JP6796373B2 - プラント運転システム及びプラント運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラントの運転を支援するプラント運転システム及びプラント運転方法に関するものである。

従来、プラント等の設備において、異常あるいは異常の予兆を検知し、設備を診断する異常検知・診断システムが記載されている（例えば、特許文献１参照）。このシステムは、プラント又は設備の保守履歴情報を蓄積したデータベース部を備え、設備に設けられるセンサにより検知した異常検知情報と、保守履歴情報とを結びつけることにより、発生した異常あるいは異常の予兆に対して、必要な保守に関する作業指示を出力している。

特開２０１２−１３７９３４号公報

しかしながら、特許文献１のシステムは、発生した異常が異なる種類の異常であっても、得られる異常検知情報が類似する場合があり、この場合、発生した異常に適切な作業指示を出力することが難しいことが考えられる。

そこで、本発明は、プラントの異常診断を行って、異常診断の結果を保守システムに迅速に提供することができるプラント運転システム及びプラント運転方法を提供することを課題とする。

本発明のプラント運転システムは、プラントの運転を支援するプラント運転システムにおいて、前記プラントの運転を監視すると共に、前記プラントの運転を制御する運転監視システムと、前記運転監視システムにおいて監視される前記プラントの運転履歴に基づいて、前記プラントの異常の予兆を監視する異常予兆監視システムと、前記異常予兆監視システムにより検知される異常予兆の結果に基づいて、前記プラントの異常診断を行う異常診断システムと、前記プラントの保守管理を行うために用いられる保守システムと、を備え、前記運転監視システムと前記異常予兆監視システム及び前記異常診断システムとは、前記運転監視システムから前記異常予兆監視システム及び前記異常診断システムへ通信可能に接続され、前記異常診断システムと前記保守システムとは、相互に通信可能に接続され、前記異常診断システムは、前記プラントの異常診断の結果を、前記保守システムに提供することを特徴とする。

また、本発明のプラント運転方法は、プラントの運転を支援するプラント運転方法において、前記プラントの運転を監視すると共に、前記プラントの運転を制御する運転監視工程と、前記運転監視工程において監視される前記プラントの運転履歴に基づいて、前記プラントの異常の予兆を監視する異常予兆監視工程と、前記異常予兆監視工程により検知される異常予兆の結果に基づいて、前記プラントの異常診断を行う異常診断工程と、前記プラントの保守管理を行う保守工程と、を備え、前記異常診断工程において得られた前記プラントの異常診断の結果を、前記保守工程において参照することを特徴とする。

この構成によれば、保守システムは、提供された異常診断の結果に基づくプラントの保守管理を、保守作業員に指示したり、異常診断に関する情報を保守作業員に提供したりすることができる。

また、前記保守システムは、前記異常診断システムからの異常診断の結果を取得する保守端末と、前記保守端末と無線通信可能な保守携帯端末と、を有し、前記保守端末は、前記保守携帯端末へ向けて、異常診断の結果を提供することが好ましい。

この構成によれば、保守携帯端末を携帯する保守作業員に、異常診断の結果を提供することができる。

また、前記保守端末及び前記保守携帯端末は、前記プラントが設置される建屋内に設けられていることが好ましい。

この構成によれば、保守端末と保守携帯端末との通信に関する安全性を高めることができる。

図１は、本実施形態に係る原子力プラント運転システムに関する概略構成図である。 図２は、計測パラメータを示す説明図である。 図３は、計測パラメータの異常モデルパターンと、異常モデルパターンに対応する異常原因とを示す説明図である。 図４は、ベイジアンネットワークの説明図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態］
図１は、本実施形態に係る原子力プラント運転システムに関する概略構成図である。原子力プラント運転システム１００は、原子力プラントの運転を支援するシステムである。図１に示すように、原子力プラントとしては、例えば、原子炉を有する原子力発電プラント１１０であり、原子力発電プラント１１０は、ベースロード運転を行うように制御され、サイト１１５内に設けられている。図１を参照して、原子力プラント運転システム１００について説明する。なお、本実施形態では、プラントとして、原子力発電プラント１１０に適用して説明するが、この構成に限定されず、原子力以外の他のプラント（例えば、化学プラントまたは火力発電プラント等）に適用してもよい。

図１に示すように、原子力プラント運転システム１００は、運転監視システム１０１と、異常予兆監視システム１０２と、異常診断システム１０３と、保守システム１０４と、運転履歴データベース１０５とを備えている。そして、原子力プラント運転システム１００は、ステーションバス１０７及び複数のユニットバス１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃにより、各システム１０１，１０２，１０３，１０４及び運転履歴データベース１０５が通信可能に接続されている。

運転監視システム１０１は、原子力発電プラント１１０の運転の監視及び制御を行っている。運転監視システム１０１は、分散制御システム（ＤＣＳ：Distributed Control System）１２１と、プロセス制御システム（ＰＣＣＳ：Process Control Computer System）１２２と、ゲートウェイ１２３と、を備えている。

分散制御システム１２１は、原子力発電プラント１１０を制御可能に接続され、複数の制御機能を分散させた複数の制御装置を含んで構成されている。分散制御システム１２１は、原子力発電プラント１１０に設けられた図示しないポンプ及びバルブ等の各機器の作動を制御するシステムである。この分散制御システム１２１は、プロセス制御システム１２２からの制御信号に基づいて、各機器の作動を制御することにより、原子力発電プラント１１０の運転を制御している。また、分散制御システム１２１は、原子力発電プラント１１０に設けられる複数の計測機器に接続されており、複数の計測機器からそれぞれ出力される複数の計測パラメータをプラント運転データとして取得し、取得したプラント運転データをプロセス制御システム１２２に向けて出力している。

プロセス制御システム１２２は、ユニットバス１０８ａを介して分散制御システム１２１と接続されており、原子力発電プラント１１０が設けられる建屋１３３から離れた中央制御室（ＭＣＲ：Main Control Room）１３１に設けられている。プロセス制御システム１２２は、分散制御システム１２１から入力されるプラント運転データを取得すると共に、原子力発電プラント１１０の運転を制御するための制御信号を、分散制御システム１２１へ向けて出力している。また、プロセス制御システム１２２は、ゲートウェイ１２３及びステーションバス１０７を介して、分散制御システム１２１から取得したプラント運転データを、運転履歴データベース１０５へ向けて出力している。

ゲートウェイ１２３は、プロセス制御システム１２２とステーションバス１０７との間に設けられ、プロセス制御システム１２２及びステーションバス１０７にそれぞれ接続されている。このゲートウェイ１２３は、プロセス制御システム１２２からのプラント運転データの出力を許容する一方で、他のシステムからのプロセス制御システム１２２へのデータの入力を規制する。

このような運転監視システム１０１は、原子力発電プラント１１０からプラント運転データを取得し、取得したプラント運転データを監視する。また、運転監視システム１０１は、取得したプラント運転データに含まれる複数の計測パラメータが予め規定された目標値となるように、原子力発電プラント１１０にベースロード運転を行わせる。このように、原子力発電プラント１１０は、ベースロード運転を行うことから、目標値は、定常値となる。

運転履歴データベース１０５は、ユニットバス１０８ｂ及びゲートウェイ１２４を介して、ステーションバス１０７に接続されている。つまり、ゲートウェイ１２４は、ユニットバス１０８ｂとステーションバス１０７との間に設けられ、ユニットバス１０８ｂ及びステーションバス１０７にそれぞれ接続され、運転履歴データベース１０５は、ユニットバス１０８ｂに接続されている。運転履歴データベース１０５は、原子力発電プラント１１０が設けられる建屋１３３から離れた事務所１３２に設けられている。運転履歴データベース１０５は、分散制御システム１２１から出力されたプラント運転データを蓄積することで、プラント運転データの履歴を保存する。この運転履歴データベース１０５は、異常診断システム１０３及び保守システム１０４からの要求に応じて、プラント運転データを出力可能となっている。

異常予兆監視システム１０２は、ユニットバス１０８ｂに接続されており、運転履歴データベース１０５から出力されたプラント運転データを、ユニットバス１０８ｂを介して取得可能となっている。また、異常予兆監視システム１０２は、分散制御システム１２１から出力されたプラント運転データを、リアルタイムに取得可能となっている。異常予兆監視システム１０２は、運転履歴データベース１０５に保存された過去のプラント運転データに基づいて設定される正常範囲と、リアルタイムに取得した現在のプラント運転データとを比較し、プラント運転データが正常範囲を超えた場合、原子力発電プラント１１０の異常予兆を検知する。また、異常予兆監視システム１０２は、ユニットバス１０８ｂに接続されており、検知した異常予兆に関するデータである異常兆候データを、異常診断システム１０３へ向けて出力可能となっている。

異常診断システム１０３は、ユニットバス１０８ｂに接続されており、異常予兆監視システム１０２から出力された異常兆候データを、ユニットバス１０８ｂを介して取得可能となっている。異常診断システム１０３は、異常兆候データに基づいて、原子力発電プラント１１０を構成する各種設備及び各種機器の中から、異常を引き起こす原因となる設備または機器を特定する。また、異常診断システム１０３は、ユニットバス１０８ｃに接続されており、特定した設備または機器に関する診断結果を保守データとして、保守システム１０４へ向けて出力可能となっている。

保守システム１０４は、原子力発電プラント１１０を保守管理するためのシステムである。保守システム１０４は、異常診断システム１０３により診断した原子力発電プラント１１０の保守データを取得し、取得した保守データを保守作業員に提供したり、また、保守作業員による点検作業等によって得られる保守点検結果を保守データとして取得して蓄積したりする。この保守システム１０４は、保守データベース１３５と、保守端末１３６と、保守携帯端末１３７とを備えている。

保守データベース１３５は、事務所１３２に設けられ、ユニットバス１０８ｃに接続されている。保守データベース１３５は、保守データを異常診断システム１０３に出力したり、保守端末１３６及び保守携帯端末１３７から入力される保守データを蓄積したり、異常診断システム１０３から取得した保守データを保守端末１３６に出力したりする。

保守端末１３６は、原子力発電プラント１１０が設けられる非管理区域となる建屋１３３内に設けられ、ユニットバス１０８ｃに接続されている。保守端末１３６は、保守データベース１３５から取得した保守データを、保守作業員に提供したり、保守作業員により入力された保守データを、保守データベース１３５に出力したりする。なお、保守端末１３６は、事務所１３２内に設けてもよい。

保守携帯端末１３７は、保守作業員に携帯されており、保守端末１３６と無線通信可能となっている。保守携帯端末１３７は、保守作業員の点検作業及び外観検査等によって得られる保守点検結果が、保守データとして保守作業員により入力される。また、保守携帯端末１３７は、入力された保守データを、無線通信により保守端末１３６へ向けて出力される。このとき、保守端末１３６及び保守携帯端末１３７は、建屋１３３内に設けられており、保守端末１３６及び保守携帯端末１３７間の無線通信は、建屋１３３内で行われる。

このように、原子力プラント運転システム１００は、各システム１０１，１０２，１０３，１０４及び運転履歴データベース１０５が、各バス１０７，１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃによって接続されているため、各システム１０１，１０２，１０３，１０４で得た各種データを共有し、共有した各種データを処理することができる。

また、原子力プラント運転システム１００には、事務所１３２内の会議室１３４に大型情報端末１４１が設けられており、大型情報端末１４１は、ユニットバス１０８ｂに接続されている。この大型情報端末１４１には、保守システム１０４に蓄積された保守データの他、各システム１０１，１０２，１０３において取得したデータが表示可能となっている。

次に、図２を参照して、異常診断システム１０３による異常診断について説明する。異常診断システム１０３は、コンピュータ等のハードウェア資源を用いて構成され、異常予兆監視システム１０２から出力される異常兆候データを取得し、取得した異常兆候データに基づいて、原子力発電プラント１１０の異常診断を行っている。

ここで、図２を参照して、異常予兆監視システム１０２から出力される異常兆候データについて説明する。図２は、計測パラメータを示す説明図である。図２は、その縦軸が計測パラメータの値となっており、その横軸が時間となっている。異常予兆監視システム１０２は、上記したように、運転履歴データベース１０５に保存された過去のプラント運転データに基づいて、プラント運転データが正常に推移する範囲となる正常範囲Ｗを設定している。また、異常予兆監視システム１０２は、リアルタイムに取得している現在のプラント運転データが、正常範囲Ｗにおいて推移しているか否かを判定している。ここで、計測パラメータは、異常の有無を判定するしきい値としての警報値Ｋによって、正常となる正常判定領域Ｅ１と、異常となる異常判定領域Ｅ２とに区分けされており、正常範囲Ｗは、正常判定領域Ｅ１内に設定されている。このため、異常予兆監視システム１０２は、原子力発電プラント１１０の異常ではないものの、原子力発電プラント１１０に異常の予兆があるか否かを検知する。

このように、異常予兆監視システム１０２によって異常予兆があると判定された計測パラメータは、正常範囲Ｗを超えて警報値Ｋに達する前の挙動となっており、この計測パラメータが異常兆候データとして、異常診断システム１０３に入力される。

異常診断システム１０３は、取得した異常兆候データを用いて、予め記憶している異常モデルパターンと比較すると共に、統計モデルとしてのベイジアンネットワークを用いることで、異常原因を特定している。

異常モデルパターンは、原子力発電プラント１１０の異常原因に応じて推移する計測パラメータの挙動のパターンである。この異常モデルパターンは、種々の異常原因に応じて複数設けられており、異常原因が関連付けられると共に、異常原因の発生確率が関連付けられている。図３を参照して、計測パラメータに対応する異常モデルパターンについて説明する。図３は、計測パラメータの異常モデルパターンと、異常モデルパターンに対応する異常原因とを示す説明図である。図３に示すように、例えば、計測パラメータＡについては、２つの異常モデルパターンＰＡ，ＰＢが用意されている。一方の異常モデルパターンＰＡには、複数の異常原因ＣＡ１，ＣＡ２が関連付けられ、複数の異常原因ＣＡ１，ＣＡ２に複数の発生確率ＯＡ１，ＯＡ２がそれぞれ関連付けられている。他方の異常モデルパターンＰＢには、複数の異常原因ＣＢ１，ＣＢ２が関連付けられ、複数の異常原因ＣＢ１，ＣＢ２に複数の発生確率ＯＢ１，ＯＢ２がそれぞれ関連付けられている。なお、図３における計測パラメータＡは、一例であり、異常モデルパターンが１つの場合、また、異常原因が１つの場合もある。

ベイジアンネットワークは、異常原因に対応する複数の異常モデルパターンと、複数の異常モデルパターンに関連付けられる異常原因の発生確率とに基づいて構築される統計モデルである。図４を参照して、ベイジアンネットワークの一例について説明する。図４は、ベイジアンネットワークの説明図である。ベイジアンネットワークＭは、異常予兆があると判定された計測パラメータが複数ある場合、複数の計測パラメータから、異常原因と異常原因の発生確率とを導出するモデルとなっている。図３及び図４に示すように、異常モデルパターンＰＡには、異常原因ＣＡ１〜３が関連付けられており、同様に、異常モデルパターンＰＢ，ＰＣにも、異常原因ＣＢ１〜３，ＣＣ１〜３が関連付けられている。また、異常原因としては、異常原因α，β，γがあり、異常原因α，β，γは、異常原因ＣＡ１〜３，ＣＢ１〜３，ＣＣ１〜３とに関連付けられている。具体的に、異常原因αには、異常原因ＣＡ１、異常原因ＣＢ１及び異常原因ＣＣ１が関連付けられており、異常原因αの発生確率は、異常原因ＣＡ１、異常原因ＣＢ１及び異常原因ＣＣ１の有無及び発生確率を考慮したものとなっている。異常原因β及び異常原因γについても、図４に示すとおりである。

異常診断システム１０３は、異常原因を特定する場合、先ず、異常兆候データに基づいて異常兆候パターンを生成する。上記したように、異常兆候データは、正常範囲Ｗを超えて警報値Ｋに達する前の挙動となる計測パラメータであることから、異常診断システム１０３は、この計測パラメータに対して、外挿法により計測パラメータの進展を予測した予測モデルＬ（図２参照）を生成する。そして、異常診断システム１０３は、予測モデルＬの計測パラメータの挙動のパターンを、異常兆候パターンとして生成する。

そして、異常診断システム１０３は、生成した異常兆候パターンと、異常モデルパターンとの一致判定を行うことで、原子力発電プラント１１０の異常原因を特定している。具体的に、異常診断システム１０３は、所定の計測パラメータの異常兆候パターンが、所定の計測パラメータに対応する複数の異常モデルパターンのうち、いずれかの異常モデルパターンと一致しているか否かを判定する。そして、異常診断システム１０３は、一致していると判定された異常モデルパターンに対応する異常原因を、異常兆候パターンの異常原因として特定すると共に、特定した異常原因に対応する発生確率を特定し、特定した結果を、診断結果として出力する。このとき、異常診断システム１０３は、異常モデルパターンに対応する異常原因が複数ある場合、図４に示すベイジアンネットワークを用いて、複数の異常原因と共に、各異常原因に対応する発生確率を特定する。そして、異常診断システム１０３は、診断結果を保守データとして、保守データベース１３５へ出力する。

保守システム１０４は、取得した保守データを用いて、特定した異常原因の保守管理を行うために、異常原因に関連付けられる保守作業に関するデータを、保守端末１３６から保守携帯端末１３７に出力する。これにより、保守システム１０４は、保守作業員に作業指示を行うと共に、異常原因に関する情報を保守作業員に提供する。なお、保守システム１０４は、保守作業に関する要領書、手順書、または作業報告書等を含めて、保守作業員に提供可能となっている。保守作業員は、保守携帯端末１３７を携帯して、指示された保守作業を実行し、保守作業によって得られた情報を保守携帯端末１３７に入力する。保守作業によって得られる情報としては、例えば、機器に設けられる計器の値、及び異音等の機器の状態がある。保守携帯端末１３７は、入力された情報を、保守データとして、保守端末１３６を介して保守データベース１３５へ入力する。このため、保守データベース１３５には、異常診断システム１０３の診断結果の他、保守作業によって得られる情報も、保守データとして蓄積される。また、保守システム１０４は、保守管理において、異常診断システム１０３から提供されて保守データベース１３５に蓄積された異常診断の結果である保守データを参照する。

以上のように、本実施形態によれば、原子力発電プラント１１０の運転履歴であるプラント運転データに基づいて、原子力発電プラント１１０の異常予兆を検知し、検知した異常予兆の結果に基づいて、原子力発電プラント１１０の異常診断を行うと共に、異常診断の結果を、保守システム１０４に迅速に提供することができる。このため、保守システム１０４は、提供された異常診断の結果に基づく原子力発電プラント１１０の保守管理を、保守作業員に指示したり、異常診断に関する情報を保守作業員に提供したりすることができる。

また、本実施形態によれば、保守携帯端末１３７を携帯する保守作業員に、異常診断の結果を提供することができる。

また、本実施形態によれば、保守端末１３６及び保守携帯端末１３７は、原子力発電プラント１１０の建屋１３３内において用いられることから、保守端末１３６と保守携帯端末１３７との通信に関する安全性を高めることができる。

１００ 原子力プラント運転システム
１０１ 運転監視システム
１０２ 異常予兆監視システム
１０３ 異常診断システム
１０４ 保守システム
１０５ 運転履歴データベース
１０７ ステーションバス
１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃ ユニットバス
１１０ 原子力発電プラント
１１５ サイト
１２１ 分散制御システム
１２２ プロセス制御システム
１２３ ゲートウェイ
１２４ ゲートウェイ
１３１ 中央制御室
１３２ 事務所
１３３ 建屋
１３４ 会議室
１３５ 保守データベース
１３６ 保守端末
１３７ 保守携帯端末
１４１ 大型情報端末
Ｗ 正常範囲
Ｋ 警報値
Ｅ１ 正常判定領域
Ｅ２ 異常判定領域
Ｍ ベイジアンネットワーク

Claims (5)

1. プラントの運転を支援するプラント運転システムにおいて、
   前記プラントに設けられる複数の計測機器から出力される複数の計測パラメータであるプラント運転データを取得して前記プラントの運転を監視すると共に、前記プラント運転データに基づいて前記プラントの運転を制御する運転監視システムと、
   前記プラント運転データを蓄積する運転履歴データベースと、
   前記運転履歴データベースに蓄積された前記プラント運転データの運転履歴に基づいて、前記プラントの異常の予兆を監視する異常予兆監視システムと、
   前記異常予兆監視システムにより検知される異常予兆の結果に基づいて、前記プラントの異常診断を行うとともに診断結果を出力する異常診断システムと、
   前記プラントの保守管理を行うために用いられる保守システムと、を備え、
   前記運転監視システムと前記異常予兆監視システム及び前記異常診断システムとは、ユニットバスを介して前記運転監視システムから前記異常予兆監視システム及び前記異常診断システムへ通信可能に接続され、
   前記異常診断システムと前記保守システムとは、前記ユニットバスとは異なるユニットバスを介して相互に通信可能に接続され、
   前記異常診断システムは、前記運転履歴データベースに保存された過去の前記プラント運転データの異常モデルパターンと、現在の前記プラント運転データから生成した異常兆候パターンとを比較し、前記異常兆候パターンが過去の前記プラント運転データの一の前記異常モデルパターンに一致した場合は、該異常モデルパターンの異常原因に対応する発生確率を特定し前記診断結果として前記保守システムに出力するとともに、前記異常兆候パターンが過去の前記プラント運転データの複数の前記異常モデルパターンに一致した場合は、統計モデルであるベイジアンネットワークを用いて複数の異常モデルパターンの各異常原因に対応する複数の発生確率を特定し前記診断結果として前記保守システムに出力することを特徴とするプラント運転システム。
2. 前記保守システムは、
   前記異常診断システムが出力する前記診断結果を前記プラントの保守データとして蓄積する保守データベースを有し、前記保守データベースから前記保守データを取得して前記プラントの保守作業員に提供するとともに、前記保守作業員により行われた点検作業結果を保守データとして前記保守データベースに蓄積することを特徴とする請求項１に記載のプラント運転システム。
3. 前記保守システムは、
   前記異常診断システムからの異常診断の結果を取得する保守端末と、
   前記保守端末と無線通信可能な保守携帯端末と、を有し、
   前記保守端末は、前記保守携帯端末へ向けて、異常診断の結果を提供することを特徴とする請求項２に記載のプラント運転システム。
4. 前記保守端末及び前記保守携帯端末は、前記プラントが設置される建屋内に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のプラント運転システム。
5. プラントの運転を支援する請求項１から４のいずれか１項に記載のプラント運転システムのプラント運転方法において、
   前記プラント運転データを取得して前記プラントの運転を監視すると共に、前記プラント運転データに基づいて前記プラントの運転を制御する運転監視工程と、
   前記運転監視工程において監視される前記プラントの前記プラント運転データの運転履歴に基づいて、前記プラントの異常の予兆を監視する異常予兆監視工程と、
   前記異常予兆監視工程により検知される異常予兆の結果に基づいて、前記プラントの異常診断を行うとともに診断結果を出力する異常診断工程と、
   前記異常診断システムが出力する前記診断結果を前記プラントの保守データとして蓄積する保守データベースから前記保守データを取得して前記プラントの保守作業員に提供するとともに、前記保守作業員により行われた点検作業結果を保守データとして前記保守データベースに蓄積する、前記プラントの保守管理を行う保守工程と、を備え、
   前記異常診断工程では、前記運転履歴データベースに保存された過去の前記プラント運転データの異常モデルパターンと、現在の前記プラント運転データから生成した異常兆候パターンとを比較し、前記異常兆候パターンが過去の前記プラント運転データの一の前記異常モデルパターンに一致した場合は、該異常モデルパターンの異常原因に対応する発生確率を特定し前記診断結果として前記保守システムに出力するとともに、前記異常兆候パターンが過去の前記プラント運転データの複数の前記異常モデルパターンに一致した場合は、統計モデルであるベイジアンネットワークを用いて複数の異常モデルパターンの各異常原因に対応する複数の発生確率を特定し前記診断結果として前記保守システムに出力することを特徴とするプラント運転方法。

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