JP6751356B2 - 燃料配置確認システム - Google Patents

Description

本発明は、原子力発電所における燃料交換作業に係る燃料配置確認システムに関する。

原子力発電所の原子炉内に配置された燃料集合体は、使用後に使用済燃料集合体として燃料保管プールに保管される。使用済燃料集合体の炉心から燃料保管プールへの移動、及び、新しい燃料集合体の炉心への装荷は、定期検査での一工程として実施されている。このとき、所定の位置から燃料が取り出されているか、また、所定の位置に燃料が装荷されたかを確認するため、燃料集合体上部に刻印された刻印番号を水中カメラ等によって撮像し、撮像画像から人による目視で番号が正しいか判断している。

従来の配置確認では、一連の燃料交換作業が終了した後、水中カメラを用いて、多数配列された燃料集合体を１列ごとに確認していたことから、全ての燃料集合体の刻印番号確認には非常に時間が掛かっていた。そこで、時間短縮技術として、例えば、特許文献１には、複数の水中カメラと水中照明の反射板を備えた装置を、燃料交換機等を用いて水中を移動させ、燃料集合体の複列を同時に検査する装置について記載されている。

また、特許文献２の燃料配置確認装置は、原子力発電所の原子炉の上部に移動自在に設置して燃料取替作業をする燃料交換機の燃料取替作業の経過を作業信号として入力し、炉心における燃料取替作業後の燃料の配置情報信号を出力する専用計算機と、炉心における燃料取替状況を映像信号として出力する水中テレビカメラと、この映像信号を入力して燃料の配置に変化が生じた場合に画像信号として出力する画像処理装置と、この画像信号と燃料取替作業後の燃料の配置情報信号を入力するとともにこれらを比較して燃料交換機による燃料取替作業が正しく行われたか否かの診断をする燃料配置診断装置からなることが記載されている。

特許２５４７６８０号公報 特許３２８８１６７号公報

特許文献１においては、燃料集合体の刻印番号の確認作業のみの効率化、すなわち時間を短縮することを目的としており、燃料交換作業から燃料集合体の刻印番号確認作業までの一連の作業時間を短縮することは考慮されていない。

特許文献２では、水中テレビカメラで撮影するのは、炉心における燃料取替状況であり、燃料集合体の刻印番号を読み取っていないので、取替の燃料集合体が指示されたものであるか否かが問題となる。

本発明は、前記の課題を解決するための発明であって、燃料交換作業の際に燃料集合体の刻印番号の確認ができる燃料配置確認システムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の燃料配置確認システムは、原子力発電所の原子炉の上部に移動自在に設置して燃料交換作業をする燃料交換機の燃料交換作業の経過を作業信号として入力し、炉心における燃料交換作業後の燃料の配置情報信号を出力する燃料交換機制御装置と、燃料交換作業の際に炉心の領域と燃料保管プール間にあるゲート部を通過する燃料の識別情報を撮像する撮像手段（例えば、水中カメラ５）と、撮像手段で取得した画像に基づく燃料の識別情報と燃料交換機に作業信号として指令された燃料の識別情報とが一致しているか否かを判定し、その判定結果を表示部に表示する燃料配置管理装置と、を有することを特徴とする。本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。

本発明によれば、燃料交換作業の際に燃料集合体の刻印番号の確認ができる。

本実施形態に係る燃料配置確認システムの構成を示す図である。 炉心領域及び燃料保管プールの燃料集合体の配置イメージを示す図である。 燃料配置管理装置の燃料交換作業の処理を示すフローチャートである。 炉心領域と燃料保管プール間のゲート部での撮像手段の設置例を示す図である。 炉心に存在する燃料集合体の配置例を示す図である。 燃料交換作業中の燃料配置管理装置の表示画面を示す図である。 燃料交換作業終了時の燃料配置管理装置の表示画面を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、燃料保管プールから炉心に燃料集合体を装荷する場合、炉心に挿入されている燃料集合体を燃料保管プールへ移動する場合を例示しながら燃料配置確認システムの処理内容を説明する。

図１は、本実施形態に係る燃料配置確認システム１００の構成を示す図である。図２は、炉心領域及び燃料保管プール６の燃料集合体の配置イメージを示す図である。図１及び図２を用いて、本実施形態における作業環境、作業手順、機器構成について説明する。

燃料配置確認システム１００は、原子力発電所の原子炉の上部に移動自在に設置して燃料交換作業をする燃料交換機８０（例えば、伸縮管２を含む燃料交換台車１）の燃料交換作業の経過を作業信号として入力し、炉心における燃料交換作業後の燃料の配置情報信号を出力する燃料交換機制御装置８と、燃料交換作業の際に炉心３の領域の上部にある原子炉ウエル２８と燃料保管プール６の間にあるゲート部２０を通過する燃料の識別情報を撮像する水中カメラ５（撮像手段）と、水中カメラ５で取得した画像に基づく燃料の識別情報と燃料交換機８０に作業信号として指令された燃料の識別情報とが一致しているか否かを判定し、その判定結果を表示装置１０に表示する燃料配置管理装置９と、を有する。

炉心３には燃料集合体４が挿入されており、燃料交換台車１は、炉心３の上部を、平面内で二次元的に移動する。燃料交換台車１には、固定され昇降移動する伸縮管２が設置され、燃料交換台車１及び伸縮管２は、ケーブルを介して燃料交換機制御装置８に接続される。燃料交換台車１は、例えば、走行台車と横行台車とからなり、走行台車は、原子炉ウエル２８及び燃料保管プール６を跨いで走行できるように、原子炉建屋内の運転床上に設置された一対のレール２３，２３上に配置される。横行台車は、走行台車上に設けられた一対のレール２４，２４上に配置され、走行台車の移動方向と直交する方向に移動する。

前記したように、炉心３の領域の上部にある原子炉ウエル２８と、燃料保管プール６との間にはゲート部２０を有し、ゲート部２０には、燃料交換作業の際にゲート部２０を通過する燃料集合体４の識別情報を撮像する水中カメラ５（撮像手段）が配設されている。

燃料交換台車１を用いた燃料集合体４の交換は、例えば、沸騰水型原子力プラントの運転停止後における定期検査期間にて行われる。原子炉圧力容器２５及び原子炉圧力容器２５を取り囲む原子炉格納容器（図示せず）は、原子炉建屋（図示せず）内に設置されている。沸騰水型原子力プラントの運転停止後、原子炉格納容器の上方に位置する原子炉ウエル２８内に冷却水が充填される。その後、原子炉格納容器の蓋及び原子炉圧力容器２５の蓋が取り外される。原子炉圧力容器２５内に設置されている蒸気乾燥器、気水分離器及びシュラウドヘッドが原子炉圧力容器２５外に搬出される。

原子炉圧力容器２５内の炉心に装荷されている、寿命となった複数の燃料集合体４（使用済の燃料集合体４）が炉心から取り出されて燃料保管プール６へ移送され、燃料保管プール６内に保管されている、新燃料である燃料集合体４が炉心内に装荷される。このような使用済の燃料集合体４及び新燃料である燃料集合体４の移送に燃料交換台車１が用いられる。

燃料交換作業では、作業者からの操作信号、すなわち移動対象である燃料集合体４の識別情報、座標値の始点位置及び終点位置が入力され、その入力信号に基づいて燃料交換機制御装置８において燃料交換台車１及び伸縮管２の制御信号が生成される。炉心３のある燃料集合体の座標が入力された場合、燃料交換台車１は水平位置を移動させ、目標位置に停止後、伸縮管２を炉心３の下部へ降下させる。ここで、燃料交換台車１と伸縮管２の移動は同時、またはシーケンスで実施してもよい。

移動対象の燃料集合体４の上部に伸縮管２の先端が移動した後、燃料集合体４の上部に設けられた燃料集合体ハンドル１４（図４参照）をグラップル２７（図４参照）でつかみ、炉心３からの引き抜き動作（伸縮管２を上昇）に移る。そして、移動中の燃料集合体４の底面が燃料保管プール６の所定位置以上に達したことを確認し、燃料保管プール６内への移動動作に移る。炉心３の上部にある原子炉ウエル２８と燃料保管プール６の間には、ゲート部２０があり、前記したように、そのゲート部２０に燃料集合体４の燃料集合体ハンドル１４に刻印されている燃料番号（燃料の識別情報）を読み取るための水中カメラ５が設置されている。水中カメラ５の制御及びカメラ画像の取得には燃料配置管理装置９を用いる。燃料配置管理装置９は、燃料交換機制御装置８と接続されており、燃料交換台車１及び伸縮管２の移動時の位置データを取得可能な構成となっている。また、燃料配置管理装置９には、燃料配置情報の更新処理も内蔵しており、処理内容の監視、処理結果の確認をするための表示装置１０も接続されている。

次に、図３から図７を用いて燃料配置情報の更新処理について説明する。
図３は、燃料配置管理装置９の燃料交換作業の処理を示すフローチャートである。実施形態では、図１中の燃料配置管理装置９内に本処理を実装しているが、燃料配置管理装置９とは別に処理装置を設けてもよいし、燃料交換機制御装置８と共通化してもよい。

燃料交換作業開始後、まずステップＳ１において、交換作業前の燃料配置情報を読込む。ここで、交換作業前の燃料配置情報は、予め設定した共通の座標系、例えば方位の北方向をＹ軸正方向、方位の東方向をＸ軸正方向と設定した座標系における、炉心３の各燃料集合体座標値データと燃料保管プール６の各燃料集合体の座標値データ、及び各座標値データの関連付けされた燃料番号データを少なくとも含むデータである。

ステップＳ２では、作業員により燃料交換機８０の動作入力がされる。動作入力の手順は、移動対象である燃料集合体の座標値または燃料番号を入力することで、燃料配置管理装置９は、始点のＸＹ座標を取得し、移動先も始点同様に終点のＸＹ座標を取得する。

そして、ステップＳ３において、燃料配置管理装置９は、指定された始点及び終点情報から、燃料交換台車１及び伸縮管２に備えられた駆動部の指令値を生成する。なお、駆動部の指令値は、電動モータであれば電圧信号を指令値として生成する。

次に、ステップＳ４において、炉心３の上部と燃料保管プール６間のゲート部２０に設置された水中カメラ５から燃料集合体ハンドル１４（図４参照）に刻印された燃料番号の撮像画像（カメラ画像）を取得する。

図４は、炉心３の領域と燃料保管プール６間のゲート部２０での撮像手段の設置例を示す図である。撮像手段として水中カメラ５の設置例を示す。ゲート部２０には、水中カメラ５の他に水中照明装置１１が設置されており、水中カメラ５と対向する配置にしてもよいし、水中カメラ５と同方向に設置してもよい。

図５は、炉心３に存在する燃料集合体４の配置例を示す図である。正方に区切られた上部格子板１２の中心位置に十字形状の制御棒１３が配置され、その四方に燃料集合体４が一体ずつ配置されている。燃料集合体４の上部には燃料集合体ハンドル１４が取り付けられており、制御棒１３のブレード方向と４５度をなす角度で、四体の燃料集合体ハンドル１４が制御棒１３の中心を囲むように配置される。読み取り対象である燃料集合体４の燃料番号（燃料の識別情報）は、燃料集合体４の燃料集合体ハンドル１４上部に、ハンドルの向きに沿って刻印されている。

図３に戻り、ステップＳ４において、画像の取得方法としては、燃料交換機制御装置８から得られる燃料交換台車１及び伸縮管２の現在位置データをもとに、ゲート部２０の水中カメラ５から燃料集合体までの距離が予め設定した値以下になった場合に、トリガー信号を入力して撮像する。ここで、他の画像取得方法として、一定周期で静止画を取得してもよいし、連続画像として動画を撮影してもよい。

そして、ステップＳ５において、燃料配置管理装置９は、ステップＳ４で取得したカメラ画像に対して前処理を実施する。画像前処理の処理内容としては、平滑化処理により画像中のノイズを除去し、２値化処理により予め設定した輝度のしきい値以下の領域と以上の領域を分ける。

ステップＳ６において、番号認識処理として、燃料配置管理装置９は、エッジ抽出処理により文字の輪郭を抽出し、予め燃料配置管理装置９内に保存している文字列データと比較することで、刻印番号の各文字（英数字、記号等）を同定する。なお、エッジ抽出処理で得られる文字の輪郭が一部欠落する場合は、２値化処理後に領域の膨張、縮退、細線化処理を追加で実施し、エッジの欠落を防止する。

ステップＳ７において、燃料配置管理装置９は、燃料番号照合処理として、ステップＳ６で同定した文字列と、ゲート部２０の水中カメラ５の通過前に取得している移動中の燃料集合体４の刻印番号の文字列とを比較することで、燃料番号が一致しているか否かを判定する。そして、一致していれば（ステップＳ７，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０に進み、一致していなければ（ステップＳ７，Ｎｏ）、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８において、燃料配置管理装置９は、表示装置１０にエラー表示をするとともに、燃料交換機８０の移動を停止する。図６を参照して表示装置１０に表示されるエラー表示を説明する。

図６は、燃料交換作業中の燃料配置管理装置９の表示画面を示す図である。表示画面３０には、燃料交換機状態表示部３１、燃料番号確認部３２、燃料配置情報確認部３３、及び作業者への伝達内容表示部３４を備える。燃料交換機状態表示部３１には、燃料交換台車１及び伸縮管２の現在位置データとして、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標が数値で表示される。燃料番号確認部３２には、移動中の燃料番号と水中カメラ５の画像から読み取った燃料番号の情報が表示される。燃料配置情報確認部３３では、移動対象の燃料集合体の始点位置及び終点位置を視覚的に表示する機能を有しており、移動中の軌跡を表示してもよい。

図６の表示内容を具体的に説明すると、燃料集合体４の装荷の燃料交換作業を示している。燃料配置情報確認部３３には、燃料集合体４の始点位置は位置３６であり、終点位置は位置３７である。また、現在の位置は位置３８で示されている。この場合において、燃料番号確認部３２には、移動中の燃料番号は、Ａ１ＡＡ０１であり、水中カメラ５からの番号認識結果が、Ａ１ＡＡ０３であり、燃料番号が不一致である。このため、燃料配置管理装置９は、作業者に注意喚起のため、燃料番号確認部３２の表示枠を赤色で表示するとともに、警告ブザー等を発生する。このため、作業者は、作業交換作業手順等に何らかの不具合があったことを、早期に認識することができる。

また、伝達内容表示部３４には、「燃料保管プールの燃料配置情報に誤りがあります。燃料の移動先を指示して下さい。」と表示され、作業者は、今後の作業内容を確認することができる。本実施形態の燃料配置管理装置９は、どこに燃料配置情報に誤りがあるかも認識し、その内容を指示することができる。

図３に戻り、ステップＳ９において、燃料配置管理装置９は、作業者からの指示に基づき、燃料集合体４の移動を開始する。作業者からの指示とは、終点位置の変更である。

ステップＳ１０において、燃料配置管理装置９は、燃料交換機制御装置８から終点への移動完了通知を受信をしたか否かを判定する。移動完了通知を受信していない場合、ステップＳ１０に戻り、移動完了通知を受信している場合、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１において、燃料配置マップの更新処理として、ステップＳ１で読込んだ燃料交換作業前の燃料配置情報を更新する。更新処理は、１体の燃料集合体が移動するごとに実行し、燃料配置情報を常に修正する。

ステップＳ１２において、作業者による出力結果（図７参照）の目視確認を実施し、最後に、ステップＳ１３において、燃料配置管理装置９は、燃料配置情報を保存して処理を終了する。なお、ステップＳ１３において保存した燃料配置情報は、次の定期検査における燃料交換作業まで燃料交換機制御装置８または燃料配置管理装置９内で保存してもよいし、外部記憶媒体にデータを格納して保存してもよい。

以上の方法によって、燃料集合体の交換作業と同時に炉心３及び燃料保管プール６内での燃料集合体配置情報を更新・確認が可能となる。

図７は、燃料交換作業終了時の燃料配置管理装置の表示画面を示す図である。図７は、図３のステップＳ７において、燃料番号が一致した場合の画面例を示す。表示画面３０の燃料番号確認部３２には、移動中の燃料番号は「Ａ１ＡＡ０１」であり、水中カメラ５からの番号認識結果が「Ａ１ＡＡ０１」であり、燃料番号が一致していることが示されている。また、作業者への伝達内容表示部３４には、「作業番号００ＸＸの燃料交換作業が終了しました。」の表示がされている。このため、作業者は、正常に燃料交換作業が終了したことを確認することができる。

図３〜図７の説明では、燃料集合体４の装荷について説明したが、燃料集合体４の取出しについても同様である。すなわち、図３のステップＳ７で燃料番号が一致しない場合、図６の表示画面３０の伝達内容表示部３４には、「炉心の燃料配置情報に誤りがあります。燃料の移動先を指示して下さい。」と表示され、作業者は、今後の作業内容を確認することができる。本実施形態の燃料配置管理装置９は、どこに燃料配置情報に誤りがあるかも認識し、その内容を指示することができる。

図４において、撮像手段として水中カメラ５の設置例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、ゲート部２０の燃料保管プール６側と、原子炉ウエル２８側の複数の水中カメラ５を設置してもよい。複数の水中カメラ５は、対向する面側、図４においては、図の左側の側壁と右側の側壁に設置する。これに対応して、水中照明装置１１は、水中カメラ５と対向する側壁に設置する。これにより、燃料集合体ハンドル１４の刻印番号を、複数の水中カメラ５で確実に撮像可能となる。また、複数の水中カメラ５での文字列が一致しない場合、燃料配置管理装置９は、図６の伝達内容表示部３４に、「複数の水中カメラの燃料番号が一致しません。燃料の移動先を指示して下さい。」と表示するとともに、燃料交換機８０の移動を停止するとよい。これにより、燃料集合体４の燃料交換作業の不具合を早期に発見することができる。

本実施形態の燃料配置確認システム１００によれば、燃料交換作業中に炉心３の上部領域と燃料保管プール６との間のゲート部２０に設置した水中カメラ５によって、ゲート部２０を通過する燃料集合体４の刻印番号を撮像し、撮像した画像からの燃料番号と交換作業前の炉心または燃料保管プール内の燃料集合体配置情報を用いて、適切に燃料集合体４の燃料交換作業ができているか否かを早期に発見することができ、その不具合の原因について表示装置１０に表示することができる。

１ 燃料交換台車
２ 伸縮管
３ 炉心
４ 燃料集合体
５ 水中カメラ（撮像手段）
６ 燃料保管プール
８ 燃料交換機制御装置
９ 燃料配置管理装置
１０ 表示装置（表示部）
１１ 水中照明装置
１２ 上部格子板
１３ 制御棒
１４ 燃料集合体ハンドル
２０ ゲート部
２５ 原子炉圧力容器
２８ 原子炉ウエル
３０ 表示画面
３１ 燃料交換機状態表示部
３２ 燃料番号確認部
３３ 燃料配置情報確認部
３４ 伝達内容表示部
８０ 燃料交換機
１００ 燃料配置確認システム

Claims (8)

1. 原子力発電所の原子炉の上部に移動自在に設置して燃料交換作業をする燃料交換機の前記燃料交換作業の経過を作業信号として入力し、炉心における前記燃料交換作業後の燃料の配置情報信号を出力する燃料交換機制御装置と、
   前記燃料交換作業の際に前記炉心の領域と燃料保管プール間にあるゲート部を通過する燃料の識別情報を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段で取得した画像に基づく燃料の識別情報と前記燃料交換機に前記作業信号として指令された燃料の識別情報とが一致しているか否かを判定し、その判定結果を表示部に表示する燃料配置管理装置と、を有する
   ことを特徴とする燃料配置確認システム。
2. 前記撮像手段は、水中カメラと水中照明装置とを含んでなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料配置確認システム。
3. 前記燃料交換機への作業データは、予め設定した座標系における水平位置及び垂直位置を表すデータを含み、前記炉心の燃料配置情報は水平位置及び垂直位置のデータと燃料の識別情報が関連付けられたデータである
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料配置確認システム。
4. 前記撮像手段は、前記燃料交換機制御装置から得られる燃料交換台車及び伸縮管の現在位置データに基づいて、前記ゲート部から前記燃料交換作業中の燃料までの距離が予め設定した値以下になった場合に撮像する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料配置確認システム。
5. 前記燃料配置管理装置は、前記撮像手段で取得した画像からエッジ抽出処理により文字の輪郭を抽出して燃料の文字列を認識する文字列認識処理を行う
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料配置確認システム。
6. 前記燃料配置管理装置は、前記文字列認識処理において同定した文字列と、前記作業信号として指令された燃料の識別情報である文字列とを比較することで、前記ゲート部を通過した燃料が前記指令された燃料と同一であるか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項５に記載の燃料配置確認システム。
7. 前記燃料配置管理装置は、前記燃料交換作業が、前記燃料の装荷の際に、前記撮像手段で取得した画像に基づく燃料の識別情報と前記燃料交換機に前記作業信号として指令された燃料の識別情報とが一致していない場合、前記表示部に、前記燃料保管プールの燃料配置情報に誤りがある旨を表示する
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料配置確認システム。
8. 前記燃料配置管理装置は、前記燃料交換作業が、前記燃料の前記炉心からの取出しの際に、前記撮像手段で取得した画像に基づく燃料の識別情報と前記燃料交換機に前記作業信号として指令された燃料の識別情報とが一致していない場合、前記表示部に、前記炉心の燃料配置情報に誤りがある旨を表示する
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料配置確認システム。

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