JPH0139121B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はプラントの運転ガイド装置に係り、特
に原子力発電のための主要機器系統からなる主シ
ステムと制御系或は補機系などからなる複数個の
サブシステムとを有する原子力発電プラントの事
故発生時における運転操作の信頼性の向上を図つ
た運転ガイド装置に関する。 原子力発電プラントは、一般に原子炉がタービ
ン発電機などの主システムと主システムのための
制御系、補機系や非常用冷却系などの多数のサブ
システムから構成される非常に複雑なシステムを
有しているために、各種の自動制御機構を備えて
プラントの運転操作の信頼性及び安全性の向上を
図るよう配慮されている。 しかし、上記自動制御機構で考慮されていない
部分での事故や制御機構自体の故障などの発生時
に対しても、適切な対応処置が必要であるが大規
模かつ複雑なシステムであるために、運転員の総
合的かつ迅速な判断が要求される。特に、事故発
出時、原子炉スクラムによる停止以後は、安全な
冷温停止状態に移行する迄には原子炉水位、圧力
等主要プロセス量を監視しながら各種のサブシス
テムを手動起動して適切に運転操作しなければな
らない。このような場合、通常は運転操作マニユ
アルに基づいた操作で対応可能であるがサブシス
テムの多重故障発生時、あるいはほとんど予測不
可な事故発生時においては、運転員の判断および
対応操作に依存しているために、大規模かつ複雑
なシステムからなるプラントにおいては運転員の
誤判断、誤操作を引き起こす原因ともなりプラン
トの安全な運転に支障をきたす虞れがあつた。 本発明の目的は、従来のこのような問題を解消
し、大規模かつ複雑なシステムからなるプラント
の通常の運転操作外の対応操作を必要とする事故
発生時においても、プラントを安全に運転できる
ようにした運転ガイド装置を提供するにある。 上記の目的を達成するために、本発明は主要機
器系統からなる主システムと該主システムのため
の制御系又は補機系などからなる複数のサブシス
テムを有するプラントの運転ガイド装置におい
て、前記主システムの主要プロセス量とその変化
率を取り込み該プロセス量の目標値に対する偏差
指標を求めるための偏差指標計算手段と、前記サ
ブシステムの運転又は停止の状態を判別するため
の運転停止判別手段と、前記サブシステムの異常
発生の有無を検出するための異常有無検定手段
と、予め設定されている前記各サブシステムに運
転制限条件を検定するための運転制限検定手段
と、前記偏差指標計算手段によつて得た前記各プ
ロセス量の偏差指標が予め設定されている基準値
以上となるプロセス量を選定して、前記各サブシ
ステムの運転要求指標を計算し、前記運転停止判
別手段及び前記異常有無検定手段によつて選定し
た前記サブシステムのうち前記運転要求指標が所
定値以上の該サブシステムの起動要求を出力する
起動要求選択手段と、該起動要求選択手段によつ
て起動要求された前記サブシステムが前記運転制
限検定手段の制限条件を満す場合には該サブシス
テムに対して起動指令を出力し、又は該制限条件
を満たさない場合には該サブシステムに対して停
止指令を出力し、又は制限条件を満たさないプロ
セス量を緩和するように前記サブシステムに対し
操作指令を出力する運転ガイド計算手段とを具備
することを特徴とする。 以下本発明の１実施例を図面に基づいて説明す
る。第１図は、本発明によるプラントの運転ガイ
ド装置のブロツク構成図を示したものである。本
実施例では沸騰水型原子力発電所を対象のプラン
トとして説明するが、他プラントにおいても考え
方は全く同様に適用できるものである。プラント
１は、原子炉、タービン、発電機からなる主シス
テム２と給水流量制御系やタービン制系などの主
要制御系、原子炉浄化系、隔離時冷却系、残留熱
除去系などの補機系、高圧炉心スプレイ系、自動
減圧系などの非常用冷却系等からなるサブシステ
ム３とによつて構成されている。プラント１の運
転ガイドは、主システムの主要なプロセス量を目
標値に導くための適切な対応操作を基本とするも
のである。ここで述べる主要なプロセス量は、例
えば原子炉出力、原子炉水位、原子炉圧力、圧力
抑制室水温度などであり、これらはプラントの運
転状態を表わすものである。本発明になる運転ガ
イド装置の機能設計にあたつての基本的考え方
は、上記プラントの運転状態に対応した適切なサ
ブシステムの運転指示を与えることによりプロセ
ス量を目標値に保つて、プラントを安全な状態に
確保しておくことである。このためまずプロセス
量偏差指標計算部４で主システムの主要なプロセ
ス量とその変化率をとり込み、目標値との偏差指
標を求める。この偏差指標には、プロセス量の変
化方向も反映させる。すなわち偏差量が大であつ
も変化方向が偏差量を減少させるようであれば対
応操作の緊急度は低いと考えられるからである。
これらを満足する偏差指標の関数形の１例を次式
で示す。 f_i（δX_i・X〓_i）＝〔δX_i／h_0i〕＋〔X〓_i／h_1i〕…
…(1) δX_i＝X_i−X_i ^* ……(2) ここで、X_i：プロセス量ｉの検出値 X_i ^*：プロセス量での目標値 X〓_i：プロセス量ｉの変化検出値 h_0i，h_1i：定数 〔 〕：ガウス記号 第１式、第２式に基づいて、例えば原子炉水位
について計算してみると、X_i ^*＝０（cm）、X_i＝−
53（cm）、X〓_i＝−１（cm／ｓ）、h_0i＝10（cm）、h_1i
＝
0.2（cm／ｓ）とした場合、偏差指標はf_i（δX_i，X〓_i
）
＝−10となる。一方サブシステムの運転指令を決
定するにはこれらの状態を把握しておく必要があ
る。そのための機能として、サブシステム運転停
止判別部５、サブシステム異常有無検定部６およ
びサブシステム運転制限検定部７を有している。
サブシステム運転停止判別部５は、サブシステム
中のポンプ流量、ポンプ回転数、配管中の弁開閉
状態などのサブシステム状態量をとり込み、各サ
ブシステム固有の与えられた判定条件により運転
中か停止中かを判別するものである。サブシステ
ム異常有無検定部６は、上記サブシステム状態量
をとり込み予め与えられてある正常運転中の状態
量と比較して、正常に機能しているか否かを判定
するものである。したがつて異常か否かは、運転
中において判定されるものであり、一度異常を検
出すればこの情報を記憶しておくが、起動以前の
場合は正常とみなして処理する。サブシステム運
転制限検定部７は、各サブシステムに設定されて
いる固有の運転制限条件を検定するもので、これ
らは一般には主システムのプロセス量と運転モー
ドの論理的組合わせで決められている。たとえ
ば、停止時冷却系を考えると、次のような条件が
ある。 原子炉圧力＜7.8Kg／cm²ｇ 圧力抑制室プール水温度＜100℃ これらの運転制限条件は、運転制限条件論理表
８としてあらかじめ与えておくもので、各サブシ
ステム毎に制限条件の検定を行つて運転可能か否
かを出力するようにしている。 次にサブシステム起動要求選択部１１について
説明する。第２図は起動要求作動の概略フローチ
ヤートを示したものである。 プロセス量偏差指標計算部４の出力である各プ
ロセス量の偏差指標の絶対値に対して、しきい値
以上となるプロセス量を選定し、大きい順に重要
度順位をつける。 L_i＝｜ｆ（δX_i，X〓_i）｜ ……(3) Lp₁＞Lp₂＞……＞Lp_N……＞L^* ……(4) ここで、L^*：しきい値 p₁〜p_N：選択されたプロセス量番号 以下、選定されたプロセス量p_k（ｋ＝１，Ｎ）
に対して、各サブシステムのうちから最も状況に
適応したサブシステムを選択するために全サブシ
ステムの運転要求指標を計算する。このためには
第１表に示すような主要プロセス量（ｘ）に対す
る各サブシステム（ｕ）運転の効果を表すプラン
トの構造マトリツクス表９を設けて使用する。

【表】 この構造マトリツクスＡ（ｎ×ｍ）の要素a_ijは
次のように決定される。 a_ij＝サブシステムｊのみ運転している時のプロ
セス量ｉの変動効果 主要プロセス量番号ｉ＝１，……，ｎ サブシステムの番号ｊ＝１，……，ｍ 第２表は構造マトリツクスの１例を示したもの
である。

【表】 第２表において要素の符号正負はプロセス量変
化率符号正負に対応し、零はサブシステム運転の
寄与が全くないこと表すものである。 また、この他に第３表に例を示すようなサブシ
ステム運転の優先度を示す表１０を設けて使用す
る。

【表】 この表は通常運転時の運転操作マニユアルで決
定されているプロセス量ｉの対応操作で運転する
サブシステムの優先度を表すもので、数値が高い
程優先度が高く、数値符号が負のものは干渉効果
によりプロセス量操作に逆の変化を与えることを
示している。 プロセス量p_kの操作に対応したサブシステムｊ
の運転要求指標には、プロセス量の偏差指標の大
きさに対応した運転操作が行なわれるよう考慮さ
れている。すなわち、プロセス量の偏差指標の絶
対値が大なる場合は危急時であるので運転効果の
大なるサブシステムを起動し、そうでない場合は
通常の起動優先順位を選択する。これらを満足す
る関数の例を以下に示す。 プロセス量ｉに対するサブシステムｊの運転要
求指標S_ijは次式で表わされる。 S_ij＝C₁・J_i・a_ij＋C₂N_ij ……(5) あるいは S_ijM_ax（C₃・J₁・a_ij，C₄N_ij） ……(6) あるいは S_ij＝J_i・a_ij・N_ij ……(7) ここで、J_ij：ｆ（δX_i，X〓_i）プロセス量ｉの偏差
指標 N_ij：プロセス量ｉに対するサブシ
ステムｊの運転優先度 C₁〜C₄：定数 以下具体的な適用例について説明する。プロセ
ス量ｉとしては、次の場合を考える。 ｉ＝１：原子炉水位 ２：原子炉圧力 ３：圧力抑制室プール水温度 サブシステムｊとしては、次の場合を考えること
にする。 ｊ＝１：逃し安全弁（SRV） ２：隔離時冷却系（RCIC） ３：高圧炉心スプレイ系（HPCS） ４：自動減圧系（ADS） ５：低圧炉心スプレイ系（LPCS） ６：残留熱除去系蒸気凝縮モード（RHR
−CM） ７：残留熱除去系プール水冷却モード
（RHR−PCM） 各サブシステムが各プロセス量に及ぼす効果を
見積り、構造マトリツクスを第２表で、サブシス
テムの優先度を運転操作マニユアルで調査した第
３表で与える。 そこで、プラントの事故事象としてタービント
リツプで所内電源喪失が発生した場合を想定す
る。この場合第４図のようなプロセス量応答が考
えられる。 原子炉スクラム後短時間の事象としては、原子
炉圧力が上昇し、逃し弁が作動するが、その後圧
力変化はゆるやかとなる。又原子炉水位は圧力変
動の影響で変動している。いま時間t₀で本発明の
ガイド装置を起動したとする。まず、各主要なプ
ロセス量の偏差指標を(1)，(2)式で計算する。その
結果第４表が得られたとする。

【表】 次に、プロセス量ｉに対するサブシステムｊの
運転要求指標S_ijの計算を行うが、関数形として
は(5)式を用い、定数C₁＝−1.0，C₂＝3.0をとり、
a_ij，N_ij，J_iとして第２表、第３表および第４表の
データを用いて計算した結果を第５表に示す。

【表】 この結果得られるサブシステムの運転要求指標
S_ijは、符号が正で数値が大きいもの程運転要求
が高く、逆に符号が負のものについてはその運転
が問題のプロセス量偏差指標の絶対値減少に逆の
効果があるサブシステムであることを示してい
る。 又、第３表と第５表の比較から偏差指標の大き
いプロセス量（ｉ＝１；原子炉水位）では運転要
求順位が運転優先順位と異なつており、偏差指標
の比較的小さいプロセス量（ｉ＝２；原子炉圧
力）については両者がほぼ一致していることがわ
かり、プラントの状況に対応したサブシステムの
選択がなされていることがわかる。 次にサブシステムの運転停止判別部５とサブシ
ステム異常有無検定部６の出力によりサブシステ
ムを選定する。いまこれらの演算結果が第６表の
u_jとλ_jで表わされたとする。ここで、u_j，λ_jは u_j＝０：サブシステムｊが停止中 １： 〃 運転中 ……(8) λ_j＝０：サブシステムが異常 １： 〃 正常 ……(9) を表わしている。

【表】 第６表に示す結果によれば、サブシステムNo.１
とNo.４〜７に対してのみ起動要求を出力すること
が可能である。次に、運転要求指標のしきい値を
設定し、これをこえるサブシステムについてのみ
起動要求を出力することとする。しきい値をS^*
＝20とするとプロセス量No.１（原子力水位）につ
いてはサブシステムNo.５（LPCS）をプロセス量
No.２（原子炉圧力）についてはサブシステムNo.４
と（ADS）とNo.６（RHR−CM）の起動要求を出
力することとなる。 次に運転ガイド計算部１２について説明する。
第３図は、運転ガイド計算部の演算内容の概略フ
ローチヤートを示したものである。まずサブシス
テム運転停止判別部５の出力とサブシステム運転
制限検定部７の出力から、運転中のサブシステム
で制限にかかつたものについて停止指令を出力す
る。運転制限検定結果は第６表のv_jで示すが、こ
こでv_jは v_j＝０：サブシステムが制限にかからない １： 〃 制限にかかる …(10) を表わしている。 第６表のu_jとv_jを比較すると、サブシステムNo.
１（SRV）とサブシステムNo.５（LPCS）について
は既に停止中で停止指令を出力する必要がないこ
とになる。更に、サブシステム起動要求選択部１
１の出力による起動要求のサブシステムについて
運転制限条件を検定する。この例では、プロセス
量No.１原子炉水位に対して出力されたサブシステ
ムNo.５（LPCS）の起動要求が、運転制限条件に
かかつていることがわかる。この例の場合は、プ
ロセス量No.１（原子炉水位）は偏差指標の絶対値
が最大、すなわち最重要度のプロセス量であり、
このような場合には運転制限条件となつているプ
ロセス量を検定し、これの操作指令を出力する。
例えば、制限条件として原子炉圧力が高いことが
わかつたら、原子炉圧力の減圧操作指令を出力す
る。また、上記運転制限条件にかからなかつたサ
ブシステムについては起動指令を出力するように
する。したがつて、この例ではサブシステムNo.５
（LPCS）の運転制限条件となつている原子炉圧
力を減少させる必要がある。そこでプロセス量No.
２（原子炉圧力）減少に効果の大きいサブシステ
ムを第２表から探索し、同時に転可能か否かを第
６表で確認するとサブシステムNo.４（ADS）を作
動させれば良いことがわかる。サブシステムNo.４
（ADS）起動の運転ガイドでADSを手動させると
原子炉圧力は降下するが、同時に炉水も蒸気とな
つて流出するために原子炉水位も低下する。また
プロセス量No.３（プール水温度）は圧力抑制室に
蒸気が流入するために上昇する。時間t₁になると
プロセス量No.３（プール水温度）の偏差指標J₃は
対応操作が要求される程増大し、既に述べた演算
過程によりサブシステムNo.７（RHR−PCM）の
起動要求が出る。 更に時間t₂に至ると、原子炉圧力が十分減少
し、サブシステムNo.５（LPCS）の運転可能な圧
力、 p_R〜40.0Kg／cm²ｇ になつて運転制限条件にかからなくなる。運転ガ
イド計算部１２ではこれを判定してサブシステム
No.５（LPCS）の運転指令を出力し、同時にサブ
システムNo.４（ADS）の停止指令も出力する。
LPCS起動後、原子炉水位は回復し、やがて時間
t₃になると、目標水位を越えて運転制限条件にか
かり、サブシステムNo.５（LPCS）の停止指令が
出力される。一方、プール水温度はADS停止時
より、RHR−RCMが作動中であるために降下を
始め、時間t₄に至るとサブシステムNo.７（RHR−
PCM）の運転制限条件にかかり、停止指令が出
力されるようになる。尚指令信号はガイド表示部
１３に表示される。 このようにして、本発明においてはプラントの
諸プロセス量の変動状態とサブシステムの状態を
考慮した適切な運転指令を出力することができ
る。 ここで、特願昭55−43050号と本発明の関連お
よび相違点を述べると、両発明ともプラントの正
常状態からのズレを示す徴候を検知し、適切な対
応処理をガイドする点では同じであるが、対応処
置の導出方法において大きく相違している。すな
わち、前者の発明ではプラントシステムのシミユ
レータを用い、あるサブシステムを起動した場合
のプラントプロセス量の応答をシミユレーシヨン
し、いくつかのサブシステムについてこれらを繰
返した結果を判定して最適なサブシステム起動停
止指令を決定するのに対し、本発明ではプラント
構造マトリツクス表を用いたアルゴリズムによ
り、一連の計算から直ちにサブシステム群の起動
停止指令を得る精度の良いシミユレータを使用す
る場合はシミユレーシヨン計算にある程度の時間
を要することは避けられず、しかも繰り返し実施
するので短時間の間に結果を得ることは難しい。
したがつて、特願昭55−43050号の発明はプラン
トの状態が対応操作を決定もするのに比較的時間
余裕がある場合に適している。 以上述べたように、本発明によればプラントの
主要なプロセス量の目標値との偏差指標を計算し
各サブシステムの運転効果度を起動優先順位から
上記偏差指標の最大なるプロセス量に対応したサ
ブシステムを選択し、各サブシステムの異常有無
と運転制限条件を考慮して運転ガイドを出力する
ようにしたことによつて、 (1) プラントの状態に対応した運転ガイドがオン
ラインで迅速に出力可能である。 (2) プラントシステムの故障状態の原因に拘ら
ず、常にプラントの安全を確保した対応操作の
出力が可能である。 (3) 通常の運転操作外の対応操作を必要とする事
故発生時においても、運転員の誤判断、誤操作
を防止することができるなどの効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるプラントの運転ガイド装
置のブロツク構成図、第２図は本発明による装置
のサブシステム起動要求部の演算内容を示す概略
フローチヤート、第３図は同装置の運転ガイド計
算部の演算内容を示す概略フローチヤート、第４
図は沸騰水形原子炉（BWR）プラントのスクラ
ム後に本発明の運転ガイド装置を適用した場合の
プロセス量変化状態を示す図である。 １…プラント、２…主システム、３…サブシス
テム、４…プロセス量偏差指標計算部、５…サブ
システム運転停止判別部、６…サブシステム異常
有無検定部、７…サブシステム運転制限検定部、
８…運転制限条件論理表、９…プラント構造マト
リツクス表、１０…サブシステム運転優先順位
表、１１…サブシステム起動要求選択部、１２…
運転ガイド計算部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主要機器系統からなる主システムと該主シス
   テムのための制御系又は補機系などからなる複数
   のサブシステムを有するプラントの運転ガイド装
   置において、前記主システムの主要プロセス量と
   その変化率を取り込み該プロセス量の目標値に対
   する偏差指標を求めるための偏差指標計算手段
   と、前記サブシステムの運転又は停止の状態を判
   別するための運転停止判別手段と、前記サブシス
   テムの異常発生の有無を検出するための異常有無
   検定手段と、前記各サブシステムに予め設定され
   ている運転制限条件を検定するための運転制限検
   定手段と、前記偏差指標計算手段によつて得た前
   記各プロセス量の偏差指標が予め設定されている
   基準値以上となるプロセス量を選定して、前記各
   サブシステムの運転要求指標を計算し、前記運転
   停止判別手段及び前記異常有無検定手段によつて
   選定した前記サブシステムのうち前記運転要求指
   標が所定値以上の該サブシステムに起動要求を出
   力する起動要求選択手段と、該起動要求選択手段
   によつて起動要求された前記サブシステムが前記
   運転制限検定手段の制限条件を満す場合には該サ
   ブシステムに対して起動指令を出力し、又は該制
   限条件を満たさない場合には該サブシステムに対
   して停止指令を出力し、又は制限条件を満たさな
   いプロセス量を緩和するように前記サブシステム
   に対し操作指令を出力する運転ガイド計算手段と
   を含むことを特徴とするプラントの運転ガイド装
   置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、運転要求指
   標は予め主要プロセス量増減の変化率に基づき設
   定した値を要素とするプラント構造マトリツクス
   と各サブシステム運転優先度を設け、前記主要プ
   ロセス量の偏差指標と前記構造マトリツクス要素
   と前記各サブシステム運転優先度との関数によつ
   て定まるように構成したことを特徴とするプラン
   トの運転ガイド装置。