JP2015145855A - 原子炉の出力領域モニタの試験装置及びその試験方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通常運転から試験に移行する作業を低減し、想定される炉心状態を正確に再現して行う原子炉の出力領域モニタの試験技術を提供する。
【解決手段】原子炉の出力領域モニタの試験装置１０は、原子炉の出力レベルを監視する出力領域モニタ２０に入力される入力信号４３を伝送する第１配線群１１が接続される第１端子群１６と、入力信号４３を模擬した模擬信号４４を伝送する第２配線群１２が接続される第２端子群１７と、第１端子群１６から入力した入力信号４３と第２端子群１７から入力した模擬信号４４とを切換自在に出力領域モニタ２０に入力させる切換スイッチ１３と、を備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、原子炉の出力領域モニタの試験技術に関する。

沸騰水型の原子炉は、その出力変動を監視し、異常時に警報を発生する出力領域モニタ（ＰＲＭ：Power Range Monitor）を備えている。
この出力領域モニタ（ＰＲＭ）は、炉心内の中性子束等を計測し、原子炉平均出力モニタ（ＡＰＲＭ）、局所出力モニタ（ＬＰＲＭ）及び出力振動モニタ（ＯＰＲＭ）が異常を示す場合に、警報を発生し、制御棒の引抜き阻止（制御棒ブロック）や制御棒の全挿入（スクラム）を実行する。

このような出力領域モニタ（ＰＲＭ）のシステム健全性を確認するために、模擬信号を入力させて試験を行う試験装置が知られている（例えば、特許文献１，２）。

特開平５−１５００８２号公報 特開平９−２１１１７６号公報

従来の試験装置においては、単純な入力信号に対する応答を確認するにとどまり、複雑に組み合わせた多数の模擬信号で炉心状態を再現して実際の稼働状況に則した出力領域モニタ（ＰＲＭ）の応答確認をすることは、行われていなかった。
また、出力領域モニタ（ＰＲＭ）の試験作業は、配線を取り外し取り付けといった人間系に委ねられる作業が膨大で、非効率である課題があった。

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、通常運転から試験に移行する作業を低減し、想定される炉心状態を正確に再現して行なう、原子炉の出力領域モニタの試験技術を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る原子炉の出力領域モニタの試験装置において、原子炉の出力レベルを監視する出力領域モニタに入力される入力信号を伝送する第１配線群が接続される第１端子群と、前記入力信号を模擬した模擬信号を伝送する第２配線群が接続される第２端子群と、前記第１端子群から入力した前記入力信号と前記第２端子群から入力した前記模擬信号とを切換自在に前記出力領域モニタに入力させる切換スイッチと、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態により、通常運転から試験に移行する作業を低減し、想定される炉心状態を正確に再現して行う、原子炉の出力領域モニタの試験技術が提供される。

原子炉及び出力領域モニタの構成図。 本発明の実施形態に係る出力領域モニタの試験装置の構成図。

本発明の実施形態の説明に先立って原子炉３０及び出力領域モニタ２０の説明を行う。
図１に示すように原子炉３０は、炉心３１を収容する圧力容器３２と、この炉心３１で発生した蒸気をタービン３３に導く主蒸気管３４と、このタービン３３で仕事をして膨張した蒸気が冷却して凝縮した給水を再び圧力容器３２に戻す給水管３５とから構成されている。

そして、炉心３１で発生した蒸気は、気水分離器３６で気水分離され、その蒸気は前記したように主蒸気管３４に導かれて発電に寄与し、分離された分離水は給水管３５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３７により（図面では省略して一つのみ記載）、再び炉心３１を通過して加熱され気液二相流となって、再び気水分離器３６に導かれ、前記したプロセスを繰り返す。
再循環ポンプ３７の近傍には、炉心３１の内部を循環する炉水の流量を、計測する検出器（図示略）が設けられている。

炉心３１は、核燃料を収容する燃料集合体（図示略）と、この核燃料の核分裂反応を制御する制御棒（図示略）と、この核分裂反応に伴い放出される中性子を検出するＬＰＲＭ検出器４１と、このＬＰＲＭ検出器４１を長手方向に４つ支持するとともに信号線を圧力容器３２の外部に案内する計装管４２とが、多数配列して構成されている。
この計装管４２は、１６体の燃料集合体（図示略）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体の改良型沸騰水型の原子炉（ＡＢＷＲ）では５２本の計装管４２が設けられている。

出力領域モニタ２０は、局部出力領域モニタ（local power range monitor；ＬＰＲＭユニット２１）、平均出力領域モニタ（average power range monitor；ＡＰＲＭユニット２２）、出力振動モニタ（oscillation power range monitor；ＯＰＲＭユニット２３）、流量モニタ（ＦＬＯＷユニット２４）、及び制御棒引抜監視装置（rod block monitor；ＲＢＭユニット２５）から構成されている。

このように構成される出力領域モニタ２０は、原子炉３０の内部に配置されている種々の検出器の出力を入力信号４３（４３ａ，４３ｂ）として入力し、原子炉３０の出力レベルを監視する。
これら入力信号４３を伝送するメタルケーブル（第１配線群１１）は、その先端において出力領域モニタ２０の端子に、着脱自在に接続されている。

そして出力領域モニタ２０は、原子炉３０に内部配置された検出器の計測値をヒューマンインターフェース（ＨＭＩ）に表示させたり上位計算機に演算させたりするための信号を、出力信号４５として出力する。
さらに出力領域モニタ２０は、原子炉３０が異常状態に陥った際に、警報を発生させたり出力低下させたり緊急停止させたりするための信号も、出力信号４５として出力する。

ＬＰＲＭユニット２１は、原子炉３０の内部に配置された複数のＬＰＲＭ検出器４１からの入力信号４３ａを入力し、局所出力を示すＬＰＲＭ信号（出力信号４５ａ）を出力する。
さらに、ＬＰＲＭユニット２１は、複数のＬＰＲＭ信号４５ａのうち、設定値を超えるものがある場合は、異常と判定してアラーム信号を、出力信号４５として出力する。

ＡＰＲＭユニット２２は、ＬＰＲＭ信号（出力信号４５ａ）を加算平均したＡＰＲＭ信号（出力信号４５ｂ）を、出力するものである。
ここで、ＡＰＲＭユニット２２に入力する複数のＬＰＲＭ信号４５ａは、冗長性をもたせるため複数にグループ分けされている。
そして、それぞれのグループ毎に、ＡＰＲＭ信号４５ｂが、出力される。
さらに、ＡＰＲＭユニット２２は、演算したＡＰＲＭ信号４５ｂが設定値を超える場合に、異常と判定してスクラム信号やロッドブロック信号を、出力信号４５として出力する。

ＯＰＲＭユニット２３は、個々のＬＰＲＭ信号から振動成分を抽出したＯＰＲＭ信号（出力信号４５ｃ）を、出力するものである。
沸騰水型原子炉は、炉心３１を通過する炉水にボイドが生成したり消滅したりするのに伴い、原子炉出力が低下と上昇とを繰り返し増幅する出力振動が、観測される。
このような出力振動の発生は燃料健全性の低下に繋がるために、ＯＰＲＭユニット２３は、演算したＯＰＲＭ信号４５ｃの振幅又はその増幅率が設定値を超える場合に異常と判定して、スクラム信号を、出力信号４５として出力する。

ＦＬＯＷユニット２４は、原子炉３０の内部に配置された複数の検出器（図示略）や再循環ポンプ３７からの入力信号４３ｂを入力し、炉心３１の内部を循環する炉水の流量を示す炉心流量信号（出力信号４５ｄ）を出力する。
さらに、ＦＬＯＷユニット２４は、演算した炉心流量信号４５ｄが設定値を超える場合に、異常と判定してスクラム信号やロッドブロック信号を、出力信号４５として出力する。
ＲＢＭユニット２５は、選択された制御棒まわりのＬＰＲＭ信号４５ａの平均値が設定値を超えたり、選択した炉心流量信号４５ｄが設定値を超えたりする場合に異常と判定して、制御棒引抜阻止信号４５ｅを、出力信号４５として出力する。

次に図２に基づいて、本発明の実施形態に係る原子炉の出力領域モニタの試験装置１０（以下、単に「試験装置１０」という）を説明する。
なおこの試験装置１０は、図１に示される原子炉３０と出力領域モニタ２０との間に介在し、原子炉３０からの入力信号４３及び模擬信号発生器２６からの模擬信号４４を中継し、切り換え自在に出力領域モニタ２０に入力させるものである。
図２において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

図２に示すように、原子炉の出力領域モニタの試験装置１０は、原子炉の出力レベルを監視する出力領域モニタ２０に入力される入力信号４３を伝送する第１配線群１１が接続される第１端子群１６と、入力信号４３を模擬した模擬信号４４を伝送する第２配線群１２が接続される第２端子群１７と、第１端子群１６から入力した入力信号４３と第２端子群１７から入力した模擬信号４４とを切換自在に出力領域モニタ２０に入力させる切換スイッチ１３と、を備えている。

第１端子群１６は、出力領域モニタ２０に対し直接接続することができるメタルケーブルの第１配線群１１（図１参照）の先端が接続される部位である。
ちなみに、改良型沸騰水型の原子炉（ＡＢＷＲ）では、ＬＰＲＭ検出器４１が２０８個あり、このＬＰＲＭ検出器４１から延びるメタルケーブルの先端コネクタだけでも２０８個存在する。

このような多数のメタルケーブルから構成される第１配線群１１は、第１端子群１６に一度接続されれば、定期的に行なわれる出力領域モニタ２０の試験作業の度に、取り外す必要はない。
そして、通常運転時における原子炉３０からの入力信号４３は、試験装置１０の第１端子群１６を、経由することとなる。

模擬信号発生器２６は、原子炉３０からの複数の入力信号４３に対応する複数の模擬信号４４を、それぞれ異なる信号として独立に発生し出力させることができるものである。
この模擬信号４４は、出力領域モニタ２０の入力信号４３に基づく出力信号４５の線形性を確認する仕様を、具備するものである。
また模擬信号４４は、組み合わされた複数の入力信号４３に基づいて出力領域モニタ２０が導いた出力信号４５（ＡＰＲＭ信号、スクラム信号、炉心流量信号、制御棒引抜阻止信号等）の正確性を確認する仕様を、具備するものであったりする。

これら模擬信号４４は、ｃｓｖ形式やｔｘｔ形式のデータフォーマットで表されたテストベクタを、データ読み出しして変換処理したものである。
このようなテストベクタは、試験内容に応じて複数のデータファイルが作成され予め保持部２７に保持されており、いずれかを選択もしくは組み合わせることにより、発生器２６に模擬信号４４を発生させる。
このようにして発生した模擬信号４４は、第２配線群１２の先端が接続する第２端子群１７を経由して、試験装置１０に伝送される。
なお第２端子群１７における端子の数は、第１端子群１６における端子の数と同一であることが通常である。

またテストベクタは、原子炉３０（図１）の運転時における入力信号４３に基づいて作成される場合もある。
例えば、過去の原子炉運転において発生した不具合事象における入力信号４３のプロファイルが記録されていれば、このプロファイルからテストベクタの生成が可能となる。
この生成したテストベクタに基づいて模擬信号４４を発生させることにより、原子炉３０で実際に起きた不具合事象を再現させて、出力領域モニタ２０の試験を実施することができる。

切換スイッチ１３は、第１端子群１６（又は第２端子群１７）の端子数と同じ数のチャンネル１５を有している。
それぞれのチャンネル１５は、第１端子群１６上の一つ端子に連絡する接点と、第２端子群１７上の一つ端子に連絡する接点と、この二つの接点に択一的に導通する切片と、この切片から延線され電気的に出力領域モニタ２０の端子に接続するメタルケーブルと、から構成されている。

切換制御部１４は、切換スイッチ１３における全てのチャンネル１５の接点切換を、同期的に動作させるものである。
このように切換制御部１４を動作させることにより、第１端子群１６から入力した入力信号４３と第２端子群１７から入力した模擬信号４４とは、切換自在に出力領域モニタ２０に、入力される。

これにより、切換制御部１４の切換操作のみで、出力領域モニタ２０を、通常運転モードから試験モードに、変更することができる。
このため通常運転モードから試験モードへの変更は、原子炉３０の第１配線群１１の着脱作業を伴わないため、極めて効率的で人為的ミスの発生を低減することができる。

記録部１８は、模擬信号４４の入力に基づく出力領域モニタ２０の出力信号４５を、記録するものである。
このように出力信号４５を記録することにより、試験による出力領域モニタ２０の性能判定を精密に実施することができ、さらに過去試験データと今回試験データとを比較して経時的な性能変化を判定することもできる。

記録部１８は、大容量データを保持可能な例えばハードディスクのようなものであり、出力領域モニタ２０からの出力信号４５を、タイムコードに関連付けて記録する。
例えば、原子炉３０の異常発生を示す模擬信号４４を出力領域モニタ２０に入力し、スクラム信号が出力信号４５として出力されるまでのタイムラグを、検査することもできる。
これにより、模擬信号４４を入力してプラント異常時の挙動の再現性試験を実施した場合、原因解析の正確性を担保し信頼性の向上を図ることができる。
また、原子炉３０の入力信号４３に対する出力信号４５を記録し、この記録した出力信号４５に基づいて、テストベクタを作成することもできる。

以上述べた実施形態に係る原子炉の出力領域モニタの試験装置によれば、通常運転モードから試験モードへの切り換えを簡易的に行い、独立に制御された模擬信号を入力することができるため、人間系の作業を低減し、想定される炉心状態を正確に再現して試験を実施できる。

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。

１０…試験装置、１１…第１配線群、１２…第２配線群、１３…切換スイッチ、１４…切換制御部、１５…チャンネル、１６…第１端子群、１７…第２端子群、１８…記録部、２０…出力領域モニタ、２１…ＬＰＲＭユニット、２２…ＡＰＲＭユニット、２３…ＯＰＲＭユニット、２４…ＦＬＯＷユニット、２５…ＲＢＭユニット、２６…模擬信号発生器、２７…テストベクタ保持部、３０…原子炉、３１…炉心、３２…圧力容器、３３…タービン、３４…主蒸気管、３５…給水管、３６…気水分離器、３７…再循環ポンプ、４１…ＬＰＲＭ検出器、４２…計装管、４３（４３ａ，４３ｂ）…入力信号、４４…模擬信号、４５（４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ）…出力信号、４５ａ…ＬＰＲＭ信号、４５ｂ…ＡＰＲＭ信号、４５ｃ…ＯＰＲＭ信号、４５ｄ…炉心流量信号、４５ｅ…制御棒引抜阻止信号、４５…出力データ。

Claims (5)

1. 原子炉の出力レベルを監視する出力領域モニタに入力される入力信号を伝送する第１配線群が接続される第１端子群と、
   前記入力信号を模擬した模擬信号を伝送する第２配線群が接続される第２端子群と、
   前記第１端子群から入力した前記入力信号と前記第２端子群から入力した前記模擬信号とを切換自在に前記出力領域モニタに入力させる切換スイッチと、を備えることを特徴とする原子炉の出力領域モニタの試験装置。
2. 請求項１に記載の原子炉の出力領域モニタの試験装置において、
   前記第２端子群を構成する端子のそれぞれに入力する複数の前記模擬信号は、テストベクタに基づいて発生したものであることを特徴とする原子炉の出力領域モニタの試験装置。
3. 請求項２に記載の原子炉の出力領域モニタの試験装置において、
   前記テストベクタは、前記原子炉の運転時における前記入力信号に基づいて作成されたものであることを特徴とする原子炉の出力領域モニタの試験装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の原子炉の出力領域モニタの試験装置において、
   前記模擬信号の入力に対する前記出力領域モニタの出力を記録する記録部をさらに備えることを特徴とする原子炉の出力領域モニタの試験装置。
5. 原子炉の出力レベルを監視する出力領域モニタに入力される入力信号を伝送する第１配線群を第１端子群に接続するステップと、
   前記入力信号を模擬した模擬信号を伝送する第２配線群を第２端子群に接続するステップと、
   前記第１端子群から入力した前記入力信号と前記第２端子群から入力した前記模擬信号とを切換自在に前記出力領域モニタに入力させるステップと、を含むことを特徴とする原子炉の出力領域モニタの試験方法。

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