JPH0743494A - 原子炉の冷却材漏洩検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 原子炉におけるマスバランスによる一次冷却
材の漏洩量検知時間が従来より短縮され、かつ少量検知
能力が向上した冷却材漏洩検知装置を提供する。 【構成】 温度，水位等のプロセス信号から冷却材の質
量を求め（Ｓ２）、そのマスバランスをカルマンフィル
タ処理（Ｓ３，Ｓ５）し、漏洩量計算（Ｓ４）及び各モ
デルの適合確率計算（Ｓ６）をし、漏洩量計算値及び適
合確率としきい値の比較（Ｓ７）による最適漏洩量をＣ
ＲＴに表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は原子力発電プラント（加
圧水型軽水炉）および一般産業プラントの流体漏洩検知
装置に係り、特に原子炉の冷却材漏洩検知装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】加圧水型軽水炉の一次冷却材の漏洩検知
は、格納容器内の床面に漏出した一次冷却材を収集して
測定する格納容器サンプ水位上昇率計，格納容器内に放
出された蒸気状の一次冷却材を収集・凝縮して測定する
凝縮液量測定装置および格納容器内の放射線量を測定す
る放射線じんあいモニタ等の設備、さらに一次冷却系統
及び関連するタンクの水位，温度，圧力等から一次冷却
材質量を計算し、一定時間における質量変化量から漏洩
量を直接算出するマスバランス法等により行われてい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】格納容器サンプ水位上
昇率計および凝縮液量測定装置では、一次冷却材の漏洩
を床及び大気を経由して収集し測定していたので、検知
時間（漏洩開始，漏洩量の同定）の短縮と一次冷却材以
外の洩出流体との識別面での向上が望まれていた。放射
線じんあいモニタ等の設備では、漏洩量の定量測定に問
題があり、また、現状のマスバランス法による漏洩検知
では、水位計，温度計等の信号のノイズによる影響を小
さくするために漏洩量算出に数時間を必要とし、検知時
間および少漏洩量の同定に問題があった。

【０００４】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
のであり、一次冷却材の漏洩を確実に検知するため、一
次冷却系統および化学体積制御系統に含まれる一次冷却
材の質量変化から漏洩量を算出するマスバランス法を使
用し、検知時間の向上と少漏洩量の同定を行うため、入
力信号のノイズによる一次冷却材質量データの変動を、
従来適用していなかったカルマンフィルタを適用してフ
ィルタリングを行い、漏洩量をオンラインで求める。更
に、カルマンフィルタと多重仮説検定法とを組み合わせ
ることにより、漏洩量判定の高速化が図られた原子炉の
冷却材漏洩検知装置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の原子炉の冷却材
漏洩検知装置は、（ａ）予め設定された関係式と、加圧
器水位信号，体積制御タンク水位信号及びループの一次
冷却材平均温度信号とから加圧器及び体積制御タンクな
らびにループ領域それぞれに含まれる冷却材質量を計算
し、これ等を合算し、一次冷却材の一定時間毎の全質量
を求める手段と、（ｂ）前記一次冷却材の一定時間毎の
全質量からカルマンフィルタの式により時間毎の漏洩量
を計算し、ＣＲＴに表示する手段と、（ｃ）予め設定し
た漏洩量から作られた数種の状態方程式毎にカルマンフ
ィルタを構成し、冷却材質量のそれぞれの予測値を算出
する手段と、（ｄ）該予測値と観測値との差と、その分
散とから前記設定された漏洩量毎の適合確率を求める手
段と、（ｅ）前記適合確率を所定のしきい値と比較し、
ＣＲＴに表示する手段、とより成るものである。

【０００６】

【作用】一次冷却材のマスバランスに基づく状態方程式
および観測方程式に従ってカルマンフィルタを構築し、
ノイズを含んだ一次冷却材質量観測データから、状態量
（一次冷却材質量、漏洩量）の最小二乗推定値が求ま
り、更に多重仮説検定法の使用により、従来の手法に比
べ、早期の漏洩検知および微小漏洩量の同定が可能とな
る。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図に基づいて詳
細に説明する。図１は本発明の冷却材漏洩検知装置が取
り付けられた原子炉の一実施例を示すもので、加圧器水
位信号９，体積制御タンク水位信号１１およびループの
一次冷却材平均温度信号１０を入力信号として一定時間
間隔で取り込み、一次冷却系統および化学体積制御系統
に含まれる一次冷却材質量を計算し、カルマンフィルタ
を適用して一次冷却材質量および漏洩量を求める信号処
理部１（破線）、および検知結果並びに漏洩量を表示す
るＣＲＴ出力部２から構成されている。

【０００８】図２は、本発明の一実施例であって、カル
マンフィルタを利用したマスバランスによる漏洩量決定
のステップを示すフローチャートである。先ず、初期設
定ステップ１（Ｓ１）において加圧器水位、体積制御タ
ンク水位、及び一次冷却材平均温度と冷却材質量の相関
関係をそれぞれ求めて予め設定しておく。次に、プラン
トに設置されているプロセス計器からの加圧器水位信号
９，一次冷却材平均温度信号１０，及び体積制御タンク
水位信号１１を読み込み、相関関係式から一次冷却材の
全質量を計算する（Ｓ２）。即ち、一次冷却材質量の算
出であるが、本実施例では、ループ領域（原子炉容器
３，蒸気発生器５含む），加圧器４，および体積制御タ
ンク６の３領域に分けて、各々冷却材質量を計算する。
加圧器４の保有水量は、加圧器４内の温度および圧力か
ら計算した冷却材密度と加圧器４の水位容量曲線から、
予め水位と冷却材質量の関係式を求めておき、加圧器水
位の測定器９から加圧器４内の冷却材質量を計算する。
同様に、体積制御タンク６の保有水量は、タンク内の冷
却材密度と水位容量曲線から体積制御タンク水位と冷却
材質量の関係式を求めておき、測定水位１１から体積制
御タンク６内の冷却材質量を計算する。次に、一次冷却
系統（加圧器４を除く）の保有水量は、一次冷却材平均
温度とループ圧力から密度を求め、加圧器４を除く一次
冷却材系統の容積を掛けて、一次冷却材平均温度と冷却
材質量の近似式を求めておき、平均温度測定値１０から
冷却材質量を計算する。これらの質量を合算することに
より、一次冷却系統および化学体積系統に含まれる冷却
材質量を求める。得られた一次冷却材の全質量は、２ル
ープ・プラントで約百数十トン〜４ループ・プラントで
約二百数十トンである。

【０００９】次に、得られた一次冷却材全質量を観測デ
ータとしてステップ３（Ｓ３）においてカルマンフィル
タで処理し、マスバランス・モデルによりＳ４で漏洩量
計算をなしＣＲＴ出力部２に出力される。

【００１０】漏洩量を直接推定するモデルは下記の如く
である。データのサンプリング時間をΔ（分）とし、時
刻ｋΔにおける一次冷却材質量をＭ（ｋ）、時刻（ｋ＋
１）Δにおける質量をＭ（ｋ＋１）とすれば、ｋΔ〜
（ｋ＋１）Δ間の漏洩量Ｑ（ｋ）はマスバランスから Ｑ（ｋ）＝Ｍ（ｋ＋１）−Ｍ（ｋ） となる。但し、漏洩がある場合、漏洩量Ｑは負値で表さ
れる。また、漏洩量は一定であると仮定すれば、 Ｑ（ｋ＋１）＝Ｑ（ｋ） となる。ここで、２つの状態量Ｍ，Ｑを成分とするベク
トルＸ（ｋ）を定義すれば、状態方程式は、数１の如く
である。

【００１１】

【数１】

【００１２】また、一次冷却材質量を観測データＹ
（ｋ）とすれば、観測方程式は、 Ｙ（ｋ）＝〔１ ０〕Ｘ（ｋ）＋ｖ となる。ここで、ｗ，ｖは互に独立な正規性白色雑音を
表すものとし、計測センサ（温度計，水位計）の仕様・
精度等の資料やプラントに於ける使用経験及び実測デー
タ等から決定する。この状態方程式と観測方程式からカ
ルマンフィルタ・アルゴリズムにより一次冷却材質量Ｍ
と漏洩量Ｑを同時に推定する。

【００１３】図３は、３．７８ｋｇ／ｍｉｎの漏洩を模
擬したデータを、従来のマスバランス法により処理した
結果を示したものである。図中に示すように、３０分毎
の一次冷却材質量から漏洩量を算出した場合は、漏洩量
を特定するのが困難である。一方図４に示すように、カ
ルマンフィルタを適用することにより漏洩量の特定が可
能になる。

【００１４】また、図２に示すようにプロセス信号から
計算された一次冷却材の全質量データは、予め漏洩量を
設定した複数のマスバランス・モデルを組み込んだカル
マンフィルタ計算部（多重仮説検定モデル）でＳ５に示
すようにカルマンフィルタ処理され、Ｓ６で各モデルの
適合確率が計算される。Ｓ７で、あるモデルの適合確率
がしきい値を超えたＹＥＳの場合は、そのモデルに設定
された漏洩量がＣＲＴ出力部２に出力され、Ｎｏの場合
は最初に戻る。

【００１５】多重仮説検定（漏洩量を仮定してその適合
確率より推定）によるモデルは下記の如くである。観測
データが予め設定したモデルのいずれに該当するかを判
定するには多重仮説検定を使用することができる。多重
仮説検定による漏洩量の判定は、 （１）カルマンフィルタによる状態量（質量）の推定と
残差数列の生成 （２）多重仮説検定における決定関数（適合確率）の算
出 （３）判定（しきい値との比較） の３段階よりなる。この際、カルマンフィルタは予め漏
洩量を設定したモデル（状態方程式）を数種類用意して
おき、観測データに基づいて一次冷却材質量の最適予測
値を推定する。更に、各モデルに対応するカルマンフィ
ルタが生成する残差数列およびその分散数列から、ベイ
ズの定理を用いて各モデルの適合確率を計算する。ある
モデルの適合確率がしきい値を超えたとき、観測データ
はそのモデルの漏洩量に該当すると判断できる。

【００１６】本実施例では、漏洩無し、３．７８ｋｇ／
ｍｉｎ（容積流量１ｇｐｍ［毎分１ガロン］にほぼ相
当）、０．３７８ｋｇ／ｍｉｎ（容積流量０．１ｇｐｍ
にほぼ相当）の漏洩を想定した３つのモデルを用意し、
モデルの適合判定基準（しきい値）を８０％として漏洩
量の推定を行う。すなわち、状態方程式として、 モデル１：Ｍ（ｋ＋１）＝Ｍ（ｋ）＋ｗ （漏洩
なし） モデル２：Ｍ（ｋ＋１）＝Ｍ（ｋ）−0.378 ＋ｗ（0.1g
pm漏洩相当） モデル３：Ｍ（ｋ＋１）＝Ｍ（ｋ）−3.78＋ｗ （1gpm
漏洩相当） の３式を用意し、観測方程式は、 Ｙ（ｋ）＝Ｍ（ｋ）＋ｖ となる。各モデル毎にカルマンフィルタを構成して各々
計算を行い、冷却材質量の予測値を求める。得られた３
つの予測値と観測値の差（残差）とその分散から、各モ
デルに対する適合確率を求めて、観測データがどのモデ
ルに該当するかを判定する。

【００１７】図５は３．７８ｋｇ／ｍｉｎの漏洩を模擬
したデータを観測データとして与えた場合の適合確率の
計算結果を示したもので、与えられた漏洩量に該当する
モデル３（３．７８ｋｇ／ｍｉｎ漏洩モデル）の適合確
率は大きくなり、それ以外のモデル１（漏洩なし）およ
びモデル２（０．３７８ｋｇ／ｍｉｎ漏洩モデル）の適
合確率は小さくなる。その後モデル３の適合確率が１５
分程度でしきい値を超え、漏洩量を推定することができ
る。

【００１８】尚、０．３７８ｋｇ／ｍｉｎの漏洩データ
の場合は、モデル１およびモデル３の適合確率は小さく
なり、漏洩データに該当するモデル２の適合確率が大き
くなり、およそ１時間程度でしきい値を越え、０．３７
８ｋｇ／ｍｉｎの漏洩量と推定することができる。

【００１９】

【発明の効果】以上詳細に説明した本発明によれば、下
記のような効果を奏するものである。 一次冷却材の質量変化から漏洩量を算出するため、一
次冷却材の漏洩の開始を確実に検知できる。

【００２０】カルマンフィルタの適用により、検知時
間（漏洩開始、漏洩量同定）の短縮が図れるとともに、
少量漏洩においても漏洩量の定量的評価が可能である。

【００２１】早期検知能力の向上および少量検知能力
の向上により漏洩検知装置の機能向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、冷却材漏洩検知装置
が取り付けられた原子炉の略図である。

【図２】本発明の一実施例であって、カルマンフィルタ
を利用したマスバランスによる漏洩量決定のステップを
示すフローチャートである。

【図３】マスバランスによる従来の漏洩量推定結果の一
出力図である。

【図４】本発明の漏洩検知装置による漏洩量推定結果の
一出力図である。

【図５】本発明に使用された多重仮説検定によるモデル
の一応答例である。

【符号の説明】

１ 漏洩量決定部 ２ ＣＲＴ出力部 ３ 原子炉容器 ４ 加圧器 ５ 蒸気発生器 ６ 体積制御タンク ７ 一次冷却材ポンプ ８ 一次冷却材ループ ９ 加圧器水位信号 １０ 一次冷却材平均温度信号 １１ 体積制御タンク水位信号

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記手段から成る原子炉の冷却材漏洩検
   知装置 （ａ）予め設定された関係式と、加圧器水位信号，体積
   制御タンク水位信号及びループの一次冷却材平均温度信
   号とから加圧器及び体積制御タンクならびにループ領域
   それぞれに含まれる冷却材質量を計算し、これ等を合算
   し、一次冷却材の一定時間毎の全質量を求める手段、 （ｂ）前記一次冷却材の一定時間毎の全質量からカルマ
   ンフィルタの式により時間毎の漏洩量を計算し、ＣＲＴ
   に表示する手段、 （ｃ）予め設定した漏洩量から作られた数種の状態方程
   式毎にカルマンフィルタを構成し、冷却材質量のそれぞ
   れの予測値を算出する手段、 （ｄ）該予測値と観測値との差と、その分散とから前記
   設定された漏洩量毎の適合確率を求める手段、 （ｅ）前記適合確率を所定のしきい値と比較し、ＣＲＴ
   に表示する手段。