JP2012189470A

JP2012189470A - 耐震評価故障診断装置

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Publication number: JP2012189470A
Application number: JP2011053824A
Authority: JP
Inventors: Yujiro Shimizu; 祐次郎清水; Tatsumasa Haraguchi; 龍将原口
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2012-10-04

Abstract

【課題】地震発生時にプラント設備の機器に構造損傷が発生することなく機能損傷が発生した場合であっても運転員等に適切な情報を提示することができる耐震評価故障診断装置を提供する。
【解決手段】耐震評価故障診断装置において、プラント設備の各機器の故障を診断する故障診断装置１と、プラント設備の各機器の耐震裕度を評価する耐震裕度評価装置２と、観測した地震の観測値に基づき前記故障診断装置１による故障診断結果と前記耐震裕度評価装置２による耐震裕度評価結果とから各機器の故障の確からしさを算出し、算出した故障の確からしさに基づき故障の可能性の高い機器から順に並べ故障点検箇所を指示する総合評価装置３とを備えることとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、耐震評価故障診断装置に関する。

従来、原子力発電所等のプラント設備の機器について、地震による加振力による物理的な損傷（以下、構造損傷という）が発生した場合を想定して、運転員等に耐震安全性に関わる情報を提供し、地震後のプラント設備の点検作業の効率化を図ることを目的とした耐震裕度評価装置が知られている（例えば、下記特許文献１参照）。

下記特許文献１に開示される従来の耐震裕度評価装置においては、地震によりプラント設備の機器に構造損傷が発生した場合であってもプラント設備の機器の機能は維持されることを想定した構成となっており（例えば、下記特許文献１の図１２参照）、応答評価結果のデータベース（例えば、下記特許文献１の図４参照）にはプラント設備の機器が機能しない状態となった損傷（以下、機能損傷という）に対応する応答評価データは存在していない。

つまり、下記特許文献１に開示される従来の耐震裕度評価装置においては、機能損傷にいたる裕度をデータベース化（例えば、下記特許文献１の図１８参照）し、地震によるプラント設備の機器の機能損傷についても考慮しているものの、機能損傷よりも先に構造損傷が発生することが前提となっている。

特開平１１−７２３７５号公報

「原子力プラントインストラクションシステムの開発」、重工技報、三菱重工業株式会社、Ｖｏｌ．２２、Ｎｏ．６、１９８５年１１月経済産業省原子力安全・保安院、「原子力発電所の耐震安全性」、独立行政法人原子力安全基盤機構、初版、平成１９年７月、ｐ．２２「発電用原子力設備規格設計・建設規格第Ｉ編軽水炉規格」、機械学会「ポンププラント故障診断システム」、重工技報、三菱重工業株式会社、Ｖｏｌ．２６、Ｎｏ．２、１９８９年３月、p．９１−９５

しかしながら、実際には、地震によりプラント設備の機器に構造損傷が発生する前に、機能損傷が発生する可能性が高く、上述した従来の耐震裕度評価装置では、プラント設備の機器に構造損傷が発生することなく機能損傷が発生した場合には運転員等に適切な情報を提示することができないという問題があった。

以上のことから、本発明は、地震発生時にプラント設備の機器に構造損傷が発生することなく機能損傷が発生した場合であっても運転員等に適切な情報を提示することができる耐震評価故障診断装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る耐震評価故障診断装置は、
プラント設備の各機器の故障を診断する故障診断手段と、
プラント設備の各機器の耐震裕度を評価する耐震裕度評価手段と、
観測した地震の観測値に基づき前記故障診断手段による故障診断結果と前記耐震裕度評価手段による耐震裕度評価結果とから各機器の故障の確からしさを算出し、算出した故障の確からしさに基づき故障の可能性の高い機器から順に並べ故障点検箇所を指示する総合評価手段と
を備える
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明に係る耐震評価故障診断装置は、第１の発明に係る耐震評価故障診断装置において、
通常時には前記故障診断手段により診断された故障診断結果を表示し、地震発生時には前記総合評価手段により指示された前記故障点検箇所を表示する表示手段を備える
ことを特徴とする。

本発明によれば、地震発生時にプラント設備の機器に構造損傷が発生することなく機能損傷が発生した場合であっても運転員等に適切な情報を提示することができる耐震評価故障診断装置を提供することができる。

本発明の実施例に係る耐震評価故障診断装置の構成を示した模式図である。本発明の実施例に係る耐震評価故障診断装置における総合判定の手順を示した模式図である。本発明の実施例に係る耐震評価故障診断装置における故障診断時点での異常箇所の表示の例を示した図である。本発明の実施例に係る耐震評価故障診断装置における総合判定時点での異常箇所の表示の例を示した図である。本発明の実施例に係る耐震評価故障診断装置における処理の手順を示した模式図である。

以下、本発明に係る耐震評価故障診断装置を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明に係る耐震評価故障診断装置においては、原子力発電所等のプラント設備の各機器の故障を診断する故障診断装置と、プラント設備の各機器の耐震裕度を評価する耐震裕度評価装置と、観測した地震の観測値に基づき故障診断装置による故障診断結果と耐震裕度評価装置による耐震裕度評価結果とから各機器の故障の確からしさを算出し、算出した故障の確からしさに基づき故障の可能性の高い機器から順に並べ故障点検箇所を指示する総合評価装置とを備えることを特徴とする。

このため、本発明に係る耐震評価故障診断装置によれば、耐震裕度評価装置のみでは機能損傷が発生したかどうかを確認することはできないものの、故障診断装置により機能損傷が発生したことを確認することができ、さらに、故障診断装置による故障診断結果と耐震裕度評価装置による耐震裕度評価結果の両者に基づき故障の可能性の高い機器から順に並べ故障点検箇所を指示することにより、運転員等に対してより確度の高い診断及び点検箇所の情報を提示することができる。

以下、本発明に係る耐震評価故障診断装置の実施例について説明する。
はじめに、本実施例に係る耐震評価故障診断装置の構成について説明する。
図１は、本実施例に係る耐震評価故障診断装置の構成を示した模式図である。
図１に示すように、本実施例に係る耐震評価故障診断装置は、例えば、原子炉１１が設置されている原子炉建屋１２の床１２aや、制御盤等の機器が設置されている補助建屋１３の各フロアーの床１３a，１３ｂ，１３ｃ等に設置した複数の震度計１０と、複数の震度計１０の情報が入力される原子炉１１を制御する制御装置１４と、プラント設備の機器の複数個所の故障を診断する故障診断装置１と、プラント設備の機器の耐震裕度を評価する耐震裕度評価装置２と、故障診断装置１による故障診断結果と耐震裕度評価装置２による耐震裕度評価結果とに基づき故障の確からしさを算出する総合評価装置３と、通常時（すなわち、地震時以外）には故障診断装置１においてプラント設備運転中に異常が発生していないかを常時監視して結果を表示し、地震発生時には総合評価装置３の結果を表示する表示装置４とを備えている。

本実施例においては、故障診断装置１においてプラント設備の機器の複数個所の故障を診断する手法として、モデル比較法を用いることとした（例えば、上記非特許文献１の図３参照）。モデル比較法とは、予め算出したプラント設備の各種機器の数値モデルの入出力値と実際のプラント設備の各種機器の入出力値を比較することにより、プラント設備の機器の複数個所の故障を診断するというものである。モデル比較法の有利な点は、数値モデルの設定の仕方により単一の機器のレベルの故障の診断だけでなく、複数の機器により構成されるシステムのレベルの故障の診断も行うことができるという点がある。

また、本実施例においては、耐震裕度評価装置２において構造損傷と機能損傷に対する両者の裕度を評価して、構造損傷と機能損傷に対する両者の裕度の評価結果をデータベース化しておき、地震発生時には、耐震評価の際に使用した振動波形の代わりに実際に観測された地震波を入力して機器・建屋の損傷確率評価を行い、この機器・建屋の損傷確率評価の結果に基づき壊れやすい機器の順序を算出することとした。

なお、近年、原子力発電所の耐震安全性の確保のため、プラント設置計画時に、地震を起因とする原子力発電所を構成する各種の安全システムの損傷などの発生確率をもとに評価を行う地震を起因とした確率論的安全評価（地震ＰＳＡ）が行われている（例えば、上記非特許文献２参照）。この地震ＰＳＡにおいては、機器・建屋の損傷確率評価が行われているが、この機器・建屋の損傷確率評価の結果を用いるようにしてもよい。

ここで、機器の裕度の計算の一例について説明する。
機器の裕度は構造損傷に関する裕度と機能損傷に関する裕度とに分けて考慮する。
構造損傷とは、例えば、ポンプ、配管等が破損して、内部流体が漏洩する場合などである。そして、構造損傷に関する裕度は、下記式（１）に示すように想定地震により機器に加わる発生応力と、機器の各部位の許容応力を比較することにより求める。
構造損傷に関する裕度＝許容応力／発生応力（１）

なお、構造損傷に関する裕度は、各機器の応力が集中すると予想される部位毎に評価することとする。このため、発生応力は、例えば、ポンプの場合であれば、応力が集中する部位は、ポンプ本体を固定しているボルトと想定されるため、ボルトに加わる応力を求めることとし、ポンプを１質点集中荷重モデルとして、地震により発生する力が加わったときに台板のボルト部に発生する発生応力とする。また、地震により発生する力は、想定する地震波のスペクトラム波形から、各機器の固有振動数における発生加速度により求める。また、許容応力は、評価部位の材質のＳｕ値(設計引張強さ（終局強度）)から求める。なお、評価部位の材質のＳｕ値は、上記非特許文献３の付録材料図表Ｐａｒｔ５の表９より読み取る。

また、機能損傷とは、例えば、電気盤の場合であれば、電気盤の構造に異常がなくとも地震による加振力の影響で、本来の機能を果たさなくなる場合などである。機能損傷に関する裕度は、例えば、実際に機器を振動台で加振試験し、機能が維持されるか又は故障するかを判定した上で、下記式（２）に示すように機能の維持が確認された最大加振力を機能維持加速度とし、地震加振力により発生する機器応答加速度との比により求める。
機能損傷に関する裕度＝機能維持加速度／機器応答加速度（２）

そして、上述した構造損傷に関する裕度と機能損傷に関する裕度とに基づき各機器について裕度の小さいものから並べることで、壊れやすい機器の順序を求めることができる。

ところで、地震の場合、同時に複数の機器に故障が発生する場合がありうる。このため、本実施例においては、総合評価装置３において故障診断の結果、複数の故障機器の候補が出たものとして複数の故障機器の故障診断の確からしさを耐震裕度評価装置２の評価結果に基づいて修正し、故障点検候補の順序に反映し、表示装置４に表示させることとした。

ここで、故障診断の確からしさの計算の一例について説明する。
故障診断の確からしさは、例えば、各機器の故障率に基づき定めることとする。例えば、上述したモデル比較法により、対象機器の数値モデルから異常があると診断された場合、その数値モデルがポンプ、配管、電気盤から構成され、それぞれの故障率をａ１、ａ２、ａ３とした場合、ポンプの故障の確からしさは「ａ１／（ａ１＋ａ２＋ａ３）」、配管の故障の確からしさは「ａ２／（ａ１＋ａ２＋ａ３）」、電気盤の故障の確からしさは「ａ３／（ａ１＋ａ２＋ａ３）」となる。そして、故障率の高い機器は、故障している可能性が高いということを意味することとなる（例えば、上記非特許文献４参照）。

なお、耐震裕度評価装置２においては地震による加振力での構造損傷又は機能損傷の起きやすさを裕度で評価しており、裕度が小さいものほど損傷を受けやすいということができる。このため、故障診断で異常が判定された場合、故障診断による故障率による確からしさではなく、その異常が判定された機器のうち裕度が最も小さいものが損傷を受けたと推定するのが合理的である。

図２は、本実施例に係る耐震評価故障診断装置における総合判定の手順を示した模式図である。
図２に示すように、はじめに、ステップＰ１において、各機器について故障診断を行う。次に、ステップＰ２において、故障診断の結果に基づき故障機器リストを作成する。次に、ステップＰ３において、故障機器リストの機器に関して故障可能性を計算する。最後に、ステップＰ４において、故障機器リストを裕度が小さい順に並べ替える。これは、裕度が小さい機器ほど地震による損傷を受けて故障となった可能性が高いためである。

図３は、本実施例に係る耐震評価故障診断装置における故障診断時点での異常箇所の表示の例を示した図である。また、図４は、本実施例に係る耐震評価故障診断装置における総合判定時点での異常箇所の表示の例を示した図である。
本実施例に係る耐震評価故障診断装置においては、故障診断装置１による故障診断により系統Ａに異常があると診断され、電気盤、ポンプ、配管のいずれかに異常があり故障の確からしさが「電気盤＞ポンプ＞配管」となった場合、図３に示すように表示装置４に表示する。

また、耐震裕度評価装置２により各機器が設置された床１２a，１３a，１３ｂ，１３ｃ上に設置された地震計１０により観測された観測床応答加速度を入力して各機器の裕度を計算し、その結果、例えば、裕度が「ｍ１＜ｍ３＜ｍ２」となったとする。この場合、地震による加振力による故障の起こりやすさの判定を優先させて最終的な故障機器の順序を変更し、図４に示すように表示装置４に表示する。なお、故障診断により異常が検出されなかった系統の機器に関しては、地震による被害を受けなかったものと想定して、点検箇所を絞り込むこととする。
以上が本実施例に係る耐震評価故障診断装置の構成についての説明である。

次に、本実施例に係る耐震評価故障診断装置における処理の手順について説明する。
図５は、本実施例に係る耐震評価故障診断装置における処理の手順を示した模式図である。
図５に示すように、本実施例に係る耐震評価故障診断装置においては、地震発生後、ステップＰ１０において、故障診断装置１により各機器について故障診断を行う。
次に、ステップＰ１１において、故障診断装置１により各機器の応答に異常があるか判断する。
次に、故障診断装置１により応答に以上のあった機器を故障機器としてリストアップする。

また、本実施例に係る耐震評価故障診断装置においては、地震発生後、ステップＰ２０において、耐震裕度評価装置２により各床１２a，１３a，１３ｂ，１３ｃに設置された震度計１０から床応答加速度を観測する。なお、観測した床応答加速度のデータは観測床応答データベース５に記憶する。

次に、ステップＰ２１において、耐震裕度評価装置２により観測した床応答加速度の観測値の応答スペクトルと、プラント設置計画時に各機器について算出し作成した計画床応答加速度データベース及び機能維持加速度データベース６から各機器について損傷が発生しない加速度の最大値である床応答加速度の計画値の応答スペクトルとを比較する。

次に、ステップＰ２２において、耐震裕度評価装置２により観測値が計画値を超えたか判断する。なお、計画床応答加速度データベース及び機能維持加速度データベース６のデータは、観測床応答データベース５のデータに基づき更新することにより、より高精度な耐震裕度評価を行うようにすることができる。
次に、ステップＰ２３において、耐震裕度評価装置２により観測値が計画値を超えた機器を故障した可能性のある故障可能性機器としてリストアップする。

そして、本実施例に係る耐震評価故障診断装置においては、ステップＰ３０において、総合評価装置３により故障診断装置１においてリストアップした故障機器と耐震裕度評価装置２においてリストアップした故障可能性機器の両者より、故障の可能性の高い機器から順に故障点検候補としてリストアップする。
最後に、ステップＰ３１において、総合評価装置３によりプラント設備の機器の系統図や配置図にリストアップした故障点検候補に基づき故障点検箇所を指示し、表示装置４に故障点検箇所を表示させる。
以上が本実施例に係る耐震評価故障診断装置における処理の手順である。

以上説明したように、本実施例に係る耐震評価故障診断装置によれば、地震発生時にプラント設備の機器に構造損傷が発生することなく機能損傷が発生した場合であっても運転員等に適切な情報を提示することができる耐震評価故障診断装置を提供することができる。

本発明は、プラント設備、例えば、原子力発電所のプラント設備の機器の耐震評価故障診断装置に利用することが可能である。

１故障診断装置
２耐震裕度評価装置
３総合評価装置
４表示装置
５観測床応答データベース
６計画床応答加速度データベース及び機能維持加速度データベース
１０震度計
１１原子炉
１２原子炉建屋
１２a 原子炉建屋の床
１３補助建屋
１３a，１３ｂ，１３ｃ補助建屋の各フロアーの床
１４制御装置

Claims

プラント設備の各機器の故障を診断する故障診断手段と、
プラント設備の各機器の耐震裕度を評価する耐震裕度評価手段と、
観測した地震の観測値に基づき前記故障診断手段による故障診断結果と前記耐震裕度評価手段による耐震裕度評価結果とから各機器の故障の確からしさを算出し、算出した故障の確からしさに基づき故障の可能性の高い機器から順に並べ故障点検箇所を指示する総合評価手段と
を備える
ことを特徴とする耐震評価故障診断装置。
通常時には前記故障診断手段により診断された故障診断結果を表示し、地震発生時には前記総合評価手段により指示された前記故障点検箇所を表示する表示手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の耐震評価故障診断装置。