JP2017501419A - 原子炉保護システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2013年12月31日に出願された米国仮特許出願第61/922,625号及び2014年3月6日に出願された米国特許出願第14/198,891号に対して優先権を主張し、両出願の全内容が参照によりここに援用される。
[技術的背景]
本開示は、原子炉保護システム及びその関連する方法を述べる。
[背景]
原子炉保護システム、及び一般的に、原子炉計装制御(I&C)システムは、故障状態がもたらす結果を軽減するため、自動始動信号、自動及び手動制御信号、並びに監視表示を提供する。例えば、I&Cシステムは、定常状態及び過渡的電力運転中に安全でない原子炉運転に対する保護を提供する。正常運転中、I&Cシステムは、種々のパラメータを測定し、それらの信号を制御システムに送信する。異常運転及び事故状態中に、I&Cシステムは、信号を、原子炉保護システムに、幾つかの場合には原子炉保護システムの原子炉トリップシステム(RTS)及び工学的安全施設作動システム(ESFAS)に送信して、所定の設定点に基づいて保護動作を開始する。
[概要]
本開示に係る全体的な実装形態において、原子炉保護システムは、複数の機能的に独立したモジュールであって、モジュールの各々は、原子炉安全システムから複数の入力を受信し、少なくとも部分的に複数の入力に基づいて安全動作を論理的に決定するように構成された、複数の機能的に独立したモジュールと、少なくとも部分的に複数の入力に基づいた安全動作決定を受信するために、複数の機能的に独立したモジュールに通信可能に接続された1つ又は複数の原子炉安全アクチュエータとを含んでいる。
前の局面のうちのいずれかと組合せ可能な第4の局面において、原子炉安全システムは、原子炉トリップシステム(RTS)を含み、複数の機能的に独立したモジュールは、複数のRTS入力を受信し、少なくとも部分的にRTS入力に基づいてRTSコンポーネント作動を論理的に決定する。
前の局面のうちのいずれかと組合せ可能な第6の局面において、複数の機能的に独立したモジュールの各々は、複数の機能的に独立したモジュールのうちのいずれかの他のモジュールに対する単一のハードウェア故障伝搬に対する保護を提供する。
前の局面のうちのいずれかと組合せ可能な第2の局面において、複数の機能的に独立したモジュールは、複数の通信モジュールを含む。
前の局面のうちのいずれかと組合せ可能な第16の局面において、複数の機能的に独立したモジュールは、単一階層投票スキームにおいて原子炉トリップを論理的に決定する。
前の局面のうちのいずれかと組合せ可能な第18の局面において、複数階層投票スキームは2階層投票スキームを含む。
前の局面のうちのいずれかと組合せ可能な第20の局面において、多数決投票スキームは、3分の2投票スキームを含む。
前の局面のうちのいずれかと組合せ可能な第22の局面において、第2の階層は、4分の2投票スキームを含む。
前の局面のうちのいずれかと組合せ可能な第12の局面において、2階層投票スキームの第1の階層は、多数決投票スキームを含む。
前の局面のうちのいずれかと組合せ可能な第14の局面において、2階層投票スキームの第2の階層は、非多数決投票スキームを含む。
本開示に係る別の全体的な実装形態において、原子炉保護システムは、単一のモジュールへの単一の故障の移行を制限する複数の機能的に独立したモジュールを含む。
前の局面のうちのいずれかと組合せ可能な第21の局面において、2階層投票スキームの第1の階層は、多数決投票スキームを備える。
前の局面のうちのいずれかと組合せ可能な第23の局面において、2階層投票スキームの第2の階層は、非多数決投票スキームを備える。
本開示に係る原子炉保護システムの種々の実装形態は、以下の特徴の1つ、幾つか、又は全てを含み得る。例えば、原子炉保護システムは、システムにおける安全機能を無効化および/又は不能化し得るソフトウェア又はソフトウェア生成論理エラーによって引き起こされる共通原因故障(CCF)を緩和し得る。別の例として、原子炉保護システムは、独立性、冗長性、決定論、多層化多様性、試験可能性、及び診断を含む主要属性を組み込んでもよい。原子炉保護システムは、原子炉が安全状態で維持されることを保証し得る。別の例として、原子炉保護システムは、特定の機能に専用の個々の論理エンジンに実装される機能性を有する対称アーキテクチャを通して増加した簡素性を有してもよい。更に別の例として、原子炉保護システムは、単純な決定論的プロトコルに基づく、かつ冗長経路を介して通信される、アーキテクチャ内での通信を容易にし得る。
図1は、複数の原子力システム150と、原子炉計装及び制御(I&C)システム135とを含むシステム100の例示的な実装形態を図示している。一般的に、I&Cシステム135は、自動始動信号、自動及び手動制御信号、並びに監視及び指示ディスプレイを提供して、システム100における故障状態の結果を防止又は緩和する。I&Cシステム135は、正常な原子炉制御と、定常状態及び過渡的電力運転中に原子力システム150の安全でない原子炉運転に対しての保護とを提供する。正常運転中、計装は、種々のプロセスパラメータを測定し、その信号をI&Cシステム135の制御システムに送信する。異常運転及び事故状態中、計装は、信号をI&Cシステム135の複数の部分(モジュール保護システム(MPS)145の部分である、例えば(例えば、事故の影響を緩和するための)原子炉トリップシステム(RTS)147及び工学的安全施設作動システム(ESFAS)148)に送信して、所定の設定点に基づいて保護動作を始動する。
[ブロック内の属性]
先の図を参照して図示され、また同様に述べるように、分離グループA、B、C、及びD並びにRTS及びESFASの2つの区分は、それらが基づくプログラマブル技術に従ってグループ化される。安全ブロックI及びIIは共に、モジュール保護システム(MPS)(例えばMPS200)を構成する。
[ブロック間の多様性属性]
人間多様性に関して、安全ブロックI及び1E M/I Iのソフトウェアは、1つの設計チームによって設計されてもよく、安全ブロックII及び1E M/I IIは、異なる設計チームによって設計されてもよい。更に、独立した検証及び妥当性確認チームが、各設計チームの作業を再検討して、設計の正しさを保証し得る。先に述べた設計チームは、同様に、モジュール制御システム(MCS)及び非1E M/Iに割り当てられる設計チームとは異なる。
Claims (65)
- 原子炉保護システムであって、
複数の機能的に独立したモジュールであって、前記モジュールの各々は、原子炉安全システムから複数の入力を受信し、少なくとも部分的に前記複数の入力に基づいて安全動作を論理的に決定するように構成される、複数の機能的に独立したモジュールと、
前記複数の機能的に独立したモジュールに通信可能に接続され、少なくとも部分的に前記複数の入力に基づく前記安全動作決定を受信する、1つ又は複数の原子炉安全アクチュエータと
を備える、原子炉保護システム。 - 請求項1に記載の原子炉保護システムであって、
前記複数の機能的に独立したモジュールの各々は、前記複数の機能的に独立したモジュールの他のいずれかのモジュールに対する単一の故障伝搬に対する保護を提供する、原子炉保護システム。 - 請求項1に記載の原子炉保護システムであって、
前記原子炉安全システムは、工学的安全施設作動システム(ESFAS)を備え、
前記複数の機能的に独立したモジュールは、複数のESFAS入力を受信し、少なくとも部分的に前記ESFAS入力に基づいてESFASコンポーネントの作動を論理的に決定する、原子炉保護システム。 - 請求項3に記載の原子炉保護システムであって、
前記複数の機能的に独立したモジュールは、冗長ESFAS投票区分を提供する、原子炉保護システム。 - 請求項1に記載の原子炉保護システムであって、
前記原子炉安全システムは、原子炉トリップシステム(RTS)を備え、
前記複数の機能的に独立したモジュールは、複数のRTS入力を受信し、少なくとも部分的に前記RTS入力に基づいてRTSコンポーネントの作動を論理的に決定する、原子炉保護システム。 - 請求項5に記載の原子炉保護システムであって、
前記複数の機能的に独立したモジュールは、冗長RTS投票区分を提供する、原子炉保護システム。 - 請求項1に記載の原子炉保護システムであって、
前記複数の機能的に独立したモジュールの各々は、前記複数の機能的に独立したモジュールのうちの他のいずれかへの単一のハードウェア故障伝搬に対する保護を提供する、原子炉保護システム。 - 請求項1に記載の原子炉保護システムであって、
前記複数の機能的に独立したモジュールの各々は、前記複数の機能的に独立したモジュールのうちの他のいずれかへの単一のソフトウェア故障伝搬に対する保護を提供する、原子炉保護システム。 - 請求項1に記載の原子炉保護システムであって、
前記複数の機能的に独立したモジュールの各々は、前記複数の機能的に独立したモジュールのうちの他のいずれかへの単一のソフトウェア生成論理故障伝搬に対する保護を提供する、原子炉保護システム。 - 請求項1に記載の原子炉保護システムであって、
前記複数の機能的に独立したモジュールは、原子炉トリップ検知及び決定の単一の経路について3重冗長化を提供する、原子炉保護システム。 - 請求項1に記載の原子炉保護システムであって、
前記複数の機能的に独立したモジュールは、原子炉トリップコンポーネント毎に複数の独立したトリップ投票モジュールを備える、原子炉保護システム。 - 請求項1に記載の原子炉保護システムであって、
前記複数の機能的に独立したモジュールは、特定のトリップコンポーネントに専用の前記複数のモジュールのうちの他の全てのモジュールから切り離して前記原子炉トリップを論理的に決定する、原子炉保護システム。 - 請求項1に記載の原子炉保護システムであって、
前記複数の機能的に独立したモジュールは、ESFコンポーネント毎に複数の独立したESFAS作動投票モジュールを備える、原子炉保護システム。 - 請求項1に記載の原子炉保護システムであって、
前記複数の機能的に独立したモジュールは、特定のESFコンポーネントに専用の前記複数のモジュールのうちの他の全てから切り離して前記ESFAS作動を論理的に決定する、原子炉保護システム。 - 請求項1に記載の原子炉保護システムであって、
前記複数の機能的に独立したモジュールは、複数の安全機能モジュールを備える、原子炉保護システム。 - 請求項1に記載の原子炉保護システムであって、
前記複数の機能的に独立したモジュールは、複数の通信モジュールを備える、原子炉保護システム。 - 請求項1に記載の原子炉保護システムであって、
前記複数の機能的に独立したモジュールは、複数の機器インタフェースモジュールを備える、原子炉保護システム。 - 請求項1に記載の原子炉保護システムであって、
前記複数の機能的に独立したモジュールは、単一階層投票スキームにおいて前記原子炉トリップを論理的に決定する、原子炉保護システム。 - 請求項1に記載の原子炉保護システムであって、
前記複数の機能的に独立したモジュールは、複数階層投票スキームにおいて前記原子炉トリップを論理的に決定する、原子炉保護システム。 - 請求項19に記載の原子炉保護システムであって、
前記複数階層投票スキームは、2階層投票スキームを備える、原子炉保護システム。 - 請求項20に記載の原子炉保護システムであって、
前記2階層投票スキームの第1の階層は、多数決投票スキームを備える、原子炉保護システム。 - 請求項21に記載の原子炉保護システムであって、
前記多数決投票スキームは、3分の2投票スキームを備える、原子炉保護システム。 - 請求項20に記載の原子炉保護システムであって、
前記2階層投票スキームの第2の階層は、非多数決投票スキームを備える、原子炉保護システム。 - 請求項23に記載の原子炉保護システムであって、
前記第2の階層は、4分の2投票スキームを備える、原子炉保護システム。 - 原子炉トリップを決定するための方法であって、
工学的安全施設作動システム(ESFAS)又は原子炉トリップシステム(RTS)のうちの一方から、原子炉保護システムの複数の機能的に独立したモジュールにおいて複数の入力を受信することと、
前記複数の機能的に独立したモジュールによって、少なくとも部分的に前記複数の入力に基づいてESFAS安全動作又は原子炉トリップの決定のうちの一方を論理的に決定することと、
前記論理的な決定に基づいて、前記複数の機能的に独立したモジュールに通信可能に接続されたESFASコンポーネントアクチュエータ又は原子炉トリップ遮断器のうちの一方を作動させることと
を備える、方法。 - 請求項25に記載の方法であって、
前記複数の機能的に独立したモジュールのうちの1つによって、前記複数の機能的に独立したモジュールのうちの他のいずれかへの単一の故障伝搬を制限することを更に備える、方法。 - 請求項26に記載の方法であって、
前記単一の故障は、単一のハードウェア故障、単一のソフトウェア故障、又は単一のソフトウェア生成論理故障のうちの少なくとも1つを含む、方法。 - 請求項25に記載の方法であって、
前記複数の機能的に独立したモジュールによって、少なくとも部分的に前記入力に基づいてESFAS安全動作又は原子炉トリップの決定のうちの一方を論理的に決定することは、前記複数の機能的に独立したモジュールによって、3重冗長化信号経路を通して前記ESFAS安全動作又は前記原子炉トリップの決定を論理的に決定することを備える、方法。 - 請求項25に記載の方法であって、
前記複数の機能的に独立したモジュールは、冗長RTS投票区分又は冗長ESFAS投票区分のうちの少なくとも一方を提供する、方法。 - 請求項25に記載の方法であって、
前記複数の機能的に独立したモジュールによって、少なくとも部分的に前記入力に基づいてESFAS安全動作又は原子炉トリップの決定のうちの一方を論理的に決定することは、前記複数の機能的に独立したモジュールによって、原子炉トリップコンポーネント毎の複数の独立したトリップ投票モジュールを通して前記ESFAS安全動作又は前記原子炉トリップの決定を論理的に決定することを備える、方法。 - 請求項30に記載の方法であって、
前記複数の機能的に独立したモジュールによって、少なくとも部分的に前記入力に基づいてESFAS安全動作又は原子炉トリップの決定のうちの一方を論理的に決定することは、前記複数の機能的に独立したモジュールのうちの特定のモジュールによって、前記複数のモジュールのうちの全ての他のモジュールから切り離して前記ESFAS安全動作又は前記原子炉トリップの決定を論理的に決定することを備える、方法。 - 請求項25に記載の方法であって、
前記複数の機能的に独立したモジュールは、ESFコンポーネント毎に複数の独立したESFAS作動投票モジュールを備え、
前記方法は、更に、
前記複数の機能的に独立したモジュールのうちの特定のモジュールによって、特定のESFコンポーネントに専用の前記複数のモジュールのうちの全ての他のモジュールから切り離して前記ESFAS作動を論理的に決定することを備える、方法。 - 請求項25に記載の方法であって、
前記複数の機能的に独立したモジュールは、複数の安全機能モジュールと、複数の通信モジュールと、複数の機器インタフェースモジュールとを備える、方法。 - 請求項25に記載の方法であって、
前記複数の機能的に独立したモジュールによって、少なくとも部分的に前記入力に基づいてESFAS安全動作又は原子炉トリップの決定のうちの一方を論理的に決定することは、前記複数の機能的に独立したモジュールによって、単一階層投票スキームにおいて前記ESFAS安全動作又は前記原子炉トリップの決定を論理的に決定することを備える、方法。 - 請求項25に記載の方法であって、
前記複数の機能的に独立したモジュールによって、少なくとも部分的に前記入力に基づいてESFAS安全動作又は原子炉トリップの決定のうちの一方を論理的に決定することは、前記複数の機能的に独立したモジュールによって、複数階層投票スキームにおいて前記ESFAS安全動作又は前記原子炉トリップの決定を論理的に決定することを備える、方法。 - 請求項35に記載の方法であって、
前記複数階層投票スキームは、2階層投票スキームを備える、方法。 - 請求項36に記載の方法であって、
前記2階層投票スキームの第1の階層は、多数決投票スキームを備える、方法。 - 請求項37に記載の方法であって、
前記多数決投票スキームは、3分の2投票スキームを備える、方法。 - 請求項36に記載の方法であって、
前記2階層投票スキームの第2の階層は、非多数決投票スキームを備える、方法。 - 請求項39に記載の方法であって、
前記第2の階層は、4分の2投票スキームを備える、方法。 - 原子炉保護装置であって、
原子炉安全システムから複数の入力を受信し、少なくとも部分的に前記複数の入力に基づいて安全動作を論理的に決定するための手段と、
少なくとも部分的に前記複数の入力に基づいて前記安全動作の決定を受信するための手段と
を備える、原子炉保護装置。 - 請求項41に記載の原子炉保護装置であって、
前記安全動作の決定を受信するための前記手段は、前記原子炉安全システムから前記複数の入力を受信し、前記安全動作を論理的に決定するための前記手段に通信可能に接続されている、原子炉保護装置。 - 請求項41に記載の原子炉保護装置であって、
前記原子炉安全システムから前記複数の入力を受信し、前記安全動作を論理的に決定するための前記手段は、前記装置内の単一の故障伝搬に対する保護を提供する、原子炉保護装置。 - 請求項41に記載の原子炉保護装置であって、
前記原子炉安全システムは、工学的安全施設作動システム(ESFAS)を備え、
前記原子炉安全システムから前記複数の入力を受信し、前記安全動作を論理的に決定するための前記手段は、複数のESFAS入力を受信し、少なくとも部分的に前記ESFAS入力に基づいてESFASコンポーネントの作動を論理的に決定する、原子炉保護装置。 - 請求項44に記載の原子炉保護装置であって、
前記原子炉安全システムから前記複数の入力を受信し、前記安全動作を論理的に決定するための前記手段は、冗長ESFAS投票区分を提供する、原子炉保護装置。 - 請求項41に記載の原子炉保護装置であって、
前記原子炉安全システムは、原子炉トリップシステム(RTS)を備え、
前記原子炉安全システムから前記複数の入力を受信し、前記安全動作を論理的に決定するための前記手段は、複数のRTS入力を受信し、少なくとも部分的に前記RTS入力に基づいてRTSコンポーネントの作動を論理的に決定する、原子炉保護装置。 - 請求項46に記載の原子炉保護装置であって、
前記原子炉安全システムから前記複数の入力を受信し、前記安全動作を論理的に決定するための前記手段は、冗長RTS投票区分を備える、原子炉保護装置。 - 請求項41に記載の原子炉保護装置であって、
前記原子炉安全システムから前記複数の入力を受信し、前記安全動作を論理的に決定するための前記手段は、前記装置内の単一のハードウェア故障伝搬に対する保護を提供する、原子炉保護装置。 - 請求項41に記載の原子炉保護装置であって、
前記原子炉安全システムから前記複数の入力を受信し、前記安全動作を論理的に決定するための前記手段は、前記装置内の単一のソフトウェア故障伝搬に対する保護を提供する、原子炉保護装置。 - 請求項41に記載の原子炉保護装置であって、
前記原子炉安全システムから前記複数の入力を受信し、前記安全動作を論理的に決定するための前記手段は、前記装置内の単一のソフトウェア生成論理故障伝搬に対する保護を提供する、原子炉保護装置。 - 請求項41に記載の原子炉保護装置であって、
前記原子炉安全システムから前記複数の入力を受信し、前記安全動作を論理的に決定するための前記手段は、原子炉トリップ検知及び決定の3重冗長信号経路を備える、原子炉保護装置。 - 請求項41に記載の原子炉保護装置であって、
前記原子炉安全システムから前記複数の入力を受信し、前記安全動作を論理的に決定するための前記手段は、原子炉トリップコンポーネント毎に複数の独立したトリップ投票モジュールを備える、原子炉保護装置。 - 請求項41に記載の原子炉保護装置であって、
前記原子炉安全システムから前記複数の入力を受信し、前記安全動作を論理的に決定するための前記手段は、特定の原子炉トリップコンポーネントについて原子炉トリップを独立して決定する、原子炉保護装置。 - 請求項41に記載の原子炉保護装置であって、
前記原子炉安全システムから前記複数の入力を受信し、前記安全動作を論理的に決定するための前記手段は、ESFコンポーネント毎に複数の独立したESFAS作動投票モジュールを備える、原子炉保護装置。 - 請求項41に記載の原子炉保護装置であって、
前記原子炉安全システムから前記複数の入力を受信し、前記安全動作を論理的に決定するための前記手段は、特定のESFコンポーネントについてESFAS作動を独立して決定する、原子炉保護装置。 - 請求項41に記載の原子炉保護装置であって、
前記原子炉安全システムから前記複数の入力を受信し、前記安全動作を論理的に決定するための前記手段は、複数の安全機能モジュールを備える、原子炉保護装置。 - 請求項41に記載の原子炉保護装置であって、
前記原子炉安全システムから前記複数の入力を受信し、前記安全動作を論理的に決定するための前記手段は、複数の通信モジュールを備える、原子炉保護装置。 - 請求項41に記載の原子炉保護装置であって、
前記原子炉安全システムから前記複数の入力を受信し、前記安全動作を論理的に決定するための前記手段は、複数の機器インタフェースモジュールを備える、原子炉保護装置。 - 請求項41に記載の原子炉保護装置であって、
前記原子炉安全システムから前記複数の入力を受信し、前記安全動作を論理的に決定するための前記手段は、単一階層投票スキームにおいて原子炉トリップを論理的に決定する、原子炉保護装置。 - 請求項41に記載の原子炉保護装置であって、
前記原子炉安全システムから前記複数の入力を受信し、前記安全動作を論理的に決定するための前記手段は、複数階層投票スキームにおいて原子炉トリップを論理的に決定する、原子炉保護装置。 - 請求項60に記載の原子炉保護装置であって、
前記複数階層投票スキームは、2階層投票スキームを備える、原子炉保護装置。 - 請求項61に記載の原子炉保護装置であって、
前記2階層投票スキームの第1の階層は、多数決投票スキームを備える、原子炉保護装置。 - 請求項62に記載の原子炉保護装置であって、
前記多数決投票スキームは、3分の2投票スキームを備える、原子炉保護装置。 - 請求項61に記載の原子炉保護装置であって、
前記2階層投票スキームの第2の階層は、非多数決投票スキームを備える、原子炉保護装置。 - 請求項64に記載の原子炉保護装置であって、
前記第2の階層は、4分の2投票スキームを備える、原子炉保護装置。
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