JPH07159584A - 原子炉出力監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、単一故障による機能喪失を防止し、
信号の多重化による信頼性の向上と装置の小形化を同時
に実現することを目的とする。 【構成】複数の中性子束検出器１の出力信号の中から所
定数の信号を夫々対応する信号選択手段１２へ入力し、
それら各信号選択手段１２で順次選択された信号を各々
対応するＡ／Ｄ変換手段１３でデジタルデータへ変換し
て演算手段１４へ入力し、その演算手段１４で原子炉の
出力を監視するものにおいて、演算手段１４へ入力する
全信号数ｎに対するバイパス許容数をｎとして、１つの
信号選択手段１２へ入力する信号数を最大ｍとし、か
つ、１つの演算手段１４に対して中性子束検出器１から
の信号を入力する前記信号選択手段１２及び前記Ａ／Ｄ
変換手段１３をｎ／ｍ以上の最小の整数個としたことを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉の出力を監視す
るための原子炉出力監視装置に係り、さらに詳しくは各
種処理ユニットの配置構造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の原子炉監視システムは、基本的に
アナログ回路で構成されていたので、原子炉内に設置さ
れた各中性子束検出器からの中性子束検出信号を、各検
出器毎に対応して設けられた信号処理回路に入力処理し
ていた。また信号処理回路の出力信号を比較回路と加算
平均回路へ入力し、比較回路では各検出器出力の監視を
行い、加算平均回路では１台の原子炉出力監視装置に入
力する全ての検出器出力の平均値を求め、その平均値を
別の比較回路へ入力することにより原子炉の平均出力を
求めて原子炉全体の監視を行っていた。

【０００３】また、システムの信頼性を向上するため
に、１つの原子炉において原子炉内に設置した多数の中
性子束検出器を等価な８ブロックに分割し、各ブロック
に対して１台の原子炉出力監視装置を設置し、８台の原
子炉出力監視装置を４台づつの２組に別けて二重系シス
テムとしていた。さらに、１つの監視系においては４台
の内の１台を予備とし、残りの３台の監視結果をいわゆ
る2 out of 3の冗長系としていた。またさらに、１台の
原子炉出力監視装置において、ある一定の中性子束検出
器が動作不能となった場合でも、当該検出器を監視機能
から除外するいわゆる“バイパス”処理により、監視機
能を維持できる構成となっていた。

【０００４】一方、近年のデジタル計装技術の発展によ
り、従来アナログ回路で構成されたいた各種計装装置が
デジタル化されるようになってきた。これは原子炉計装
においても例外ではない。

【０００５】デジタル計装装置では、入力信号をデジタ
ル信号に変換した後、ソフトウエアによる演算処理を行
うことで、装置の小形化と処理の柔軟性を実現してい
る。特に、信号を多重化することで装置の一層の小形化
が可能となり、また装置の部品点数を減らすことで信頼
性の向上が可能となる。

【０００６】ところで、信号の多重化は、上記した利点
がある反面、一つの故障が全体の機能へ与える影響が増
大する欠点を併せ持つ。また、デジタル回路では、マイ
クロプロセサ等を含む演算回路が装置全体を制御するた
め、演算回路の故障が全体へ与える影響は極めて大き
い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、原子炉
計装においては、単一故障によって装置全体の機能が失
われることは許されない。本発明は、以上のような実情
に鑑みてなされたもので、単一故障に対して装置全体が
機能喪失する不具合を防止でき、信号の多重化による信
頼性の向上と装置の小形化といった２つの要請を同時に
満す原子炉出力監視装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、次のような手段を講じた。請求項１に対
応する原子炉出力監視装置は、原子炉内に設置した複数
の中性子束検出器の出力信号の中から所定数の信号を夫
々対応する信号選択手段へ入力し、それら各信号選択手
段で順次選択された信号を各々対応するＡ／Ｄ変換手段
でデジタルデータへ変換して演算手段へ入力し、その演
算手段で原子炉の出力を監視するための演算を実行する
ものにおいて、前記演算手段へ入力する全信号数ｎに対
するバイパス許容数をｍとして、１つの信号選択手段へ
入力する信号数を最大ｍとし、かつ、１つの演算手段に
対して中性子束検出器からの信号を入力する前記信号選
択手段及び前記Ａ／Ｄ変換手段をｎ／ｍ以上の最小の整
数個としたことを特徴とする。

【０００９】請求項２に対応する原子炉出力監視装置
は、原子炉で測定された再循環流量を、原子炉の各区分
を監視している複数の監視演算部へ入力し、それら各監
視演算部で再循環流量から炉心流量を求め、その炉心流
量を用いて原子炉出力の監視値を演算するものにおい
て、原子炉で測定された再循環流量をデジタル信号へ変
換すると共に、当該再循環流量のデジタル信号を前記各
監視演算部に対して並列に光伝送する流量変換装置と、
前記各監視演算部から炉心流量演算値を受信し、監視演
算部間の炉心流量演算値を比較する比較装置とを具備す
る構成とした。

【００１０】

【作用】請求項１に対応する原子炉出力監視装置によれ
ば、信号選択手段またはＡ／Ｄ変換手段が故障しても、
演算手段で処理できなくなる中性子束検出器出力の数は
バイパス許容数ｍ以下であるため、原子炉出力監視装置
としての監視機能は維持される。

【００１１】請求項２に対応する原子炉監視システムに
よれば、再循環流量のデジタル値が流量変換装置から必
要な全ての原子炉出力監視装置へ光伝送され、各原子炉
出力監視装置で再循環流量から求めた炉心流量演算値が
比較装置へ伝送される。各原子炉出力監視装置間で各々
の炉心流量演算値の相互伝送を行わずに、原子炉出力監
視装置から比較装置へ一方的に送信するだけで各原子炉
出力監視装置間の炉心流量演算値の比較が可能になる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１には、本発明の一実施例に係る原子炉監視システムの
概略的な構成が示されている。例えば、１１０キロワッ
ト出力の沸騰水型原子炉では、１７２個の中性子束検出
器１が、原子炉の出力を監視するために原子炉内部に設
置されている。本実施例は、これらの中性子束検出器１
を２１個づつの４区分Ａ−１〜Ａ−４と、２２個づつの
４区分Ｂ−１〜Ｂ−４の計８区分に分け、前者の４区分
の検出器出力から原子炉出力を監視するＡ系と、後者の
４区分の検出器出力から原子炉出力を監視するＢ系とで
冗長化した構成となっている。

【００１３】Ａ系，Ｂ系のそれぞれに対して２台の再循
環流量変換装置（以下、流量変換装置と呼ぶ）５−１，
５−２が設けられており、各流量変換装置５−１，５−
２に対して再循環流量差圧信号伝送器６から再循環流量
信号が入力する。

【００１４】Ａ系，Ｂ系ともに４区分の原子炉出力監視
装置２−１〜２−４を備えており、各原子炉出力監視装
置２−１〜２−４に該当区分の検出器出力が入力する。
またＡ系，Ｂ系は４区分の内の３区分の原子炉出力監視
装置２−１〜２−３に対して再循環流量信号が入力し、
それぞれ１区分のみバイパス可能とする2 out of 3の２
重系を構成している。残りの１区分は中性子束検出器１
の出力の監視のみを行い、常時バイパス可能とする。さ
らに、Ａ系，Ｂ系のそれぞれに対して電源系統が設けら
れている。

【００１５】図２は、Ａ系における１区分の原子炉出力
監視装置２−１に関する信号の多重化構造を示してい
る。複数の信号入力回路１１には、バイパス許容数に応
じて決めた数の中性子束検出器出力を入力し、同じくバ
イパス許容数に応じて決めた数の信号入力回路１１を各
信号選択回路１２−１〜１２−３へ接続している。そし
て各信号選択回路１２−１〜１２−３の各々にＡ／Ｄ変
換器１３−１〜１３−３を接続し、各Ａ／Ｄ変換器１３
−１〜１３−３の出力を同区分の演算回路１４へ送出す
る。また、１区分には４つの高圧電源７が設置されてお
り、３つの高圧電源７で区分内の電源を供給している。

【００１６】ここで、図３を参照して１区分における信
号の多重化構造について説明する。Ａ系では１区分に対
して２１個（＝ｎ）の信号を入力するので、中性子束検
出器１のバイパス許容数を７個（＝ｍ）とすれば、１つ
の信号選択回路１２に対しては最大でも７個までの信号
を入力する。従って、本実施例では、７つの信号が入力
する信号選択回路１２を３つ（１２−１〜１２−３）設
置する。なお、１つの信号入力回路１１には最大で４つ
の信号を入力する。

【００１７】Ａ系の１区分には２つの流量変換装置５−
１，５−２が設置されており、一方の流量変換装置５−
１は、２つの再循環流量差圧信号が入力する信号入力回
路１５、信号入力回路１５からの出力信号を選択する信
号選択回路１６、信号選択回路１６で選択した信号をＡ
／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１７、Ａ／Ｄ変換器１７で変
換されたデジタル値をシリアル信号へ変換するシリアル
信号変換回路１８、シリアル信号変換回路１８からのシ
リアル信号をＡ系内の各区分へ並列に光送信する光信号
送信回路２０を備えている。もう一方の流量変換装置５
−２も同様に構成されている。

【００１８】各区分の原子炉出力監視装置２−１〜２−
３は、光信号送信回路２０から光送信されてくる再循環
流量信号を受信する光信号受信回路２０を２つの光信号
送信回路２０のそれぞれに対して備えている。Ａ系にお
ける他の区分も図２と同様に構成されている。

【００１９】またＢ系では１区分に対して２２個（＝
ｎ）の信号を入力するので、中性子束検出器１のバイパ
ス許容数を８個（＝ｍ）とすれば、８つの信号が入力す
る信号選択回路１２を１つと７つの信号が入力する信号
選択回路１２を２つ設置する。その他の構成、すなわち
電源系統，流量変換装置等はＡ系と同様である。

【００２０】図４は、Ａ系（Ｂ系）における流量変換装
置５−１，５−２と、各原子炉出力監視装置２−１〜２
−３と、比較装置２０との接続関係が示されている。Ａ
系（Ｂ系）に備えられた２つの流量変換装置５−１，５
−２から炉心流量演算を実行する全ての原子炉出力監視
装置２−１〜２−３に対して再循環流量信号が光伝送さ
れる。また、各原子炉出力監視装置２−１〜２−３にお
いて算出した炉心流量信号を、監視装置相互間で伝送せ
ずに、比較装置２０へ光伝送している。比較装置２０
は、各原子炉出力監視装置２−１〜２−３間の炉心流量
演算値を比較して各原子炉出力監視装置２−１〜２−３
を監視する。

【００２１】以上のように構成された本実施例では、中
性子束検出器１に対して高圧電源７から高電圧が印加さ
れることにより、各中性子束検出器１が入射中性子束に
比例した電流信号を発生する。各中性子束検出器１から
出力される電流信号は、各々対応する区分の原子力出力
監視装置の信号入力回路１１で個々に電圧信号へ変換さ
れた後、信号選択回路１２へ入力する。１つの信号入力
回路１１にはバイパス許容数以下である７個（Ａ系），
または８個（Ｂ系）の信号が入力する。

【００２２】各信号選択回路１２に対して夫々接続され
たＡ／Ｄ変換回路では、対応する信号選択回路１１で順
次選択される電圧信号を中性子束検出値に相当する２進
数値に変換する。

【００２３】各区分の原子力出力監視装置２−１〜２−
４に備えられた各演算回路１４では、３個のＡ／Ｄ変換
器１３−１〜１３−３から自区分内の全ての中性子束検
出器出力を２進数値として獲得し、これらを用いて炉内
中性子束に基づく原子炉の出力監視を行う。

【００２４】一方、原子炉内の再循環流路にそれぞれ１
つずつある差圧伝送器６から再循環流量差圧信号が流量
変換装置５へ入力される。流量変換装置５へ入力した再
循環流量差圧信号は、Ａ／Ｄ変換器１７でデジタル信号
へ変換され、さらにシリアル信号へ変換されたシリアル
信号が光信号送信回路２０から複数区分の原子炉出力監
視装置２−１〜２−３へ同時に並列で光送信される。

【００２５】各原子炉出力監視装置２−１〜２−３で
は、それぞれ２つの流量変換装置５−１，５−２から２
つの再循環流量信号を光信号受信回路２０で受信するこ
とにより演算回路１４が２組の再循環流量信号を獲得す
る。そして演算回路１４が２組の再循環流量信号をそれ
ぞれ開平演算し、さらに平均演算により２つの炉心流量
を求める。各原子炉出力監視装置２−１〜２−３の演算
回路１４は、２つの炉心流量のうちの低い方の炉心流量
演算値を比較装置２０に対して光送信する。

【００２６】比較装置２０では、各区分の演算回路１４
から送られてきた炉心流量演算値を比較し、各原子炉出
力監視装置２−１〜２−３を監視する。以上のように構
成された本実施例によれば、各区分において信号選択回
路１２−１〜１２−３またはＡ／Ｄ変換器１３−１〜１
３−３のいずれか１つが故障しても、失われる中性子束
検出信号の数はバイパス許容数（Ａ系＝７、Ｂ系＝８）
以下であることから、監視機能が喪失されることがな
い。

【００２７】また、信号選択回路１２およびＡ／Ｄ変換
器１３の数を１区分で信号数ｎ／バイパス許容数ｍ）の
最小の整数に設定しているので、信号の多重化による高
い信頼性を維持しつつ装置の小形化を図ることができ
る。

【００２８】例えば、Ａ系の場合であれば（全入力数が
２１，バイパス許容数が７）、信号選択回路及びＡ／Ｄ
変換器がそれぞれ２個の場合、信号の多重度は本実施例
の多重度よりも高いため装置の小形化に優れるが、一つ
の信号選択回路またはＡ／Ｄ変換器が故障するだけで全
信号の半数が失われるため信頼性が大きく低下する。信
号選択回路とＡ／Ｄ変換器の信頼度を合わせた値をＲと
すると、この場合の信頼度Ｒ′は２系統の直列となり、
Ｒ′＝Ｒ／２となる。

【００２９】信号選択回路及びＡ／Ｄ変換器がそれぞれ
３個の場合（本実施例）、３つある信号選択回路または
Ａ／Ｄ変換器のいずれか一つが故障しても監視機能は維
持されることから、この場合の信頼度Ｒ′′は2 out of
3 の冗長系となり、Ｒ′′＝５Ｒ／６となる。

【００３０】信号選択回路及びＡ／Ｄ変換器がそれぞれ
４個の場合、いずれか１つが故障しても監視機能は維持
されるが、この場合の信頼度Ｒ′′′は3 out of 4 の
冗長系となり、Ｒ′′′＝７Ｒ／１２となる。

【００３１】以下、同様に信号選択回路及びＡ／Ｄ変換
器の系統を増やしたとしても、３個の場合（本実施例）
の信頼度Ｒ′′を越えることはできない。以上のことか
ら本実施例の構成が高い信頼性を維持しつつ装置の小形
化を図ることのできることが証明される。

【００３２】また、本実施例は、複数の原子炉出力監視
装置２−１〜２−３で算出された炉心流量を別に設置さ
れた比較装置２０にて比較するようにしているので、従
来のシステムで行われているような原子炉出力監視装置
相互間での炉心流量の送受信を行う必要がなくなり、各
原子炉出力監視装置２−１〜２−３の負担を軽減でき
る。しかも、ある監視装置に発生した伝送故障が他の装
置へ及ぶのを防止できる効果がある。

【００３３】また、本実施例では、各区分において１つ
が故障しても予備が使用できるので、４つのうち２つま
で故障が許容できる。Ｂ系の場合、中性子束検出信号が
入る信号入力回路１１は各区分において同時に２個まで
故障することが許容され、Ａ系の場合は各区分において
４つの信号が入力する信号入力回路が１つと３つの信号
が入力する信号入力回路が２つからなる３つが同時に故
障することが許容される。演算回路１４は、装置全体で
２区分において故障してもシステムとしての監視機能を
維持することができる。流量変換装置５からの信号が喪
失した場合に、原子炉出力監視装置２の各区分において
は炉心流量として最大値を採ることで、低値選択理論の
働きで光信号受信回路は各区分で１つまで故障すること
が許される。

【００３４】次に、本発明の他の実施例について図５を
参照して説明する。図５は、本実施例の原子炉監視シス
テムの１区分の構成を示している。本実施例は、各区分
における構成要素は、前述した一実施例とほぼ同様であ
り、同一構成要素については同一符号を付している。

【００３５】本実施例では、信号入力回路１１，信号選
択回路１２，Ａ／Ｄ変換器１３，演算回路１４等の信号
処理回路は回路ユニット３０に収納し、中性子束検出器
１の高圧電源７および回路ユニット３０の電源７′は電
源ユニット３１ａ，３１ｂに収納し、回路ユニット３０
と電源ユニット３１ａ，３１ｂとを物理的に発熱，ノイ
ズ等の影響が及ばない程度の距離に離間させて配置して
いる。また、回路ユニット３０の電源７′は２重化して
おり、各電源７′は０．１オーム／メートル以下の電圧
降下の少ない電線３２を介して回路ユニット３０の高値
選択回路３３に接続している。

【００３６】このような本実施例によれば、回路ユニッ
ト３０と電源ユニット３１ａ，３１ｂとが物理的に十分
離れているため、回路ユニット３０が電源ユニット３１
ａ，３１ｂからの熱，ノイズ等による影響を低減でき、
回路ユニット３０内の各種信号処理回路の信頼性を上げ
ることができる。

【００３７】また、電源ユニット３１ａ，３１ｂを２台
設置してその出力を高値選択回路３３で受けるようにし
ているので、回路ユニット３０の電源が二重化される。
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明
の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、単
一故障に対して装置全体が機能喪失する不具合を防止で
き、信号の多重化による信頼性の向上と装置の小形化と
いった２つの要請を同時に満す原子炉出力監視装置を及
び原子炉監視システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る原子炉出力監視装置の
機能ブロックである。

【図２】図１に示す原子炉出力監視装置の一区分の構成
図である。

【図３】検出器数と信号選択回路またはＡ／Ｄ変換器数
の関係を示す図である。

【図４】流量変換装置，原子炉出力監視装置，比較装置
の接続関係を示す図である。

【図５】本発明の他の実施例に係る原子炉出力監視装置
の一区分の構成図ある。

【符号の説明】

１…中性子束検出器、２…原子炉出力監視装置、５…流
量変換装置、６…再循環流量差圧伝送器、１１…信号入
力回路、１２…信号選択回路、１３…Ａ／Ｄ変換器、１
４…演算回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原子炉内に設置した複数の中性子束検出
   器の出力信号の中から所定数の信号を夫々対応する信号
   選択手段へ入力し、それら各信号選択手段で順次選択さ
   れた信号を各々対応するＡ／Ｄ変換手段でデジタルデー
   タへ変換して演算手段へ入力し、その演算手段で原子炉
   の出力を監視する演算を実行する原子炉出力監視装置に
   おいて、 前記演算手段へ入力する全信号数ｎに対するバイパス許
   容数をｍとして、１つの信号選択手段へ入力する信号数
   を最大ｍとし、かつ、１つの演算手段に対して中性子束
   検出器からの信号を入力する前記信号選択手段及び前記
   Ａ／Ｄ変換手段をｎ／ｍ以上の最小の整数個としたこと
   を特徴とする原子炉出力監視装置。
2. 【請求項２】 原子炉で測定された再循環流量を、原子
   炉の各区分を監視している複数の監視演算部へ入力し、
   それら各監視演算部で再循環流量から炉心流量を求め、
   その炉心流量を用いて原子炉出力の監視値を演算する原
   子炉出力監視装置において、 原子炉で測定された再循環流量をデジタル信号へ変換す
   ると共に、当該再循環流量のデジタル信号を前記各監視
   演算部に対して並列に光伝送する流量変換装置と、 前記各監視演算部から炉心流量演算値を受信し、監視演
   算部間の炉心流量演算値を比較する比較装置とを具備し
   たとことを特徴とする原子炉出力監視装置。