JP5032432B2

JP5032432B2 - 出力監視装置

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Publication number: JP5032432B2
Application number: JP2008253187A
Authority: JP
Inventors: 宏隆酒井; 直敬小田; 禎司宮崎; 俊文佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP2010085183A; US8837664B2; US20100254504A1; US20140050291A1

Description

本発明は、沸騰水型原子炉の出力監視装置に係り、特に原子炉炉心の出力の振動を監視する出力監視装置に関する。

沸騰水型原子炉（ＢＷＲ：ＢｏｉｌｉｎｇＷａｔｅｒＲｅａｃｔｏｒ）においては、ボイド発生による出力低下とボイドの消滅による出力上昇が繰り返され、原子炉出力が増幅的に振動する出力振動が発生する可能性がある。この出力振動を生じる運転領域においても炉心燃料の健全性が確保される範囲で運転を継続すると共に、炉心燃料の健全性に影響を与える事象に発展する可能性のある振動が発生したときには、これを検知し原子炉の運転を安全に停止させる技術として炉心出力振動監視方法が知られ（例えば、特許文献１参照）、この方法を用い炉心全体を安定化させるための反応度調整方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
米国特許第５，１７４，９４６号明細書米国特許第５，１４１，７１０号明細書

炉心出力振動の監視は、炉心燃料の健全性確保という見地から高い信頼性が要求されている。しかしながら、上述の出力振動の監視においては、炉心燃料の健全性に影響を与える事象に発展する可能性のある振動が発生したときにこれを検知できるものの、燃料の健全性確保に必要とされる対策が講じられていないという課題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、炉心出力の振動を監視できると共に、炉心燃料の健全性確保に係り高い信頼性を構築することができる出力監視装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の出力監視装置においては、原子炉炉心の中性子の局所的な分布を求める複数の局部出力監視装置と、この複数の局部出力監視装置からの出力を受け前記炉心全体の平均的な出力を求める平均出力監視装置と、複数の前記局部出力監視装置からの出力を受け前記炉心の出力振動を監視する出力振動監視機構を有する出力振動監視装置と、を備え、前記局部出力監視装置からの前記平均出力監視装置への出力と、前記局部出力監視装置からの前記出力振動監視装置への出力とが独立し、前記出力振動監視機構は、前記炉心の燃料の種類に応じて変更される変数を、この出力振動監視機構を停止せずには操作できない位置に設けられた電気的接点の組合せにより構成されてなり、さらに前記局部出力監視装置は、自身および自身に接続される局部出力チャンネルの故障または除外の信号を前記出力振動監視装置に発し、前記出力振動監視装置は、当該故障または除外に係る前記局部出力チャンネルを出力振動の監視から除外することを特徴とするものである。

本発明の炉心出力振動監視装置によれば、炉心出力の振動を監視できると共に、炉心燃料の健全性確保に係り高い信頼性を構築することができる。

以下、本発明に係る出力監視装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態の出力監視装置の構成を示すブロック図である。

本図に示すように、出力監視装置（ＰＲＭ：ＰｏｗｅｒＲａｎｇｅＭｏｎｉｔｏｒ）１３は、原子炉炉心の中性子の局所的な分布を求める局部出力監視装置であるＬＰＲＭユニット（ＬＰＲＭ：ＬｏｃａｌＰｏｗｅｒＲａｎｇｅＭｏｎｉｔｏｒ）１ａ,１ｂと、ＬＰＲＭユニット１ａ,１ｂからの出力を受け炉心全体の平均的な出力を求める平均出力監視装置であるＡＰＲＭユニット（ＡＰＲＭ：ＡｖｅｒａｇｅｄＰｏｗｅｒＲａｎｇｅＭｏｎｉｔｏｒ）２と、ＬＰＲＭユニット１ａ,１ｂからの出力を受け炉心の出力振動を監視する出力振動監視装置であるＯＰＲＭユニット（ＯＰＲＭ：ＯｓｃｉｌｌａｔｉｏｎＰｏｗｅｒＲａｎｇｅＭｏｎｉｔｏｒ）３と、を備えている。

ＯＰＲＭユニット３への局部出力の入力と、ＡＰＲＭユニット２への局部出力の入力はそれぞれＬＰＲＭユニット１ａ,１ｂにより行われ、共用化されている。

なお、ＯＰＲＭユニット３内における炉心出力の振動監視に係る処理をＯＰＲＭ処理といい、ＡＰＲＭユニット２内における炉心燃料の健全性確保に係る処理をＡＰＲＭ処理という。

ＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂからＯＰＲＭユニット３への信号の伝送は、ＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂにおける出力モジュール４ａ，５ａを介してＯＰＲＭユニット３への一方向伝送に限定されている。

ＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂからＡＰＲＭユニット２への信号の伝送は、ＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂにおける出力モジュール４ｂ，５ｂを介してＡＰＲＭユニット２への一方向伝送に限定されている。

また、ＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂからＯＰＲＭユニット３へは、各ＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂのチャンネル及びＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂのユニット自身の故障や除外の信号が伝送される機能を有する。

ＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂの各ＬＰＲＭチャンネルの故障や除外信号が発生したときは、ＯＰＲＭユニット３内では、対応する各ＬＰＲＭチャンネルが演算より除外される。また、ＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂ自体の故障や除外信号が発生したときは、このＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂに対応するすべてのＬＰＲＭチャンネルがＯＰＲＭ処理より除外される。

本実施の形態によれば、ＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂからのＯＰＲＭユニット３への出力と、ＡＰＲＭユニット２への出力とは、異なった出力モジュール４ａ，５ａ及び出力モジュール４ｂ，５ｂを介して一方向に限定して行われるために、ＯＰＲＭユニット３とＡＰＲＭユニット２との機能の独立性は十分に確保される。かくして、炉心出力の振動を監視できる共に、炉心燃料の健全性確保に係り高い信頼性を構築することができる。

図２は、本発明の第２の実施の形態の出力監視装置の構成を示すブロック図である。図１と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。

本図に示すように、出力監視装置（ＰＲＭ）１３ａは、原子炉炉心の中性子の局所的な分布を求める局部出力監視装置であるＬＰＲＭユニット１ａ,１ｂと、ＬＰＲＭユニット１ａ,１ｂからの出力を受け炉心全体の平均的な出力を求めるＡＰＲＭユニット２と、ＬＰＲＭユニット１ａ,１ｂからの出力をＡＰＲＭユニット２から受け炉心の出力振動を監視するＯＰＲＭユニット３と、を備えている。

このＯＰＲＭユニット３への局部出力の入力と、ＡＰＲＭユニット２への局部出力の入力はそれぞれＬＰＲＭユニット１ａ,１ｂにより行われ、共用化されている。

ＯＰＲＭユニット３とＡＰＲＭユニット２とは、それぞれ別の炉心監視機能を有しており、互いに機能が独立して構成されている。

ＡＰＲＭユニット２は、ＬＰＲＭ信号を受信するＬＰＲＭ信号受信部６と、ＬＰＲＭ信号をＯＰＲＭユニット３に伝送するＬＰＲＭ信号送信部７と、ＡＰＲＭユニット２に必要な処理を命令するＡＰＲＭ処理部８を含んでいる。

ＡＰＲＭユニット２おいて、ＬＰＲＭ信号受信部６にて一旦ＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂからのＬＰＲＭ信号を受信した後に、この受信信号はＬＰＲＭ信号送信部７及びＡＰＲＭ処理部８にそれぞれ伝送される。ＯＰＲＭユニット３においては、ＡＰＲＭユニット２のＬＰＲＭ信号送信部７を介してＬＰＲＭ信号が受信される。

なお、ＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂからＡＰＲＭユニット２へは、各ＬＰＲＭチャンネル及びＬＰＲＭユニット１ａ,１ｂ自身の故障や除外の信号が伝送される機能を有する。また、この信号はＯＰＲＭユニット３へと伝送される構成としている。

ＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂの各ＬＰＲＭチャンネル故障や除外信号が発生したときは、ＯＰＲＭユニット３内において、対応する各ＬＰＲＭチャンネルが演算より除外される。また、ＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂ自体の故障や除外が発生したときは、このＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂに対応するすべてのＬＰＲＭチャンネルがＯＰＲＭ処理により除外される。

本実施の形態によれば、ＯＰＲＭユニット３おいては、ＬＰＲＭ信号をＡＰＲＭユニット２経由で受信するが、そのＬＰＲＭ信号はＡＰＲＭ処理を行うＡＰＲＭ処理部８を経由せずに伝送されるために、ＯＰＲＭ処理とＡＰＲＭ処理との独立性は十分に確保され確保される。かくして、炉心出力の振動を監視できる共に、炉心燃料の健全性確保に係り高い信頼性を構築することができる。

図３は、本発明の第３の実施の形態の出力監視装置の構成を示すブロック図である。図１と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。

本図に示すように、出力監視装置（ＰＲＭ）１３ｂは、原子炉炉心の中性子の局所的な分布を求める局部出力監視装置であるＬＰＲＭユニット１ａ,１ｂと、ＬＰＲＭユニット１ａ,１ｂからの出力を受け炉心全体の平均的な出力を求めるＡＰＲＭユニット２と、を備えている。

ＡＰＲＭユニット２は、ＬＰＲＭ信号を受信するＬＰＲＭ信号受信部６と、ＡＰＲＭに必要な処理を命令するＡＰＲＭ処理部８及びＯＰＲＭ処理を命令するＯＰＲＭ処理部９を含んでいる。

ＯＰＲＭ処理部９とＡＰＲＭ処理部８とは、それぞれ別の炉心監視機能を有しており、互いに機能が独立して構成されている。

ＡＰＲＭユニット２は、ＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂからの信号を受ける。

ＯＰＲＭ処理部９への局部出力の入力と、ＡＰＲＭ処理部８への局部出力の入力はそれぞれＬＰＲＭユニット１ａ,１ｂにより行われ、共用化されている。

ＡＰＲＭユニット２は、ＬＰＲＭ信号受信部６にて一旦ＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂからのＬＰＲＭ信号を受信した後に、この受信信号をＡＰＲＭ処理部８及びＯＰＲＭ処理部９にそれぞれ独立して伝送している。

なお、ＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂからＡＰＲＭユニット２へは、各ＬＰＲＭチャンネル及びＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂ自身の故障や除外の信号が伝送される機能を有している。

また、ＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂの各ＬＰＲＭチャンネル故障や除外信号が発生したときは、ＯＰＲＭ処理部９内において、対応する各ＬＰＲＭチャンネルが演算より除外される。また、ＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂ自体の故障や除外が発生したときは、このＬＰＲＭユニット１ａ，１ｂに対応するすべてのＬＰＲＭチャンネルがＯＰＲＭ処理部９より除外される。

本実施の形態によれば、ＯＰＲＭ処理部９とＡＰＲＭ処理部８との分離を行うことで、ＯＰＲＭ処理とＡＰＲＭ処理との独立性は十分に確保される。かくして、炉心出力の振動を監視できると共に、炉心燃料の健全性確保に係り高い信頼性を構築することができる。

ここで、本発明の第４の実施の形態の出力監視装置のＯＰＲＭユニットについて、一例として、図１を用いて説明する。

ＯＰＲＭユニット３において、例えば、以下のパラメータ等が振動監視のときの初期設定に使用される。

（１）一次判定振幅値（山）、（２）二次判定振幅値（谷）、（３）増倍率判定値、（４）トリップ判定振幅値、（５）振動間隔最小判定値、（６）振動間隔最大判定値。

これらの値については、炉心燃料の種類等により変更の必要が生じる。一方で、炉心燃料の健全性の確保の観点から、これらの値は容易に変更されることを防止する方策が必要とされる。

このため、ＯＰＲＭユニット３において、これらの変数をＯＰＲＭユニット３を構成する基板上のハードウェアスイッチにより設定する構成とする。つまり、ＯＰＲＭユニット３において、原子炉炉心の燃料の種類に応じて変更される変数は、出力振動監視機構を停止せずには操作できない位置に設けられた電気的接点の組合せにより構成されている。

本実施の形態によれば、基板上のハードウェアスイッチを介して炉心出力振動監視に係る処理に必要な設定値を設定する構成とすることにより、通常運転中に基板を脱着することなく容易に変更することができないので、炉心燃料の種類等により変更される変数が容易に変更されることを防止でき、炉心出力の振動を監視できる共に、炉心燃料の健全性確保に係り高い信頼性を構築することができる。

次に、本発明の第５の実施の形態の出力監視装置のＯＰＲＭユニットについて、一例として、図１を用いて説明する。

ＯＰＲＭユニット３において、本発明の第４の実施の形態に示されるようなパラメータが、炉心出力振動監視に係る処理の際の初期設定に使用される。これらの変数については、炉心燃料の種類等により変更の必要が生じる。一方で炉心燃料の健全性の確保の観点から、これらの変数は容易に変更されることを防止する方策が必要である。

このため、ＯＰＲＭユニット３において、これらの変数をＯＰＲＭユニット３を構成する基板上に実装されるＥＥＰ−ＲＯＭにて設定する構成とすると共に、このＥＥＰ−ＲＯＭを基板上で書き換える回路を含まない構成としている。

つまり、出力振動監視機構は、原子炉炉心の燃料の種類に応じて変更される変数を、この出力振動監視機構を停止せずには取り替えることができず、かつ、この出力振動監視機構の操作によって内部の状態を変更できない素子内に格納されている構成となっている。

このＥＥＰ−ＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅａｎｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）とは、不揮発性メモリの一種で、電気（電圧）の操作によってデータの消去や書き換えが可能となっている半導体記憶装置のことである。ＥＥＰ−ＲＯＭは、通常より高い電圧をかけることによってデータを消去することができる。このため、特殊な装置を用意しなくても比較的容易にＥＥＰ−ＲＯＭの仕組みを実現することができ、プログラム素子として使用されている。

本実施の形態によれば、基板上のＲＲＰ−ＲＯＭを介して炉心出力振動監視に係る処理に必要な設定値を設定し、このＥＥＰ−ＲＯＭを基板上で書き換える回路を含まない構成とすることにより、通常運転中に基板を脱着することなく、容易に変更することができないので、炉心燃料の種類等により変更される変数が容易に変更されることを防止でき、炉心出力の振動を監視できる共に、炉心燃料の健全性確保に係り高い信頼性を構築することができる。

図４は、本発明の第６の実施の形態の出力監視装置の構成を示すブロック図である。図１と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。

ＯＰＲＭユニット３において、過去の履歴を一定時間保持する必要がある。この履歴機能は炉心燃料の健全性の確保に直接影響を与えるものではない。このため、出力監視装置１３ｃのＯＰＲＭユニット３内に伝送部１０を設け、この伝送部１０と履歴記録装置１２とを接続する。伝送部１０は、入力信号のない出力信号のみを送信する一方向送信機能を有する。

また、炉心出力振動監視のための表示機構（図示せず）についても、同様に信頼性を要するので、ＯＰＲＭ処理部から入力信号のない出力信号のみを送信する一方向送信とする。

履歴記録装置１２への出力は、光カプラ１１を介して伝送することにより、電気的に絶縁されている。

このため、履歴記録装置１２や表示機構に万が一不適合等が生じたときでも、ＯＰＲＭユニット３にその影響が伝播することはない。

なお、この出力信号は、シリアルあるいはパラレルによるデジタルデータの伝送でもよい。または、信号レベルを電圧又は電流値に換算したアナログデータ形式にした後に、履歴記録装置１２側で数値変換を行ってもよい。

また、デジタル方式の伝送のときは、一方向の出力信号のみの伝送に限らず、データの欠測を避けるために、パリティチェックによるデータ伝送が正常に行われたことの確認機能を履歴記録装置１２に設けてもよい。また、伝送部１０において、履歴記録装置１２からのパリティチェック等によるデータ伝送の正常・異常判定結果による再送機能を設けてもよい。

なお、この再送機能がＯＰＲＭユニット３において行われる原子炉炉心の燃料の健全性の確保に関わる処理に影響しないことの確認を行うか、あるいは伝送部１０においてデータをバッファすると共に、それ以前の処理に影響を及ぼさない構成、例えば、伝送部１０へのＯＰＲＭユニット３の他の処理を一方向のみとする等の対策を講じる必要がある。

このパリティチェック（ＰａｒｉｔｙＣｈｅｃｋ）とは、データ通信において、データの誤りを検出する手法の一つである。コンピュータはすべてのデータを２進数、すなわち０と１の値の列で表現しているが、この２進数を用いて行うデータの誤りを検出する手法である。

また、データの受信が正常に行われたことの判定手段（図示せず）と、伝送部１０に対し判定手段の判定結果を伝送する判定結果伝送手段（図示せず）とを設けてもよい。さらに、他の出力振動監視機構（図示せず）からこの伝送部１０へのデータの伝送が一方向の出力信号のみの伝送に限定される構成とする。

本実施の形態によれば、過去の履歴の記録機能を維持しつつ、炉心燃料の健全性確保に必要とされる信頼性を有するＯＰＲＭ処理を行うことができる。また、炉心出力振動監視に係る処理部から表示機構へのデータ伝送について、入力信号のない出力信号のみを送信する一方向送信に限定することにより、炉心出力振動監視に係る処理に対して同様の信頼性を持たせることができる。

以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、各実施の形態の構成を組み合わせて、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の第１の実施の形態の出力監視装置の構成を示すブロック図。本発明の第２の実施の形態の出力監視装置の構成を示すブロック図。本発明の第３の実施の形態の出力監視装置の構成を示すブロック図。本発明の第６の実施の形態の出力監視装置の構成を示すブロック図。

符号の説明

１ａ，１ｂ…ＬＰＲＭユニット、２…ＡＰＲＭユニット、３…ＯＰＲＭユニット、４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ…出力モジュール、６…ＬＰＲＭ信号受信部、７…ＬＰＲＭ信号送信部、８…ＡＰＲＭ処理部、９…ＯＰＲＭ処理部、１０…伝送部、１１…光カプラ、１２…履歴記録装置、１３,１３a,１３ｂ,１３ｃ…出力監視装置。

Claims

原子炉炉心の中性子の局所的な分布を求める複数の局部出力監視装置と、
この複数の局部出力監視装置からの出力を受け前記炉心全体の平均的な出力を求める平均出力監視装置と、
複数の前記局部出力監視装置からの出力を受け前記炉心の出力振動を監視する出力振動監視機構を有する出力振動監視装置と、
を備え、
前記局部出力監視装置からの前記平均出力監視装置への出力と、前記局部出力監視装置からの前記出力振動監視装置への出力とが独立し、
前記出力振動監視機構は、前記炉心の燃料の種類に応じて変更される変数を、この出力振動監視機構を停止せずには操作できない位置に設けられた電気的接点の組合せにより構成されてなり、
さらに前記局部出力監視装置は、自身および自身に接続される局部出力チャンネルの故障または除外の信号を前記出力振動監視装置に発し、前記出力振動監視装置は、当該故障または除外に係る前記局部出力チャンネルを出力振動の監視から除外することを特徴とする出力監視装置。
前記出力振動監視機構は、前記炉心の燃料の種類に応じて変更される変数を、この出力振動監視機構を停止せずには取り替えることができず、かつ、この出力振動監視機構の操作によって内部の状態を変更できない素子内に格納されてなることを特徴とする請求項１に記載の出力監視装置。
前記出力振動監視機構は、入力信号のない出力信号を一方向送信する伝送部を設け、この伝送部が出力振動状態を表示する状態表示部に対して伝送することを特徴とする請求項１又は２に記載の出力監視装置。
前記出力振動監視機構は、入力信号のない出力信号を一方向送信する伝送部を設け、この伝送部が過去の一定時間の履歴を記録する履歴記録装置に対して伝送することを特徴とする請求項１又は２に記載の出力監視装置。
前記履歴記録装置は、データの受信が正常に行われたことの判定手段と、前記伝送部に対し前記判定手段の判定結果を伝送する判定結果伝送手段と、を備え、他の出力振動監視機構から前記伝送部へのデータ送信が一方向のみの伝送となっていることを特徴とする請求項４に記載の出力監視装置。
前記伝送部と前記履歴記録装置とは、電気的に絶縁されてなることを特徴とする請求項４又は５に記載の出力監視装置。