JP5943656B2 - 圧力計測器および制御システム - Google Patents

Description

本発明は、原子炉格納容器内で流体の圧力を計測する圧力計測器および制御システムに関する。

原子力プラントでは、安全性を検証するために、原子炉格納容器（以下、「ＣＶ」ということがある）内の各種圧力が計測される。圧力を計測するための圧力計測器に関しては、差圧センサとともに複数の圧力センサを使用することにより、信頼性及び精度を向上させる技術が特許文献１によって開示されている。さらに、この技術によれば、いずれかの圧力センサが故障した場合でも、残りのセンサに基づいて、故障したセンサによって測定される圧力を推定することができる。

国際公開第２００８／００８１１０号

ＣＶ内で事故が発生した場合、圧力計測の重要性は一層増すにも関わらず、熱、圧力、水蒸気、放射線等の影響により、ＣＶ内に設置されている圧力計測器が正常に作動しないおそれがある。しかしながら、このような状況ではＣＶ内に立ち入ることは困難であるため、圧力計測器が正常に作動しているか否かを作業員が直接的に検証することはできない。特許文献１によって開示される上記の技術は、測定対象の流体の圧力の変化が比較的小さいことを前提としているため、圧力が急激に変化する可能性がある条件下では圧力計測器の信頼性を向上させることは難しい。

本発明は、悪化した条件下でも、ＣＶ内において圧力が正常に計測されているか否かを精度よく判定することができる圧力計測器および制御システムを提供することを目的とする。

本発明は、原子炉格納容器内で流体の圧力を計測する圧力計測器において、第１のリファレンスに基づいて前記流体の圧力の大きさを検出する第１の圧力検出部と、第２のリファレンスに基づいて前記流体の圧力の大きさを検出する第２の圧力検出部と、前記第１の圧力検出部の検出値と前記第２の圧力検出部の検出値の差に基づいて、前記第１の圧力検出部および第２の圧力検出部の健全性を判定する判定部とを備える。

また、本発明の望ましい態様としては、前記第１のリファレンスは圧力が固定され、前記第２のリファレンスは圧力が可変である。

また、本発明の１つの態様としては、前記第１のリファレンスは絶対真空であり、前記第２のリファレンスは大気である。

また、本発明の望ましい態様としては、前記判定部は、前記検出値の差を、前記第２のリファレンスの圧力の変動に応じて変動する閾値と比較することにより、前記第１の圧力検出部および第２の圧力検出部の健全性を判定する。

また、本発明の望ましい態様としては、前記判定部は、前記検出値の差が前記第２のリファレンスの圧力の変動に応じて変動する本来の傾きと、実際に検出される検出値の差が前記第２のリファレンスの圧力の変動に応じて示す傾きとがなす角度に基づいて、前記第１の圧力検出部および第２の圧力検出部の健全性を判定する。

本発明は、原子炉格納容器内で流体の圧力を計測する圧力計測器と前記圧力計測器によって計測される圧力に基づいて各種制御を実行する制御装置とを有する制御システムにおいて、前記圧力計測器は、第１のリファレンスに基づいて前記流体の圧力の大きさを検出する第１の圧力検出部と、第２のリファレンスに基づいて前記流体の圧力の大きさを検出する第２の圧力検出部と、前記第１の圧力検出部の検出値と前記第２の圧力検出部の検出値の差に基づいて、前記第１の圧力検出部および第２の圧力検出部の健全性を判定する判定部とを備える。

本発明に係る圧力計測器および制御システムは、悪化した条件下でも、ＣＶ内において圧力が正常に計測されているか否かを精度よく判定することができるという効果を奏する。

図１は、本実施例に係る制御システムの構成を示す図である。 図２は、閾値に基づく健全性の判定について説明するための図である。 図３は、傾きに基づく健全性の判定について説明するための図である。 図４は、圧力計測器を用いて流体の圧力を計測する箇所の例を示す図である。

以下に、本発明に係る圧力計測器および制御システムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

まず、図１を参照しながら、本実施例に係る制御システムの構成について説明する。図１は、本実施例に係る制御システムの構成を示す図である。図１に示す制御システムは、ＣＶ内の流体の圧力を計測し、計測結果に基づいて各種制御を行う。制御システムは、圧力計測器１０と、制御装置３０と、表示装置４０と、現場機器５０とを含む。

圧力計測器１０は、ＣＶ内の流体の圧力を計測する。制御装置３０は、圧力計測器１０によって計測される圧力に基づいて、表示装置４０、現場機器５０等の設備を制御する。例えば、制御装置３０は、圧力計測器１０によって計測される圧力を表示装置４０に表示する。さらに、制御装置３０は、圧力が所定の範囲から外れた場合に、表示装置４０に警報を表示し、対処のために現場機器５０を制御する。表示装置４０は、ＣＶを含むプラントのオペレータに各種の情報を表示する。表示装置４０は、例えば、制御室に設置される表示パネルおよびランプを含む。現場機器５０は、ＣＶを含むプラントの運転状況を変化させる。現場機器５０は、例えば、各種の弁、または制御棒である。

圧力計測器１０は、圧力検出部１１ａと、圧力検出部１１ｂと、コネクタ１２ａと、コネクタ１２ｂと、ペネトレーション１３ａと、ペネトレーション１３ｂと、判定部１４とを含む。

圧力検出部１１ａおよび圧力検出部１１ｂは、圧力の大きさを検出する圧力センサである。圧力検出部１１ａおよび圧力検出部１１ｂが圧力の大きさを検出する方式は、例えば、ダイアフラム等を用いる機械式の方式であってもよいし、既知の、あるいは今後知られるであろう他の方式であってもよい。圧力検出部１１ａは、コネクタ１２ａおよびペネトレーション１３ａを介して判定部１４と電気的に接続される。圧力検出部１１ｂは、コネクタ１２ｂおよびペネトレーション１３ｂを介して判定部１４と電気的に接続される。

圧力検出部１１ａおよび圧力検出部１１ｂは、同一の流体の圧力の大きさを検出するが、圧力を検出する基準となるリファレンスが互いに異なる。圧力検出部１１ａは、第１のリファレンスに基づいて圧力の大きさを検出する。第１のリファレンスの圧力は固定されている。例えば、第１のリファレンスは、絶対真空である。この場合、圧力検出部１１ａが検出する圧力は、絶対圧である。

一方、圧力検出部１１ｂは、第２のリファレンスに基づいて圧力の大きさを検出する。第２のリファレンスの圧力は可変である。例えば、第２のリファレンスは、大気である。この場合、圧力検出部１１ｂが検出する圧力は、ゲージ圧である。あるいは、第２のリファレンスは、他の圧力計測器によって圧力が計測される流体であってもよい。あるいは、第２のリファレンスは、測定対象の流体、すなわち、第１のリファレンスに基づいて圧力検出部１１ａによって圧力の大きさが検出される流体であってもよい。

このように、圧力検出部１１ａは、圧力が固定された第１のリファレンスに基づいて圧力の大きさを検出し、圧力検出部１１ｂは、圧力が可変の第２のリファレンスに基づいて圧力の大きさを検出する。このため、圧力検出部１１ａの検出値と圧力検出部１１ｂの検出値の差は、第２のリファレンスの圧力の変動に応じて変動する。

コネクタ１２ａは、圧力検出部１１ａに接続される端子である。コネクタ１２ｂは、圧力検出部１１ｂに接続される端子である。ペネトレーション１３ａは、ＣＶの隔壁Ｗ１に埋め込まれ、圧力検出部１１ａの出力をＣＶの外部へ伝える。ペネトレーション１３ｂは、ＣＶの隔壁Ｗ１に埋め込まれ、圧力検出部１１ｂの出力をＣＶの外部へ伝える。コネクタ１２ａ、コネクタ１２ｂ、ペネトレーション１３ａ、およびペネトレーション１３ｂは、ＣＶ内の条件が悪化した場合の熱、水蒸気、圧力、放射線等に耐えることができるように構成される。

判定部１４は、圧力検出部１１ａおよび圧力検出部１１ｂの健全性を判定する。判定部１４による健全性の判定について、図２および図３を参照しながら説明する。

図２は、閾値に基づく健全性の判定について説明するための図である。上述したように、圧力検出部１１ａの検出値と圧力検出部１１ｂの検出値の差は、第２のリファレンスの圧力の変動に応じて変動する。そこで、第２のリファレンスの圧力の大きさと検出値の差の本来の値との関係を示す線Ｌ１を基準として、閾値Ｔ１および閾値Ｔ２とが設定される。

閾値Ｔ１は、圧力検出部１１ａおよび圧力検出部１１ｂが健全である場合の検出値の差の上限を示し、閾値Ｔ２は、圧力検出部１１ａおよび圧力検出部１１ｂが健全である場合の検出値の差の下限を示す。閾値Ｔ１および閾値Ｔ２は、第２のリファレンスの圧力の変動に応じて線Ｌ１と同様に変動し、かつ、第２のリファレンスの圧力がいずれの値であっても、閾値Ｔ１と閾値Ｔ２の間の範囲Ｒ１がほぼ一定であるように設定される。

判定部１４は、現在の第２のリファレンスの圧力に対応する閾値Ｔ１および閾値Ｔ２を取得し、圧力検出部１１ａおよび圧力検出部１１ｂの検出値の差がそれらの間にない場合に、圧力検出部１１ａおよび圧力検出部１１ｂの少なくとも一方が健全でないと判定する。例えば、図２に示す例の場合、第２のリファレンスの圧力と検出値の差の組み合わせがＰ１またはＰ２の示す位置に対応する場合、判定部１４は、この判定方式においては、圧力検出部１１ａおよび圧力検出部１１ｂは健全であると判定する。一方、第２のリファレンスの圧力と検出値の差の組み合わせがＰ３またはＰ４の示す位置に対応する場合、判定部１４は、圧力検出部１１ａおよび圧力検出部１１ｂの少なくとも一方が健全でないと判定する。

図３は、傾きに基づく健全性の判定について説明するための図である。判定部１４は、所定の期間内の圧力検出部１１ａの検出値および圧力検出部１１ｂの検出値をそれぞれの時点の第２のリファレンスの圧力と対応付けて記憶する。そして、判定部１４は、記憶しているこれらの値に基づいて、第２のリファレンスの圧力の変動に対する検出値の差の変動を表す線Ｌ２を算出する。例えば、所定の期間内の第２のリファレンスの圧力と検出値の差の組み合わせに対応する位置が、Ｐ１１、Ｐ１２、およびＰ１３の場合、図３に示すような線Ｌ２が算出される。線Ｌ２は、例えば、最小二乗法を用いて算出される。

判定部１４は、こうして算出された線Ｌ２と線Ｌ１のなす角度Ｒ２が所定の角度よりも大きい場合に、圧力検出部１１ａおよび圧力検出部１１ｂの少なくとも一方が健全でないと判定する。すなわち、判定部１４は、第２のリファレンスの圧力の変動に対する検出値の差の変動が、本来の変動よりも大きく乖離している場合に、圧力検出部１１ａおよび圧力検出部１１ｂの少なくとも一方が健全でないと判定する。

判定部１４は、圧力検出部１１ａおよび圧力検出部１１ｂの健全性を、閾値に基づく判定方式と傾きに基づく判定方式のいずれか一方の方式で判定してもよい。あるいは、判定部１４は、第２のリファレンスの圧力の変動の仕方に応じて、２つの判定方式を併用するか、閾値に基づく判定方式だけを用いて判定するかを切り替えてもよい。例えば、所定の期間内の第２のリファレンスの圧力の変動の幅が所定の幅よりも大きい場合、判定部１４は、２つの判定方式を併用する。一方、所定の期間内の第２のリファレンスの圧力の変動の幅が所定の幅よりも大きくない場合、すなわち、算出される線Ｌ２の誤差が大きい可能性が高い場合、判定部１４は、閾値に基づく判定方式だけを用いる。

判定部１４は、圧力検出部１１ａおよび圧力検出部１１ｂの少なくとも一方の検出値を制御装置３０へ出力するとともに、圧力検出部１１ａおよび圧力検出部１１ｂの健全性を示す信号を制御装置３０へ出力する。

上記の構成によれば、ＣＶ内の条件が悪化した場合でも、圧力計測器１０の健全性を、ＣＶ内に作業員が立ち入ることなく、精度よく判定することができる。

圧力計測器１０は、ＣＶ内の様々な箇所において流体の圧力を計測するために使用できる。図４は、圧力計測器１０を用いて流体の圧力を計測する箇所の例を示す図である。例えば、圧力計測器１０は、ＣＶ１内の雰囲気の圧力を計測するために、位置Ｐ１０１等のＣＶ内の雰囲気がある箇所に設置することができる。圧力計測器１０は、原子炉１０１を冷却するための冷却材の圧力を計測するために、位置Ｐ１０２に設置することができる。圧力計測器１０は、差圧に基づいて原子炉１０１の水位を計測するために、位置Ｐ１０３に設置することができる。圧力計測器１０は、水圧に基づいて原子炉キャビティ１０４の水位を計測するために、位置Ｐ１０４に設置することができる。圧力計測器１０は、水圧に基づいて格納容器再循環サンプ１０５の水位を計測するために、位置Ｐ１０５に設置することができる。

１ 原子炉格納容器（ＣＶ）
１０ 圧力計測器
１１ａ、１１ｂ 圧力検出部
１２ａ、１２ｂ コネクタ
１３ａ、１３ｂ ペネトレーション
１４ 判定部
３０ 制御装置
４０ 表示装置
５０ 現場機器
１０１ 原子炉
１０４ 原子炉キャビティ
１０５ 格納容器再循環サンプ

Claims (4)

1. 原子炉格納容器内で流体の圧力を計測する圧力計測器において、
   第１のリファレンスに基づいて前記流体の圧力の大きさを検出する第１の圧力検出部と、
   第２のリファレンスに基づいて前記流体の圧力の大きさを検出する第２の圧力検出部と、
   前記第１の圧力検出部の検出値と前記第２の圧力検出部の検出値の差に基づいて、前記第１の圧力検出部および第２の圧力検出部の健全性を判定する判定部と、を備え、
   前記第１のリファレンスは圧力が固定される絶対真空であり、前記第２のリファレンスは圧力が可変する大気であることを特徴とする圧力計測器。
2. 前記判定部は、前記検出値の差を、前記第２のリファレンスの圧力の変動に応じて変動する閾値と比較することにより、前記第１の圧力検出部および第２の圧力検出部の健全性を判定する請求項１に記載の圧力計測器。
3. 前記判定部は、前記検出値の差が前記第２のリファレンスの圧力の変動に応じて変動する本来の傾きと、実際に検出される検出値の差が前記第２のリファレンスの圧力の変動に応じて示す傾きとがなす角度に基づいて、前記第１の圧力検出部および第２の圧力検出部の健全性を判定する請求項１または２に記載の圧力計測器。
4. 原子炉格納容器内で流体の圧力を計測する圧力計測器と前記圧力計測器によって計測される圧力に基づいて各種制御を実行する制御装置とを有する制御システムにおいて、
   前記圧力計測器は、
   第１のリファレンスに基づいて前記流体の圧力の大きさを検出する第１の圧力検出部と、
   第２のリファレンスに基づいて前記流体の圧力の大きさを検出する第２の圧力検出部と、
   前記第１の圧力検出部の検出値と前記第２の圧力検出部の検出値の差に基づいて、前記第１の圧力検出部および第２の圧力検出部の健全性を判定する判定部と、を備え、
   前記第１のリファレンスは圧力が固定される絶対真空であり、前記第２のリファレンスは圧力が可変する大気であることを特徴とする制御システム。

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