JPH03134594A - 原子力プラント動作特性監視方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は原子力発電プラントの各種機器の動作特性監視
方法に関する。

（従来の技術） 原子力発電プラントの運転監視・異常診断についてはこ
れまでに多くの発明が提案されている。

これらの代表的なものとして以下の診断方法が知られて
いる。

（１）プラントからの観測信号のデータ処理（周波数変
換、２乗平均化処理等）により異常徴候のパターンを抽
出し、そのパターン認識から異常原因を診断する方法。

（２）プラントからの観測信号の挙動やアラームを正常
・異常の論理状態に変換し、異常状態の論理材（異常事
象の伝搬のツリー）と照らし合わせることにより異常を
診断する方法。

（３）プラントからの観測信号を正常時のプラント機器
の挙動を模擬する予測モデル出力と比較して、その偏差
から異常徴候を診断する方法。

これらの中で、正常時の予測モデルからの偏差を用いた
診断はモデル比較法とも呼ばれ、プラントが一定出力の
運転条件でなく外部からの要求に沿って人為的な出力変
更がなされるような条件下でも適用可能な方法であり、
また、予測モデルの精度しだいで感度の高い異常徴候の
検出と診断も可能な方法である。このような長所から、
上記した診断方法はオンライン計算機によるプラント異
常監視が進むと、今後ますます広く用いられて行くこと
が予想される。

しかし、このような診断方法は、モデルの予測精度に大
きく依存するため、モデルの作成方法に多大の手間がか
かるのが現状である。予測モデルの作成には、モデル人
力としてどの様な信号を用いるのか、入力から出力を予
測する関数としてどの様なものを選ぶか、といった専門
的な知識が必要である。また、目的とする信号の挙動を
監視する場合、観測信号だけ異常なのかプラント機器そ
のものが異常なのを区別して監視することが重要になる
が、このような場合、単一のモデルではなく複数のモデ
ルによる予測が必要になる。このような複数のモデル作
成は専門家にもやっかいな問題になる。従って、異常監
視のためのモデル作成を支援するシステムが強く望まれ
ている。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、正常時のプラント機器の予測モデルの出力と実際の観
測値との偏差から異常の検出と診断をする監視システム
において、特に、複数個の予測モデルを簡単に作成でき
るとともにこうしてできた複数のモデルを用いて、監視
対象信号の観Ｍ１器の異常と機器そのものの異常を区別
して診断する原子力プラント動作特性監視方法を提供す
ることにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明のプラント機器動作
特性監視方法はまず、プラント全体の動作特性を、各機
器の動特性モデルの結合したブロック図として表現し、
さらに、各モデルの出力を観測値と対応させたデータベ
ースを用意する。

つぎに、監視対象とする観測信号を予測する為の動特性
モデルと必要な入力信号をこのデータベースを探索する
ことにより自動的に複数個水める。

こうして作成された複数の予測モデルの出力値と、対応
する観ＤＩ信号は、計算機により比較され、その論理演
算から、観測器の異常かプラント機器そのものの異常か
を識別することを特徴とするものである。

（作　用） 上記したように、本発明は複数のモデルの自動作成とそ
れを用いた異常監視方法から構成されている。以下、本
発明の作用について説明する。

原子力発電プラントのような大規模システムは、複数の
機器とそれらをつなぐ配管及び制御装置から構成されて
いる。このようなシステムの動作は、各個別機器の動作
を模擬した動特性モデルの組合せにより予測できる。こ
のように組合されたモデルは、通常、第１図に示すよう
なブロック図として表現される。従来は、このようなブ
ロック図で表現されるモデルは、例えば、ＦＯＲＴＲＡ
Ｎ言語のようなものでプログラム化されていた。

一方、このモデルは、第１表に示すような表形式のデー
タベースとしても表現できる。ここで、各モデルの出力
は一意的な名称を持っており各ブロックと１対１に対応
している。従って、注目する出力基から入力名の項に記
載されている名称を逆にたどって行くことにより、ブロ
ック図の矢印を逆方向にたどるのと同様の検索が可能に
なっていることが分かる。また、各出力信号の一部は、
プラントからの実際の観測信号に対応できる。

（この観測可能な出力値及びブロックを以下では可観測
と呼ぶ） 第１表（ブロック図の接続関係テーブル）更に、モデル
関数名は入力値から出力値を予測計算するための関数で
ある。このモデル予測関数は第２表に示すような基本的
な関数群からなっており−１これらの組合せにより任意
の機器の動特性をモデル化できるようになっている。

第　２　表澗数テーブル） また、これらの関数の特徴として、出力値から入力値を
逆演算可能かどうかのフラグと逆演算関数名、入力信号
数、積分可能関数か否か、といった情報もデータベース
の中に含まれている。

対象システムの特性を第１表及び第２表のような形で−
Ｈデータベース化しておくと、第１図の全体のモデルか
ら一部を切り出した部分モデルの自動合成が可能になる
。この場合、部分モデルの作成条件は、 （１）注目する出力値は可観測であること。

（２）注目する出力値を入力側にたどってゆき、人力無
しのブロック、可観測のブロック、既にたどったブロッ
クのいずれかにたどりつくこと。

という２点である。これに沿って第１表を検索すると、
部分モデルに必要なブロックを集めることができる。第
２図はこの一例である。ここでは、積分器の出力値を予
測する部分モデルとして、減算器、設定器、比例要素が
選ばれており、終端は可観測なブロックになっている。

従って、この部分モデルを用いると、入力信号Ｘ３、Ｘ
４から出力信号Ｘ１が予測できることがわかった。但し
、この予測計算を具体的に行なうには以下に述べるよう
な手順でブロックの計算順番を決める必要がある。

次に部分モデルからの予測計算方法について述べる。第
２図から分るように、ある出力、例えば、ｘｌを求めよ
うとすると入力であるｘ２の値が計算済みであることが
必要である。Ｘ２についても同様であり、第２図に示す
ブロック図の全てのブロックの出力を計算するためには
、適正な計算の順番づけが必要である。

本発明のような動特性の計算には次に示すような、初期
値計算（静特性計算）と−時点前の状態量を基に現時点
の計算を行なう動特性計算が必要である。静特性の計算
では注目する出力値の計算には必要な入力値の計算が終
了していることが必要であるが、動特性の計算では一次
遅れや積分器のような一部の特性の関数では一時点前の
入力値及び出力値が分かつていれば、現時点の出力値の
計算が可能であるものがある。第２表の積分可能性の項
に記載されているものは、これに対応した関数である。

以下に、これらの計算の順番付けの手順を示す。

なお、以下の手順で、各ブロックの固有名称を例えばＡ
ブロックという形で呼び、また、その出力値をＡブロッ
ク出力値また状態量Ａという形で呼ぶことにする。この
状態ｍＡが他のブロック、例えば、Ｂブロックの入力に
なっている場合、状態ｆｆ１ＡとＢブロック入力値は同
じものになる。即ち、状態ｆｆ１Ａという表現はそれが
出力値となっているブロックの名称と１対１に対応させ
ている。

（静特性計ｅ） （１）入力無しで計算可能なブロックの出力値を計算す
る。

（２）可観測なブロックの出力値に観測値を代入する。

（３）積分器の関数に対応するブロックの入力値を零に
代入する。

（４）人力値が全て求まっているブロックで出力値を計
算する。

（５）逆計算可能な関数に対応するブロックで出力値が
求まっているブロックは逆関数を用いて出力値から入力
値を計算する。逆計算可能な関数で複数入力のブロック
については未計算の入力値の他の入力値と出力値が計算
済みの場合逆関数を用いて計算する。

（６）上記（４）、（５）の手順を新たに計算される出
力値または入力値がなくなるまで続ける。

（７）上記の手順で求まらない状態値（入力・出力値）
がある場合、次の手順で収束のルーブ計算をする。

（７−１）任意の未計算の出力値に適当な初期値を代入
する。

（７−２）上記（３）〜（６）の手順により残りの未計
算値を求める。

（７−３）上記（７−１）で与えた出力値を再度入力か
ら計算する。この計算値と最初に与 えた初期値がある範囲内であれば終了 する。そうでなければ、（７−１）の初期値をここで再
度求まった値に置き換え て（７−２）　、　（７−３）を収束するまで実行する
。

（８）以上で求まらない状態値については、任意の値を
手入力で与える。

（動特性計算） （１）入力無しで計算可能なブロックの出力値を計算す
る。

（２）可成測なブロックの出力値に観測値を代入する。

但し、予測計算の目的にしているブロックの出力値は別
である。

（３）積分関数に対応するブロック（１時点前の状態値
から出力値を計算可能な関数ブロック）の出力値を計算
する。

（４）入力値が全て求まっているブロックの出力値を計
算する。

（５）上記（４）の手順を新たに計算される出力値がな
くなるまで続ける。

（６）逆計算可能な関数に対応するブロックで出力値が
求まっているブロックは逆関数を用いて出力値から入力
値を計算する。逆計算可能な関数で複数入力のブロック
については未計算の入力値の他の入力値と出力値が計算
済みの場合逆関数を用いて計算できる。

（７）上記（４）の手順に戻る。新たに計算する出力値
または入力値がなくなれば終了する。

次に、複数の部分モデルの求め方について述べる。

（方法１） （１）プラント全体のモデルで、監視対象のブロックを
可成測信号の中から選ぶ。選ばれたブロックは検索済み
ブロックとして登録しておく。

（２）上記（１）で選んだブロックをＡブロックとする
。

（３）Ａブロックの入力ブロックの一つをＢブロックと
する。入力が複数個ある場合、これを検索予定ブロック
として登録しておく。

（４）上記（３）で選んだＢブロックが検索済みとして
登録されていれば次のステップに進む。

そうでない場合、このＢブロックは検索済みブロックと
して登録しておく。更に、このＢブロックが可成７１１
１Ｊブロックないし入力無しのブロックであれば次のス
テップに進む。非観測であれば、このＢブロックをＡブ
ロックに置き換えて上記（２）に戻る。

（５）上記（３）で登録した検索予定ブロックがあれば
、これを検索予定ブロックから除いた後、検索済みとし
て登録する。更に、これをＢブロックとして置き換えて
上記（３）に戻る。無ければ終了する。

（６）上記で検索済みの登録されたブロックを集めると
、部分モデルが求まる。

（方法２） （１）プラント全体のモデルで、監視対象のブロックを
可成測信号の中から選ぶ。

（２）方法（１）により部分モデルのブロックを集める
。

（３）集まった部分モデルから可成測ブロックの一つ（
但し、（１）で指定したブロック以外のもの）を捜し、
これを非観測ブロックとして再登録した上で、再度方法
１の手順で部分モデルを求める。

（４）こうして求まった部分モデルは方法１と異なった
ものになる。この方法２を繰り返し行けば複数個の異な
る部分モデルを求めることができる。

上記の方法１、方法２は第１図に示したようなブロック
図を目的とする状態量から矢印を逆に遡って（出力から
入力の方向）他の観測可能な状態量に到達するまで探索
して部分モデルを求める方法である。

一方、第１図内の各ブロックに対応する関数の中には入
力から出力を計算するだけでなく、出力から入力を計算
可能な場合もある。また、加算器のように多大力１出カ
ブロックでは、入出力状態量の中の任意の一つは残りの
状態量が分かっていれば求めることができる。このよう
な逆演算可能なブロックに注目すると別の部分モデル探
索方法が可能である。以下にその方法を述べる。

（方法３） （１）プラント全体のモデルで、監視対象のブロックを
可成測信号の中から選ぶ。選ばれたブロックは検索済み
ブロックとして登録しておく。

（２）上記（１）で選んだブロックをＡブロックとする
。

（３）Ａブロックの入力ブロックの一つをＢブロックと
する。入力が複数個ある場合、これを検索予定ブロック
として登録しておく。

（４）上記（３）で選んだＢブロックが検索済みとして
登録されていれば次のステップに進む。

そうでない場合、このＢブロックは検索済みブロックと
して登録しておく。更に、このＢブロックが可成測ブロ
ックであるか、入力無しのブロックであるか、または、
Ｂブロックの出力状態量が後記の方法４に示す再計算量
であれば次のステップに進む。

非観測であれば、このＢブロックをＡブロックに置き換
えて上記（２）に戻る。

（５）上記（３）で登録した検索予定ブロックがあれば
、これを検索予定ブロックから除いた後、検索済みとし
て登録する。更に、これをＢブロックとして置き換えて
上記（３）に戻る。無ければ終了する。

（６）上記で検索済みの登録されたプロ、ツクと可計算
判定ツリーから求めたブロックを集めると、部分モデル
が求まる。また、この部分モデルの可成測状態量の一部
を非観測に置き換えて方法３を再度実行すれば異なる部
分モデルを求めることができる。

（方法４）（可計算判定ツリーの作成）（１）本手順が
呼ばれる前の注目状態量Ｂの関連ブロックをＢブロック
（出力値）とＡブロック（入力値）とする。ここでの探
索の目的は、注目状態量を計算可能な部分モデルでＡ、
Ｂブロックを含まないものを捜すことである。本手法の
例を第３図に示しておく。

（２）状態量Ｂが可成測の場合そのまま終了する。

もし状態ＱＢがツリー内に既に存在していても終了する
。それ以外の非観測の場合、状態ｆｆ１Ｂを入力として
もつ逆計算可能なブロックを探索し、状態ｍＢの下位ノ
ードとしてＯＲ関係でつなぐ。但し、このブロックが既
にツリー内に存在していれば下位ノードとしてはつなが
ない。下位ノードのブロックが無くなれば終了する。

（３）上記（２）で選ばれたブロックについて、状態Ｑ
Ｂ以外の入出力状態量をＡＮＤ結合として下位につなぐ
。但し、この状態量が既にツリー内に存在していれば下
位ノードとしてはつながない。また、この状態量の上位
につながるブロックも消去する。

（４）上記（３）でつないだ状態量が全て可成測であれ
ば終了。非観測のものがあれば上記（２）に戻って同様
の探索を繰り返す。

（５）以上でできたツリーから最下位ノードの状ｎ量を
検索しそれがもし非観測ノードであればそのノードと更
に上位につながるブロックを消去する。この手順は最下
位ノードに非観測ノードが無くなるまで続ける。

（６）以上の手順の後にできたツリーのノードが何も残
らなければ該当する状態量は計算不可とみなす。そうで
ない場合、ＯＲノードでつながるツリーの任意の一つを
選んだ部分ツリーが注目する状態量の再計算ツリーにな
る。

以上の手順を用いれば、注目する監視対象信号を予測す
るための部分モデルをプラント全体のブロック図から複
数個水めることができる。更に、求まった部分モデルか
ら自動的に初期値計算と動特性計算を実行できる。従っ
て、プラントから周期的に得られる観測プロセス信号に
同期して、例えば、次のような量を実時間で求めること
が可能である。

Ｘ＋（ｔ）・・・注目信号の観測値 Ｘ２（ｔ）・・・注目信号の部分モデル（１）入力信号
Ｙｌ　、　Ｙ２ Ｘ３（ｔ）・・・注目信号の部分モデル（２）入力信号
Ｙ３・Ｙ４ これらの間の偏差信号は ｅｌ（ｔ）　−ｌ　Ｘ２　（ｔ）　　Ｘ＋　（ｔ）ｅ２
（ｔ）　−１Ｘ３　（ｔ）−Ｘｌ（ｔ）となり、これが
一定のしきい値を越えると異常とみなすことができる。

更に、異常の組合せにより、例えば第４図に示すような
ブロック図に対して、（１）ｅｔ異常、ｅ２正常　機器
１（モデル（１）の独立部）または入 力信号Ｙ、の異常 （２）ｅ２異常、ｅ１正常　機器２（モデル（２）の独
立部）または入 力信号Ｙ２の異常 （３）ｅｌ　、ｅ２異常　機器３（モデル（１）　、　
（２）の共通部）異常または出 力Ｘ１の観測異常 という識別をすることができる。特に、第５図のように
モデル共通部を観測器に対応させておくと、上記から、
観測器の異常（３）と機器異常（１）、（２）を区別し
て診断することが可能である。

（実施例） 本発明の実施例を図面について説明する。

第１図は本発明の一実施例である監視対象機器の動作特
性のブロック図である。

実施に当たっては、まず監視対象全体を適当なモデルで
定式化する必要がある。本実施例では制御器と操作器及
び被制御対象、更に、状態を検出するための検出器群か
らなるシステムを仮定している。図にはプラントから実
測可能な観測点も示しである。このようなブロック図は
第１表及び第２表に示すような表形式のデータベースと
しても表現可能である。この表は各ブロックの特性と入
力となっているブロックを示したものである。従って、
この表をたどることにより、第１図のブロック図を矢印
の逆方向にたどったり（出力から入力方向）、順方向に
たどったり（入力から出力方向）、という操作と同じこ
とが可能である。更に各ブロックの出力状態値が観測可
能か否かという情報も含まれている。また、各ブロック
の特性は、第２表の関数テーブルに記載されている。こ
の関数テーブルで必要な情報は入力信号数、積分可能か
否か、逆演算可能か否かといった情報である。

以下で述べるような形で、第１図から一部を切りとった
部分モデルとそれに含まれるブロックの計算順序が決ま
った場合、その順番に沿って、第２表に記載されている
関数（または逆関数）が順次呼ばれ演算が実行されてい
ることになる。

次に、システム全体のブロック図から監視対象信号を選
ぶ。これは可成測信号の中か−ら選ぶ必要がある。更に
、作用の項で述べた方法で、監視対象信号を予測するた
めの部分モデルを探索して求める。

第２図は積分器の出力を監視対象信号とした場合の部分
モデルの一例である。これは、作用で述べた方法１に沿
って求めたものである。

この他、第３図に示すように、検出器Ｇ６の出力信号を
ゴールにした場合、図のようなツリー状の結果が得られ
る。Ｇ６を計算するモデルとして、Ｇ７．Ｇ８、（Ｇ９
＆Ｇ１０）の３通りが得られていることが分かる。

一旦部分モデルが求まると、次は作用の項で述べた方法
で、初期値計算と動特性計算手順を求めることができる
。第　図は、第３図を例にとった２通りの部分モデルで
あるが、モデル１では、初期値計算と動特性計算ともに
、Ｇ７．Ｇｌの順番になっている。また、モデル２では
、Ｇ９．ＧＩＯ。

Ｇ４．Ｇ６という順になっていることが分る。

最後に、第　図にこのモデルによる監視結果を示すが、
ある時刻に、ｅｌ、ｅ２共に異常になっていることが分
る。両モデル構成から共通部分の０６の検出器が異常で
あることが判断できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、監視対象システムの動特性モデル
を本発明のような形で表現しておけば、監視目的信号ご
とに、その予測に必要な部分モデルを複数個簡単に作成
できる。更に、得られた部分モデルからの初期値計算及
び動特性計算が自動的に可能である。このような予測モ
デルからの偏差信号を用いた監視を行なえば、監視対象
機器そのものの異常と観測器の異常を識別して診断する
ことも可能である。

監視対象システムに関して本発明のような形で簡単かつ
迅速に診断系を構成できる点は、モデル比較法による診
断の適用範囲を従来に比べて大きく広げる方法でもあり
その効果は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である監視対象機器の動作特
性のブロック図、第２図はシステム全体のモデルから部
分モデルを抜きだした部分モデルブロック図、第３図は
再計算判定ツリーの展開に注目して説明した部分モデル
ブロック図、第４図は複数の部分モデルによる監視手法
の概念図、第５図は検出器と機器異常を区別するための
概念図、第６図は複数の部分モデルの具体的構成図、第
７図は異常監視を説明するための図である。 （８７３３）　　代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ば
か１名） Ｃ４ 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原子力発電プラントの主要系統の動特性モデルを、実観
   測信号と対応づけたブロック図で表現し、そのブロック
   図から監視目的信号を、他の観測信号から予測する予測
   モデルを複数個探索するとともに、探索された予測モデ
   ルから初期値計算及び動特性計算をするための計算順番
   づけをし、さらに複数の子測モデルと実観測信号の偏差
   からプラント機器と観測器の異常を識別して監視するこ
   とを特徴とする原子力プラント動作特性監視方法。