JP4594819B2 - 制御棒引抜監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、原子炉の制御棒引抜監視装置に関するものである。

従来の制御棒引抜監視装置（ＲＢＭ：Ｒｏｄ Ｂｌｏｃｋ Ｍｏｎｉｔｏｒ）においては、制御棒の引抜操作を行う時に制御棒操作系から操作対象となる制御棒の位置情報を受け取り、対象制御棒を囲む中性子検出器信号だけを選択して、局部平均値演算を行っていた。

選択された制御棒を取り囲む４箇所の中性子検出器ストリングスにそれぞれ４個ずつ内蔵された合計１６個の中性子検出器のうち、それぞれの中性子検出器ストリングスから２個ずつ選択して、合計８個の中性子検出器信号の平均演算を実施する。

中性子検出器信号が選択された後、選択された中性子検出器信号の局部平均値と原子炉平均出力とを比較し、局部平均値を原子炉平均出力と同等になるよう利得を調整（ヌルシーケンス）した後、利得調整後の局部平均値に対して適切なブロックレベルが選択（セットアップ）される。局部平均値とブロックレベルを比較し、局部平均値がブロックレベルよりも大きくなった場合には制御棒の引抜を阻止する信号と警報信号を出力する。

このようなＲＢＭとしては、沸騰水型原子炉用のＲＢＭがある（例えば特許文献１）。
特公平８−１０２６１号公報

従来のＲＢＭでは、ハードウェア処理能力上の制限から炉心の全領域を同時に監視することができなかったため、制御棒操作系からの選択制御棒位置情報に基づいて監視領域を決定していた。

このため、従来のＲＢＭでは、制御棒操作系からの選択制御棒位置情報が誤っていた場合には適切な領域を監視することができない、制御棒操作系との間に選択制御棒位置信号の取り合い部を設け、信号の信頼性確保のために全ての選択制御棒位置信号について健全性確認試験を実施する必要がある等の課題があった。

このような課題の解決手段として、制御棒操作系からの選択制御棒位置情報に依存せずに、常時全ての制御棒周りの局部平均値監視を行う方法（全領域ＲＢＭ）がある。

全領域ＲＢＭの実現により、ＲＢＭは監視対象である制御棒操作系から独立した監視が可能となるため、仮に制御棒操作系の選択制御棒位置信号が誤っていた場合にも無監視状態と陥ることは無く、また、制御棒操作系との取り合い部及びこれに伴う健全性確認試験を削減することで、これに係わるハードウェア費及び試験費を削減することが可能となる。

また、全領域ＲＢＭの実現にあたっては、前述のヌルシーケンス及びセットアップの実行方法に係わり、以降に示す課題の解決が必須である。

従来のＲＢＭでは、制御棒操作系からの選択制御棒位置情報取得後に対象制御棒を囲む中性子検出器信号の局部平均値に対してヌルシーケンス及びセットアップが実行されていた。

これに対して全領域ＲＢＭでは、制御棒操作系から独立して常時連続で全領域を監視するため、従来のＲＢＭでのヌルシーケンス及びセットアップの実行タイミングを適用することができない。

本発明は、このような事情のもとになされたものであり、全領域ＲＢＭの実現に必須となるヌルシーケンス及びセットアップの実行方法を可能とし、かつ原子力プラントに対して全領域ＲＢＭを適用することが可能となる制御棒引抜監視装置を提供するものである。

前記の目的を達成するため、本発明の制御棒引抜監視装置は、原子炉内の全域における全ての中性子検出器からの中性子検出器信号および冷却水流量に基づく出力信号を受信する複数の受信手段と、各受信手段で受信した監視対象の中性子検出器信号に基づいて局部平均値演算を行い局部平均出力値を出力する平均演算手段と、この局部平均出力値および前記受信した全ての中性子検出器からの中性子検出信号によって前記受信手段から出力された原子炉平均出力信号に基づいて前記局部平均出力値を前記原子炉平均出力信号と一致させるよう局部平均出力値の利得を演算して利得演算値を求めるとともに利得調整後の局部平均出力値を出力する利得調整を行う利得演算手段と、この利得演算手段からの利得調整後の局部平均出力値および前記受信手段からの流量信号を受信して適切なブロックレベル設定値を設定するブロックレベル設定手段と、前記利得演算手段で求められた利得演算値および前記ブロックレベル設定手段で設定されたブロックレベル設定値を保持する記憶手段と、この記憶手段に保持された利得演算値および前記平均演算手段からの前記局部平均出力値に基づいて利得調整後の局部平均出力値を演算する利得調整後局部平均出力演算手段と、この利得調整後局部平均出力演算手段からの利得調整後の局部平均出力値および前記記憶手段からのブロックレベル設定値に基づき、利得調整後の局部平均出力値がブロックレベル設定値を超えた場合に制御棒引抜阻止信号と警報を出力する制御棒引抜監視手段とを備え、常時一定間隔で前記利得演算手段により利得調整し、前記ブロックレベル設定手段により前記利得演算手段からの利得調整後の局部平均出力値に対して適切なブロックレベル設定値を選択する処理が繰り返し実行され、利得調整およびブロックレベル設定値の選択の処理の実行中は、前記記憶手段に前回実行時の利得値およびブロックレベル設定値が保持され、利得調整およびブロックレベル選択後にこれらの値が更新され、前記記憶手段により前回実行時の利得と更新される利得を監視し、それらの値が正常な範囲を逸脱した場合に、異常判定をすることを特徴とする。

本発明によれば、原子力プラントに対して全領域ＲＢＭを適用することが可能となる。

以下、本発明に係る制御棒引抜監視装置の実施形態について図面を参照して説明する。

［第１実施形態（図１、図２）］
図１は、本発明の第１実施形態による制御棒引抜監視装置を示す系統構成図であり、図２は作用を示すフローチャートである。

図１に示すように、本実施形態の制御棒引抜監視装置１５は、原子炉内の略全域における中性子検出器（１−１−１‥１−ｍ−ｎ）からの中性子検出器信号および冷却水流量に基づく出力信号を受信する複数の受信手段（４−１‥４−ｍ）を備えている。すなわち、中性子検出器（１−１−１‥１−ｍ−ｎ）からの中性子検出器信号は、複数の信号処理手段（３−１‥３−ｍ）によりＡ／Ｄ変換されて受信手段（４−１‥４−ｍ）に受信される。また、冷却水流量に基づく流量発振器信号としての出力信号は流量変換手段（２−１‥２−ｍ）により原子炉再循環流量に変換されて受信手段（４−１‥４−ｍ）に受信される。

また、制御棒引抜監視装置１５には、受信手段（４−１‥４−ｍ）からの中性子検出器信号（５−１‥５−ｍ）を受信して局部平均演算を行う平均演算手段（８−１‥８−ｍ）が設けられている。さらに、制御棒引抜監視装置１５内には信号処理手段（１４−１‥１４−ｍ）が設けられ、この信号処理手段（１４−１‥１４−ｍ）は、利得演算手段（９−１‥９−ｍ）、ブロックレベル設定手段（１０−１‥１０−ｍ）、記憶手段（１１−１‥１１−ｍ）、利得調整後局部平均出力演算手段（１２−１‥１２−ｍ）および制御棒引抜監視手段（１３−１‥１３−ｍ）から構成されている。

利得演算手段（９−１‥９−ｍ）では、平均演算手段（８−１‥８−ｍ）からの中性子検出器信号および受信手段（４−１‥４−ｍ）からの原子炉平均出力信号（６−１‥６−ｍ）が入力され、局部平均出力の利得の演算が行われる。

ブロックレベル設定手段（１０−１‥１０−ｍ）では、利得演算手段（９−１‥９−ｍ）からの利得調整後の局部平均出力および受信手段（４−１‥４−ｍ）からの流量信号（７−１‥７ｍ）が入力され、適切なブロックレベルが設定される。

記憶手段（１１−１‥１１−ｍ）では、利得演算手段（９−１‥９−ｍ）からの利得演算値および設定手段（１０−１‥１０−ｍ）からのブロックレベル設定値が保持される。

利得調整後局部平均出力演算手段（１２−１‥１２−ｍ）では、記憶手段（１１−１‥１１−ｍ）からの利得演算値および平均演算手段（８−１‥８−ｍ）からの局部平均出力値が入力され、利得調整後の局部平均出力値が演算される。

制御棒引抜監視手段（１３−１‥１３−ｍ）では、演算手段（１２−１‥１２−ｍ）からの利得調整後の局部平均出力値および記憶手段（１１−１‥１１−ｍ）からのブロックレベル設定値が入力され、局部平均出力値がブロックレベルを超えた場合に、制御棒引抜阻止信号と警報を出力する構成となっている。

図２を参照して作用について説明する。まず、受信手段（４−１‥４−ｍ）には中性子検出器（１−１−１‥１−ｍ−ｎ）からの中性子検出器信号および原子炉再循環流量信号が入力され（Ｓ１、Ｓ２）、受信手段（４−１‥４−ｍ）からの中性子検出器信号（５−１‥５−ｍ）に基づいて平均演算手段（８−１‥８−ｍ）により局部平均演算（Ｓ３）が行われる。

また、操作対象となる制御棒の選択が有るかどうかが判断され（Ｓ４）、選択が有ると（ＹＥＳ）、制御棒位置情報を受け取られ（Ｓ５）、制御棒操作系からの選択制御棒位置情報に基づいて、操作対象制御棒周辺の監視情報が外部の情報表示装置に出力され、表示される（Ｓ６）。

次に、利得演算の間隔の設定が有るかの判断が繰り返えされ（Ｓ７）、常時新たな設定（ＹＥＳ）があると、設定間隔に従って中性子検出器信号の局部平均値を原子炉平均出力と一致させるよう利得調整が行われる（Ｓ８）。すなわち、中性子検出器信号の局部平均値の調整により、制御棒操作系からの制御棒の位置情報に依存せず、常時一定間隔で制御棒を囲む中性子検出器の異常を判定することができ、制御棒操作系からの選択制御棒位置情報と連携した場合は、制御棒選択の有無に関する情報のみを受け取り、制御棒選択が有りの場合に制御棒を囲む中性子検出器信号の局部平均値を原子炉平均出力と一致させるよう利得調整が実施される。利得調整の実行中は、実行前の値を保持することで制御棒引抜阻止信号を出力せずに連続して制御棒引抜操作が可能である。

次に、ブロックレベルの選定があるかの判断が行われる（Ｓ９）。運転員は、手動でブロックレベルの選択を行うことができる。常時は、一定間隔で実行される利得調整およびブロックレベル選択の実行間隔が可変設定可能である。そこで、利得調整された中性子検出信号の局部平均値に対する適切なブロックレベルの選択処理が実行される（Ｓ１０）。すなわち、全領域ＲＢＭにおいて、制御棒の選択、非選択に関わらず、常時一定間隔で制御棒を囲む中性子検出器信号の局部平均値を原子炉平均出力と一致させるよう利得調整が行われ、利得調整後は、利得調整された中性子検出器信号の局部平均値に対して適切なブロックレベルを選択する処理が繰り返し実行される。

そして、選択処理が終了かどうか判断され（Ｓ１１）、ＮＯであると、前回実行時の利得ブロックレベルの保持が行われる（Ｓ１２）。すなわち、利得調整およびブロックレベル選択の処理の実行中は、前回実行時の利得値およびブロックレベルが保持され、利得調整およびブロックレベル選択後にこれらの値が更新される。この場合、制御棒引抜阻止信号不出力（引抜操作可能）となる（Ｓ１３）。

選択処理が終了（Ｓ１１：ＹＥＳ）であると、前回実行時の利得値およびブロックレベルの更新がされる（Ｓ１４）。そして、利得値およびブロックレベルが正常な範囲かどうか判断される（Ｓ１５）。ＹＥＳであると、情報表示がされる（Ｓ１６）。ＮＯであると、異常と判定され（Ｓ１７）、警報出力がされるとともに（Ｓ１８）、情報表示がされる。

このように、本実施形態によれば、利得演算手段（９−１‥９−ｍ）による利得演算およびブロックレベル設定手段（１０−１‥１０−ｍ）によるブロックレベルの設定が常時一定間隔で実行され、利得演算及びブロックレベルの設定中は、記憶手段（１１−１‥１１−ｍ）により保持された前回実行時の利得演算値及びブロックレベル設定値を用いて制御棒引抜監視を行うことで、常時連続して制御棒引抜操作が可能となる。

また、記憶手段（１１−１‥１１−ｍ）は、利得演算手段（９−１‥９−ｍ）から入力された利得演算値と、保持されている前回実行時の利得演算値を監視し、それらの値が正常な範囲を逸脱した場合に異常判定を出力することができる。

したがって、以上の作用により制御棒操作系から独立した監視が可能となり、仮に制御棒操作系からの選択制御棒位置信号が誤っていた場合にも無監視状態に陥ることは無く、また制御棒操作系との取り合い部及びこれに伴う健全性確認試験を削減することで、これに係わるハードウェア費及び試験費を削減することが可能な全領域ＲＢＭを実際のプラントに適用することが可能となる。

また、従来無かった中性子検出器信号に対する利得演算値の監視による異常判定手段により、従来検知できなかった異常を検知することが可能となる。

また、原子炉の出力振動を監視する手段として出力振動監視装置（ＯＰＲＭ：Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｎｇｅ Ｍｏｎｉｔｏｒ）がある。ＯＰＲＭは燃料４バンドルに対してこれを囲む１６個の中性子検出器信号を用いて対象燃料バンドルの出力振動を監視する。

ＲＢＭとＯＰＲＭは共に中性子検出器信号に対して信号処理を行う点が共通しており、中性子検出器信号に対するインタフェースを共用化できる。

ＯＰＲＭとＲＢＭを統合することにより、システム簡素化を図ることができる。

［第２実施形態（図３）］
図３は、本発明の第２実施形態の構成を示している。

図３に示すように、本実施形態では、制御棒引抜監視装置１５からの制御棒周辺の監視情報と制御棒操作系１６からの選択制御棒位置情報を受信し、操作対象制御棒周辺の監視情報を提示する監視情報表示装置１７を備えた構成とされている。

このように構成された本実施形態の形態によれば、操作対象制御棒周辺の監視情報を提供することが可能となる。したがって、制御棒操作系から独立した全領域ＲＢＭに対して、実際のプラント運用において運転員の制御棒操作に必須な、操作対象制御棒周辺の監視情報を提供することが可能となる。

［第３実施形態（図４）］
図４は、本発明の第３実施形態の構成を示している。

図４に示すように、本実施形態では、複数の中性子検出器信号（１８−１‥１８−ｎ）と、制御引抜監視装置２２に内蔵され、中性子検出器信号（１８−１‥１８−ｎ）を受信する受信手段１９と、受信手段１９から中性子検出器信号を受信して制御棒引抜監視を行い、制御棒引抜阻止信号と警報を出力する制御棒引抜機能２０と、受信手段１９から中性子検出器信号を受信して出力振動監視を行い、スクラム信号と警報を出力する出力振動監視機能２１とを備えている。

このように構成された本実施形態の形態によれば、出力振動監視機能を備える制御棒引抜監視装置を提供することが可能となる。したがって、出力振動監視装置と制御棒引抜監視装置を統合することが可能となり、独立して出力振動監視装置と制御棒引抜監視装置を設ける場合にくらべて、ハードウェア費の削減を図ることができる。

本発明の第１実施形態による制御棒引抜監視装置を示す系統構成図。 本発明の第１実施形態の作用を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態による制御棒引抜監視装置を示す系統構成図。 本発明の第３実施形態による制御棒引抜監視装置を示す系統構成図。

符号の説明

１−１−１‥１−ｍ−ｎ 中性子検出器
２−１‥２−ｍ 流量変換手段
３−１‥３−ｍ 信号処理手段
４−１‥４−ｍ 受信手段
５−１‥５−ｍ 中性子検出器信号
６−１‥６−ｍ 原子炉平均出力信号
７−１‥７−ｍ 原子炉再循環流量信号
８−１‥８−ｍ 平均演算手段
９−１‥９−ｍ 利得演算手段
１０−１‥１０−ｍ 設定手段
１１−１‥１１−ｍ 記憶手段
１２−１‥１２−ｍ 利得調整後局部平均出力演算手段
１３−１‥１３−ｍ 制御棒引抜監視手段
１４−１‥１４−ｍ 信号処理基板
１５ 制御棒引抜監視装置
１６ 制御棒操作系
１７ 監視情報表示装置
１８−１‥１８−ｎ 中性子検出器信号
１９ 受信手段
２０ 制御棒引抜監視手段
２１ 出力振動監視手段
２２ 制御棒引抜監視装置

Claims (6)

1. 原子炉内の全域における全ての中性子検出器からの中性子検出器信号および冷却水流量に基づく出力信号を受信する複数の受信手段と、各受信手段で受信した監視対象の中性子検出器信号に基づいて局部平均値演算を行い局部平均出力値を出力する平均演算手段と、この局部平均出力値および前記受信した全ての中性子検出器からの中性子検出信号によって前記受信手段から出力された原子炉平均出力信号に基づいて前記局部平均出力値を前記原子炉平均出力信号と一致させるよう局部平均出力値の利得を演算して利得演算値を求めるとともに利得調整後の局部平均出力値を出力する利得調整を行う利得演算手段と、この利得演算手段からの利得調整後の局部平均出力値および前記受信手段からの流量信号を受信して適切なブロックレベル設定値を設定するブロックレベル設定手段と、前記利得演算手段で求められた利得演算値および前記ブロックレベル設定手段で設定されたブロックレベル設定値を保持する記憶手段と、この記憶手段に保持された利得演算値および前記平均演算手段からの前記局部平均出力値に基づいて利得調整後の局部平均出力値を演算する利得調整後局部平均出力演算手段と、この利得調整後局部平均出力演算手段からの利得調整後の局部平均出力値および前記記憶手段からのブロックレベル設定値に基づき、利得調整後の局部平均出力値がブロックレベル設定値を超えた場合に制御棒引抜阻止信号と警報を出力する制御棒引抜監視手段とを備え、常時一定間隔で前記利得演算手段により利得調整し、前記ブロックレベル設定手段により前記利得演算手段からの利得調整後の局部平均出力値に対して適切なブロックレベル設定値を選択する処理が繰り返し実行され、利得調整およびブロックレベル設定値の選択の処理の実行中は、前記記憶手段に前回実行時の利得値およびブロックレベル設定値が保持され、利得調整およびブロックレベル選択後にこれらの値が更新され、前記記憶手段により前回実行時の利得と更新される利得を監視し、それらの値が正常な範囲を逸脱した場合に、異常判定をすることを特徴とする制御棒引抜監視装置。
2. 請求項１記載の制御棒引抜監視装置において、常時一定間隔で実行される利得調整およびブロックレベル選択の実行間隔が可変設定可能であることを特徴とする制御棒引抜監視装置。
3. 請求項１記載の制御棒引抜監視装置において、利得調整の実行中は、実行前の値を保持することで制御棒引抜阻止信号を出力せずに連続して制御棒引抜操作が可能であることを特徴とする制御棒引抜監視装置。
4. 請求項１記載の制御棒引抜監視装置において、原子炉内の全域における制御棒周辺の監視情報および制御棒操作系からの選択制御棒位置情報を受け取り、操作対象制御棒周辺の監視情報を表示する情報表示装置を備えたことを特徴とする制御棒引抜監視装置。
5. 請求項１記載の制御棒引抜監視装置において、ブロックレベル設定手段は、運転員の手動によるブロックレベルの選択が可能とされていることを特徴とする制御棒引抜監視装置。
6. 請求項１記載の制御棒引抜監視装置において、受信手段からの中性子検出器信号に基づいて原子炉出力振動を監視する出力振動監視手段を備えたことを特徴とする制御棒引抜監視装置。

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