JP2012150088A - 振動領域モニタおよびその健全性確認方法 - Google Patents

振動領域モニタおよびその健全性確認方法 Download PDF

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Abstract

【課題】振動領域モニタの検証性を向上する。
【解決手段】振動領域モニタ１は、局部出力領域モニタ１０から送信されたＬＰＲＭ検出信号のノイズを除去するノイズ除去フィルタ１４と、ノイズが除去されたＬＰＲＭ検出値の時間平均値を計算する平均化処理部１５と、ＬＰＲＭ検出値の平均値を入力され時間平均値を演算する時間平均処理部１６と、ＬＰＲＭ検出値の高さ方向平均値及び時間平均値が入力されセル値毎に規格化セル値を演算する規格化セル値演算部１７と、規格化セル値毎に振幅ベーストリップ、増加率トリップ及びペリオドベーストリップにより出力振動の監視を行い設定値を超えたときにスクラムトリップを出力するトリップ判定部１３と、時系列で変化可能な模擬セル値を生成しトリップ判定部１３に出力する健全性確認用基本信号発信部１１と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、沸騰水型原子炉における炉心安定性対策としての振動領域モニタおよびその健全性確認方法に関する。
沸騰水型原子炉において、炉心安定性対策として振動領域モニタ（Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｎｇｅ Ｍｏｎｉｔｏｒ：以下、ＯＰＲＭという。）が使用されている。このＯＰＲＭを使用したＯＰＲＭシステムでは、核熱水力安定性で特性的な振動を示す中性子束振動を検知して原子炉スクラムをさせることにより、燃料健全性が損なわれる前に中性子束振動を抑制することを目的としている。
ＯＰＲＭは、局部出力領域モニタ（Ｌｏｃａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｎｇｅ Ｍｏｎｉｔｏｒ：以下、ＬＰＲＭという。）からの信号が入力される入力信号処理部と、この入力信号処理部からの信号の振幅、周期を検知して判定値を超えたときにスクラムトリップ信号を出力するトリップ判定部を備える。
特開平４−３３５１９７号公報
従来のＯＰＲＭは、ＬＰＲＭ検出信号と平行して固定の模擬ＬＰＲＭ信号を入力信号処理部に入力して、常時、入力信号処理部の自己診断を行っていた。
しかしながら、時系列でのセル値の変化を捉えトリップ判定を行うトリップ判定部は、ある固定の閾値ではトリップ判定の健全性を確認することができなかった。
本発明は、トリップ判定部の健全性を確認することができる振動領域モニタおよびその健全性確認方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、局部出力領域モニタから入力されるＬＰＲＭ信号から規格化セル値を算出する入力信号処理部と、時系列で変化可能な模擬セル値を生成する健全性確認用基本信号発生部と、前記入力信号処理部から前記規格化セル値が入力され、前記健全性確認用基本信号発生部から前記模擬セル値が入力され、前記規格化セル値および前記模擬セル値を判定値と比較して前記判定値を超えたときにスクラムトリップ信号を出力するトリップ判定部とを備えたことを特徴とするものである。
本発明によれば、トリップ判定部の健全性を確認することができる。
本発明の第１の実施の形態のＯＰＲＭの構成を示すブロック図。 ＡＢＡトリップの概要を示す図。 ＡＢＡトリップ判定アルゴリズムのフローを示す図。 ＧＲＡトリップの概要を示す図。 ＧＲＡトリップ判定アルゴリズムのフローを示す図。 ＰＢＤＡトリップの概要を示す図。 ＰＢＤＡトリップ判定アルゴリズムのフローを示す図。 本発明の第２の実施の形態のＡＢＡ／ＧＲＡトリップ判定部の異常箇所特定信号を示す図。 本発明の第２の実施の形態のＰＢＤＡトリップ判定部の異常箇所特定信号を示す図。 本発明の第３の実施の形態の判定値の設定変更に対応したＡＢＡトリップ判定部の模擬セル値を示す図。 本発明の第４の実施の形態のＯＰＲＭの構成を示すブロック図。
以下、本発明に係る振動領域モニタ（ＯＰＲＭ）およびその健全性確認方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態のＯＰＲＭの構成を示すブロック図である。
ＯＰＲＭ１は、テスト用ＯＰＲＭセルの規格化セル値がある目標値になるようにテスト用ＯＰＲＭセルに入力される健全性確認用の固定の模擬ＬＰＲＭ信号を発信する固定の模擬ＬＰＲＭ信号発信部２０、原子炉内に配置されたＬＰＲＭ１０のＬＰＲＭ検出信号および固定の模擬ＬＰＲＭ信号が入力される入力信号処理部１２、テスト用ＯＰＲＭセルの規格化セル値異常判定部１９、健全性確認用基本信号発信部１１及びトリップ判定部１３で構成される。入力信号処理部１２は、ノイズ除去フィルタ１４、平均化処理部１５、時間平均処理部１６および規格化セル値演算部１７で構成される。
ＯＰＲＭ１は、５２チャンネルのＬＰＲＭ検出信号をＬＰＲＭ１０Ａ〜Ｄから受信する。この受信したＬＰＲＭ検出信号及び固定の模擬ＬＰＲＭ信号はノイズ除去フィルタ１４に送信される。
ノイズ除去フィルタ１４で、ノイズが除去される。ノイズが除去された各ＬＰＲＭ検出値は、４チャンネル毎のＬＲＰＭ検出器集合体から構成される計４４個のＯＰＲＭセルに割り当てられ、平均化処理部１５に送信される。ノイズが除去された固定の模擬ＬＰＲＭ値は、テスト用ＯＰＲＭセルに割り当てられ、平均化処理部１５に送信される。
平均化処理部１５は、各ＯＰＲＭセルに割り当てられたＬＰＲＭ検出値の平均値を計算し、テスト用ＯＰＲＭセルに割り当てられた固定の模擬ＬＰＲＭ値の平均値を計算する。
テスト用ＯＰＲＭセルに対する平均値を含む４５個の平均値は、時間平均処理部１６で時間平均値が演算される。この時間平均値は規格化セル値演算部１７に送信される。
規格化セル値演算部１７は、高さ方向平均値及び時間平均値を演算して、各ＯＰＲＭセルの規格化セル値およびテスト用ＯＰＲＭセルの規格化セル値を求める。各ＯＰＲＭセルの規格化セル値は、トリップ判定部１３に入力される。テスト用ＯＰＲＭセルの規格化セル値は、テスト用ＯＰＲＭセルの規格化セル値異常判定部１９に入力される。
テスト用ＯＰＲＭセルの規格化セル値異常判定部１９は、演算結果であるテスト用ＯＰＲＭセルの規格化セル値がその目標値になるか否かを判定することにより、入力信号処理部１２の異常判定を行う。
健全性確認用基本信号発信部１１は、時系列で変化可能な模擬セル値を生成し、任意のタイミング（例えば、トリップ点校正モードに切り替える時、一定の周期等）でトリップ判定部１３に出力する。
トリップ判定部１３は、ＯＰＲＭセルの規格化セル値毎に、一定時間内に振幅のピークが判定値を超えたときにスクラムトリップ信号を出力する振幅ベーストリップ（ＡＢＡトリップ）判定部１３ａ、セル信号が急激に発振することを検知して判定値を超えたときにスクラムトリップ信号を出力する増加率トリップ（ＧＲＡトリップ）判定部１３ｂおよび特定の周期で発振することを検知して判定値を超えたときにスクラムトリップ信号を出力するペリオドベーストリップ（ＰＢＤＡトリップ）判定部１３ｃを備え、この３種類の多様性を持ったアルゴリズムで出力振動の監視を行ない、いずれか判定部で判定値を超えたときにスクラムトリップ信号を出力する。
ここで、ＡＢＡトリップ判定部１３ａの判定ステップ及び規格化セル値と判定値の比較状況について、図２のＡＢＡトリップ判定の概要を示す図および図３のＡＢＡトリップ判定アルゴリズムのフローを示す図を用いて説明する。
第一山ピーク検出（Ｓ３１）：規格化セル値Ｓ（ｔ）の山ピーク値を判定値Ｓ１と比較して、判定値Ｓ１を超える第一山ピークＰ１を検出する。ここで、Ｓ（ｔ）は時間ｔの関数である。
第一谷ピーク検出（Ｓ３２）：Ｓ３１で第一山ピークＰ１を検出した時には、規格化セル値Ｓ（ｔ）の谷ピーク値を判定値Ｓ２と比較して、判定値Ｓ２を下回る第一谷ピークを検出する。
ピーク間経過時間判定（Ｓ３３）：Ｓ３２で第一谷ピークを検出した時には、第一山ピークＰ１と第一谷ピークとの間の時間が一定時間Ｔ１内かを判定する。一定時間Ｔ１を超えていた時にはＳ３１に戻る。
第二山ピーク検出（Ｓ３４）：Ｓ３３で第一山ピークＰ１と第一谷ピークとの間の時間が一定時間Ｔ１内である時には、規格化したセル値Ｓ（ｔ）の山ピーク値を判定値Ｓｍａｘと比較して、判定値Ｓｍａｘを超える第二山ピークを検出する。
ピーク間経過時間判定（Ｓ３５）：Ｓ３４で第二山ピークを検出した時には、第一谷ピークと第二山ピークとの間の時間が一定時間Ｔ２内かを判定する。一定時間Ｔ２を超えていた時にはＳ３２に戻る。
スクラムトリップ信号出力（Ｓ３６）：Ｓ３５で第一谷ピークと第二山ピークとの間の時間が一定時間Ｔ２内である時には、スクラムトリップ信号が出力される。
次に、ＧＲＡトリップ判定部１３ｂの判定ステップ及び規格化セル値と判定値の比較状況について、図４のＧＲＡトリップ判定の概要を示す図および図５のＧＲＡトリップ判定アルゴリズムのフローを示す図を用いて説明する。
ＧＲＡトリップ判定部１３ｂは、ＯＰＲＭセルの信号が発振して増加する割合によりトリップを判断するもので、ＡＢＡトリップ判定部１３ａとほぼ同様のアルゴリズムであるが、第二山ピーク検出（Ｓ５４）が異なる。
第二山ピーク検出（Ｓ５４）：Ｓ５３で第一山ピークと第一谷ピークとの間の時間が一定時間Ｔ１内である時には、前サイクルの第一山ピーク値Ｐ１と許容される最大の増倍率ＤＲ３から判定値Ｓ３が計算され、この判定値Ｓ３と規格化したセル値Ｓ（ｔ）の山ピーク値とを比較して、判定値Ｓ３を超える第二山ピークを検出する。
次に、ＰＢＤＡトリップ判定部１３ｃの判定ステップ及び規格化セル値と判定値の比較状況について図６のＰＢＤＡトリップ判定の概要を示す図および図７のＰＢＤＡトリップ判定アルゴリズムのフローを示す図を用いて説明する。
ＰＢＤＡトリップ判定部１３ｃは、特定周波数の振動継続数Ｎとその規格化したセル値Ｓ（ｔ）を検知するものであるが、時系列でセル値の変化を捉えるところはＡＢＡ／ＧＲＡトリップ判定部と同様である。
第一山ピーク検出（Ｓ７１）：規格化セル値Ｓ（ｔ）の第一山ピークを検出する。
第一谷ピーク検出（Ｓ７２）：Ｓ７１で第一山ピークを検出した時には、規格化セル値Ｓ（ｔ）の第一谷ピークを検出する。
第二山ピーク検出（Ｓ７３）：Ｓ７２で第一谷ピークを検出した時には、規格化セル値Ｓ（ｔ）の第二山ピークを検出する。
発振周波数判定（Ｓ７４）：Ｓ７３で第二山ピークを検出した時には、第一山ピーク、第一谷ピークおよび第二山ピークから発振周波数を判定する。
振動継続数判定（Ｓ７５）：Ｓ７４で発振周波数を判定した時には、ある範囲の特定周期（Ｔ０〜Ｔ１６）の連続した振動継続数Ｎと判定値Ｎｐとを比較して、振動継続数Ｎが判定値Ｎｐを超えるかを判定する。
振幅トリップ判定（Ｓ７６）：Ｓ７５で振動継続数Ｎが判定値Ｎｐを超えた時には、規格化セル値Ｓ（ｔ）の振幅と振幅トリップ判定値Ｓｐとを比較して、規格化セル値Ｓ（ｔ）の振幅が振幅トリップ判定値Ｓｐを超えるかを判定する。
スクラムトリップ信号出力（Ｓ７７）：Ｓ７６で規格化セル値Ｓ（ｔ）の振幅が振幅トリップ判定値Ｓｐを超えた時には、スクラムトリップ信号を出力する。
健全性確認用基本信号発信部１１から模擬セル値がトリップ判定部１３に入力され、トリップ判定部１３の出力が模擬セル値に対する正常時の出力と異なる場合、例えば、判定値を超える模擬セル値が入力されたのにスクラムトリップ信号が出力されない、または判定値を超えない模擬セル値が入力されたのにスクラムトリップ信号が出力される等の場合、ＯＰＲＭの前面パネル等にトリップ判定部１３が異常であることを表示する。
健全性確認用基本信号発信部１１、入力信号処理部１２及びトリップ判定部１３を処理の高速化及び容量の大規模化が進んだＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）によって構成する。
本実施の形態によれば、トリップ判定部１３に時系列で変化可能な模擬セル値を入力し、ＡＢＡトリップ判定部、ＧＲＡトリップ判定部及びＰＢＤＡトリップ判定部の健全性を確認することでＯＰＲＭの検証性を向上させることができる。また、健全性確認用基本信号発信部１１、入力信号処理部１２及びトリップ判定部１３をＦＰＧＡで構成することにより、処理を高速化することができる。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態について、図面を参照して説明する。
ＯＰＲＭの構成は図１と同じであるが、健全性確認用基本信号発信部１１は、異常箇所特定信号を出力する。トリップ判定部１３に異常箇所特定信号が入力され、トリップ判定部１３の各箇所の異常箇所特定信号に対する判定を抽出して、異常箇所特定信号に対する正常時の出力と比較することにより異常箇所を特定することができる。
図８にＡＢＡ／ＧＲＡトリップ判定部１３ａ、ｂの異常箇所特定信号の一例を示す。この異常箇所特定信号は、ＡＢＡ／ＧＲＡトリップ判定アルゴリズムの第一山ピーク検出（Ｓ３１／Ｓ５１）の条件を満たすが、第一谷ピーク検出（Ｓ３２／Ｓ５２）および第二山ピーク検出（Ｓ３４／Ｓ５４）の条件は満たさない信号である。この異常箇所特定信号に対する第一山ピーク検出（Ｓ３１／Ｓ５１）、第一谷ピーク検出（Ｓ３２／Ｓ５２）および第二山ピーク検出（Ｓ３４／Ｓ５４）における判定を抽出して、異常箇所特定信号に対する正常時の出力と比較することにより異常箇所を特定することができる。
図９にＰＢＤＡトリップ判定部１３ｃの異常箇所特定信号の一例を示す。この異常箇所特定信号は、ＰＢＤＡトリップ判定アルゴリズムの特定周波数であるＴ１〜Ｔ４と特定周波数ではないＴ５〜Ｔ９から形成される。この異常箇所特定信号は、ＰＢＤＡトリップ判定アルゴリズムの第一山ピーク検出（Ｓ７１）、第一谷ピーク検出（Ｓ７２）および第二山ピーク検出（Ｓ７３）（以下、Ｓ７１〜Ｓ７３をＰＢＤＡトリップ判定ピーク検出という。）の条件を満たすが、発振周波数判定（Ｓ７４）の条件を満たさない信号である。この異常箇所特定信号に対するＰＢＤＡトリップ判定ピーク検出および発振周波数判定（Ｓ７４）における判定を抽出して、異常箇所特定信号に対する正常時の出力と比較することにより異常箇所を特定することができる。
本実施の形態によれば、健全性確認用基本信号発信部１１において、トリップ判定部１３の異常箇所を特定する異常箇所特定信号が生成されることにより、すなわち、各条件判定部に対応する異常箇所特定信号を模擬セル値と共に併せ持つことにより、トリップ判定部１３の異常箇所の特定もすることができる。
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態について、図面を参照して説明する。
ＯＰＲＭの構成は図１と同じであるが、健全性確認用基本信号発信部１１は、ＯＰＲＭのトリップ判定条件の変更と連動した模擬セル値を生成する。ＯＰＲＭのトリップ判定は、規格化セル値の波形の振幅及び振動間隔によって判定される。すなわち、判定振幅設定値、振動間隔最小判定値又は振動間隔最大判定値で判定される。ＯＰＲＭのトリップ判定条件が変化して判定振幅設定値、振動間隔最小判定値又は振動間隔最大判定値が運転員によって変更された時に、健全性確認用基本信号発信部１１がトリップ判定条件の変化に伴う設定変更と連動した模擬セル値を生成することにより、トリップ判定部１３の健全性を確認することができる。
図１０は、判定値の設定変更に対応したＡＢＡトリップ判定部１３ａの模擬セル値を示す図である。ＡＢＡトリップ判定部１３ａの模擬セル値を以下の（１）式が示す健全性確認用正弦波を用いて設定する。
Ｓ（ｔ）＝（Ｓｍａｘ−１．００）＊ｓｉｎ（ｔａｂａ）＋１．００ （１）
ここで、Ｓｍａｘ：ＡＢＡトリップ判定振幅設定値、Ｔ：周期、ＴＬ（振動間隔最小判定値）＜Ｔ＜ＴＨ（振動間隔最大判定値）、ｔａｂａ＝（π／Ｔ）＊ｔである。
本実施の形態によれば、模擬セル値を健全性確認用正弦波を用いて設定することにより、判定値の設定変更と連動した模擬セル値が発生するために、トリップ判定条件が変化しても健全性の確認を行うことができる。
なお、健全性確認用正弦波に対する位相を設定するときは、振動間隔最小判定値から振動間隔最大判定値の範囲の値を用いる。
（第４の実施の形態）
図１１は、本発明の第４の実施の形態のＯＰＲＭの構成を示すブロック図であり、図１と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
第４の実施の形態のＯＰＲＭ２は、健全性確認用基本信号発生部１８を固定の模擬ＬＰＲＭ信号発信部の代わりに備えている。健全性確認用基本信号発信部１８は、入力信号処理部１２の出力がトリップ判定部１３の健全性を確認するための時系列で変化可能な模擬セル値となるような信号およびテスト用ＯＰＲＭセルに入力される健全性確認用の固定の模擬ＬＰＲＭ信号を発信する。
健全性確認用基本信号発信部１８の出力は、入力信号処理部１２に入力される。入力信号処理部１２は、トリップ判定部１３の健全性を確認するための模擬セル値をトリップ判定部１３に出力し、固定の模擬ＬＰＲＭ信号をテスト用ＯＰＲＭセルの規格化セル値異常判定部１９に出力する。
本実施の形態によれば、トリップ判定部１３の健全性確認用基本信号発信部１８の配置を入力信号処理部１２の上流側に変更して、健全性確認用基本信号発信部１８がトリップ判定部１３の健全性を確認するための信号だけでなく健全性確認用の固定の模擬ＬＰＲＭ信号も発信することにより、トリップ判定部１３の健全性を確認することができるうえに、固定の模擬ＬＰＲＭ信号発信部２０が不要となり、システム構成を簡略化させることができる。
以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、各実施の形態の構成を組み合わせて、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
１，２…ＯＰＲＭ、１０,１０Ａ〜１０Ｄ…ＬＰＲＭ、１１，１８…健全性確認用基本信号発信部、１２…入力信号処理部、１３…トリップ判定部、１３ａ…振幅ベーストリップ（ＡＢＡトリップ）判定部、１３ｂ…増加率トリップ（ＧＲＡトリップ）判定部、１３ｃ…ペリオドベーストリップ（ＰＢＤＡトリップ）判定部、１４…ノイズ除去フィルタ、１５…平均化処理部、１６…時間平均処理部、１７…規格化セル値演算部、１９…テスト用ＯＰＲＭセルの規格化セル値異常判定部、２０…固定の模擬ＬＰＲＭ信号発信部。

Claims (5)

  1. 局部出力領域モニタから入力されるＬＰＲＭ信号から規格化セル値を算出する入力信号処理部と、
    時系列で変化可能な模擬セル値を生成する健全性確認用基本信号発生部と、
    前記入力信号処理部から前記規格化セル値が入力され、前記健全性確認用基本信号発生部から前記模擬セル値が入力され、前記規格化セル値および前記模擬セル値を判定値と比較して前記判定値を超えたときにスクラムトリップ信号を出力するトリップ判定部と
    を備えたことを特徴とする振動領域モニタ。
  2. 前記健全性確認用基本信号発生部は、前記トリップ判定部の設定値の変化と連動した模擬セル値を送信することを特徴とする請求項１記載の振動領域モニタ。
  3. 前記健全性確認用基本信号発信部は、健全性確認用正弦波を用いて前記模擬セル値を設定することを特徴とする請求項１または２に記載の振動領域モニタ。
  4. 時系列で変化可能な模擬セル値を生成するための信号を発生させる健全性確認用基本信号発生部と、
    局部出力領域モニタから入力されるＬＰＲＭ信号から規格化セル値を算出し、前記健全性確認用基本信号発生部の入力される信号から模擬セル値を算出する入力信号処理部と、
    前記入力信号処理部から前記規格化セル値および前記模擬セル値が入力され、前記規格化セル値および前記模擬セル値を判定値と比較して前記判定値を超えたときにスクラムトリップ信号を出力するトリップ判定部と
    を備え、
    前記健全性確認用基本信号発生部は、固定の模擬ＬＰＲＭ信号を発生させ、前記固定の模擬ＬＰＲＭ信号を前記入力信号処理部に出力することを特徴とする振動領域モニタ。
  5. 局部出力領域モニタのＬＰＲＭ信号から規格化セル値を算出する工程と、
    時系列で変化可能な模擬セル値を生成する工程と、
    前記規格化セル値および前記模擬セル値を判定値と比較する工程と、
    前記規格化セル値および前記模擬セル値が前記判定値を超えたときにスクラムトリップ信号を出力する工程と
    を備えたことを特徴とする振動領域モニタの健全性確認方法。
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