JP2509901B2

JP2509901B2 - 原子炉出力分布監視方法

Info

Publication number: JP2509901B2
Application number: JP59222954A
Authority: JP
Inventors: 孝治福崎; 高志木口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-10-25
Filing date: 1984-10-25
Publication date: 1996-06-26
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: JPS61102594A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は、原子炉の出力分布を監視する方法に係り、
特に出力分布計算モデルより得られる値、中性子モニタ
より得られる値それぞれの計算誤差、測定誤差を考慮し
て最確値としての出力分布を推定するための原子炉出力
分布監視方法に関するものである。

〔発明の背景〕

原子炉を安全、且つ効率よく運転するためには、出力
分布の監視は短時間に、しかも高精度にして行なわれる
必要がある。このため原子力学会誌,25（８）、p639〜6
48（1984）に示すような出力分布監視方法が実用化され
ている。この方法の特徴は、出力分布計算モデルで計算
された出力分布計算値と、中性子モニタで測定された出
力分布測定値とから出力分布を推定し監視に使用してい
ることである。この方法による場合は簡略化された出力
分布計算モデルを使用して計算時間の短縮をはかつた場
合でも、各所での測定値で計算値を補正し得るため、監
視精度を高くし得る点が特徴となつている。しかしなが
ら、測定値が得られる場所では、計算値が測定値に一致
すべく補正されるので、中性子モニタの測定誤差が出力
分布計算モデルの計算誤差に比較して無視し得ない場合
には監視精度の向上には限界がある。

このため特開昭56-98682号公報においては計算誤差お
よび測定誤差を考慮した補正が行なわれるようになつて
いる。この公報では高速炉を対象としているが、その考
え方は他の原子炉にも適用し得るものとなつている。し
かしながら、測定値として得られるのが燃料集合体の積
算出力であるため、この積算出力については監視精度を
より向上し得ても、炉心高さ方向の出力分布の形状につ
いては、簡略化された出力分布計算モデルの計算値を使
用するため、監視精度のより一層の向上には限界がある
ものとなつている。

〔発明の目的〕

したがつて、本発明の目的は、炉心高さ方向の出力分
布形状についても計算値および測定値を用い監視精度を
向上させ得る、統計理論に立脚した原子炉出力分布監視
方法を供するにある。

〔発明の概要〕

この本発明の特徴とすることろは計算モデルに基づい
て求める出力分布計算値および炉内中性子モニタで測定
する出力分布測定値が有するであろう計算誤差および測
定誤差を予め求めておき、前記計算誤差の自乗の逆数値
（第１の逆数値）と前記計算値を乗算した第１の値と、
前記測定誤差の自乗の逆数値（第２の逆数値）と前記測
定値を乗算した第２の値を求めて、前記第１の値と前記
第２の値の加算値を求め、この加算値を前記第１の逆数
値と前記第２の逆数値の加算値で除算することにより出
力分布推定値を求めるようにしたことにある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を第１図から第13図により説明する。

先ず本発明に係る原子炉出力分布監視装置の構成の概
要について説明する。第１図はその構成を原子炉ととも
に示したものである。図示の如く原子炉１に対して出力
分布計算部２および出力分布測定部３が設けられ、これ
らからの計算値および測定値などにもとづいて出力分布
推定部４では出力分布が推定され、推定結果は出力装置
５で記録表示されるものとなつている。これら構成部分
のうち本発明は特に出力分布推定部４に係り、出力分布
推定部４への入力を与える出力分布計算部２および出力
分布測定部３については特に説明するまでもないが、記
述の原子力学会誌や火力発電技術協会編；原子炉講座−
Ｖ、原子炉計装制御、p41〜56（昭54−５）を参照され
たい。

第２図はその出力分布推定部での処理のフローを概略
として示したものである。これによると測定値としては
炉内中性子モニタ等の炉心高さ方向での出力分布測定手
段による測定値を使用して以下の手順で出力分布が推定
されるようになつている。

（１）出力分布計算値と測定値から出力分布を推定す
るために、計算誤差および測定誤差を設定する（処理ス
テツプ41）。

（２）計算値と測定値、更には計算誤差と測定誤差か
ら次の処理ステツプ43での推定方法を決定するための指
標を計算する（処理ステツプ42）。

（３）処理ステツプ42で求めた指標にもとづいて計算
値と測定値、更には計算誤差と測定誤差から計算誤差が
小さい場合は計算値を、測定誤差が小さい場合は測定値
をといつた具合に各々重視して出力分布を推定する（処
理ステツプ43）。

以上の処理手順を中性子モニタ毎に繰返し炉心全体の
出力分布を推定しようというのが本発明なわけである。
さて、以上の処理ステツプについて更に詳細に説明すれ
ば、第３図は処理ステツプ41の一例を示したものであ
る。本例においては、計算誤差σ_Cおよび測定誤差σ_Mを
オフラインでの評価にもとづき、入力定数として入力定
数フアイル411に予め格納しておき、入力定数読出し処
理412で入力定数としてワークフアイル413に書込まれる
ようになつている。

このようにする場合は、計算誤差σ_Cあるいは測定誤
差σ_Mの変更が入力定数の入換えのみで容易に行なえる
ことになる。例えば計算誤差σ_Cについては、１サイク
ルの運転終了後に燃料集合体のガンマスキヤン測定（γ
線分布の高さ方向での測定）を実施し、この測定結果か
ら推定されたサイクル末期の出力分布推定値を計算値と
比較することによつて新たに評価し得る。また、測定誤
差σ_Mについても中性子モニタを性能の異なるものに交
換した場合には、予め線量既知の中性子源を使用して実
施した性能試験の結果にもとづいて新たに設定し直す必
要があるが、このような場合に、入力定数を変更するだ
けで対応し得るものである。

次に、推定方法決定のための指標を計算する処理ステ
ツプ42について説明すれば、第４図はその一例を示した
ものである。本例においては次の４段階を経て指標k_lが
計算されるようになつている。但し、添字ｌは出力分布
の計算点、即ち、ノードを示す。

（１）ワークフアイル413に格納された計算誤差σ_Cお
よび測定誤差σ_Mから式（１）によつて第１の平均誤差
σ_ξlを計算し、これをワークフアイル422に格納する
（処理421）。

（２）ワークフアイル413の計算誤差σ_Cおよび測定誤
差σ_M、更に出力分布計算モデルによつて計算されてワ
ークフアイル423に格納された出力分布計算値d_Clと、中
性子モニタによつて測定されてワークフアイル424に格
納された出力分布測定値d_Mlとを用い式（２）によつて
重み付き平均値ξ_lを計算し、これをワークフアイル426
に格納する（処理425）。

（３）ワークフアイル426の平均値ξ_l、ワークフアイ
ル423,424の計算値d_Cl、測定値d_Ml、更にワークフアイ
ル413の計算誤差σ_Cおよび測定誤差σ_Mを用い式（３）
によつて第２の平均誤差σ_ξl ^*を計算し、これをワーク
フアイル422に格納する（処理427）。

（４）ワークフアイル422の２種類の平均誤差σ_ξlお
よびσ_ξl ^*から式（４）によつて指標k_lを計算し、これ
をワークフアイル429に格納する（処理428）。

このように処理すれば、計算値d_Clと測定値d_Mlとの間
の差を、指標k_lの値で定量的に評価できることになる。
即ち、式（４）で使用する２種類の平均誤差は、統計理
論にもとづくと各々次のような意味をもつ。

σ_ξl：計算誤差σ_Cおよび測定誤差σ_Mの値を考慮し
ているが、計算値d_Clおよび測定値d_Mlと重み付き平均値
ξ_lとの差は考慮していない平均誤差 σ_ξl ^*：計算値d_Clおよび測定値d_Mlと重み付き平均値
ξ_lとの差を考慮した平均誤差しかも、この両者は単に計算値d_Clと測定値d_Mlとの差
が小さい場合ばかりでなく、計算値d_Clと測定値d_Mlとの
間に系統的な誤差がない場合にのみ一致することが知ら
れている。計算値d_Clと測定値d_Mlとの間に系統的な誤差
があるということは、出力分布計算モデルの異常、ある
いは中性子モニタの異常により計算値d_Clあるいは測定
値d_Mlが異常になつていることを意味し、後続する出力
分布推定の際にこの事実を反映する必要がある。指標k_l
は式（４）からも判るように２種類の平均誤差σ_ξlお
よびσ_ξl ^*の差を規格化したものであり、系統的な誤差
の有無を定量化した量として推定方法での利用が可能と
なつている。

最後に出力分布の推定値を計算する処理ステツプ43に
ついて説明すれば、第５図はその一例を示したものであ
る。本例においては入力定数フアイル411から読出され
た判定基準k_oと、ワークフアイル429から読出された指
標k_lとにもとづいて式（５）の判定処理431が行なわ
れ、推定値d_Rlが出力結果フアイル432に格納されるもの
となつている。

この場合重み付き平均値ξ_lおよび計算値d_Clは、各々
ワークフアイル426,423から得られるが、このように処
理すれば、推定値d_Rlの計算に際して、監視精度が向上
されることになる。即ち、式（５）において重み付き平
均値ξ_lをとるということは、式（２）から判るよう
に、計算値と測定値のうち、誤差の小さいものを重視す
ることを意味し、また、指標k_lが判定基準k_o以上の場合
に計算値d_Clをとるということは系統的な誤差の原因と
なつた異常な測定値d_Mlを排除することを意味し、この
結果監視精度の向上が可能となるものである。なお、計
算値d_Clが異常の場合については後述するところであ
る。

さて、以上本発明を典型的な実施例と処理ステツプに
例を採り説明したが、以下ではそれによる効果の程を解
析例によつて考察することとする。

先ず、既述の原子力学会誌に開示された出力分布監視
方法との効果の相違について説明すれば、解析の対象と
したのは、第６図にその炉心６の平面を示すように熱出
力2,381MW、電気出力784MWの沸騰水型原子炉（BWR）で
ある。図中の○および●で示すように、31本の中性子モ
ニタ用ストリングが配置されたものとなつている。この
場合、各ストリングには、炉心高さ方向に４個の固定さ
れた局所出力領域モニタ（LPRM）が配置されている他
に、連続的な出力分布を測定する走行型炉内モニタ（TI
P）のための案内管が設置されたものとなつている。な
お、解析に必要な入力定数の値は、次にように設定し
た。

さて、第７図は、代表的なストリングについて、炉心
高さ方向の出力分布を示したものである。これによる
と、これまでの出力分布監視方法では測定値（実線表
示）に一致させる推定方法がとられているが、これに対
し本発明を適用して測定値と計算値（破線表示）から推
定値を求める場合は、一点鎖線表示の如くになる。即
ち、これまでのものでは補正のし過ぎであることが知れ
る。実際に、全ストリングについて監視精度を各ノード
毎の推定値の真値に対する差の自乗平均で評価すると、
これまでのものでは2.5％だつたものが、本発明による
場合は2.2％と改善された。

ところで、上記の例では、公知方法と本発明方法との
間の差は小さい。しかしながら、両者の差はストリング
の本数を削減した場合での解析で、顕著に大きくなる。
例えば、第６図に示すストリングの中で○で示すものを
削除し、●で示すもののみを残してその測定値を使用す
る解析を実施したところ、公知方法の監視精度は、上記
の例と同様な評価方法で、全ストリングの測定値を使用
した場合での2.5％から4.5％に悪化した。これに対し本
発明方法では2.2％から3.4％に悪化するだけである。即
ち、今後、BWRコスト低減の要求が高まり、ストリング
本数の削減の必要性が出てくると、本発明方法は、より
一層大きな効果をもたらすことになるものである。

次に、特開昭56-98682号公報で示された方法との効果
の相違について説明する。

この説明では第８図に示すような状況を設定するが、
このデータは相違が明確となるように仮想的に作成した
ものである。先ず、実線が出力分布の真値であるが、現
実にはこの値は判つていない。判つているものは以下の
諸量である。

（１）出力分布計算値（…）：出力分布計算モデルで
計算したもの（２）出力分布測定値（Ｏ）：中性子モニタで測定し
たもの（炉心高さ方向に４個の中性子モニタがあると仮
定）（３）燃料集合体の積算出力計算値：出力分布計算値を積算したもの（４）燃料集合体の積算出力測定値：冷却材流量、温度等の測定値を使用し、いわゆるヒー
トバランス計算から求めたもの以上のように設定した場合、特開昭56-98682号公報で
は第９図に示すように推定値が求められる。すなわち、
先ず燃料集合体の積算出力について計算値と測定値から
推定値が求められ、次に出力分布計算値をその積算出力
が推定値に一致するように補正する。したがつて、図中
に一点鎖線で示す出力分布推定値は炉心高さ方向の出力
分布形状が計算値に依存することになる。

これに対し、本発明方法では第10図に示すように推定
値が求められる。即ち、先ず中性子モニタの測定値と同
一高さの計算値とから推定値を４点求める。次に、各点
での推定値と計算値との差を内挿し、出力分布の計算値
から一点鎖線で示す推定値を求めるものである。

さて、第９図，第10図における出力分布推定値を比較
すれば、本発明方法による場合がより真値に近く、しか
も出力分布の形状も改善されていることが判る。即ち、
本発明方法はこれまでのものと比較して、炉心高さ方法
の出力分布測定値を使用するという点で方法の内容が異
なるばかりか、効果も大きく異なるものである。

以上、本発明の典型的な実施例とその効果について説
明したが、本発明の要旨を変更することなく可能とされ
た他の実施例につき以下説明する。

先ず、計算誤差および測定誤差を設定する処理ステツ
プについての２つの実施例を説明する。第１の実施例の
計算誤差および測定誤差を出力分布の監視中にオンライ
ンで修正するようにしたものである。即ち、第11図に示
すように、基準となる計算誤差σ_C ^oおよび測定誤差σ_M ^o
を入力定数フアイル411に格納しておき、誤差設定処理4
14で式（７）による補正を行なうことによつて計算誤差
σ_Cおよび測定誤差σ_Mを求め、ワークフアイル413に格
納するようにしたものである。

このようにすれば、両誤差の経時変化が反映され得る
ものである。先ず計算誤差であるが、これはそもそも出
力分布計算モデルに由来するが、出力分布計算モデルは
炉心状態によつて性能が変化するのが普通である。した
がつて、例えば式（７）における（Ｅ）は以下のよう
に与えられることが可能である。

（Ｅ）＝A₀＋A₁・Ｅ＋A₂・E² …（８）但し、Ｅは炉心平均燃焼度であり、A₀〜A₂は係数であ
つて、これら係数A₀，A₁，A₀はオフラインで作成可能で
ある。

次に測定誤差について説明すれば、これも中性子モニ
タの性能や炉心状態に依存しており、例えば式（７）に
おけるｇ（d_Ml）は以下のように与えることが可能とな
つている。

但し、Ｎはノードの総数を、d_Mは測定値の空間あるい
は時間平均を示す。

次に第２の実施例について説明すれば、この実施例で
は計算誤差および測定誤差が複数用意されるようになつ
ている。即ち、第12図に示すように、入力定数フアイル
411には計算誤差は燃料タイプｉ毎に、また測定誤差は
中性子モニタのタイプｊ毎に各々格納されており、誤差
選択処理415では該当するものを選択したうえワークフ
アイル413に格納するようになつている。このようにす
れば、特性の異なる燃料が混在する炉心や、性能の異な
る中性子モニタが混在する炉心であつても適切に計算誤
差および測定誤差が設定されることになるものである。
例えば、中性子モニタとして該分裂計数管の代わりにガ
ンマ線計数管を使用すれば測定誤差が減少するが、この
ような場合には中性子モニタのタイプに応じて測定誤差
が設定されるものである。

誤差の設定処理は以上のようであるが、次に推定方法
を決定するための指標を計算する処理ステツプについて
の２つの実施例を説明する。何れの場合でも第４図に示
す処理フローの最後に、更に処理が追加されるようにな
つている。先ず第１の実施例では、新たに計算された指
標k_lを、状況に応じて判定基準k_oとして使用するように
なつている。

即ち、第13図に示すように、ワークフアイル429から
指標k_lを読み出して、格納判定処理441を行ない、もし
適当と判定した場合にはワークフアイル442にそれを判
定基準k_oとして格納するものである。このようにすれ
ば、例えばBWRのように、２種類の異なる中性子モニタ
がある場合に、両者を使いわけることによつて、監視精
度が向上され得るものである。BWRにおいては、LPRMに
比してTIPの信頼性が高く、TIPによる測定値が異常とな
ることは殆んどない。したがつて、TIP測定値を用いて
計算した指標k_lが判定基準k_o以上になつた場合には、む
しろ出力分布計算モデルによる計算値が異常になつたと
考えるのが妥当である。よつて推定値d_Rlを式（５）に
おける上の式で与える方が、測定値を利用でき監視精度
の向上がはかれる。そのために、判定基準k_oを入換える
ものである。なお、LPRMの測定値を使用する場合には従
来通りでよい。

第２の実施例は指標k_lの経時変化に応じてこの値を判
定基準k_oと入換えるものである。即ち、第14図に示すよ
うに、新たに計算された指標k_l ^Nと、１回前の指標k_l ^N-1
とから式（10）を用いて指標の変化率_lを計算するも
のである。

但し、Δt^Nは今回と前回の指標計算の時間間隔であ
る。変化率_lが別に定めた基準値以下の場合にはk_l ^Nを
新たな判定基準k_oとしてワークフアイル442に格納する
（処理443）わけである。このようにすれば、出力分布
の監視中に計算値の異常と測定値の異常を弁別し得るこ
とになるものである。一般に中性子モニタの異常等に起
因する測定値の異常は急な変化となつて現われるので、
その場合での変化率_lは大きい。これに対し計算値が
異常の場合には変化率_lは小さいものとなる。したが
つて、本変形例を用いれば、前者の_lが大きい場合の
み測定値を排除して推定値を求めることが可能となるも
のである。

最後に、出力分布の推定値を計算する処理ステツプに
ついての２つの実施例を説明する。

第１の実施例は、指標k_lが判定基準k_o以上になつた場
合に代用値を用いて推定値を求めるものである。即ち、
第５図と同様の実施例において式（５）の代わりに例え
ば式（11）を使用するものである。

この場合ダツシユ記号に係るものは同一監視時での別
のノード、あるいは過去の監視時での同一ノード係るも
のを意味する。このようにすれば、測定値に異常が発生
した場合にも、ステツプ状に監視精度が変化するのを防
止し得るものである。

第２の実施例は推定値とともに、その真値に対する誤
差を出力するようにしたものである。即ち、第15図に示
すように、先ず指標k_lの値に関係なく推定値d_Rlとして
ξ_lを出力結果フアイル432に格納する（処理433）。次
に式（12）で推定値の真値に対する誤差σ_Rlを求め、同
じく出力結果フアイル432に格納する（処理434）。

このようにすれば、監視結果の精度が把握され得るも
のである。推定値d_Rlが同じであつても計算値と推定値
との間に系統的に誤差があれば、式（12）におけるσ_Rl
は大きくなり、これを出力する場合は監視結果の信頼性
を判断する基準となるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明による場合は、これまでの
ものに比して特に炉心高さ方向の出力分布形状が改善さ
れ、したがつて、監視精度の向上が図れるばかりか、中
性子モニタ等の出力分布測定手段を有する原子炉一般に
適用可となっている。

【図面の簡単な説明】第１図は、本発明に係る原子炉出力分布監視装置の構成
を原子炉とともに示す図、第２図は、その出力分布推定
部での処理のフローを示す図、第３図，第４図，第５図
は、それぞれの処理のフロー部分の一例を示す図、第６
図は、中性子モニタ用ストリングが配置された炉心の平
面を示す図、第７図，第８図，第９図，第10図は、本発
明による効果の程を考察するための図、第11図，第12
図，第13図，第14図，第15図は、本発明の他の実施態様
を説明するための図である。１……原子炉、２……出力分布計算部、３……出力分布
測定部、４……出力分布推定部、５……出力装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−62595（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−223095（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−65293（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原子炉の出力分布計算値を計算モデルに基
づいて求めると共に炉内中性子モニタで測定した出力分
布測定値を得て前記原子炉の出力分布を監視するもので
あって、前記計算値および前記測定値の有するであろう
計算誤差および測定誤差を予め求めておき、前記計算誤
差の自乗の逆数値（第１の逆数値という）と前記計算値
を乗算した第１の値と、前記測定誤差の自乗の逆数値
（第２の逆数値という）と前記測定値を乗算した第２の
値を求めて、前記第１の値と前記第２の値の加算値を求
め、この加算値を前記第１の逆数値と前記第２の逆数値
の加算値で除算することにより、前記原子炉の出力分布
推定値を求めるようにしたことを特徴とする原子炉出力
分布監視方法。