JPH04164295A - 原子力プラント監視装置 - 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、原子力発電プラントの各種機器の動作特性を
監視してプラントの異常診断を行う原子力プラント監視
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および異ｎ診断について
は、これまでに多くの方法か提案されており、そのうち
代表的なものとしては次の三つが挙げられる。

■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、異常診断
を行う。

■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。

これらの中で、■はいわゆモデル比較法と呼ばれるもの
で、プラントか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かなされるような条件下
でも、適用可能と期待されている方法である。また、予
測モデルの精度したいで感度の高い異′帛徴候の検出と
診断も可能な方法である。このような長所から、旧算機
を用いたオンラインによるプラント異常監視において、
今後ますます広く用いられて行くことか予想される。

（発明か解決しようとする課題） ところで、このようなモデル比較法による異常診断はモ
デルの予Ａ１１１精度に大きく依存するため、予Ａ１１
ｌモデルには高い精度か要求される。同時に、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
力を予測することか要求される。

一方、原子力発電プラントは、プラント数の増加に伴い
、これまての基本てあった一定の出力で運転を行うベー
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か変化することが予想さ
れる。

しかしなから、従来提案されてきた予測モデルからの偏
差を用いた異常診断は、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
更かなされた場合、その予測精度は甚たしく低下するた
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。

本発明はかかる点に対処してなされたもので、出力変更
がなされるような運転条件下においても、モデル比較法
により原子力発電プラントの各種機器の動作状態を監視
して精度よく異常診断を行うことができる原子力発電プ
ラン］・監視装置を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） ずなわぢ、本発明による原子力プラント監視装置は、原
子力プラントの監視対象機器の入力信号および出力信号
を入力する入力装置と、この入力装置を介して入力した
機器の入力信号からこの機器の正常時の出力信号を予め
予測モデル作成装置によって作成しておいた予測モデル
にしたかって予測する予ｇ＋す演算装置と、この予測演
算装置で得られた予４り値と入力装置を介して入力した
実測値である機器の出力信号との偏差を求めこの偏差か
所定値を越えたとき監視対象機器の異常として判定し機
器異常信号を発生する異常判定装置とて構成され、予測
モデル作成装置は機器の正常時の異なるプラント運転条
件で得られた入出力信号を用いて、これらのうち一定値
を示す入出力信号に基づいて入出力間の静特性を示すゲ
イン関数を求める手段と、過渡変化する入出力信号に基
づいて入出力間の応答特性関数を非線形計画法により求
める手段と、ゲイン関数と応答特性関数とから予測モデ
ルとしての伝達関数を求める手段とから構成される。

（作用） 本発明の原子力プラント監視装置において、予測モデル
は以下に示す方法で作成される。すなわち、監視対象機
器の正常時の入力信号ｕ　（ｔ）から出力信号ｙ　（ｔ
）に対する予測モデルを次のような伝達関数として定式
化する。

ｙ　（ｔ）　−ｆ　Ｔ　　（ｓ　１　θ８、θＤ、Ｌｌ
（ｔ））・　（１） ここで、Ｓはラプラス演算子、θ５は機器の静特性を表
現するパラメータ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ータの集合であ
り、伝達関数の時定数やおくれ時間などが含まれる。θ
ＳおよびθＤにどのような要素か含まれるかは、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）の関数になっていることである。

上式におけるθ８およびθ。の要素は、プラントの異な
る運転条件において得られた監視対象機器の正常時の入
出力信号を用いて、次のようにして決定される。

（Ａ）θ８の要素は、正常時の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に基づいて次の手順に
したかって決定される。

■ある区間の入出力信号の平均値を求め、それぞれ丁、
とする。これは入力から出力への静特性に他ならない。

■入力レベルの異なるｎ個の入力の値に対して上記と同
様に静特性を求める。

（’ｔ＋　１　、”ｌゴ）、（肩、Ｚ）、・・・、・、
Ｇ乙、π） ただし、ｕｌ　≦ｕ２≦・　≦Ｕ□である。

■上記各静特性間をスプライン関数で補って、目的のゲ
イン関数を得る。

（Ｂ）θ０の要素は、正′帛時の機器に対する過渡変化
する入力信号とそれに対応する出力信号に基づいて次の
手順にしたかって決定される。

■ｆＴに入力信号ｕ　（ｔ）を与え、出力信号の予測値
ｙ’（Ｌ）を求める。このときθ。の各要素には適当な
初期値を与える一方、θＳは上述の（Ａ）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か予め定めた値δ、＋＋より大きいときは、
θ、の各要素の値をシンプレックス法を用いて変化させ
る。

■δかδＴｌ＋より小さくなるまで、■から■を繰り返
す。

■以」二のようにして入力信号の初期値し。に対するθ
ゎの要素の値を得る。

■入力レベルの異なるＮ個の過渡入力信号に対して■か
ら■を行い、 （ｕｏ＋、θＤＩ）、（［０２、θＤ２）　、”’、・
・、（ｕｏＮｓ　θＤＮ） を得る。ここて、ｕｏｌ≦ｕ０２≦・・・≦ｕＯＮであ
る。

■θ０の各要素に対して（Ａ）と同様にスプライン関数
で補間を行い、各要素かｕ　（ｔ）の関数であるような
θＤを得る。

（Ｃ）上述の（Ａ）、（Ｂ）で求めたθ５、θ０および
（１）式より、予測モデルとしての伝達関数か得られる
。

このような伝達関数によれば、プラントの異なる運転条
件においても、入力信号に対する正常時の出力信号を精
度よく求めることかできる。

したかって、本発明の原子力プラント監視装置は、予測
演算装置において（Ｃ）で得られた伝達関数に当該機器
の入力信号を与えて機器の出力信号の予測値を算出し、
この予測値と実測値を異常判定装置において比較して機
器の異常を判定するものであり、出力変更かなされるよ
うな運転条件下においても、原子力発電プラントの各種
機器の動作状態を精度よく監視することかできる。

（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

第１図に本発明の一実施例の原子力プラント監視装置の
構成を概略的に示す。図中、符号１は監視対象機器であ
り、この機器１に対する入力信号２．３および機器１か
らの出力信号４．５か本実施例の原子力プラント監視装
置６に入力される。

点線で示す信号２．４は予測モデルを作成するために用
いられる正常状態の機器１のモデル運転時の入出力信号
であり、実線で示す信号３．５は監視時の機器］の人出
ノｊ信号である。

ここに例示する原子力プラント監視装置６は、機器１の
入出力信号２．３．４．５をアナログ信号からデジタル
信号に変換するＡ／Ｄ変換器７と、Ａ／Ｄ変換器７を経
たモデル運転時の入出力信号２′、４′を入力して予測
モデルを作成する予測モデル作成装置８と、この予測モ
デル作成装置８によって作成された予測モデルにしたか
って監視時点の機器１のＡ／Ｄ変換された入力信号３′
より機器］の正常時の出力値を予測する予測演算装置つ
と、この子ａｌｌｌ値と実測値である機器１のＡ／Ｄ変
換された出力信号５′との偏差を求め所定値と比較して
異常か否かを判定する異常判定装置１０と、異常判定装
置］０て異常と判定された場合に警報を発する警報器１
１とて構成される。

ここで、監視対象機器１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上セツト電機を想定して、上
記構成の原子力プラント監視装置６の予測モデル作成装
置８における予測モデル作成手順を、第２図のフロー図
にしたかって以下に説明する。

ＭＧ上セツト電機の入力信号ｕ（ｔ）はすくい管位置、
出力信号ｙ　（ｔ）は発電機速度であり、予測モデルと
して次式に示す一次遅れの伝達関数を仮定する。

、ｔ）＝　　　Ｇ　（Ｌｌ（ｔ）　）　　　　　、、、
　（２）：ｌ−＋Ｔ　（ｕ　（ｔ）　）　ｓ ここで、Ｇ（ｕ（ｔ））はゲイン関数、Ｔ（ｕ（ｔ））
は応答時定数、 Ｓはラプラス演算子である。

第３図ないし第５図は予測モデル作成のために用いるＭ
Ｇ上セツト電機の入出力信号を示すもので、これらはＭ
Ｇ上セツト電機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。それぞれ炉心流量か定格値の１０
０％、８０％、６０％の運転条件における入出力信号を
示しており、下段には入力信号であるすくい管位置、上
段には出力信号である発電機速度を示す。

まず、ゲイン関数Ｇ（ｕ（ｔ））は、第３図ないし第５
図に示すような入出力信号か一定値を示す区間の炬均値
Ｌｌｉｓ　ｙ＋　　（ｉ＝１．２、・、ｎ）をもとに（
２１）、静特性（ｕ＋、ｙ−）を求め（２２）、これら
の間をスプライン関数によって補うことにより得られる
（２３）。第３図ないし第５図をもとに求めたゲイン関
数Ｇ（ｕ（ｊ））を第６図に示す。これは、すくい管位
置ｕ＜ｔ）を横軸、発電機速度ｙ　（ｔ）を縦軸にとっ
てそれらの平均値をブロットシたものであり、各点はス
プライン関数により滑らかに連結されている。

次に応答時定数Ｔ（ｕ（ｔ））は、第３図ないし第５図
に示す３通りの運転条件における過渡応答変化に基づい
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。すなわぢ、過渡変化する入力信号
ｕ（ｔ）　　（２４，）と先に求めたゲイン関数Ｇ　（
１１（ｔ）　＞　　（２３）を用い、（２）式の伝達関
数に（２５）Ｔ　（ｕ（ｔ））とじてまず適当な値Ｔ’
（ｕ（ｔ））を与えて（２６）、出力信号の予測値ｙ′
（ｉ）を求める（２７）。この予測値ｙ’（ｔ）と出力
信号の実測値ｙ　（ｔ）の偏差から評価値δを求め（２
８）、この評価値δを所定値δ、□と比較して（２９）
、δかδＴｌ＋より大きいときはＴ’（ｕ（ｔ））をシ
ンプレックス法で変化させて（２６）から（２つ）まで
繰り返し、δがδ、２．以下となるＴ’（ｕ（ｔ））を
Ｔ（ｕ（ｔ））として得る。このようにして、入力レベ
ルの異なるｎ個の過渡入力信号の初期値Ｕ。１とそれに
対するＴ（ｕｏｌ）を得（３０）、それらをスプライン
関数で滑らかにつなくことにより、入力信号Ｌｌ　（ｔ
）の関数である応答時定数Ｔ（ｕ（ｔ））か得られる（
３１）。

第７図は上述の手順にしたかって、第３図ないし第５図
に示す３通りの運転条件における過渡応答変化に基づい
て、Ｕ（［）の初期値に対する応答時定数Ｔの値をプロ
ットし、各点をスプライン関数で連結したグラフである
。

このようにして求めたゲイン関数Ｇ（ｕ（ｉ））＝　　
　１３　− （２３）と応答時定数Ｔ　（ｕ　（ｔ）　）　　（３］
、）から（２）式で表される予測モデルが決定される（
３２）。

次に、原子力プラント監視装置６の監視時の動作および
作用について説明する。

まず、プラントからすくい管位置信号３およびＭＧセッ
ト発電機速度信号５をＡ／Ｄ変換器７により一定のサン
プリング周期で連続的に取り込まれる。取り込まれたす
くい管位置信号３′から、予測波や装置９により予測モ
デル作成装置８にて作成された予測モデルに県づいてＭ
Ｇセット発電機速度の予測値が計算され、ついで異常判
定装置１０において、ＭＧセット発電機速度の予測値と
Ａ／Ｄ変換器７に取り込まれた実１１１１１値５′との
偏差か所定値と比較されて、監視対象機器１の正常／異
′帛の判定がなされる。第８図はこれらの信号関係をグ
ラフに示したものて、曲線ａ、ｂＳｃ、ｄは、それぞれ
すくい管位置、発電機速度実測値、同予測値、および実
測値すと予測値Ｃとの偏差である。この図に示すように
、偏差ｄか所定値ｆを越えたときに異常と判定され、警
報器１１によって警報が発せられる。

［発明の効果コ 以上詳述したように、本発明の原子炉監視装置によれば
、出力レベルか変動するような運転条件下においても機
器の動作異常を精反よく監視することかできる。したか
って、負荷追従運転時のように機器の出力レベルか頻繁
に変動するような運転条件においても効率よく監視する
ことかでき、運転員の監視作業軽減に大いに寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の原子炉監視装置の構成を示
すブロック図、第２図は予測モデル作成の手順を示すフ
ロー図、第３図ないし第５図はＭＧセット発電機の人出
力信号を示すグラフ図、第６図はＭＧ上セツト電機につ
いて求めたゲイン関数、第７図はＭＧセット発電機につ
いて求めた応答時定数のすくい管位置信号による関数、
第８図はＭＧセット発電機についての各信号に基つく異
常監視の例を示す図である。 ２．２′・モデル運転時の入力信号、３．３′・監視時
の入力信号、４．４′・・モデル運転時の出力信号、５
．５′　監視時の出力信号、６・・原子力プラント監視
装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）原子力プラントの監視対象機器の入力信号および
   出力信号を入力する入力装置と、この入力装置を介して
   入力した前記機器の入力信号からこの機器の正常時の出
   力信号を予め予測モデル作成装置によって作成しておい
   た予測モデルにしたがって予測する予測演算装置と、こ
   の予測演算装置で得られた予測値と前記入力装置を介し
   て入力した実測値である前記機器の出力信号との偏差を
   求めこの偏差が所定値を越えたとき監視対象機器の異常
   として判定し機器異常信号を発生する異常判定装置とを
   備えてなり、前記予測モデル作成装置は前記機器の正常
   時の異なるプラント運転条件で得られた入出力信号を用
   いて、一定値を示す前記入出力信号に基づいて入出力間
   の静特性を示すゲイン関数を求める手段と、過渡変化す
   る前記入出力信号に基づいて入出力間の応答特性関数を
   非線形計画法により求める手段と、前記ゲイン関数と応
   答特性関数とから予測モデルとしての伝達関数を求める
   手段とを具備したことを特徴とする原子力プラント監視
   装置。