JP4363870B2 - 沸騰水型原子炉内監視方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉の炉内の燃料チャンネルの流動状態の異常監視方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、一般的な沸騰水型原子炉の構造の概要を示す図であり、原子炉圧力容器１内には、炉心支持板と上部格子板間に格子状に保持された多数体の燃料集合体からなる炉心部２が設置されており、その炉心部２の外周に上記炉心部２を取り囲むようにシュラウド３が設けられている。原子炉圧力容器１と上記シュラウド３との間には環状間隙が形成され、その環状間隙によりダウンカマ４が構成されており、そのダウンカマ４の下部には、原子炉内循環系ポンプとして８〜１２台の循環ポンプ５のポンプ部Ｐが組み込まれている。そして、これらの循環ポンプ５により原子炉圧力容器内の冷却材が炉心部２に供給され、強制循環される。
【０００３】
炉心部２で加熱された冷却材は蒸気となり、シュラウド３の上方に立設された多数本の気水分離器６で気液分離され、さらに蒸気乾燥器７を通過して乾燥し、乾燥蒸気となる。乾燥蒸気は主蒸気管８から流出してタービン（図示せず）へ送られ、そのタービンの回転により発電機が駆動される。
【０００４】
タ一ビンで仕事をした蒸気は復水器で凝縮されて復水となり、復水は復水浄化系を通って浄化され、給水系を通して給水管９から原子炉圧力容器１内に流入する。原子炉圧力容器１内に流入した給水、つまり冷却材は、ダウンカマ４を下降し、循環ポンプ５により再び昇圧され炉心部２に供給される。
【０００５】
図１１（ａ）は上記沸騰水型原子炉の炉心部２の平面図であり、炉心部２内には複数の燃料集合体１０が格子状に装荷されており、４本の燃料集合体１０の中央部には制御棒１１が配設されている。上記燃料集合体１０は、上部タイプレート及び下部タイプレートに両端が保持された複数の燃料棒を燃料スペーサにより収束するとともに、その燃料棒の束を約１５ｃｍ四方、４ｍ長さの燃料チャンネルボックスにより被覆することにより構成されており、上記燃料チャンネルボックス内に流入した冷却材が燃料チャンネルボックス内の燃料棒の間を上方に流れ、ウラン燃料の燃焼により加熱され、途中から沸騰状態（二相流）となる。
【０００６】
ところで、図１１（ａ）に示すように、４体の燃料集合体１０の間には炉内の出力を監視するための中性子計装管１２が挿入されており、その各中性子計装管１２内には、図１１（b）に示すように約１ｍの間隔で４個の検出器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが挿入されている。この中性子計装管１２は燃料チャンネルボックスのコーナー部の間に挿入されているため、４体の異なる燃料チャンネルボックスに囲まれている。また、この検出器の出力信号は、周辺を通過する燃料チャンネルボックス内のボイドにより、常時小さく揺らいでいる。このため、上下に離れた検出器の出力信号の相互相関関数を求めると、ボイドの検出器間の伝播時間に対応した場所に、相関の大きい場所が観測され、そのピークの位置から、ボイド移動時間を計測することが可能になる。
【０００７】
一方、この中性子検出器は、上述のように、４体の異なる燃料チャンネルに囲まれており、原理的には、4つの異なるボイド移動時間を、この相互相関関数から計測できることになる。もし、このボイド移動時間がわかれば、各燃料チャンネルの熱水力モデルと組み合わせることで、燃料チャンネルの入口流量を間接的に推定でき、この燃料チャンネルの流路閉塞などの異常監視に役立てることができる。
【０００８】
従来、このチャンネル入口流量の監視方法は、非特許文献１，及び特許文献１或いは２等により提案されている。すなわち、上記非特許文献１記載のものは、二つの中性子検出器の出力信号に、バンドパスフィルターをかけて、ボイド移動に関して最も感度の良い周波数帯域を取り出し、その相互相関関数に見られるピークから、ボイド速度を出すものである。周辺４体の燃料チャンネルのうちの一つが流路閉塞を起こしたとすると、残り３体の燃料チャンネル内とかなり異なるボイド速度になると考えられるため、相互相関関数に対応する新しいピークが出現する。したがって、相互相関関数のボイド移動時間に相当する時間のピークの詳細形状を監視することで、燃料チャンネルの閉塞を監視できることになる。しかしながら、この方法では、燃料チャンネルの閉塞量が少ない場合、他の正常な燃料チャンネルのボイド移動速度に対応したピークと区別できにくくなること、さらに、正常時でも、制御棒の挿入状態に依存して、検出器の周辺４体の燃料チャンネルの出力分布が異なり、ボイド移動時間も異なるため、これらと実際の閉塞状態を識別することは困難である。
【０００９】
一方、燃料チャンネルの熱水力モデルと、前記の相互相関関数から求めたボイド移動時間を組み合わせて、炉心の総流量と、検出器周辺のチャンネル入口流量を推定する方法（特許文献１及び特許文献２参照）も提案されているが、これは、燃料チャンネルの圧力損失などの基本情報は、設計値を用いており、チャンネル閉塞といった異常状態を検出する方法として、十分に最適化されたものではなく、チャンネル閉塞の検知手法としては十分なものではない。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−１０２７６号公報
【特許文献２】
特開平１０−１１５６９３号公報
【非特許文献１】
Y.Anodh, N.naito, S.Kanemoto, F.Yamamoto, K.Ikeda, K.Kwai,
Y.Hasimoto, 「Developmento of BWR Plant Diagnosis System
using Noise Analysis」, Journal of Nuclear Science and
Technology, Vol.20, No.9 （1983）P.777 fig.9
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の燃料チャンネル流路の閉塞監視方法は、その推定精度が最適化されたものではなく、実際の応用に供するには、監視精度が十分ではないという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような点に鑑み、注目する中性子計装管の２つの検出器の揺らぎ信号の相互相関関数の形状の特徴と、計装管周辺の４体の燃料チャンネルのボイド分布とボイド速度情報の両方を活用して、実用に耐え得る計測精度での、燃料チャンネル閉塞監視方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、同一計装配管内に垂直方向に配置された２つの検出器からの信号により、特定の周波数帯域の変動成分を抽出し相互相関関数を計算するステップと、その相互相関関数のピークから２つの検出器間のボイド移動時間を算出するステップと、プロセス計算機により算出された原子炉炉心の出力分布と燃料チャンネル入口流量ならびに入口温度から熱水力モデルを用いて、前記検出器周辺の４体の燃料チャンネルの内部のボイド移動速度を算出し、そのボイド移動速度から上記４体の燃料チャンネルにおける前記検出器間の一つの平均ボイド移動時間を算出するステップと、上記算出された平均ボイド移動時間を前記相互相関関数から得られたボイド移動時間と比較し前記ボイド移動時間の偏差を算出するステップと、前記ボイド移動時間の偏差を、燃料チャンネルの種類と周辺の制御棒状態に応じてグループ分けして、その中の特定のグループ内の平均的な時間変化を求め、その平均的な時間変化で、残りの全燃料チャンネルのボイド移動時間の偏差の時間変化を補正するステップを有し、前記補正された偏差の時間変化を監視することで、燃料チャンネルを流れる流量の異常を検出して警報を発生することを特徴とする。
【００１６】
請求項２に係る発明は、同一計装配管内に垂直方向に配置された２つの検出器からの信号により、特定の周波数帯域の変動成分を抽出し相互相関関数を計算するステップと、その相互相関関数のピークから２つの検出器間のボイド移動時間を算出するステップと、プロセス計算機により算出された原子炉炉心の出力分布と燃料チャンネル入口流量ならびに入口温度から熱水力モデルを用いて、前記検出器周辺の４体の燃料チャンネルの内部のボイド移動速度を算出し、そのボイド移動速度から前記検出器間の上記４体の燃料チャンネルの一つの平均ボイド移動時間を算出するステップとを有し、相互相関関数から得られるボイド移動時間を縦軸に、熱水力モデルから算出される平均ボイド移動時間を横軸にとって、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれのボイド移動時間を表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生することを特徴とする。
【００１７】
請求項３に係る発明は、同一計装配管内に垂直方向に配置された２つの検出器からの信号により、特定の周波数帯域の変動成分を抽出し相互相関関数を計算するステップと、その相互相関関数のピークから２つの検出器間のボイド移動時間を算出するステップと、プロセス計算機により算出された原子炉炉心の出力分布と燃料チャンネル入口流量ならびに入口温度から熱水力モデルを用いて、前記検出器周辺の４体の燃料チャンネルの内部のボイド移動速度を算出し、そのボイド移動速度から前記検出器間の上記４体の燃料チャンネルの一つの平均ボイド移動時間を算出するステップとを有し、相互相関関数のピークの半値幅の時間間隔を求めるとともに、熱水力モデルから得られる中性子検出器周辺４体の燃料チャンネルのボイド移動時間の分散値を求め、この半値幅を縦軸にとり、分散値を横軸にとって、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれの値を２次元上に表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生することを特徴とする。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において、相互相関関数の半値幅の代わりに、自己相関関数で規格化された相互相関関数のピーク値そのものを用い、横軸としては同じ分散値を用いて、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれの値を２次元上に表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生することを特徴とする。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項３に係る発明において、縦軸の相互相関関数の半値幅に代えて、自己相関関数で規格化された相互相関関数のピークの周辺の複数個の値の主成分分析を行い、その主軸への射影値を用い、横軸の4つの燃料チャンネルのボイド移動時間の分散値に代えて、4つのボイド移動時間の主成分分析を行い、その主軸への射影値を用いて、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれの値を２次元上に表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生することを特徴とする。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに係る発明において、熱水力モデルを用いて算出された検出器周辺の４体の燃料チャンネルの内部のボイド移動速度から、検出器間のボイド移動時間を４体の燃料チャンネルについてそれぞれ算出し、算出された４体のボイド移動時間を重み付け平均して一つのボイド移動時間を算出することを特徴とする。
【００２１】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれかに係る発明において、相互相関関数のピークの時間から２つの検出器間のボイド移動時間を算出する代わりに、相互スペクトル密度の位相の傾きからボイド移動速度を求めることを特徴とする。
【００２２】
請求項８に係る発明は、請求項２乃至５のいずれかに係る発明において、２次元平面上の表示において、中性子検出器周辺の燃料チャンネルの種類、並びに、周辺制御棒の挿入状態に応じてデータをグループ分けし、そのグループに応じて色を変えて表示し、特異な挙動をする燃料チャンネルを見つけやすくすることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
各中性子計装管（LPRM計装管）１２は、図１(ａ）に示すように、４体の燃料チャンネル１０に囲まれており、その燃料チャンネル１０内を流れる二相流が、中性子検出器（LPRM）１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの側を通過する際に熱中性子の減速過程に影響を与えることで、検出器の揺らぎ信号として観測される。燃料チャンネル１０内の二相流の状態は、熱出力分布と燃料チャンネル入口流量、並びに入口冷却材温度を与えると、熱水力モデルを用いて、図１の(ｂ）、(ｃ）に示すように、燃料チャンネル内のボイド分布と、ボイド速度、液相速度及び液相とボイドの混合速度であるボイド伝播速度の分布を計算することができる。この燃料チャンネル内の出力分布や入口流量は、チャンネル毎に異なるため、４体の燃料チャンネルは、それぞれ異なるボイド分布と速度分布を持っていることになり、LPRMの出力ゆらぎ信号に含まれる二相流の情報には、４体の異なる状態に対応する４種類の異なる情報が含まれていることになる。
【００２４】
そこで、ＢＷＲ炉内に配置された複数のLPRMの内、同一計装配管内に垂直方向に配置された二つの検出器、例えば１２ｃ、１２ｄからの信号x(t),y(t)に、特定の周波数帯域の変動成分を抽出するバンドパスフィルターを通して、二相流の移動情報を主に含む周波数成分のゆらぎ信号を抽出し、さらに両信号の相互相関関数Ｃ(τ)を（１）式により計算する。
【数１】
ここで、ｔ：時間、τ：遅れ時間
【００２５】
この相互相関関数には、図２に示すように、二相流のボイド移動速度に対応した遅れ時間τの位置にピークが存在するが、そのピークから２つの検出器間のボイド移動時間を算出する。更に、プロセス計算機により算出された原子炉炉心の出力分布と燃料チャンネル入口流量ならびに入口温度から熱水力モデルを用いて、前記検出器周辺の４体の燃料チャンネルの内部のボイド移動速度を算出し、そのボイド移動速度から前記検出器間のボイド移動時間を４体の燃料チャンネルについてそれぞれ算出し、算出された４体の燃料チャンネルの該当する検出器間のボイド移動時間を、次のような式（２）で重み付け平均をして一つのボイド移動時間τAVR を算出する。
【数２】
ここで、αｉ はボイド率、ｖｉはボイド速度、τｉはボイド移動時間、ｐは経験的に定める重み定数で通常０．５を用いる。
【００２６】
こうして得られた計算によるボイド移動時間τAVR を、前記相互相関関数から得られたボイド移動時間と比較して、一定値以上の差があれば、注目する検出器周辺の燃料チャンネル流量に異常があることを知らせる警報を発生する
図３は、上記実施の形態のブロック図であり、前述のように、同一計装管内の２個の原子炉の中性子束信号（LPRM信号）から、バンドパスフィルターを通して、ボイド移動速度に関連する成分（通常、２−３０Hz）を抽出し、２信号の規格化相互相関関数を計算する。そして、この規格化相互相関関数の形から、ピーク遅れ時間を算出し、時間変化記憶装置に保存する。また、プロセス計算機から得られる、熱出力分布、燃料チャンネル入口流量、冷却材入口温度などから、熱水力モデルを用いて、当該LPRM計装管の周辺４体の燃料チャンネル内の二相流状態として、ボイド分布、ボイド速度分布、液相速度分布を求め、さらに、LPRM検出器間の遅れ時間の計算値を求める。この計算値を前記記憶装置に記憶させる。これらの操作は、炉心の全LPRM計装管を対象に、定期的に行ってデータとして蓄え、その時間変化の傾向を監視できるよう表示する。この偏差で特異なものがあれば、これから当該LPRM計装管の周辺４体のいずれかの燃料チャンネルに閉塞が起きていることを判断でき、警報等を発生させる。
【００２７】
ところで、上記実施の形態においては相互相関関数から得られたボイド移動時間を使用したものを示したが、相互相関関数の代わりに、相互スペクトル密度の位相の傾きからボイド移動速度を求めることもできる。ここで、相互スペクトル密度ＣＰＳＤ(ω）は、２つの検出器の信号を x(t),y(t)とし、それを周波数変換した値を x(ω)、y(ω)としたとき、下記で求められる。
【数３】
この複素数の位相部分を周波数の関数としてプロットすると、図４のように、ボイド移動時間に比例した傾きで位相が変化するため、この傾きから、ボイド移動時間を求めることができる。
【００２８】
図５は、図３に示す実施の形態に対する他の実施形態を示す図であり、図３の実施形態に対して、特定の健全と仮定できる燃料チャンネルのグループを抽出し、その遅れ時間の偏差の平均を求め、この傾向変化を他の燃料チャンネルの流量偏差から差し引くようにしたものである。この場合、流量偏差のドリフトに隠された、本来の異常をより高感度に見つけるることができる。
【００２９】
すなわち、炉心内の複数のLPRM計装管の周辺ごとの燃料チャンネルのボイド移動時間の偏差を、燃料チャンネルの種類と周辺の制御棒状態に応じてグループ分けして、その中の特定のグループ内の平均的な時間変化を求め、その平均的な時間変化で、残りの全燃料チャンネルのボイド移動時間の偏差の時間変化を補正し、その補正された偏差の時間変化を監視することで、燃料チャンネルを流れる流量の異常を検出して警報を発生する。
【００３０】
ＢＷＲ炉心は、通常、対称系で運用されているため、類似の特性をもった燃料チャンネルが複数存在する。また、燃料交換の時期に応じて、異なるタイプの燃料が配置されることもある。これらは、その特徴に応じて、少数のグループに分類することが可能なため、このグループ毎に求めたボイド移動時間の特性は、同じような履歴をたどることになる。この少数のグループのうちの一つを標準状態と仮定し、そのチャンネルのボイド移動時間の偏差の傾向変化を基準として、他の全ての全燃料チャンネルにおけるボイド移動時間の偏差を前記のように補正することで、通常、運転の経過による燃焼の進行や制御棒位置の変化による偏差の傾向変化を相殺して、予想外の偏差、すなわち、想定外のチャンネル閉塞による入り口流量の変化を検出することが可能になる。
【００３１】
また、前述のように燃料チャンネルのボイド移動時間を重み付け平均をして算出された一つのボイド移動時間と、前記相互相関関数から得られたボイド移動時間とを比較して、両者が一致するまで前記熱水力モデルの入力である燃料チャンネル入口流量を変更することで、２つの検出器間のボイド移動時間に相当する燃料チャンネル入口流量を推定し、さらにここで得られた推定入口流量と、前記プロセス計算機により算出された燃料チャンネル入口流量の偏差をとり、その時間変化を監視することで、燃料チャンネルを流れる流量の異常を検出して警報を発生させるようにすることもできる。
【００３２】
また、図６に示すように、相互相関関数から得られるボイド移動時間を縦軸に、熱水力モデルから算出されるボイド移動時間を横軸にとって、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれのボイド移動時間を表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生するようにすることもできる。図６に示すように、ボイド移動時間の計測値と計算値は、正常状態であれば、Ｙ＝Ｘの直線状に、燃料の種類に応じてかたまった状態で、いくつかのグループに分類できる。したがって、２次元上に表示したグラフで、類似度をデータ間のユークリッド距離、すなわち、
【数４】
で定義すると、クラスター分析の標準的な手法で、図６に示すように、複数のデータを、その類似度に応じてグルーピングすることができる。このとき、チャンネル閉塞のような想定外の異常が発生したとすると、図６のグループＣのように、他のグループと離れた位置にデータが出現することと、計算値と計測値がＹ＝Ｘの直線から離れるという特徴が現れることで、その異常を検知することが可能になる。
【００３３】
また、異状が発生した場合には相互相関関数のパターンが変化することを利用して、上記相互相関関数のピークの時間から得られるボイド移動時間に代えて、図７に示すようなピークの半値幅の時間間隔を求めるとともに、熱水力モデルから得られる中性子検出器周辺４体の燃料チャンネルのボイド移動時間の分散値を求め、この半値幅を縦軸にとり、分散値を横軸にとって、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれの値を、図６と同じように、２次元上に表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生するようにすることもできる。ここで、周辺４体の燃料チャンネルのボイド移動時間の分散値については、（２）式のτAVRを用いて、次のように定義される。
【数５】
また、この分散値の代わりに、単純に、
【数６】
という、４つのボイド移動時間の計算値の最大と最小の差を用いることも可能である。
【００３４】
さらに、相互相関関数の半値幅の代わりに、自己相関関数で規格化された相互相関関数のピーク値そのものを用い、横軸としては同じ分散値を用いて、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれの値を２次元上に表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生させることもできる。ここで、規格化された相互相関関数とは、次のように定義される。
【数７】
【００３５】
この相互相関関数のピークの時間は、先に述べたボイド移動時間の計測値に相当するが、ピークの値そのものも、LPRM周辺の４体の燃料チャンネル内のボイド移動時間が似た値の場合は大きくなり、それぞれが異なる値の場合は、相関が少なくなるため、小さくなる。従って、検出器周辺４体の二相流の状態がそろっているか、または、そろっていないかの指標となる。
【００３６】
縦軸の相互相関関数の半値幅に代えて、自己相関関数で規格化された相互相関関数のピークの周辺の複数個の値の主成分分析を行い、その主軸への射影値を用い、横軸の４つの燃料チャンネルのボイド移動時間の分散値に代えて、４つのボイド移動時間の主成分分析を行い、その主軸への射影値を用いて、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれの値を２次元上に表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生することもできる。主成分分析は、多次元の状態空間のデータを、そのパワーの大きい成分に沿った軸に投影する線形変換であるが、固有値最大の軸（主軸）への射影値を用いることで、多次元空間の複数の値からなるデータを、単一の値へ変換することができる。前記の相互相関関数のピーク周辺の複数のデータは、その周辺４体の燃料チャンネル内の二相流の状態を代表しているが、これを、主成分分析で単一の値に変換し、さらに、解析モデルににより得られた４体の燃料チャンネルのボイド移動時間を、同様の主成分分析で単一の値に変換する。なお、この主成分分析は、プラントの立ち上げ時など正常と仮定できる基準状態で得られた、炉心の全LPRM計装管のデータを用いて行い、その際の射影変換係数をその後の監視で共通して用いる。こうして求まった二つの射影値を、図６と同じような方法で表示し、グルーピングすることで、想定外のチャンネル閉塞異常を検知することが可能になる。前記の、ボイド移動速度の分散値や、相互相関関数の半値幅は、物理的に、ボイド速度のばらつきに相当する意味を持っているのに対して、主成分分析により求まった射影値は、物理的な意味を持たないことが欠点ではあるが、逆に、データに含まれているボイド移動速度に関する情報を最大限に引き出す手法であり、想定外の異常状態を一番感度良く抽出することができる方法と言うことができる。
【００３７】
また、２次元平面上の表示において、中性子検出器周辺の燃料チャンネルの種類、ならびに、周辺制御棒の挿入状態に応じてデータをグループ分けし、そのグループに応じて色を変えて表示し、特異な挙動をする燃料チャンネルを見つけやすくすることもできる。
【００３８】
図８は、さらに他の実施形態を示したもので、同一計装管内の２個の原子炉の中性子束信号（LPRM信号）を入力し、バンドパスフィルターを通して、ボイド移動速度に関連する成分（通常、２−３０Hz）を抽出し、２信号の規格化相互相関関数を計算する。さらに、この規格化相互相関関数の形から、ピーク遅れ時間、両側半値幅、片側半値幅、ピーク値、主成分射影値などの特徴量を算出し、データベースに保存する。また、プロセス計算機から得られる、熱出力分布、燃料チャンネル入口流量、冷却材入口温度などから、熱水力モデルを用いて、当該LPRM計装管の周辺４体の燃料チャンネル内の二相流状態として、ボイド分布、気相・液相速度分布を求め、さらに、LPRM検出器間の遅れ時間の計算値を求める。この遅れ時間は、周辺４体に対応して４つの異なる値が得られるが、この平均値と分散値を、（２）式と（５）式に基づいて求めるほか、主成分分析による主軸への射影値も求めて、データベースに保存する。
【００３９】
これらの算出は、炉心の全LPRM計装管を対象に、定期的に行ってデータとして蓄え、その時間変化の傾向を監視できるよう表示する。
【００４０】
次に、相互相関関数から得られる特徴量と、熱水力モデルから得られる特徴量を、図１０のような形で２次元平面に表示し、さらに、その平面状で、個々のデータ間の距離を定義してクラスター分析を行うことで、少数のグループに分類し、色や形で識別して表示する。また、データの距離に基づく分類ではなく、燃料タイプや、周辺の制御棒の状態に応じて、各計装管周辺のデータを分類して、その分類されたグループ毎に色や形を変えて、図１０と同じ形式で表示することも可能である。本発明の目的である燃料チャンネル閉塞の検知は、この２次元表示の中で、特異な位置を占めるデータを見つけることで可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の沸騰水型原子炉の炉内監視方法においては、注目する中性子計装管の２つの検出器の揺らぎ信号の相互相関関数の形状の特徴量と、計装管周辺の４体の燃料チャンネルの熱水力モデルによる解析から求まるボイド移動時間に相当する情報の両方を比較して監視するようにしたので、LPRM検出器のゆらぎ信号には周辺４体の異なるボイド移動時間に関する情報が混在しているにかかわらず、従来に比べて、より良い精度でチャンネル流量閉塞を検知することができ、燃料チャンネル閉塞監視を効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の対象とする中性子検出器の計測位置と周辺の燃料チャンネルとの関係位置を示す図、（b）および（ｃ）は、燃料チャンネル内での熱出力、二相流状態の分布、液相速度、ボイド速度、ボイド伝播速度を示す図。
【図２】相互相関関数の形状と、ボイド移動時間を計測するピーク位置を示す図。
【図３】本発明のチャンネル流量閉塞監視方法を示すブロック図。
【図４】相互スペクトル密度の位相の傾きを示す説明図。
【図５】本発明におけるチャンネル流量閉塞監視方法の他の例を示すブロック図。
【図６】ボイド移動時間の計算値と計測値を二次元平面状にプロットし、グループ化して分類表示した例を示す図。
【図７】相互相関関数の形状と、ボイド移動情報に関する特徴量を示す図。
【図８】本発明におけるチャンネル流量閉塞監視方法のさらに他の例を示すブロック図。
【図９】チャンネル流量閉塞の監視方法における特徴量を２次元表示し、グループ化して分類表示した図。
【図１０】沸騰水型原子炉の概略構成を示す断面図。
【図１１】（ａ）は炉心の一部断面平面図、（ｂ）は中性子計装管における検出器の配置位置を示す図。
【符号の説明】
１０ 燃料集合体
１１ 制御棒
１２ 中性子計装管
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 検出器
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉の炉内の燃料チャンネルの流動状態の異常監視方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、一般的な沸騰水型原子炉の構造の概要を示す図であり、原子炉圧力容器１内には、炉心支持板と上部格子板間に格子状に保持された多数体の燃料集合体からなる炉心部２が設置されており、その炉心部２の外周に上記炉心部２を取り囲むようにシュラウド３が設けられている。原子炉圧力容器１と上記シュラウド３との間には環状間隙が形成され、その環状間隙によりダウンカマ４が構成されており、そのダウンカマ４の下部には、原子炉内循環系ポンプとして８〜１２台の循環ポンプ５のポンプ部Ｐが組み込まれている。そして、これらの循環ポンプ５により原子炉圧力容器内の冷却材が炉心部２に供給され、強制循環される。
【０００３】
炉心部２で加熱された冷却材は蒸気となり、シュラウド３の上方に立設された多数本の気水分離器６で気液分離され、さらに蒸気乾燥器７を通過して乾燥し、乾燥蒸気となる。乾燥蒸気は主蒸気管８から流出してタービン（図示せず）へ送られ、そのタービンの回転により発電機が駆動される。
【０００４】
タ一ビンで仕事をした蒸気は復水器で凝縮されて復水となり、復水は復水浄化系を通って浄化され、給水系を通して給水管９から原子炉圧力容器１内に流入する。原子炉圧力容器１内に流入した給水、つまり冷却材は、ダウンカマ４を下降し、循環ポンプ５により再び昇圧され炉心部２に供給される。
【０００５】
図１１（ａ）は上記沸騰水型原子炉の炉心部２の平面図であり、炉心部２内には複数の燃料集合体１０が格子状に装荷されており、４本の燃料集合体１０の中央部には制御棒１１が配設されている。上記燃料集合体１０は、上部タイプレート及び下部タイプレートに両端が保持された複数の燃料棒を燃料スペーサにより収束するとともに、その燃料棒の束を約１５ｃｍ四方、４ｍ長さの燃料チャンネルボックスにより被覆することにより構成されており、上記燃料チャンネルボックス内に流入した冷却材が燃料チャンネルボックス内の燃料棒の間を上方に流れ、ウラン燃料の燃焼により加熱され、途中から沸騰状態（二相流）となる。
【０００６】
ところで、図１１（ａ）に示すように、４体の燃料集合体１０の間には炉内の出力を監視するための中性子計装管１２が挿入されており、その各中性子計装管１２内には、図１１（b）に示すように約１ｍの間隔で４個の検出器１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが挿入されている。この中性子計装管１２は燃料チャンネルボックスのコーナー部の間に挿入されているため、４体の異なる燃料チャンネルボックスに囲まれている。また、この検出器の出力信号は、周辺を通過する燃料チャンネルボックス内のボイドにより、常時小さく揺らいでいる。このため、上下に離れた検出器の出力信号の相互相関関数を求めると、ボイドの検出器間の伝播時間に対応した場所に、相関の大きい場所が観測され、そのピークの位置から、ボイド移動時間を計測することが可能になる。
【０００７】
一方、この中性子検出器は、上述のように、４体の異なる燃料チャンネルに囲まれており、原理的には、4つの異なるボイド移動時間を、この相互相関関数から計測できることになる。もし、このボイド移動時間がわかれば、各燃料チャンネルの熱水力モデルと組み合わせることで、燃料チャンネルの入口流量を間接的に推定でき、この燃料チャンネルの流路閉塞などの異常監視に役立てることができる。
【０００８】
従来、このチャンネル入口流量の監視方法は、非特許文献１，及び特許文献１或いは２等により提案されている。すなわち、上記非特許文献１記載のものは、二つの中性子検出器の出力信号に、バンドパスフィルターをかけて、ボイド移動に関して最も感度の良い周波数帯域を取り出し、その相互相関関数に見られるピークから、ボイド速度を出すものである。周辺４体の燃料チャンネルのうちの一つが流路閉塞を起こしたとすると、残り３体の燃料チャンネル内とかなり異なるボイド速度になると考えられるため、相互相関関数に対応する新しいピークが出現する。したがって、相互相関関数のボイド移動時間に相当する時間のピークの詳細形状を監視することで、燃料チャンネルの閉塞を監視できることになる。しかしながら、この方法では、燃料チャンネルの閉塞量が少ない場合、他の正常な燃料チャンネルのボイド移動速度に対応したピークと区別できにくくなること、さらに、正常時でも、制御棒の挿入状態に依存して、検出器の周辺４体の燃料チャンネルの出力分布が異なり、ボイド移動時間も異なるため、これらと実際の閉塞状態を識別することは困難である。
【０００９】
一方、燃料チャンネルの熱水力モデルと、前記の相互相関関数から求めたボイド移動時間を組み合わせて、炉心の総流量と、検出器周辺のチャンネル入口流量を推定する方法（特許文献１及び特許文献２参照）も提案されているが、これは、燃料チャンネルの圧力損失などの基本情報は、設計値を用いており、チャンネル閉塞といった異常状態を検出する方法として、十分に最適化されたものではなく、チャンネル閉塞の検知手法としては十分なものではない。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−１０２７６号公報
【特許文献２】
特開平１０−１１５６９３号公報
【非特許文献１】
Y.Anodh, N.naito, S.Kanemoto, F.Yamamoto, K.Ikeda, K.Kwai,
Y.Hasimoto, 「Developmento of BWR Plant Diagnosis System
using Noise Analysis」, Journal of Nuclear Science and
Technology, Vol.20, No.9 （1983）P.777 fig.9
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の燃料チャンネル流路の閉塞監視方法は、その推定精度が最適化されたものではなく、実際の応用に供するには、監視精度が十分ではないという問題があった。
【００１２】
本発明は、このような点に鑑み、注目する中性子計装管の２つの検出器の揺らぎ信号の相互相関関数の形状の特徴と、計装管周辺の４体の燃料チャンネルのボイド分布とボイド速度情報の両方を活用して、実用に耐え得る計測精度での、燃料チャンネル閉塞監視方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、同一計装配管内に垂直方向に配置された２つの検出器からの信号により、特定の周波数帯域の変動成分を抽出し相互相関関数を計算するステップと、その相互相関関数のピークから２つの検出器間のボイド移動時間を算出するステップと、プロセス計算機により算出された原子炉炉心の出力分布と燃料チャンネル入口流量ならびに入口温度から熱水力モデルを用いて、前記検出器周辺の４体の燃料チャンネルの内部のボイド移動速度を算出し、そのボイド移動速度から上記４体の燃料チャンネルにおける前記検出器間の一つの平均ボイド移動時間を算出するステップと、上記算出された平均ボイド移動時間を前記相互相関関数から得られたボイド移動時間と比較し前記ボイド移動時間の偏差を算出するステップと、前記ボイド移動時間の偏差を、燃料チャンネルの種類と周辺の制御棒状態に応じてグループ分けして、その中の特定のグループ内の平均的な時間変化を求め、その平均的な時間変化で、残りの全燃料チャンネルのボイド移動時間の偏差の時間変化を補正するステップを有し、前記補正された偏差の時間変化を監視することで、燃料チャンネルを流れる流量の異常を検出して警報を発生することを特徴とする。
【００１６】
請求項２に係る発明は、同一計装配管内に垂直方向に配置された２つの検出器からの信号により、特定の周波数帯域の変動成分を抽出し相互相関関数を計算するステップと、その相互相関関数のピークから２つの検出器間のボイド移動時間を算出するステップと、プロセス計算機により算出された原子炉炉心の出力分布と燃料チャンネル入口流量ならびに入口温度から熱水力モデルを用いて、前記検出器周辺の４体の燃料チャンネルの内部のボイド移動速度を算出し、そのボイド移動速度から前記検出器間の上記４体の燃料チャンネルの一つの平均ボイド移動時間を算出するステップとを有し、相互相関関数から得られるボイド移動時間を縦軸に、熱水力モデルから算出される平均ボイド移動時間を横軸にとって、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれのボイド移動時間を表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生することを特徴とする。
【００１７】
請求項３に係る発明は、同一計装配管内に垂直方向に配置された２つの検出器からの信号により、特定の周波数帯域の変動成分を抽出し相互相関関数を計算するステップと、その相互相関関数のピークから２つの検出器間のボイド移動時間を算出するステップと、プロセス計算機により算出された原子炉炉心の出力分布と燃料チャンネル入口流量ならびに入口温度から熱水力モデルを用いて、前記検出器周辺の４体の燃料チャンネルの内部のボイド移動速度を算出し、そのボイド移動速度から前記検出器間の上記４体の燃料チャンネルの一つの平均ボイド移動時間を算出するステップとを有し、相互相関関数のピークの半値幅の時間間隔を求めるとともに、熱水力モデルから得られる中性子検出器周辺４体の燃料チャンネルのボイド移動時間の分散値を求め、この半値幅を縦軸にとり、分散値を横軸にとって、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれの値を２次元上に表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生することを特徴とする。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明において、相互相関関数の半値幅の代わりに、自己相関関数で規格化された相互相関関数のピーク値そのものを用い、横軸としては同じ分散値を用いて、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれの値を２次元上に表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生することを特徴とする。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項３に係る発明において、縦軸の相互相関関数の半値幅に代えて、自己相関関数で規格化された相互相関関数のピークの周辺の複数個の値の主成分分析を行い、その主軸への射影値を用い、横軸の4つの燃料チャンネルのボイド移動時間の分散値に代えて、4つのボイド移動時間の主成分分析を行い、その主軸への射影値を用いて、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれの値を２次元上に表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生することを特徴とする。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに係る発明において、熱水力モデルを用いて算出された検出器周辺の４体の燃料チャンネルの内部のボイド移動速度から、検出器間のボイド移動時間を４体の燃料チャンネルについてそれぞれ算出し、算出された４体のボイド移動時間を重み付け平均して一つのボイド移動時間を算出することを特徴とする。
【００２１】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれかに係る発明において、相互相関関数のピークの時間から２つの検出器間のボイド移動時間を算出する代わりに、相互スペクトル密度の位相の傾きからボイド移動速度を求めることを特徴とする。
【００２２】
請求項８に係る発明は、請求項２乃至５のいずれかに係る発明において、２次元平面上の表示において、中性子検出器周辺の燃料チャンネルの種類、並びに、周辺制御棒の挿入状態に応じてデータをグループ分けし、そのグループに応じて色を変えて表示し、特異な挙動をする燃料チャンネルを見つけやすくすることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
各中性子計装管（LPRM計装管）１２は、図１(ａ）に示すように、４体の燃料チャンネル１０に囲まれており、その燃料チャンネル１０内を流れる二相流が、中性子検出器（LPRM）１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの側を通過する際に熱中性子の減速過程に影響を与えることで、検出器の揺らぎ信号として観測される。燃料チャンネル１０内の二相流の状態は、熱出力分布と燃料チャンネル入口流量、並びに入口冷却材温度を与えると、熱水力モデルを用いて、図１の(ｂ）、(ｃ）に示すように、燃料チャンネル内のボイド分布と、ボイド速度、液相速度及び液相とボイドの混合速度であるボイド伝播速度の分布を計算することができる。この燃料チャンネル内の出力分布や入口流量は、チャンネル毎に異なるため、４体の燃料チャンネルは、それぞれ異なるボイド分布と速度分布を持っていることになり、LPRMの出力ゆらぎ信号に含まれる二相流の情報には、４体の異なる状態に対応する４種類の異なる情報が含まれていることになる。
【００２４】
そこで、ＢＷＲ炉内に配置された複数のLPRMの内、同一計装配管内に垂直方向に配置された二つの検出器、例えば１２ｃ、１２ｄからの信号x(t),y(t)に、特定の周波数帯域の変動成分を抽出するバンドパスフィルターを通して、二相流の移動情報を主に含む周波数成分のゆらぎ信号を抽出し、さらに両信号の相互相関関数Ｃ(τ)を（１）式により計算する。
【数１】
【００２５】
この相互相関関数には、図２に示すように、二相流のボイド移動速度に対応した遅れ時間τの位置にピークが存在するが、そのピークから２つの検出器間のボイド移動時間を算出する。更に、プロセス計算機により算出された原子炉炉心の出力分布と燃料チャンネル入口流量ならびに入口温度から熱水力モデルを用いて、前記検出器周辺の４体の燃料チャンネルの内部のボイド移動速度を算出し、そのボイド移動速度から前記検出器間のボイド移動時間を４体の燃料チャンネルについてそれぞれ算出し、算出された４体の燃料チャンネルの該当する検出器間のボイド移動時間を、次のような式（２）で重み付け平均をして一つのボイド移動時間τAVR を算出する。
【数２】
【００２６】
こうして得られた計算によるボイド移動時間τAVR を、前記相互相関関数から得られたボイド移動時間と比較して、一定値以上の差があれば、注目する検出器周辺の燃料チャンネル流量に異常があることを知らせる警報を発生する
図３は、上記実施の形態のブロック図であり、前述のように、同一計装管内の２個の原子炉の中性子束信号（LPRM信号）から、バンドパスフィルターを通して、ボイド移動速度に関連する成分（通常、２−３０Hz）を抽出し、２信号の規格化相互相関関数を計算する。そして、この規格化相互相関関数の形から、ピーク遅れ時間を算出し、時間変化記憶装置に保存する。また、プロセス計算機から得られる、熱出力分布、燃料チャンネル入口流量、冷却材入口温度などから、熱水力モデルを用いて、当該LPRM計装管の周辺４体の燃料チャンネル内の二相流状態として、ボイド分布、ボイド速度分布、液相速度分布を求め、さらに、LPRM検出器間の遅れ時間の計算値を求める。この計算値を前記記憶装置に記憶させる。これらの操作は、炉心の全LPRM計装管を対象に、定期的に行ってデータとして蓄え、その時間変化の傾向を監視できるよう表示する。この偏差で特異なものがあれば、これから当該LPRM計装管の周辺４体のいずれかの燃料チャンネルに閉塞が起きていることを判断でき、警報等を発生させる。
【００２７】
ところで、上記実施の形態においては相互相関関数から得られたボイド移動時間を使用したものを示したが、相互相関関数の代わりに、相互スペクトル密度の位相の傾きからボイド移動速度を求めることもできる。ここで、相互スペクトル密度ＣＰＳＤ(ω）は、２つの検出器の信号を x(t),y(t)とし、それを周波数変換した値を x(ω)、y(ω)としたとき、下記で求められる。
【数３】
【００２８】
図５は、図３に示す実施の形態に対する他の実施形態を示す図であり、図３の実施形態に対して、特定の健全と仮定できる燃料チャンネルのグループを抽出し、その遅れ時間の偏差の平均を求め、この傾向変化を他の燃料チャンネルの流量偏差から差し引くようにしたものである。この場合、流量偏差のドリフトに隠された、本来の異常をより高感度に見つけるることができる。
【００２９】
すなわち、炉心内の複数のLPRM計装管の周辺ごとの燃料チャンネルのボイド移動時間の偏差を、燃料チャンネルの種類と周辺の制御棒状態に応じてグループ分けして、その中の特定のグループ内の平均的な時間変化を求め、その平均的な時間変化で、残りの全燃料チャンネルのボイド移動時間の偏差の時間変化を補正し、その補正された偏差の時間変化を監視することで、燃料チャンネルを流れる流量の異常を検出して警報を発生する。
【００３０】
ＢＷＲ炉心は、通常、対称系で運用されているため、類似の特性をもった燃料チャンネルが複数存在する。また、燃料交換の時期に応じて、異なるタイプの燃料が配置されることもある。これらは、その特徴に応じて、少数のグループに分類することが可能なため、このグループ毎に求めたボイド移動時間の特性は、同じような履歴をたどることになる。この少数のグループのうちの一つを標準状態と仮定し、そのチャンネルのボイド移動時間の偏差の傾向変化を基準として、他の全ての全燃料チャンネルにおけるボイド移動時間の偏差を前記のように補正することで、通常、運転の経過による燃焼の進行や制御棒位置の変化による偏差の傾向変化を相殺して、予想外の偏差、すなわち、想定外のチャンネル閉塞による入り口流量の変化を検出することが可能になる。
【００３１】
また、前述のように燃料チャンネルのボイド移動時間を重み付け平均をして算出された一つのボイド移動時間と、前記相互相関関数から得られたボイド移動時間とを比較して、両者が一致するまで前記熱水力モデルの入力である燃料チャンネル入口流量を変更することで、２つの検出器間のボイド移動時間に相当する燃料チャンネル入口流量を推定し、さらにここで得られた推定入口流量と、前記プロセス計算機により算出された燃料チャンネル入口流量の偏差をとり、その時間変化を監視することで、燃料チャンネルを流れる流量の異常を検出して警報を発生させるようにすることもできる。
【００３２】
また、図６に示すように、相互相関関数から得られるボイド移動時間を縦軸に、熱水力モデルから算出されるボイド移動時間を横軸にとって、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれのボイド移動時間を表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生するようにすることもできる。図６に示すように、ボイド移動時間の計測値と計算値は、正常状態であれば、Ｙ＝Ｘの直線状に、燃料の種類に応じてかたまった状態で、いくつかのグループに分類できる。したがって、２次元上に表示したグラフで、類似度をデータ間のユークリッド距離、すなわち、
【数４】
【００３３】
また、異状が発生した場合には相互相関関数のパターンが変化することを利用して、上記相互相関関数のピークの時間から得られるボイド移動時間に代えて、図７に示すようなピークの半値幅の時間間隔を求めるとともに、熱水力モデルから得られる中性子検出器周辺４体の燃料チャンネルのボイド移動時間の分散値を求め、この半値幅を縦軸にとり、分散値を横軸にとって、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれの値を、図６と同じように、２次元上に表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生するようにすることもできる。ここで、周辺４体の燃料チャンネルのボイド移動時間の分散値については、（２）式のτAVRを用いて、次のように定義される。
【数５】
【数６】
【００３４】
さらに、相互相関関数の半値幅の代わりに、自己相関関数で規格化された相互相関関数のピーク値そのものを用い、横軸としては同じ分散値を用いて、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれの値を２次元上に表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生させることもできる。ここで、規格化された相互相関関数とは、次のように定義される。
【数７】
この相互相関関数のピークの時間は、先に述べたボイド移動時間の計測値に相当するが、ピークの値そのものも、LPRM周辺の４体の燃料チャンネル内のボイド移動時間が似た値の場合は大きくなり、それぞれが異なる値の場合は、相関が少なくなるため、小さくなる。従って、検出器周辺４体の二相流の状態がそろっているか、または、そろっていないかの指標となる。
【００３６】
縦軸の相互相関関数の半値幅に代えて、自己相関関数で規格化された相互相関関数のピークの周辺の複数個の値の主成分分析を行い、その主軸への射影値を用い、横軸の４つの燃料チャンネルのボイド移動時間の分散値に代えて、４つのボイド移動時間の主成分分析を行い、その主軸への射影値を用いて、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれの値を２次元上に表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生することもできる。主成分分析は、多次元の状態空間のデータを、そのパワーの大きい成分に沿った軸に投影する線形変換であるが、固有値最大の軸（主軸）への射影値を用いることで、多次元空間の複数の値からなるデータを、単一の値へ変換することができる。前記の相互相関関数のピーク周辺の複数のデータは、その周辺４体の燃料チャンネル内の二相流の状態を代表しているが、これを、主成分分析で単一の値に変換し、さらに、解析モデルににより得られた４体の燃料チャンネルのボイド移動時間を、同様の主成分分析で単一の値に変換する。なお、この主成分分析は、プラントの立ち上げ時など正常と仮定できる基準状態で得られた、炉心の全LPRM計装管のデータを用いて行い、その際の射影変換係数をその後の監視で共通して用いる。こうして求まった二つの射影値を、図６と同じような方法で表示し、グルーピングすることで、想定外のチャンネル閉塞異常を検知することが可能になる。前記の、ボイド移動速度の分散値や、相互相関関数の半値幅は、物理的に、ボイド速度のばらつきに相当する意味を持っているのに対して、主成分分析により求まった射影値は、物理的な意味を持たないことが欠点ではあるが、逆に、データに含まれているボイド移動速度に関する情報を最大限に引き出す手法であり、想定外の異常状態を一番感度良く抽出することができる方法と言うことができる。
【００３７】
また、２次元平面上の表示において、中性子検出器周辺の燃料チャンネルの種類、ならびに、周辺制御棒の挿入状態に応じてデータをグループ分けし、そのグループに応じて色を変えて表示し、特異な挙動をする燃料チャンネルを見つけやすくすることもできる。
【００３８】
図８は、さらに他の実施形態を示したもので、同一計装管内の２個の原子炉の中性子束信号（LPRM信号）を入力し、バンドパスフィルターを通して、ボイド移動速度に関連する成分（通常、２−３０Hz）を抽出し、２信号の規格化相互相関関数を計算する。さらに、この規格化相互相関関数の形から、ピーク遅れ時間、両側半値幅、片側半値幅、ピーク値、主成分射影値などの特徴量を算出し、データベースに保存する。また、プロセス計算機から得られる、熱出力分布、燃料チャンネル入口流量、冷却材入口温度などから、熱水力モデルを用いて、当該LPRM計装管の周辺４体の燃料チャンネル内の二相流状態として、ボイド分布、気相・液相速度分布を求め、さらに、LPRM検出器間の遅れ時間の計算値を求める。この遅れ時間は、周辺４体に対応して４つの異なる値が得られるが、この平均値と分散値を、（２）式と（５）式に基づいて求めるほか、主成分分析による主軸への射影値も求めて、データベースに保存する。
【００３９】
これらの算出は、炉心の全LPRM計装管を対象に、定期的に行ってデータとして蓄え、その時間変化の傾向を監視できるよう表示する。
【００４０】
次に、相互相関関数から得られる特徴量と、熱水力モデルから得られる特徴量を、図１０のような形で２次元平面に表示し、さらに、その平面状で、個々のデータ間の距離を定義してクラスター分析を行うことで、少数のグループに分類し、色や形で識別して表示する。また、データの距離に基づく分類ではなく、燃料タイプや、周辺の制御棒の状態に応じて、各計装管周辺のデータを分類して、その分類されたグループ毎に色や形を変えて、図１０と同じ形式で表示することも可能である。本発明の目的である燃料チャンネル閉塞の検知は、この２次元表示の中で、特異な位置を占めるデータを見つけることで可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の沸騰水型原子炉の炉内監視方法においては、注目する中性子計装管の２つの検出器の揺らぎ信号の相互相関関数の形状の特徴量と、計装管周辺の４体の燃料チャンネルの熱水力モデルによる解析から求まるボイド移動時間に相当する情報の両方を比較して監視するようにしたので、LPRM検出器のゆらぎ信号には周辺４体の異なるボイド移動時間に関する情報が混在しているにかかわらず、従来に比べて、より良い精度でチャンネル流量閉塞を検知することができ、燃料チャンネル閉塞監視を効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の対象とする中性子検出器の計測位置と周辺の燃料チャンネルとの関係位置を示す図、（b）および（ｃ）は、燃料チャンネル内での熱出力、二相流状態の分布、液相速度、ボイド速度、ボイド伝播速度を示す図。
【図２】相互相関関数の形状と、ボイド移動時間を計測するピーク位置を示す図。
【図３】本発明のチャンネル流量閉塞監視方法を示すブロック図。
【図４】相互スペクトル密度の位相の傾きを示す説明図。
【図５】本発明におけるチャンネル流量閉塞監視方法の他の例を示すブロック図。
【図６】ボイド移動時間の計算値と計測値を二次元平面状にプロットし、グループ化して分類表示した例を示す図。
【図７】相互相関関数の形状と、ボイド移動情報に関する特徴量を示す図。
【図８】本発明におけるチャンネル流量閉塞監視方法のさらに他の例を示すブロック図。
【図９】チャンネル流量閉塞の監視方法における特徴量を２次元表示し、グループ化して分類表示した図。
【図１０】沸騰水型原子炉の概略構成を示す断面図。
【図１１】（ａ）は炉心の一部断面平面図、（ｂ）は中性子計装管における検出器の配置位置を示す図。
【符号の説明】
１０ 燃料集合体
１１ 制御棒
１２ 中性子計装管
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ 検出器
Claims (8)
- 同一計装配管内に垂直方向に配置された２つの検出器からの信号により、特定の周波数帯域の変動成分を抽出し相互相関関数を計算するステップと、
その相互相関関数のピークから２つの検出器間のボイド移動時間を算出するステップと、
プロセス計算機により算出された原子炉炉心の出力分布と燃料チャンネル入口流量ならびに入口温度から熱水力モデルを用いて、前記検出器周辺の４体の燃料チャンネルの内部のボイド移動速度を算出し、そのボイド移動速度から上記４体の燃料チャンネルにおける前記検出器間の一つの平均ボイド移動時間を算出するステップと、
上記算出された平均ボイド移動時間を前記相互相関関数から得られたボイド移動時間と比較し前記ボイド移動時間の偏差を算出するステップと、
前記ボイド移動時間の偏差を、燃料チャンネルの種類と周辺の制御棒状態に応じてグループ分けして、その中の特定のグループ内の平均的な時間変化を求め、その平均的な時間変化で、残りの全燃料チャンネルのボイド移動時間の偏差の時間変化を補正するステップを有し、
前記補正された偏差の時間変化を監視することで、燃料チャンネルを流れる流量の異常を検出して警報を発生することを特徴とする沸騰水型原子炉炉内監視方法。 - 同一計装配管内に垂直方向に配置された２つの検出器からの信号により、特定の周波数帯域の変動成分を抽出し相互相関関数を計算するステップと、
その相互相関関数のピークから２つの検出器間のボイド移動時間を算出するステップと、
プロセス計算機により算出された原子炉炉心の出力分布と燃料チャンネル入口流量ならびに入口温度から熱水力モデルを用いて、前記検出器周辺の４体の燃料チャンネルの内部のボイド移動速度を算出し、そのボイド移動速度から前記検出器間の上記４体の燃料チャンネルの一つの平均ボイド移動時間を算出するステップとを有し、
相互相関関数から得られるボイド移動時間を縦軸に、熱水力モデルから算出される平均ボイド移動時間を横軸にとって、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれのボイド移動時間を表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生することを特徴とする、沸騰水型原子炉炉内監視方法。 - 同一計装配管内に垂直方向に配置された２つの検出器からの信号により、特定の周波数帯域の変動成分を抽出し相互相関関数を計算するステップと、
その相互相関関数のピークから２つの検出器間のボイド移動時間を算出するステップと、
プロセス計算機により算出された原子炉炉心の出力分布と燃料チャンネル入口流量ならびに入口温度から熱水力モデルを用いて、前記検出器周辺の４体の燃料チャンネルの内部のボイド移動速度を算出し、そのボイド移動速度から前記検出器間の上記４体の燃料チャンネルの一つの平均ボイド移動時間を算出するステップとを有し、
相互相関関数のピークの半値幅の時間間隔を求めるとともに、熱水力モデルから得られる中性子検出器周辺４体の燃料チャンネルのボイド移動時間の分散値を求め、この半値幅を縦軸にとり、分散値を横軸にとって、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれの値を２次元上に表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生することを特徴とする、沸騰水型原子炉炉内監視方法。 - 相互相関関数の半値幅の代わりに、自己相関関数で規格化された相互相関関数のピーク値そのものを用い、横軸としては同じ分散値を用いて、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれの値を２次元上に表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生することを特徴とする、請求項３記載の沸騰水型原子炉炉内監視方法。
- 縦軸の相互相関関数の半値幅に代えて、自己相関関数で規格化された相互相関関数のピークの周辺の複数個の値の主成分分析を行い、その主軸への射影値を用い、横軸の4つの燃料チャンネルのボイド移動時間の分散値に代えて、4つのボイド移動時間の主成分分析を行い、その主軸への射影値を用いて、炉心全体の中性子検出器に関するそれぞれの値を２次元上に表示し、２次元上に表示された複数のデータを、相互の距離に基づいてグループ化し、特異な挙動を示す燃料チャンネルを検出し警報を発生することを特徴とする、請求項３記載の沸騰水型原子炉炉内監視方法。
- 熱水力モデルを用いて算出された検出器周辺の４体の燃料チャンネルの内部のボイド移動速度から、検出器間のボイド移動時間を４体の燃料チャンネルについてそれぞれ算出し、算出された４体のボイド移動時間を重み付け平均して一つのボイド移動時間を算出することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の沸騰水型原子炉炉内監視方法。
- 相互相関関数のピークの時間から２つの検出器間のボイド移動時間を算出する代わりに、相互スペクトル密度の位相の傾きからボイド移動速度を求めることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の沸騰水型原子炉炉内監視方法。
- ２次元平面上の表示において、中性子検出器周辺の燃料チャンネルの種類、ならびに、周辺制御棒の挿入状態に応じてデータをグループ分けし、そのグループに応じて色を変えて表示し、特異な挙動をする燃料チャンネルを見つけやすくすることを特徴とする、請求項２乃至５のいずれかに記載の沸騰水型原子炉炉内監
視方法。
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