JPS6212878B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は原子力発電所の運転における異常な過
渡変化時あるいは事故時に、発電所の状態を適確
に把握すると共に、これをわかり易く運転員に表
示して、運転員が事態に適切に対処できるように
運転員を支援するシステムに関する。 原子力発電所の制御室においては、発電所の運
転状態に重要な影響を与える多数の状態量、例え
ば原子炉の出力、炉心流量、圧力、給水流量、温
度等が表示記録される。そして、特にそのうちの
重要な変数が、あらかじめ設定された運転限界値
を越えた場合には、警報あるいは必要な安全操
作、例えば原子炉スクラム、非常用炉心冷却系の
起動等がなされる。従つて、たとえ運転中におい
て異常な過渡変化や再循環流量系配管破断等の事
故が発生しても、原子炉は安全に停止できるよう
に構成されている。 しかしながら、1979年米国において発生したス
リーマイルアイランド（Three Mile Island）２
号機の事故に見られるように、工学的安全系の機
器の多重故障や運転員の誤操作の発生の確率を皆
無にすることは難しいのが現状である。運転員の
誤操作を防止する手段としては、特に異常な過渡
変化時や事故時において、運転員のとるべき操作
を規定した判り易い運転手順の整備や、この運転
手順の習得の徹底を図るための運転訓練シミユレ
ータ等による十分な訓練が重要であることは広く
認識されている。 これに加えて人間一機械系として原子力発電所
をとらえた場合、そのインターフエイスである原
子力発電所の制御室を、現在の発達した情報処理
技術によつて改良する必要が強く認識されるに至
つた。前述のスリーマイルアイランドの事故にお
いても、運転員が発電所の状態を把握するために
必要な情報はすべて制御室に存在したとされてい
るが、現実には制御室における計器の配置が良く
なかつたり、警報が一度に百以上も出て、どれが
主要な警報であるか判断に困るという事態があつ
た。 ここにおいて、運転員の情報認識力を補ない、
運転員をして事態を適確に把握せしめ、その事態
に対処すべき適切な操作をとることを可能とする
ような情報処理システムが必要であると考えられ
る。 この発明の目的は、原子力発電所の異常な過渡
変化時あるいは事故時に、その瞬間、瞬間におけ
る発電所の状態がどうなつているか、即ちいかな
る原因により事態が発生し、現在の進展状態はど
うなつているか、この事態に対処すべく設備され
ている工学的安全系の動作はどうなつているか、
これらが設計どうり機能しているかどうか等をプ
ラントの計測にもとづいて判断し、これを運転員
にわかり易く表示し、とるべき操作を誤りなから
しめるようにした運転員支援システムを提供する
ことにある。 以下本発明の一実施例につき図面を参照しなが
ら詳細を説明する。 図面は本発明の運転員支援システムの一実施例
を示すブロツク図である。 原子力発電所１には、軽水型原子炉が設けら
れ、炉心内の中性子束、原子炉圧力、原子炉水
位、格納容器圧力などのプロセス量を検出する図
示しない各種検出器から成る保護系用計装がその
原子炉内に設けられている。そして保護系用計装
からの信号２は、原子炉保護系、格納容器および
原子炉圧力容器・隔離制御系、非常用炉心冷却制
御計装等を含むブロツク、即ち原子炉保護系等３
に入力されて、原子力発電所１の運転状態が安全
であるか否かが常時監視されている。原子炉保護
系等３において、任意の信号あるいはその組合せ
が、あらかじめ設定された限界値を越えたときに
は、これに対処すべく、相当する原子炉スクラム
信号、格納容器および原子炉圧力容器・隔離信
号、非常用炉心冷却系起動信号等を含む安全信号
４が、原子炉保護系等３より発せられ、この安全
信号４は原子力発電所１の内部に設置された炉心
に挿入される制御棒や、格納容器および原子炉圧
力容器の隔離弁や、非常用炉心冷却系の駆動装置
に送られて必要な安全動作を生ぜしめる。 保護系動作監視装置５は、保護系用計装信号２
と、安全信号４と、原子炉炉心に挿入される制御
棒の位置等の原子力発電所１のプロセス計装信号
６とを入力し、まず原子炉保護系の保護動作を独
自にシミユレートする。そしてそのシミユレート
の結果をもとに安全信号４に相当する出力信号７
を発すべきか否かを常時監視している。出力信号
７を発すべきであると判断したときは、その原因
となつた保護系用計装信号２を記憶し、かつ出力
信号７と安全信号４とを比較し、これに相当する
安全信号４が原子炉保護系３より正しく発せられ
ているかどうかを確認し監視する。さらにその出
力信号７の発せられた時刻をも記憶する。万一出
力信号７に対応する安全信号４が発せられていな
い場合は、この旨を運転員に警報するため表示装
置８に対し表示信号９を発し、ひき続き監視を続
ける。出力信号７に対応した安全信号４が発せら
れているときは、次にその信号によつて動作すべ
き安全動作が確実に行なわれているかどうかを監
視する。例えば、原子炉スクラム信号が発せられ
たときは、制御棒が全て炉心に挿入されているか
どうかを、上記プロセス計装信号６に含まれる制
御棒位置信号を用いて監視する。この際、一般に
安全信号４が発せられてから実際に安全動作が完
了するまでは時間遅れが存在するので、監視にあ
たつてはこれを考慮する。非常用炉心冷却系起動
信号のように、実際に炉心や一次冷却系に冷却水
を注入することが必要なものについては、流量計
の備えられたものではその信号により、流量計の
ないものでは冷却水の流入を確保するに必要な弁
の開閉、ポンプの起動信号等によつて監視する。
これらもプロセス計装信号６の中に含まれてい
る。もし、これらの信号を調べて安全動作が確実
に行なわれていないと推定されたときは、例えば
次のようなプラント安全保護系状態監視システム
を用いその結果を表示する。すなわち、例えば本
発明の以上の各処理を行なわせるコンピユータ
に、システム故障を生じさせるのに必要な同時的
に存在する安全保護系の故障機器の最小組合せの
全てを記憶させる一方、安全保護系を構成する各
機器のバイパスあるいは不動作状態を示す信号を
入力させて、前記故障機器の最小組合せと前記入
力とを比較し安全動作を行なう系のどこに欠陥が
あるかを調査し発見し、運転員にその旨を表示す
る表示装置８に向けて表示信号９を発する。而し
て、保護系動作監視装置５は、時系列として原子
炉保護系３の動作をもたらした保護系用計装から
の信号２と、その結果としての安全信号４と、こ
れに対応したプロセス計装信号６に含まれる安全
動作と、これらの可否に関する情報とを保護系等
動作時系列信号１０として記憶しかつ出力する。 プラント状態監視装置１１は、保護系用計装か
らの信号２と、プロセス計装信号６と、上記保護
系等動作系列信号１０を入力し、原子炉保護系等
の動作後のプラントの主要な状態量である未臨界
度、原子炉一次系圧力、炉容器内水位、炉心冷
却、格納容器健全性等についての監視を行なう。
一般にこれらの状態は、プラントの安全保護系動
作の関数であり、かつまた安全保護動作をひき起
こした安全信号の関数であつて、これらは保護系
動作時系列信号１０に含まれている。これら未臨
界度、原子炉一次系圧力、炉容器内水位、炉心冷
却、格納容器健全性等の監視結果に対応する表示
信号１２がこのプラント状態監視装置１１より発
せられ、表示装置１３にわかり易く表示される。
このプラントの状態把握は、例えば次のような手
法により行なわれる。すなわち炉容器内水位を例
にとると原子炉に流入する流量、例えば非常用炉
心冷却系による注水量、通常の給水量など、また
流出流量、例えば主蒸気管、逃し安全弁を流れる
蒸気の量を常時測定しておき、原子炉内の質量バ
ランスをチエツクし、これによつて炉内に残存し
ている冷却材の量を計算する。同時に炉内の圧力
と温度とを測定し、これらのデータから原子炉内
の水位を計算する。そして、これが炉心上端をど
れ程上回つているか、またその時点で水位が降下
していれば炉心が露出するまでどれ程の時間的余
裕があるか等の重要な情報を表示装置１３によつ
て運転員に知らせるのである。 同様に、中性子束の測定から炉心出力を、冷却
材温度と炉水位より炉心冷却状態を、また原子炉
建屋内の放射線計測により格納容器の健全性をそ
れぞれ把握して表示する。これらの状態量は炉心
の健全性を保ち、さらに放射性物質を外部環境中
に放出しない為に必要とされる最も重要かつ適確
な情報であり、その表示は運転員の適確な操作と
判断に寄与するものである。このような状態量の
監視にあたつても、前述の保護系動作監視装置と
同様に、各状態量の時間的変化を考慮し、適当な
時間遅れをもつて監視を行なうようにする。例え
ば冷却材喪失事故時、非常用炉心冷却系が動作し
て炉容器内の水位が回復するのには、その事故の
大きさによつて所定の時間が必要である。 次に、過渡状態シーケンス推定装置１４は、保
護系動作監視装置５の出力する保護系動作時系列
信号１０およびプラント状態監視装置１１の出力
信号１２を入力し、過渡状態あるいは事故の状態
の推移を明らかにするものである。この状態の推
移の推定はイベントトリー（Event Tree）を用
いて行なわれる。イベントトリーは、システムを
構成する機器の故障が進展した場合たどるシーケ
ンスを論理樹枝状にまとめて現在の状況から将来
起こるべき状況を推定できるようにした手法であ
る。 過渡状態シーケンス推定装置１４においては、
例えば次のような手順により過渡状態の推移の推
定が行なわれる。 一般に原子力発電所の運転における異常な過渡
変化時、原子炉のスクラムに始まる保護動作によ
りプラントを安全に停止させるためには、次の４
つの機能が必要とされる。すなわち第一に原子炉
未臨界、第二に原子炉圧力バウンダリーの過圧防
止、第三に炉心の崩壊熱の除去を行なうための原
子炉容器内の水位の確保、第四に格納容器外への
除熱である。これらの機能が満足に働くか否かに
より過渡状態の推移が変り、原子力発電所外への
放射能放出に伴うリスクが変化する。次表は、こ
の関係を表わすイベントトリーであり、それぞれ
のシーケンスの概略の結果を示している。

【表】 上の表において、例えば異常時過渡現象Ａが生
じ、この際格納容器外への除熱Ｅが失敗すると炉
心溶融の危険性が推定される。このためイベント
トリーの１段下の原子炉容器内水位確保Ｄの成否
によりさらに次の事態の予測が行なわれる。逆に
各操作が成功したときは、トリーは順に上方にた
どられて炉心状態は健全と推定される。そして表
示装置８により現在どのイベントまで保護動作が
進展しているかがわかり、また一方ではプラント
状態監視装置１１の表示装置１３からその保護動
作が果たさんとする機能の成否が明らかとなるの
で、現時点における原子力発電所の過渡状態がイ
ベントトリー上どのシーケンスをたどりどの時点
まで進展しているか推定できる。この推定結果１
５が表示装置１６に表示される。なお原子炉保護
系等３の動作の成功、失敗にもとづいて、上表の
イベントトリーをさらに詳細に展開することも可
能である。また、運転員ガイド装置１７は過渡状
態シーケンス推定装置１４の推定結果１５を入力
しイベントトリー上の現在たどりつつあるシーケ
ンスとそのシーケンス上の位置から将来のパスを
予測して、必要な手動操作を運転員に表示装置１
８により指示するとともに、できるだけ最終的な
リスクを低減するようシーケンスパスを修正する
ために試みるべき手段を、イベントトリーにもど
づいて探索する。即ち、いま原子力発電所がある
シーケンスをたどりつつあるとすると、そのシー
ケンスの最終的な結果は一般的には複数のものと
なるが、上表に示すごとくイベントトリーにより
あらかじめその結果を予測することができる。さ
らにプラント状態監視装置１１の表示信号１２に
より、その時点での各状態量がわかるので、これ
とあらかじめ予測される最終的結果とを比較し、
現状がまだ最終結果には至つておらず、かつ後者
がよりリスクが高く避けるべきものであれば、イ
ベントトリーを逆にたどつて最終結果のリスクが
軽減できるかどうかを探索する。この場合はイベ
ントトリーの上流側にある機能について、特に失
敗した機能について、これに対応する安全保護系
の動作可能性を、例えば前述したプラント安全保
護系状態監視システムにより再度チエツクし、可
能であればその旨を表示装置１８に表示し、運転
員に知らしめ、必要な操作をとるべきことを指示
する。次に本発明による装置の作動について説明
する。 安全保護系動作監視装置５は、原子力発電所１
の運転中、常時保護系用計装からの信号２を監視
している。保護系用計装からの信号２のいずれか
がその設定値を越えたときには、原子炉保護系等
３が動作しその監視その他上述した各動作が行な
われる。そしてこの安全保護系動作監視装置５の
出力情報即ち保護系動作時系列信号１０には、時
系列として安全信号４とそれの原因となつた保護
系用計装からの信号２、および安全動作の可否に
関する情報が含まれている。そして上記出力情報
はプラント状態監視装置１１および過渡状態シー
ケンス推定装置１４に送られる。プラント状態監
視装置１１は上記出力情報にもとづいて既に説明
したプラント主要状態量の時間的変化を考慮し、
適当な時間遅れをもつて監視を行なう。 さらに、過渡状態シーケンス推定装置１４は、
前表に示したような運転中の異常時過渡現象に対
するものの他に、例えば破断孔の異なる冷却材喪
失事故に対するいくつかのイベントトリーも有し
ている。この装置１４は上記出力情報即ち保護系
動作時系列信号１０にもとづいて逐次適用すべき
イベントトリーを限定していく。原子力発電所の
安全系は事故当初の適当な時間、例えば約10分間
程度運転員の介入なしに事故に対処し得るよう設
計されている。従つてこの時間を利用してこの装
置１４はプラント状態監視装置１１の監視結果１
２をも利用しつつイベントトリーの確定、各イベ
ントシーケンスの確定、およびイベントシーケン
ス上の現在点の確定を行なう。安全保護系の動作
不良のような事態は、保護系動作監視装置５によ
り検出が可能である。運転員ガイド装置１７は上
記過渡状態シーケンス推定装置１４の出力である
イベントトリー、現在たどりつつあるイベントシ
ーケンス、およびシーケンス上の現在点の情報に
もとづいて次にとられるべき安全保護動作を定
め、それが手動操作を必要とするものであればそ
の旨を表示装置１８によつて運転員に対して表示
する。そして、これらの安全保護動作の成否に応
じて、シーケンスの最終状態、例えば炉心の損傷
などと、それによつて生じるリスクをイベントト
リーによつて予測する。もしも、その結果が、高
いリスクを有することが明らかとなれば、先に説
明した方法によつてリスクを軽減するような操作
を探索して、この結果も判り易く運転員に対して
表示する。 以上説明した本発明のシステムによれば、運転
員は原子炉保護系等３の動作が設計どおりである
かどうかを、保護系動作監視装置５により分析さ
れた判り易い形態で表示装置８によつて監視する
ことができる。また過渡状態あるいは事故時にお
ける主要な状態量を、プラント状態監視装置によ
り分析整理された形で表示装置１３によつてまと
めて監視することができる。従つて運転員は複雑
な多量の情報の分析のみによつて知ることのでき
る発電所の正確な状態を上記の装置によりただち
に把握することができ、これに対する適切な処置
をとることが可能となる。 さらに、これらの情報をまとめてイベントトリ
ーの形で表示し、この中に現在たどりつつあるイ
ベントシーケンスとその上の現時点を表示するこ
とによつて、その後の事態の進展、動作させるべ
き安全保護動作、および予想される最終結果が明
らかとなる。従つて本発明のシステムによれば運
転員は発電所の現状をより良く理解でき、かつ次
に行なうべき操作をより容易に判断でき、操作す
べき系統の状態をチエツクし、その動作を完全に
すべく準備する時間を得ることができる。本発明
のシステムは、以上の処置を運転員に代つて行な
い、事態が緊迫した場合にも適切な処置がとれる
ようにする。またリスクが多いと判断した場合に
は、これを軽減するための処置を探索し、安全性
の向上に寄与する。 なお、上述した本発明のシステムにおいて、保
護動作監視装置５が保護系用計装からの信号２と
原子炉保護系３と安全信号４とを監視するように
し、例えば原子炉保護系３の動作限界値が本来の
設計値よりも低く、保護系動作監視装置の出力信
号７の発生前に安全信号４が発せられたような場
合、保護系動作監視装置５は限界値への接近度等
を考慮に入れて安全信号の発生原因を推定し、適
切な処置をとるようにすることも可能である。ま
た、上述の実施例においては、各監視装置にそれ
ぞれ表示装置を共用したり各状態毎に表示装置を
それぞれ設けるようにしてもよい。なお、本発明
を構成する各監視装置等をオンラインプロセスコ
ンピユータに置き換えることが可能であることは
言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の運転員支援システムの実施例
を示すブロツク図である。 １……原子力発電所、２……保護系用計装から
の信号、３……原子炉保護系等、４……安全信
号、５……保護系動作監視装置、６……プロセス
計装信号、７……出力信号、８，１３，１６，１
８……表示装置、９，１２……表示信号、１０…
…保護系動作時系列信号、１１……プラント状態
監視装置、１４……過渡状態シーケンス推定装
置、１５……推定結果、１７……運転員ガイド装
置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 軽水型原子炉を有する原子力発電所におい
   て、原子炉保護系等の入力である保護系用計装信
   号、原子炉保護系等の出力である安全信号および
   前記安全信号によつて動作する安全保護系動作を
   監視するためのプロセス計装信号の各信号を入力
   し、前記保護系等および前記安全保護系の各動作
   を監視する保護系動作監視装置と、前記保護系計
   装信号、前記プロセス計装信号および前記保護系
   動作監視装置の出力である保護系動作時系列信号
   の各信号を入力し、発電所の主要な状態量を監視
   するプラント状態監視装置と、前記保護系動作時
   系列信号と前記プラント状態監視装置の監視結果
   とを入力し、イベントトリー（Event Tree）を
   用いて発電所の状態を推定する過渡状態シーケン
   ス推定装置と、前記過渡状態シーケンス推定装置
   の出力を入力し、運転員が次にとるべき操作を導
   出する運転員ガイド装置とからなることを特徴と
   する原子力発電所の運転員支援システム。