JP6944411B2 - 制御棒動作監視システムおよび制御棒動作監視方法 - Google Patents

制御棒動作監視システムおよび制御棒動作監視方法 Download PDF

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Description

本発明は、制御棒操作監視システムおよび制御棒動作監視方法に係り、特に、沸騰水型原子炉(以下、BWR(Boiling Water Reactor)と記載)に適用するのに好適な、制御棒挿入動作を監視する制御棒動作監視システムおよび制御棒動作監視方法に関する。
特許文献1には、原子炉の炉心内に配設され各々4つの検出器を有し中性子束を監視する複数のLPRMのうち、複数のLPRMからの出力信号を取込み制御棒操作によって生ずる出力変動を監視し、燃料被覆管の損傷を未然に防止するために制御棒操作を監視制御する制御棒引抜監視装置において、同一の機能を持つ複数のチャンネルを有し、複数のチャンネルには全LPRM信号を各々入力し、各チャンネルにおいてLPRMの出力信号と平均出力領域モニターの出力信号および再循環流量を取込み、制御棒引抜阻止を行うことが記載されている。
また、試験を行う際の安全性を高めることが可能となり、加えて使い勝手が改善された制御棒操作監視装置の一例として、特許文献2には、制御棒の選択情報および引抜または挿入の操作の組み合わせからなるシーケンスを予め入力するためのシーケンス入力部と、シーケンスに基づいて次の操作を表示する表示部と、任意の制御棒を選択するための選択入力部と、選択された制御棒に対して引抜または挿入を操作するための操作入力部と、シーケンスと異なる操作をした場合に制御棒の動作を阻止する操作監視部と、を備えた制御棒操作監視装置において、シーケンス入力部は、試験モードとして、引抜と挿入が混在したシーケンスを入力可能であることが記載されている。
特開平1−253695号公報 特開2012−163438号公報
BWRでは、炉心出力を調節するために制御棒の操作が行われている。
また、BWRでは、炉心出力の計測のための検出器の一種として、局所出力領域モニター(LPRM:Local Power Range Monitor)が設けられており、LPRMによる出力監視結果を用いて制御棒の動作の監視が行われている。
BWRの原子炉圧力容器内に存在する炉心には、複数の燃料集合体が格子状に装荷されている。制御棒は駆動方向から見て十字型の形状をしており、炉心下方より上方に向けて挿入され、炉心上方より下方に向けて引き抜かれるように駆動する。
ここで、BWRでは、1本の制御棒に対して4つの燃料集合体が制御棒を取り囲むように配置されている。LPRMを含む複数のLPRM集合体は、隣接する制御棒の各々異なる4つの隣接した燃料集合体のコーナー部に囲まれた領域(制御棒が挿入されない領域)の一部にそれぞれ配置される。
LPRM集合体はチューブ状の形状をしており、各LPRM集合体には4つのLPRMが炉心軸方向の位置が異なる4つの位置(以下、それぞれ位置A,位置B,位置Cおよび位置Dとする)に配置されている。位置A,位置B,位置Cおよび位置Dのうち、位置Aが炉心の軸方向において最も下方に位置し、位置B,位置Cおよび位置Dの順に上方に位置している。
特許文献1の制御棒引抜監視装置では、炉心から引き抜く制御棒が選択されたときに、選択された制御棒の周囲に存在し、この制御棒に近接した4体のLPRM集合体が選択され、選択された4体のLPRM集合体のうち位置Aおよび位置Cに配置された合計8個のLPRMから出力された各信号が、制御棒引抜監視装置の一つのチャンネルに入力されて平均化される。さらに、その4体のLPRM集合体で位置Bおよび位置Dに配置された合計8個のLPRMから出力された各信号(LPRM信号)が、制御棒引抜監視装置のもう一つのチャンネルに入力されて平均化される。
その上で、前者のチャンネル(位置Aおよび位置C)で得られたLPRM信号の平均値と後者のチャンネル(位置Bおよび位置D)で得られたLPRM信号の平均値とのいずれかの値が設定値を超えたとき、制御棒引抜監視装置は、選択された制御棒の引き抜きを阻止する制御棒引抜阻止信号をその選択された制御棒を操作する制御棒駆動装置に出力する。これにより制御棒駆動装置は駆動を停止し、選択された制御棒の引き抜きが阻止される。
上記のような制御棒引抜監視装置は、原子炉出力の上昇のための制御棒の引抜き操作において引き抜かれる制御棒に隣接する燃料集合体の異常な出力上昇を抑え、燃料集合体に含まれる燃料棒の破損を防止する機能を有する。
このような制御棒引抜監視装置は、出力上昇による燃料棒の破損を防止するという観点から、原子炉出力が上昇する制御棒引抜きのみを監視対象としている。
また、特許文献2には、炉心への制御棒の挿入を阻止する機能を有する制御棒操作監視装置の一例が開示されている。この制御棒操作監視装置は、炉心からの制御棒の引き抜きを阻止する機能も有している。
ここで、原子炉においては、原子炉の運転停止中に、複数本の制御棒を引き抜いて原子炉を短時間局所的に臨界にする冷温臨界試験が実施される。
冷温臨界試験では、制御棒の1ノッチ引き抜き時の反応度投入量が制限されており、この制限を超える場合には1ノッチの制御棒引き抜き前に分散操作が行われる。
分散操作とは、反応度価値の大きい制御棒の引き抜き操作を行う前に、他の制御棒を引き抜いて小さい反応度価値を投入し、この投入された反応度価値を確認して問題がなければ当該他の制御棒を挿入した後に反応度価値の大きい前者の制御棒を引き抜く操作である。分散操作では、制御棒の引き抜き操作と他の制御棒の挿入操作の両方が行われる。
特許文献2に記載された制御棒操作監視装置は、分散操作において挿入する制御棒がシーケンスと異なって選択された場合には、その選択された制御棒の炉心への挿入を阻止する。また、分散操作において引き抜く制御棒がシーケンスと異なって選択された場合には、その制御棒操作監視装置は、その選択された制御棒の炉心からの引き抜きを阻止する。
原子炉の運転中における制御棒の挿入は炉心出力を減少させる。しかし、制御棒が挿入される場合でも、同時に複数の制御棒が挿入される場合には、炉心の軸方向における出力分布の歪みが発生し、制御棒が挿入されていない炉心上部の出力が上昇するため、その部分で燃料棒の破損が生じる可能性がある。
特許文献1の制御棒引抜監視装置において、二つのチャンネルのそれぞれで平均化されたLPRM信号の値は、平均出力領域モニターの出力信号の値に規格化される。
例えば、選択された制御棒の引き抜き前の原子炉出力が定格出力の100%であれば、制御棒引抜監視装置の前述の二つのチャンネルで平均化されたそれぞれの値は100%となる。そして、制御棒の引き抜き操作により、いずれかのチャンネルで平均化された値が、例えば105%になると、選択された制御棒の引き抜きが阻止される。
しかしながら、二つのチャンネルでそれぞれ平均化されたLPRM信号のいずれかが設定値を超えたときに制御棒の引き抜きを阻止するという制御棒引抜監視装置における制御棒の引き抜き阻止の考え方を、制御棒の挿入阻止に適用した場合には以下の課題が生じる。
複数の制御棒が炉心に同時に挿入される場合、冷却材である水の気相部が減少し、炉心上部の出力が上昇するが、炉心下部の出力が低下する。このため、位置Aおよび位置Cにおける各LPRM信号を平均化するとともに位置Bおよび位置Dにおける各LPRM信号を平均化した場合には、位置Cや位置Dの検出値は上昇するものの、位置Aや位置Bでは検出値が減少する。このため、出力の上昇を検知することが難しくなり、制御棒の挿入阻止をより適切に行うことができる技術が望まれる。
さらに、前述の制御棒引抜監視装置は、引き抜く制御棒が選択された後に監視が開始され、当該LPRMの信号を処理し制御棒引き抜きの監視が行われる。ここで、機器の誤動作等によって運転員の操作によらずに制御棒が動作する場合には、炉心の異常な出力上昇を検知することができず、より出力上昇を確実に監視することが可能な技術が望まれる。
そこで本発明の目的は、原子炉の運転中に炉心全体の制御棒挿入を常時監視することができる制御棒動作監視方法および制御棒動作監視システムを提供する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、沸騰水型原子炉の制御棒の異常な駆動を検出する制御棒動作監視システムであって、炉心内に格子状に配置されたLPRM集合体に複数配置されたLPRM検出器からなる検出部と、前記検出部の前記LPRM検出器の信号値から評価値を算出し、軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したか否かを前記評価値が基準値を逸脱したか否かで判定する演算装置と、を備え、1つの前記LPRM集合体には、高さが異なる位置に一つずつ前記LPRM検出器が配置されており、前記1つのLPRM集合体に属する前記複数の前記LPRM検出器は、重複することなく異なるチャンネルに接続されており、前記演算装置は、同一のチャンネルに属するLPRM検出器のうち、軸方向上側の前記LPRM検出器の検出値に正の重みを、軸方向下側の前記LPRM検出器の検出値に負の重みをつけて前記評価値を算出することを特徴とする。
本発明によれば、原子炉の運転中に炉心全体の制御棒挿入を常時監視することができる。このため、異常を検知した場合には、例えば、自動で起動する対策設備への信号を発信する他、運転員の対応を促す警報を発することができ、異常発生時の燃料棒への影響を低減することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
LPRM集合体の炉心配置および、監視領域の概略を示す図である。 本発明の実施例の制御棒動作監視システムの概略体系を示す図である。 実施例の制御棒操作監視システムのLPRM集合体の概略を示す図である。 実施例の制御棒操作監視システムのLPRM集合体の概略を示す図である。 実施例の制御棒操作監視システムのLPRM集合体の概略を示す図である。 実施例の制御棒操作監視システムのLPRM集合体の概略を示す図である。 実施例の制御棒操作監視システムのLPRM集合体の概略を示す図である。 実施例の制御棒操作監視システムのLPRM集合体の概略を示す図である。 実施例の制御棒操作監視システムのLPRM集合体の概略を示す図である。 実施例の制御棒操作監視システムのLPRM集合体の概略の他の一例を示す図である。
以下に本発明の制御棒動作監視システムおよび制御棒動作監視方法の実施例を、図1乃至図10を用いて説明する。
図1は炉心内のLPRM集合体および単位格子およびLPRMチャンネルの配置を表す平面図である。図2はLPRM検出器のチャンネル分け方法と各LPRM検出器の信号値の演算方法の一例を表す概念図である。図3乃至図10は、LPRM集合体の概略を示す図である。
なお、各図面において、同一の構成については同一の符号を付して、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。
最初に、LPRM集合体の配置について図1および図2を用いて説明する。
図1および図2に示すように、原子炉の炉心には、圧力容器10が設けられている。
単位格子2は、格子状に配置された燃料集合体4体と、その間隙の位置で挿入、引き出しされるように設置された制御棒1本からなる。
この圧力容器10内には、図1に示すように、205個の単位格子2が配置されている。
この205個の単位格子2に対して、炉心の軸方向に配置された4個の局所出力領域モニター(以下、LPRM検出器という)4から構成された52体のLPRM集合体1が、格子状に配置された4体の単位格子2、あるいは略格子状に配置された3体もしくは2体の単位格子2の間隙に配置されている。
LPRM検出器4の各々は中性子検出器であり、炉心の軸方向に配置された複数個のLPRM検出器4を含むLPRM集合体1は中性子検出器集合体といえる。これらLPRM検出器4によって検出工程が実行される。
図2に示すように、本実施例の制御棒操作監視システムでは、それぞれ異なる高さに配置された4つあるいは3つの近い位置にあるLPRM集合体1の組み合わせ3に属するLPRM検出器4ごとにチャンネル分けが行われている。その詳細は詳しくは後述する。
次いで、本発明の制御棒動作監視システムにおける、LPRM検出器のチャンネル分けの一例と、LPRM検出器の信号値から評価値を算出する演算処理の一例について図2を用いて説明する。
図2に示すように、沸騰水型原子炉の制御棒12の異常な駆動を検出する制御棒動作監視システムは、LPRM集合体1に複数配置されたLPRM検出器4からなる検出部、演算装置5、制御棒駆動装置40、対策設備50、記憶装置30、および警報装置20から構成される。
図2に示すように、それぞれの制御棒12は制御棒駆動装置40に連結されている。
制御棒駆動装置40は、圧力容器10の底部に取り付けられた制御棒駆動機構ハウジング(図示省略)内に設置され、制御棒12の炉心への挿入操作及び制御棒12の炉心からの引抜操作を行う。この制御棒駆動装置40は、BWRであれば、通常運転時の制御棒12の引抜き,挿入として水圧駆動が使われる。また、ABWR(改良型BWR)であれば、スクラム動作は水圧駆動方式、通常の引抜き、挿入は電動駆動方式が使われる。
また、図2に示すように、圧力容器10の下部には、冷却材(冷却水)を循環させるインターナルポンプ14(原子炉内蔵型再循環ポンプ、Reactor Internal Pump:RIP)が設置されている。
本実施例では、図2に示すように、インターナルポンプ14には対策設備50が接続されている。対策設備50は、過負荷検出によりインターナルポンプ14の回路を遮断するトリップ信号や、緊急時に負荷を高速減少させる制御としてインターナルポンプ14のランバック信号の入力を演算装置5から受けたときに、インターナルポンプ14の動作を停止したり、回路を遮断したりする等の制御を実行する。この対策設備50は、トリップ信号やランバック信号の入力を受けると、自動で起動する。
図2に示すように、各LPRM集合体1内では、4個のLPRM検出器4が炉心の下端から炉心の上端に向かって、高さが異なる位置A,位置B,位置C及び位置Dのそれぞれの位置に一つずつ配置されている。
また、本発明では、図2に示すように、1つのLPRM集合体1に属するLPRM検出器4は、1つも重複せずに異なる電源区分に依存しており、各々のLPRM集合体1では、それぞれが1つの電源区分に属している。
更に、一つのLPRM集合体1内において、一つのチャンネルに属するLPRM検出器4が不調になっても、他のチャンネルに属するLPRM検出器4によって局所的な軸方向の出力分布の歪の観測を可能とするため、一つのチャンネルには、隣接する4つのLPRM集合体1から1個ずつ、合計4つのLPRM検出器4を属させている。
このような構成によって、ある一つの電源区分に依存するLPRM検出器4やそのチャンネルが不調になっても、他の電源区分に依存するLPRM検出器4やチャンネルによって局所的な軸方向の出力分布の歪の観測が継続可能となる。これによって異常を検知することが可能となり、多重性を持たせることができる。
図2乃至図5に示すように、LPRM集合体1A内のLPRM検出器4AA,4AB,4AC,4ADは、いずれも異なるチャンネルに属しており、電源区分が異なっている。また、LPRM集合体1B内のLPRM検出器4BA,4BB,4BC,4BDや、LPRM集合体1C内のLPRM検出器4CA,4CB,4CC,4CD、LPRM集合体1D内のLPRM検出器4DA,4DB,4DC,4DDについてもいずれも異なるチャンネルに属しており、電源区分が異なっている。
より具体的には、図2に示すように、あるチャンネルは、LPRM集合体1Dに属するLPRM検出器4DDと、LPRM集合体1Cに属するLPRM検出器4CCと、LPRM集合体1Bに属するLPRM検出器4BBと、LPRM集合体1Aに属するLPRM検出器4AAとから構成される。
また、図3に示すように、図2に示すチャンネルとは異なるチャンネルは、LPRM集合体1Aに属するLPRM検出器4ADと、LPRM集合体1Dに属するLPRM検出器4DCと、LPRM集合体1Cに属するLPRM検出器4CBと、LPRM集合体1Bに属するLPRM検出器4BAとから構成される。
更に、図4に示すように、図2や図3に示すチャンネルとは異なるチャンネルは、LPRM集合体1Bに属するLPRM検出器4BDと、LPRM集合体1Aに属するLPRM検出器4ACと、LPRM集合体1Dに属するLPRM検出器4DBと、LPRM集合体1Cに属するLPRM検出器4CAとから構成される。
そして、図5に示すように、図2乃至図4に示すチャンネルとは異なるチャンネルは、LPRM集合体1Cに属するLPRM検出器4CDと、LPRM集合体1Bに属するLPRM検出器4BCと、LPRM集合体1Aに属するLPRM検出器4ABと、LPRM集合体1Dに属するLPRM検出器4DAとから構成される。
これらの図2乃至図5に示すような4つのチャネルからなる集合体が、図1に示すLPRM集合体の組み合わせ3に相当する。
また、図1に示すように、圧力容器10の外周には3個のLPRM集合体1で組み合わせ3が構成される箇所が合計で6箇所ある。
この6箇所についても、その他の箇所と同様に、例えば図6に示すように、あるチャンネルは、LPRM集合体1Dに属するLPRM検出器4DDと、LPRM集合体1Bに属するLPRM検出器4BBと、LPRM集合体1Aに属するLPRM検出器4AAとから構成する。LPRM集合体1Cに相当する箇所では、仮想的にLPRM検出器4CCの位置に接続する。
また、図7に示すように、図6に示すチャンネルとは異なるチャンネルが、LPRM集合体1Aに属するLPRM検出器4ADと、LPRM集合体1Dに属するLPRM検出器4DCと、LPRM集合体1Bに属するLPRM検出器4BAとから構成される。LPRM集合体1Cに相当する箇所では、仮想的にLPRM検出器4CBの位置に接続する。
更に、図8に示すように、図6や図7に示すチャンネルとは異なるチャンネルが、LPRM集合体1Bに属するLPRM検出器4BDと、LPRM集合体1Aに属するLPRM検出器4ACと、LPRM集合体1Dに属するLPRM検出器4DBとから構成される。LPRM集合体1Cに相当する箇所では、仮想的にLPRM検出器4CAの位置に接続する。
そして、図9に示すように、図6乃至図8に示すチャンネルとは異なるチャンネルが、LPRM集合体1Bに属するLPRM検出器4BCと、LPRM集合体1Aに属するLPRM検出器4ABと、LPRM集合体1Dに属するLPRM検出器4DAとから構成される。LPRM集合体1Cに相当する箇所では、仮想的にLPRM検出器4CDの位置に接続する。
なお、同じチャンネルに属するLPRM検出器4は、図2乃至図9に示すように螺旋状である場合に限られず、図10に示すように、LPRM集合体1Dに属するLPRM検出器4DDと、LPRM集合体1Bに属するLPRM検出器4BCと、LPRM集合体1Aに属するLPRM検出器4ABと、LPRM集合体1Cに属するLPRM検出器4CAとから構成される組と同様の構成の4つの組からなるものとすることができる。
図2に戻り、演算装置5は、各チャンネルに属するLPRM検出器4の信号値Xw,Xw,Xw,Xwから評価値を算出する。そして、軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したか否かを評価値が基準値を逸脱したか否かで判定する。この演算装置5は、CPUやメモリ、インターフェース等(いずれも図示省略)を備えており、演算工程を実行する。
演算装置5では、同一チャンネルに属する4つのLPRM検出器4AA,4BB,4CC,4DDの信号値Xw,Xw,Xw,Xwは、制御棒12挿入時や引き抜き時の軸方向の出力分布の歪を観測するために、それぞれ重みを掛け合わせたうえで加算される。
例えば、上述のように、制御棒12が挿入される際、下部出力が減少し上部出力が上昇する。このため、演算装置5では、軸方向の出力分布の歪みをより明確に検知できるように、同一のチャンネルに属するLPRM検出器4のうち、軸方向上側のLPRM検出器4CC,4DDの検出値に正の重みを、軸方向下側のLPRM検出器4AA,4BBの検出値に負の重みを与えたうえで評価値を算出することができる。
また、演算装置5では、図2乃至図10に示したような同一のチャンネルに属するLPRM検出器4のうち、軸方向上側のLPRM検出器4CC,4DDの検出値に絶対値の大きい重みを、軸方向下側のLPRM検出器4AA,4BBの検出値に絶対値の小さい重みをつけて評価値を算出することができる。
更には、演算装置5は、同一のチャンネルに属するLPRM検出器4の検出値の、基準値からの変化量の絶対値の和を取ることで評価値を演算することができる。
この他にも、演算装置5は、同一のチャンネルに属するLPRM検出器4の検出値の、基準値からの変化量の2乗の和を取ることで評価値を演算することができる。
また、同一チャンネル内の検出値を高さごとに重みづけして加算することに替わって、あるいは加えて、演算装置5は、同一のチャンネルに属するLPRM検出器4のうち、軸方向上側のLPRM検出器4CC,4DDの検出値と、軸方向下側のLPRM検出器4AA,4BBとの比の演算を行うことができる。例えば、最上段のLPRM検出器4DDと最下段のLPRM検出器4AAとの比を演算することができる。
また、演算装置5は、同一のチャンネルに属するLPRM検出器4の検出値の時間あたりの変化量を演算することや、検出値の時間当たりの変化量を重みづけしたのち加算する演算を行うことができる。
この演算装置5における演算処理は、公知の様々な演算規則を用いることができるが、過去の異なる原子炉での運転データや、その過去の運転データの解析結果から機械学習手法によって作成した演算規則を用いるものとすることができる。
そのために、演算装置5には記憶装置30が接続されており、運転データ(LPRM検出器4の検出値と制御棒12との関係等)が記録される。
本実施例の演算装置5は、複数のチャンネルのうち、1つでも演算結果が制限値を逸脱したチャンネルが存在すれば異常と判定し、各種信号が送られる処理を行うことができるが、これに限られず、基準値を逸脱したチャンネルが2以上の所定数以上存在するときに軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したと判定することができ、その設定は原子炉の特性などや求める仕様に応じて適宜設定することができる。
その他にも、例えば依存する電源区分の種類などの基準で、LPRM検出器4の所属するチャンネルをいくつかのチャンネルグループに分け、検出値の演算結果が基準値を逸脱したチャンネルを含むチャンネルグループの数が、あらかじめ決められた数以上となった場合に信号を送る異常判定を行うことができる。
また、演算装置5は、故障したLPRM検出器4の検出値を使用しないバイパス機能を有している。この機能は、例えば、ある特定のLPRM検出器4の検出値が同じチャンネル(異なるLPRM集合体1)に属する他のLPRM検出器4の検出値や、同じLPRM集合体1(異なるチャンネル)に属するLPRM検出器4の検出値に比べて一つだけ突出して異なるような場合に故障が発生しているとして、該当するLPRM検出器4の検出値を使用しないものとする。なお、バイパス機能はこれに限られないことは言うまでもない。
これらの各種の演算によって求めた評価値から異常な歪みが発生したと判定されたときは、演算装置5は、対策設備50や制御棒駆動装置40、警報装置20に対して信号を出力する。
例えば、演算装置5は、制御棒12の駆動を停止する信号や、原子炉をスクラムするための制御棒12の緊急挿入信号を制御棒駆動装置40に対して出力する。これらの信号の入力を受けた制御棒駆動装置40は、制御棒12の駆動を停止させる、あるいはスクラム動作を実行する。
また、演算装置5は、過負荷検出によりインターナルポンプ14の回路を遮断するトリップ信号や、緊急時に負荷を高速で減少させるインターナルポンプ14のランバック信号を対策設備50に対して出力する。これらの信号の入力を受けた対策設備50は、インターナルポンプ14をトリップあるいはランバックさせる制御を実行する。
更には、原子炉の中央制御装置(図示省略)内の警報装置20に対して警報発砲信号を出力し、運転員に対して異常事態の発生を通知する。
次に、本実施例の効果について説明する。
上述した本発明の実施例の制御棒動作監視システムは、沸騰水型原子炉の制御棒12の異常な駆動を検出するシステムであって、圧力容器10内に格子状に配置されたLPRM集合体1に複数配置されたLPRM検出器4からなる検出部と、検出部のLPRM検出器4の信号値から評価値を算出し、軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したか否かを評価値が基準値を逸脱したか否かで判定する演算装置5と、を備え、1つのLPRM集合体1には、高さが異なる位置に一つずつLPRM検出器4が配置されており、1つのLPRM集合体1に属する複数のLPRM検出器4は、重複することなく異なるチャンネルに接続されているものである。
これによって、原子炉の運転中に炉心全体の制御棒挿入を常時監視することができ、このため、異常を検知した場合には、自動で起動する対策設備への信号を発信する他、運転員の対応を促す警報を発することができ、異常発生時の燃料棒への影響を低減することができる。特に、原子炉の運転中において、制御棒の一斉挿入による軸方向出力分布の歪を常時監視することができ、複数の制御棒が同時に炉心に挿入される事象における燃料棒の破損を防止することができる。
また、1つのLPRM集合体1に属するLPRM検出器4は、重複せずに異なる電源区分に依存していることによって、ある一つの電源区分に依存するチャンネルが使用不能となっても、LPRM集合体1内でも他の電源区分に依存するチャンネルに属するLPRM検出器4により出力の検出を続行できるため、異常を漏らさずに検知することができる。よってより確実に常時監視を実現することができる。
更に、故障したLPRM検出器4の検出値を使用しないバイパス機能を有していることで、LPRM検出器4に故障が発生した際に、異常検出値を用いた判定が行われることを抑制することができ、出力分布の監視精度の更なる向上を図ることができる。
また、演算装置5は、1つでも基準値を逸脱したチャンネルが存在したときには軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したと判定することにより、出力上昇に対してより速やかに対処することができるようになり、異常な出力上昇をより確実に抑制することができる。
更に、演算装置5は、基準値を逸脱したチャンネルが2以上の所定数以上存在するときに軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したと判定することにより、問題の生じない突発的な出力上昇を異常な出力上昇と判断して不要な緊急対処処理が行われることを抑制することができ、安定した原子炉の運転が可能となる。
また、演算装置5は、同一のチャンネルに属するLPRM検出器4のうち、軸方向上側のLPRM検出器4の検出値に正の重みを、軸方向下側のLPRM検出器4の検出値に負の重みをつけて評価値を算出することで、制御棒12の挿入によって演算結果の値が増大するため、制御棒12の挿入による異常な軸方向出力分布の歪をより高精度に検出することができる。
更に、演算装置5は、同一のチャンネルに属するLPRM検出器4のうち、軸方向上側のLPRM検出器4の検出値に絶対値の大きい重みを、軸方向下側のLPRM検出器4の検出値に絶対値の小さい重みをつけて評価値を算出することや、同一のチャンネルに属するLPRM検出器4のうち、軸方向上側のLPRM検出器4の検出値と、軸方向下側のLPRM検出器4の検出値の比を演算すること、同一のチャンネルに属するLPRM検出器4の検出値の時間あたりの変化量を演算すること、同一のチャンネルに属するLPRM検出器4の検出値の、基準値からの変化量の絶対値の和を取ることで評価値を演算すること、同一のチャンネルに属するLPRM検出器4の検出値の、基準値からの変化量の2乗の和を取ることで評価値を演算することによっても、制御棒12の挿入による異常な軸方向出力分布の歪をより高精度に検出することができる。
また、演算装置5は、過去の運転データ、過去の運転データの解析結果から機械学習手法によって作成した演算規則を用いて評価値を演算することで、高い精度で評価値を演算することができ、監視精度の向上を図ることができる。
更に、演算装置5は、異常な歪みが発生したと判定されたときは、制御棒12の駆動を停止する信号、原子炉をスクラムする信号、インターナルポンプ14のトリップ信号、インターナルポンプ14のランバック信号のうち少なくともいずれかの信号を発することにより、異常な出力上昇を抑制するための対処を速やかに実行することができ、燃料棒の破損をより確実に防止することができる。
<その他>
なお、本発明は上記の実施例に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。
1,1A,1B,1C,1D…LPRM集合体
2…単位格子
3…LPRM集合体の組み合わせ
4,4AA,4AB,4AC,4AD,4BA,4BB,4BC,4BD,4CA,4CB,4CC,4CD,4DA,4DB,4DC,4DD…LPRM検出器
5…演算装置
10…圧力容器
12…制御棒
14…インターナルポンプ
20…警報装置
30…記憶装置
40…制御棒駆動装置

Claims (13)

  1. 沸騰水型原子炉の制御棒の異常な駆動を検出する制御棒動作監視システムであって、
    炉心内に格子状に配置されたLPRM集合体に複数配置されたLPRM検出器からなる検出部と、
    前記検出部の前記LPRM検出器の信号値から評価値を算出し、軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したか否かを前記評価値が基準値を逸脱したか否かで判定する演算装置と、を備え、
    1つの前記LPRM集合体には、高さが異なる位置に1つずつ前記LPRM検出器が配置されており、
    前記1つのLPRM集合体に属する前記複数の前記LPRM検出器は、重複することなく異なるチャンネルに接続されており、
    前記演算装置は、同一のチャンネルに属するLPRM検出器のうち、軸方向上側の前記LPRM検出器の検出値に正の重みを、軸方向下側の前記LPRM検出器の検出値に負の重みをつけて前記評価値を算出する
    ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
  2. 沸騰水型原子炉の制御棒の異常な駆動を検出する制御棒動作監視システムであって、
    炉心内に格子状に配置されたLPRM集合体に複数配置されたLPRM検出器からなる検出部と、
    前記検出部の前記LPRM検出器の信号値から評価値を算出し、軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したか否かを前記評価値が基準値を逸脱したか否かで判定する演算装置と、を備え、
    1つの前記LPRM集合体には、高さが異なる位置に1つずつ前記LPRM検出器が配置されており、
    前記1つのLPRM集合体に属する前記複数の前記LPRM検出器は、重複することなく異なるチャンネルに接続されており、
    前記演算装置は、同一のチャンネルに属するLPRM検出器のうち、軸方向上側のLPRM検出器の検出値に絶対値の大きい重みを、軸方向下側のLPRM検出器の検出値に絶対値の小さい重みをつけて前記評価値を算出する
    ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
  3. 沸騰水型原子炉の制御棒の異常な駆動を検出する制御棒動作監視システムであって、
    炉心内に格子状に配置されたLPRM集合体に複数配置されたLPRM検出器からなる検出部と、
    前記検出部の前記LPRM検出器の信号値から評価値を算出し、軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したか否かを前記評価値が基準値を逸脱したか否かで判定する演算装置と、を備え、
    1つの前記LPRM集合体には、高さが異なる位置に1つずつ前記LPRM検出器が配置されており、
    前記1つのLPRM集合体に属する前記複数の前記LPRM検出器は、重複することなく異なるチャンネルに接続されており、
    前記演算装置は、同一のチャンネルに属するLPRM検出器の検出値の時間あたりの変化量を演算する
    ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
  4. 沸騰水型原子炉の制御棒の異常な駆動を検出する制御棒動作監視システムであって、
    炉心内に格子状に配置されたLPRM集合体に複数配置されたLPRM検出器からなる検出部と、
    前記検出部の前記LPRM検出器の信号値から評価値を算出し、軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したか否かを前記評価値が基準値を逸脱したか否かで判定する演算装置と、を備え、
    1つの前記LPRM集合体には、高さが異なる位置に1つずつ前記LPRM検出器が配置されており、
    前記1つのLPRM集合体に属する前記複数の前記LPRM検出器は、重複することなく異なるチャンネルに接続されており、
    前記演算装置は、同一のチャンネルに属するLPRM検出器の検出値の、基準値からの変化量の絶対値の和を取ることで前記評価値を演算する
    ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
  5. 沸騰水型原子炉の制御棒の異常な駆動を検出する制御棒動作監視システムであって、
    炉心内に格子状に配置されたLPRM集合体に複数配置されたLPRM検出器からなる検出部と、
    前記検出部の前記LPRM検出器の信号値から評価値を算出し、軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したか否かを前記評価値が基準値を逸脱したか否かで判定する演算装置と、を備え、
    1つの前記LPRM集合体には、高さが異なる位置に1つずつ前記LPRM検出器が配置されており、
    前記1つのLPRM集合体に属する前記複数の前記LPRM検出器は、重複することなく異なるチャンネルに接続されており、
    前記演算装置は、同一のチャンネルに属するLPRM検出器の検出値の、基準値からの変化量の2乗の和を取ることで前記評価値を演算する
    ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
  6. 沸騰水型原子炉の制御棒の異常な駆動を検出する制御棒動作監視システムであって、
    炉心内に格子状に配置されたLPRM集合体に複数配置されたLPRM検出器からなる検出部と、
    前記検出部の前記LPRM検出器の信号値から評価値を算出し、軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したか否かを前記評価値が基準値を逸脱したか否かで判定する演算装置と、を備え、
    1つの前記LPRM集合体には、高さが異なる位置に1つずつ前記LPRM検出器が配置されており、
    前記1つのLPRM集合体に属する前記複数の前記LPRM検出器は、重複することなく異なるチャンネルに接続されており、
    前記演算装置は、過去の運転データ、前記過去の運転データの解析結果から機械学習手法によって作成した演算規則を用いて前記評価値を演算する
    ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
  7. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の制御棒動作監視システムにおいて、
    前記1つのLPRM集合体に属する前記LPRM検出器は、重複せずに異なる電源区分に依存しており、ある1つの電源区分に依存する前記LPRM検出器のチャンネルが使用不能となっても他の電源区分に依存する前記チャンネルにより異常を検知する
    ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
  8. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の制御棒動作監視システムにおいて、
    故障した前記LPRM検出器の検出値を使用しないバイパス機能を有している
    ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
  9. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の制御棒動作監視システムにおいて、
    前記演算装置は、1つでも前記基準値を逸脱したチャンネルが存在したときには軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したと判定する
    ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
  10. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の制御棒動作監視システムにおいて、
    前記演算装置は、前記基準値を逸脱したチャンネルが2以上の所定数以上存在するときに軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したと判定する
    ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
  11. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の制御棒動作監視システムにおいて、
    前記演算装置は、同一のチャンネルに属するLPRM検出器のうち、軸方向上側のLPRM検出器の検出値と、軸方向下側のLPRM検出器の検出値の比を演算する
    ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
  12. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の制御棒動作監視システムにおいて、
    前記演算装置は、異常な歪みが発生したと判定されたときは、制御棒の駆動を停止する信号、原子炉をスクラムする信号、RIPトリップ信号、RIPランバック信号のうち少なくともいずれかの信号を発する
    ことを特徴とする制御棒動作監視システム。
  13. 沸騰水型原子炉の制御棒の異常な駆動を検出する制御棒動作監視方法であって、
    炉心内に格子状に配置されたLPRM集合体に複数配置され、1つの前記LPRM集合体には、高さが異なる位置に1つずつLPRM検出器が配置されており、前記1つのLPRM集合体に属する前記複数の前記LPRM検出器は、重複することなく異なるチャンネルに接続されており、
    前記LPRM検出器によって前記炉心の出力を検出する検出工程と、
    前記検出工程によって検出された前記LPRM検出器の信号値から評価値を算出し、軸方向の出力分布の異常な歪みが発生したか否かを前記評価値が基準値を逸脱したか否かで判定する演算工程と、を有しており、
    前記演算工程では、
    同一のチャンネルに属するLPRM検出器のうち、軸方向上側の前記LPRM検出器の検出値に正の重みを、軸方向下側の前記LPRM検出器の検出値に負の重みをつけて前記評価値を算出する
    同一のチャンネルに属するLPRM検出器のうち、軸方向上側のLPRM検出器の検出値に絶対値の大きい重みを、軸方向下側のLPRM検出器の検出値に絶対値の小さい重みをつけて前記評価値を算出する
    同一のチャンネルに属するLPRM検出器の検出値の時間あたりの変化量を演算する
    同一のチャンネルに属するLPRM検出器の検出値の、基準値からの変化量の絶対値の和を取ることで前記評価値を演算する
    同一のチャンネルに属するLPRM検出器の検出値の、基準値からの変化量の2乗の和を取ることで前記評価値を演算する
    過去の運転データ、前記過去の運転データの解析結果から機械学習手法によって作成した演算規則を用いて前記評価値を演算する
    のうちいずれかを実行する
    ことを特徴とする制御棒動作監視方法。
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