JP2013140080A - 計器健全性判定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラントで事故が発生した場合に事故事象の進展に応じて計器の健全性を判定可能な計器健全性判定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明においては、プラントで事故が発生した場合に、計器の健全性を判定する計器健全性判定装置であって、プラント各部に設置された計器の計測値を入力するデータ入力装置と、入力した計器の計測値を用いてプラントの事故事象を推定する事故事象推定手段と、事故事象ごとに、当該事故事象のときのプラント各部における環境条件を推定する計器環境推定手段と、少なくとも環境条件に対応する計器仕様を格納した計器仕様データベースと、事故事象における環境条件と計器仕様に基づき、計器の健全性を判定する計器健全性判定手段と、計器の健全性判定結果を表示する判定結果出力装置を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラント計器の健全性を判定する装置及び方法に関する。

原子力プラント等では、プラント内で使用する各種計器の健全性を確保するために、定期検査において点検、校正作業が行われている。また、運転中のプロセス値などを利用して、計器の健全性を診断する常時診断技術も開発、採用されている。

一方、原子力プラント等で過酷事故が発生した場合には、計器の計測値は非常に重要な監視対象であるが、計測値の信頼性は低下するおそれがある。過酷事故によって、計器周辺環境の温度上昇、放射線量増加、水没などが生じれば、計器の故障、破損が考えられるためである。

計器の健全性を判定する方法として、特許文献１による手法が知られている。特許文献１には、「プラントに設けられた機器をプラントに設けられた複数のセンサで計測した計測データを用いて診断する機器診断方法において、センサで計測された計測データのドリフト量を算出し、センサの複数の校正データに基づいてセンサのドリフト分布を求め、算出されたドリフト量がドリフト分布の標準偏差内に存在するかを判定し、算出されたドリフト量がドリフト分布の標準偏差内に存在すると判定されたとき、ドリフト量の算出に用いた計測データを出力したセンサの計測データを、ドリフト量を用いて補正し、補正された計測データに基づいて機器の診断を行う」と記載されている。

また、事故時の事象を予測する方法として、特許文献２による手法が知られている。特許文献２には、「原子力施設において事故が発生した場合に、原子力施設の運転情報に基づいてこの事故の起因事象を同定し、この事故に対する避難対策を立案する原子力緊急時対応システムであって、原子力施設の運転情報を取得する運転情報取得手段と、原子力施設の運転情報と、各事故の起因事象との相関関係情報を予め記憶した相関関係データベースと、原子力施設で事故が発生した場合には、運転情報取得手段によって取得された運転情報と、相関関係データベースに記憶された相関関係情報とに基づいて、この事故の起因事象を同定する起因事象同定手段を備える」と記載されている。

特開２０１１−７５３７３号公報 特開２００３−２１５２４６号公報

特許文献１の方法では、プラント運転時の状態を学習して、プラント運転時における計器のドリフトや異常を診断する。しかし、過酷事故でプラントが停止し、高温や放射線で多くの計器が故障するような状態を学習しておくことはできず、診断を実施するのが困難である。特許文献１には、過酷事故において計器の健全性を判定する方法については記載されていない。

特許文献２の方法では、原子力施設の運転情報に基づいて起因事象を同定し、同定した起因事象に基づいて事象進展を推論し、推論した結果に基づいて被ばく予測を行うが、計器の健全性を判定する方法については記載されていない。

過酷事故発生時には、事象進展に伴い、プラント内の各場所において温度、放射線量、水位などが変化する。計器の健全性を判定するには、その環境条件を考慮することが重要である。

そこで本発明においては、プラントで事故が発生した場合に事故事象の進展に応じて計器の健全性を判定可能な計器健全性判定装置及び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に本発明においては、プラントで事故が発生した場合に、計器の健全性を判定する計器健全性判定装置であって、プラント各部に設置された計器の計測値を入力するデータ入力装置と、入力した計器の計測値を用いてプラントの事故事象を推定する事故事象推定手段と、事故事象ごとに、当該事故事象のときのプラント各部における環境条件を推定する計器環境推定手段と、少なくとも環境条件に対応する計器仕様を格納した計器仕様データベースと、事故事象における環境条件と計器仕様に基づき、計器の健全性を判定する計器健全性判定手段と、計器の健全性判定結果を表示する判定結果出力装置を備えたことを特徴とする。

また計器健全性判定手段は、計器仕様が定める条件を、事故事象における環境条件が超過しているときに当該計器の健全性に不安があると判定することを特徴とする。

また環境条件は温度、放射線量、水没の有無であることを特徴とする。

また計器仕様は計器の設置場所、耐熱条件、耐放射線条件、耐水条件であることを特徴とする。

またデータ入力装置は計器の計測値以外にプラント状態情報を含み、事故事象推定手段は入力した情報から事故事象の進展を予測する予測機能を備えることを特徴とする。

また判定結果出力装置には、プラント構成図上に計器の情報がその設置場所、計器の健全性とともに表示されることを特徴とする。

上記課題を解決するために本発明においては、プラントの事故事象ごとに、当該事故事象のときのプラント各部における環境項目の環境条件と、該環境項目の環境条件に対応する計器仕様を保持し、プラント各部に設置された計器の計測値を用いてプラントの事故事象を推定し、推定した事故事象のときの前記環境項目の環境条件と前記計器仕様に基づき計器の健全性を判定することを特徴とする。

原子力プラントで事故が発生した場合に、プラントの計測値を用いて事故事象を推定し、事故事象に基づきプラントの各場所の環境条件を推定し、環境条件と計器仕様に基づき、計器の健全性を判定できる。

実施例１の計器健全性判定装置の構成を示す図。 計算機に入力された計測値の例を示す図。 事故事象推定手段に備える計測値と事象の対応を示す図。 計器環境推定手段に備える事故事象、場所、環境条件の対応を示す図。 計器仕様データベースの構成を示す図。 計器健全性判定手段の結果を表示する出力画面の例を示す図 実施例１の計器健全性判定処理を示すフローチャート。 実施例２の計器健全性判定装置の構成を示す図。 実施例２の計器健全性判定処理を示すフローチャート。

以下、実施例について図面を用いて説明する。

本実施例では、事故が発生した場合において、事故事象を推定するのに最低限必要な計測値が得られる場合における、計器健全性判定装置の例を説明する。また、原子力プラントにおける計測事例で説明する。

図１は、実施例１の計器健全性判定装置の構成図の例である。ここで使用する計器１は、原子力プラントのプロセス量として温度、圧力、水位、放射線量などを計測する計器である。具体的には、原子炉温度ＴＲ、原子炉圧力ＰＲ、原子炉水位ＨＲ、格納容器温度ＴＣを計測する計器とする。

データ入力装置２は、計器１で計測した計測値を所定時間間隔で取り込んで、計算機へ入力する。例えば１時間ごとに取り込み、計算機に入力された計測値の例を図２に示す。図２の例では、原子炉温度ＴＲ、原子炉圧力ＰＲ、原子炉水位ＨＲ、格納容器温度ＴＣの１時間毎の計測値が時系列に記述されている。この８時間ほどの間に、各計測値は大きく変動しており、何らかの事故事象が発生したことを反映した値となっている。

事故事象推定手段３は、計測値を用いて発生している事故事象を推定する。このために例えば、図３のように、計測値と事故事象とを対応づけた表を用意しておき、計測値の組合せから該当する事故事象が発生していると特定する。なお、図３の表は説明用のものであり、実際の事故事象や計測値とは異なる。

図３の事例では縦軸に示すように、事故事象として通常スクラム、炉心溶融、圧力容器破損、格納容器破損を想定している。一般には、下側の事故事象ほど重大であり、この方向に事故が進展していく。

またプロセス量との関係として例えば原子炉温度ＴＲとの間では、通常スクラムなら３００℃未満、炉心溶融、圧力容器破損、格納容器破損なら４００℃以上と設定している。この設定は、他の事故事象とプロセス量との間にも取り決められている。

その上で、プロセス量の組み合わせから発生事象を推定する。図３でのプロセス量の組み合わせは、４種のプロセス量の検出値が全て合致することを確認するものであってもよいし、事故事象ごとに組み合わせが相違するものであってもよい。例えば圧力容器破損を判断する場合に、原子炉温度ＴＲと原子炉水位ＨＲの条件は、前後の事故事象である炉心溶融、格納容器破損と同じ条件である。圧力容器破損を他の事故事象と区別して決定付けるプロセス量は原子炉圧力ＰＲと格納容器温度ＴＣであることから、圧力容器破損はこの２つのプロセス量の組合せとするのが合理的である。なお、格納容器破損の場合他の事故事象と区別する決定的な要因は格納容器温度ＴＣのみであるが、計器故障を想定すると他の条件も加味するのがよい。

計器環境推定手段４は、事故事象推定手段３で推定した事故事象に基づきプラントの各場所における温度、放射線量、水没の有無などの環境項目ごとに環境条件を推定する。例えば、図４は炉心溶融と圧力容器破損の事故事象における、プラントの各場所の環境項目ごとに環境条件を事前に評価した表である。

図４では、縦軸項目に原子力プラント内の場所を定めている。場所にはＡ−１，Ａ−２，Ａ−３，Ｂ−１がある。横軸項目は事故事象であり、それぞれの事象が発生したときのその場所での環境項目を記述している。環境項目としては、温度、放射線量、水の有無などがある。また環境項目ごとに、具体的数値として環境条件が設定されている。例えば炉心溶融の場合の、場所Ａ−１での温度（環境項目）は３００℃（環境条件）である。

この例では、炉心溶融の場合、場所Ａ−１，Ａ−２，Ａ−３では放射線量に大きな相違はなく、出水の恐れも無いが、温度が相違する。場所Ｂ−１は放射線量、温度が比較的低く、出水の恐れも無い。炉心溶融からさらに進展した圧力容器破損の場合、一律に温度環境が悪化してくるが、さらに場所Ｂ−１は放射線量が増え、出水の恐れがある。

以上のような形式で計器環境推定手段４には、場所ごと、事故事象ごと、環境項目ごとに環境条件が事前に評価され、具体的数値で記憶されている。なお、他の事故事象についても同様な表が用意される。これにより、各事故事象が発生した場合の環境条件を推定できる。

計器仕様データベース５には、計器の設置場所、耐熱条件、耐放射線条件、耐水条件などの計器仕様が格納されている。これらの仕様には、図４の環境項目（温度、放射線、水）に対する仕様が含まれている。図５に計器仕様データベース５の例を示す。

因みに図５の例では、場所Ａ−１に設置された温度計ＴＡ１の計測レンジは０〜３００℃、耐熱温度は４００℃、耐放射線量は１０^７ＧＹ，耐水性要なる仕様である。また、場所Ｂ−１に設置された温度計ＴＢ１の計測レンジは０〜２００℃、耐熱温度は３００℃、耐放射線量は１０^７ＧＹ，耐水性不要なる仕様である。場所Ａ−２に設置された圧力計ＰＡ２の計測レンジは０〜７０ＭＰＡ、耐熱温度は２００℃、耐放射線量は１０^７ＧＹ，耐水性中程度なる仕様である。場所Ｂ−１に設置された水位計ＨＢ１の計測レンジは０〜１０ＭＰＡ、耐熱温度は２００℃、耐放射線量は１０^５ＧＹ，耐水性要なる仕様である。

計器健全性判定手段６は、計器環境推定手段４で推定したプラントの各場所の環境項目、環境条件と、計器仕様データベース５の計器仕様を比較し、計器の健全性を判定する。

具体的に図４の計器環境推定手段４における場所ごと、事故事象ごと、環境項目ごとの環境条件に、図５の計器仕様を参照してみる。まず、炉心溶融時に３００℃に達する環境になる場所Ａ−１に設置された図５の温度計ＴＡ１は、このとき既に計測レンジの上限に達している。更に進展した圧力容器破損時にはその耐熱温度と同じ４００℃の環境におかれる。

炉心溶融時に４００℃に達する環境になる場所Ａ−２に設置された図５の圧力計ＰＡ２は、このとき既に耐熱温度（２００℃）を越える環境におかれている。場所Ｂ−１に設置された温度計ＴＢ１は、圧力容器破損時に出水の恐れがあるにも関わらず、耐水仕様になっていない。同じく場所Ｂ−１に設置された水位計ＨＢ１は、耐水性は確保されているものの、圧力容器破損時にその耐熱温度と同じ４００℃の環境におかれる。

このように事故事象によっては、推定される環境が計器の仕様にとって必ずしも好ましいものではないという自体が発生し得る。環境項目について仕様を越えた環境条件となる場合に、計器の与える信号の信頼性は、通常に比して著しく低下していることが想定できる。

このため、本発明においては環境と仕様の条件から計測器の状態を以下のように判定する。例えば計器設置場所の温度が計器の耐熱温度を超えた場合には、計器の構成部材の溶融、信号を伝達する導線の断線が考えられるので、それ以後の計測値は正しくないと判定する。計器設置場所の放射線量が計器の耐放射線量を超えた場合には、計器の構成部材の劣化が考えられるので、それ以後の計測値は信頼性が低いと判定する。計器設置場所が水没した場合には、信号を伝達する導線のショートが考えられるので、それ以後の計測値は正しくないと判定する。計測値が計測レンジを逸脱した場合には、それ以後の計測値は信頼性が低いと判定する。

図１の判定結果出力装置７は、計器健全性判定手段６の結果をディスプレイ等に表示する。出力画面の例を図６に示す。ディスプレイの画面９０には、原子力プラントとして例えば格納容器と圧力容器が図示される。さらにプラント上の計器設置場所が理解できる形式で、プラント内各場所に設置された計器の計測値とその健全性が表示される。

例えば計器が健全な場合は計測値と、健全性を「○」で表示し、信頼性が低い場合は計測値と、健全性を「△」で表示し、計測値が正しくない場合には、健全性を「×」で表示して計測値は表示しない。尚、計測値の表示を計器の健全性により色で区別してもよい。例えば、計器が健全な場合は緑、信頼性が低い場合は黄色、計測値が正しくない場合は赤で表示する。また、判定結果出力装置７は、中央制御盤や大型表示盤上の画面であって、計器の健全性により計測値を色で区別してもよい。

なお、事故事象推定手段３、計器環境推定手段４、計器健全性判定手段６は、計算機内で実行される処理である。また、データ入力装置２、計器仕様データベース５を計算機内に含めた構成としてもよい。

図７は、計器健全性判定処理を説明するフローチャートの例である。

ステップＳ１０１では、データ入力装置２により、計器１で計測した計測値を入力する。

ステップＳ１０２では、事故事象推定手段３により、計測値を用いて発生している事故事象を推定する。例えば、図２の計測値は、過酷事故に耐えられるように設計された計器で計測した値など、健全であることが確認されたものであるとすれば、図３の表を用いて事故事象を推定できる。

具体的には、時刻０：００〜４：００では、図２の計測値は、図３の通常スクラムの条件を満たしているので、事故事象は発生していないと推定できる。時刻５：００において、炉心溶融の条件を満たすので、炉心溶融の事故事象に進展したと推定できる。時刻７：００において、圧力容器破損の条件を満たすので、圧力容器破損の事故事象に進展したと推定できる。

ステップＳ１０３では、計器環境推定手段４により、推定した事故事象に基づきプラントの各場所における環境条件を推定する。例えば、図４の表を用いれば、温度、放射線量、水の有無を推定できる。

ステップＳ１０４では、計器仕様データベース５から、図５の計器仕様を入力する。

ステップＳ１０５では、計器健全性判定手段６により、図４の計器設置場所の環境条件と、図５の計器仕様を比較し、計器の健全性を判定する。

例えば、時刻５：００において炉心溶融が発生すると、圧力計ＰＡ２の設置された場所Ａ−２では温度が４００℃まで上昇し、圧力計ＰＡ２の耐熱温度２００℃を越えるので、この時刻以降の圧力計ＰＡ２の計測値は正しくないと判定する。

次に、時刻７：００において圧力容器破損が発生すると、温度計ＴＢ１の設置された場所Ｂ−１は水没するので、耐水仕様でない温度計ＴＢ１のこの時刻以降の計測値は正しくないと判定する。また、水位計ＨＢ１の設置された場所Ｂ−１では放射線量が１０^５Ｇｙ／ｈとなり、１時間後に水位計ＨＢ１の耐放射線量１０^５Ｇｙを越えるので、時刻８：００以降の水位計ＨＢ１の計測値は信頼性が低いと判定する。

ステップＳ１０６では、各計器の判定結果を判定結果出力装置７に表示する。

ステップＳ１０１〜１０６の手順は、例えば、計測値を入力するたびに実施する。

なお、本実施例では、計器ごとに計器仕様を設定し健全性を判定したが、伝送器、配管、導線、端子など構成要素ごとに仕様を設定して健全性を判定した上で、計測系の全体としての判定を行ってもよい。

また、本実施例では、説明を容易にするために図２の計測値は健全なものと仮定したが、各計測値について健全性を判定し、健全性が確認された計測値のみを用いて事故事象を推定し、推定した事故事象から再度各計測値の健全性を判定する手順としてもよい。

本実施例では、事故が発生した場合において、事故事象を推定するのに最低限必要な計測値が得られない場合における、計器健全性判定装置の例を説明する。図８は、実施例２の計器健全性判定装置の構成図の例である。

図８の構成が、図１と相違しているのは、データ入力装置２がプラント状態入力装置８になり、事故事象推定手段３が事故事象予測手段９になっている点である。ここで実行する機能は、計測器からのデータを用いて事故事象を判断したという点では変わるところはない。なお、それ以外の機能は図１と同じである。

プラント状態入力手段８は、プラントの状態に関するデータを計算機へ入力する。例えば、健全であると考えられる計器の計測値以外に、人が測定したプラント内部、プラント周辺の計測値をも入力する。図１の計測器からのデータにさらに、人が測定したプラント内部、プラント周辺の計測値をも入力したものである。

事故事象予測手段９は、プラント状態に基づき、事故事象の進展を予測するシミュレータである。例えば、健全であると考えられる最新の原子炉温度、原子炉水位を初期条件とし、その後の事故進展のシミュレーションを行い、発生している事故事象を予測する。または、考えられる複数の事故事象を仮定してシミュレーションを行い、人が測定したプラント内部の温度、放射線量を再現可能な事故事象を、発生している事故事象と予測してもよい。この場合にも、計測器からのデータを利用して事故事象を定めている。

なお、計器環境推定手段４、計器健全性判定手段６、事故事象予測手段９は、計算機内で実行される処理である。また、計器仕様データベース５、プラント状態入力手段８、判定結果出力装置７を含めてポータブルな計算機で実現可能な構成としてもよい。

図９は、実施例２の計器健全性判定処理を説明するフローチャートの例である。

ステップＳ２０１では、プラント状態入力手段８により、プラントの状態に関するデータを入力する。

ステップＳＳ２０２では、事故事象予測手段９により、プラント状態に基づき、発生している事故事象を推定する。

ステップＳ２０３では、計器環境推定手段４により、推定した事故事象に基づきプラントの各場所における環境条件を推定する。例えば、図４の表を用いれば、温度、放射線量、水の有無を推定できる。

ステップＳ２０４では、計器仕様データベース５から、計器仕様を入力する。

ステップＳ２０５では、計器健全性判定手段６により、計器設置場所の環境条件と、計器仕様を比較し、計器の健全性を判定する。

ステップＳ２０６では、各計器の判定結果を判定結果出力装置７に表示する。

以上の手順により、原子力プラントで事故が発生した場合に、プラントの計測値を用いて事故事象を推定し、事故事象に基づきプラントの各場所の環境条件を推定し、環境条件と計器仕様に基づき、計器の健全性を判定できる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

１：計器
２：データ入力装置
３：事故事象推定手段
４：計器環境推定手段
５：計器仕様データベース
６：計器健全性判定手段
７：診断結果出力装置
８：プラント状態入力手段
９：事故事象予測手段

Claims (8)

1. プラントで事故が発生した場合に、計器の健全性を判定する計器健全性判定装置であって、
   プラント各部に設置された計器の計測値を入力するデータ入力装置と、入力した計器の計測値を用いてプラントの事故事象を推定する事故事象推定手段と、事故事象ごとに、当該事故事象のときのプラント各部における環境条件を推定する計器環境推定手段と、少なくとも前記環境条件に対応する計器仕様を格納した計器仕様データベースと、前記事故事象における前記環境条件と前記計器仕様に基づき、計器の健全性を判定する計器健全性判定手段と、計器の健全性判定結果を表示する判定結果出力装置を備えたことを特徴とする計器健全性判定装置。
2. 請求項１に記載の計器健全性判定装置において、
   前記計器健全性判定手段は、前記計器仕様が定める条件を、前記事故事象における前記環境条件が超過しているときに当該計器の健全性に不安があると判定することを特徴とする計器健全性判定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の計器健全性判定装置において、
   前記環境条件は温度、放射線量、水没の有無であることを特徴とする計器健全性判定装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の計器健全性判定装置において、
   前記計器仕様は計器の設置場所、耐熱条件、耐放射線条件、耐水条件であることを特徴とする計器健全性判定装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の計器健全性判定装置において、
   前記データ入力装置は計器の計測値以外にプラント状態情報を含み、事故事象推定手段は入力した情報から事故事象の進展を予測する予測機能を備えることを特徴とする計器健全性判定装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の計器健全性判定装置において、
   判定結果出力装置には、プラント構成図上に計器の情報がその設置場所、計器の健全性とともに表示されることを特徴とする計器健全性判定装置。
7. プラントの事故事象ごとに、当該事故事象のときのプラント各部における環境項目の環境条件と、該環境項目の環境条件に対応する計器仕様を保持し、プラント各部に設置された計器の計測値を用いてプラントの事故事象を推定し、推定した事故事象のときの前記環境項目の環境条件と前記計器仕様に基づき計器の健全性を判定することを特徴とする計器健全性判定方法。
8. 請求項７に記載の計器健全性判定方法において、
   前記計器仕様を、前記環境条件が超過しているときに当該計器の健全性に不安があると判定することを特徴とする計器健全性判定方法。

Images