。 When the simultaneous change distribution of the peak value of the reactor pressure does not become a probability distribution type, a non-parametric method is applied, and a statistical upper limit value of the peak value of the reactor pressure is obtained based on order statistics.
図12は、図10に示す逃がし安全弁容量評価システム1Aにより、直接モンテカルロ法を用いて得られた各解析ケースにおける原子炉圧力のピーク値の分布と統計的上限値の一例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing an example of the distribution of the peak value of the reactor pressure and the statistical upper limit value in each analysis case obtained by using the direct Monte Carlo method by the relief safety valve
図12において、横軸は解析ケースを示し、縦軸は原子炉圧力のピーク値を示す。また、図12中の丸印は、各解析ケースで動特性解析を実行して得られた原子炉圧力のピーク値を示す。さらに図12中の実線は、原子炉圧力のピーク値の平均値Dを示し、点線は原子炉圧力のピーク値のノミナル値Eを示す。 In FIG. 12, the horizontal axis indicates the analysis case, and the vertical axis indicates the peak value of the reactor pressure. Further, the circles in FIG. 12 indicate the peak values of the reactor pressure obtained by executing the dynamic characteristic analysis in each analysis case. Further, the solid line in FIG. 12 indicates the average value D of the peak value of the reactor pressure, and the dotted line indicates the nominal value E of the peak value of the reactor pressure.
図12に示すように、各解析ケースにおける原子炉圧力のピーク値が、原子炉圧力のピーク値の平均値Dあるいはノミナル値Eをおおよそ中心として、プラス領域およびマイナス領域の双方においてランダムな値となる場合は、原子炉圧力のピーク値の分布には正規性が認められず、ノンパラメトリック法を用いる。 As shown in FIG. 12, the peak value of the reactor pressure in each analysis case is a random value in both the plus region and the minus region, with the average value D or the nominal value E of the reactor pressure peak value being approximately the center. In this case, the distribution of the peak value of the reactor pressure is not normal, and the nonparametric method is used.
そこで、順序統計に基づいて、例えば解析ケースの数が100で、95%確率95%信頼度とする場合には、式(8)において、N=100、α=β=0.95として2番目に大きな原子炉圧力のピーク値が統計的上限値として求められる。 Therefore, based on the order statistics, for example, when the number of analysis cases is 100 and the 95% probability is 95% reliability, in Equation (8), N = 100 and α = β = 0.95. The peak value of the reactor pressure is very large as the statistical upper limit value.
図12において2番目に大きな原子炉圧力のピーク値は、曲線Fで囲んだ丸印で示す原子炉圧力のピーク値Gであるため、この曲線Fで囲んだ丸印で示す原子炉圧力のピーク値Gを、原子炉圧力の統計的上限値とすることができる。 In FIG. 12, the second largest reactor pressure peak value is the reactor pressure peak value G indicated by the circle surrounded by the curve F. Therefore, the reactor pressure peak indicated by the circle surrounded by the curve F is shown in FIG. The value G can be the statistical upper limit of the reactor pressure.
なお、95%確率95%信頼度の場合に、逃がし安全弁容量評価システム1Aにより直接モンテカルロ法で得られた原子炉圧力のピーク値の統計的上限値Gは、図1に示す逃がし安全弁容量評価システム1により、実験計画法により得られた伝達関数を計算する方法で得られた原子炉圧力のピーク値とほぼ同等の値となる。
When the 95% probability is 95% reliability, the statistical upper limit G of the peak value of the reactor pressure obtained by the direct Monte Carlo method by the relief safety valve
以上のような、逃がし安全弁容量評価システム1Aは、モンテカルロサンプリングによってランダムに設定した不確かさパラメータの解析ケースを用いて原子炉圧力のピーク値の統計的上限値を求めるものである。
The relief valve
このため、逃がし安全弁容量評価システム1Aによれば、原子炉圧力のピーク値の統計的上限値をより精度よく求めることができるため、図1に示す逃がし安全弁容量評価システム1と同様な効果を得ることができる。
For this reason, according to the relief safety valve
1,1A 逃がし安全弁容量評価システム
2 プラント最適評価手段
3 個別感度解析手段
4 実験計画法サンプリング手段
5 伝達関数作成手段
6 モンテカルロ計算手段
7 正規性判定手段
8 統計的上限値計算手段
10 沸騰水型原子力発電所
11 原子炉系
12 主蒸気系
13 再循環系
14 原子炉格納容器
15 原子炉
16 循環路
17 再循環ポンプ
18 タービン
19 復水器
20 主蒸気管
21 発電機
22 主蒸気隔離弁
23 タービン主蒸気止め弁
24 タービン主蒸気加減弁
25 タービンバイパス弁
26 逃がし安全弁
27 排気管
28 サプレッションプール
30 アクチュエータ
31 弁本体
32 ボディ
33 スプリング
34 弁体
35 弁棒
36 弁座
37 入口
38 出口
39 流路
40 モンテカルロサンプリング手段
A 統計的手法を用いて得られた原子炉圧力のピーク値を示すデータ
B 従来の逃がし安全弁容量評価手法により得られた原子炉圧力のピーク値を示すデータ
C 原子炉圧力のピーク値の判断基準
D 原子炉圧力のピーク値の平均値
E 原子炉圧力のピーク値のノミナル値
F 曲線
G 2番目に大きな原子炉圧力のピーク値
Y 蒸気
1,1A Relief Safety Valve
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-
2004
- 2004-03-30 JP JP2004099985A patent/JP2005283439A/en active Pending
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