JPH01265310A - プロセスプラントの自動運転管理方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、プロセスプラントの自動運転管理方法に関す
る。

（従来の技術） プロセスプラントの自動化運転は、プラントを構成する
機器レベルでは進んでおり、これらの機器をシーケンシ
ャルに起動して、人間の介在が全く不要な状態でプラン
トを運転可能にしたちのもすでに存在している。しかし
ながら、このような全自動プロセスプラントでは、予め
想定した通りにプラントが作動する場合は問題ないが、
−ｇの機器が予定通りに性能発揮しなかったり、故障し
た場合には、プラントの自動運転が不可能になったり、
プラントが暴走する危険性がある。

このように機器をシーケンシャルに起動すると、プラン
ト状態と独立に機器が起動されて不都合が生じる場合が
多いため、機器の起動の条件にプラントの状態を考慮し
たルールベースのシステムの導入が考えられるが、この
システムにおいても、このルールを適用する運転状態を
限定しないと、設計時に考慮していないプラント状態で
使用した場合の動作は保証できないので、本質的な問題
解決とはならない。

（発明が解決しようとする課題） 本来、プロセスプラントを構成する機器の起動の順序は
、その機器が持つ機能がプロセスプラント全体にとって
どのような意味を持つのか、何のためにあるのかといっ
た本質的な問題を理解した上で定められるものである。

しかしながら、シーケンス制御はそれをただ単に結果と
しての起動順序を取出したものにすぎないので、標準的
な運転には適用できても、何らかのトラブルが発生した
場合には上述したような問題が生じる。

本発明はかかる点に対処してなされたもので、人間が機
器の起動を制御する場合、プラントが予定の状態から大
きくずれた時、機器の起動順序を定めた際に基礎とした
原理原則に戻って操作順序を定め直すように、自動制御
においてもプロセスプラントを運転するにあたって考慮
すべき原理原則にしたがって操作手順を定めるようにす
ることにより、どのような状態においてもプラントを適
切に運用することができる自動運転管理方法を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の自動運転管理方法は、プロセスプラントの運転
状態を表す状態量と、機器の作動により発現する機能と
、プロセスプラントの安全上必ず満たすべき運転条件の
評価を表す安全性評価の三者の関係を明らかにし、これ
らの王者の関係に基づいてプロセスプラントの運転操作
の手順を導出することを特徴とする。

（作　用） 本発明のプロセスプラントの自動運転管理方法において
は、まず安全性評価の実施により、所定の機能が発揮さ
れるように運転目標が設定され、この運転目標にしたが
って安全確保のための機器が自動起動される。ついで、
状態量を確保するための機能が状態量に対して十分でな
い場合は、対応する状！！！量を制限する運転制限目標
が設定され、所定の機能が発揮されるように運転目標が
設定されて、必要な機器が自動起動される。

安全性評価を満たす機能および状態量を保持する機能が
確認されると、プロセスプラントの起動あるいは停止と
いう目標にしたがって変更すべき状態量が選定され、状
態量ごとに状態量の増加、減少の゛ための操作手順が順
序をもつ運転目標の集り、あるいは順序を考慮する必要
のない運転目標の集りの形で作成されたデータに基づい
て運転目標が設定される。

これらの運転目標の設定によって自動運転が遂行される
が、プラントにおいて何らがの異常事態が発生した場合
には、状態量を維持する機能の一部が要求を満たさなく
なり、これにより対応する状態量に対して運転制限目標
が設定され、先に設定された運転目標はこの運転制限目
標によって抑制される。

このように本発明の自動運転管理方法では、プラントに
おける状態量と機能の関係に基づいて、プラントがどの
ような運転状態にあっても適切な操作手順を導出するこ
とができるので、異常事態にも対処することができるプ
ロセスプラントの全自動運転が可能となる。

（実施例） 以下、図面に基づき本発明の実施例として沸騰水型原子
力発電プラントの起動を自動運転する方法について詳細
に説明する。

まず、操作手順を導出するにあたって必要な、沸騰水型
原子力発電プラントの起動時の状！！３ｆｆｉと機能と
安全性評価の関係を第１図に示す。状態量は発電プラン
トを起動する上で重要なプラントパラメータで、ここで
は出力レベル１、タービン復水器真空度２、炉圧３が選
ばれる。安全性評価は発電プラントの運転状態を安全上
の観点から評価したもので、外部放出放射能４、緊急時
炉心冷却の余裕５および炉水中の溶存酸素の濃度などを
考慮した炉水状態６が評価の対象となる。そして、これ
らの安全性評価はそれぞれ排ガス処理能カフ、非常時冷
却能力８、炉水浄化能力９といった機能に依存する。一
方、機能は機器を運転することにより発現されるもので
、例えば給水ポンプを起動することで給水能力という機
能が発現されることになる。状態量と機能の関係で、点
線で結ばれているものは、状態量を維持するためにはそ
の機能が発揮されていなければならないことを示してお
り、実線で結ばれている場合は、実現すべき機能が状態
量に依存していることを示している。すなわち、出力レ
ベル１を維持するために必要な機能としでは圧力制御能
力１０、運転モードスイッチ管理能力１１、出力計７１
１１３能力１２、給水能力１３があり、復水器真空度２
を維持するために必要な機能としてはシール能力１４お
よび排気能力１５があり、炉圧３を維持するために必要
な機能としては減圧阻止能力１６がある。それに対し、
発電能力１７は出力レベル１および復水器真空度２に依
存するのでそれぞれと実線で結ばれ、前述の排ガス処理
能カフおよび非常時冷却能力８も炉圧３に依存するので
実線で結ばれる。なお、それぞれの安全性評価が出力レ
ベル１と実線で結ばれているのは、出力レベル１が低い
状態では、安全処置機能が十分働いていなくても問題に
ならず、安全性評価は満足されるためである。

以上、第１図は発電プラントの状態量を保つために必要
な王者の関係を示しているが、発電プラントを目標とす
る運転状態に移行させようとする場合には、状態量の目
標値と比較して変更すべき状態量が選定される。第２図
ないし第５図は発電プラントの起動という最終目標に対
し、復水器真空度、炉圧、出力レベルの３個の状Ｂ　Ｍ
Ｌの相互の関係から、変更すべき状態量を決定するプラ
ントの運転方策を示すものである。これらの図は、３つ
の状態量を座標軸とする３次元空間上で定義されている
ものを出力レベル一定の４個の平面で切ったもので、そ
れぞれの図における出力レベルは順に中性子源領域、中
間領域、定格出力の１０％程度、定格出力の１５％以上
である。各図とも真空度および炉圧の大きさを小程度、
中程度、目標達成の３段階に分けて、それぞれの状態量
によって選択される運転方策を表示した。ここで選択さ
れる運転方策としては次の６つがある。

出力上昇、炉水温度上昇、真空度上昇、炉圧上昇、出力
低下、スクラム 通常の運転では前半の３個の方策が採られ、後半３個の
方策は何らかの不具合が生じている場合に用いられる。

例えば、通常出力上昇によって炉圧は上昇するものであ
るが、出力がある程度あるにもかかわらず炉圧が上昇し
ない場合に炉圧上昇の方策が採られる。この方策は、炉
圧の上昇を妨げるものがあるか否かを調べ、ない場合は
出力を上昇させるものである。また、出力低下の方策は
、出力レベルが比較的高くなっているにもかかわらず復
水器真空度あるいは炉圧が十分高くならず、発生するエ
ネルギーを電気出力に変換することができない場合に採
用される。

運転方策は変更すべき状態量を決定するものであるが、
状態量を変更するための操作手順は第１図に示した状態
量と機能と安全性評価の王者の関係に基づいて、状態量
ごとに順序をもった運転目標の形で導出され表される。

例えば、出力上昇の操作手順は次表に示すような表現で
記述することができる。

（以下余白） 表に示したデータは、出力上昇のための制御棒操作ある
いは再循環操作を司る上位制御系に出力上昇の操作目標
を設定するものである。個々の記述について説明すると
、（２２−１）から（２４−１）は出力上昇のための反
応度操作を行わない条件を示している。（２２−１）は
ドライウェル点検中ならば、炉心を未臨界にするような
操作を指示するものであり、（２３−１）と（２４−１
）はそれぞれタービン、発電機が併入中である場合は出
力上昇のための反応度操作をしないことを意味している
。（２５−１）以降が出力上昇のための運転目標を設定
しているもので、（２５−１）では炉心が未臨界である
場合は炉心を臨界にする運転目標がたてられる。（２６
−１）では炉水温度が１００℃以下である場合は炉水温
度を１００℃にする運転目標が設定される。（２７−１
）では炉圧が３０ｋｇ以下である場合は炉圧３０ｋｇを
運転目標に設定する。

（２８−１）は、炉圧が３０ｋｇ以上であれば、第１回
のドライウェル点検を実施済みでなければ、これを実施
するようガイドを提示し、点検が完了している場合で炉
圧が５０　ｋｇ以下であれば炉圧５０　ｋｇを運転目標
に設定する。（２９−１）では、炉圧が定格圧力以下で
あれば、炉圧定格圧力を運転目標に設定する。

（３０−１）はＡＰＲＭ（Ａｖｅｒａｇｅ　Ｐｏｗｅｒ
　Ｒａｎｇｅ　Ｍｏｎ１ｔｏｒ）の値が下限値以下であ
れば、これより若干上の値になるまで出力上昇させるこ
とを運転目標に設定する。（３１−１）は、タービンバ
イパス弁開度が設定値以下の場合、これが所定の値にな
るまで出力上昇させることを運転目標に設定する。（３
２−１）は、発電機が運転されている状態でＡＰＲＨの
計数値が２０％より小さい場合に、２０％まで出力を上
昇させることを運転目標に設定する。（３３−１）は、
同様に４０％まで出力上昇させることを運転目標に設定
する。

（３４−１）は最終的に１００％まで出力上昇させるこ
とを運転目標に設定する。

なお、この表の中で下部に書かれた運転目標は上部の条
件がすべて満足されない場合にのみ実現される。例えば
、（３２−４）に示された２０％までの出力上昇の運転
目標が設定されるためには、これ以前にあるすべての条
件は否定されている必要がある。すなわち、炉水温度は
１００℃以上であり、炉圧は定格圧力以上であり、ＡＰ
ＲＨの値は下限値以上であり、タービンは併入済みであ
る。

本発明の自動運転管理方法にしたがってプラントを自動
運転するためのシステムを第６図に示す。

図中、符号１０１．１０２はそれぞれプラントと、その
プラントを制御する制御系である。そして、自動運転シ
ステムは、運転目標の発生に至る機能実現のための操作
手順に対応するデータ、例えば前述の表に示したような
データが収納された操作手順データ部１０３と、プラン
ト１０１と制御系１０２の状態を監視する運転状態監視
部１０４と、この運転状態監視部１０４からの運転状態
を入力して操作手順データ部１０３のデータに基づいて
運転目標を定める推論部１０５と、この推論部１０５で
設定された運転目標を人力し、制御系設定値の設定ある
いは機器の起動などを実施する要求運転目標部１０６と
、推論部１０５において安全性評価などの理由で制限す
べき状態量があると判断された場合に導出された運転制
限目標を記録し、これによって先に設定された要求運転
目標部１０６の運転目標を規制する運転制限目標部１０
７とで構成される。

沸騰水型原子力発電プラントの起動に際し、通常の運転
操作手順は次のように導出される。

まず、第１図の安全性評価４．５．６により排ガス処理
能カフ、非常時冷却能力８、炉水浄化能力９を発現する
機器が起動される。これらの機能は出力レベルが高くな
った時点で必要となるので、起動の初めの段階では必要
ないと思われるが、これは発電所の運用基準に準拠する
ものである。

第１図に示した安全性評価を満足するための機能が確保
されると、出力レベル１、復水器真空度２、炉圧３の３
個の状態量が評価され、第２図ないし第５図に示したよ
うに運転方策が選択される。

起動の最初の段階では炉圧（炉水温度）も真空度も出力
レベルも低いので、第２図より炉水温度の上昇と復水器
の真空度上昇に対応する運転が実施される。なお、出力
上昇に対応する運転方策は採られないので制御棒操作は
行われないが、現在の中性子束レベルにふされしい中性
子計測器が挿入されていることが確認される。

ついで、炉水温度が８０℃以上、真空度が５０ｍ＋５１
１ｇになると、出力上昇すなわち制御棒引抜きが実行さ
れる。真空度上昇も同時に実施される。ここで、出力上
昇の運転方策が選択されると、表に示したような出力上
昇操作が上から実行される。例えば、タービンが併入中
であることが運転状態監視部１０４で確認されると、（
２３−１）が成立するので、出力上昇操作は行われない
ことになる。

運転方策にしたがって出力が上昇し、これとともに炉圧
が上昇するが、炉圧が２０）Ｃｇ／ｃｊとなると、給水
能力の確保として第１図よりＨＤＲＦＰ（Ｍｏｔｏｒ　
Ｄｒｌｖｅｎ　Ｒｅａｃｔｏｒ　Ｆｅｅｄ　ＷａＴｅｒ
　Ｐｕｌ１ｐ）の起動が必要となる。このように、状態
量の変化に対応してこれを確保あるいはこれを利用する
機器が起動され、プラントの目標とする運転状態に移行
される。

次に、スクラム直後の起動を考える。スクラム原因によ
って異なるが、復水器の真空度も炉圧も目標状態にあっ
たとすると、この場合も第１図に示した安全性評価を満
足するための操作がまず実行される。ついで、出力上昇
の運転方策が選択され、直ちに制御棒が引抜かれるが、
同時に圧力と真空度を保持するための運転が実行される
。ただし、給水能力を例にとると、スクラム後もＴＤＲ
ＰＰ（Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｄｒｌｖｅｎ　Ｆｅｅｄ　Ｗａ
ｔｅｒ　Ｐｕａ＋ｐ）が稼働している場合は給水能力は
確保されていると判断されるので、ＭＤＲＦＰが起動さ
れることはない。

以上の説明からも明らかなように、第１図に示したプラ
ントの状態量と機能の関係からプラントの運転操作手順
が導出される。この関係はどのようなプラント状態にお
いても満たされなければならないので、任意の状態から
操作手順が合成されるものである。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明のプロセスプラントの自動
運転管理方法によれば、プロセスプラントがどのような
運転状態にあっても適切な操作手順を導出することがで
き、これを用いることによりプロセスプラントの全自動
運転が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水型原子力発電プラントの状態と機能と安
全性評価の関係を示す図、第２図ないし第５図は３個の
状態量の相互関係から選択される運転方策を提示する図
、第６図は本発明の方法によってプラントの自動運転を
実施するためのシステムの構成を示すブロック図である
。 出願人　　　　　　日本原子力事業株式会社出願人　　
　　　　株式会社　東芝 代理人　弁理士　　須　山　佐　− 第１図 箕空度 １ｊ・イ纏　Ｃ？娠度　間１成 ・】・躍ｆ　宇程皮　　自褌逢鳥゛ 第３図 、Ｊｅｔず　木娠Ｉｆ　　８櫂ｉｔ成 第４図 、Ｊ、雑慶宇銀蔑　日イ達へ 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）プロセスプラントの運転状態を表す状態量と、機
   器の作動により発現する機能と、プロセスプラントの安
   全上必ず満たすべき運転条件の評価を表す安全性評価と
   の関係に基づいて、プロセスプラントの運転操作の手順
   を導出することを特徴とするプロセスプラントの自動運
   転管理方法。