JP2695914B2 - 原子力発電所の運転操作ガイド装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、沸騰水型原子力発電所の運転操作ガイド装
置に関する。

（従来の技術） 沸騰水型原子力発電所の出力制御は、制御棒操作と再
循環流量制御によって行われるが、起動、停止あるいは
制御棒パターン変更運転等の出力変更運転が行われる場
合には、運転に先立って炉心シミュレータを用いて出力
変更途中の炉心状態を予測し、制約条件を満たすか否か
を評価しながら制御棒操作手順や再循環流量操作等を計
画している。

このような運転計画では、初期状態から最終の目標状
態まで、常に炉心状態が制約条件を満たすよう操作手順
を計画する必要があることから、操作手順が最終的に決
定されるまでには、通常、できるだけ精度の良い炉心シ
ミュレータを用い、この炉心シミュレータによって予測
計算を何度も行う必要がある。このような大量の予測計
算は通常オフラインの大形計算機を用いて行っている。

このようにして計画された出力変更操作は、プラント
において運転員により実行されるが、出力変更操作中
は、制約条件に違反することのないよう、通常１時間周
期で自動的に実行されるプロセス計算機の炉心性能監視
機能の結果を確認したり、技術専門家等がこの炉心性能
監視機能を適宜要求して確認を行っている。

しかしながら、炉心シミュレータの持つ予測誤差や計
画と実際の操作との時間的なずれ等のために計画時に行
った予測計算結果と実際のプラント状態とのずれが大き
くなり、制約条件に対する余裕が小さくなったり、満足
しなくなる場合がある。従来このような場合には、技術
専門家がプロセス計算機の炉心性能監視機能を実行して
炉心の現状値を把握し、さらにプロセス計算機の炉心性
能予測機能を実行したり、オフラインの大形計算機で予
め予測したときの結果等を基に、制約条件を満たす代替
操作を探索している。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように従来は、制約条件に対する余裕が小さ
いあるいは制約条件を満足しない場合、プロセス計算機
の炉心性能監視機能や予測機能等を実行して技術専門家
の判断により制約条件を満たす代替操作を探索してい
る。

しかしながら、プロセス計算機の炉心性能監視機能や
予測機能は、オフラインの大型計算機で実行しているの
と同程度の計算モデルを用いるため、１回の計算時間に
数分から十数分程度かかっており、さらに技術専門家の
判断にも相当の時間をかける場合がある。

そのため、代替操作が必要となった場合には出力上昇
が当初の計画から遅れることがあり、原子力発電所の稼
働率を低下させ、経済的な損失をもたらす一因ともなっ
ている。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたもの
で、制約条件を満たす適切な操作手順を運転員に速やか
に提示することができ、原子力発電所の稼働率の向上を
図ることのできる原子力発電所の運転操作ガイド装置を
提供しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち、本発明の原子力発電所の運転操作ガイド操
作は、入出力手段から入力された出力変更手順に従って
操作を実行した時の炉心状態変化を事前に予測する事前
予測手段と、この事前予測手段の予測結果を評価して、
制約条件に対する余裕が小さいあるいは違反すると判断
された操作に対してこれに代わる代替操作の入力を要求
する事前予測評価手段と、前記代替操作による炉心状態
変化を予測する代替操作予測手段と、前記事前予測手段
および代替操作予測手段の予測結果、および前記出力変
更手順を記憶する記憶手段と、前記記憶手段から前記出
力変更手順を読込んで次の操作を選択する操作選択手段
と、この操作選択手段によって選択された操作を実行し
た時の炉心状態が制約条件を満たしているか否か前記事
前予測手段の予測結果を用いて予測評価する操作予測手
段と、出力変更操作を実行した時の炉心状態が制約条件
を満たしているか否かを前記事前予測手段の予測結果を
用いて監視する操作監視手段と、前記操作予測手段ある
いは前記操作監視手段において制約条件を満たしていな
いと判断された場合に制約条件を満たす前記代替操作を
選択する代替操作選択手段とを備えたことを特徴とす
る。

（作 用） 上記構成の本発明の原子力発電所の運転操作ガイド装
置では、沸騰水型原子力発電所において起動、停止、制
御棒パターン変更等の出力変更運転を行う場合に、運転
に先立って予め立案された一連の出力変更手順に基づい
て、まず事前予測手段を用いてこの出力変更手順に従っ
て出力変更を行った時の炉心状態変化を予測する。

また、事前予測手段によって予測された結果を事前予
測評価手段において評価し、その結果運転制約条件に対
する余裕が小さいあるいは違反すると判断された操作に
対しては、これに代わる代替操作も合せて入力するよう
要求を出す。

事前予測評価手段からの要求に従って運転員が代替操
作を入力すると、代替操作予測手段において各代替操作
を実施した時の炉心状態変化を予測する。

そして、これら事前予測手段と代替操作予測手段にお
いて予測された結果および予め立案された一連の出力変
更手順は、操作開始後の予測・監視及び操作ガイド等に
利用するため記憶手段に記憶される。

出力変更操作が開始されると、まず操作選択手段にお
いて記憶手段から出力変更手順を読込み、これとプラン
ト状態量を比較して次に行う操作を決定する。

ここで決定された操作は、次に操作予測手段に送ら
れ、ここで次の操作を実施した時の炉心状態を記憶手段
に記憶された事前予測手段の予測結果を用いて予測し、
予測結果が制約条件を満たしているか否かを評価する。

この結果、制約条件が満たされている場合には操作選
択手段によって選択された操作を運転員入出力手段に送
って運転員にガイドする。また、操作予測手段において
制約条件が満たされていないと評価された場合には、次
に代替操作選択手段が起動され、ここで出力変更操作開
始前に代替操作予測手段によって予測された代替操作の
中から制約条件を満たすものを選択し、選択された代替
操作を運転員入出力手段に送って運転員にガイドする。

操作予測手段あるいは代替操作選択手段でガイドされ
た操作を運転員が実行すると、操作監視手段により操作
中及び操作後の炉心状態を記憶手段に記憶された事前予
測手段の予測結果を用いて監視する。

そして、監視の結果制約条件が満たされている場合に
は、次の操作に進むために操作選択手段を実行させる。
一方、監視の結果制約条件が満たされていないと判断さ
れた場合には、代替操作選択手段を起動して制約条件を
満たす状態に移行する操作を選択し、これを運転員入出
力手段に送って運転員にガイドする。

したがって、制約条件を満たす適切な操作手順を運転
員に速やかに提示することができ、原子力発電所の稼働
率の向上を図ることができる。

（実施例） 以下、本発明の運転操作ガイド装置の実施例を図面を
参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の運転操作ガイド装置の構
成を示すもので、同図において、符号１は入出力装置、
２は事前予測装置、３は事前予測評価装置、４は代替操
作予測装置、５は記憶装置、６は操作選択装置、７は操
作予測装置、８は操作監視装置、９は代替操作選択装
置、10はプロセス計算機、11はプラントを示している。

この実施例の運転操作ガイド装置では、まず出力変更
操作に先立って、オフラインの大型計算機等を用いて計
画された出力変更手順、すなわち出力の時間変化（負荷
曲線）や制御棒操作手順、再循環流量操作量等の運転計
画データを入出力装置１から入力して記憶装置５に記憶
させる。

このような出力変更手順の一例として起動時の負荷曲
線の例を第２図に示す。第２図において、実線Ａの斜線
を付した部位は制御棒操作により出力変更を行うことを
示しており、その他の部位は再循環流量制御により出力
変更を行うことを示している。制御棒操作に対しては、
制御棒を操作する順序すなわち制御棒引抜きシーケンス
を入出力装置１から入力する。

次に入出力装置１から事前予測装置２の起動を要求す
ることにより、事前予測装置２において記憶装置５から
出力変更手順を入力して出力変更操作に伴う炉心状態変
化を予測し、その結果を記憶装置５に記憶させるととも
に次に事前予測評価装置３を起動させる。

なお、事前予測装置２での予測は、各出力変更操作に
ついて予測するためその予測計算ケース数が多くなる
が、出力変更開始前に行う予測のため運転に支障を来た
すことなく計算時間を十分とることができる。また、事
前予測では出来るだけ精度良く予測することが望まれる
ため、予測に用いる炉心シミュレータとしてプロセス計
算機10の持つ詳細な炉心予測シミュレータを用いるのが
望ましい。

事前予測評価装置３では、事前予測装置２で予測した
線出力密度、最小限界出力比（MCPR）等の炉心状態量を
それぞれの制限値と比較して制約条件を満たしているか
どうかを評価する。その結果、制約条件を満たさなくな
る、あるいは余裕が小さくなる操作がある場合には、実
際の操作においても制約条件を満たさない可能性がある
ことから、そのような操作に対しては実際の運転で制約
条件を満たさなくなった場合の対応操作としての代替操
作も予めシステムに登録しておくために、入出力装置１
から予測の評価結果を運転員に表示するとともに代替操
作を入力するようガイドを出す。なお、この代替操作は
複数登録できるようにしておくことが望ましい。また、
代替操作としては、再循環流量制御により出力レベルを
下げる、制御棒操作の順序を変更する、制御棒操作の時
間を遅らせる等が考えられる。

入出力装置１から代替操作が入力されると、代替操作
予測装置４が起動されて代替操作を行ったときの炉心状
態を予測して事前予測評価装置３で行ったのと同じ制約
条件の評価を行う。ここでの予測に用いる炉心シミュレ
ータも、事前予測装置２と同様なものを用いる。

入出力装置１から入力された出力変更手順、および事
前予測装置２と代替操作予測装置４で予測された炉心状
態量は記憶装置５に記憶され、運転中の操作の進行に従
ってその時の炉心状態に対応する情報を取出して操作ガ
イドや予測・監視等に用いる。

出力変更操作を開始する場合には、まず操作開始に先
立って操作監視装置８を起動しておく。この操作監視装
置８の起動は、入出力装置１から運転員が要求すること
によって行われるようにしても、記憶装置５に記憶され
た出力変更手順に操作開始日時も含めて記憶させてお
き、操作開始日時に達したことを計算機に判断させるこ
とにより操作監視装置８を自動的に起動させるようにし
てもよい。

操作監視装置８は、炉心状態の変化を常時監視するた
め短周期で実行される。ここでは炉心性能計算をできる
だけ短時間で行う必要があることから、記憶装置５に記
憶されている事前予測結果のうち、予測の炉出力、炉心
流量及び制御棒パターンが現在値に最も近い状態の予測
結果を選択して読みだし、炉出力、炉心流量及び制御棒
パターンの予測結果と現在値とのずれに基づいて事前予
測の線出力密度分布、MCPR等を補正したものをそれぞれ
の現在値として制約条件の評価に用いる。

この予測値と現在値とのずれに基づく補正を行う手段
としては、例えば本出願人等が特願昭63−20192等で提
案している「炉心性能計算装置」を用いることができ
る。この炉心性能計算装置によれば、記憶装置５からの
事前予測結果のうち現在の炉心状態に最も近いものを読
みだし、これと現在の炉心状態とのずれの程度に基づい
て３種類ある補正手段の中から適切なものを選択して事
前予測の出力分布を補正する。３種類の補正手段として
は、事前予測と現在値とで炉出力、炉心流量のみが小幅
にずれている場合の補正手段、炉出力、炉心流量が小幅
にずれているのに加えて制御棒パターンもずれている場
合の補正手段、および炉出力、炉心流量が大幅にずれて
いる場合の補正手段がある。これらの補正手段を組合わ
せて出力変更中の任意の炉心状態の出力分布の計算が可
能となる。出力分布が計算されると、これから線出力密
度、MCPR等を周知の計算方式（プロセス計算機の炉心性
能計算等で用いられている計算方式）で計算する。

この補正手段ではさらに、プロセス計算機の炉心性能
計算が実行されると、その結果得られた出力分布と事前
予測の出力分布を上記の方法で補正して得られた結果と
のずれを修正するよう、出力分布修正用パラメータを最
適に調整する学習手段を持っており、計算精度の改善が
図られている。

上述のような監視の結果、制約条件が満たされている
場合には、次に操作監視装置８から操作選択装置６を起
動させる。また、制約条件が満たされていない場合に
は、制約条件を満たす状態に移行する必要があることか
ら、そのための操作を決めるために次に代替操作選択装
置９を起動させる。

次に、操作選択装置６が起動された場合には、記憶装
置５に記憶された出力変更手順を読みだし、これと現在
の時刻や炉心状態量等と比較して現在の炉心状態が出力
変更手順上のどの位置にあるかを調べ、次に行うべき操
作を決める。その結果、再循環流量操作が選択された場
合には、再循環流量制御量を、また制御棒操作が選択さ
れた場合にはその制御棒の座標及び制御棒操作量等を求
め、これを操作予測装置７に送ってその操作を実施した
ときの炉心状態変化を予測する。また、現在実施中の操
作内容が出力変更手順のものと異なっている場合には、
直ちにもとの操作に戻るよう運転員にガイドを出す。

操作予測装置７では、操作選択装置６で選択された操
作を実施した時の炉心状態変化を予測し、操作後におい
ても運転制約条件が満たされているか否かを確認する。
操作予測装置７における炉心性能予測計算もできるだけ
短時間で行う必要があることから、操作監視装置８と同
様に、記憶装置５に記憶されている事前予測結果のうち
予測の炉出力、炉心流量及び制御棒パターンが操作後の
状態に最も近いと考えられる予測結果を選択して読みだ
し、炉出力、炉心流量及び制御棒パターンの事前の予測
値と操作後に予測される値とのずれに基づいて事前予測
の線出力密度分布、MCPR等を補正したものを操作後の値
として制約条件の評価に用いる。事前予測結果の補正
は、操作監視装置８の場合と同様にして行うことができ
る。

操作予測装置７による予測の結果、操作選択装置６で
選択された操作を実施した後も制約条件が満足されると
評価された場合には、この操作内容を入出力装置１に送
って運転員に操作を行うようガイドを表示する。

一方、制約条件を満足しないと評価された場合には、
事前に代替操作予測装置４で予測された代替操作の中か
ら制約条件を満足するものを選択するために、次に代替
操作選択装置９を起動する。

このようにして、操作監視装置８あるいは操作予測装
置７により代替操作選択装置９が起動されると、代替操
作選択装置９は、出力変更操作開始前に代替操作予測装
置４によって予測された代替操作の中から制約条件を満
たすものを選択する。

操作監視装置８から起動された場合すなわち現在の炉
心状態において既に制約条件を満足していない場合に
は、まず現在の炉心状態に至る直前の操作を行う前の炉
心状態に戻す操作を求め、次に、直前の操作に対する代
替操作として事前に運転員によって設定されたものの中
から制約条件を満たすものを選択するために、各代替操
作を実施した時の炉心状態変化を、代替操作予測装置４
により事前に予測された予測結果を用いて評価する。す
なわち、代替操作予測装置４による予測結果を操作予測
装置７と同じ手法によって補正を加えて制約条件を評価
する。これにより制約条件を満たす代替操作が探索され
ると、現在の炉心状態に至る直前の操作を行う前の炉心
状態に戻す操作と探索された代替操作を組合わせた操作
を、現在の炉心状態から制約条件を満たす状態に移行す
るための操作として入出力装置１に送って運転員にガイ
ドする。

ここで、制御棒操作の結果制約条件を満足しなくなっ
た場合の代替操作の例を第３図に示す。同図において、
（ｂ）は現在の制御棒パターンを示しており、この状態
で制約条件が満たされないものとする。（ａ）は現在の
炉心状態に至る直前の操作を行う前の炉心状態を示して
おり、直前の操作として101の制御棒を０から24（48全
引抜き）まで引抜く例を示している。さらに（ｃ）は、
上記操作に対する代替操作のうち制約条件を満たすと評
価された制御棒操作（102の制御棒を０から18まで引抜
き）の制御棒パターンを示している。

この例において代替操作選択装置９により作成される
代替操作は、101の制御棒を24から０まで挿入した後
（ｂからａの状態に戻す）102の制御棒を０から18まで
引抜く操作となる。

一方、代替操作選択装置９が操作予測装置７から起動
された場合には、操作監視装置８における直前の操作を
戻す操作が不要となり、直前に設定された代替操作の中
から制約条件を満たすものを選択し、これを入出力装置
１に送って運転員にガイドする。

以上の実施例で示した原子力発電所の運転操作ガイド
装置では、時間的に十分余裕のある操作開始前に、計画
された出力変更操作に関して高精度のオンライン炉心シ
ミュレータを用いて実機データに基づく詳細な予測を行
うとともに、制約条件に余裕のない操作に対しては予め
代替操作を用意しておくことにより、操作開始後は高速
な監視、予測が可能となり、運転員に対して適切な操作
がガイドできるとともに、代替操作を必要とする場合に
も速やかに適切な代替操作が運転員に呈示される。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の原子力発電所の運転操
作ガイド装置によれば、運転員は常に炉心状態を十分把
握した上で適切な操作を行うことができ、また制約条件
に対する余裕がなくなってきた場合にも速やかに代替操
作が呈示されることから、燃料健全性をより一層高めた
運用が可能となるとともに、当初の計画から操作が遅れ
る可能性も大幅に減少させることができ、プラントの稼
働率を損なうこともなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の運転操作ガイド装置の構成
を示す図、第２図はプラント起動時の負荷曲線の例を示
す図、第３図は監視時の代替操作の例を示す図である。 １……入出力装置 ２……事前予測装置 ３……事前予測評価装置 ４……代替操作予測装置 ５……記憶装置 ６……操作選択装置 ７……操作予測装置 ８……操作監視装置 ９……代替操作選択装置 10……プロセス計算機 11……プラント

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入出力手段から入力された出力変更手順に
   従って操作を実行した時の炉心状態変化を事前に予測す
   る事前予測手段と、 この事前予測手段の予測結果を評価して、制約条件に対
   する余裕が小さいあるいは違反すると判断された操作に
   対してこれに代わる代替操作の入力を要求する事前予測
   評価手段と、 前記代替操作による炉心状態変化を予測する代替操作予
   測手段と、 前記事前予測手段および代替操作予測手段の予測結果、
   および前記出力変更手順を記憶する記憶手段と、 前記記憶手段から前記出力変更手順を読込んで次の操作
   を選択する操作選択手段と、 この操作選択手段によって選択された操作を実行した時
   の炉心状態が制約条件を満たしているか否か前記事前予
   測手段の予測結果を用いて予測評価する操作予測手段
   と、 出力変更操作を実行した時の炉心状態が制約条件を満た
   しているか否かを前記事前予測手段の予測結果を用いて
   監視する操作監視手段と、 前記操作予測手段あるいは前記操作監視手段において制
   約条件を満たしていないと判断された場合に制約条件を
   満たす前記代替操作を選択する代替操作選択手段とを備
   えたことを特徴とする原子力発電所の運転操作ガイド装
   置。