CH643674A5 - Sicherheits-einrichtung fuer einen kernreaktor. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheits-Einrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Sicherheits-Einrichtungen für Kernreaktoren bekannt, die digitale Rechen-Moduln als Teil der Reaktor-Schutz-Einrichtung aufweisen. Diese Moduln sind gemäss der üblichen Digital-Technik, wie sie in Rechnern verwendet werden, ausgebildet. Der Kern dieser Technik besteht in der Umwandlung von Eingangs-Signalen in digitale Form, Speicherung in einem Speicher, der Anwendung eines gespeicherten Programms zum Verarbeiten der gespeicherten Daten und der Bildung einer Daten-Ausgabe. Alle diese Funktionen werden im wesentlichen zeitlich aufeinanderfolgend durch einen einzigen, zentralen Rechner ausgeführt.

Solche vorbekannte Einrichtungen haben den Nachteil, dass eine lange Zeit benötigt wird, um die Rechnungen sequentiell auszuführen, und dass das Programm zur aufeinanderfolgenden Verarbeitung der einzelnen, gemessenen Parameter sehr komplex wird. Der normale Arbeitsablauf umfasst die Aufnahme von Daten-Parametern, das Ausführen einer Anzahl Rechnungen und, am Ende der Rechnungen, die Bildung von Daten, welche festlegen, ob der Reaktor in einem sichern Betriebszustand ist oder nicht.

Ein anderer Nachteil solcher vorbekannter Einrichtungen kommt daher, dass in dieser Weise arbeitende Digital-Rech-ner bewirken, dass die Daten, abgesehen vom Adressen-Ort, ihre Erkennbarkeit verlieren. Daher wird das Verfolgen von Programm-Abläufen oder das Ausschalten von Fehlern bei diesen Einrichtungen sehr zeitraubend und schwierig. Damit eine seriell arbeitende Rechen-Erfindung eine einwandfreie Sicherheits-Überwachung gewährleistet, muss sie fortwährend geprüft und wiedergeprüft werden, wobei jeder gemessene, die Sicherheit beeinflussende Parameter jeden möglichen Wert oder Zustand haben kann, der in Kombination mit allen anderen Parametern möglich ist. Es könnte beispielsweise möglich sein, dass die Reaktortemperatur 4000 verschiedene Werte, der Druck 4000 verschiedene Werte und der Flüssigkeits-Strom 4000 verschiedene Werte haben, so dass die Anzahl möglicher Eingangs-Zustände der seriell arbeitenden Rechen-Maschine gleich der dritten Potenz von 4000 würde. Um eine vollständige Prüfung durchzuführen, wäre, sogar wenn jede Zehntelsekunde ein Zustand geprüft würde, eine Zeit in der Grösse von Hunderten von Jahren erforderlich. Es wurden daher andere Massnahmen getroffen, um zu gewährleisten, dass keine Fehler in Programmen von Sicherheits-Einrichtungen vorhanden sind. Dazu gehören ausgedehnte Durchsichten und Überprüfungen durch unabhängige technische Gruppen und Aufsichtsbehörden.

Eine aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 156 022 bekannte Sicherheits-Einrichtung der eingangs genannten Art ist relativ kompliziert aufgebaut, insbesondere im Hinblick auf die Verarbeitungsart und Verarbeitungszeit der Eingangs-grössen durch die Rechenmittel zur Ermittlung des Einflusses der Eingangsgrössen auf die Leistung des Kernreaktors.

Im übrigen ist es an sich aus der Publikation «IEEE Transactions on Nuclear Science» NS-24 (1977) Seiten

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771-777, insbesondere Figur 4 bekannt, Messwerte mit zugeordneten Mikroprozessoren parallel zu verarbeiten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 156 022 bekannte Sicherheits-Einrichtung zu vereinfachen, insbesondere in bezug auf die Verarbeitungsart, und die Verarbeitungszeit zu senken. Diese Aufgabe wird bei einer Sicherheits-Einrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art erfindungsgemäss durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemässe Sicherheits-Einrichtung weist also funktionsmässig parallel geschaltete Rechen-Vorrichtungen auf, die eine Art Tabelle oder Index bilden. Jede von diesen Rechen-Vorrichtungen kann als Eingangs-Grösse Daten über einen besonderen Parameter empfangen und für diesen besonderen Parameter als Ausgangs-Grösse einen funktionalen Entsprechungswert abgeben. Die verschiedenen Funktions-Werte können dann zusammengezählt werden, um ein Kontroll-Signal zu bilden und gegebenenfalls den Betrieb des Reaktors zu unterbrechen. Die Funktions- Werte können durch Analysen experimenteller thermischer und hydraulischer Daten gewonnen werden. Die Daten werden benutzt, um Ausdrücke zu bilden, welche die sicheren Bedingungen für die Energieerzeugung in einem Kernreaktor definieren.

In der Addier-Vorrichtung kann beispielsweise zur Erfüllung einer Sicherheitsbedingung in folgender Weise eine Summe aus Ausgangs-Grössen gebildet werden:

S = fi(P) + fa(T) + f3(0T) + f.(0B) + fs(W),

wobei S ein Signal ist, das einen Leistungswert definiert, unterhalb welchem sich der Reaktor in einem sicheren Zustand befindet.

fi (P) ist der Beitrag zu S von einer Funktions-Erzeugen-den, deren Eingangswert vom Druck P abhängig ist.

fî(T) ist entsprechend der von der Temperatur T herrührende Beitrag zu S.

f3(0T) ist der Beitrag zu S von der Messung der Leistung 0T in der oberen Hälfte des Reaktorkerns.

f4(0B) ist der Beitrag zu S von der Messung der Leistung Ob in der unteren Hälfte des Reaktorkerns.

f5(W) ist der Beitrag zu S von der Messung des Stromes W des primären Kühlungsmittels.

S ist also eine Summe von unabhängigen Funktionen, von denen jede vollständig auf ihre Richtigkeit hin geprüft werden kann. Bei Heranziehung des vorherigen Beispiels, bei dem jeder Parameter 4000 mögliche Werte haben kann, wird die Anzahl möglicher Kombinationen von Zuständen, die geprüft werden müssen, nicht gleich der dritten Potenz von 4000, sondern 4000 plus 4000 plus 4000, oder also 12000 mögliche Zustände. Wenn die Prüfung mit einer Geschwindigkeit von einer Zustandprüfung pro Zehntelsekunde erfolgt, würde die Prüfung ungefähr 30 Minuten beanspruchen. Die Einrichtung kann also erschöpfend geprüft werden, wobei dem Eingang alle möglichen Parameterwerte zugeführt werden und geprüft wird, ob alle Funktionswerte für den betreffenden Parameter an einem Analog-Ausgang richtig herauskommen. Dies erlaubt, beim Prüfen jedes einzelnen Parameters sowohl am Eingang als auch am Ausgang mit Analog-Signalen zu arbeiten.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht den Vorteil, dass die Funktionen zuerst durch Berechnungen auf einer allgemeinen Zwecken dienenden Rechenmaschine mit grosser Genauigkeit berechnet werden können und dass man dann diese vorberechneten Funktionswerte in die Speicher der Rechen-Vorrichtungen eingibt. Diese Funktionswerte können durch ein Adressen-System zugänglich gemacht werden, bei dem jede Adresse von einem diskreten Wert des Parameters abgeleitet ist. Die vorliegende Erfindung ermöglicht also, die fortwährend zu wiederholenden Berechnungen, wie sie die Grundlage der vorbekannten Einrichtungen bilden, zu vermeiden.

Dies und andere Aspekte der Erfindung sollen nun anhand bevorzugter, in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

die Figur 1 ein Schema der Sicherheits-Einrichtung,

die Figur 2 einen Analog-Digital-Konverter für die Verhältnis-Bildung und die Figur 3 einen Digital-Analog-Konverter für den Multi-plikations-Betrieb.

Nun wird auf die Zeichnung Bezug genommen, deren Darstellungen zur Illustration der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dienen. Die Figur 1 zeigt eine Kernreaktor-Sicherheits-Einrichtung 10, die ein Kontroll-Signal S liefert, das ein Mass für die zulässige, maximale Reaktor-Leistung gibt. Das Signal S wird in einen Vergleichs-Verstärker 12 mit einem Signal R verglichen, das ein Mass für die momentane Reaktorleistung gibt. Der Vergleichs-Verstärker 12 wird ein Alarm- oder Arbeitsunterbruchs-Signal A erzeugen, wann immer das Signal R das Signal S übersteigt.

Das Kontroll-Signal S ist die Summe der Funktionen von verschiedenen Reaktor-Parametern und kann wie folgt dargestellt werden:

S = fi(P) + f2(T) + f3(®T) + f4(®B) + fs(W).

Dabei handelt es sich um die Funktionen, die vorgängig in der Beschreibungseinleitung beschrieben wurden. Diese Funktionen sind für jeden der gemessenen Reaktor-Betriebs-Parameter P, T, ®T, Ob, W aufgrund von thermischen und hydraulischen Versuchen vorausberechnet, die die maximale Wärmemenge festlegen, welche von einem spezifischen Volumen eines arbeitenden Reaktors entfernt werden kann.

Nun soll der Vorgang erläutert werden, wie die Funktionen fi(P), f2(T), fî(0T), ft(0B) und fs(W) gespeichert sowie den richtigen Werten der Betriebs-Parameter P, T, Ot, Ob, und W zugeordnet werden. Zur Verwirklichung dieser Speicherung und Zuordnung werden Messvorrichtungen mit Analog-Digi-tal-Konvertern 22a, 22b, 22c, 22d, 22e verwendet. Diese Ana-log-Digital-Konverter 22a, 22b, 22c, 22d, 22e sind handelsübliche Bauteile, wie sie von Burr-Brown unter der Modell-Nummer AD'80 bezogen werden können. Den Eingängen dieser Konverter 22a, 22b, 22c, 22d, 22e werden von den Ausgängen zugeordneter Verstärker 20a, 20b, 20c, 20d, 20e Spannungen zugeführt, die einem bestimmten Wert der betreffenden, gemessenen Reaktor-Parameter P, T, Ot, Ob, W entsprechen. Diese Parameter-Werte werden mit bekannten Messwandlern gemessen und ihre Grössen werden durch die Analog-Digital-Konverter 22a, 22b, 22c, 22d, 22e jeweils in eine von einer Anzahl möglichen Digital-Zahlen umgewandelt. (Beim genannten, handelsüblichen Modell sind 4096 Zahlen möglich.) Die vorgenannten Digital-Zahlen sind isomorph, d.h. in einer Eins-zu-Eins-Übereinstimmung mit bestimmten, gemessenen Analog-Werten der Parameter verknüpft. Beispielsweise könnte bei einer Parameter-Messung, wie etwa einer Druck-Messung, ein Druck von etwa 137,9011 Bar (2000,00 PSI) einem Digitalwert von 000001000000 und ein Druck von etwa 137,9183 Bar (2000,25 PSI) einem Digitalwert von 000001000001 entsprechen. Die den Digital-Wert darstellende Zahl kann dann als Adresse betrachtet werden, die als Eingangs-Grösse einem Festwertspeicher (Read-Only-Memory, ROM) einer zugehörigen; Rechen- und Speichervorrichtung 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, d.h. einer durch einen Rechner gebildeten Tabelle, zugeführt wird, wobei jede Rechen-Vorrichtung für einen einzigen Reaktor-Parameter gespeicherten Wert enthält. Eine typische, handelsübliche, für

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diesen Zweck geeignete Speicher-Vorrichtung ist die Vorrichtung INTEL 2716. Jedem digitalen Parameter-Wert bzw. jeder Adresse ist ein Daten-Wort zugeordnet, das den vorgängig berechneten Digital-Wert von betreffenden Funktions-Werten fi(P), f2(T), f3(0T), f4(®B), fs(W) wiedergibt, die zu den einzelnen betreffenden Werten der Parameter P, T, ®T, ®B, W gehören. Die Funktions-Werte der verschiedenen Daten-Wörter werden vorher durch Berechnungen mit hochgenauen, allgemeinen Zwecken dienenden Rechnern ermittelt und in die entsprechenden Festwertspeicher der verschiedenen Rechen-Vorrichtungen 14a, 14b, 14c, 14d, 14e eingegeben.

Die Eingangs- und Ausgangs-Signale der Rechen-Vorrichtungen 14a, 14b, 14c, 14d, 14e werden über Leitungen 24a, 24b, 24c, 24d, 24e bzw. 26a, 26b, 26c, 26d, 26e geleitet. Die Verarbeitung erfolgt in den verschiedenen Rechen-Vorrichtungen 14a, 14b, 14c, 14d, 14e für die betreffenden Parameter P, T, ®T, ®b, W simultan und parallel, so dass für jeden gemessenen Parameter simultan und parallel vorberechnete Daten-Wörter geliefert und je einem Digital-Analog-Konverter, 27a, 27b, 27c, 27d, 27e zugeführt werden. Jeder der letzteren liefert dann ein zu den Funktions-Werten der digitalen Daten-Wörter proportionales, analoges Signal an den Ausgangs-Leitungen 28a, 28b, 28c, 28d, 28e. Diese Funktions-Werte fi(P), f2(T), fiOr), ffOß), fs(W) werden durch eine Ana-log-Addier-Vorrichtung summiert, um ein Signal S zu bilden, das proportional zur maximal zulässigen Leistung der Reaktor-Einrichtung ist.

Die Figur 2 zeigt eine Variante der in der Figur 1 dargestellten Grund-Ausführung. Bei der in der Figur 2 dargestellten Variante sind die Analog-Digital-Konverter 22a, 22b, 22c, 22d, 22e der Figur 1 dahingehend modifiziert, dass sie für die Parameter «Dfund ®B im «Verhältnis-Bildungs»-Betrieb arbeiten. Die besondere Reaktor-Schutz-Gleichung dieser zwei Parameter ist als Reaktor-Abweichung (reactor offset) bekannt und wie folgt definiert:

®T

e=ö7

Für die Berechnung der Abweichung 0 werden die von den Verstärkern 20c und 20d verstärkten Signale für ®T und Ob als Eingangs-Signale dem Eingangs-Anschluss bzw. Refe-renz-Spannungs-Anschluss eines einzigen Analog-Digital-Konverters 32 zugeführt. Wie es einem Fachmann bekannt ist, wird die Ausgangs-Grösse des Analog-Digital-Konverters 32 dann proportional zum Verhältnis der Eingangs-Signale ®t/®b- Die Ausgangs-Grösse ist nämlich direkt proportional zur ersten Eingangs-Grösse 0T und umgekehrt proportional zur Referenz-Anschluss-Eingangs-Grösse <$b- Das Verhältnis Ox/<tB kann also für die Bestimmung der Abweichung 0 direkt am Ausgang des Analog-Digital-Konverters 32 abgenommen werden.

Einige Reaktor-Schutz-Gleichungen verlangen, dass die Sicherheits-Betriebsleistung unter einem Wert V bleibt, der wie folgt durch ein Produkt von Funktionen definiert ist:

V = f(A) • f(B).

Als Beispiel für die Anwendung dieser Formel ist der Fall zu nennen, wo f(A) die Gleichung zur Kontrolle des Siedevorganges im Reaktor und f(B) ein Term ist, um bei diesem Wert den Leistungsmessfehler zu korrigieren, der beispielsweise bei der Verwendung des Neutronenflusses als Leistungsmass durch die Neutronenabsorption verursacht werden kann.

Eine weitere Variante des in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispieles ist in der Figur 3 dargestellt. Die in der Figur 3 dargestellte Variante kann unter Benutzung eines Digital-Analog-Konverters 34 in der «Multiplizier-Schaltung» ein solches Produkt bilden. Wie in der Figur 3 dargestellt, ist die Ausgangs-Grösse des Digital-Analog-Konverters 34 das Produkt eines ersten, von der Leitung 26b zugeführten Signals und eines zweiten, von der Leitung 28a zugeführten Signals. Das von der Leitung 26b zugeführte Signal ist in digitaler Form und besteht aus einem Daten-Wort, das eine erste Variable oder Funktion einer Variablen, wie f(T), wiedergibt. Das von der Leitung 28a dem zweiten Eingang des Digital-Analog-Konverters 34 zugeführte, zweite Signal ist ein Ana-log-Signal einer Variablen, wie fi(P). Dieser zweite Eingang für fi(P) wird von Fachkundigen häufig als Referenz-Eingang bezeichnet. Wie bekannt, wird der Ausgang des Digital-Ana-log-Konverters 34 bei einer solchen Schaltungsart eine zusammengesetzte, multiplizierte Funktion fi(P) • fî(T) ergeben.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, das Gebrauch von der Multiplikations-Wirkung des in der Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispieles macht, kann der Konverter 27e, der die Adresse für die Funktion für den Strom, fs(W), bildende Rechen-Vorrichtung 14e bestimmt, Informationen über die Anzahl der in der Einrichtung arbeitenden Pumpen benutzen, um die richtige Adresse zu wählen. In einer Übergangs-Periode, wenn die Anzahl der arbeitenden Pumpen ändert, kann die Adresse geändert werden, indem mit durch ein festgelegtes Zeitintervall getrennten Impulsen der Inhalt eines diese Adresse bildenden Zählers geändert wird.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

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1. Sicherheits-Einrichtung für einen Kernreaktor, mit einer Anzahl Messvorrichtungen, von denen jede mindestens einen Messwandler zum Messen eines Betriebs-Parameters (P, T, ®T, 0B, W) und Mittel (20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 22a, 22b, 22c, 22d, 22e) zur elektrischen Darstellung einer Eingangs-Grösse aufweist, die ein Mass für einen Betriebs-Parameter (P, T, Ot, ®B, W) oder eine mit mindestens einem solchen verknüpfte Grösse (Ot/<Î)b) gibt, und mit Rechenmitteln zur Ermittlung des Einflusses der Eingangs-Grössen auf die Leistung des Kernreaktors, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenmittel elektrisch mit je einer Messvorrichtung verbundene, mit Speichern versehene Rechen-Vorrichtungen (14a, 14b, 14c, 14d, 14e) und eine Addier-Vorrichtung (30) aufweisen und derart ausgebildet sind, dass jede Eingangs-Grösse in digitaler Form einem eigenen Speicher als Adresse zugeführt und der gespeicherte, eine Funktion der betreffenden Eingangs-Grösse bildende Adresseninhalt (fi[P], f2[T], f3[<l)T], f.[0B], fs[W]) als Ausgangs-Grösse des Speichers abgegeben wird und dass Ausgangs-Grössen und eventuell zusätzlich mit mindestens einer Ausgangs-Grösse verknüpfte Grössen (fi[P], fa[T]) der Addier-Vorrichtung (30) zugeführt werden, so dass diese ein Kontroll-Signal (S) bildet, das den Gesamteinfluss der Eingangs-Grössen auf die Leistung des Kernreaktors darstellt.

2. Sicherheits-Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vergleichsvorrichtung (12), um das Kontroll-Signal (S) von der Addier-Vorrichtung (30) mit einem Leistungs-Signal (R) zu vergleichen und ein Alarm-Signal (A) zu erzeugen, wenn das Leistungs-Signal (R) das Kontroll-Signal (S) übersteigt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Sicherheits-Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Analog-Digital-Konverter (22a, 22b, 22c, 22d, 22e), die jeweils zwischen den Messwandlern und zugeordneten Rechen-Vorrichtungen (14a, 14b, 14c, 14d, 14e) geschaltet sind, um ein von jedem Messwandler geliefertes Analog-Signal in ein Digital-Signal für die Rechen-Vorrichtungen (14a, 14b, 14c, 14d, 14f) umzuwandeln.

4. Sicherheits-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (27a, 27b, 27c, 27d, 27e) vorhanden sind, um die Ausgangs-Grössen bzw. die mit diesen verknüpften Grössen in analoger Form der Addier-Vorrichtung (30) zuzuführen.

5. Sicherheits-Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Zuführen der Ausgangs-Grössen zur Addier-Vorrichtung (30) dienenden Mittel zwischen den Rechen-Vorrichtungen (14a, 14b, 14c, 14d, 14e) und die Addier-Vorrichtung (30) geschaltete Digital-Analog-Konver-ter (27 a, 27b, 27d, 27e) aufweisen.

6. Sicherheits-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Messwandler zum Erfassen des Reaktor-Druckes (P), der Temperatur (T), des Kühlmittel-Stromes (W), des vom oberen Teil des Reaktors ausweichenden Neutronen-Flusses und des vom unteren Teil des Reaktors entweichenden Neutronen-Flusses.

7. Sicherheits-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Mittel (20c, 20d, 32), um eine der Eingangs-Grössen (d>T/0B) durch Quotientenbildung von zwei Betriebs-Parametern (®T, 0B) zu bilden.

8. Sicherheits-Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine zur Quotientenbildung dienende Messvorrichtung einen Analog-Digital-Konverter (32) mit zwei Eingängen aufweist, die je mit einem Messwandler verbunden sind.

9. Sicherheits-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Mittel (34), um eine mit Aus-gangs-Grössen verknüpfte Grösse (fi[P]-f2[T]) durch Produktbildung von zwei Ausgangs-Grössen zu bilden und der

Addier-Vorrichtung zuzuführen.

10. Sicherheits-Einrichtung nach Anspruch 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass einer der genannten Digital-Analog-Konverter (34) einen Eingang für ein digitales Daten-Wort, das eine Parameter-Funktion (f2[T]) darstellt, und einen zweiten Eingang für eine analoge Parameter-Funktion (fi[P]) aufweist, um ein analoges Ausgangs-Signal zu erzeugen, welches das Produkt (fi[P]-f2[T|) der zwei Parameter-Funktionen ist.