JPS60147811A - プラントの運転ガイダンスシステム - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、プラントの運転ガイダンスシステムに関する
もので、特に原子力発電プラントの運転操作信頼性の向
上をもたらすシステムに関する。

〔発明の背景ｐ 一般に、原子力発電プラントは原子炉、タービン、発電
機の主システムと、制御系、補機系牟び緊急炉心冷却系
等の多幹のサブシステムから構成される大規模かつ複鱗
なシス７ムである。原子力発電プラントでは、異常な過
−変化や冷却材喪失事故等が発生しても１．原子炉スク
ラム及び緊急炉心冷却系の自動起動等がなされ、原子炉
は安全に停止できるように構成されているが、原子炉ス
クラム後でも、炉心の安全な冷温停止状態に移行させる
ためには、原子炉水位、圧力等の安全パラメ−夕を監視
しながら各種サブシステムを適切に運転していく必要が
ある。また、現実には、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確率を皆無にすることは困難で
ある。このため、従来より運転員の適切な判断および運
転操作を支援するだめのプラント状態監視・診断システ
ムの研究開発が行われてきた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、原子力発電プラントのような大規模か
つ複雑なシステムの状態監視、診断情報提示によるマン
・マシン性向上から更に進めて、運転員に対する積極的
な情報提示形態として、運転操作ガイダンスを行うシス
テムを提供することにある。

〔発明の概要〕

従来技術による運転ガイダンスシステムにおいて運転操
作ガイドを決定する方法としては、基本的に異なる２つ
の方法、すなわち、プラントに発生した異常・事故事象
を判別してその対策となる運転操作を選定する事象対応
ガイダンスの方法とプラントの安全パラメータの変動徴
候をとりこんで、変動を補うための運転操作を選定する
徴候対応ガイダンスの方法のいずれかを採用している。

しかし、前者の事象対応の方法では事象を誤って判別す
る可能性としては、非常に少ないと考えられるが、皆無
にできないこと、及び、後者の徴候対応の方法ではプラ
ント動特性にもとう〈安全パラメータの過渡的な変動に
よって適切でない運転操作が選定される可能性も皆無に
はできない、という問題点がある。しかるに、運転操作
選定の方法として事象対応と徴候対応を詳細に組合せた
探索論理を用いるのは、プラント状態の種々の変動状況
において常に信頼性の高い探索論理を作成することは不
可能である。この問題に対して本発明では、事象対応の
方法と徴候対応の方法による運転操作決定を互いに独立
に実行させ、両者の結果を比較して安全側運転操作をと
る方法を採用し７、ガイダンスの信頼性を向上させた。

更に、本発明では運転操作効果の評価機能を付加し、運
転員の判断を補助することとした。

本発明の概要は、プラントからのデータを自動的に処理
してプラントの安全確保のための運転操作ガイドと、実
施された運転操作の効果評価結果を運転員に提示するも
のにおいて、プラントからのデータにより安全パラメー
タの変動徴候を計算するパラメータ変動徴候計算部と、
プラントのサブシステムの状態を同定する安全機能モニ
タ部と、プラントに発生した事象を判別する事象判別部
と、サブシステム起動によるプラントの応答変化をとり
こむプラント応答測定部と、予め用意した種々のパラメ
ータ変動徴候、又はプラントに発生した事象に対して運
転操作ガイドを与えるガイドデータベースと、パラメー
タ変動徴候計算部からの変動徴候と安全機能モニタ部か
らの誉ブシステム状態と事象判別部からのプラントに発
生した事象判別結果をとシこんで運転操作ガイドを決定
する運転操作ガイド決定部と、プラントの応答予測モデ
ルを用いてサブシステム起動によるプラントの応答変化
を予測した結果と安全機能モニタ部からのサブシステム
状態と事象判別部からのプラントに発生した事象判別結
果とプラント応答変化測定部からのサブシステム１起動
後のプラント応答変化を実測した結果をもちいて運転操
作の効果有無を判定する操作効果評価部、および運転操
作ガイド決定部の出力と操作効果評価部の出力を表示す
る運転ガイド表示部とから成る運転ガイダンスシステム
を採用することによシ、上記目的を達成する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例として、原子力発電プラント、
特に沸騰水形原子力発電所を対象に、本発明の運転ガイ
ダシスジステムを詳細に説明する。

第１図は、本発明になるプラントの運転ガイダンスシス
テムの基本構成を示すブロック図である。

プラント１は原子炉、格納容器、タービン、発電機から
なる主システムと、給水流量制御系、クー八 ビン制御系や再循環流量制御系麦どの主要制御系と、隔
離時冷却系（ＲＣＩＣ）、残留熱除去系（ＲＨＲ）など
の補機系と高圧炉心スプレィ系、（ＨＦＯ２）、低圧炉
心スプレィ系（ＬＰＣ８）、自動減圧系（ＡＤＤ）など
の緊急炉心冷却系等からなるすプシステム３が結合した
ものである。プラントの運転操作は、大略的には、主シ
ステム２を目標状態にもっていくためにサブシステム３
の起動、停止、あるいは操作量調整を行うことである。

パラメータ変動徴候計算部５は、プラントデータ４のう
ち、原子炉水位、原子炉圧力、格納容器圧力・温度など
プラントの安全状態を推定するのに必要なパラメータ（
以下、安全パラメータと称す）を周期的にとりこみ、プ
ラントが安全な状態とみなされるような目標値との偏差
を計算して安全パラメータの変動徴候を得る。安全機能
モニタ部６は、プラントデータ４のうち各サブシステム
中の弁の開閉状態、ポンプ回転数−流量等のサブシステ
ム状態量をとシこみ、各サブシステムが作動、待機、作
動異常、待機異常のどの状態にあるかを判定する。判定
にあたっては、各サブシステム毎に、サブシステム状態
量を２値信号に変換したものを用いる判定論理を作成し
ておくが、これはＡＮＤ。

０几、ＮＯＴ論理要素の組合せからなる。事象判定部７
は、プラントデータ４をと９こみ、予め想定しておく異
常、事故事象の発生有無を判別する。

異常、事故事象の種類はプラントを安全に冷温停止にも
っていく運転操作を選定する場合にその発生有無情報が
必要な事象であり、配管破断による原子炉冷却材流出事
故（ＬＯＣＡ）、所内電源喪失、給水流量喪失等を想定
している。発生有無を判別する方法は対象とする事象に
応じて異なるが、プラントデータの雑音解析による方法
、又は原因・結果関連樹木（ＯＣＴ）による方法を用い
ることができる。プラント応答変化測定部８は、サブシ
ステム起動による安全パラメータの応答変化をとらえる
部分である。応答変化測定の方法は、後述するプラント
応答予測モデルから得られる予測データの詳細度に依存
するもので、例えば予測データとして時系列の応答デー
タが得られるならば同様に時系列の実測応答データを記
憶し、サブシステム起動による安全パラメータの変化速
度変動分子測値が得られるならば同様に、変化速度変動
分の実測値を計算して記憶しておく、ような方法をとる
。

運転操作ガイド決定部９は、パラメータ変動徴候計算部
５の出力である安全パラメータ変動徴候と、安全機能モ
ニタ部６の出力である各サブシステムの機能状態と、事
象判別部７の出力である異常・事故事象発生有無の判別
結果をとシこんで、運転操作を決定し、運転操作ガイド
１３として出力する。第２図は運転操作ガイド決定部９
の処理内容を示すブロック図である。運転操作ガイド部
の基本的処理手順は、第３図にフローチャートで示して
いるが、徴候対応と事象対応という互いに異なる運転操
作決定方法にもとづいてそれぞれに得られた運転操作か
ら、プラントにとってよシ安全側の運転操作（運転操作
順位データベース２７で安全側順位は与えているが、運
転操作の効果がよシ大きいものを安全側の運転操作とす
る）を選択することを基本的考え方にしている。徴候対
応運転操作検索部２２は、安全パラメータ変動徴候と各
サブシステム機能状態をとシこんで徴候対応ガイドデー
タベース２１を検索し、徴候対応運転操作２５を決定す
る。事象対応運転操作検索部（９） ２４は、異常・事故事帛発生有無判別結果と各サブシス
テム機能状態をとりこんで事象対応ガイドデータベース
２３を検索し、事象対応運転操作２６を決定する。徴候
対応ガイドデータベース２１と事象対応ガイドデータベ
ース２３の基本構成内容を第４図に示す。いずれのガイ
ドデータベースも、原子炉を安全に冷温停止にもってい
く基本運転操作の流れと、運転操作で用いるサブシステ
ムの範囲は同一である。異なるのは、各基本運転操作に
おいて起動要求のサブシステムを決定する論理である。

第５図に徴候対応ガイドデータベースの水位確保操作に
関するフローチャートを示すが、これは実際に用いるデ
ータベースを説明の都合上、細部を省略して簡単化した
ものであるが、安全パラメータの変動徴候とサブシステ
ムの機能状態を用いて検索をするという基本的考え方は
変化していない。また、第６図に事象対応ガイドデータ
ベースの水位確保に関するフローチャートを示すが、細
部を省略しているのは同様である。運転操作選択部２８
は、運転操作順位データベース（１０） ２７を用いてそれぞれ決定された徴候対応運転操作２５
と事象対応運転操作２６の安全側順位を比較し、安全側
運転操作を運転操作ガイド１３として出力する。運転操
作順位データベース２７の内容は、第５図のフローチャ
ート、及び第６図の７０−チャートに示すサブシステム
起動の運転操作に対しては、第４図に示す関連サブシス
テムに付加している番号の大きいサブシステムの起動が
安全側としている。また、相異なる基本運転操作（例え
ば水位確保操作と減圧操作）の優先順位は第４図に示す
基本運転操作シーケンスの上流側が安全側であるので優
先順位が高い。このように、本発明の運転ガイダンスシ
ステムでは運転操作ガイドの選択において、２つの異な
るアプローチからなる運転操作決定方法を用いてよシ安
全側をとる構成としたが、この理由を以下に述べる。一
般に、運転員がプラント異常・事故時に対応すべき運転
操作を決定する場合に用いる論理としては、プラントに
発生した異常・事故事象の種類と、プラント安全パラメ
ータの変動徴候を桁握して、と（１１） れらをもとに最適と思われる運転操作の探索を行ってい
ると考えられる。しかも、事象情報と徴候情報の粗合せ
に方法における画情報の重点のおき方は状況に応じて変
化させていると考えられる。

しかし、運転ガイダンス決定の論理として事象情報と徴
候情報を組合せてプラント状態の変化を考慮した詳細な
、しかも信頼性の高い論理を作成することは困難である
。一方、発生事象の情報のみを用いる事象対応ガイダン
スでは、事象にもとづいた効率の高い運転操作を決定可
能であるが、発生事象を誤って同定する可能性を皆無に
することはできない。また、安全パラメータの変動徴候
のみを用いる徴候対応ガイダンスでは、発生事象の同定
に伴なう困難さはないが、プラント動特性に起因する過
渡変動によって誤った運転゛操作を選択する可能性も皆
無にはできない。したがって、両者の方法で得られた運
転操作のうち、安全側の運転操作を選択する（通常の場
合、両者の方法による運転操作は一致する）ことにすれ
ば、両者の運転操作決定が同時に誤まる可能性は非常に
少ない（１２） ので、運転ガイダンスの信頼性を向上させることができ
る。

操作効果評価部１０は、プラント応答変化測定部８の出
力であるサブシステム起動による安全パラメータの応答
変化測定結果と安全機能モニタ部６の出力である各サブ
システムの機能状態と事象判定部７の出力である異常・
事故事象発生有無の判別結果をとりこんで、プラント応
答予測モデル１１を用いて操作効果有無判別を行い、操
作効果評価ガイド１４として出力する。□第７図は、操
作効果評価部１０の処理内容を示すブロック図である。

操作効果評価部の基本的処理手１鹸は、第８図のフロー
チャートに示す。操作効果指標計算部３１は、プラント
応答予測モデルによるプラント応答予測結果と実測結果
を比較して操作効果指標を計算する。操作効果指標の定
義は、プラント応答予測モデルの詳細度によって得られ
る応答子細情報の形態も異なるので一義的に計算式を定
めることはできないが、実施例として安全パラメータの
変化速度変動分を与えるモデルをとるならば、下記式で
表わすこととする。

（１３） ここで、ＰＩＪ　：安全パラメータｉに関する、サブシ
ステムｊの操作効果指標（％）。

ΔＸＩＪ：サプシステムｊ起動前と起動後定格運転到達
時の安全パラメータｉ め変化速度変動分実測値。

Δ↑ＩＪ＝プラント応答評価モデルによる、安全パラメ
ータｉの変化速度変動 分子測値。

上記の式による操作効果指標の計算方法以外に、サブレ
ステム起動時点から、一定時間経過後の安全パラメータ
の変化量実測値と、その予測値の比をとる方法なども考
えられるが、基本的には安全パラメータの応答変化に関
し、実測値と予測値の比をとることでめ着。操作効果有
無判定部３３は、操作効果指標３２．！：′各サブシス
テムの機能状態と異常・事故事象発生有無の判別結果を
と慢こんで操作効果評価□ガ植ド１４を出力すると共に
、モデ′ル修正が必要と判定した場合にはモデル修正（
１４） データ１２を用いてプラント応答予測モデル１１を修正
する。操作効果有無判定部の処理手順フローチャートを
第９図に示す。ここで用いた操作効果有無判定方法の基
本的考え方は、サブシステム起動による効果が有ると判
定可能な場合の必要条件としてサブシステムが正常であ
ることとした。

プラントの応答予測モデルは、プラントのサブシステム
は正常に機能している場合のモデルであるので、本来は
サブシステムが実際に異常となっている時には実測値と
予測値の偏差によって異常発生をとらえるべきであるが
、現実にはモデルに誤差があるので断定できない。そこ
で、サブシステムが正常で、かつ操作効果かうもれてし
まうような冷却材喪失事故（ＬＯＣＡ）　が原子炉に発
生していない場合に操作効果指標が小さくなった場合は
、モデルに誤差があったものと考えることができるので
、プラント応答予測が実測データに一致するようにモデ
ルを修正するようにした。このような判定論理によシ、
モデルを用いた定量的判定にもとづく操作効果評価機能
をガイダンスシステムに（１５） もたせることが可能となった。

本発明によるプラントの運転ガイダンスシステムを沸騰
水形原子力発電所に適用した場合の効果を、第１０図に
示す主蒸気管破断事故時シミュレーション結果で説明す
る。本シミュレーションでは、原子炉の安全にとって厳
しい条件として、原子炉隔離冷却系（ＲＣＩＣ）、及び
高圧炉心スプレィ系（ＨＦＯ２）の不作動を仮定してい
る。ただし、几ＣＩＣは起動以前に待機異常が、ＨＦＯ
２は起動操作して作動異常がそれぞれ安全機能モニタで
同定されることとした。主蒸気管破断発生により原子炉
はスクラムし、運転ガイダンスシステムが起動するが、
事象判別部では主蒸気管破断発生事故の発生同定には数
十秒の時間を要し事象対応ガイダンスは出力されず、原
子炉水位は破断による急速減圧で上昇しているので変動
徴候にもとづく徴候対応ガイダンスも出力されない。や
がて、過渡的水位上昇も終了し、水位が低下した結果、
変動徴候が計算されて、徴候対応ガイダンスとしてＨＰ
Ｃ８起動の運転操作が決定される。はぼ同時に、（１６
） 事象判別部によシ配管破断及び気相破断の事象発生が判
別され、事象対応ガイダンスとして、同様にＨＰＣ８起
動の運転操作が決定される。この場合は、事象対応ガイ
ダンスと徴候対応ガイダンスが一致して、運転操作ガイ
ドとして「水位確保操作−ＨＰＣ８起動」が運転員に示
されたが、仮に水位センサーの誤差によシ水位が低下せ
ず、徴候対応ガイダンスが不調の場合でも事象対応ガイ
ダンスによ、９　ＨＰＣ８起動という、−確な運転操作
ガイドが出力される。次に、ＨＦＯ２を手動起動したが
、仮定によシネ作動としているの、で、操作効果評価部
により　ｒＨＰｃｓ操作効果“小”：系統異常発生」が
ガイドされ、運転員は直ちに次の対応操作実施の準備に
移行できる。一方、運転操作ガイド決定部でも、安全機
能モニタによるＨＰＣ８作動異常の情報を受けて、事象
対応および門候対応のガイドデータベースを検索し、新
しい運転操作ガイドとして低圧炉心スプレィ系（ＬＰ０
１）起動が運転員に指示される。以下、ＬＰＣ８起動に
ょル原子炉水位は回復に向い、原子炉の安全は確保され
ている。

（１７） 〔発明の効果〕 本発明によれば、発生事象に対応した運転操作ガイ　−
ドと、安全パラメータの変動徴候に対応した運転操作ガ
イドという互いに異なる方法にもとづいて運転ガイドを
検索し、両者の比較によって安全側の運転操作を選択、
提示する方法をとっているので、両者の欠点を補った信
頼性の高い運転ガイドを提示することができる。

また、本発明によれば、運転操作の効果をプラント応答
予測そデルを用いて定量的に評価し、プラントのサブシ
ステム機能状態情報と発生事象の判別情報を用いた信頼
性の高い操作効果判定が可能であるので、運転員の判断
補助に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になるプラントの運転ガイダンスシステ
ムの基本構成を示すブロック図、第２図は運転操作ガイ
ド決定部の処理内容を示すブロック図、第３図は運転操
作ガイド決定部の基本的処理手順を示すフローチャート
図、第４図は運転操作ガイド決定部で用いるガイドデー
タベースの、基本的運転操作のシーケンスと関連サブシ
ステム（１８） を表わす説明図、第５図は徴候対応ガイドデータベース
の水位確保操作に関するフローチャート図、第６図は事
象対応ガイドデータベースの水位確保に関するフローチ
ャート図、第７図は操作効果評価部の処理内容を示すブ
ロック図、第８図は操作効果評価部の基本的処理手順を
示すフローチャート図、第９図は操作効果有無判定部の
処理手順を表わすフローチャート図、第１０図は本運転
ガイダンスシステムを沸騰水形原子力発電所に適用した
場合の、主蒸気管破断事故時シミュレーションにおける
結果を示す線図である。 １・・・プラント、２・・・主システム、３・・・サブ
システム、６・・・安全機能モニタ部、７・・・事象判
別部、８・・・プラント応答変化測定部、９・・・運転
操作ガイド決定部、１０・・・操作効果評価部、１１・
・・プラント応答予測モデル、１２・・・モデル修正デ
ータ、１３・・・運転操作ガイド、１４・・・操作効果
評価ガイド、１５・・・運転ガイド表示部。 代理人　弁理士　高橋明夫 （１９） 華　１　（２） 第　２ｍ 寥３　図 第４図 茅　５０ 半　乙　口 ￥　７　図 ／１ 峯　３　ｍ ＄　９　凹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、主要機器系統からなる主システムと、制御系、補機
   系及び安全機能系からなるサブシステムから構成される
   プラントにおいて、プラン鼾の安全に関するパラメータ
   をとシこんでその変動徴候を計算する部分と、プラント
   データをと９こんでプラントに発生した異常・事故事象
   を判別する部分と、プラントデータをと９こんでサブシ
   ステムの機能状態を判別する部分と、これらの部分から
   それぞれ出力される、安全パラメータの変動徴候計算結
   果上異常・事故事象判別結果とサブシステム機能状態判
   別結果をとシこみ、ガイドデータベースを検索して運転
   操作ガイドを決定する部分とサブシステム起動によるプ
   ラント応答の実測データと該異常・事故事象判別結果と
   核サブシステム機能状態判別結果をとシこみ、プラント
   の応答予測モデルによるプラント応答予測値を用いて実
   施された運転操作の効果を評価する部分、および該運転
   操作ガイドと該運転操作効果の評価結果を表示する部分
   からなることを特徴とするプラントの運転ガイダンスシ
   ステム。