JP2011247770A

JP2011247770A - 液体金属漏洩検出装置及びその故障診断方法

Info

Publication number: JP2011247770A
Application number: JP2010121760A
Authority: JP
Inventors: Takakazu Sato; 隆和佐藤; Hiroaki Kanda; 浩昭神田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2011-12-08

Abstract

【課題】検知回路の故障診断を確実に行うことができる液体金属漏洩検出装置及びその故障診断方法を提供する。
【解決手段】２本の電極３からなるセンサ２、センサ２の一方の電極に直流を印加する電源線５、及び他方の電極から信号を取り出す信号線７からなる検知回路１と、センサ２からの信号が信号線７を介して入力される演算処理部９と、電源線５に電流変換器を介して交流を注入する信号注入装置６と、信号線７から信号を抽出する電流変換器及び信号処理部からなる信号抽出処理装置８と、上位監視装置１０とを備えた液体金属漏洩検出装置であって、信号処理部は、抽出した信号から所定周波数帯域の信号量を算出し、信号量が閾値以下の場合、検知回路１の配線の異常を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速増殖炉におけるナトリウムのような液体金属の漏洩を検出する液体金属漏洩検出装置、及びその故障診断方法に関する。

高速増殖炉において冷却材としてナトリウムが用いられているが、事故防止のために例えば配管系からのナトリウムの漏洩を監視することが行われている。液体金属であるナトリウムは導電性を有し、この性質を利用したＣＬＤ（接触型ナトリウム漏洩検出器）を所要個所に設置し、ＣＬＤの検出部先端にある２本の電極棒が漏洩したナトリウムに浸ったときに検知回路が導通して漏洩警報を発している（特許文献１参照）。このようなＣＬＤを用いて、検知回路に対する故障診断機能を備えた液体金属漏洩検出装置が提案されている。

図９は、従来の液体金属漏洩検出装置のシステム構成を示す図である。
漏洩個所を検知するための検知回路１０１において、センサ１０２（ＣＬＤ）が複数設置され、センサ１０２の２本の電極棒１０３の一方がＤＣ電源１０４に接続され直流が印加されている。バイパス用スイッチ１０６は、常時は開であり、ナトリウムが漏洩するとセンサ１０２の２本の電極棒１０３が接触し、信号が演算処理部１０７に入力される。演算処理部１０７からの漏洩個所の情報が上位監視装置１０８に監視データとして入力される。

検知回路１０１の健全性確認として導通確認を定期的に行っており、現状はリレー回路を設けて実施している。すなわち、故障診断機能を動作させるときは、上位監視装置１０８からの故障診断指令が発生すると、リレー１０５によりバイパス用スイッチ１０６が閉になり短絡回路が構築される。回路配線に断線や絶縁不良のような異常がなければ、演算処理部１０７において信号が入力され、故障無しと判定され、異常があれば信号が入力されず、故障有りと判定され、診断結果が上位監視装置１０８に格納される。

特開平３-２７４４３５号公報

上記の液体金属漏洩検出装置においては、バイパス回路を用いた診断のため、検知回路１０１に設置したリレー１０５の誤・不動作により誤警報が発生することがあり、検知回路１０１の故障診断の信頼性が十分ではなかった。また、センサ１０２の故障に対して診断することができないという課題があった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、検知回路の故障診断を確実に行うことができる液体金属漏洩検出装置及びその故障診断方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の液体金属漏洩検出装置は、２本の電極からなるセンサ、前記センサの一方の電極に直流を印加する電源線、及び他方の電極から信号を取り出す信号線からなる検知回路と、前記センサからの信号が前記信号線を介して入力される演算処理部と、前記電源線に電流変換器を介して交流を注入する信号注入装置と、前記信号線から信号を抽出する電流変換器及び信号処理部からなる信号抽出処理装置と、上位監視装置とを備えた液体金属漏洩検出装置であって、前記信号処理部は、抽出した信号から所定周波数帯域の信号量を算出し、前記信号量が閾値以下の場合、前記検知回路の配線の異常を判定することを特徴とする。

また、本発明の液体金属漏洩検出装置は、２本の電極からなるセンサ、前記センサの一方の電極に直流を印加する電源線、及び他方の電極から信号を取り出す信号線からなる検知回路と、前記センサからの信号が前記信号線を介して入力される演算処理部と、前記電源線に電流変換器を介して交流を注入する信号注入装置と、前記信号線から信号を抽出する電流変換器及び信号処理部からなる信号抽出処理装置と、上位監視装置とを備えた液体金属漏洩検出装置であって、前記信号処理部は、抽出した信号から所定周波数帯域の信号量を算出し、前記信号量が閾値以上の場合、周波数毎の信号量の平均値を算出し、前記周波数毎の信号量の前記平均値に対する差分の総和を算出し、前記差分の総和が閾値以上のとき前記センサの異常を判定することを特徴とする。

更に、本発明の液体金属漏洩検出装置の故障診断方法は、２本の電極からなるセンサの一方の電極に電源線により直流を印加し、他方の電極から信号線により信号を取り出す検知工程と、前記センサからの信号が前記信号線を介して入力される演算処理工程と、前記電源線に電流変換器を介して交流を注入する信号注入工程と、前記信号線から電流変換器を介して信号を抽出する信号抽出工程と、抽出した信号を処理する信号処理工程と、上位監視工程とを備えた液体金属漏洩検出装置の故障診断方法であって、前記信号処理工程は、抽出した信号から所定周波数帯域の信号量を算出し、前記信号量が閾値以下の場合、前記検知回路の配線の異常を判定する第１の工程と、前記信号量が閾値以上の場合、周波数毎の信号量の平均値を算出し、前記周波数毎の信号量の前記平均値に対する差分の総和を算出し、前記差分の総和が閾値以上のとき前記センサの異常を判定する第２の工程を有することを特徴とする。

本発明により、液体金属漏洩検出装置における検知回路の配線の断線や絶縁不良、及びセンサの劣化に対する故障診断を確実に行うことができる。

本発明の実施形態１に係る液体金属漏洩検出装置のシステム構成を示す図。信号注入装置の注入回路の例を示す図。信号抽出処理装置の抽出回路の例を示す図。信号抽出処理装置の信号抽出処理の概要を示す図。抽出信号の帯域分布を示す図。故障診断タイミングチャート。故障診断フローを示す図。実施形態２に係る可搬型による信号抽出処理装置を示す図。従来の液体金属漏洩検出装置のシステム構成を示す図。

以下、本発明に係る液体金属漏洩検出装置及びその故障診断方法の実施形態について、図面を参照して説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体金属漏洩検出装置のシステム構成を示す図である。
本実施形態において、始めに、従来の技術と共通する本来の漏洩検出機能について説明する。

ナトリウムの存在のセンシング機能を有する２本の電極棒３からなるセンサ２は、複数設置されている。漏洩個所を検知するための検知回路１は、センサ２、センサ２の一方の電極にＤＣ電源４から直流を印加する電源線５、及び他方の電極から信号を取り出す信号線７からなる。演算処理部９には、ナトリウムとの接触をセンサ２にて検知された場合に信号線７により信号が入力され、漏洩個所が判定される。演算処理部９からの漏洩個所の情報が上位監視装置１０に監視データとして入力される。

次に、本実施形態に特有の故障診断機能を説明する。
ＤＣ電源４からの配線である電源線５に対し電気的には絶縁され、ＣＴ（電流変換器）によって結合された交流信号を注入する信号注入装置６と、センサ２からの配線である信号線７に対し電気的には絶縁され、ＣＴによって結合された信号抽出処理装置８が備えられている。信号抽出処理装置８、複数のセンサ毎に設けられている。

上位監視装置１０が信号注入装置６に故障診断実施の指令を発すると、指令を受けた信号注入装置６は、ＣＴを介してセンサ診断用の信号を電源線５に注入する。一方、信号抽出処理装置８は、信号線７に生じた信号を抽出し故障診断を行い、診断結果の信号は多重伝送され、上位監視装置１０に格納される。

以下、信号注入装置６と信号抽出処理装置８の具体的構成、作用について説明する。
信号注入装置６と信号抽出処理装置８による診断信号の注入、抽出は、独立した別の回路で行われる。信号は、アナログ波形であり数十〜数ＭＨｚ帯の高周波であって、帯域を有するものとする。

図２は、信号注入装置の例を示す図である。
図２において、信号注入装置６は、電源線５に対し結合されるＣＴ部６_１、共振部６_２、増幅部６_３を有する。ＣＴ部６_１の装置側と電源線５側の巻き線比を変更することによる注入量の調整、共振部６_２の共振回路の先鋭度を変更することによる周波数分布特性の調整、増幅部６_３による出力を変更することによる注入信号の強度の調整が可能となる。これらの調整により、適用する回路毎に異なる特性を持つ電源線５に対応した調整が可能となり、効率的な信号注入を行うことができる。

図３は、信号抽出処理装置の例を示す図であり、図４は、信号抽出処理装置の信号抽出処理の概要を示す図である。
図３において、信号抽出処理装置８は、診断対象の信号線７に対し結合されるＣＴ部８_１、共振部８_２、増幅部８_３を有し、ＣＴ部８_１の装置側と信号線７側の巻き線比を変更することにより取得信号の調整、共振部８_２の構成の調整により取得する信号特性を変更することが可能である。なお、共振部８_２として、図示したように直列共振又は並列共振回路を用いている。

図４において、信号抽出処理装置８の信号処理部１１は、信号線７から抽出して取得した信号を増幅した後にフィルタリングを行い、Ａ／Ｄ変換の処理をした後、判定処理として抽出した信号から所定周波数帯域に含まれる全体の信号量を算出し、その信号量が閾値以上か以下によって信号の有無を判断し、検知回路１の配線の故障を判定する。

この配線診断について説明すると、正常な配線の場合は、芯線が被覆されているため、一定の大地との間に絶縁が保たれている。被覆に亀裂等が発生すると、絶縁性能が劣化し、大地間とのループが形成され易くなる。これにより、回路に流れる信号は、大地に流れ、信号抽出処理装置８にて得られる信号量は低下する。この信号の大きさを診断することにより配線に絶縁劣化が発生しているかの判定が可能となる。配線が完全に切れた場合においても、信号が流れなくなり、信号量が零となることにより判定が可能となる。

信号処理部１１は、更に、上記の所定周波数帯域の信号量が閾値以上のとき、デジタル化した信号を周波数毎の信号量に変換する機能、例えば、ウェーブレット変換やＦＦＴ変換等の周波数解析機能を有する。これにより周波数解析の演算を行い帯域分布の結果が求められる。この結果から次のようなセンサ２の診断を行う。

抽出信号の帯域分布を示す図５によりセンサの診断について説明する。
センサ２において、抵抗が増えると信号がなまることを利用している。図５（ａ）に示すように、周波数毎の信号量の変化が小さい場合、すなわち、周波数毎の信号量の平均値に対する差分の総和が小さい場合には、一定の抵抗成分があると見てセンサ２を正常と判定する。図５（ｂ）に示すように、周波数毎の信号量の変化が大きい場合、すなわち、周波数毎の信号量の平均値に対する差分の総和が大きい場合には、短絡傾向にあると見てセンサ２を異常と判定する。これにより、センサ２の点検・補修あるいは交換を告知するのに有効である。

図６は、故障診断タイミングチャートである。
図６において、電源線５には、直流成分に信号注入装置６から注入された診断用信号が重畳される。故障診断は、診断用信号が注入されている区間に判定実施を許可するイネーブル信号を立て、この間の信号解析を実施する。信号解析を実施する単位長は一定周期とし、定期的に信号を抽出する。この処理は、装置内に装備されたクロック信号によって行われる。信号抽出処理装置８では、クロック毎に所定周波数帯域の信号量が閾値以上か以下によって信号の有無を判断し、信号が無いと判断した場合には、配線異常を発信する。更に、信号量が一定以上で周波数分布に変化が有ると、周波数帯毎の信号量を見ることで、センサ２の診断を行う。

図７は、故障診断フローを示す図である。
配線及びセンサの故障診断全体における各ステップのフローを示している。

信号抽出処理装置８により信号を取得し（Ｓ１）、取得した所定周波数帯域の信号について信号量を求める（Ｓ２）。信号量が閾値以上か否か判定し（Ｓ３）、閾値以下であれば絶縁抵抗劣化と判断し（Ｓ４）、検知回路の配線異常を表示する（Ｓ５）。信号量が閾値以上であれば、周波数毎の平均信号量を算出し（Ｓ６）、周波数毎の信号量の平均値に対する差分を算出し（Ｓ７）、差分の総和を求める（Ｓ８）。差分の総和が閾値以上か否か判定し（Ｓ９）、閾値以上であれば抵抗減少と判断し（Ｓ１０）、センサ異常を表示する（Ｓ１１）。閾値以下であればセンサは正常と判定する。

本実施形態では、信号抽出処理装置８で取得した信号の所定周波数帯域の信号量が閾値以上か以下を判断し、閾値以下の場合、検知回路１の配線の異常を判定し、閾値以上の場合、各周波数の解析によりセンサ２の診断を行うことにより、検知回路１の配線の診断とセンサ２の診断の切り分けを行うことが可能である。

なお、信号抽出処理装置８内の信号処理部１１が故障判定機能を有しているが、この故障判定機能を上位監視装置１０に移してもよい。

また、本液体金属漏洩検出装置の故障診断機能を連続的に使用するのではなく、間欠的に用いることにより、時間帯を分離して本来の漏洩検出との信号の混在を避けるように運用することができる。

（実施形態２）
図８は、実施形態２に係る可搬型による信号抽出処理装置を示す図である。
本実施形態は、信号抽出処理装置を可搬型としたものである。実施形態１と共通する点については説明を省略する。

信号抽出処理装置１２は、分割可能なクランプ型ＣＴ１３、及び診断結果表示機能を有する信号処理表示部１４を持っている。

信号処理表示部１４において、クランプ型ＣＴ１３により抽出した信号に対して、所定周波数帯域の信号量を算出し、信号量が閾値以上か以下によって信号の有無を判断して配線の故障を判定する。また、周波数解析の演算結果から、センサ２の劣化を診断して、それらの結果を表示する。信号抽出処理装置１２を可搬型とすることにより、診断したいときに、検出回路１の任意の部位について点検を実施することが可能となり、故障個所の特定に効果を発揮する。

１…検知回路、２…センサ、３…電極、４…ＤＣ電源、５…電源線、６…信号注入装置、６_１…ＣＴ部、６_２…共振部、６_３…増幅部、７…信号線、８…信号抽出処理装置、８_１…ＣＴ部、８_２…共振部、８_３…増幅部、９…演算処理部、１０…上位監視装置、１１…信号処理部、１２…信号抽出処理装置、１３…クランプ型ＣＴ、１４…信号処理表示部。

Claims

２本の電極からなるセンサ、前記センサの一方の電極に直流を印加する電源線、及び他方の電極から信号を取り出す信号線からなる検知回路と、前記センサからの信号が前記信号線を介して入力される演算処理部と、前記電源線に電流変換器を介して交流を注入する信号注入装置と、前記信号線から信号を抽出する電流変換器及び信号処理部からなる信号抽出処理装置と、上位監視装置とを備えた液体金属漏洩検出装置であって、
前記信号処理部は、抽出した信号から所定周波数帯域の信号量を算出し、前記信号量が閾値以下の場合、前記検知回路の配線の異常を判定することを特徴とする液体金属漏洩検出装置。
２本の電極からなるセンサ、前記センサの一方の電極に直流を印加する電源線、及び他方の電極から信号を取り出す信号線からなる検知回路と、前記センサからの信号が前記信号線を介して入力される演算処理部と、前記電源線に電流変換器を介して交流を注入する信号注入装置と、前記信号線から信号を抽出する電流変換器及び信号処理部からなる信号抽出処理装置と、上位監視装置とを備えた液体金属漏洩検出装置であって、
前記信号処理部は、抽出した信号から所定周波数帯域の信号量を算出し、前記信号量が閾値以上の場合、周波数毎の信号量の平均値を算出し、前記周波数毎の信号量の前記平均値に対する差分の総和を算出し、前記差分の総和が閾値以上のとき前記センサの異常を判定することを特徴とする液体金属漏洩検出装置。
前記センサを複数設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体金属漏洩検出装置。
前記信号処理部の代わりに前記上位監視装置が前記センサの異常を判定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体金属漏洩検出装置。
前記信号抽出処理装置は、前記電流変換器をクランプ型とし、前記信号処理部が診断結果を表示する表示部を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体金属漏洩検出装置。
２本の電極からなるセンサの一方の電極に電源線により直流を印加し、他方の電極から信号線により信号を取り出す検知工程と、前記センサからの信号が前記信号線を介して入力される演算処理工程と、前記電源線に電流変換器を介して交流を注入する信号注入工程と、前記信号線から電流変換器を介して信号を抽出する信号抽出工程と、抽出した信号を処理する信号処理工程と、上位監視工程とを備えた液体金属漏洩検出装置の故障診断方法であって、
前記信号処理工程は、抽出した信号から所定周波数帯域の信号量を算出し、前記信号量が閾値以下の場合、前記検知回路の配線の異常を判定する第１の工程と、前記信号量が閾値以上の場合、周波数毎の信号量の平均値を算出し、前記周波数毎の信号量の前記平均値に対する差分の総和を算出し、前記差分の総和が閾値以上のとき前記センサの異常を判定する第２の工程を有することを特徴とする液体金属漏洩検出装置の故障診断方法。