JP6738630B2 - 評価装置、評価方法、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、評価装置、評価方法、プログラムに関する。

発電所などの各種プラントでは温度センサ、圧力センサなどの様々なセンサを用いて発電所を構成する装置や部材に異常が発生するかを判定している。このような異常が発生するかどうかの判定はシミュレーション技術を用いて行う。例えば、非特許文献１にはプラントである原子炉の挙動についてシミュレーションを行う技術が開示されている。

"三菱PWRの事故解析計算コードの概要"、「online」、「平成２８年３月１７日検索」、インターネット＜ＵＲＬ：http://iss.ndl.go.jp/books?op_id=1&any=MAPI+1017＞

ところで判定対象についてのシミュレーションは、外乱等の事象によって結果が様々に変動する。したがって、異なる外乱等の事象が同時または順次生じた際のシミュレーション結果を一つずつ行うと処理が膨大となってしまう。

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる評価装置、評価方法、プログラムを提供することを目的としている。

本発明の第１の態様によれば、評価装置は、複数の機器により構成される装置における判定対象の状態に影響する複数の監視対象のパラメータについての値であって当該複数の前記監視対象のパラメータがその値に達した場合に前記判定対象の前記影響を軽減する制御を開始するタイミングであると決定する値を示す初期条件値を取得する初期条件値取得部と、前記複数の監視対象のパラメータが当該複数の前記監視対象のパラメータそれぞれの初期条件値に達している場合において前記判定対象とは異なる複数の監視対象に外乱が発生した際の前記判定対象の挙動のシミュレーションを行うシミュレーション部と、前記シミュレーションの結果、前記判定対象が所定の挙動閾値を超えるかどうかを判定する判定部と、を備える。

また上述の評価装置において、前記判定対象はプラントに設けられた部材であり、前記パラメータは前記部材の状態に影響するパラメータであり、前記複数の外乱は前記プラントにおける所定の複数の動作であることを特徴とする。

本発明の第２の態様によれば、評価方法は、複数の機器により構成される装置における判定対象の状態に影響する複数の監視対象のパラメータについての値であって当該複数の前記監視対象のパラメータがその値に達した場合に前記判定対象の前記影響を軽減する制御を開始するタイミングであると決定する値を示す初期条件値を取得し、前記複数の監視対象のパラメータが当該複数の監視対象のパラメータそれぞれの初期条件値に達している場合において前記判定対象とは異なる複数の前記監視対象に外乱が発生した際の前記判定対象の挙動のシミュレーションを行い、前記シミュレーションの結果、前記判定対象が所定の挙動閾値を超えるかどうかを判定する。

本発明の第３の態様によれば、プログラムは、評価装置のコンピュータを、複数の機器により構成される装置における判定対象の状態に影響する複数の監視対象のパラメータについての値であって当該複数の前記監視対象のパラメータがその値に達した場合に前記判定対象の前記影響を軽減する制御を開始するタイミングであると決定する値を示す初期条件値を取得する初期条件値取得手段、前記複数の監視対象のパラメータが当該複数の前記監視対象のパラメータそれぞれの初期条件値に達している場合において前記判定対象とは異なる複数の監視対象に外乱が発生した際の前記判定対象の挙動のシミュレーションを行うシミュレーション手段、前記シミュレーションの結果、前記判定対象が所定の挙動閾値を超えるかどうかを判定する判定手段、として機能させる。

本発明によれば、条件の悪い状況下において異なる事象が同時または順次生じた際に判定対象が所定の挙動閾値を超えるかどうかを判定する労力を軽減することができる。

本発明の一実施形態による評価装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による評価装置のハードウェア構成を示す図である。 本発明の一実施形態による原子炉のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の一実施形態による初期条件を示す図である。 本発明の一実施形態による評価装置の処理フローを示す図である。 本発明の一実施形態によるシミュレーション結果の例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態による評価装置を、図面を参照して説明する。
図１は同実施形態による評価装置の構成を示すブロック図である。
この図で示すように評価装置１は、ユーザの操作に基づいて評価プログラムを実行することにより、初期条件値取得部１１、シミュレーション部１２、判定部１３の各機能を備える。評価装置１は記憶部１４を備える。

図２は評価装置１のハードウェア構成を示す図である。
評価装置１は図２で示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、ＩＦ（Interface）２０２、通信モジュール２０３、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０４、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０５、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）２０６などの構成を備えたコンピュータである。ＩＦ２０２は例えばキーボードやマウスなどからの信号を入力する。図１で示す記憶部１４はＨＤＤ２０６などによって実現される。

評価装置１は、判定対象の状態に影響するパラメータについての値であって当該パラメータがその値に達した場合に判定対象の影響を軽減するタイミングであると決定する値を示す初期条件値を取得する。評価装置１は複数のパラメータについての初期条件値を取得してよい。評価装置１は、パラメータが初期条件値に達している場合、または達する直前の値にある場合などにおいて複数の外乱が発生した際の判定対象の挙動のシミュレーションを行う。複数の外乱は例えば監視対象の複数の機器の誤動作などであってよい。そして評価装置１は、シミュレーションの結果、判定対象が所定の挙動閾値を超えるかどうかを判定する。

図３は原子炉のシミュレーション結果を示す図である。
以下本実施形態における判定対象が原子炉の燃料被覆管（プラントの部材）の温度である場合の例について説明する。
図３（Ａ）のグラフは原子炉が定格出力Ｗ１であった状態から第一の外乱が発生した場合の時間経過に応じた原子炉出力の第一の変動状況（ａ１）と、第二の外乱が発生した場合の時間経過に応じた原子炉出力の第二の変動状況（ａ２）を示している。定格出力Ｗ１は例えば原子炉が１００％の出力状態である時の値である。図３（Ａ）で示す出力の変動状況（ａ１）は、第一の外乱が発生した場合に原子炉出力が定格出力Ｗ１を超えて出力限界値ｔｈ１に達するまでの挙動を表している。図３（Ａ）で示す出力の変動状況（ａ２）は、第二の外乱が発生した場合に原子炉出力が定格出力Ｗ１を超えて出力限界値ｔｈ１に達するまでの挙動を表している。

図３（Ｂ）のグラフは原子炉の一次冷却材（冷却水など）を加圧する加圧器の圧力が定格圧力Ｐ１であった状態から第一の外乱が発生した場合の時間経過に応じた第一の圧力変動状況（ｂ１）と、第二の外乱が発生した場合の時間経過に応じた第二の圧力変動状況（ｂ２）を示している。図３（Ｂ）で示す圧力の変動状況（ｂ１）は、第一の外乱が発生した場合に加圧器の圧力が圧力下限値ｔｈ２に達するまでの挙動を表している。図３（Ｂ）で示す圧力の変動状況（ｂ２）は、第二の外乱が発生した場合に加圧器の圧力が圧力下限値ｔｈ２に達するまでの挙動を表している。

図３（Ｃ）のグラフは一次冷却材の平均温度や一次冷却材の炉心入口と炉心出口の温度差ΔＴそれぞれが定格状態Ｔ１である時から第一の外乱が発生した場合の時間経過に応じた平均温度と温度差の変動状況（ｃ１）を示している。また図３（Ｃ）のグラフは一次冷却材の平均温度や一次冷却材の炉心入口と炉心出口の温度差それぞれが定格状態Ｔ１である時から第二の外乱が発生した場合の時間経過に応じた平均温度と温度差の変動状況（ｃ２）を示している。図３（Ｃ）で示す時間経過に応じた平均温度と温度差の変動状況（ｃ１）は、第一の外乱が発生した場合に炉心出力が過大出力となってしまう限界値ｔｈ３に達するまでの変動状況を示している。また図３（Ｃ）で示す時間経過に応じた平均温度と温度差の変動状況（ｃ２）は、第二の外乱が発生した場合に炉心が過大温度となってしまう限界値ｔｈ４に達するまでの変動状況を示している。

図３で示すような原子炉の出力、加圧器の圧力、一次冷却材の平均温度や、一次冷却材の炉心入口と炉心出口の温度差ΔＴなどのパラメータの変動の影響により原子炉内部の例えば燃料被覆管の温度がどのような変動となるかをシミュレーションする場合がある。このような場合には異なる外乱が重畳した場合に基づく複数のパラメータのそれぞれの変動状況に応じた判定対象である燃料被覆管の状態のシミュレーションを行う必要があった。例えば燃料被覆管の温度が所定の上限閾値を超えてしまうかどうかを簡易に判定する必要があった。そこで、本実施形態における評価装置１は、燃料被覆管などの判定対象の状態に影響するパラメータ（原子炉の出力、加圧器の圧力、一次冷却材の平均温度や温度差）についての値であって当該パラメータがその値に達した場合に判定対象の影響を軽減するタイミングであると決定する値を示す初期条件値を取得しておく。

図４は初期条件値を示す図である。
出力限界値ｔｈ１は、原子炉の出力がこの出力限界値ｔｈ１に達した場合には判定対象である燃料被覆管の温度の増加を軽減するタイミングであると決定する値である。
また圧力下限値ｔｈ２は、加圧器の圧力がこの圧力下限値ｔｈ２に達した場合には判定対象である燃料被覆管の温度の増加を軽減するタイミングであると決定する値である。
また限界値ｔｈ３は、一次冷却材の平均温度Ｔａｖｅと温度差ΔＴの対応関係（Ｔａｖｅ／ΔＴ）が限界値ｔｈ３に達した場合には過大出力となってしまうため判定対象である燃料被覆管の温度の増加を軽減するタイミングであると決定する値である。
また限界値ｔｈ４は、一次冷却材の平均温度と温度差ΔＴの対応関係が限界値ｔｈ４に達した場合には炉心が過大温度となってしまうため判定対象である燃料被覆管の温度の増加を軽減するタイミングであると決定する値である。
本実施形態においては図４で示す出力限界値ｔｈ１、圧力下限値ｔｈ２、限界値ｔｈ３と限界値ｔｈ４とを同時に満たす限界値ｔｈ３４を、初期条件値として評価装置１へ入力する。

なお原子炉を制御する制御装置は、原子炉出力が出力限界値ｔｈ１に達した場合には例えば原子炉に制御棒を制御して出力を抑制するための信号を発信する。同様に制御装置は、加圧器圧力が圧力下限値ｔｈ２に達した場合には例えば原子炉に制御棒を制御して出力を抑制するための信号を発信する。同様に制御装置は、一次冷却材の平均温度と温度差の関係が限界値ｔｈ３に達した場合には例えば原子炉に制御棒を制御して出力を抑制するための信号を発信する。同様に制御装置は、一次冷却材の平均温度と温度差の関係が限界値ｔｈ４に達した場合には例えば原子炉に制御棒を制御して出力を抑制するための信号を発信する。

図５は評価装置の処理フローを示す図である。
次に評価装置１の処理フローについて順を追って説明する。
まず評価装置１の初期条件値取得部１１は、初期条件値である出力限界値ｔｈ１、圧力下限値ｔｈ２、一次冷却材の平均温度と温度差ΔＴの限界値ｔｈ３４を取得する（ステップＳ１）。これらの初期条件値はユーザが評価装置１にＩＦ２０２を介して入力してよい。初期条件値が入力されるとシミュレーション部１２は、原子炉の出力が出力限界値ｔｈ１に達し、加圧器の圧力が圧力下限値ｔｈ２に達し、また一次冷却材の平均温度と温度差ΔＴが限界値ｔｈ３４に達している状態において、複数の外乱が発生した場合の燃料被覆管の時間経過に応じた温度のシミュレーションを行う（ステップＳ２）。

シミュレーション部１２は、各パラメータが初期条件値である場合に複数の外乱が発生した際の燃料被覆管の時間経過に応じた温度のシミュレーションを公知の技術を用いて行う。具体的にはシミュレーション部１２は、制御棒を引き抜くことにより炉心出力が上がる外乱、加圧器逃し弁を開くことにより加圧器の圧力がさらに低下する外乱、蒸気発生器への給水停止により炉心温度が上がる外乱などの複数の外乱が同時にまたは順に発生した際の燃料被覆管の時間経過に応じた温度を算出する。シミュレーション部１２は当該シミュレーションの演算において、燃料被覆管（燃料棒）の解析モデル式、原子炉過渡解析モデル式などを利用する。これらのモデル式などを用いたシミュレーション演算は様々であり１つに限定されるものではない。判定部１３は各パラメータが初期条件値である場合に複数の外乱が発生した際の燃料被覆管の時間経過に応じた温度をシミュレーション部１２より取得する。

判定部１３は、燃料被覆管の時間経過に応じた温度が上限値ｔｈ５を超えるかどうかを判定する（ステップＳ３）。上限値ｔｈ５に達するようなシミュレーション結果が得られた場合には、原子炉の設計において対策が必要であると判定することができる。つまり判定部１３は、シミュレーションの結果、判定対象が所定の挙動閾値を超えるかどうかを判定する。

図６はシミュレーション結果の例を示す図である。
図６（ａ）は、原子炉の出力、加圧器の圧力、一次冷却材の平均温度などの各パラメータが初期条件値である時に、複数の外乱が発生した場合の、その後の時間経過に応じた各パラメータの値の変動を表している。図６（ａ）のグラフは原子炉の出力、加圧器の圧力、一次冷却材の平均温度のグラフを重ねて、その増減の推移の関係が分かるように表示している。したがって図６（ａ）の縦軸は各パラメータの統一の値を意味するものではない。各パラメータの初期値は、それぞれ初期条件値ｔｈ１、初期条件値ｔｈ２、初期条件値ｔｈ３４である。図６（ａ）では初期条件値の状態で複数の外乱が発生した場合に、例えば原子炉の出力が一旦上がってその後に値が落ちている。初期条件値に達した場合には判定対象である燃料被覆管の温度の上昇の影響を軽減するタイミングであるため制御棒を制御して出力を抑制するための信号を発信するが、その信号によって出力が抑制されるまでの短時間で外乱によって出力が増加していることを表している。
図６（ｂ）は、図６（ａ）のような各パラメータの変動が生じた場合における判定対象である燃料被覆管の温度の時間経過に応じた変動を示している。図６（ｂ）の場合には燃料被覆管の温度が上限値ｔｈ５に達しない場合のシミュレーション結果である。

上述の評価装置１の処理によれば、判定対象の状態に影響する複数のパラメータの初期条件値であって当該各パラメータがその値に達した場合には判定対象の影響を軽減すべきタイミングであると決定する値を取得する。そして評価装置１は取得した各パラメータが初期条件値に達している場合において複数の外乱が同時または順次発生した際の判定対象の挙動のシミュレーションを行う。したがって、複数のパラメータ、複数の外乱などの事象が発生した場合の組み合わせごとの別々のシミュレーションを行うことなく、一度のシミュレーションで判定対象についての各外乱発生後の状態を判定することができる。これにより評価者などのユーザの労力やシミュレーションにかかる時間を軽減することができる。

上述の評価装置は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

１・・・評価装置
１１・・・初期条件値取得部
１２・・・シミュレーション部
１３・・・判定部
１４・・・記憶部

Claims (4)

1. 複数の機器により構成される装置における判定対象の状態に影響する複数の監視対象のパラメータについての値であって当該複数の前記監視対象のパラメータがその値に達した場合に前記判定対象の前記影響を軽減する制御を開始するタイミングであると決定する値を示す初期条件値を取得する初期条件値取得部と、
   前記複数の監視対象のパラメータが当該複数の監視対象のパラメータそれぞれの初期条件値に達している場合において前記判定対象とは異なる複数の前記監視対象に外乱が発生した際の前記判定対象の挙動のシミュレーションを行うシミュレーション部と、
   前記シミュレーションの結果、前記判定対象が所定の挙動閾値を超えるかどうかを判定する判定部と、
   を備える評価装置。
2. 前記判定対象はプラントに設けられた部材であり、
   前記パラメータは前記部材の状態に影響するパラメータであり、
   前記複数の外乱は前記プラントにおける所定の複数の動作である
   ことを特徴とする請求項１に記載の評価装置。
3. 複数の機器により構成される装置における判定対象の状態に影響する複数の監視対象のパラメータについての値であって当該複数の前記監視対象のパラメータがその値に達した場合に前記判定対象の前記影響を軽減する制御を開始するタイミングであると決定する値を示す初期条件値を取得し、
   前記複数の監視対象のパラメータが当該複数の監視対象のパラメータそれぞれの初期条件値に達している場合において前記判定対象とは異なる複数の前記監視対象に外乱が発生した際の前記判定対象の挙動のシミュレーションを行い、
   前記シミュレーションの結果、前記判定対象が所定の挙動閾値を超えるかどうかを判定する
   評価方法。
4. 評価装置のコンピュータを、
   複数の機器により構成される装置における判定対象の状態に影響する複数の監視対象のパラメータについての値であって当該複数の前記監視対象のパラメータがその値に達した場合に前記判定対象の前記影響を軽減する制御を開始するタイミングであると決定する値を示す初期条件値を取得する初期条件値取得手段、
   前記複数の監視対象のパラメータが当該複数の監視対象のパラメータそれぞれの初期条件値に達している場合において前記判定対象とは異なる複数の前記監視対象に外乱が発生した際の前記判定対象の挙動のシミュレーションを行うシミュレーション手段、
   前記シミュレーションの結果、前記判定対象が所定の挙動閾値を超えるかどうかを判定する判定手段、
   として機能させるプログラム。

Images