JPS63132312A - プラントの異常診断方法 - 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】 （産業上の利用分野〕 本発明は監視すべきパラメータが多数あり、これらのパ
ラメータが相互に複雑に結びついている原子力発電所、
火力発電所等のプラントの異常検知と異常原因の同定を
行うプラントの異常診断方式に関する。

〔従来の技術〕

一般に、プラント状態量が所定の制限値を越えた場合に
警報を出力し、運転員に異常の発生を知らせるようにし
たアナランシェークが原子力発電所、火力発電所等のプ
ラントに数多く用いられている０例えば、原子カプラン
ト等の場合には、このアナランシェークの数が数千にも
達し、通常の軽微な故障の場合でも多数のランプが点滅
し、運転員に必要な情報だけを提供するのが難しくなっ
ている。このため、計算機を利用して異常診断するため
のシステムの開発が世界各国で行われており、代表的な
システムに西ドイツのＧｅ５ｅｌｌｓｃｈａｆｔＲｅａ
ｋｔｏｒｓｉｃｈｅｒｈｅｉｔ　（ＧＲ５）と、ノルウ
ェーのＨａｌｄｅｎプロジェクトが開発している５ＴＡ
Ｒと、ＥＲＰＩ（米国電力研究所）の委託により開発さ
れているＤＡＳがある。

〔発明が解決すべき問題点〕

これらのシステムのなかでは原因結果論理法（ＯＣＴ）
といわれている異常診断法が用いられている。このシス
テムのなかで用いる信号の数は非常に多くてシステムの
規模を大きくしてしまうだけでなく、異常原因の同定に
多くの時間を要し、プラント稼動率の低下をもたらすな
どの不都合を生じており、例えば５ＴＡＩ？では８００
０点の信号を用いている。

本発明は上記問題点を解決するためのもので、異常診断
システムの規模を小さくして異常原因の同定に要する時
間を短くし、プラント稼動率を向上させると共に、運転
員に適切な操作ガイドを迅速に与え、安全性を向上させ
ることの可能なプラントの異常診断方式を堤供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕 そのために本発明のプラントの異常診断方式は、プラン
トの異常時のプラント状態量をシミュレーションにより
求め、これらのプラント状Ｍｌを多変量解析して得られ
るプラント状態量間の結合様式を示すパターンと、時々
刻々更新されるプラント状Ｌｉｔから作成されるプラン
ト状態量間の結合様式を示すパターンとを照合すること
によりプラントの異常診断を行うことを特徴とする。

〔作用〕

本発明のプラントの異常診断方式は、異常時のプラント
状態量をシミュレーションにより求め、これらのプラン
ト状態量を多変量解析して得られるプラント状態量間の
結合様式を示すパターンと、時々刻々更新されるプラン
ト状態量から作成されるプラント状態量間の結合様式を
示すパターンとを照合することにより異常診断システム
の規模を小さくして異常原因の同定に要する時間を短く
し、プラント稼動率を向上させると共に、運転員に適切
な操作ガイドを迅速に与え、安全性を向上させることが
可能となる。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照して説明する。

先ず本発明によるプラントの異常診断方式の原理を説明
する。

プラントの異常診断を行うにあたって、先ず異常時のプ
ラント応答特性を求める。この異常時のプラント応答特
性を求めるのに、プラントに実際に異常を発生させるこ
とは出来ないので、プラント動特性解析コード等を使用
してシミュレーションを行い、外乱が加えられた時の異
常時のプラント応答を予測する。

例えば、異常の種類として「蒸気ドラム水位低下」を選
んだ場合、これを頂上事象とし、この事象を結果すると
考えられる原因事象、更にこの原因事象を結果すると考
えられる原因事象というように、順次与事象を結果する
原因事象をツリー状につなぎ合わせて得られるフォルト
・ツリーから、プラント動特性解析コードに人力可能な
、例えば、（イ）給水温度の低下 （ロ）反応度の低下 （ハ）給水流量の低下 （ニ）主蒸気流量の増大 等の事象を選択する。

なお、「蒸気ドラム水位の低下」の発生は、例えば新型
転換炉（ＡＴＲ）において炉心で発生している熱を除去
している水がな（なることに通じ、炉心溶融にもつなが
りかねない異常に相当するので、このため運転員は「蒸
気ドラム水位」は、常に細心の注意を払って監視してい
る事象である。

次にプラント動特性解析から求めたプラント状１’ｌｉ
ｌについて、定常運転時からの偏差を（１）式のように
求める。

Ｘ盈・０ 但し、 Ｘｉ＋Ｌ’プラント状態量の種類ｌ、時刻ｔにおけるプ
ラント状態量の偏差値 Ｘｉ＋ｔ’プラント状態量の種類ｉ、時刻ｔにおけるプ
ラント状態量の値 Ｘｉ、。ニブラント状態量の種類１の定格運転時のプラ
ント状態量の値 である、なお、（１）式は、圧力、温度、流量等の次元
の異なったプラント状態量を相互に比較できるように、
正規化して無次元化している。

次に、多変量解析コード等を用いて正規化したプラント
状態量について、次のような一次結合をつくる。

？＋　−ｈｌｌｘｌ　　＋ｈｔ＋Ｘｔ　＋・””’＋１
ＩＰＩＸＰＹｘ　−ｈ＋ｔＸ＋　　＋ＴｈｘｔＸｇ　”
”””ｈｐｚＸｐＹｔ　−）１＋ｒＸ＋　　＋ｈｔｒＸ
ｚ　＋””・・＋ｈｐｔＸｐＦｓ−ｂ、ｌＩｘ、”ｈｚ
＊Ｘｘ　”””’＋　ｈＰ＋ａｘＰ（ｍ≦ｐ） ｈＩｌ＋ｈｔＪ＋・・・・・・＋ｔｌ”ｐｊ＝１（ｊ≠
１．２、・・・・・・ｍ）　　　　　　　　　　　　　
・・・・・・（２）ここでｘ、ｘｘ、は正規化したプラ
ント状態量、）’＋”３’−は主成分を表している。

この主成分分析を行うプラント状態量Ｘの種類は、例え
ば第４図に示すようなものである。このようなプラント
状態量に対する第１主成分ｙ１から第５主成分ｙ、の係
数ｈｐｊの大きさを示すと第５図に示すような結合様式
パターンとなる。

第５図（イ）は給水温度の低下、第５図（ロ）は反応度
の低下、第５図（ハ）は給水流量の低下、第５図（ニ）
は主蒸気流量の増大の場合のパターンを示す図である。

図において、左側の軸が中性子束、保有水量、温度、エ
ンタルピー等の合計２７個のプラント状ａｔの種類を示
し、右側の軸がプラント状態量間の結合様式である主成
分Ｙｒ　、１ｇ・・・ｙ、を示す。

これらの２つの軸に直交する縦軸が（１）式の主成分の
係数（固有ベクトル）ｈｌｌｊの大きさである。

このような異常時パターンを参照用異常時パターンとし
て記憶しておき、時々刻々変化する実際のプラント状態
量に対して得られる結合様式パターンとを照合して異常
か否かの同定を行う。

次にこれらの結果から異常原因を識別することを考えて
みると、先ず、プラント状態量間のｙｌ、Ｙｚ・・・ｙ
、の結合様式に注目したとき、ｙｌと数学的に直交する
ｙ２の固有ベクトルの大きさが増大しているのは、第５
図（ロ）の「反応度像　　　下」の場合だけであり、こ
のほかの異常原因の場合には、ｙ、の固をベクトルの大
きさが増加するだけである。

次に、プラント状態量の種類に着目してみると、状Ｌｉ
ｔ２５（タービン出力）が大きく変化しているのは第５
図（ロ）の「反応度の低下」、第５図（ニ）の［主蒸気
流量の増大コの場合である。これらの２つの異常は、前
述のｙ、とｙ２の大きさの相違と組合わせれば、容易に
弁別することができる。状態量１５（給水弁開度）が大
きく増加しているのは、第５図（イ）の「給水温度の低
下」の場合である。また、状ｆｌ１９（原子炉保有水量
）が大きく増加しているのは、第５図（ハ）の「給水流
量の低下」の場合である。

こうして異常原因を識別することが可能となる。

なお、プラント状態量の偏差の代わりに、次のような自
己回帰モデルの係数Ａ　（ｍ）の大きさを用いる等して
も、（１）式の結合様式を作成することができる。

Ｘ（ｔ）−ΣＡ（ｍ）Ｘ（ｔ　−ｍ）　＋Ｕ（ｔ）但し
、 Ｘ（ｔ）　　　：　　（ｘ＋（ｔ）＋ｘｔ（ｔ）ｓ・＝
・ｘ　１＋　（Ｄ　）の転置行列 ｘｍ（ｔ）７種類にのプラント状態量の時刻ｔにおける
値 Ｕ（ｔ）　　　：ホワイトノイズ 第１図はこのような原理に基づくプラントの異常診断の
手順を説明するためのブロック図であり、図中、１は結
合様式作成機能ブロック、２は参照用異常時パターン記
憶機能ブロック、３はプラント、４はプラント異常診断
機能ブロックである。

図において、機能ブロック１は、異常時プラント状態量
間パターン作成のための電子計算機によって行われ、ス
テップ■で前述したプラント動特性解析コードを使用し
て異常時のプラント応答解析を行い、ステップ■でプラ
ント状態量間の結合様式のパターンを作成する０機能ブ
ロック２は外部記憶装置、例えば磁気デスクのようなも
ので構成されており、ステップ■においては、ステップ
■で作成したパターン、即ち主成分の係数とブラント状
態量の関係をテーブルにして参照用異常時パターンとし
て記憶する０機能ブロック４はプラント異常診断用電子
計算機によって行われ、ステップ■で、時々刻々変化す
るプラント状態量のデータを、例えば１回／秒程度の速
度でプラント３から取り込む、プラント異常診断用電子
計算機に入力されたデータについて、ステップ■のプラ
ント状態量間の結合様式のパターンの作成の場合と同様
にプラント状態量間の結合様式パターンを作成する。

ステップ■は、例えば葎気ドラムの水位計の指示値が通
常のものより小さくなった場合等に異常と判定する。こ
の場合の異常の有・無のしきい値については、第２図に
示すように、水位計の測定ライン（Ｘよ）に混入する雑
音によって揺らいでいる値（Ｘ、±σＸｔ）よりわずか
に大きなもの（しきい値Ｘ＞ＸＺ　＋σｘ２）または小
さなもの（しきい値Ｘ＜Ｘよ−σｘ、）を使用する。

なお第２図（イ）はプラント状態量間の結合様式の運転
モード依存性を示す図、第２図（ロ）は第１図の断面図
である。

次にステップ■で参照用異常時パターンとのパターン照
合を行い、ステップ■で作成したプラント状８１１間の
結合様式のパターンと合致するパターンをプラント異常
診断用電子計算機の外部記憶装置のなかに収納されてい
るもののなかから選び出す、パターンとパターンを照合
させる場合には、ステップ■で記憶された参照用異常時
パターンの主成分の係数とプラント状態量間の関係を示
すテーブルの数値の大きさの比較のみならず、人工知能
技術を利用して、定性的な情報をも扱うことができる。

例えば、Ａの状ａ′Ｍが大きく、Ｂ５Ｃ０状Ｂｆ！にの
ものは、Ａのものの約半分であるといった定性的な情報
を利用する。これは、最近市販されはじめたＺＥＵＳ等
のエキスパート支援ツールを用いれば、これらの定性的
情報を、ＩＦ・・・ＴＨＥＮのプロダクシロン・ルール
で容易に計算機に入力することが可能である。

次に、ステップ■で参照用異常時パターンの有・無の判
定を行うが、これはステップ■における参照用異常時パ
ターンとのパターン照合の結果、合致したパターンがあ
った場合には、プラント内の警報を点燈させることによ
り行う０合致するものがない場合には、プラント異常診
断の開始時点に戻る。なおプラント異常診断システムを
実際に構築する場合には、合致するパターンが発見され
ない場合には、合致の程変を「確からしさ」として百分
率で示したり、また「確認操作」を運転員に提示する等
の措置をとるようにしてもよい。

以上のようにして、例えば原子炉プラントの中性子束、
保存水量、温度、流量、圧力、バルブ開度等の中央制御
室で容易に監視することのできるプラント状態量約３０
種類の結合様式の変形形態から、異常原因の同定を行う
ことができる。

第３図はこのような異常診断を行うためのハードウェア
構成を示す図で、１１はプラント、１２は電子計算機、
１３は外部記憶装置、１４は警報器であり、それぞれ前
述した作用を行うがζ警報器１４は、電子計算機１２か
らの異常信号が入力されたとき、中央制御室のなかの警
報器を点滅させたり、警報ブザーを鳴らせる等してプラ
ントに異常が発生したことを運転員に知らせるようにす
ればよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、プラントの全体の状態を
総合的に判断するようにしたので、異常診断システムの
規模を小さくし、無用な運転停止を避けることができ、
プラント稼動率を向上させることができると共に、運転
員に適切な操作ガイドを迅速に与え、誤操作の確率を著
しく下げることができ、安全性を向上させることが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はプラントの異常診断の手順を説明するためのブ
ロック図、第２図（イ）はプラント状態量間の結合様式
の運転モード依存性を示す図、第２図（ロ）は第１図の
断面図、第３図は異常診断を行うハードウェア構成を示
すブロック図、第４図はプラント状態量の種類を示す図
、第５図（イ）は給水温度の低下、第５図（ロ）は反応
度の低下、第５図（ハ）は給水流量の低下、第５図（ニ
）は主蒸気流量の増大の場合の各パターンを示す図であ
る。 １・・・結合様式作成機能ブロック、２・・・参照用異
常時パターン記憶機能ブロック、３・・・プラント、４
・・・プラント異常診断機能ブロック、１１・・・プラ
ント、１２・・・電子計算機、１３・・・外部記憶装置
、１４・・・警報器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラントの異常時のプラント状態量をシミュレー
   ションにより求め、これらのプラント状態量を多変量解
   析して得られるプラント状態量間の結合様式を示すパタ
   ーンと、時々刻々更新されるプラント状態量から作成さ
   れるプラント状態量間の結合様式を示すパターンとを照
   合することによりプラントの異常診断を行うことを特徴
   とするプラントの異常診断方式。
2. （２）前記プラント状態量間の結合様式は、各プラント
   状態量の一次結合である特許請求の範囲第１項記載のプ
   ラントの異常診断方式。
3. （３）前記パターンの照合は、プロダクションルールを
   用いて行う特許請求の範囲第１項記載のプラントの異常
   診断方式。