JP2015081832A - 原子炉の核熱水力安定性監視装置、方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】監視精度及び信頼性を向上させる原子炉の核熱水力安定性監視技術を提供する。【解決手段】核熱水力安定性監視装置５０は、炉心１６内に配置される複数の検出器３１からＬＰＲＭ信号Ｓを受信する受信部５１と、炉心１６内に設定されたＯＰＲＭセルＭn（ｎ＝１，２…Ｎ）に近接するとともに水平位置及び高さ位置が一致しないように組み合わせた検出器３１のＬＰＲＭ信号ＳをこのＯＰＲＭセルＭnに割り付けるセル割付部５２と、ＯＰＲＭセルＭnに割り付けられた複数のＬＰＲＭ信号Ｓのうちいずれか一つを基準信号に選定する選定部５４と、ＯＰＲＭセルＭnに割り付けられている基準信号とその他のＬＰＲＭ信号Ｓとの位相差を補正する位相差補正部５５と、基準信号に対し位相差の補正されたＬＰＲＭ信号Ｓを加算したＯＰＲＭ信号Ｔn（ｎ＝１，２…Ｎ）を出力する信号加算部５６と、を備えている。【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、沸騰水型原子炉における核熱水力安定性の監視技術に関する。

沸騰水型原子炉(ＢＷＲ)は、炉心流量を変更することにより沸騰している炉心内の蒸気割合（ボイド率）を変化させ、出力を制御することができる。
しかし、炉心流量及びその他の運転条件によっては、炉心内におけるボイドの輸送遅れと負のボイド反応度係数による負のフィードバック効果とにより、炉心内での中性子束分布と流動状態が不安定化することが知られている。

このような核熱水力不安定現象が発生した結果、出力と流量が大きく振動し、燃料棒表面温度での除熱特性が悪化して、燃料棒被覆管の健全性が損なわれることが懸念される。
このため、沸騰水型原子炉の燃料・炉心設計に際し、核熱水力安定性解析を実施して、予想される全ての運転領域においてこのような振動現象が生じないように、安定性に余裕を持たせた設計をしている。
そして、このような核熱水力安定性が悪化する領域では、運転が制限されるように予め安全設定されている。また原子炉のタイプによっては、万が一この運転制限領域に入った場合、制御棒挿入などにより出力を低下させ、運転制限領域から離脱するように安全設定されている。

一方、沸騰水型原子炉は、大型化・高出力密度化・高燃焼度化するのに従い、一般的に核熱水力安定性が低下するものであるが、前記した安全設定ではそのような沸騰水型原子炉への対応がとれない。
そこで、検知と抑制(Detect and Suppress)の観点から、出力振動現象を許容するとともに核熱水力不安定性に起因する出力振動現象を的確に検知して、燃料健全性が損なわれる前に振動を抑制する原子力プラントも多く存在する。
このため、ＯＰＲＭ (Oscillation Power Range Monitor)と呼ばれる、出力振動現象を検知する専用の検出信号を用いた出力振動検出アルゴリズムが提案されている（例えば、特許文献１−５）。

米国特許第５５５５２７９号明細書 米国特許第５１７４９４６号明細書 米国特許第６１７３０２６号明細書 特許第３８４７９８８号公報 特許第２９１８２６６号公報

ところで、前記した大型化・高出力密度化・高燃焼度化・高出力化といった沸騰水型原子炉の性能が増強されると、運転領域が実質的に拡大することとなり、核熱水力安定性の余裕度の低下が避けられない。こうした沸騰水型原子炉の性能を増強させたメリットを十二分に発揮させるためには、核熱水力安定性の監視精度及び信頼性を、従来よりもさらに向上させることが求められている。

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、監視精度及び信頼性を向上させる原子炉の核熱水力安定性監視技術を提供することを目的とする。

実施形態に係る原子炉の核熱水力安定性監視装置は、炉心内に配置される複数の検出器からＬＰＲＭ信号を受信する受信部と、炉心内に設定されたＯＰＲＭセルに近接するとともに水平位置及び高さ位置が一致しないように組み合わせた前記検出器の前記ＬＰＲＭ信号をこのＯＰＲＭセルに割り付けるセル割付部と、前記ＯＰＲＭセルに割り付けられた複数の前記ＬＰＲＭ信号のうちいずれか一つを基準信号に選定する選定部と、前記ＯＰＲＭセルに割り付けられている前記基準信号とその他のＬＰＲＭ信号との位相差を補正する位相差補正部と、前記基準信号に対し前記位相差の補正されたＬＰＲＭ信号を加算したＯＰＲＭ信号を出力する信号加算部と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態により、監視精度及び信頼性を向上させる原子炉の核熱水力安定性監視技術が提供される。

本発明に係る原子炉の核熱水力安定性監視装置が適用される原子力プラントの実施形態を示す縦断面図。 本発明に係る原子炉の核熱水力安定性監視装置の実施形態を示すブロック図。 高さレベルの相違する４つの検出器が出力するＬＰＲＭ信号を示すグラフ。 ＬＰＲＭ信号を規格化して抽出された振動成分を示すグラフ。 （Ａ），（Ｂ）領域振動と空間高次モード分布の説明図。 ＯＰＲＭセルの割り付けの説明図。 高さレベルの相違する４つの検出器が出力するＬＰＲＭ信号の位相差を説明するグラフ。 基準となるＬＰＲＭ信号に対する位相差を補正したその他のＬＰＲＭ信号を示すグラフ。 ＯＰＲＭ信号における位相差補正の実施前と実施後の波形を対比するグラフ。 システムに外乱を印加した際の振動的なインパルス応答の波形グラフ。 ＯＰＲＭ信号における位相差補正及び感度補正の実施前と実施後の波形を対比するグラフ。 ４つの検出器のうちいずれか一つがバイパスされその他の３つのＬＰＲＭ信号の波形を加算してなるＯＰＲＭ信号のグラフ。 バイパスされた検出器のＬＰＲＭ信号を他のＯＰＲＭセルの同じ高さのＬＰＲＭ信号を代用させた場合のＯＰＲＭ信号のグラフ。 本発明に係る原子炉の核熱水力安定性監視装置の動作を説明するフローチャート。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示される原子力発電システムは、核燃料の核分裂による発熱により炉水を加熱して蒸気を発生させる原子炉１０と、この発生した蒸気をタービン２２に導く主配管２１と、この蒸気により回転駆動するタービン２２に同軸接続され回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機２３と、タービン２２で仕事をして膨張した蒸気を冷却し凝縮して復水する復水器２４と、この復水をポンプ２５により送液して原子炉１０に導く給水配管２６とから構成されている。

この原子炉１０に戻された給水は、再び炉水として加熱され、前記したプロセスを繰り返し、連続的な発電が行われる。そして、この発電が安定して持続するように原子炉１０の核熱水力安定性監視装置５０（以下、「監視装置５０」という）が設けられている。

そして、気水分離器１３で気水分離された一方の蒸気は前記したように主配管２１に導かれて発電に寄与し、他方の分離水は給水配管２６から戻された給水と合流する。このように合流した炉水は、周方向に複数設けられた再循環ポンプ１８により（図面では省略して一つのみ記載）、シュラウド１５及び圧力容器１１に挟まれる領域（ダウンカマＤ）を下降して下部プレナムＬに案内される。
下部プレナムＬに案内された炉水は、再び炉心１６を通過して加熱され気液二相流となって、上部プレナムＵに到達する。この到達した気液二相流は、再び気水分離器１３に導かれ、前記したプロセスを繰り返す。

図２に水平断面図が示されるように、炉心１６は、多数の燃料棒（図示略）が収納されている角筒状の燃料集合体３３と、核分裂反応に伴う中性子を吸収して出力を制御する制御棒３２と、図１に示されるようにこの中性子を検出する検出器３１（３１Ａ,３１Ｂ,３１Ｃ,３１Ｄ）を支持するとともに上部格子板１４及び炉心支持板１７にそれぞれ上下端が固定されている局所出力領域検出器（ＬＰＲＭ：local power range monitor）の計装管３４とが、多数配列して構成されている。

この計装管３４は、１６体の燃料集合体３３に１本程度の割合で設置されており、たとえば燃料集合体が８７２体の改良型沸騰水炉では５２本の計装管３４が設けられている。
これら計装管３４の鉛直方向４箇所に設けられている検出器３１Ａ,３１Ｂ,３１Ｃ,３１Ｄは、下からの高さ位置に応じてそれぞれＡレベル、Ｂレベル、Ｃレベル、Ｄレベルと呼ばれている。そして、炉心１６を内部循環する炉水は、Ａレベルから流入して、燃料により加熱され沸騰が始まり、Ｂレベル、Ｃレベル、Ｄレベルに水・蒸気の二相状態を変化させながら順次到達する。

図２に示すように核熱水力安定性監視装置５０は、炉心１６内に配置される複数の検出器３１からＬＰＲＭ信号Ｓを受信する受信部５１と、炉心１６内に設定されたＯＰＲＭセルＭ_n（ｎ＝１，２…Ｎ）に近接するとともに水平位置及び高さ位置が一致しないように組み合わせた検出器３１のＬＰＲＭ信号ＳをこのＯＰＲＭセルＭ_nに割り付けるセル割付部５２と、ＯＰＲＭセルＭ_nに割り付けられた複数のＬＰＲＭ信号Ｓのうちいずれか一つを基準信号に選定する選定部５４と、ＯＰＲＭセルＭ_nに割り付けられている基準信号とその他のＬＰＲＭ信号Ｓとの位相差を補正する位相差補正部５５と、基準信号に対し位相差の補正されたＬＰＲＭ信号Ｓを加算したＯＰＲＭ信号Ｔ_n（ｎ＝１，２…Ｎ）を出力する信号加算部５６と、を備えている。

さらに核熱水力安定性監視装置５０は、ＯＰＲＭセルＭ_nに割り付けられたＬＰＲＭ信号Ｓの振動成長率を取得する取得部５７と、加算されるＬＰＲＭ信号Ｓの感度を振動成長率に基づいて補正する感度補正部５８と、を備えている。
また、選定部５４、位相差補正部５５、信号加算部５６、取得部５７及び感度補正部５８から構成されるＯＰＲＭ信号生成部５３_n（ｎ＝１，２…Ｎ）が、ＯＰＲＭセルＭ_n（ｎ＝１，２…Ｎ）のそれぞれに対応して設けられている。

そして、監視部５９において、それぞれのＯＰＲＭ信号Ｔ_n（ｎ＝１，２…Ｎ）を監視して、核熱水力安定性が損なわれると判断されれば、出力振動抑制手段６０（例えば、警報装置や、制御棒挿入装置）の起動が指令される。

核熱水力安定性は、炉心１６を内部循環する炉水の水・蒸気二相状態における圧力伝播の影響を大きく受ける。
つまり、図１に示されるように、炉心１６を下から上に向かう炉水の圧力伝播遅れにより、二相状態（水・蒸気割合）が変動し、検出器３１Ａ,３１Ｂ,３１Ｃ,３１Ｄの応答が遅れ、Ａレベル、Ｂレベル、Ｃレベル、Ｄレベルから検出されるＬＰＲＭ信号Ｓ（Ｓ_A，Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_D）にそれぞれ位相差を生じさせる。
なお、個々のＬＰＲＭ信号Ｓは、検出器３１から発信された後、それぞれに種々の処理が加えられるが、各種処理後の信号についても記載をＬＰＲＭ信号Ｓに統一し、説明の複雑化を避けることとする。

図３は、検出器３１Ａ,３１Ｂ,３１Ｃ,３１Ｄ（図１）において検出されるＬＰＲＭ信号Ｓ（Ｓ_A，Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_D）を示している。
このようにＬＰＲＭ信号Ｓの値は、高さ位置に依存し、下に位置する検出器３１から出力されるものほど、有意に大きくなる。
最も高い位置からのＬＰＲＭ信号Ｓ_Dは、最も低い位置からのＬＰＲＭ信号Ｓ_Aに対し、その平均値及び振動振幅値が５分の１以下である。

図４は、ＬＰＲＭ信号Ｓ（Ｓ_A，Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_D）を、それぞれの初期値で規格化（除算）した信号である。炉心における領域振動は、鉛直方向下部の出力が大きく歪む場合に発生じ易いことが知られている。
図４に示す規格化されたＬＰＲＭ信号Ｓの波形より、最下端の信号Ｓ_Aに対し、それより約９０ｃｍ上部にある信号Ｓ_Bは、位相が若干遅れており、更に同じ間隔だけ上部にある信号Ｓ_C、信号Ｓ_Dも、同様に位相が遅れることがわかる。
一般的に、最下端の信号Ｓ_Aから最上段の信号Ｓ_Dにおける位相遅れは、１/４〜１/３周期である。

このため、炉心振動を監視するには、感度の高いＬＰＲＭ信号Ｓ_Aのみに着目すれば良いかもしれないが、必ずしもこのＬＰＲＭ信号Ｓ_Aの感度が高くない条件や、検出器故障等によりこのＬＰＲＭ信号Ｓ_Aの取得が不能になる場合もある。
このため、出力振動現象を検知する専用のＯＰＲＭ信号Ｔ_n（ｎ＝１，２…Ｎ）は、水平断面視において近接する別々の計装管３４から高さ位置の異なる検出器３１を一つずつ割り付け、それぞれのＬＰＲＭ信号Ｓ（Ｓ_A，Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_D）を平均化している。
しかし、このように割り付けられたＬＰＲＭ信号の出力振動は、炉水流れ方向の高さ位置に依存した位相差を有するために、単純に加算して評価しようとすると、互いの応答をキャンセルする作用があるために適切でない。

図５（Ａ）は、領域振動における空間高次モード分布を示しており、図５（Ｂ）に水平断面視されるように節に相当する振動の中心線ｃを挟んで、二つの領域ａ，ｂが互いに逆位相すなわち１８０度の位相差で振動している。

励起された空間モードが高次モードである場合は、領域振動と呼ばれ、その空間高次モード分布に従って、同じ高さの炉心断面におけるそれぞれのＬＰＲＭ信号Ｓに位相差が生じる。そして、この空間高次モード分布の節が振動の中心線ｃとなり、この中心線ｃを挟んで位相差が１８０度となり振動が逆転する。
したがって、領域ａと領域ｂにあるＬＰＲＭ信号を満遍なく平均化するＯＰＲＭ信号では、位相差による振動のキャンセリングが生じ、平均化信号の振幅が鈍り、振動検出の感度が低下する。

セル割付部５２（図２）におけるＯＰＲＭセルＭ_nの割り付けは、図６のように行われる。すなわち、一つのＯＰＲＭセルＭ_nは、隣接する４つの計装管３４（３４_p，３４_q，３４_r，３４_s）に設けられ、それぞれ高さ位置の異なる検出器３１からＬＰＲＭ信号Ｓを取得する。
例えば計装管３４_pからはＡレベルのＬＰＲＭ信号Ｓ_A、計装管３４_qからはＢレベルのＬＰＲＭ信号Ｓ_B、計装管３４_rからはＣレベルのＬＰＲＭ信号Ｓ_C、計装管３４_sからはＤレベルのＬＰＲＭ信号Ｓ_DをＯＰＲＭセルＭ_nに割り当てている。

このように割り当てられたＬＰＲＭ信号Ｓ（Ｓ_A，Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_D）をそのまま加算したＯＰＲＭ信号Ｔは、これらＬＰＲＭ信号Ｓの高さ位置に依存した位相差によって、信号感度が低下することが懸念される。
特に、図５に示す領域振動が生じている場合、振動の中心線ｃ付近にあるＯＰＲＭセルＭ_nは、加算されるＬＰＲＭ信号Ｓ（Ｓ_A，Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_D）の間に大きな位相差が現れ、ＯＰＲＭ信号Ｔの感度低下が顕著になる可能性がある。

図７に基づいてＬＰＲＭ信号Ｓ（Ｓ_A，Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_D）の位相補正について説明する。
基準信号選定部５４（図２）は、１つのＯＰＲＭセルＭ_nに割り付けられた複数（一般的には４であるが、炉心１６の端に位置する場合は３又は２に成ることもある）の検出器３１のうち、基準となる検出器３１を選定する。
この基準に選定された検出器３１のＬＰＲＭ信号Ｓ（基準信号；図７ではＬＰＲＭ信号Ｓ_A）に対する、その他のＬＰＲＭ信号Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_Dの位相遅れを算出する。

基準信号は、予め設定され固定する場合と、感度の最も高い（振幅の大きい）ＬＰＲＭ信号Ｓを可変的に設定する場合と、が考えられる。
基準信号を固定する場合は、多くの状態で最も感度の高い最下端に位置する検出器３１Ａから受信されるＬＰＲＭ信号Ｓ_Aを選定する。
基準信号を可変的に設定する場合は、直流成分値の最も大きいＬＰＲＭ信号Ｓ又は変動値（ＲＭＳ値）の最も大きいＬＰＲＭ信号Ｓを選定する。

図７に示すように位相差補正部５５（図２）において、個々のＬＰＲＭ信号Ｓのピーク検知を行っている場合、基準信号（ＬＰＲＭ信号Ｓ_A）に対するその他のＬＰＲＭ信号Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_Dの位相差は、その振動波形ピークの時間差τ（τ_AB，τ_AC，τ_AD）で表される。
基準信号であるＬＰＲＭ信号Ｓ_Aのピーク値が時間ｔ_Aにおいて検出される場合、過去において他のＬＰＲＭ信号Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_Dのピーク値が検知されるそれぞれの時間ｔ_B，ｔ_C，ｔ_Dまでの差分をとり、時間差τ（τ_AB，τ_AC，τ_AD）を求めることができる。

そして、位相差補正部５５（図２）は、この基準信号の振動波形のピーク検知時点ｔ_Aから時間差τ（τ_AB，τ_AC，τ_AD）だけ遡って、その他のＬＰＲＭ信号Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_Dからデータ信号を取得する。そして、信号加算部５６において、これらデータ信号は基準信号に加算される。
なお、位相差の導出は、前記したピーク検知方法に限定されるものではなく、基準信号と他のＬＰＲＭ信号との相互相関係数、コヒーレンス又はその他の公知方法から導出することができる。

図８は、位相補正を実施したＬＰＲＭ信号Ｓ（Ｓ_A，Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_D）を示している。
位相補正を実施したＯＰＲＭ信号は、次式（１）のように表される。
ＯＰＲＭ（ｔ）＝（Ｓ_A(t)＋Ｓ_B(t−τ_AB)＋Ｓ_C(t−τ_AC)＋Ｓ_D(t−τ_AD)）／４ （１）

図９は、位相差補正を実施前のＯＰＲＭ信号と実施後のＯＰＲＭ信号とを対比したグラフである。
位相差補正を実施したＯＰＲＭ信号の感度は、未実施のものよりも大きくなることが観測される。
しかし、ＬＰＲＭ信号Ｓの振動が増幅している場合（１＜減幅比）は、ＯＰＲＭ信号において加算された基準信号Ｓ_A以外のＬＰＲＭ信号Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_Dは、一周期分前の振幅が加算されていることになる。

つまり、ＯＰＲＭ信号の導出を、ｔ_Aの時点で実施するとすれば、基準信号Ｓ_Aを除く他のＬＰＲＭ信号Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_Dのピークは出現していないので、一周期分の過去にさかのぼって検知された成長前のピークを用いることになる。
このため、位相差補正を実施するだけでは、ＯＰＲＭ信号の感度改善効果は、不十分であるといえる。

なお、ＬＰＲＭ信号Ｓ（Ｓ_A，Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_D）の位相補正は、これまで説明したピーク検知法に限定されるものではなく、基準信号と他の信号間での統計処理、例えば相互相関係数あるいはコヒーレンスを求めることによっても実施できる。

ＯＰＲＭ信号の感度改善効果を十分なものとするためにＯＰＲＭ信号の導出は、現時点ｔ_Aから一周期分の未来に向かって検知される予定の成長後のピークを用いることが考えられる。
そこで、取得部５７（図２）において、ＯＰＲＭセルＭ_nに割り付けられたＬＰＲＭ信号Ｓの振動成長率を取得し、基準信号Ｓ_A以外のＬＰＲＭ信号Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_Dに、振動成長率（一例として減幅比）を用いた感度補正を行うことを検討する。

ここで、図１０を参照し、システムに外乱を印加した際の振動的なインパルス応答を用いた減幅比の定義を行う。ピーク値を順番に、Ｘ₁，Ｘ₂，Ｘ₃，Ｘ₄，・・・として、それらのピークの出現する時間を各々、ｔ₁，ｔ₂，ｔ₃，ｔ₄、・・・とすれば、振動成長率を表す指標として一般に用いられる減幅比は次式（２）のように定義される。
この減幅比γは、値が１よりも小さければインパルス応答は減衰するのでこのシステムは安定、逆に１を超えれば振動は成長するのでシステムは不安定となる。また、減幅比γが１の場合は一定の振幅で振動が持続することになる。
減幅比γ＝（Ｘ₃−Ｘ₄）／（Ｘ₁−Ｘ₂） （２）

この減幅比γを用いた、次式（３）のような感度補正係数Ｆを導入し、式（１）に感度補正を実施したＯＰＲＭ信号を、次式（４）に示す。
ここで、感度補正係数Ｆ_B，Ｆ_C，Ｆ_Dは、それぞれＬＰＲＭ信号Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_Dのものを示すが、これらのうち最大値を全てに適用してもよい。
感度補正係数Ｆ＝γ（γ＞１．０）
＝１（γ≦１．０） （３）
ＯＰＲＭ（ｔ）＝（Ｓ_A(t)＋Ｆ_B*Ｓ_B(t−τ_AB)＋Ｆ_C*Ｓ_C(t−τ_AC)＋Ｆ_D*Ｓ_D(t−τ_AD)）／４ （４）

式（３）に示す減幅比γは、個々のＬＰＲＭ信号Ｓ（Ｓ_A，Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_D）のピーク検知を行っていれば、１周期ごとのピーク値から推定することができる。
ピーク検知を行っていない場合であっても、その他の公知方法に則って、減幅比γを推定すればよい。

もしくは、トリップ判定条件で設定される最大減幅比から求められる減幅比γを固定値として用いても良い。
なお、固定値として減幅比γを大きくしすぎると、異常検出の感度が過剰となり、出力振動抑制手段６０（図１）の誤操作を招くことになる。

そこで、固定値を採用する場合、減幅比γは、予め設定される最大減幅比の、不安定振動の判定に必要と設定される振動周期回数のべき乗根として与える。
例えば、５周期（ピークと谷が１０個）における最大減幅比が１．３に設定されているとして、１．３の１／５乗である１．０５を減幅比γに設定するのが適切である。

図１１は、位相差補正及び感度補正を実施後のＯＰＲＭ信号と補正前のＯＰＲＭ信号とを対比したグラフである。なお、減幅比γはおよそ１．１である。
このように位相差補正及び感度補正を実施することにより、ＯＰＲＭ信号のピーク値の包絡線の上下方向への広がり、ほぼ１周期分（約１．５秒）の感度改善が確認される。
この１．５秒は、監視部５９の指令から出力振動抑制手段６０の動作にかかる遅れ時間に比べ、十分に大きな値であり、優れた改善効果が得られるといえる。
これにより、周期ベースによる安全系としての検知を、遅れることなく実行することが可能となる。

図１２のグラフは、ＯＰＲＭセルＭ_nに割り付けられた４つの検出器３１のうちいずれか一つがバイパスされその他の３つから出力されたＬＰＲＭ信号Ｓを加算したＯＰＲＭ信号を示している。
ＯＰＲＭセルＭ_nに割り付けられたＬＰＲＭ信号Ｓのうち異常値（エラー信号）が発見された場合は、最大２つまでの異常値信号をバイパスして、ＯＰＲＭ信号を生成する。
この場合、いずれの高さ位置のＬＰＲＭ信号Ｓがバイパスされるかによって、ＯＰＲＭ信号の感度が変化する。

図１２に示すように、４信号とも正常な場合に比べ、最も低い位置にあり感度が一番高いＬＰＲＭ信号Ｓ_Aがバイパスされると、ＯＰＲＭ信号の感度が有意に低下することが判る。一方において、ＬＰＲＭ信号Ｓ_A以外のＬＰＲＭ信号Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_Dがバイパスされた場合は、ＯＰＲＭ信号の感度変化は僅かであり、むしろ増加している。
したがって、バイパスされたＯＰＲＭ信号が一番高感度のＬＰＲＭ信号Ｓ_A以外であれば、残りのＬＰＲＭ信号Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_DからそのままＯＰＲＭ信号を算出しても問題ないといえる。

一方において、バイパスされたＯＰＲＭ信号が一番高感度のＬＰＲＭ信号Ｓ_Aであれば、他のＯＰＲＭセルＭに割り付けられた同じ高さ位置からのＬＰＲＭ信号Ｓ_Aを代用信号として用いる。

図１３のグラフは、バイパスされた検出器３１ＡのＬＰＲＭ信号Ｓ_Aを他のＯＰＲＭセルＭの同じ高さのＬＰＲＭ信号Ｓで代用した場合のＯＰＲＭ信号を示している。
このように、一番高感度のＬＰＲＭ信号Ｓ_Aがバイパスされても、同じ高さの他のＬＰＲＭ信号Ｓ_Aを代用信号とすることにより、ＯＰＲＭ信号の感度低下を回避することができる。
２信号がバイパスの場合も同様であり、バイパスされた２信号に一番高感度のＬＰＲＭ信号Ｓ_Aが含まれている場合には、同様に代用信号を用いる。なお、バイパスされた信号に一番高感度のＬＰＲＭ信号Ｓ_Aが含まれていない場合は、特に代用信号を用いることなく、正常なＬＰＲＭ信号ＳからＯＰＲＭ信号を算出すれば良い。

図１４のフローチャートに基づいて、実施形態に係る原子炉の核熱水力安定性監視装置の動作を説明する（適宜、図２参照）。
炉心１６内に配置される複数の検出器３１からＬＰＲＭ信号Ｓを受信部５１において受信する（Ｓ１１）。
次に、炉心１６内に設定されたＯＰＲＭセルＭ_n（ｎ＝１，２…Ｎ）に近接するとともに水平位置及び高さ位置が一致しないように組み合わせた検出器３１のＬＰＲＭ信号ＳをこのＯＰＲＭセルＭ_nに割り付ける（Ｓ１２）。

そして、ＯＰＲＭセルＭ_nに割り付けられた複数のＬＰＲＭ信号Ｓのうちいずれか一つを基準信号に選定する（Ｓ１３）。
ここでは、最も低い位置に設けられている検出器３１Ａから送信された一番高感度のＬＰＲＭ信号Ｓ_Aを基準信号とする。

この基準信号に選定されたＬＰＲＭ信号Ｓ_Aについてエラー信号であるか否かについて判定を行う（Ｓ１４）。
ここで、ＬＰＲＭ信号Ｓ_Aがエラー判定されなければ（Ｓ１４ Ｎｏ）、ＯＰＲＭセルＭ_nに割り付けられたＬＰＲＭ信号Ｓ（Ｓ_A，Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_D）について、波形のピーク検知を実施する（Ｓ１６）。
一方、基準信号に選定されたＬＰＲＭ信号Ｓ_Aがエラー判定されれば（Ｓ１４ Ｙｅｓ）、他のＯＰＲＭセルＭに割り付けられた同じ高さ位置からのＬＰＲＭ信号Ｓ_Aを代用信号として取得した後に（Ｓ１５）、ピーク検知を実施する（Ｓ１６）。

ピーク検知の結果から、それぞれのＯＰＲＭセルＭ_nごとに、基準信号（ＬＰＲＭ信号Ｓ_A）とその他のＬＰＲＭ信号Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_Dとの位相差を補正する（Ｓ１７）。
さらに、ピーク検知の結果から減幅比（振動成長率）を取得し（Ｓ１８）、その他のＬＰＲＭ信号Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_Dの感度を補正する（Ｓ１９）。

そして、信号加算部５６において、基準信号（ＬＰＲＭ信号Ｓ_A）に対し、位相差の補正されたＬＰＲＭ信号Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_Dを加算し（Ｓ２０）、ＯＰＲＭ信号Ｔ_n（ｎ＝１，２…Ｎ）として出力する（Ｓ２１）。
そして、監視部５９において、それぞれのＯＰＲＭセルＭ_n（ｎ＝１，２…Ｎ）から送信されるＯＰＲＭ信号Ｔ_nを監視し、炉心１６内の出力振動現象が許容範囲内か外れるかについて判定を行う（Ｓ２２）。
その結果、許容範囲内と判定されれば（Ｓ２２ Ｙｅｓ）、監視をそのまま継続し、許容範囲外と判定されれば（Ｓ２２ Ｎｏ）、出力振動現象を抑制するための操作指令を出力する（Ｓ２３ ＥＮＤ）。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の原子炉の核熱水力安定性監視装置によれば、高さ位置の異なるＬＰＲＭ信号を位相差補正したうえで加算したＯＰＲＭ信号に基づいて原子炉の核熱水力安定性の監視精度及び信頼性を向上させることが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
また、核熱水力安定性監視装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、核熱水力安定性監視プログラムにより動作させることが可能である。

１０…原子炉、１１…圧力容器、１３…気水分離器、１４…上部格子板、１５…シュラウド、１６…炉心、１７…炉心支持板、１８…再循環ポンプ、２１…主配管、２２…タービン、２３…発電機、２４…復水器、２５…ポンプ、２６…給水配管、３１（３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ）…検出器、３２…制御棒、３３…燃料集合体、３４…計装管、５０…核熱水力安定性監視装置、５１…ＬＰＲＭ信号受信部、５２…セル割付部、５３…ＯＰＲＭ信号の生成部、５４…基準信号選定部、５５…位相差補正部、５６…信号加算部、５７…振動成長率取得部、５８…感度補正部、５９…ＯＰＲＭ信号の監視部、６０…出力振動抑制手段、Ｓ（Ｓ_A，Ｓ_B，Ｓ_C，Ｓ_D）…ＬＰＲＭ信号、Ｔ_n（ｎ＝１，２…Ｎ）…ＯＰＲＭ信号、Ｍ_n（ｎ＝１，２…Ｎ）…ＯＰＲＭセル。

Claims (10)

1. 炉心内に配置される複数の検出器からＬＰＲＭ信号を受信する受信部と、
   炉心内に設定されたＯＰＲＭセルに近接するとともに水平位置及び高さ位置が一致しないように組み合わせた前記検出器の前記ＬＰＲＭ信号をこのＯＰＲＭセルに割り付けるセル割付部と、
   前記ＯＰＲＭセルに割り付けられた複数の前記ＬＰＲＭ信号のうちいずれか一つを基準信号に選定する選定部と、
   前記ＯＰＲＭセルに割り付けられている前記基準信号とその他のＬＰＲＭ信号との位相差を補正する位相差補正部と、
   前記基準信号に対し前記位相差の補正されたＬＰＲＭ信号を加算したＯＰＲＭ信号を出力する信号加算部と、を備えることを特徴とする原子炉の核熱水力安定性監視装置。
2. 前記基準信号は、前記ＯＰＲＭセルに割り付けられた複数の前記ＬＰＲＭ信号のうち直流成分値の最も大きいものが選定されることを特徴とする請求項１に記載の原子炉の核熱水力安定性監視装置。
3. 前記基準信号は、前記ＯＰＲＭセルに割り付けられた複数の前記ＬＰＲＭ信号のうち最下端に位置する検出器から受信されたものが選定されることを特徴とする請求項１に記載の原子炉の核熱水力安定性監視装置。
4. 前記位相差は、前記基準信号及び前記その他のＬＰＲＭ信号で検出される振動波形ピークの時間差に基づいて導かれることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の原子炉の核熱水力安定性監視装置。
5. 前記その他のＬＰＲＭ信号の位相差補正は、前記基準信号の振動波形ピークの検出時点から前記位相差に対応する時間を遡って取得したデータ信号を加算させることによることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の原子炉の核熱水力安定性監視装置。
6. 前記ＯＰＲＭセルに割り付けられた前記ＬＰＲＭ信号の振動成長率を取得する取得部と、
   前記加算されるＬＰＲＭ信号の感度を前記振動成長率に基づいて補正する感度補正部と、を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の原子炉の核熱水力安定性監視装置。
7. 前記振動成長率は、予め設定される最大減幅比の、不安定振動の判定に必要と設定される振動周期回数のべき乗根として与えることを特徴とする請求項６に記載の原子炉の核熱水力安定性監視装置。
8. 前記ＯＰＲＭセルに割り付けられた複数の前記ＬＰＲＭ信号のうちいずれかにエラー信号が含まれている場合は、他のＯＰＲＭセルに割り付けられた同じ高さ位置からのＬＰＲＭ信号を代用信号として用いることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の原子炉の核熱水力安定性監視装置。
9. 炉心内に配置される複数の検出器からＬＰＲＭ信号を受信するステップと、
   炉心内に設定されたＯＰＲＭセルに近接するとともに水平位置及び高さ位置が一致しないように組み合わせた前記検出器の前記ＬＰＲＭ信号をこのＯＰＲＭセルに割り付けるステップと、
   前記ＯＰＲＭセルに割り付けられた複数の前記ＬＰＲＭ信号のうちいずれか一つを基準信号に選定するステップと、
   前記ＯＰＲＭセルに割り付けられている前記基準信号とその他のＬＰＲＭ信号との位相差を補正するステップと、
   前記基準信号に対し前記位相差の補正されたＬＰＲＭ信号を加算したＯＰＲＭ信号を出力するステップと、を含むことを特徴とする原子炉の核熱水力安定性監視方法。
10. コンピュータに、
    炉心内に配置される複数の検出器からＬＰＲＭ信号を受信するステップ、
    炉心内に設定されたＯＰＲＭセルに近接するとともに水平位置及び高さ位置が一致しないように組み合わせた前記検出器の前記ＬＰＲＭ信号をこのＯＰＲＭセルに割り付けるステップ、
    前記ＯＰＲＭセルに割り付けられた複数の前記ＬＰＲＭ信号のうちいずれか一つを基準信号に選定するステップ、
    前記ＯＰＲＭセルに割り付けられている前記基準信号とその他のＬＰＲＭ信号との位相差を補正するステップ、
    前記基準信号に対し前記位相差の補正されたＬＰＲＭ信号を加算したＯＰＲＭ信号を出力するステップ、を実行させることを特徴とする原子炉の核熱水力安定性監視プログラム。

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