JP2008268074A - プラント機器振動計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】地震後のプラントの点検を効率的に行い、早期に立上げができるプラント機器振動計測システムを提供する。
【解決手段】プラント内の機器に直接または近接して設置された振動センサ部と振動センサ部が計測した振動データを電波により送信する送信機とを有する振動計測装置と、振動計測装置から振動データを直接または無線データ中継装置を経由して受信する受信機と受信した振動データを収集して記憶する記憶装置と別途収集した振動データから予め機器毎の応答許容値を評価する応答許容値評価装置と収集した振動データを機器毎の応答許容値と比較する比較手段Ａと該比較結果を表示する表示装置とを有する中央システムとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、地震後のプラント機器の故障の検出を可能とするプラント機器振動計測システムに関する。

原子力発電所の耐震安全性においては、設計用地震動として、各原子力発電所プラントの敷地に予測される最強地震動Ｓ１と限界地震動Ｓ２が定義されている。

安全上重要な機器は、これらの地震動に対して十分な強度を持つことと、発電所のプラント内に設置された地震計が最強地震動Ｓ１と同等またはそれ以下のレベルを感知した場合に、原子炉がスクラムすることとによって、安全が確保されている。

しかしながら、地震後には、プラント内機器の点検が不可欠である。プラント内機器の
点検においては、プラント内機器の数が膨大であるため、地震後のプラント内機器の点検を効率化する必要があり、それに対応するには、様々な提案がなされている。

例えば、観測された地震波形から、プラント内の機器の応答を評価し、機器の損傷確率を収めた地震フラジリティ（脆さ）データベースと比較することにより、地震時のプラント内機器の損傷確率を表示し、地震後に作業員に対して適切な指示を出すシステム（特許文献１参照）や、発電所内に設けられた地震計による地震波応答波形を基に、床応答スペクトルを算出し、算出した床応答スペクトルを発電所内機器の設計に用いた設計床応答スペクトルと比較して、点検を要する機器を表示する。これによって、地震後の点検の効率化を図るシステム（特許文献２参照）が提案されている。
特開平４−３２６０９２号公報 特開昭６２−１６９０８５号公報

原子力発電プラントの耐震安全性は、従来の技術において十分に確保されており、巨大地震に対しても原子炉を安全に停止することができる。

しかしながら、原子力発電プラントの地震後の再起動にあたっては、プラント内の膨大な機器の点検作業を行う必要がある。また、地震後の発電設備の早期立上げは、社会的に大きな要求となっている。したがって、原子力プラント内機器の効率的な点検方法が要望されている。

また、従来の技術では、原子力発電所内の床位置における地震波形を元に、対象とする機器の設置された床面の床応答が計算され、この床応答に対して解析モデルを介して対象機器の応答が求められていたので、地震当時に、原子力プラント内機器が実際にどのような地震動に遭遇し、それによってどのような応答を示したかについては、直接的な情報を得ることができなかった。

このため、原子力プラント機器に直接計測器を設置する方法が考えられるが、管理区域を有する原子力発電プラントにおいては、このために膨大な機器の計測信号を中央制御室まで導くことは大掛かりな工事を必要とする。

以上は、地震だけに対応する問題として捉えており、プラント機器の応答加速度を地震が生ずる信号としている。しかしながら、プラント機器の応答加速度は、プラント機器の故障が生じる信号でもあるので、地震およびプラント機器の故障に対応した問題として捉えることもできる。

さらに、地震時に情報を収集する計算機などのデータ収録・処理系自体に、不具合が生じる可能性がある。このような場合においても、地震後の機器の点検スケジュールを決めるための基礎データとして、地震時のデータが不可欠である。

そこで、本発明は、以上の3つの課題に対して、点検が効率的に行え、設置が容易かつ安価であり、地震時のデータ収録・処理系の不具合にも対応でき、地震後のプラントを早期に立上げることができるプラント機器振動計測システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のプラント機器振動計測システムは、プラント内の機器に直接または近接して設置された振動センサ部と振動センサ部が計測した振動データを電波により送信する送信機とを有する振動計測装置と、この振動計測装置から振動データを直接または無線データ中継装置を経由して受信する受信機と受信した振動データを収集して記憶する記憶装置と別途収集した振動データから予め機器毎の応答許容値を評価する応答許容値評価装置と収集した振動データを機器毎の応答許容値と比較する比較手段と該比較結果を表示する表示装置とを有する中央システムとを備えることを特徴とする。

本発明のプラント機器振動計測システムは、地震後のプラントの点検を効率的に行い、早期に立上げることができ、設置が容易かつ安価であり、地震時のデータ収録・処理系の不具合にも対応可能である。

以下に、上記目的を実現した実施例を、図を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１のプラント機器振動計測システムの概略構成図である。

本実施例のプラント機器振動計測システムは、原子炉建屋２内に設置されている測定対象機器（ポンプ３ａやタンク３ｄ等）、無線データ中継装置４および中央システム５とから構成されている。

図２は、図１に示した原子力プラント内機器である測定対象機器のうち、ポンプ３ａに、振動計測装置６を取りつけた様子を示している。ポンプ３ａ中で一番振動しやすい個所である軸受け箱３ｃ上に、振動計測装置６が取付けられている。

図３は、振動計測装置６の概略構成要素を示している。

振動計測装置６は、地震動または機器故障を感知するセンサ部６ａと、感知した地震動または機器故障振動を記録するデータ記録装置６ｂと、記録したデータを図１の無線データ中継装置４に送信する送受信機６ｃと、内蔵電源６ｄとから構成されている。

図４は、この振動計測装置６における計測データ送信開始の状況を示したものである。すなわち、時間経過に対応する応答加速度の変化の様子を示している。

基準となる応答加速度すなわち基準応答加速度Ａが設定されており、測定対象機器３がこの基準応答加速度Ａを超える応答をした場合には、振動計測装置６は、自動的に計測し、同時に、振動データの記録と振動データの送信を開始する。

図５は、このような振動計測装置６の地震動に対する動作の流れを示したものである。

振動計測装置６は、地震が発生すると（Ｓ１）、自動的に起動する（Ｓ２）。振動計測装置６が捉えた応答加速度が、基準加速度Ａを越えると、地震動計測が開始される（Ｓ３）。

地震動計測が開始されると、振動計測装置６は、図３に示したように、データ記録装置６ｂを備えているので、振動データを保存することができる（Ｓ４）。
それと同時に、地震動データが送信されて、原子炉建屋２に設置されている無線データ中継装置４を経由して、図６（Ａ）に示したように、中央システム５に受信される（Ｓ５）。

なお、図５は、地震動に対する振動計測装置の動作の流れを示したが、機器故障事故に対する振動計測装置の動作の流れも、全く同様である。

図６（Ａ）は、中央システム５の構成図であり、図６（Ｂ）は、中央システム５の動作の流れを示したものである。
図６（Ａ）の中央システム５は、送受信機９、記憶装置１０、評価装置１１、データベース１２、比較手段１３、表示装置１４、記録装置１５および演算装置１６から構成されている。

図６（Ｂ）に示す中央システム５の動作の流れについて説明する。
送受信機９が、起動されると（Ｓ１１）、記憶装置にデータが保存され（Ｓ１２）、振動計測装置６から送られた測定対象機器の振動データと予め測定対象機器毎に計算し、データベース１２中の許容応答値データベースに保存されているデータすなわち応答加速度許容値を比較し（Ｓ１３）、この許容値を超えた測定対象機器に対しては（Ｎ）とし、この場合は,中央システム５内の表示装置１４に、図７に示すように、機器番号、機器名称、許容応答加速度、測定加速度、測定加速度の測定時刻、建屋床面の地震時応答等が表示される（Ｓ１４）。その後、それらは記録装置１５に記録される（Ｓ１５）。

一方、この許容値以下の測定対象機器３に対しては（Ｙ）とし、この場合は、表示装置１３に表示されずに、記録装置１４に直ちに記録される（Ｓ１５）。

なお、測定対象となる機器がプラント内で点在しており、無線データ中継装置４と離れている場合には、図８に示すように、それぞれの測定対象機器３に設置された振動計測装置６Ａ，６Ｂ，６Ｃおよび６Ｄが、他の振動計測装置を中継して計測信号を送受信してもよい。なぜなら、図３に示すように、振動計測装置６には送受信機６ｃが内蔵されているからである。

ここで、図７に示した中央システム５の表示装置１４に表示される情報について、補足説明する。
図７の表示画面に示された「測定時間」情報には、有効な情報が含まれている。すなわち、「測定加速度測定時間」に、地震が発生していなければ、このときの「測定加速度」は、地震以外の、例えば、機器の故障により発生したものとみなすことができる。したがって、図７の表示画面から、特定の機器の故障を発見することができる。

また、図７の表示画面に示された「建屋床面の地震時応答」は、中央システム５中の演算装置１６が、各機器から集めた振動データにより、演算したものであり、それらの結果は、演算装置により、さらに建屋内地震応答分布にまとめられる。

図８は、振動測定装置６Ａと６Ｂが、他の測定対象機器３に設置された振動測定装置６Ｃを経由して無線データ中継装置４へデータ送信を行なっている例を示している。

このように、特定の測定対象機器３に設置された振動計測装置６Ｃを経由して、測定データを送信する際に、経由する振動計測装置６Ｃに不具合が生じる可能性や、それが設置されている測定対象機器３が倒壊してデータ送信が遮られる可能性がある。

このような場合には、図９に示すように、自律的に無線データ中継装置４ａを移動できる手段８、例えばキャタピラやロボットにより、別途用意されている無線データ中継装置４ｂを運搬・移動させて、データ送信を回復させてもよい。

なお、図９では、振動計測装置６Ｄは単独で従来通りの無線データ中継装置４ａと交信している様子が示されている。

本発明の実施例２について、図１、図３、図１０を用いて説明する。なお、実施例１と同じ構成には,同一符号を付し説明を省略する。

実施例１の図１に示したような、原子炉建屋２内に設置された測定対象機器（ポンプ３ａやタンク３ｄ等）と、無線データ中継装置４と、測定対象機器の計測データを受信して機器の計測データとその許容値を比較する中央システム５とによって構成されるプラント機器振動計測システムにおいては、プラントが地震に遭遇すると、中央システム５も、その機能が地震動による電源喪失などにより損なわれて、機器の許容値判定を行なうことができなくなる場合がある。

このような場合には、地震後に、問題が解消された中央システム５は、図３に示す振動計測装置６に対して、地震時に、振動計測装置６のデータ記録装置６ｂに記録されたているデータの再送信を命じることによって、各測定対象機器における地震動データを取得することができる。

図１０は、本実施例におけるこのような「データの再送信」の流れを示したものである。

地震が発生すると（Ｓ２１）、振動計測装置６が、機器毎に設定された基準値を超えていれば、自動的に起動する（Ｓ２２）。直ちに、地震動計測が開始され（Ｓ２３）、同時に、地震動データが中央システム５に送信され（Ｓ２５）、データ記録装置６ａに保存される（Ｓ２４）。

ここで、地震後、中央システム５の不具合を解消して、機能確認がとれた場合には（Ｓ２６）、中央システム５は、振動計測装置６に、地震動データの再送信を要求する（Ｓ２７）。それに応じて、振動計測装置６は、中央システム５に、地震動データを送信する（Ｓ２８）。

本発明の実施例３について、図１、図３、図１１、図１２を用いて説明する。なお、実施例１または２と同じ構成には、同一符号を付し説明を省略する。

実施例１および２は、地震後の中央システム５が復旧することを前提として説明してきたが、地震後に中央システム５が復旧しない場合があっても、原子炉機器の点検作業は必要であり、本実施例は、かかる要請にも応え得るものである。

図１１は、このように地震後に中央システム５が復旧しない場合に、現場の点検員が携帯する携帯端末７を用いて、振動測定装置６に記録された地震動データを読み取る様子を示している。

図１２は、携帯端末での表示例を示す。
携帯端末７自体がデータ通信機能を備えていれば、予め、現場の点検員が、中央システム５に機器の応答許容値を要求して、それを受け取ることができる。点検対象となる機器（例えば、○○ポンプ）について、携帯端末７に、例えば、「許容最大加速度．××ｍ／ｓ^２」を予め記憶させておけば、携帯端末７は、読み取った振動測定装置６の測定結果、たとえば、「測定最大加速度．○○ｍ／ｓ^２」と比較することによって、測定対象機器であるポンプ３ａの被った被害を、点検現場において、推定することができる。

プラントに限らず、システムを構成する機器の点検が効率的に行え、設置が容易かつ安価であり、地震または機器故障事故時のデータ収録・処理系の不具合にも対応不可欠なシステムにも適用できる。

本発明の実施例１のプラント機器振動計測システムの概略構成図である。 本発明の実施例１の測定対象機器と振動測定装置の設置図である。 本発明の実施例１と実施例２の振動計測装置の構成図である。 本発明の実施例１の振動計測装置のデータ記録タイミングの説明図である。 本発明の実施例１の振動計測装置の動作の流れを示すフローチャートである。 （Ａ）は本発明の実施例１の中央システムの構成図、（Ｂ）はその動作の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例１の中央システムの表示例を示す図である。 本発明の実施例１の振動計測装置のデータ中継方法の説明図である。 本発明の実施例１の変形例で自律型無線データ中継装置運搬・移動機構を説明する図である。 本発明の実施例２の振動計測装置の動作の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例２の携帯端末によるデータ提供方法の説明図である。 本発明の実施例２の携帯端末の表示画面である。

符号の説明

１…原子炉圧力容器、２…原子炉建屋、２ａ…地盤、３…測定対象機器、３ａ…ポンプ、３ｂ…電動機、３ｃ…軸受け箱、３ｄ…タンク、４，４ａ，４ｂ…無線データ中継装置、５…中央システム、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ…振動計測装置、６ａ…センサ部、６ｂ…データ記録装置、６ｃ…送受信機、６ｄ…内蔵電源、７…携帯端末、８…自律型無線データ中継装置運搬・移動機構、９…送受信機、１０…記憶装置、１１…評価装置、１２…プラント機器応答許容値データベース、１３…比較手段、１４…表示装置、１５…記録手段、１６…演算装置。

Claims (10)

1. プラント内の機器に直接または近接して設置された振動センサ部とこの振動センサ部が計測した振動データを電波により送信する送信機とを有する振動計測装置と、
   前記振動計測装置から振動データを直接または無線データ中継装置を経由して受信する受信機と受信した振動データを収集して記憶する記憶装置と別途収集した振動データから予め前記機器毎の応答許容値を評価する応答許容値評価装置と前記収集した振動データを前記機器毎の応答許容値と比較する比較手段と該比較結果を表示する表示装置とを有する中央システムと
   を備えることを特徴とするプラント機器振動計測システム。
2. 前記振動計測装置は、計測した振動を記録するデータ記録装置をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のプラント機器振動計測システム。
3. 前記振動計測装置は、前記中央システムからの要求によって、前記データ記録装置に記録されたデータを送信することを特徴とする請求項２に記載のプラント機器振動計測システム。
4. 前記振動計測装置の振動センサ部は、予め指定された振動レベルの振動信号を検知すると、振動データ採取、送信および記録を同時に開始することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のプラント機器振動計測システム。
5. 一の機器に設置された前記振動計測装置が、他の機器に設置された振動計測装置の発信したデータ通信の中継点となることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプラント機器振動計測システム。
6. 前記振動計測装置は、内蔵電源をさらに備え、自律的に振動データを記録することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプラント機器振動計測システム。
7. 前記中央システムは、各機器毎に、複数の項目に亘り予め設定された応答許容値を記憶したデータベースと、地震後に各機器の前記振動計測装置から受信した振動データを前記応答許容値と比較し、各機器が応答許容値を超えたか否かを人間系により判定して、判定結果を表示する表示装置とをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のプラント機器振動計測システム。
8. 前記中央システムは、各機器から集めた振動データにより、建屋床面の地震時応答を演算し、建屋内地震応答分布を求める演算装置をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプラント機器振動計測システム。
9. 前記中央システムに保存されている機器の応答許容値を予め受信しておき、指定した振動レベルを感知した前記震動計測装置からの送信データを受信して、機器名と振動レベルと応答許容値とを表示する表示装置を有する携帯端末をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のプラント機器振動計測システム。
10. 前記振動計測装置からの地震後のデータを通信する無線データ中継装置をプラント内に自律的に運搬・移動する手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のプラント機器振動計測システム。

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