JPH03220498A - プラント機器動作監視装置 - 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） 本発明は例えば原子力発電プラントの各種機器の動作特
性を監視するプラント機器動作監視装置に関する。

（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
れまで多くの発明が提案されている。

これらの代表的なものは、 ■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の診断を行なう。

■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、異常状態の論理積（異常事象の
伝搬のツリー）と照らし合わせることにより、異常診断
を行なう。

■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。

といった診断方法である。

これら診断方法の中で、上記■の診断方法はいわゆるモ
デル比較法と呼ばれるものであって、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と期待され
ており、また、予測モデルの精度次第で感度の高い異常
徴候の検出と診断も可能な診断方法である。このような
長所から上記（３）の診断方法は計算機を用いたオンラ
インによるプラント異常監視で今後ますます広く用いら
れて行くことが予想される。

しかしながら、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、予測モデルには高い精度が要求
される。同時に、上述のような出力変更がなされる場合
でも直ちに応答して機器の正常時の出力を予測すること
が要求される。

一方、原子力発電プラントは、プラント数の増加に伴い
これまでの基本であった一定の出力で運転を行なうベー
スロード運転から、負荷要求に追随して出力を変更する
負荷追従運転へとその運転方法が変化することが予想さ
れる。

ところで、従来提案されてきた予測モデルからの偏差を
用いた診断は、予測モデル作成時に想定した出力におけ
る運転条件に対してのみ可能で、大幅に出力変更がなさ
れた場合その予測精度は甚だしく低下するため、このよ
うな場合に高い信頼性を備えた監視方法として実用化す
ることは困難であった。

（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
、出力変更がなされるような運転条件下においてもプラ
ントの各種の機器状態を精度よく監視するプラント機器
動作監視機器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及び作用）上記目的を達成
するために、本発明のプラント機器動作監視装置は、プ
ラント監視対象となる各機器の状態信号を連続的にＡ／
Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、当該機器の正常時の動特性
をゲイン関数と応答特性関数に分け、正常状態を示す当
該プラントの異なる運転条件において得られた信号を用
いてゲイン関数を機器の静特性バランスから。

応答特性関数を非線形計画法から求めるとともに、各運
転条件において得られたゲイン関数および応答特性関数
の値をスプライン関数で補間し当該機器の正常時の動特
性として有する計算機モデル及び当該機器の入力信号を
当該計算機モデルに入力し正常時の出力信号を予測する
予測モデル装置と、前記出力信号と対応する実測された
出力信号の偏差を出力する偏差出力器と、前記偏差呂力
器の出力と比較する比較器と、前記比較器の出力を入力
する警報器とを備え、前記警報器により機器状態の異常
を警告するように構成したことを特徴としている。

本発明のプラント機器動作監視装置によると、出力レベ
ルが変動するような運転条件下においても、機器の動作
異常を精度よく監視できるので、負荷追従運転時のよう
に機器出力レベルが頻繁に変動するような条件下におい
て運転員の監視作業を軽減することができる。

しかして本発明のプラント機器動作監視装置の基本概念
は、モデル比較法に則ったものであるので、本発明の基
本概念をなす運転条件の変動に対応しつる予測モデルの
作成方法について以下、説明する。

監視対象機器の正常時における入力信号ｕ（ｔ）から出
力信号ｙ（ｔ）に対する予測モデルを以下のような伝達
関数として定式化する。

ｙ（ｔ）＝ｆ７　（ｓ、　　θＳ、θｏ、　　ｕ　（ｔ
　））ここで、Ｓはラプラス演算子、　θＳは機器の静
特性を表現するパラメターの集合で伝達関数のゲインに
相当する。　θＤは機器の動特性を決定するパラメター
の集合であり、伝達関数の時定数やおくれ時間などが含
まれる。Ｏ８、θＤにどの様な要素が含まれるかは、各
機器ごとの物理特性や過渡応答特性より予め決定される
。注意すべきことは、θＳおよびθＤに各々含まれる要
素もｕ（ｔ）の関数となっていることである。

θＳおよびθＤの要素の値は、正常状態を示す機器の入
出力信号を用いて決定する。以下、その決定方法を示す
。

（１）Ｏ５の要素の決定 正常状態を示す機器に対する一定値の入力信号とそれに
対応する出力信号を用いて行なう。

■ある区間の入出力信号の平均値を求め■。

ｙとする。これは、入力から出力への静特性に他ならな
い。

■異なるｎ個の入力の値に対して上記と同様に静特性を
求め、 （■、ｔ　、Ｙ、）＋　（ｚ＋　Ｙ２）　＋・・、（。

＋Ｙｎ）を得る。但し、ｕ、≦ｕ２≦・・・≦ｕｎであ
る。

■各静特性間をスプライン関数で補間したものが、求め
るゲイン関数である。

（ｎ）θＤの決定 正常状態の機器に対する過渡入力信号とそれに対応する
出力信号の応答を用いて行なう。

■ｆＴに入力信号ｕ　（ｔ）を加え、出力信号の予測値
ｙ　（ｔ）を求める。このとき、θＤの各要素には適当
な初期値を与え、　Ｏ３は（１）で求めたものを用いる
。

■ｙ（ｔ）とｙ（ｔ）の偏差を評価する。評価値δは応
答に応じて平均値、自乗平均値等を用いる。

■評価値δが予め定めた値δＴｈより大きいときは、Ｏ
０の各要素の値をシンプレックス法を用いて変化させる
。

・柔δがδアゎより小さくなるまで、上記■から■を繰
り返す。

３以上のようにしてｕ　（ｔ）の初期値に対するＯ０の
要素の値を得る。

、φλカレベルの異なるｎ個の過渡入力信号に対して上
記■から■を行ない、 （ｕ　０１　＋　　θＯｘ）＊　（ｕｏｚｔ　　θＤ２
）ｔ’・・＋　（ｕｏｎ＋　　θｏｎ）を得る。ここで
−ｕｏｉ（１＝　１　＋・・・＋ｎ）は入力信号の初期
値を表し、ｕｏｘ≦ｕｏｚ≦・・・≦ｕｏｎである。

■θＤの各要素に対して（１）と同様にスプライン関数
で補間を行ない、各要素がｕ（ｔ）の関数であるような
θＤが得られる。

（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のブロック図である。

図において、本発明の機器動作監視装置１はアナログ信
号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２と、監視
対象となる機器の出力信号を予測計算する予測モデル族
Ｗ３と、出力信号の実測値と予測値の偏差を評価する偏
差出力器４と、この偏差が所定値を越えたか否かを比較
する比較器５、この比較器５の出力により警報を発する
警報器６から構成されている。

次に、具体例として監視対象機器７として、原子力発電
プラントの再循環系の一機器であるＭＧ上セツト電機に
ついて説明する。

まず始めに、前記作用で説明した方法に則って、当該機
器の正常時の予測モデルを作成する。

この予測モデルに対する入力信号ｕ（ｔ）はすくい管位
置、出力信号ｙ（ｔ）は発電機速度である。

この予測モデルとして、以下に示す一次おくれの伝達関
数を仮定する。

ｙ（””　　１＋Ｔ（ｕ（ｔ））ｓ　　Ｇ（”ｔ））こ
こで、Ｇ　（ｔ）はゲイン関数、Ｔ　（ｔ）は応答時定
数、Ｓはラプラス演算子である。

第２図は、モデル作成のために用いる入出力信号である
。これらは、当該機器に対するステップ応答試験時にお
いて得られたものを用いる。運転条件は、炉心流量が定
格値の１００％同図（ａ）、８０％同図（ｂ）、および
６０％同図（ｃ）の３通りが用意されている。

Ｇ（ｕ（ｔ））は、第２図に示すような人品力信号が一
定値を示す区間の平均値をもとに決定される。

このようにして得られたａ（Ｕ（ｔ））を第３図に示す
。第３図は、ｕ（ｔ）を横軸、ｙ（ｔ）を縦軸にとって
それらの平均値をプロットしたものであり、各点はスプ
ライン関数により滑らかに連結されている。

Ｔ（ｕ（ｔ））は、上記した３通りの運転条件における
過渡応答変化に対してそれぞれ前述の非線形計画法を用
いて推定された値をもとに決定される。但しこのとき、
ゲイン関数Ｇ（ｕ（ｔ））は上で得られたものを用いる
。このようにして得られたＴ（ｕ（ｔ））を第４図に示
す。これはｕ（ｔ）の初期値に対するＴ（ｕ（ｔ））の
値をプロットしたもので、各点はスプライン関数により
滑らかに連結されている。

次に、本実施例の監視手順について説明する。

まず、プラントからすくい管位置信号およびＭＧセント
発電機速度信号を、Ａ／Ｄ変換器２により一定のサンプ
リング周期で連続的に取り込む。

次に、予測モデル装置３によりＭＧ上セツト電機速度の
予測値を計算する。このときゲインおよび時定数の値は
、それぞれＧ（ｔ）、Ｔ（ｔ）をその都度用いて、すく
い管位置信号の値から決める。

偏差出力器４は、上記の様にして予測された出力信号と
ＭＧ上セツト電機速度の実測値との偏差を出力する。偏
差を計算する際の予測値と実測値の時間のずれは、Ａ／
Ｄ変換器２及び予測モデル装置１３に高速マイクロプロ
セッサを搭載することにより実用上無視できる。

偏差信号は比較器５において所定値と比較される。第５
図に示すように偏差（この例では３％とする）が所定値
を越えた場合は異常となり、警報装置６より警報が発せ
られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、出力レベルが変
動するような運転条件下においても、機器の動作異常を
精度よく監視できるので、負荷追従運転時のように機器
出力レベルが頻繁に変動するような条件下において運転
具の監視作業軽減に大いに寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は本実
施例の予測モデル作成に用いられる入出力信号を示す図
、第３図は本実施例のゲイン関数を示す図、第４図は本
実施例の応答特性関数を示す図、第５図は本実施例の異
常監視の例を示した図である。 １−・プラント監視装置 ２・Ａ　／　Ｄ変換器 ３　・予測モデル装置 ４・・偏差出力器 ５・・比較器 ６・・警報器 ７・・監視対象機器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プラント監視対象となる各機器の状態信号を連続的にＡ
   ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、当該機器の正常時の動特
   性をゲイン関数と応答特性関数に分け、正常状態を示す
   当該プラントの異なる運転条件において得られた信号を
   用いてゲイン関数を機器の静特性バランスから、応答特
   性関数を非線形計画法から求めるとともに、各運転条件
   において得られたゲイン関数および応答特性関数の値を
   スプライン関数で補間し当該機器の正常時の動特性とし
   て有する計算機モデル及び当該機器の入力信号を当該計
   算機モデルに入力し正常時の出力信号を予測する予測モ
   デル装置と、前記出力信号と対応する実測された出力信
   号の偏差を出力する偏差出力器と、前記偏差出力器の出
   力と比較する比較器と、前記比較器の出力を入力する警
   報器とを備え、前記警報器により機器状態の異常を警告
   するように構成したことを特徴とするプラント機器動作
   監視装置。