特許 7204604 原子力プラントの健全性評価装置、方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-05

(45)【発行日】2023-01-16

(54)【発明の名称】原子力プラントの健全性評価装置、方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G21C 17/00 20060101AFI20230106BHJP

【ＦＩ】

G21C17/00 110

G21C17/00 050

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019131089

(22)【出願日】2019-07-16

(65)【公開番号】P2021015085

(43)【公開日】2021-02-12

【審査請求日】2022-02-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】仲村 岳

(72)【発明者】

【氏名】藁科 正彦

(72)【発明者】

【氏名】片山 洋

(72)【発明者】

【氏名】樋口 智一

(72)【発明者】

【氏名】大熊 俊司

【審査官】後藤 大思

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－１７７０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３４０７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２８５１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平４－３１３１９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ２１Ｃ １７／００－１７／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤の基礎に支持された建屋の振動応答を解析する建屋モデルを格納するデータベースと、
前記建屋に支持された設備の振動応答を解析する第１設備モデル及びこの第１設備モデルよりも高精度な第２設備モデルを格納するデータベースと、
少なくとも前記建屋に設けられている複数の振動センサが検出した振動検出データを受信する受信部と、
前記振動センサの位置データ及び前記振動検出データを前記建屋モデルに入力し、前記建屋の任意位置における建屋振動解析データを出力する建屋振動解析部と、
前記第１設備モデルに前記建屋振動解析データを入力し、前記設備の任意位置における第１設備振動解析データを出力する第１設備振動解析部と、
前記第１設備振動解析データに基づいて前記設備の任意位置における第１損傷度を演算する第１演算部と、
前記第１損傷度とその許容度との比が閾値を超えている前記設備の任意位置を注目位置として判定する判定部と、
前記第２設備モデルに前記建屋振動解析データを入力し、前記注目位置における第２設備振動解析データを出力する第２設備振動解析部と、
前記第２設備振動解析データに基づいて前記注目位置における第２損傷度を演算する第２演算部と、
前記第２損傷度とその許容度との比が閾値を超えている前記注目位置を選択して表示する表示部と、を備える原子力プラントの健全性評価装置。

【請求項2】

請求項１に記載の原子力プラントの健全性評価装置において、
前記建屋モデルは、弾性ばね質点モデル、弾塑性ばね質点モデル及び有限要素モデルのいずれかであり、
第１設備モデルは、弾性ばね質点モデルであり、
第２設備モデルは、弾塑性ばね質点モデル及び有限要素モデルのいずれかである原子力プラントの健全性評価装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の原子力プラントの健全性評価装置において、
前記第１損傷度及び第２損傷度の各々は、前記第１設備振動解析データ及び前記第２設備振動解析データで表される負荷の、繰り返し数、最大加速度、最大応力及び最大歪みの少なくとも一つに基づいて演算される原子力プラントの健全性評価装置。

【請求項4】

請求項３に記載の原子力プラントの健全性評価装置において、
前記第１損傷度及び前記第２損傷度の各々が前記繰り返し数に基づいて演算される場合、過去に演算された前記第１損傷度及び前記第２損傷度の各々を前記設備の任意位置毎に積算する処理も併せて実施される原子力プラントの健全性評価装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の原子力プラントの健全性評価装置において、
過去に演算された前記第１損傷度を時系列に外挿して前記閾値を超える耐用期限を推定する推定部を備える原子力プラントの健全性評価装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の原子力プラントの健全性評価装置において、
前記位置データにおける前記建屋振動解析データが、対応する前記振動検出データに同化するように、前記建屋モデル及び前記建屋振動解析部の少なくとも一方を調整するデータ同化部を備える原子力プラントの健全性評価装置。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の原子力プラントの健全性評価装置において、
複数の前記位置データの各々における前記振動検出データの最大値が表された振動空間分布を形成する形成部と、
発生要因の異なる複数の前記振動空間分布のパターンを格納するデータベースと、
いずれの前記パターンに前記振動空間分布が合致するかに基づいて前記振動検出データが由来する発生要因を判定する判定部と、
前記発生要因が物体の衝突と判定された場合、前記建屋の外に設けられた複数のカメラが撮影した画像データに写っている前記物体を特徴点として追跡する追跡部と、
追跡した前記特徴点が前記建屋に衝突するときの衝突位置及び衝突速度を推定する位置・速度推定部と、
予め登録されている前記物体の属性及びその重量のデータベースに基づいて、前記画像データに写る前記物体の属性を特定し前記特徴点の重量を推定する重量推定部と、を備え、
前記特徴点の前記衝突位置、前記衝突速度及び前記重量を前記建屋振動解析部に入力させる原子力プラントの健全性評価装置。

【請求項8】

請求項７に記載の原子力プラントの健全性評価装置において、
前記建屋の外に設けられた距離センサから発信される距離データにより前記特徴点の前記衝突位置及び前記衝突速度を補正する原子力プラントの健全性評価装置。

【請求項9】

請求項７又は請求項８に記載の原子力プラントの健全性評価装置において、
前記特徴点の前記重量、前記衝突位置及び前記衝突速度を組み合わせた複数のパターンの各々を予め前記建屋振動解析部に入力して出力させておいた前記建屋振動解析データを登録しておく原子力プラントの健全性評価装置。

【請求項10】

地盤の基礎に支持された建屋の振動応答を解析する建屋モデルを格納するステップと、
前記建屋に支持された設備の振動応答を解析する第１設備モデル及びこの第１設備モデルよりも高精度な第２設備モデルを格納するステップと、
少なくとも前記建屋に設けられている複数の振動センサが検出した振動検出データを受信するステップと、
前記振動センサの位置データ及び前記振動検出データを前記建屋モデルに入力し、前記建屋の任意位置における建屋振動解析データを出力するステップと、
前記第１設備モデルに前記建屋振動解析データを入力し、前記設備の任意位置における第１設備振動解析データを出力するステップと、
前記第１設備振動解析データに基づいて前記設備の任意位置における第１損傷度を演算するステップと、
前記第１損傷度とその許容度との比が閾値を超えている前記設備の任意位置を注目位置として判定するステップと、
前記第２設備モデルに前記建屋振動解析データを入力し、前記注目位置における第２設備振動解析データを出力するステップと、
前記第２設備振動解析データに基づいて前記注目位置における第２損傷度を演算するステップと、
前記第２損傷度とその許容度との比が閾値を超えている前記注目位置を選択して表示するステップとを、含む原子力プラントの健全性評価方法。

【請求項11】

コンピュータに、
地盤の基礎に支持された建屋の振動応答を解析する建屋モデルを格納するステップ、
前記建屋に支持された設備の振動応答を解析する第１設備モデル及びこの第１設備モデルよりも高精度な第２設備モデルを格納するステップ、
少なくとも前記建屋に設けられている複数の振動センサが検出した振動検出データを受信するステップ、
前記振動センサの位置データ及び前記振動検出データを前記建屋モデルに入力し、前記建屋の任意位置における建屋振動解析データを出力するステップ、
前記第１設備モデルに前記建屋振動解析データを入力し、前記設備の任意位置における第１設備振動解析データを出力するステップ、
前記第１設備振動解析データに基づいて前記設備の任意位置における第１損傷度を演算するステップ、
前記第１損傷度とその許容度との比が閾値を超えている前記設備の任意位置を注目位置として判定するステップ、
前記第２設備モデルに前記建屋振動解析データを入力し、前記注目位置における第２設備振動解析データを出力するステップ、
前記第２設備振動解析データに基づいて前記注目位置における第２損傷度を演算するステップ、
前記第２損傷度とその許容度との比が閾値を超えている前記注目位置を選択して表示するステップを、実行させる原子力プラントの健全性評価プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、外部負荷が作用した原子力プラントの健全性評価技術に関する。

【背景技術】

【0002】

洪水、風（台風）、竜巻、火山等の自然現象や、飛来物、爆発、船舶等衝突等の人為現象によって、原子力プラントに外部負荷が作用する場合が想定される。このような場合、原子力プラントに、認識容易な損傷以外に、認識困難な損傷も発生している可能性がある。そこで、原子力プラントを安全に停止させるため、そのような損傷部位を正確に把握し、その上で事故対応を適切に実施することが求められる。関連性のある公知技術として、地震により停止した原子力プラントの健全性を、地震計で取得した信号を用いて評価する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－２２７２９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、上述の公知技術は、原子力プラントに作用する外部負荷が地震力に限定され、外部負荷を一般化して取り扱っていない。つまり上述の公知技術は、原子力プラントの構造物全体に一様に作用する外部負荷のみが考慮されている。このため上述の公知技術は、局所的に作用した外部負荷による破損や高振動数成分による応答に、対応することができない。

【0005】

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、外部負荷の作用が局所的であっても信頼性の高い健全性評価が可能な原子力プラントの健全性評価技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態に係る原子力プラントの健全性評価装置において、地盤の基礎に支持された建屋の振動応答を解析する建屋モデルを格納するデータベースと、前記建屋に支持された設備の振動応答を解析する第１設備モデル及びこの第１設備モデルよりも高精度な第２設備モデルを格納するデータベースと、少なくとも前記建屋に設けられている複数の振動センサが検出した振動検出データを受信する受信部と、前記振動センサの位置データ及び前記振動検出データを前記建屋モデルに入力し、前記建屋の任意位置における建屋振動解析データを出力する建屋振動解析部と、前記第１設備モデルに前記建屋振動解析データを入力し前記設備の任意位置における第１設備振動解析データを出力する第１設備振動解析部と、前記第１設備振動解析データに基づいて前記設備の任意位置における第１損傷度を演算する第１演算部と、前記第１損傷度とその許容度との比が閾値を超えている前記設備の任意位置を注目位置として判定する判定部と、前記第２設備モデルに前記建屋振動解析データを入力し前記注目位置における第２設備振動解析データを出力する第２設備振動解析部と、前記第２設備振動解析データに基づいて前記注目位置における第２損傷度を演算する第２演算部と、前記第２損傷度とその許容度との比が閾値を超えている前記注目位置を選択して表示する表示部と、を備えている。

【発明の効果】

【0007】

本発明の実施形態により、外部負荷の作用が局所的であっても信頼性の高い健全性評価が可能な原子力プラントの健全性評価技術が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態が適用される原子力プラントの概略図。

【図2】第１実施形態に係る原子力プラントの健全性評価装置（一部）のブロック図。

【図3】第１実施形態に係る原子力プラントの健全性評価装置（他の部分）のブロック図。

【図4】第１実施形態に係る原子力プラントの健全性評価方法及び健全性評価プログラムのフローチャート。

【図5】第２実施形態に係る原子力プラントの健全性評価装置のブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態が適用される原子力プラント１０の概略図である。この原子力プラント１０は、地盤１１に基礎１２が形成され、この基礎１２の上に建屋が支持されている。この建屋は、原子炉建屋、タービン建屋及びその他付帯設備の建屋等に分類される。それぞれの建屋は、外界との境界を成す外壁、隣接する区域を区画する床壁や縦壁等で構成されている。図１においては、斜線でハッチングされた構造物が建屋である。

【0010】

そして、この原子力プラント１０の内部には、この建屋に支持された多数の設備１８が設置されている。この設備１８としては、矢示される原子炉圧力容器１８以外に、図示が省略されるタービン、各種配管、ポンプ等の機器が例示されているが、これらに限定されるものではない。

【0011】

そして、この建屋の壁面には、振動を検出する振動センサ１５、原子力プラント１０に接近する物体１９を動画撮影するカメラ１７、この物体１９との距離を検出する距離センサ（図示略）が設けられている。なお原子力プラント１０に接近する物体１９として、空からの飛翔体を例示しているが、海または陸からの移動体である場合もある。またこれらセンサは、地震、津波漂流物、竜巻など自然事象をとらえることもできる。また、これらセンサは、建屋の壁面に限らず、この建屋に支持された設備１８に設けられる場合もある。

【0012】

この原子力プラント１０に物体１９が接近して衝突すると、図２に示すように、振動センサ１５が出力する振動検出データ１６（１６ａ，１６ｂ…）は、受信部２６ａで受信され、その位置データ２７ａとともに蓄積部２８ａに蓄積される。そして、この接近した物体１９を撮影したカメラ１７が出力する画像データ１３（１３ａ，１３ｂ…）は、受信部２６ｂで受信され、その位置データ２７ｂとともに蓄積部２８ｂに蓄積される。この接近した物体１９との距離を検出した距離センサが出力する距離データ１４（１４ａ，１４ｂ…）は、受信部２６ｃで受信され、その位置データ２７ｃとともに蓄積部２８ｃに蓄積される。

【0013】

図２及び図３は第１実施形態に係る原子力プラントの健全性評価装置２０Ａ（以下、単に「健全性評価装置２０Ａ」という）のブロック図である。このように健全性評価装置２０Ａは、地盤１１（図１）の基礎１２に支持された建屋の振動応答を解析する建屋モデル２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ）を格納するデータベースと、この建屋に支持された設備１８の振動応答を解析する第１設備モデル２１（弾性ばね質点モデル）及びこの第１設備モデル２１よりも高精度な第２設備モデル２２（２２ａ，２２ｂ）（弾塑性ばね質点モデル又は有限要素モデル）を格納するデータベースと、少なくとも建屋に設けられている複数の振動センサ１５が検出した振動検出データ１６（１６ａ，１６ｂ…）を受信する受信部２６と、これら振動センサ１５の位置データ２７及び振動検出データ１６を建屋モデル２５に入力し建屋の任意位置における建屋振動解析データ２９を出力する建屋振動解析部２４と、第１設備モデル２１に建屋振動解析データ２９を入力し設備１８の任意位置における第１設備振動解析データ３５ａを出力する第１設備振動解析部３１と、この第１設備振動解析データ３５ａに基づいて設備１８の任意位置における第１損傷度３６ａを演算する第１演算部３７ａと、この第１損傷度３６ａとその許容度４５との比（第１算出部４１ａで求められる「裕度４９ａ」）が閾値４６を超えている設備１８の任意位置を注目位置（第１注目位置４３ａ）として判定する判定部４２と、第２設備モデル２２に建屋振動解析データ２９を入力し注目位置（第１注目位置４３ａ）における第２設備振動解析データ３５ｂを出力する第２設備振動解析部３２と、この第２設備振動解析データ３５ｂに基づいて注目位置（第１注目位置４３ａ）における第２損傷度３６ｂを演算する第２演算部３７ｂと、この第２損傷度３６ｂとその許容度４５との比（第２算出部４１ｂで求められる「裕度４９ｂ」）が閾値４６を超えている注目位置（第２注目位置４３ｂ）を選択して表示する表示部４７と、を備えている。

【0014】

建屋モデル２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ）は、弾性ばね質点モデル２５ａ、弾塑性ばね質点モデル２５ｂ及び有限要素モデル２５ｃのいずれかが採用されている。そして第１設備モデル２１は弾性ばね質点モデルが採用され、第２設備モデル２２は、弾塑性ばね質点モデル２２ａ及び有限要素モデル２２ｂのいずれかが採用される。なおこれらモデルのデータベースは、データ記憶部に記憶されている。

【0015】

損傷度演算部３７は、第１演算部３７ａ及び第２演算部３７ｂから成るが、入力した設備振動解析データ３５（３５ａ，３５ｂ）に対し、共通の演算処理を実行して損傷度３６（３６ａ，３６ｂ）を出力する。第１演算部３７ａは、第１設備振動解析データ３５ａに基づいて設備１８の任意位置における第１損傷度３６ａを演算する。そして第２演算部３７ｂは、この第２設備振動解析データ３５ｂに基づいて第１注目位置４３ａにおける第２損傷度３６ｂを演算する。これら損傷度３６（３６ａ，３６ｂ）は、設備振動解析データ３５（３５ａ，３５ｂ）で表される負荷の、繰り返し数、最大加速度、最大応力及び最大歪みに基づいて演算されるものである。

【0016】

このうち損傷度３６（３６ａ，３６ｂ）が設備振動解析データ３５（３５ａ，３５ｂ）の最大加速度、最大応力及び最大歪みに基づいて演算される場合は、その瞬間値で健全性を評価することができる。よってこの場合、損傷度３６（３６ａ，３６ｂ）は、裕度の算出部４１（４１ａ，４１ｂ）に直接送られる。

【0017】

一方において損傷度３６（３６ａ，３６ｂ）が、設備振動解析データ３５（３５ａ，３５ｂ）の繰り返し数に基づいて演算される場合は、過去に蓄積された損傷度３６（３６ａ，３６ｂ）も加味して健全性を評価する必要がある。このため、繰り返し数に基づいて演算された損傷度３６（３６ａ，３６ｂ）は、設備１８の設置当初にさかのぼって過去に演算された値が累積疲労損傷度３９としてデータベースに蓄積されている。そして加算部３８（３８ａ，３８ｂ）において、設備１８の任意位置毎に入力された損傷度３６（３６ａ，３６ｂ）に対し、累積疲労損傷度３９が積算処理される。そして、このように積算処理されたうえで疲労損傷度３６（３６ａ，３６ｂ）は、裕度の算出部４１（４１ａ，４１ｂ）に送られる。

【0018】

さらに健全性評価装置２０は、耐用期限の推定部４８を備えている。この推定部４８は、過去に演算された第１損傷度３６ａを時系列に外挿し、未来において閾値４６を超える耐用期限を推定するものである。この推定された耐用期限に基づいて、対応する位置データ２７に設置されている設備１８の交換並びに修繕の時期を見極めることができる。

【0019】

さらに健全性評価装置２０は、データ同化部（図示略）を備えている。このデータ同化部は、建屋モデル２５及び建屋振動解析部２４の少なくとも一方を調整することにより、振動センサ１５の位置データ２７における建屋振動解析データ２９を、対応する振動検出データ１６に同化させるものである。これにより、建屋の振動応答の解析精度を向上させ、原子力プラント１０の健全性評価の信頼性を向上させることができる。

【0020】

建屋振動解析部２４は、複数の振動センサ１５の位置データ２７及び振動検出データ１６を建屋モデル２５に入力し建屋の任意位置における建屋振動解析データ２９を出力する。ここで建屋モデル２５は、弾性ばね質点モデル、弾塑性ばね質点モデル及び有限要素モデルを例示しているが特に限定されない。建屋の振動応用の解析は、それぞれの場所に応じて適切なモデルを採用して実施される。なおこの建屋振動解析データ２９に対し、設備１８の振動解析と同様に損傷度を演算し、裕度を算出し、閾値を超える注目位置を認定してもよい。

【0021】

第１設備振動解析部３１は、第１設備モデル２１を取得し建屋振動解析データ２９を入力して、設備１８の任意位置における第１設備振動解析データ３５ａ出力する。ここで第１設備モデル２１として例示される弾性ばね質点モデルは、建屋に接続されている各々の設備１８を、弾性ばねと質点で表現したものである。この弾性ばね質点モデルは、簡易な演算式で高速演算が可能なために設備全体の振動特性をシミュレーションするスクリーニングに適している。なお、高速で全体をスクリーニングできるものであれば、第１設備モデル２１として適宜採用される。

【0022】

裕度の算出部４１は、第１算出部４１ａ及び第２算出部４１ｂから成るが、入力した損傷度３６（３６ａ，３６ｂ）に対し、共通の計算処理を実行してそれぞれの裕度４９（４９ａ，４９ｂ）を出力する。この裕度４９は、損傷度３６の逆数を、その許容値で乗算したものである。この裕度４９が大きい値をとるほど健全性が高く、小さい値をとるほど健全性が悪化していることを示す。

【0023】

判定部４２は、第１判定部４２ａ及び第２判定部４２ｂから成るが、入力した裕度４９（４９ａ，４９ｂ）に対し、共通の判定処理を実行してそれぞれの注目位置４３（４３ａ，４３ｂ）を出力する。つまり判定部４２は、裕度が閾値４６を下側に超えた設備１８の位置は健全性が低下しているために交換又は修理が必要な注目位置４３としてフラグを立てる。なお、第１判定部４２ａ及び第２判定部４２ｂにおいて、適用する閾値４６の値を変えてもよい。

【0024】

第２設備振動解析部３２は、第２設備モデル２２を取得し建屋振動解析データ２９を入力して、第１注目位置４３ａにおける第２設備振動解析データ３５ｂを出力する。ここで第２設備モデル２２は弾塑性ばね質点モデル及び有限要素モデルのいずれかもしくは両方である。ここで弾塑性ばね質点モデルは、塑性変形の要素を加味したもので、弾性ばね質点モデル（第１設備モデル２１）よりも高精度で設備１８の振動特性をシミュレーションすることができる。また有限要素モデルは、建屋に接続されている各々の設備１８を、小領域の要素に分割して、各要素毎にたてた方程式を補完関数で近似して振動特性をシミュレーションするものである。この有限要素モデルも、弾性ばね質点モデル（第１設備モデル２１）よりも高精度で設備１８の振動特性をシミュレーションすることができる。なお、第１設備モデル２１よりも、高精度で設備１８の振動特性をシミュレーションできるものであれば、第２設備モデル２２として適宜採用される。

【0025】

表示部４７は、第２設備モデル２２で振動応答を解析した結果、損傷度３６の大きいことが疑われる第２注目位置４３ｂを選択して表示する。さらにそれ以外に表示部４７は、第１設備モデル２１で認定された第１注目位置４３ａを表示したり、第１設備モデル２１及び第２設備モデル２２の各々で算出された損傷度３６や裕度４９を表示したり、推定部４８で推定された耐用期限を表示したりする。

【0026】

さらに表示部４７は、損傷度３６や裕度４９をその大きさに応じて色彩や色の濃淡でマップ上に表示することもできる。さらに表示部４７は、物体１９の衝突位置を表示することもできる。さらに表示部４７は、カメラ１７が出力した画像データ１３から推定される建屋周辺の温度分布を表示することもできる。これにより、物体衝突などの外的な事象により負荷が作用した原子力発電プラントの健全性評価結果を即座に周知することができ、事故対応に資することができる。

【0027】

図４は実施形態に係る原子力プラントの健全性評価方法及び健全性評価プログラムのフローチャートである（適宜、図１～図３参照）。まず、建屋の振動応答を解析する建屋モデル２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ）、設備１８の振動応答を解析する第１設備モデル２１及び第２設備モデル２２（２２ａ，２２ｂ）をデータベースに格納する（Ｓ１１）。

【0028】

建屋に設けられている複数の振動センサ１５が検出した振動検出データ１６（１６ａ，１６ｂ…）を受信部２６で受信する（Ｓ１２）。そして、建屋モデル２５を取得し、これに振動センサ１５の位置データ２７及び振動検出データ１６を入力し（Ｓ１３）、建屋の任意位置における建屋振動解析データ２９を出力する（Ｓ１４）。

【0029】

次に、第１設備モデル２１を取得し、これに建屋振動解析データ２９を入力し（Ｓ１５）、設備１８の任意位置における第１設備振動解析データ３５ａを出力する（Ｓ１６）。そして、この第１設備振動解析データ３５ａに基づいて設備１８の任意位置における第１損傷度３６ａを演算する（Ｓ１７）。

【0030】

次に、第１損傷度３６ａが、第１設備振動解析データ３５ａで表される負荷の繰り返し数に基づいて演算された疲労損傷度である場合（Ｓ１８ Ｙｅｓ）、過去に演算された第１損傷度３６ａの各々を設備１８の任意位置毎に積算する（Ｓ１９）。なお、第１損傷度３６ａが、第１設備振動解析データ３５ａで表される負荷の最大加速度、最大応力及び最大歪みで基づいて演算された損傷度である場合（Ｓ１８ Ｎｏ）、ステップ（Ｓ１９）をジャンプする。

【0031】

次に、第１損傷度３６ａとその許容度４５との比で求められる裕度４９を設備１８の任意位置に対して算出する（Ｓ２０）。そしてこの裕度４９が閾値４６を下側に超えた設備１８の任意位置を判定し（Ｓ２１ Ｙｅｓ）、第１注目位置４３ａとして認定される（Ｓ２２ Ｙｅｓ，Ｓ２３）。そして、裕度４９が閾値４６を下側に超える設備１８の任意位置が存在しなければ（Ｓ２１ Ｎｏ）、プラントは健全性が保たれていると判定され、フローは終了する（ＥＮＤ）。

【0032】

次に、第２設備モデル２２を取得し、これに建屋振動解析データ２９を入力し（Ｓ１５）、設備１８の第１注目位置４３ａにおける第２設備振動解析データ３５ｂを出力する（Ｓ１６）。そして、この第２設備振動解析データ３５ｂに基づいて第１注目位置４３ａにおける第２損傷度３６ｂを演算する（Ｓ１７）。

【0033】

次に、第２損傷度３６ｂが、第２設備振動解析データ３５ｂで表される負荷の繰り返し数に基づいて演算された疲労損傷度である場合（Ｓ１８ Ｙｅｓ）、過去に演算された損傷度３６の各々を設備１８の任意位置毎に積算する（Ｓ１９）。ここで、今回演算で求めた第２損傷度３６ｂが、対応する第１損傷度３６ａに置き換えられて積算される。つまり、第１設備モデルを用いた解析の結果で第１注目位置４３ａとして認定された箇所については、第２設備モデルを用いた解析によって、累積疲労損傷度が再計算される。なお、第２損傷度３６ｂが、第２設備振動解析データ３５ｂで表される負荷の最大加速度、最大応力及び最大歪みで基づいて演算された損傷度である場合（Ｓ１８ Ｎｏ）、ステップ（Ｓ１９）をジャンプする。

【0034】

次に、第２損傷度３６ｂとその許容度４５との比で求められる裕度４９を設備１８の第１注目位置４３ａに対して算出する（Ｓ２０）。そしてこれら第１注目位置４３ａのうち裕度４９が閾値４６を下側に超えた第２注目位置４３ｂを選択して表示部４７に表示する（Ｓ２１ Ｙｅｓ，Ｓ２２ Ｎｏ，Ｓ２４）。そして、裕度４９が閾値４６を下側に超える第１注目位置４３ａが存在しなければ（Ｓ２１ Ｎｏ）、プラントは健全性が保たれていると判定され、フローは終了する（ＥＮＤ）。

【0035】

（第２実施形態）
次に図５を参照して本発明における第２実施形態について説明する。図５は、第２実施形態に係る原子力プラントの健全性評価装置２０Ｂ（以下、単に「健全性評価装置２０Ｂ」という）のブロック図である。なお、図５において図３と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。第２実施形態の健全性評価装置２０Ｂは、第１実施形態で説明した健全性評価装置２０Ａの構成に加え、さらに次の構成を備えている。

【0036】

すなわち健全性評価装置２０Ｂは、複数の位置データ２７の各々における振動検出データ１６（１６ａ，１６ｂ…）の最大値が表された振動空間分布（図示略）を形成する形成部５１と、発生要因の異なる複数の振動空間分布のパターン５３を格納するデータベースと、いずれのパターン５３に振動空間分布が合致するかに基づいて振動検出データ１６（１６ａ，１６ｂ…）が由来する発生要因を判定する判定部５２と、この発生要因が物体１９（図１）の衝突と判定された場合に建屋の外に設けられた複数のカメラ１７が撮影した画像データ１３に写っている物体１９を特徴点として追跡する追跡部５４と、追跡した特徴点が建屋に衝突するときの衝突位置及び衝突速度を推定する位置・速度推定部５７と、予め登録されている物体１９の属性及びその重量５６のデータベースに基づいて、画像データ１３に写る物体１９の属性を特定し特徴点の重量を推定する重量推定部５５と、をさらに備えている。

【0037】

そしてこれら特徴点の衝突位置、衝突速度及び重量は、建屋振動解析部２４において建屋モデル２５に入力され、建屋の任意位置における建屋振動解析データ２９が出力される。これ以降の処理は、既に説明した図３で表される健全性評価装置２０Ａ（第１実施形態）と同じである。

【0038】

形成部５１は、過去に地震、暴風雨、落雷、竜巻等の発生要因で、建屋内に分散配置されている複数の振動センサ１５が出力した振動検出データ１６（１６ａ，１６ｂ…）を取得する。この取得した振動検出データ１６（１６ａ，１６ｂ…）の最大値を、位置データ２７に基づき原子力プラント１０を表したマップに掲載し、振動空間分布として示す。

【0039】

このように発生要因の異なる複数の振動空間分布のパターン５３がデータベースに格納されている。なおこのパターン５３には、過去に経験した発生要因の実データで得られた振動空間分布以外にも、物体１９の衝突といったような仮想的な発生要因に基づいてシミュレーションされた振動空間分布も含まれている。

【0040】

そして判定部５２において、データベースに格納されている複数のパターン５３の振動空間分布と、今回事象で検出された振動検出データ１６（１６ａ，１６ｂ…）から形成された振動空間分布と、のマッチングが行われる。そして、一致性の最も高い結果に基づいて、今回事象の発生要因が判定される。

【0041】

今回事象の発生要因が物体１９（図１）の衝突と判定された場合は、カメラ１７で撮影した画像データ１３が、追跡部５４に取得される。そしてこの画像データ１３に写っている物体１９を特徴点として、画像解析によりその軌跡が追跡される。

【0042】

そして位置・速度推定部５７において、特徴点が建屋に衝突するときの衝突位置及び衝突速度が推定される。さらに重量推定部５５において、予め登録されている物体１９の属性及びその重量５６のデータベースに基づいて、画像データ１３に写る物体１９の属性を特定し特徴点の重量が推定される。これら画像データ１３に対する処理は、事前に登録された衝突物の画像データを用いてニューラルネットワークやサポートベクターマシンなどの機械学習を用いて解析することができる。

【0043】

ここで、衝突位置及び衝突速度の推定に関する機械学習の教師データは、飛翔体を原子力発電プラントに衝突させるシミュレーションによって得たものを用いる。より具体的には、飛翔体が原子力発電プラントへ衝突するシミュレーションによって、飛翔体の原子力発電プラントへの衝突位置および速度と、当該飛翔体をカメラ１７で撮影した画像（ＣＧ）とを得る。複数のカメラ１７それぞれによる撮影可否（撮影範囲に含まれるか）、撮影画像における飛翔体の位置、大きさ、１フレーム間における移動距離、等は、飛翔体の大きさ、原子力発電プラントへ飛来する方向、飛来速度等と関連性がある。そして、飛翔体の大きさ、飛来する角度、飛来速度は当然に原子力発電プラントへの衝突位置、衝突速度に関連する。なお、飛翔体そのものの種類、大きさ、重量、画像における向き等は、一般的な特徴点検出を用いた画像処理で得ることができる。

【0044】

このように、カメラ１７によって撮影される画像と、飛翔体の衝突位置および衝突速度の関係をシミュレーションによって多数得て学習させることで、実際に複数のカメラ１７で飛翔体を撮影したときに素早く高精度に衝突位置と衝突速度を推定することができる。

【0045】

さらに健全性評価装置２０Ｂは、建屋の外に設けられた距離センサ（図示略）から発信される距離データ１４（１４ａ，１４ｂ…）により特徴点の衝突位置及び衝突速度を補正することができる。この距離センサとしては、レーザ等の電磁波を照射して物体１９からの反射波を検出する計測原理を持つものが挙げられる。これにより、飛来物衝突などの外的な事象による荷重を受けた原子力発電プラントの健全性評価結果の信頼性を向上させることができる。

【0046】

さらに健全性評価装置２０Ｂは、特徴点の重量、衝突位置及び衝突速度を組み合わせた複数のパターンの各々を予め建屋振動解析部２４に入力して出力させておいた建屋振動解析データ２９を登録しておくことができる。これにより、飛来物衝突などの外的な事象による負荷が作用した原子力発電プラントの健全性を即座に評価し事故対応に資することができる。

【0047】

以上述べた少なくともひとつの実施形態の原子力プラントの健全性評価装置によれば、設備全体をスクリーニングする振動応答解析を第１設備モデルで実施し、損傷度が大きいと認定された位置の振動応答解析を第２設備モデルで精密に実施することにより、外部負荷の作用が局所的であっても信頼性の高い健全性評価が可能となる。

【0048】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【0049】

以上説明した原子力プラントの健全性評価装置は、専用のチップ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを高集積化させた制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスやキーボードなどの入力装置と、通信Ｉ／Ｆとを、備えており、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。また、原子力プラントの健全性評価装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、原子力プラントの健全性評価プログラムにより動作させることが可能である。

【符号の説明】

【0050】

１０…原子力プラント、１１…地盤、１２…基礎、１３…画像データ、１４…距離データ、１５…振動センサ、１６…振動検出データ、１７…カメラ、１８…設備、１８ａ…原子炉圧力容器（設備）、１８ｂ…タービン（設備）、１８ｃ…各種配管（設備）、１８ｄ…ポンプ（設備）、１９…物体、２０（２０Ａ，２０Ｂ）…原子力プラントの健全性評価装置、２１…第１設備モデル（弾性ばね質点モデル）、２２…第２設備モデル、２２ａ…弾塑性ばね質点モデル、２２ｂ…有限要素モデル、２４…建屋振動解析部、２５…建屋モデル、２５ａ…弾性ばね質点モデル、２５ｂ…弾塑性ばね質点モデル、２５ｃ…有限要素モデル、２６…受信部、２７…位置データ、２８…蓄積部、２９…建屋振動解析データ、３１…第１設備振動解析部、３２…第２設備振動解析部、３５（３５ａ，３５ｂ）…設備振動解析データ（第１設備振動解析データ，第２設備振動解析データ）、３６（３６ａ，３６ｂ）…損傷度（第１損傷度，第２損傷度）、３７（３７ａ，３７ｂ）…演算部（第１演算部，第２演算部）、３８…加算部、３９…累積疲労損傷度、４１（４１ａ，４１ｂ）…算出部（第１算出部，第２算出部）、４２ａ…判定部、４２（４２ａ，４２ｂ）…判定部（第１判定部，第２判定部）、４３（４３ａ，４３）…注目位置（第１注目位置，第２注目位置）、４５…許容度、４６…閾値、４７…表示部、４８…推定部、４９（４９ａ，４９ｂ）…裕度、５１…形成部、５２…判定部、５３…パターン、５４…追跡部、５５…重量推定部、５６…重量、５７…速度推定部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】