JP5591597B2 - 制御棒位置監視装置 - Google Patents

Description

本発明は原子力発電所の制御棒位置監視装置に関する。

従来の制御棒位置監視装置を図５乃至図１１を用いて説明する。
図１０において、原子炉１内には、複数の制御棒２が配置されており、各制御棒２に対応して制御棒の位置を検出する制御棒位置検出器１０が装備されている。制御棒位置監視装置１００は、原子炉に比較的近い場所に設置される現場位置検出装置３と中央操作室に設置される位置監視コントローラ４から構成される。現場位置検出装置３には、各制御棒位置検出器１０に対応して複数の現場位置検出部２０ａ１〜２０ａｎが設置されている。

図５に制御棒位置検出器１０の構成例を示す。制御棒２の位置に応じて、制御棒位置検出器１０内に一定間隔に設置された接点Ｓ００，Ｓ０１・・・のうちの１つが動作することによって制御棒２の位置が検出できるように接点信号Ａ−Ｈｎ、Ａ−Ｖｎが出力される。

図６に制御棒位置検出器１０内の複数の接点Ｓ００，Ｓ０１・・・の接続構成例を示す。接点Ｓ００，Ｓ０１・・・からの接点信号Ａ−Ｈｎ、Ａ−Ｖｎ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ４，Ｈ８，Ｈ１６，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ８，Ｖ１６，Ｖ３２）は、水平軸（Ｈ軸）５軸、垂直軸（Ｖ軸）６軸の計１１軸のマトリクスで構成されている。これら接点信号Ａ−Ｈｎ、Ａ−Ｖｎは、１１芯のケーブルで入力され、１つの接点が動作すると、１１芯のケーブルの内でＨ軸とＶ軸の各１軸に電流ループが形成され、現場位置検出装置３に入力される。例えば、接点Ｓ００が閉動作すると、図６の波線で示すように、Ｖ３２とＨ１に閉ループが形成されケーブルを介して接点信号Ａ−Ｖ３２、Ａ−Ｈ１が信号変換部２１−Ｈ１、２１−Ｖ１に送られる。

現場位置検出装置３により処理された情報は現場位置検出装置３に設置される伝送部３０ａにより伝送路３１の伝送方式に従った伝送プロトコルに変換され、伝送路３１を介して位置監視コントローラ４内の伝送部３０ｂへ伝送する。位置監視コントローラ４では、伝送部３０ｂより送信される制御棒位置情報を位置監視コントローラ４の演算機能を担う演算装置４０を介して、制御棒位置情報信号ｈおよびｇとしてそれぞれ制御棒位置表示装置５０および原子炉制御盤５へ送る。

図１１により従来の現場位置検出装置３の構成を詳しく説明する。現場位置検出装置３では、例えば現場位置検出部２０ａ１の入力処理部２１に設置される信号変換部２１−Ｈ１、２１−Ｖ１により制御棒位置検出器１０から送信された接点信号Ａ−Ｈｎ、Ａ−Ｖｎをデジタル処理に適したＯＮ／ＯＦＦの情報として制御棒位置信号ｃに変換する。

図８（ａ）、（ｂ）は、接点Ｓ００が開閉するときの信号変換部２１−Ｈ１、２１−Ｖ１の回路構成例を示している。信号変換部２１−Ｈ１、２１−Ｖ１は、接点Ｓ００を挟むように電源の正極Ｐおよび負極Ｎに接続され、接点がＯＮすることで正極Ｐから負極Ｎにかけて電流ループが成立し信号変換部２１−Ｈ１、２１−Ｖ１が動作する。図９は接点のＯＮ／ＯＦＦ時の、接点両端の電圧変化を示している。

制御棒位置信号変換部２２では制御棒位置信号ｃを運転員およびプロセス計算機等が認識しやすい制御棒位置情報ｅに変換し出力処理部２４へ出力する。伝送部３０ａには各現場位置検出部２０ａ１〜２０ａｎが接続され、各制御棒の制御棒位置情報ｅが伝送部３０ａへ送られる（特許文献１）。

特開２００７−６４６５６号公報

上述したように、制御棒位置検出器１０から出力される接点信号Ａ−Ｈｎ、Ａ−Ｖｎは入力処理部２１の信号変換部２１−Ｖ１、２１−Ｈ１によってデジタル処理に適したＯＮ／ＯＦＦの信号に変換される。この信号変換部は接点信号を構成する水平軸（Ｈ軸）と垂直軸（Ｖ軸）に対して各々１個の信号変換部２１−Ｖ１、２１−Ｈ１が変換処理を行っている。

したがって、この入力変換部が１重化構成のため、１個以上の信号変換部に異常が発生した場合、制御棒位置信号変換部２２での処理は正常に行われず、結果として制御棒の位置監視が継続できなくなるという課題があった。

また、制御棒の位置監視の継続性向上のために、従来から制御棒位置監視装置の信号伝達系あるいは構成要素に異常が発生した場合に、他の回路もしくは装置で制御棒位置情報を表示する手法が提案されているが、従来の手法は入力処理部２１以降、すなわち信号変換部２２以降の故障の場合に制御棒位置を表示させるものであり、現場位置検出装置から位置監視コントローラまでの信号伝達系を構成する各信号処理部の中で、信号発信元から最初に入力する入力処理部に異常が発生した場合には、信号変換部以降での信号処理は行われないため、制御棒位置監視の継続が不可能となっていた。

さらに、従来の位置監視装置では、信号変換部のうち水平軸（Ｈ軸）と垂直軸（Ｖ軸）のどちらに異常が発生しているか識別できないため、異常発生箇所の特定と復旧に時間を要していた。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、信号変換部を多重化することにより入力処理部の機能を損失することなく位置監視の継続を可能にするとともに、異常発生箇所の特定が可能な信頼性の高い制御棒位置監視装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の制御棒位置監視装置は、制御棒位置検出器から出力された接点信号を制御棒位置信号に変換する複数の信号変換部を有し、前記制御棒位置信号を出力するとともに各信号変換部の動作状態信号を出力する入力処理部と、前記制御棒位置信号を制御棒位置情報に変換する制御棒位置信号変換部と、前記動作状態信号に基づいて前記信号変換部の異常診断をおこない異常診断情報を出力する異常診断部と、前記制御棒位置情報と異常診断情報が入力されるとともにそれらの情報を伝送路を介して制御棒位置表示装置および原子炉制御盤に出力する出力処理部と、を備えた制御棒位置監視装置であって、前記信号変換部は水平軸接点信号が入力される信号変換部と垂直軸接点信号が入力される信号変換部とからなり、当該それぞれの信号変換部を多重化構成としたことを特徴とする。

本発明によれば、入力処理部を構成する信号変換部に異常が発生した場合でも、位置監視を継続的におこなうことができるとともに、異常発生箇所を特定することができる。

第１の実施形態に係る現場位置検出装置の構成図。 信号変換部の動作状態例を示す図。 第２の実施形態に係る現場位置検出装置の構成図。 第３の実施形態に係る現場位置検出装置の構成図。 制御棒位置検出器の構成例を示す図。 制御棒位置検出器内の接点構成例を示す図。 第２の実施形態に係る制御棒位置変換表の例を示す図。 （ａ）、（ｂ）は接点開閉時の回路構成例を示す図。 接点両端の電圧変化例を示す図。 従来の制御棒位置監視装置の全体構成図。 従来の現場位置検出装置の全体構成図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る制御棒位置監視装置を、図１及び図２を用いて説明する。

（構成）
本第１の実施形態の制御棒位置監視装置における現場位置検出装置３は、各制御棒位置検出器１０に対応して設置された複数の現場位置検出部２０ａ１〜２０ａｎと、伝送部３０ａから構成される。

各現場位置検出部、例えば現場位置検出部２０ａ１は、対応する制御棒位置検出器１０からの接点信号Ａ−Ｈｎ、Ａ−Ｖｎが入力される入力処理部２１と、制御棒位置信号変換部２２と、異常診断部２３と、出力処理部２４から構成される。

入力処理部２１は、水平軸の接点信号Ａ−Ｈｎが入力されデジタル信号へ信号変換を行う二重化構成の信号変換部２１−Ｈ１ａ及び２１−Ｈ１ｂと、垂直軸の接点信号Ａ−Ｖｎが入力されデジタル信号へ信号変換を行う二重化構成の信号変換部２１−Ｖ１ａ及び２１−Ｖ１ｂとから構成される。

このように構成された現場位置検出装置３において、信号変換部２１−Ｈ１ａ、２１−Ｖ１ａ、２１−Ｈ１ｂ及び２１−Ｖ１ｂは、制御棒位置検出器１０から入力される接点信号Ａ−Ｈｎ、Ａ−Ｖｎをデジタル化されたＯＮ／ＯＦＦの情報として制御棒位置信号ｃに変換し、制御棒位置信号変換部２２へ送信する。なお、各信号変換部の機能は上述した従来のものと同様である（図８、図９参照）。

制御棒位置信号変換部２２は、入力処理部２１から出力される制御棒位置信号ｃを制御棒位置情報ｅに変換し出力処理部２４に送信する。
また、異常診断部は、信号変換部２１−Ｈ１ａ、２１−Ｖ１ａ、２１−Ｈ１ｂ及び２１−Ｖ１ｂの動作／不動作状態の情報である動作状態信号ｄに基づいて信号変換部２１−Ｈ１ａ、２１−Ｖ１ａ、２１−Ｈ１ｂ及び２１−Ｖ１ｂの異常診断をおこない、異常診断情報ｆを出力処理部２４に送信し、伝送部３０ａ，３０ｂおよび伝送路３１を介して制御棒位置表示装置５０に送信する。

現場位置検出部２０ａ２〜２０ａｎでも上記と同様の処理が行われ、２０ａ１〜２０ａｎの制御棒位置情報ｅ及び異常診断情報ｆは長距離の信号伝送が可能な伝送路３１を介して制御棒位置表示装置５０に送信される。

（作用）
このように構成された制御棒位置監視装置において、例えば、入力処理部２１の信号変換部２１−Ｈ１ａ、２１−Ｖ１ａ、２１−Ｈ１ｂ、２１−Ｖ１ｂのうち、垂直軸の接点信号Ａ−Ｖｎを変換する信号変換部２１−Ｖ１ａ、２１−Ｖ１ｂのどちらか一方に異常が発生した場合でも、２１−Ｖ１ａ、２１−Ｖ１ｂは並列回路で二重化されているため、Ｖ軸の出力として２１−Ｖ１ａ、２１−Ｖ１ｂの出力の論理和をとることが可能となり、正常なもう一方の信号変換部によって接点信号Ａ−Ｖｎの変換処理を実行することができる。

同様に、水平軸の接点信号Ａ−Ｈｎを変換する信号変換部２１−Ｈ１ａ、２１−Ｈ１ｂのどちらか一方に異常が発生した場合でも、２１−Ｈ１ａ、２１−Ｈ１ｂの出力の論理和をとることで、制御棒位置信号ｃの出力を継続できる。

入力処理部２１は制御棒位置信号ｃを制御棒位置信号変換部２２に出力すると同時に、信号変換部２１−Ｈ１ａ、２１−Ｖ１ａ、２１−Ｈ１ｂ及び２１−Ｖ１ｂの動作状態信号ｄを異常診断部２３に出力することで、異常が発生した信号変換部を特定できる。その際、動作状態信号ｄには、他の信号変換部（２１−Ｈｎａ〜２１−Ｖｎｂ）からの動作状態信号を含めてもよい（図示せず）。

通常、接点信号が入力されると信号変換部は４個全てが信号変換処理を実行するが、異常が発生した信号変換部では処理が実行されないため、動作状態信号ｄを監視することで図２に示すような動作状態の組み合わせにより異常が発生した信号変換部を確認できる。なお、図２において、２１−Ｖ１ａ、２１−Ｖ１ｂがＯＦＦで、他の一つ又は全ての信号変換部２１−Ｖｎａ、２１−ＶｎｂもＯＦＦの場合、異常発生箇所は２１−Ｖ１ａ〜２１−Ｖｎｂの全てが考えられる。

（効果）
本第１の実施形態によれば、垂直軸および水平軸の接点信号に対応する各々の信号変換部を多重化することで、信号変換部のどちらか一方に異常が発生した場合でも、もう一方の正常な信号変換部で変換処理を行うことにより、制御棒位置の監視を継続することが可能となり、制御棒位置監視装置の監視継続性及び信頼性の向上を図ることができる。

また、信号変換部に異常が発生した場合、異常診断部の診断機能により異常が発生した信号変換部を特定できるため、異常個所の復旧を短時間でおこなうことができるので、制御棒位置監視装置の信頼性をさらに高めることができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る制御棒位置監視装置を、図３を用いて説明する。
（構成）
本第２の実施形態は、第１の実施形態の制御棒位置監視装置に、制御棒位置検出器１０からの接点信号を分岐し接点信号Ａ−Ｖｎ２、Ａ−Ｈｎ２として出力する分岐出力回路１１と、接点信号Ａ−Ｈｎ２、Ａ−Ｖｎ２を入力することで１１軸のマトリクス構成の垂直軸（Ｖ軸）と水平軸（Ｈ軸）の信号状態を表示する接点信号表示装置２５を追加した構成としている。

（作用）
制御棒位置検出器１０から出力される接点信号は現場位置検出装置３に入力する前段で分岐出力回路１１により分岐され接点信号Ａ−Ｈｎ２、Ａ−Ｖｎ２として、接点信号表示装置２５へ入力する。制御棒位置検出器１０の１つの接点が動作すると、この動作接点に対応した接点信号Ａ−Ｈｎ２、Ａ−Ｖｎ２が１１芯のケーブルで入力される。接点の両端は該当するＨ軸とＶ軸の信号変換部を介して電源ラインに接続されるため、接点の動作により電流ループが形成されると接点両端のＨ軸側とＶ軸側の電圧値が接点動作前後で変化する。図９にリードスイッチ「００」の接点が動作（ＯＮ）した場合の接点両端での電圧変動の概略を示す。他のリードスイッチにおいても図９と同様に電圧変動の状態を知ることができる。

接点信号表示装置２５ではこの電圧値を表示することで、動作接点に対応するＨ軸とＶ軸の組み合わせを特定し、図７に示すような位置情報変換表を用いて制御棒位置として確認することができる。ここで、図７に記載されている「１」は各リードスイッチのＯＮによって電圧が変動するＨ軸・Ｖ軸に対応しており、電源の負極Ｎ（０Ｖ）へ接続されるＨ軸では０Ｖ→１２Ｖに、正極Ｐ（２４Ｖ）へ接続されるＶ軸では２４Ｖ→１２Ｖに接点の両端電圧が変化する。

（効果）
本第２の実施形態によれば、多重化された信号変換部２１−Ｈ１ａ、２１−Ｖ１ａ、２１−Ｈ１ｂ、２１−Ｖ１ｂのうち、Ｈ軸に対応した２１−Ｈ１ａと２１−Ｈ１ｂの両方またはＶ軸に対応した２１−Ｖ１ａ、２１−Ｖ１ｂの両方に異常が発生し、制御棒位置表示装置５０および原子炉制御盤５による制御棒の位置監視が継続不可となった場合でも、分岐出力回路１１により接点信号表示装置２５に入力される接点信号Ａ−Ｈｎ２、Ａ−Ｖｎ２の情報を表示させることにより、制御棒位置監視装置の監視継続性の向上および信頼性の向上を図ることができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る制御棒位置監視装置を、図４を用いて説明する。
（構成）
本第３の実施形態は、第１の実施形態の制御棒位置監視装置に、制御棒位置検出器１０から分岐出力される接点信号Ａ−Ｈｎ２、Ａ−Ｖｎ２を入力し制御棒位置情報ｅ’’を出力する現場位置検出補助装置２６と、制御棒位置情報ｅ’’を入力し図７に示す変換表から自動的に制御棒位置を表示する現場制御棒位置表示装置２７を追加した構成としている。ここで、現場位置検出補助装置２６は現場位置検出部２０ａ１と同機能を有し、制御棒位置情報ｅ’’は制御棒位置情報ｅと同様な情報とする。

（作用）
制御棒位置検出器１０から出力される接点信号は、現場位置検出装置３に入力する前段で、分岐出力回路１１により接点信号Ａ−Ｈｎ２、Ａ−Ｖｎ２として現場位置検出補助装置２６へ入力される。

現場位置検出補助装置２６では接点信号Ａ−Ｈｎ２、Ａ−Ｖｎ２を運転員およびプロセス計算機等が認識しやすい制御棒位置情報e’’に変換する。現場制御棒位置表示装置２７では入力される制御棒位置情報ｅ’’を図７に示す制御棒位置変換表により自動的に制御棒位置に変換して表示する。例えば、現場制御棒位置表示装置２７としてパソコンを接続する。受信した制御棒位置情報ｅ’’は汎用的なデータに変換されているため、特定の変換処理を行うことなく複数の制御棒の位置情報を確認できる。

（効果）
本第３の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した効果に加え、図７に示す制御棒位置変換表を用いることなく、制御棒位置を現場制御棒位置表示装置２７に表示することで、制御棒位置監視を容易にし、制御棒位置監視装置の信頼性および監視継続性をさらに向上することができる。

１…原子炉、２…制御棒、３…現場位置検出装置、４…位置監視コントローラ、５…原子炉制御盤、１０…制御棒位置検出器、１１…分岐出力回路、２０ａ１〜２０ａｎ…現場位置検出部、２１…入力処理部、２１−Ｖ１ａ〜２１−Ｖ１ｎ、２１−Ｈ１ａ〜２１−Ｈ１ｎ…信号変換部、２２…制御棒位置信号変換部、２３…異常診断部、２４…出力処理部、２５…接点信号表示装置、２６…現場位置検出補助装置、２７…現場制御棒位置表示装置、３０ａ、３０ｂ…伝送部、３１…伝送路、４０…演算装置、５０…制御棒位置表示装置、１００…制御棒位置監視装置。

Claims (3)

1. 制御棒位置検出器から出力された接点信号を制御棒位置信号に変換する複数の信号変換部を有し、前記制御棒位置信号を出力するとともに各信号変換部の動作状態信号を出力する入力処理部と、
   前記制御棒位置信号を制御棒位置情報に変換する制御棒位置信号変換部と、前記動作状態信号に基づいて前記信号変換部の異常診断をおこない異常診断情報を出力する異常診断部と、
   前記制御棒位置情報と異常診断情報が入力されるとともにそれらの情報を伝送路を介して制御棒位置表示装置および原子炉制御盤に出力する出力処理部と、を備えた制御棒位置監視装置であって、
   前記信号変換部は水平軸接点信号が入力される信号変換部と垂直軸接点信号が入力される信号変換部とからなり、当該それぞれの信号変換部を多重化構成としたことを特徴とする制御棒位置監視装置。
2. 前記複数の制御棒位置検出器から出力された接点信号が分岐入力される接点信号表示装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の制御棒位置監視装置。
3. 前記複数の制御棒位置検出器から出力された接点信号が分岐入力される現場位置検出補助装置と、前記現場位置検出補助装置から入力された制御棒位置情報を制御棒位置情報信号として表示する現場制御棒位置表示装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の制御棒位置監視装置。

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