WO2015019499A1 - センサ健全性判定装置 - Google Patents

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normal
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昌基 金田
有田　節男
佳彦 石井
健一 上遠野
石川　忠明
亮太 鴨志田
Original Assignee
株式会社日立製作所
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L27/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring fluid pressure
    • G01L27/007—Malfunction diagnosis, i.e. diagnosing a sensor defect

Definitions

  • the present invention relates to a sensor soundness determination device for diagnosing the soundness of a sensor installed in a plant or the like, and in particular, in a state where a peripheral device where the sensor is installed is damaged.
  • the present invention relates to a sensor soundness determination device for diagnosis.
  • the measured value of the sensor is a very important monitoring target, but the reliability of the measured value may be lowered. This is because if a severe accident causes a temperature rise, an increase in radiation dose, or a submergence in the environment around the sensor, the sensor may be broken or damaged.
  • Patent Document 1 describes that “in a sensor diagnosis method for diagnosing a sensor state from diagnosis data that is a plurality of process values, a data distribution of an abnormal state is estimated from preset normal data. Abnormal data is created, and a determination is made as to which distribution of the normal data and the abnormal data the plurality of input diagnostic data is close to, the state of the diagnostic data is determined, and the state of the diagnostic data and The sensor diagnosis method is characterized in that the type of sensor abnormality is determined based on the state of past diagnosis data. "
  • Patent Document 2 describes, “An input processing unit that inputs an output of a plant meter and outputs an observation signal and a static characteristic of a component device of the plant quantitatively.
  • a characteristic storage unit that stores the device model, a state estimation unit that estimates a process state of the plant from an observation signal of the input processing unit using the device model of the characteristic storage unit, and the state estimation unit that is estimated by the state estimation unit
  • An observation signal diagnosis unit that compares a process state with the observation signal and determines a normal degree of the observation signal by fuzzy inference; and a state display unit that displays a determination result of the observation signal and the observation signal diagnosis unit
  • the plant operation support apparatus characterized by comprising.
  • JP 2010-276339 A Japanese Patent Laid-Open No. 7-181292
  • the state at the normal time is learned for a plurality of correlated sensors in the plant, the data at the time of abnormality is estimated, and the state of the sensor is compared to diagnose the drift or abnormality of the sensor.
  • the soundness diagnosis of the sensor in this case diagnoses an abnormality caused by the sensor itself, and is a diagnosis method based on the premise that peripheral devices affecting the sensor are healthy.
  • Patent Document 1 does not describe a method for determining the soundness of a sensor in a severe accident.
  • Patent Document 2 the soundness of a device and a sensor is determined using a device model that is a relational expression between a plurality of sensors.
  • the state of the peripheral device may change and the device model may change.
  • Patent Document 2 does not describe a method for determining the soundness of a sensor in a severe accident.
  • a sensor soundness determination apparatus that monitors the sensor state during normal operation and evaluates the sensor installation environment at the time of an accident to determine the soundness of the sensor at the time of an accident. I will provide a.
  • the present invention includes first and second sensors that are installed in a plant and detect the state quantity of the plant, and the second sensor detects a state quantity relating to the installation environment of the first sensor.
  • a sensor soundness determination device for monitoring the sensor signal of the first sensor at an accident detection means for inputting accident occurrence information in the plant and before the accident detection is detected by the accident detection means.
  • the limit condition that allows the first sensor to operate normally in the installation environment of the state quantity is stored as a specification. Compare the sensor signal of the second sensor and the specifications of the sensor specification database at the stage after the accident detection is detected by the accident detection means.
  • a sensor installation environment evaluation device for evaluating the installation environment of the first sensor after the occurrence of an accident, and a sensor state of the first sensor and an accident obtained from the sensor installation environment evaluation device before the occurrence of the accident obtained from the normal sensor monitoring device
  • An integrated determination apparatus determines the soundness of the first sensor after the occurrence of an accident from the installation environment of the first sensor after the occurrence.
  • the state of the sensor at the time of an accident can be determined by monitoring the sensor state during normal operation and evaluating the sensor installation environment when an accident occurs.
  • the figure which shows the structural example of the sensor soundness determination apparatus which concerns on this invention The figure which shows the example of a specific sensor signal and an environmental sensor signal. The figure which shows the example of the specification recorded on the sensor specification database. The figure which shows the time-sequential output of a normal time sensor monitoring apparatus and a sensor installation environment evaluation apparatus. The figure which shows the example of an output screen of a determination result output device determination result. The figure which shows the example of the process flowchart in the case of implement
  • the present invention is based on the basic idea described below.
  • the factors that cause the sensor to become abnormal were examined.
  • deterioration or accidental failure can be considered here, but if it shows a certain expected value, it is understood that it is not at least an obvious failure.
  • a failure that occurs at the time of an accident it is conceivable that the failure occurs due to a rapid increase in temperature, pressure, radiation dose or submersion in the sensor installation environment.
  • changes in sensor output due to abnormalities in normal operation are long-term in units of months, whereas changes in sensor output during the period from the occurrence of an accident to convergence are considered to be short periods of days. It is done.
  • FIG. 1 is an example of a configuration diagram of a sensor soundness determination apparatus according to the present invention.
  • the sensor 1 is a sensor that measures a state quantity such as a plant temperature, pressure, water level, and flow rate as a sensor signal S1.
  • the environmental sensor 2 is a sensor that measures a state quantity such as temperature, pressure, radiation dose, and water level of the installation environment of the sensor 1 as the environmental sensor signal S2.
  • the sensor is installed outside the vessel and pipe constituting the plant to detect the state quantity in the vessel and the pipe, and the environmental sensor 2 is a state indicating the environment outside the vessel and the pipe in which the sensor 1 is installed. The amount is detected.
  • the sensor signal input device 3 is a device that inputs the measurement value (sensor signal S1) measured by the sensor 1 to the computer 10, and may be a process computer, for example.
  • the environmental sensor signal input device 4 is a device that inputs a measurement value (environment sensor signal S2) measured by the environmental sensor 2 to the computer 10, and may be a process computer, for example.
  • the present invention will be described with reference to specific examples of the sensor signal S1 and the environment sensor signal S2 shown in FIG.
  • the time series of these measured values is taken as an example.
  • An example of a typical change is shown.
  • the sensor 1 for the high-pressure water injection flow rate S1A and the drain tank water level S1B is installed in the reactor containment vessel, and the environment sensor 2 is a sensor for measuring the temperature and radiation dose in the reactor containment vessel. .
  • the sensor 1 is operated by being exposed to the environment of the temperature and radiation dose measured by the environment sensor 2, and the performance cannot be maintained and guaranteed under the severe environment of temperature and radiation dose. is there.
  • the accident occurrence time in the nuclear reactor is assumed to be 00:00, and the change example of the measured value in the previous 10 hours and the subsequent 1 hour at the 10 minute interval is shown. .
  • the accident occurrence time can be detected by issuing an alarm that can be acquired by a process computer, such as an important alarm “Scrum”.
  • the high-pressure water injection flow rate S1A in the sensor signal S1 is maintained and maintained at 0% in a normal state before the accident occurs, increases from 30% to 50% after 10 minutes after the accident occurs, and thereafter Maintains 50%.
  • the drain tank water level S1B does not change before and after the occurrence of the accident.
  • the temperature S2A in the containment vessel as the environmental sensor signal S2 is maintained and maintained at 30 ° C. in a normal state before the accident occurs, and from 10 ° C. to 120 ° C. after 10 minutes from the occurrence of the accident. It continues to increase gradually.
  • the radiation dose S2B in the containment vessel as the environmental sensor signal S2 is maintained and maintained at 0.01 Gy / hr in a normal state before the accident occurs, increases to 1.0 Gy / hr after 10 minutes after the accident occurs, and is maintained thereafter. is doing.
  • the normal-time sensor monitoring device 5 in the computer 10 receives the sensor signal S1 from the sensor signal input device 3, and determines whether or not the sensor signals S1A and S1B match the preset predicted values S1A0 and S1B0. If they match, the sensor is determined to be normal, and if they do not match, it is determined to be abnormal. The determination of whether or not they coincide with each other is sufficient if the error between the sensor signals S1A and S1B and the predicted values S1A0 and S1B0 is within a certain range. If there is some variation such as seasonal variation, seasonal variation is included. A range may be set.
  • the high-pressure water injection system showing 0% during normal operation If the sensor of the flow rate S1A is determined to be normal and the range of the predicted value S1B0 in the normal state of the drain tank water level S1B is 90 mm to 100 mm, the sensor of the drain tank water level S1B indicating 100 (mm) during normal operation. Will be judged normal.
  • the normal-time sensor monitoring device 5 is in a normal state (a state prior to the accident occurrence time 00:00, for example, a state before detecting an alarm that can be acquired by the process computer, such as an important alarm “scrum”. ) Is a device for determining whether the sensor signals S1A, S1B match the predicted values S1A0, S1B0.
  • FIG. 3 shows an example of specifications recorded in the sensor specification database 6.
  • the high-pressure water injection flow rate S1A is taken up as the sensor 1, and a specification that operates normally in relation to the storage container internal temperature S2A that is an environmental sensor is determined.
  • the sensor 1 of the high-pressure water injection system flow rate S1A can operate normally when the containment vessel internal temperature S2A is 150 ° C. or lower.
  • the sensor 1 of the high-pressure water injection flow rate S1A cannot operate normally when the temperature S2A in the containment vessel is 150 ° C. or higher.
  • the high-pressure water injection system flow rate S1A is taken up as the sensor 1, and the specifications that operate normally in relation to the radiation dose S2B in the containment vessel, which is an environmental sensor, are defined.
  • the radiation dose S2B in the containment vessel is 1000 Gy / hr or less, indicating that the sensor 1 of the high-pressure water injection system flow rate S1A can operate normally.
  • the output value of this sensor is estimated to be unreliable due to a failure or the like.
  • the drain tank water level S1B is taken up as the sensor 1, and a specification that operates normally in relation to the containment vessel temperature S2A that is an environmental sensor is defined.
  • the containment vessel temperature S2A being 100 ° C. or lower indicates that the sensor 1 having the containment vessel temperature S2A can operate normally.
  • the sensor installation environment evaluation device 7 in the computer 10 receives the environmental sensor signal S2 from the environmental sensor signal input device 4 and the sensor specification from the sensor specification database 6 to evaluate the sensor installation environment after the accident. If the value of the environmental sensor signal satisfies the sensor specification continuously after the accident occurs, it is determined that the sensor installation environment after the accident is normal. On the contrary, if the value of the environmental sensor signal has deviated from the sensor specification after the accident, the sensor installation environment after the accident is determined to be abnormal.
  • the sensor installation environment evaluation apparatus 7 in the computer 10 inputs the storage container temperature S2A as the environmental sensor signal S2 from the environmental sensor signal input apparatus 4, and inputs the specification No1 as the sensor specification from the sensor specification database 6.
  • the performance of the sensor of the high-pressure water injection system flow rate S1A is guaranteed at a containment vessel temperature S2A of 150 ° C. or less, but the containment vessel temperature S2A in FIG. do not do. Therefore, the sensor installation environment after the accident of the sensor of the high-pressure water injection system flow rate S1A is determined to be normal with respect to the containment vessel temperature S2A.
  • the sensor installation environment evaluation device 7 inputs the in-container radiation dose S2B as the environmental sensor signal S2 from the environmental sensor signal input device 4, and inputs the specification No2 as the sensor specification from the sensor specification database 6.
  • the performance of the sensor of the high-pressure water injection flow rate S1A is guaranteed when the radiation dose S2B in the containment vessel is 1000 Gy / hr or less, but the radiation dose in the containment vessel S2B in FIG. It rises only up to 0 Gy / hr. Therefore, the sensor installation environment after the accident of the sensor of the high-pressure water injection system flow rate S1A is determined to be normal for the radiation dose S2B in the containment vessel.
  • the sensor installation environment evaluation device 7 inputs the storage container temperature S2A as the environmental sensor signal S2 from the environmental sensor signal input device 4, and inputs the specification No3 as the sensor specification from the sensor specification database 6.
  • the performance of the sensor at the drain tank water level S1B is guaranteed at a containment vessel temperature S2A of 100 ° C. or lower.
  • the containment vessel temperature S2A in FIG. Yes Accordingly, the sensor installation environment after the accident of the sensor at the drain tank water level S1B is determined to be abnormal with respect to the containment vessel temperature S2A.
  • the integrated determination device 8 in the computer 10 inputs the normal sensor state from the normal sensor monitoring device 5, inputs the sensor installation environment after the accident from the sensor installation environment evaluation device 7, and determines the sensor soundness at the time of the accident. judge. If the sensor installation environment does not deviate from the sensor specifications even after an accident, the sensor is determined to be healthy. Otherwise, it is determined as abnormal.
  • FIG. 4 summarizes the output of the normal time sensor monitoring device 5 and the output of the sensor installation environment evaluation device 7 described above in a tabular form in a time series.
  • the output of the normal-time sensor monitoring device 5 was normal (denoted by ⁇ in FIG. 4) for both the determination result of the sensor of the high-pressure water injection system flow rate S1A and the determination result of the sensor of the drain tank water level S1B.
  • the output of the sensor installation environment evaluation device 7 is normal in relation to the containment vessel temperature S2A according to the judgment of specification No1 after the occurrence of abnormality. Met. Further, according to the determination of the specification No. 2, the determination result of the sensor of the high-pressure water injection system flow rate S1A was normal (indicated by “ ⁇ ” in FIG. 4) in relation to the radiation dose S2B in the containment vessel.
  • the determination result of the sensor of the drain tank water level S1B in relation to the containment vessel temperature S2A is normal until time 00:40 after the occurrence of the abnormality (in FIG. (Indicated by ⁇ ).
  • the determination result of the sensor of the drain tank water level S1B was changed to abnormal (indicated by x in FIG. 4) in relation to the temperature S2A in the containment vessel.
  • the reason for the change is that the reliability of the sensor at the drain tank water level S1B is suspected because the containment vessel temperature S2A exceeded 100 ° C.
  • the sensor of the high-pressure water injection system flow rate S1A indicating normality throughout the occurrence of the accident is set to normal. Judgment is made, and the sensor of the drain tank water level S1B, which is in a severe environment in the state after the occurrence of the accident and whose output is in doubt, is judged to be abnormal.
  • the determination result output device 9 in the computer 10 displays the determination result of the integrated determination device 8 on a display or the like.
  • An example of the output screen is shown in FIG.
  • the screen displays the soundness judgment result of each sensor.
  • the determination result of the sensor of the high-pressure water injection system flow rate S1A is displayed as normal, and the determination result of the sensor of the drain tank water level S1B is displayed as abnormal.
  • other factors suspected of abnormalities are also displayed as remarks.
  • the determination result output device 9 may be a screen on a central control panel or a large display panel, and may employ a display method such as distinguishing the measured value of the sensor by color depending on the soundness of the sensor.
  • the normal-time sensor monitoring device 5, the installation environment evaluation device 7, and the integrated determination device 8 may be implemented as a computer program.
  • the sensor specification database 6 may be included in the computer.
  • FIG. 6 shows an example of a processing flowchart when the processing by the sensor soundness determination device 10 is performed by a computer.
  • the normal time sensor 1 is monitored after the normal operation is started such as after the plant is started.
  • process step S2 it is detected whether a plant accident has occurred. If no accident has occurred, the process returns to process step S1 and the monitoring of the sensor 1 at normal times is repeated. The occurrence of an accident is detected by issuing an alarm that can be acquired by a process computer, such as an important alarm “scrum”.
  • FIG. 7 shows details of the normal sensor monitoring process in process step S1.
  • the sensor signal S1 measured by the sensor 1 is input by the sensor signal input device 2.
  • processing step S12 it is determined whether the sensor signal S1 matches the preset predicted value S10. If they match, the normal sensor state is determined to be normal in processing step S13. If they do not match, the normal sensor state is determined to be abnormal in processing step S14.
  • the range of the predicted value S1A0 of the high-pressure water injection system flow rate S1A is -1% to + 1%
  • the range of the predicted value S1B0 of the drain tank water level S1B is 90 mm to 100 mm.
  • the sensor signal S1 of FIG. 2 when the sensor signal S1 of FIG. 2 is input, both the high-pressure water injection system flow rate S1A and the drain tank water level S1B are within the range of predicted values S1A0 and S1B0 until 00:00 when the accident occurs. Therefore, any sensor determines that the normal sensor state is normal.
  • the procedure of the processing steps S11 to S14 is performed every time the sensor signal S1 is input (for example, every second) at the normal time.
  • the environmental sensor signal S2 measured by the environmental sensor 2 is input by the environmental sensor signal input device 4 in the first processing step S31.
  • processing step S32 the environmental sensor signal S2 is compared with the sensor specification of FIG.
  • processing step S33 it is determined whether or not the environmental sensor signal S2 satisfies the sensor specification. If the specification is satisfied, the sensor installation environment after the accident is determined to be normal in processing step S34, and if the environmental sensor signal S2 does not satisfy the sensor specification, the sensor installation environment after the accident is determined to be abnormal in processing step S35. .
  • the sensor of the high-pressure water injection flow rate S1A has a containment vessel temperature S2A of 150 ° C. or lower and a containment vessel radiation dose S2B of 1000 Gy /
  • the performance is guaranteed. From 00:00 to 01:00 when the accident occurs, both conditions are satisfied as shown in FIG. 2, and therefore the sensor installation environment of the high-pressure water injection system flow rate is determined to be normal.
  • the drain tank water level S1B the performance is guaranteed when the containment vessel temperature S2A is 100 ° C. or lower, but this condition is deviated at 00:50. Therefore, it is determined that the sensor installation environment for the drain tank water level is abnormal after 00:50.
  • the integrated determination is performed based on the normal sensor state and the sensor installation environment after the accident, and is displayed on the determination result output device 9. Specifically, when the normal sensor state continues and is normal and the sensor installation environment after the accident continues and is normal, it is determined that the sensor is normal. Otherwise, it is determined that there is a possibility of abnormality.
  • the high-pressure water injection system flow rate sensor is normal during normal times, and the sensor installation environment after the accident is also normal. Therefore, since the possibility of deterioration or accidental failure occurring in a short period after the accident is low, the high-pressure water injection flow rate sensor can be regarded as healthy.
  • the drain tank water level sensor was normal during normal times, but at 00:50 after the accident, the temperature in the containment vessel, which is the sensor installation environment, was higher than the sensor specification. Therefore, it is determined that there is a possibility of abnormality after 00:50.
  • the procedure of process step S103 to S104 is implemented whenever a sensor signal is input (for example, every second).
  • the case where it is determined to be normal throughout the normal time and after the occurrence of an accident is regarded as normal, and the others are regarded as abnormal.
  • this judgment for example, how to judge the case where it has been abnormal for a period of time after the occurrence of an accident and then returned to a value that guarantees the normal operating range again due to environmental improvement, it is exposed to a harsh environment here. From the standpoint of suspected sequelae, it is considered appropriate to make it abnormal.
  • the sensor is deteriorated during normal operation and is judged abnormal, and the record of sensor replacement and repair is clear in response to this, the new sensor is judged as normal.
  • the sensor state of a nuclear power plant sensor can be monitored during normal operation, and when the accident occurs, the sensor installation environment can be evaluated to determine the sensor soundness at the time of the accident.
  • this invention is not limited to the above-mentioned Example, Various modifications are included.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor.

Abstract

原子力プラント事故時のセンサの健全性を判定するセンサ健全性判定装置を提供する。プラントの状態量を検知する第１のセンサと、第１のセンサの設置環境に関する状態量を検知する第２のセンサを備えたセンサ健全性判定装置であって、事故検知手段と、事故検知手段による事故発生検知前において第１のセンサのセンサ信号を監視してセンサ状態を判定する通常時センサ監視装置と、第１のセンサが正常動作を行える限界条件を仕様として記憶しているセンサ仕様データベースと、事故発生検知後において第２のセンサのセンサ信号とセンサ仕様データベースの仕様を比較して事故発生後の第１のセンサの設置環境を評価するセンサ設置環境評価装置と、通常時センサ監視装置から得られる事故発生前における第１のセンサのセンサ状態とセンサ設置環境評価装置から得られる事故発生後の第１のセンサの設置環境から、事故発生後の第１のセンサの健全性を判定する統合判定装置を備えたことを特徴とする。

Description

センサ健全性判定装置
　本発明は、プラントなどに設置されたセンサの健全性を診断するためのセンサ健全性判定装置に係り、特にセンサが設置されている周辺機器自体がダメージを受けている状態においてセンサの健全性を診断するためのセンサ健全性判定装置に関する。
　原子力プラントのセンサの健全性を確保するために、定期検査において点検、校正作業が行われている。また、運転中のプロセス値などを利用して、センサの健全性を診断する技術も開発されている。
　一方、原子力プラントで過酷事故が発生した場合には、センサの計測値は非常に重要な監視対象であるが、計測値の信頼性は低下するおそれがある。過酷事故によって、センサ周辺環境の温度上昇、放射線量増加、水没などが生じれば、センサの故障、破損が考えられるためである。
　センサの健全性を判定する方法として特許文献１には、「複数のプロセス値である診断データからセンサの状態を診断するセンサ診断方法において、あらかじめ設定した正常データから異常状態のデータ分布を推定して異常データを作成しておき、入力した複数の前記診断データが前記正常データと前記異常データのいずれの分布に近いか判定するとともに、前記診断データの状態を判定し、前記診断データの状態と過去の診断データの状態に基づき、センサの異常の種類を判定することを特徴とするセンサ診断方法。」と記載されている。
　また、センサの健全性を判定する方法として特許文献２には、「プラントの計器の出力を入力し、観測信号を出力する入力処理部と、プラントの構成機器の静的特性を定量的に模擬した機器モデルを記憶した特性記憶部と、前記特性記憶部の機器モデルを用いて前記入力処理部の観測信号からプラントのプロセス状態を推定する状態推定部と、前記状態推定部で推定された前記プロセス状態と前記観測信号とを比較し、ファジイ推論により前記観測信号の正常の度合いを判定する観測信号診断部と、前記観測信号と前記観測信号診断部の判定結果を表示する状態表示部とを備えていることを特徴とするプラント運転支援装置。」と記載されている。
特開２０１０－２７６３３９号公報 特開平７－１８１２９２号公報
　特許文献１の方法では、プラントの複数の相関のあるセンサについて、正常時の状態を学習し、異常時のデータを推定し、状態を比較することでセンサのドリフトや異常を診断する。しかしながらこの場合のセンサの健全性診断は、センサ自身に起因する異常を診断したものであって、センサに影響を及ぼす周辺機器は健全であることを前提とした診断手法であった。
　然るに過酷事故ではセンサ以外に周辺機器などにも異常が発生するため、正常状態から過酷事故の異常状態を推定することは困難である。特許文献１には、過酷事故においてセンサの健全性を判定する方法については記載されていない。
　特許文献２の方法では、複数のセンサ間の関係式である機器モデルを用いて機器とセンサの健全性を判定する。しかしながら過酷事故時には周辺機器の状態が変化して、機器モデルが変化する可能性がある。特許文献２には、過酷事故においてセンサの健全性を判定する方法については記載されていない。
　また、特許文献１および２の方法のように、複数のセンサの間に成立する関係を用いて、センサの健全性を判定する方法の場合、センサ間の関係がわからないセンサについては判定できない可能性がある。例えば、通常運転時に停止しているポンプに関係する流量計は常に０を示し、温度計や圧力計は一定の値を示している。事故時にこのポンプが起動したときに、他のセンサ値と相関をもって変化することがわかっていなければセンサの健全性を判定できない。したがって、通常運転時に一定の値のセンサであり、他のセンサとの相関がないあるいはわからないセンサについて、事故時の健全性を判定する手段が必要である。
　そこで本発明では、例えば原子力プラントのセンサにおいて、通常運転時にセンサ状態を監視しておき、事故時にはセンサの設置環境を評価することで、事故時のセンサの健全性を判定するセンサ健全性判定装置を提供する。
　上記課題を解決するために本発明においては、プラントに設置されプラントの状態量を検知する第１と第２のセンサを備え、第２のセンサは第１のセンサの設置環境に関する状態量を検知するセンサ健全性判定装置であって、センサ健全性判定装置はプラントにおける事故発生情報を入力する事故検知手段と、事故検知手段による事故発生検知前の段階において第１のセンサのセンサ信号を監視してセンサ状態を判定する通常時センサ監視装置と、第２のセンサが検知する状態量について、当該状態量の設置環境のときに第１のセンサが正常動作を行える限界条件を仕様として記憶しているセンサ仕様データベースと、事故検知手段による事故発生検知後の段階において第２のセンサのセンサ信号とセンサ仕様データベースの仕様を比較して事故発生後の第１のセンサの設置環境を評価するセンサ設置環境評価装置と、通常時センサ監視装置から得られる事故発生前における第１のセンサのセンサ状態とセンサ設置環境評価装置から得られる事故発生後の第１のセンサの設置環境から、事故発生後の第１のセンサの健全性を判定する統合判定装置を備えたことを特徴とする。
　例えば原子力プラントのセンサにおいて、通常運転時にセンサ状態を監視しておき、事故発生時にはセンサの設置環境を評価することで、事故時のセンサの健全性を判定することができる。
本発明に係るセンサ健全性判定装置の構成例を示す図。 具体的なセンサ信号および環境センサ信号の例を示す図。 センサ仕様データベースに記録された仕様の例を示す図。 通常時センサ監視装置とセンサ設置環境評価装置の時系列的出力を示す図。 判定結果出力装置判定結果の出力画面例を示す図。 本発明を計算機で実現する場合の処理フローチャートの例を示す図。 通常時センサ監視処理の処理フローチャートの例を示す図。 センサ設置環境評価処理の処理フローチャートの例を示す図。
　以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
　本発明は、以下に説明する基本的な着想に基づく。ここでは、センサが異常になる要因を検討した。まず通常運転時について、ここでは劣化や偶発的な故障が考えられるが、予想される一定の値を示していれば、少なくとも明らかな故障でないことはわかる。一方、事故時に起きる故障としては、センサ設置環境の温度、圧力、放射線量の急激な上昇あるいは水没などにより故障することが考えられる。一般的に、通常運転における異常でのセンサ出力の変化は月単位の長期間であるのに対し、事故が発生してから収束するまでの期間におけるセンサ出力の変化は日単位の短期間と考えられる。このため、事故時に劣化や偶発的な故障が起こる可能性は低いといえる。したがって、通常時は劣化や偶発的故障を監視し、事故時にはセンサ設置環境を監視することで、事故時のセンサ健全性を推定することができる。
　図１は、本発明に係るセンサ健全性判定装置の構成図の例である。ここでセンサ１は、プラントの温度、圧力、水位、流量などの状態量をセンサ信号Ｓ１として計測するセンサである。また環境センサ２は、センサ１の設置環境の温度、圧力、放射線量、水位などの状態量を環境センサ信号Ｓ２として計測するセンサである。例えば実際には、センサはプラントを構成する容器、配管外に設置されて容器、配管内の状態量を検知し、環境センサ２はセンサ１が設置されている容器、配管外の環境を示す状態量を検知している。
　センサ信号入力装置３は、センサ１で計測した計測値（センサ信号Ｓ１）を計算機１０へ入力する装置であり、例えばプロセス計算機でもよい。環境センサ信号入力装置４は、環境センサ２で計測した計測値（環境センサ信号Ｓ２）を計算機１０へ入力する装置であり、例えばプロセス計算機でもよい。
　以下本発明の説明は、具体的なセンサ信号Ｓ１および環境センサ信号Ｓ２の例を図２に示して行う。図２の例では、センサ信号Ｓ１として高圧注水系流量Ｓ１Ａとドレンタンク水位Ｓ１Ｂ、環境センサ信号Ｓ２として格納容器内温度Ｓ２Ａと格納容器内放射線量Ｓ２Ｂを例に取り上げて、これら計測値の時系列的な変化の例を示している。
　ここで、高圧注水系流量Ｓ１Ａとドレンタンク水位Ｓ１Ｂのセンサ１は、原子炉格納容器内に設置されており、環境センサ２は、原子炉格納容器内の温度、放射線量を計測するセンサである。このためセンサ１は、環境センサ２が計測する温度、放射線量の環境下に曝されて作動しており、温度、放射線量の苛酷環境下ではその性能を維持し保証することができないという関係にある。
　図２の時系列的な変化の事例では、原子炉における事故発生時刻を００：００として、その前の１０時間および１０分間隔でのその後の１時間における上記計測値の変化事例を示している。なお、事故発生時刻は例えば重要警報「スクラム」など、プロセス計算機で取得可能な警報の発報により検知できるものとする。
　この事例によれば、センサ信号Ｓ１のうち高圧注水系流量Ｓ１Ａは事故発生前の正常状態において０％を維持、継続しており、事故発生後１０分以降に３０％から５０％に増加しその後５０％を維持している。センサ信号Ｓ１のうちドレンタンク水位Ｓ１Ｂは、事故発生の前後を通じ変化していない。
　またこの事例によれば、環境センサ信号Ｓ２としての格納容器内温度Ｓ２Ａは事故発生前の正常状態において３０℃を維持、継続しており、事故発生後１０分以降に５０℃から１２０℃に向けて順次増加し続けている。環境センサ信号Ｓ２としての格納容器内放射線量Ｓ２Ｂは事故発生前の正常状態において０．０１Ｇｙ／ｈｒを維持、継続しており、事故発生後１０分以降に１．０Ｇｙ／ｈｒに増加しその後維持している。
　計算機１０内の通常時センサ監視装置５では、センサ信号入力装置３からセンサ信号Ｓ１を入力し、各センサ信号Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂがあらかじめ設定した予測値Ｓ１Ａ０，Ｓ１Ｂ０と一致しているかどうか判定する。一致している場合はそのセンサは正常であると判定し、一致しなければ異常と判定する。なお、一致するかどうかの判定は、センサ信号Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂと予測値Ｓ１Ａ０，Ｓ１Ｂ０との誤差が一定範囲にあればよく、季節変動等の多少の変動がある場合には、季節変動を含んだ範囲に設定してもよい。
　図２の事例で具体的に説明すると、高圧注水系流量Ｓ１Ａの通常状態における予測値Ｓ１Ａ０の大きさの範囲を－１％から＋１％であるとすると、通常運転時に０％を示す高圧注水系流量Ｓ１Ａのセンサは正常と判断され、ドレンタンク水位Ｓ１Ｂの通常状態における予測値Ｓ１Ｂ０の大きさの範囲が９０ｍｍから１００ｍｍであるとすると、通常運転時に１００（ｍｍ）を示すドレンタンク水位Ｓ１Ｂのセンサは正常と判断されることになる。
　通常時センサ監視装置５は、通常時（事故発生時刻である００：００より前の状態であり、例えば重要警報「スクラム」など、プロセス計算機で取得可能な警報の発報を検知する以前の状態）において、各センサ信号Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂと予測値Ｓ１Ａ０，Ｓ１Ｂ０の一致を判断する装置である。
　計算機１０内のセンサ仕様データベース６には、各センサＳ１について、正常に動作する仕様が格納されている。図３にセンサ仕様データベース６に記録された仕様の例を示している。
　センサ仕様データベース６に格納された仕様のＮｏ１では、センサ１として高圧注水系流量Ｓ１Ａが取り上げられており、環境センサである格納容器内温度Ｓ２Ａとの関係で正常に動作する仕様が定められている。ここでは格納容器内温度Ｓ２Ａが１５０℃以下の時に高圧注水系流量Ｓ１Ａのセンサ１が正常に動作することができることを定義している。逆にいえば格納容器内温度Ｓ２Ａが１５０℃以上の状態では高圧注水系流量Ｓ１Ａのセンサ１が正常に動作できないことを定義したものである。
　同様にＮｏ２では、センサ１として高圧注水系流量Ｓ１Ａが取り上げられており、環境センサである格納容器内放射線量Ｓ２Ｂとの関係で正常に動作する仕様が定められている。ここでは格納容器内放射線量Ｓ２Ｂが１０００Ｇｙ／ｈｒ以下であることが高圧注水系流量Ｓ１Ａのセンサ１が正常に動作することができる範囲であることを示している。例えば、高圧注水系流量Ｓ１Ａのセンサの設置場所である格納容器内温度が２００℃になれば、このセンサは故障などにより出力値が信頼できないと推定される。
　またＮｏ３では、センサ１としてドレンタンク水位Ｓ１Ｂが取り上げられており、環境センサである格納容器内温度Ｓ２Ａとの関係で正常に動作する仕様が定められている。ここでは格納容器内温度Ｓ２Ａが１００℃以下であることが格納容器内温度Ｓ２Ａのセンサ１が正常に動作することができる範囲であることを示している。
　計算機１０内のセンサ設置環境評価装置７は、環境センサ信号入力装置４から環境センサ信号Ｓ２を入力し、他方センサ仕様データベース６からセンサ仕様を入力し、事故後のセンサ設置環境を評価する。事故発生後に継続して、環境センサ信号の値がセンサ仕様を満たしていれば、事故後のセンサ設置環境は正常と判定する。逆に、事故後に環境センサ信号の値がセンサ仕様を逸脱したことがあれば、事故後のセンサ設置環境は異常と判定する。
　センサ設置環境評価装置７の判定について、図２と図３の事例で説明する。まず計算機１０内のセンサ設置環境評価装置７は、環境センサ信号入力装置４から環境センサ信号Ｓ２として格納容器内温度Ｓ２Ａを入力し、他方センサ仕様データベース６からセンサ仕様として仕様のＮｏ１を入力する。図３の仕様Ｎｏ１の場合、高圧注水系流量Ｓ１Ａのセンサは格納容器内温度Ｓ２Ａが１５０℃以下で性能保証されているが、図２の格納容器内温度Ｓ２Ａは事故発生後に１２０℃までしか上昇しない。従って高圧注水系流量Ｓ１Ａのセンサの事故後のセンサ設置環境は、格納容器内温度Ｓ２Ａについては正常と判定される。
　次にセンサ設置環境評価装置７は、環境センサ信号入力装置４から環境センサ信号Ｓ２として格納容器内放射線量Ｓ２Ｂを入力し、他方センサ仕様データベース６からセンサ仕様として仕様のＮｏ２を入力する。図３の仕様Ｎｏ２の場合、高圧注水系流量Ｓ１Ａのセンサは格納容器内放射線量Ｓ２Ｂが１０００Ｇｙ／ｈｒ以下で性能保証されているが、図２の格納容器内放射線量Ｓ２Ｂは事故発生後に１．０Ｇｙ／ｈｒまでしか上昇しない。従って高圧注水系流量Ｓ１Ａのセンサの事故後のセンサ設置環境は、格納容器内放射線量Ｓ２Ｂについては正常と判定される。
　引き続いてセンサ設置環境評価装置７は、環境センサ信号入力装置４から環境センサ信号Ｓ２として格納容器内温度Ｓ２Ａを入力し、他方センサ仕様データベース６からセンサ仕様として仕様のＮｏ３を入力する。図３の仕様Ｎｏ３の場合、ドレンタンク水位Ｓ１Ｂのセンサは格納容器内温度Ｓ２Ａが１００℃以下で性能保証されているが、図２の格納容器内温度Ｓ２Ａは事故発生後に１２０℃まで上昇している。従ってドレンタンク水位Ｓ１Ｂのセンサの事故後のセンサ設置環境は、格納容器内温度Ｓ２Ａについては異常と判定される。
　計算機１０内の統合判定装置８は、通常時センサ監視装置５から通常時のセンサ状態を入力し、センサ設置環境評価装置７から事故後のセンサ設置環境を入力し、事故時のセンサ健全性を判定する。通常時に正常であり、事故後にもセンサ設置環境がセンサ仕様を逸脱していない場合には、センサは健全であると判定する。それ以外の場合には異常と判定する。
　図４は、先に説明した通常時センサ監視装置５の出力と、センサ設置環境評価装置７の出力を時系列的に表形式にまとめたものである。
　まず通常時センサ監視装置５の出力は、異常発生前の高圧注水系流量Ｓ１Ａのセンサの判定結果とドレンタンク水位Ｓ１Ｂのセンサの判定結果は共に正常（図４では○で表記）であった。
　センサ設置環境評価装置７の出力は、異常発生後の仕様Ｎｏ１の判断によれば格納容器内温度Ｓ２Ａとの関係において高圧注水系流量Ｓ１Ａのセンサの判定結果は正常（図４では○で表記）であった。また仕様Ｎｏ２の判断によれば格納容器内放射線量Ｓ２Ｂとの関係においても高圧注水系流量Ｓ１Ａのセンサの判定結果は正常（図４では○で表記）であった。
　これに対し異常発生後の仕様Ｎｏ３の判断によれば、格納容器内温度Ｓ２Ａとの関係においてドレンタンク水位Ｓ１Ｂのセンサの判定結果は、異常発生後の時刻００：４０までは正常（図４では○で表記）であった。しかし異常発生後の時刻００：４０以降には、格納容器内温度Ｓ２Ａとの関係においてドレンタンク水位Ｓ１Ｂのセンサの判定結果は異常（図４では×で表記）に変更された。変更の理由は、格納容器内温度Ｓ２Ａが１００℃を超過したために、ドレンタンク水位Ｓ１Ｂのセンサの信頼性が疑われる為である。
　統合判定装置８では、図４のような通常時センサ監視装置５とセンサ設置環境評価装置７からの判断結果を受けて、事故発生前後を通じて終始正常を示す高圧注水系流量Ｓ１Ａのセンサを正常と判断し、事故発生後の状態において苛酷環境下におかれ出力の正常性に疑問があるドレンタンク水位Ｓ１Ｂのセンサを異常と判断する。
　計算機１０内の判定結果出力装置９は、統合判定装置８の判定結果をディスプレイ等に表示する。出力画面の例を図５に示す。画面には各センサの健全性判定結果を表示する。図示の例では、高圧注水系流量Ｓ１Ａのセンサの判定結果について正常と表示し、ドレンタンク水位Ｓ１Ｂのセンサの判定結果について異常と表示する。また異常の表示とともに備考として、異常が疑われる他の要因も合わせて表示する。ここでは格納容器内温度Ｓ２Ａが高いことを参考情報として表示し、運転員の判断に提供する。このように、表示に際してセンサに異常の可能性がある場合は、その根拠となる環境センサ名とその状態を表示するのがよい。また、判定結果出力装置９は、中央制御盤や大型表示盤上の画面であって、センサの計測値をセンサの健全性により色で区別するなどの表示方法を採用してもよい。
　なお、通常時センサ監視装置５、設置環境評価装置７、統合判定装置８は、計算機のプログラムとして実施してもよい。また、センサ仕様データベース６を計算機内に含めた構成としてもよい。
　図６は、センサ健全性判定装置１０による処理を計算機で実施する場合の処理フローチャートの例を示している。
　処理ステップＳ１では、プラント起動後など通常運転が開始された後に通常時センサ１の監視を実行する。処理ステップＳ２では、プラント事故が発生したかどうかを検知し、事故が発生していなければ処理ステップＳ１に戻り、通常時センサ１の監視を繰り返す。事故の発生は、例えば重要警報「スクラム」など、プロセス計算機で取得可能な警報の発報により検知する。
　処理ステップＳ１の通常時センサ監視の処理の詳細を図７に示す。
　図７の処理フローチャートにおいて、最初の処理ステップＳ１１では、センサ信号入力装置２により、センサ１で計測したセンサ信号Ｓ１を入力する。
　処理ステップＳ１２では、センサ信号Ｓ１があらかじめ設定された予測値Ｓ１０と一致するか判定する。一致した場合は、処理ステップＳ１３において通常時センサ状態は正常と判定し、一致しなかった場合は処理ステップＳ１４において通常時センサ状態は異常と判定する。
　例えば、高圧注水系流量Ｓ１Ａの予測値Ｓ１Ａ０の範囲を－１％から＋１％とし、ドレンタンク水位Ｓ１Ｂの予測値Ｓ１Ｂ０の範囲を９０ｍｍから１００ｍｍとしたとする。この場合には、図２のセンサ信号Ｓ１が入力された場合、高圧注水系流量Ｓ１Ａとドレンタンク水位Ｓ１Ｂのいずれも事故発生の００：００までは予測値Ｓ１Ａ０，Ｓ１Ｂ０の範囲内である。したがって、いずれのセンサも通常時センサ状態は正常と判定する。処理ステップＳ１１からＳ１４の手順は、通常時においてセンサ信号Ｓ１を入力するたび（例えば１秒ごと）に実施する。
　図６の処理フローチャートに戻り、処理ステップＳ２において事故発生を検知した場合、処理ステップＳ３でセンサ設置環境評価を実行する。センサ設置環境評価の処理の詳細を図８の処理フローチャートに示す。
　図８の処理フローチャートでは、最初の処理ステップＳ３１において、環境センサ信号入力装置４により、環境センサ２で計測した環境センサ信号Ｓ２を入力する。
　処理ステップＳ３２では、環境センサ信号Ｓ２をセンサ仕様データベース６から入力した図３のセンサ仕様と比較する。
　処理ステップＳ３３では、環境センサ信号Ｓ２がセンサ仕様を満たすか、否かを判断する。仕様を満たす場合は、処理ステップＳ３４において事故後のセンサ設置環境は正常と判定し、環境センサ信号Ｓ２がセンサ仕様を満たさない場合は、処理ステップＳ３５において事故後のセンサ設置環境は異常と判定する。
　例えば、図２の環境センサ信号Ｓ２と、図３のセンサ仕様を用いる場合、高圧注水系流量Ｓ１Ａのセンサは格納容器温度Ｓ２Ａが１５０℃以下であり、かつ、格納容器内放射線量Ｓ２Ｂが１０００Ｇｙ／ｈｒである場合に性能保証されている。事故発生の００：００から０１：００においては図２に示すようにいずれの条件も満たしているので、高圧注水系流量のセンサ設置環境は正常と判定する。一方、ドレンタンク水位Ｓ１Ｂについては、格納容器温度Ｓ２Ａが１００℃以下である場合に性能保証されているが、００：５０においてこの条件を逸脱している。したがって、ドレンタンク水位のセンサ設置環境は、００：５０以降は異常であると判定する。
　図６に戻り、処理ステップＳ４では、通常時センサ状態と事故後のセンサ設置環境をもとに統合判定を実施し、判定結果出力装置９に表示する。具体的には、通常時センサ状態が継続して正常であり、かつ、事故後のセンサ設置環境が継続して正常の場合には、センサは正常であると判定する。それ以外の場合は、異常の可能性があると判定する。
　図２の環境センサ信号と、図３のセンサ仕様の例では、高圧注水系流量のセンサは通常時に正常であり、事故後のセンサ設置環境も正常である。したがって、事故後の短期間に劣化や偶発故障が起こる可能性は低いため、高圧注水系流量のセンサは健全であるとみなすことができる。一方、ドレンタンク水位のセンサは、通常時に正常であったが、事故後の００：５０にセンサ設置環境である格納容器内温度がセンサ仕様より高温となっている。したがって、００：５０以降は異常の可能性があると判定する。なお、処理ステップＳ１０３からＳ１０４の手順は、センサ信号を入力するたび（例えば１秒ごと）に実施する。
　なお、本実施例では通常時と事故発生後を通して一貫して正常と判定された場合を正常、その他を異常としている。この判断に際し、例えば事故発生後の一時期異常とされ、その後環境改善により再度正常動作範囲を保証する値に戻ったような場合についてどのように判断するかといったことについて、ここでは過酷環境に曝された後遺症を疑う立場から異常とするのが妥当と判断している。また通常運転時にセンサが劣化し異常判断され、それを受けてセンサ交換、修理された記録が明確である場合には、新しいセンサについて正常として判断することになる。
　以上の手順により、原子力プラントのセンサにおいて、通常運転時にセンサ状態を監視しておき、事故発生時にはセンサの設置環境を評価することで、事故時のセンサの健全性を判定することができる。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
１：センサ，２：環境センサ，３：センサ信号入力装置，４：環境センサ信号入力装置，５：通常時センサ監視装置，６：センサ仕様データベース，７：センサ設置環境評価装置，８：統合判定装置，９：判定結果出力装置

Claims (6)

  1. 　プラントに設置されプラントの状態量を検知する第１と第２のセンサを備え、前記第２のセンサは前記第１のセンサの設置環境に関する状態量を検知するセンサ健全性判定装置であって、
    　該センサ健全性判定装置は前記プラントにおける事故発生情報を入力する事故検知手段と、該事故検知手段による事故発生検知前の段階において前記第１のセンサのセンサ信号を監視してセンサ状態を判定する通常時センサ監視装置と、前記第２のセンサが検知する状態量について、当該状態量の設置環境のときに前記第１のセンサが正常動作を行える限界条件を仕様として記憶しているセンサ仕様データベースと、前記事故検知手段による事故発生検知後の段階において前記第２のセンサのセンサ信号と前記センサ仕様データベースの仕様を比較して事故発生後の前記第１のセンサの設置環境を評価するセンサ設置環境評価装置と、前記通常時センサ監視装置から得られる事故発生前における前記第１のセンサのセンサ状態と前記センサ設置環境評価装置から得られる事故発生後の前記第１のセンサの設置環境から、事故発生後の前記第１のセンサの健全性を判定する統合判定装置を備えたことを特徴とするセンサ健全性判定装置。
  2. 　請求項１に記載のセンサ健全性判定装置であって、
    前記統合判定装置で判定した結果が異常の場合に、異常のセンサ名と異常の根拠となる環境センサ名を表示する判定結果出力装置を備えたことを特徴とするセンサ健全性判定装置。
  3. 　請求項１または請求項２に記載のセンサ健全性判定装置であって、
    前記統合判定装置では、事故発生前後において前記第１のセンサがともに健全であると判定された場合に当該第１のセンサを健全と判定し、それ以外の場合に異常と判定することを特徴とするセンサ健全性判定装置。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のセンサ健全性判定装置であって、
    前記第１のセンサは前記プラントを構成する容器、配管外に設置されて容器、配管内の状態量を検知し、前記第２のセンサは前記第１のセンサが設置されている前記容器、配管外の環境を示す状態量を検知していることを特徴とするセンサ健全性判定装置。
  5. 　請求項４に記載のセンサ健全性判定装置であって、
    前記第１のセンサの検出する状態量は、前記プラントを構成する容器、配管内の温度、圧力、水位、流量であることを特徴とするセンサ健全性判定装置。
  6. 　請求項４または請求項５に記載のセンサ健全性判定装置であって、
    前記第２のセンサの検出する状態量は、前記プラントを構成する容器、配管外の温度、圧力、水位、放射線であることを特徴とするセンサ健全性判定装置。
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