JP4846656B2

JP4846656B2 - 固定式炉心内計測装置

Info

Publication number: JP4846656B2
Application number: JP2007132544A
Authority: JP
Inventors: 勇太坂井; 憲弘梅村; 善雄船山; 善久山口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2027-05-18
Also published as: JP2008286664A

Description

本発明は、原子炉内で発生した放射線の照射によるセンサの発熱量を測定して、局部出力領域モニタ（ＬＰＲＭ）の利得校正に必要な炉内出力分布を測定して炉内状態を監視する固定式炉心内計測装置に関する。

沸騰水型原子炉においては、原子炉出力を監視するために炉心内軸方向に４台のＬＰＲＭ検出器が炉心内に配置されている。ＬＰＲＭ検出器はその内部に核分裂物質をコンバータとして塗布し、核分裂生成物による電離電荷を収集することで中性子束レベルに応じた電気信号を出力する。このようなＬＰＲＭ検出器は内部に塗布された核分裂物質の濃度変化によりその感度は徐々に低下するため、定期的な感度校正が必要となる。この感度校正のための装置として、従来は移動式炉心内計測装置（ＴＩＰ）が用いられている。ＴＩＰは各ＬＰＲＭ検出器に設置された案内管内で中性子検出器を移動させ、各ＬＰＲＭ検出器の位置での中性子束を測定することで感度校正を行う装置である。ＴＩＰは、可動部を有するので信頼性の低さ及び作業時の被曝が問題となっている。

ところで、近年ＴＩＰに代わりＬＰＲＭ検出器の感度校正を行う装置として、ガンマサーモメータを用いた固定式炉心内計測装置がある（例えば、特許文献１、２参照）。

図８は従来の固定式炉心内計測装置の構成図である。炉心内には複数のガンマサーモメータ集合体１０が設置され、ガンマサーモメータ集合体１０は熱電対温度計１及び発熱用抵抗器２を備えている。これら各ガンマサーモメータ集合体１０の発熱用抵抗器２には、発熱用電源装置６から出力切替装置５、ヒータ電源ケーブルＨ、発熱用抵抗器用ペネトレーション２５、ヒータ電源ケーブルＨａを介して電源が供給される。出力切替装置５は、中央制御室２６の制御伝送装置８からの指令に基づき、各ガンマサーモメータ集合体１０の発熱用抵抗器２への出力先を切り替えるものである。

各ガンマサーモメータ集合体１０の熱電対温度計１からの電圧値は、熱電対信号ケーブルＴａ、熱電対温度計用ペネトレーション２４、熱電対信号ケーブルＴを介して現場信号処理装置４に入力される。現場信号処理装置４は熱電対温度計１からの電圧値をアナログ／ディジタル変換して中央制御室２６の制御伝送装置８に出力する。制御伝送装置８では、現場信号処理装置４から熱電対温度計１の電圧値を入力すると、熱電対温度計１の電圧値を発熱量に換算し、また発熱用電源装置６の出力値及び出力切替装置５の切替先を制御する。
特開２００３−１０７１８４号公報特開平８−１４６１８７号公報

ところが、このような固定式炉心内計測装置では、ケーブルの誤接続は人間系で判断しており、もしケーブルの誤接続があった場合にはケーブルの物理的な付け替えが必要となる。

また、熱電対温度計１はＬＰＲＭ検出器の校正精度及び炉心軸方向出力分布の測定精度向上のために一般にＬＰＲＭ検出器より多数のものが軸方向に設置され、その数量は数百チャンネルとなる。それに伴い熱電対温度計１からペネトレーションを介して出力切替装置５や現場信号処理装置４に繋がるケーブルの本数も増加し、ケーブル誤接続の発生が懸念される。ペネトレーションでケーブルの誤接続が発生すると、熱電対温度計１は炉内に位置することから容易にケーブルの付け替えができない。

本発明の目的は、ケーブル誤接続を自動検出でき、物理的なケーブルの付け替えを必要とせずして自動修復できる固定式炉心内計測装置を提供することである。

本発明は、炉心内に配置された熱電対温度計及び発熱用抵抗器を備えた複数のガンマサーモメータ集合体と、これら各ガンマサーモメータ集合体の前記発熱用抵抗器に電源を供給する発熱用電源装置と、前記ガンマサーモメータ集合体の発熱用抵抗器への出力先を切り替える出力切替装置と、前記各ガンマサーモメータ集合体の熱電対温度計からの電圧値をアナログ／ディジタル変換し伝送する現場信号処理装置と、前記現場信号処理装置から前記熱電対温度計の電圧値データを発熱量に換算するとともに前記発熱用電源装置の出力値及び前記出力切替装置の切替先を制御する制御伝送装置を備える固定式炉心内計測装置において、炉心内の中性子束レベルを測定するＬＰＲＭ信号処理装置と、前記熱電対温度計の検出値と前記ＬＰＲＭ信号処理装置の出力を差分演算する検出値比較装置とを備え、前記制御伝送装置は、前記検出値比較装置の出力信号が予め定めた設定値を超過したときに前記熱電対温度計へのケーブルの誤接続であると判断することを特徴とする。

本発明によれば、ケーブル誤接続を自動検出でき、物理的なケーブルの付け替えを必要とせずしてケーブルの誤接続を自動修復できる。

図１は本発明の第１の実施の形態における固定式炉心内計測装置の構成図である。ガンマサーモメータ集合体１０は炉心内に複数配置され、ＬＰＲＭ検出器の集合体に内蔵される。ガンマサーモメータ集合体１０は、炉心内軸方向に複数個配置された熱電対温度計１と、熱電対温度計１に対して所定の熱量を与え、その感度変化の校正を行う発熱用抵抗器２とを収納している。

熱電対温度計１及び発熱用抵抗器２は多芯ケーブルＧを介して炉を貫通するペネトレーション３に接続される。炉外には発熱用抵抗器２へ電源を供給する発熱用電源装置６及びその出力を切り替える出力切替装置５が設置され、ヒータ電源ケーブルＨを介してペネトレーション３に接続される。

また、現場信号処理装置４は熱電対信号ケーブルＴを介してペネトレーション３に接続され、熱電対温度計１からの電圧信号は、現場信号処理装置４に入力される。現場信号処理装置４は、この熱電対温度計１の電圧信号にアナログ／ディジタル変換処理を行う。現場信号処理装置４でディジタル値に変換された熱電対温度計１からの電圧信号は、多重信号として中央制御室２６に設置される制御伝送装置８に伝送される。

他のシステムと信号をやり取りする機能を統合した制御伝送装置８は、ＬＰＲＭ信号処理装置７からＬＰＲＭ値を受信する。また、制御伝送装置８では各熱電対温度計１の感度補正を行い発熱量に換算を行う。この発熱量は検出値比較装置９に伝送され中性子束レベルに換算を行う。同様にＬＰＲＭ値も検出値比較装置９に伝送される。

図２は、ガンマサーモメータ集合体１０の熱電対温度計１の検出信号とＬＰＲＭ検出器２７で検出された検出信号との比較の説明図である。図２に示すように、中性子束レベルに換算された熱電対温度計信号とＬＰＲＭ値との比較差分が複数チャンネル分、ある設定値を超過したとき、信号ケーブルＧ、Ｔに誤接続が存在すると判断し警報を発する。

ここで、図３は現場信号処理装置４の構成図である。前述の熱電対温度計１からの電圧信号は熱電対信号入力部１１を介して現場信号処理装置４に入力される。入力された電圧信号は高速な測定は要求されないため、マルチプレクサ１２にて切り替え、共通信号処理回路である増幅器１３で電圧レベルを増幅し、ノイズ除去用のフィルタ１４を介してアナログ／ディジタル変換器１５でディジタル値へと変換される。

変換後の信号は熱電対信号多重化部１６で全チャンネルの熱電対温度計信号を多重し、熱電対信号出力部１７を介して前述の制御伝送装置８へ伝送される。熱電対信号多重化部１６は熱電対用切替信号入力手段１８により熱電対温度計信号の出力順序を入れ替えることで、チャンネルの切替を可能とする。なお、熱電対用切替信号入力手段１８は中央制御室２６に設置される制御伝送装置８に設置し、制御伝送装置８から現場信号処理装置４への伝送信号にて切替を行う。

図４は制御伝送装置８の誤接続の自動修復機能の処理内容を示すフローチャートである。検出値比較装置９で信号ケーブルＧ、Ｔの誤接続の存在を検知すると、制御伝送装置８を起動する。

図４において、熱電対信号値及びＬＰＲＭ値が０〜Ｎ−１のＮ個であるとし、ｍ、ｎは整数の指標値であり、ａ［０，１，…Ｎ−１］はＮ個の整数配列、Ｎは誤接続を検出したケーブル数である。

まず、指標値ｍ、ｎの双方に０をセットする（Ｓ１）。次に、ｎ＝０の熱電対信号値とｍ＝０のＬＰＲＭ値とを比較する（Ｓ２）。比較した結果、比較差分が設定値を超過しているか否かを判定し（Ｓ３）、設定値を超過している場合には、指標値ｍに１をプラスしてステップＳ２に戻り、ステップＳ２、Ｓ３を繰り返し行う。

ステップＳ３の判定で、比較差分が設定値を超過していないときは、整数列ａ［ｎ］＝ｍとする（Ｓ５）。そして、指標値ｎに１をプラスし（Ｓ６）、指標値ｎはＮに等しいか否かを判定する（Ｓ７）。指標値ｎがＮに等しくないときは指標値ｍを０とし（Ｓ８）、ステップＳ２に戻りステップＳ２〜Ｓ７を繰り返し行う。また、ステップＳ７の判定で指標値ｎがＮと等しいときは処理を終了する。

この自動修復機能により、比較差分が設定値を超過した複数のＬＰＲＭ値と熱電対温度計信号の組み合わせから全てが設定値を超過しない組み合わせを選び出し、それに応じたチャンネル切替信号を現場信号処理装置４に伝送する。

現場信号処理装置４では、熱電対用切替信号入力手段１８によりチャンネル切替信号を入力し、熱電対信号多重化部１６は熱電対温度計信号の出力順序を入れ替えることでチャンネルを切り替え、信号ケーブルＧ、Ｔの誤接続を修正することができる。

第１の実施の形態によれば、熱電対温度計１からの信号ケーブルＧ、Ｔを取り外すことなくチャンネルの切替が可能であり、炉内のケーブルＧに誤接続が存在した場合も運転を停止することなく誤接続の修正が可能な信頼性の高い固定式炉心内計測装置を提供できる。

図５は本発明の第２の実施の形態に係わる固定式炉心内計測装置の構成図であり、図６は第２の実施の形態の出力切替装置５の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、検出値比較装置９に代えてヒータ出力切替制御装置１９を設けたものである。なお、第２の実施の形態ではＬＰＲＭ信号処理装置７は必要としない。図１と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

ヒータ出力切替制御装置１９は、熱電対温度計１の感度校正時に発熱用抵抗器２への出力先を切り替える信号と、ガンマサーモメータ集合体１０の検出値を比較し、異なるチャンネルの検出値が上昇していた場合に発熱用抵抗器２へのケーブルの誤接続と判断し発熱用抵抗器２への通電を停止する
図６に示すように、出力切替装置５はヒータ電流入力部２０を介して発熱用電源装置６からの電流を入力する。ヒータ電流入力部２０からの電流はヒータ電流切替部２１を介してフィルタ１４に入力され、フィルタ１４でノイズが除去され、ヒータ電流出力部２２を介して発熱用抵抗器２に電流が供給される。流れる電流値は制御伝送装置８から出力切替装置５を介して発熱用電源装置６に出力されるアナログ信号により決定される。電流はヒータ用切替信号入力手段２３によりヒータ電流切替部２１の接続先を切り替えることで１チャンネルずつ通電する。ヒータ用切替信号入力手段２３は中央制御室２６に設置される制御伝送装置８に設置し、制御伝送装置８から出力切替装置５への伝送信号にて切替を行う。

図７は第２の実施の形態におけるヒータ出力切替制御装置１９のケーブル誤接続の自動検出機能の処理内容を示すフローチャートである。図７に示すように、ヒータ出力切替制御装置１９は、指標値ｎの発熱用抵抗器２に通電要求が出され（Ｓ１１）、チャンネルの電圧値が上昇していたとき（Ｓ１２）、この伝送信号と熱電対温度計電圧値とを受信して比較し（Ｓ１３）、異なるチャンネルの電圧値が上昇していたときは、ヒータ電源ケーブルＨに誤接続が存在すると判断し、警報を発し通電を止める（Ｓ１４）。

熱電対温度計１の感度校正時にヒータ出力切替制御装置１９でヒータ電源ケーブルＨの誤接続の存在が検知されると、制御伝送装置８からヒータ電流切替部２１が全てオープンとなり、発熱用電源装置６の出力電流値が０となる信号が伝送されることで通電を停止できる。

第２の実施の形態によれば、熱電対温度計１の感度校正時に出力切替装置５からのヒータ電源ケーブルＨの誤接続を自動検知し通電を停止することで人間系の判断を必要としない信頼性の高い固定式炉心内計測装置を提供できる。

本発明の第１の実施の形態における固定式炉心内計測装置の構成図。本発明の第１の実施の形態におけるガンマサーモメータ集合体の熱電対温度計の検出信号とＬＰＲＭ検出器で検出された検出信号との比較の説明図。本発明の第１の実施の形態における現場信号処理装置の構成図。本発明の第１の実施の形態における制御伝送装置８の誤接続の自動修復機能の処理内容を示すフローチャート。本発明の第２の実施の形態に係わる固定式炉心内計測装置の構成図。本発明の第２の実施の形態の出力切替装置の構成図。本発明の第２の実施の形態におけるヒータ出力切替制御装置のケーブル誤接続の自動検出機能の処理内容を示すフローチャート。従来の固定式炉心内計測装置の構成図。

符号の説明

１…熱電対温度計、２…発熱用抵抗器、３…ペネトレーション、４…現場信号処理装置、５…出力切替装置、６…発熱用電源装置、７…ＬＰＲＭ信号処理装置、８…制御伝送装置、９…検出値比較装置、１０…ガンマサーモメータ集合体、１１…熱電対信号入力部、１２…マルチプレクサ、１３…信号増幅器、１４…フィルタ、１５…アナログ／ディジタル変換器、１６…熱電対信号多重化部、１７…熱電対信号出力部、１８…熱電対用切替信号入力手段、１９…ヒータ出力切替制御装置、２０…ヒータ電流入力部、２１…ヒータ電流切替部、２２…ヒータ電流出力部、２３…ヒータ用切替信号入力手段、２４…熱電対温度計用ペネトレータ、２５…発熱用抵抗器用ペネトレータ、Ｇ…多芯ケーブル、Ｔ、Ｔａ…熱電対信号ケーブル、Ｈ、Ｈａ…ヒータ電源ケーブル

Claims

炉心内に配置された熱電対温度計及び発熱用抵抗器を備えた複数のガンマサーモメータ集合体と、これら各ガンマサーモメータ集合体の前記発熱用抵抗器に電源を供給する発熱用電源装置と、前記ガンマサーモメータ集合体の発熱用抵抗器への出力先を切り替える出力切替装置と、前記各ガンマサーモメータ集合体の熱電対温度計からの電圧値をアナログ／ディジタル変換し伝送する現場信号処理装置と、前記現場信号処理装置から前記熱電対温度計の電圧値データを発熱量に換算するとともに前記発熱用電源装置の出力値及び前記出力切替装置の切替先を制御する制御伝送装置を備える固定式炉心内計測装置において、炉心内の中性子束レベルを測定するＬＰＲＭ信号処理装置と、前記熱電対温度計の検出値と前記ＬＰＲＭ信号処理装置の出力を差分演算する検出値比較装置とを備え、前記制御伝送装置は、前記検出値比較装置の出力信号が予め定めた設定値を超過したときに前記熱電対温度計へのケーブルの誤接続であると判断することを特徴とする固定式炉心内計測装置。
前記制御伝送装置は、前記検出値比較装置で前記熱電対温度計へのケーブルの誤接続を検出した際に、チャンネル切替信号を前記現場信号処理装置に伝送し、この現場信号処理装置の内部で前記各ガンマサーモメータ集合体の熱電対温度計の電圧値を正規の順序に入れ替えることを特徴とする請求項１記載の固定式炉心内計測装置。
前記熱電対温度計の感度校正時に前記発熱用抵抗器への出力先を切り替える信号と前記ガンマサーモメータ集合体の検出値を比較し異なるチャンネルの検出値が上昇していた場合に前記発熱用抵抗器へのケーブルの誤接続と判断し、前記発熱用抵抗器への通電を停止するヒータ出力切替制御装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の固定式炉心内計測装置。