JPH03128496A - 発電プラントの水質診断システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は発電プラントの水質管理における診断技術に係
り、電子計算機を利用した診断方法に関する。

〔従来の技術〕

従来技術について最も技術的に進んでいる沸騰水型原子
炉（ＢＷＲ）プラントを例にとり以下に説明する。ＢＷ
Ｒの水質管理は各系統に設置しである導電率計及び溶存
酸素計により中央制御室で常時監視されている。水質で
特にモニターとして重要なものはイオン性不純物能度の
総和として検出される導電率である。

すなわち例えば復水器冷却管ピンホール等により復水が
復水器内に混入した場合復水器ホットウェル導電率がそ
の濃度（混入量）に比例して上昇し、導電率がある値通
常０．２μｓ（ｍ）になると中央制御室に警報が出るシ
ステムとなっている。

海水中の塩素はステンレス鋼の応力腐食割れ（ＳＣＣ）
の誘発物質として特に重要な元素である。この復水器ホ
ットウェルの導電率上昇という警報によりはじめて中央
制御室の運転員はその警報が計器の誤作動の可能性をも
含めて混入量の推定、復水浄化系の残留イオン交換容量
の計算、補修対策方針立案などの作業を行なう。現在運
用されているＢＷＲはすムてこれらの作業は熟練者によ
り手作業で行なわれている。この作業を自動化するため
、最近、冒頭にあげた学会等で人工知能（ＡＩ）を利用
したエキスパートシステムが紹介されている。

これらのエキスパートシステムは、市販されているエキ
スパートシェル（エキスパートシステム構築ツール）を
使用し、そのツール上に知識ベースとなる種々の判断基
準及びデータベースと連結して推論するシステムである
。

この場合、例えば、観測事象から原因を推論するいわゆ
る前向き推論が原子力発電所の化学管理に最も適用され
やすい推論方法であるが、従来のエキスパートシェルで
は、１つ１つの観測事象から原因までたどるのに種々の
回答（インプット）と長時間を必要としていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

ＢＷＲの水質管理は、長年熟練者により、異常の有無、
予測・ガイダンスを行なってきた。先にも述べたように
運転基数の増加に伴う熟練者不足が深刻となり、近年開
発されつつある人工知能（ＡＩ）を利用したプロトタイ
プも発表されている。このエキスパートシステムで問題
なのは、従来の推論方法（従来技術）では１つ１つの観
測事象から原因究明に至るまでにうたがわしい全ての知
識をその推論過程に添って履行しなければならなかった
。例えば、収水浄化系出口の導電字高の信号が出た場合
、原因としては先の復水器海水混入のばか原因が大まか
に分類しても１０種類はどになる。最も原因種が複雑な
炉水導電字高の場合は、原因が１００種類以上にもなる
。このように原因が多い場合、診断結果が出るまでに長
時間を要すること、また結果を導出するまでに計算機か
らの間合せに対して種々の回答（インプット）を要する
など非現実的な面があった。

一方プラントの異常の兆候が明白になる前にプラントの
状態変化から僅かな兆候を捉えて予防診断を行うことが
重要であるが、通常の生産システムでは正常−非定常の
しきい値の設定により敏感過ぎたり、微小な変化に反応
しないなどが起き適切なしきい値の設定が困難であった
。

本発明の目的は、水質診断を精度よくかつ迅速に行うこ
とを目的としており、さらに発電プラントの一般的診断
技術を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、診断部分を水質異常の症状
と原因の因果関係によりプラントの水質状況を大別し異
常箇所、原因を大まかに診断し原因と考えられる項目の
順位をつける包括診断部とその診断結果をもとに更に詳
細に診断する詳細診断部に分けたものである。

〔作用〕

本水質診断システムは、包括診断部と詳細診断部より成
る。

包括診断部では、プラントのプロセスセンサー例えば導
電率計＋　ｐＨ計のデータによりあらかじめ作成しであ
る導電率ｔＰＨ等と各原因・予測事象の因果関係に、原
因別の異常の程度を示す複数のしきい値を設けたことに
より、ただオン−オフの異常・正常ではなく、その加減
を表現出来るようにしたことにより原因を大別し、推定
原因が、複数個存在しても、最も原因として確からしい
順から、詳細診断に移行し、早期に原因究明、・対応が
可能なようにしたシステムである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。本図
は水質診断システムの診断フローを示すものである。

プラントのプロセス計器より計算機に入力されたデータ
１は、あらかじめ各サンプリングポイントにおける水質
変化事象と大まかな原因の因果関係を組み込んである包
括診断システム２により、水質観測事象より、異常の有
無、異常の場合は最もうたがわしい原因について詳細診
断部３で診断する。

包括診断システムで、正常範囲と判断された場合には必
要に応じて、変化傾向（トレンド）等を把握するシステ
ム４により処理される。また、詳細診断３では、必要に
応じて追加データを入力し細目にわたりチエツク後、原
因究明、及び、必要に応じて対策のためのガイダンスを
提示するシステムとなっている。従って、丁度医療にお
ける医師と、患者の関係において問診な相当する部分が
、包括診断システムで、それ以後の種々の検査による診
断が詳細診断システムである。

以下に沸騰水型原子力発電所（ＢＷＲ）の水質診断にお
ける復水器冷却管破損による一次系への海水混入につい
て具体例で説明する。はじめに。

ＢＷＲシステムについて第２図を用いて簡単に述べる。

蒸気タービン５の排蒸気は復水器６内の発熱管１５内部
を流れる海水により冷却され復水となる。

この復水は、復水ろ過説塩器（ＣＦ）７及び復水脱塩器
（ＣＤ）８にて浄化された後複数直列の給水加熱器９で
昇温され、原子炉１０へ供給される。

原子炉１０には、炉水を浄化するため、原子炉再循環ポ
ンプ１１の入口より分岐し再生熱交換器１２、非再生熱
交換器１３及び炉浄化装置１２より構成される原子炉冷
却材浄化系統が設置されている。また、復水器６．ＣＦ
７人口、ＣＤ８人口。

ＣＤ８出口、給水ヒータ９出口、炉浄化装置１２人ロ、
炉浄化装首１２出口にそれぞれ導電率計１６．１７，１
８，１９，２０，２１．２２が設置されており、−次系
の水質がイオン性不純物混入等により変動した場合検知
可能なシステムとなっており、発電所では当直員がこれ
らを監視している。

本発明ではこれらプラントのプロセスデータにより、は
じめに大まかな原因推定を行う包括診断システムとその
対策をも含めた詳細な診断を行う詳細診断システムより
成る。はじめに包括診断について以下に説明する。第３
図は、原因と症状を関係づける因果関係を示す例である
。異常事象などの症状は、図の横軸方向に示してあり、
症状は各サンプリングポイント（センサーポイント）ご
とに縦軸方向に示しである。すなわち、復水器の海水リ
ークであれば、復水器（ホットウェル）の導電率がはじ
めに高くなりかつ冷却管群が複数個あるので例えばどの
冷却管群が漏洩しているかは、その冷却管群の下部にあ
る各復水器ホットウェルで最も高く海水が検出されるこ
とになる。　１１００ＭＷｅ級のＢＷＲでは、復水器が
３基、各復水器は冷却管群により２つずつに分れており
６個のホットウェルとなっている。つまり復水器の海水
リークがあればホットウェルで高能度で検知され。

復水浄化装置（通常ＣＦとＣＤの両者の総称として使う
）入口では、海水リークによる不純物濃度は、ホットウ
ェル濃度の６分の１となってしまう。

従って復水器海水リークの場合は、原因推定としてはホ
ットウェルの導電率と強い関係にありＣＦ出口導電率は
関係あり程度になる。このように。

原因別に各サンプリングポイントで検知される因果関係
をその相関の強さをも含めたマトリックスとしておき、
これらの診断によりリアルタイムで結果を表示出来るシ
ステムである。また、各サンプリングポイントにおいて
、例えば導電率がおかしい、または高いとする値を複数
個とし、その値と他のサンプリングポイントとの比較に
よりより正確な診断をすることが可能である。また各症
状ごとに、これら複数のしきい値と原因をＯから１まで
の確信度で表現し最も原因として考えられるものをはじ
めに表示するシステムとしても良い。

これらは一般にはあいまい工学（ファジィ理論）を用い
た診断である。

次に、包括診断により海水リークと判断された場合、詳
細診断に移行し、海水リークの確正や、漏洩率計算今後
の復水浄化系に対する負荷計算それによる復水脱塩塔の
薬品再生スケジュール等を行う。以下にその詳細につい
て示す。

第４図は、海水漏洩に対する詳細診断システムフローで
ある。

すなわち、ＣＤ出口あるいは炉水導電率があらかじめ設
定しである基準値を超える場合はプラントを停止させる
ものとし、炉水導電率の上昇が大きい場合には、プラン
トスクラム信号を原子炉緊急停止系へ発信して、自動的
にプラントを緊急停止させるものとする。

基準値を下廻っている場合は、海水漏えい量、復水中塩
素濃度及び復水器伝熱管漏えい穴径を計算しさらにそれ
らを画面表示できるようにする。

海水中主成分であるＣＱ−、Ｎａ十等のイオンが海水漏
えいにより流入すると、ＣＤ樹脂の貫流イオン交換容量
は減少しＣＤ出口ひいては炉水の導電率が上昇して行く
ことになる。貫流イオン交換容量はあらかじめプラント
起動前の定期点検時にＣＤ樹脂を採取して測定しておく
ため、この貫流イオン交換容量測定値を使用して、起動
後海水漏えいが発生するまでの通常運転中イオン負荷及
び樹脂劣化による貫流イオン交換容量減少分を考慮の上
、海水漏えい発生後ＣＱ−，Ｎａ＋のイオン負荷による
貫流イオン交換容量の減少からＣＤ出口に流出するＣＱ
−、Ｎａ＋の濃度を計算しＣＤ出口導踏率上昇の経時変
化を計算し予想するものとする。さらに炉水に流入する
ＣＱ−、Ｎａ＋の濃度から、蒸気中へのキャリオーバー
及び浄化装置１２での除去を考慮して炉水中導電率の経
時変化も計算し予想するものとする。

次に、炉水導電率を任意の値以下に維持するためのＣＤ
各塔の再生スケジュールを計算する。これは、ＣＤ各塔
出口の導電率経時変化予想から導電率上昇の早い順に各
塔の再生の順番を決め、炉水導電率が任意の値に達した
時点で最初の一塔を再生して導電率を下げ、再度導電率
が任意の値に達したら次の塔を再生するという様に順次
再生して行く最適な再生スケジュールを計算するもので
ある。再生により発生する廃樹脂は廃棄物処理系に受は
入れ処理されるが、処理容量に制限があるため、この制
限も考慮した再生間隔とするスケジュールにしている。

なお、海水漏えい量によってはＣＤの再生が間に合わな
い場合もあるため、復水器氷室の隔離や、プラント通常
停止等の対応処置もガイダンスとして表示できるものと
する。

以上のようにプラントの初期のデータ入力から対応ガイ
ダンスまで一連の診断がリアルタイムで診断出来るので
、プラントの運転信頼性向上に資する。

また本診断手法は、原子力発電プラントに限らず、一般
産業における診断システムとしても広く応用可能である
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、主にプラントのプロセスデータ（プロ
セス計器、例えば導電率的、ｐＨ計等）によりリアルタ
イムもしくは必要に応じて、プラントの水質状況を包括
的に診断し不具合があればその最も確からしい原因を表
示できるのでプラント運転員に対応をいち早くとうせる
ことまたは長期的な対応についても見のがすことをなく
することが可能となる。また包括診断に続く詳細診断に
おいても、対応の仕方、時期を表示できるので、原子力
発電所の信頼性向上につながり、合せて合力化を進める
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す水質診断システムの
フロー図、第２図はＢＷＲのシステム構成の概要図、第
３図は、包括診断の原因−症状の因果関係を示す図、第
４図は、詳細診断の例としての復水器海水リークのフロ
ーを示す図である。 １・・・データ入力、３・・・原因診断、５・・・ター
ビン、６・・・復水器、７・・・復水ろ過説塩器、８・
・・復水脱塩器、１ｏ・・・原子炉、１２・・・再生熱
交換器、１４・・・摺４凹 ＼ノ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水をエネルギー媒体として発電するプラントの水質
   を電子計算機を利用して診断する方法において、各系統
   における水質異常の症状と原因の因果関係によりプラン
   ト水質状況を診断する包括診断部とその診断結果を基に
   詳細に診断する詳細診断部より成ることを特徴とする発
   電プラントの水質診断システム。 ２、前記包括診断部にファジィ推論を使用し原因と考え
   られた項目に優先順序を付ける請求項１の発電プラント
   の水質診断システム。 ３、前記包括診断において、診断のための入力情報を各
   系統におけるプロセスモニターによるものとした請求項
   １の発電プラントの水質診断システム。 ４、前記プロセスモニターとして各系統の導電率計、ｐ
   Ｈ計、溶存酸素計とした請求項３の発電プラントの水質
   診断システム。