DE1201903B - Arrangement for the protection of technical systems, e.g. B. Nuclear reactors - Google Patents

Description

Anordnung zum Schutz von technischen Anlagen, z. B. Kernreaktoren Bei manchen technischen Anlagen, z. B. chemischen Prozessen, Kraftwerken, und insbesondere bei Kernreaktoren können in Störungsfällen für die An-Lage und deren Umgebung gefährliche Zustände auftreten. Wenn die Störung in Teilen der Anlage selbst ihre Ursache hat, muß die Anlage sofort abgeschaltet oder in einen ungefährlichen Betriebszustand gebracht werden. Störungen, die innerhalb des überwachungssystems auftreten, können ebenfalls gefährliche Betriebszustände in der Anlage vortäuschen oder sogar verhindern, daß eine in der Anlage auftretende gefährliche Störung gemeldet wird. Die erste Art von Störungen wird als ungefährlicher Fehler und die zweite Art als gefährlicher Fehler in der Instrumentierung bezeichnet.Arrangement for the protection of technical systems, e.g. B. Nuclear reactors In some technical systems, e.g. B. chemical processes, power plants, and in particular in the case of nuclear reactors, malfunctions can be dangerous for the plant and its surroundings Conditions occur. If the fault has its own cause in parts of the system, the system must be switched off immediately or in a safe operating state to be brought. Malfunctions that can occur within the monitoring system simulate or even prevent dangerous operating states in the system, that a dangerous fault occurring in the system is reported. The first Type of malfunction is classified as harmless failure and the second type as more dangerous Defects in the instrumentation.

Um die erwähnten Störungen nach Möglichkeit auszuschalten, sind für Kernreaktoren Sicherheitssysteme eingeführt worden, durch welche ein gefährlicher Instrumentierungsfehler mit einer an Sicherheit grenzenden Wahrscheinlichkeit ausgeschaltet wird und auch ungefährliche Instrumentierungsfehler nach Möglichkeit verhindert werden. Ein ungefährlicher Fehler führt immerhin dazu, daß der Reaktor grundlos abgeschaltet wird, was bei einem Kernkraftwerk z. B. den Ausfall der Stromlieferung zur Folge hat. Die Sicherheitssysteme arbeiten mit Auswahlschaltungen, z. B. mit einem sogenannten Zwei- von Drei-System. Hierbei sind drei parallel arbeitende Meßkanäle vorgesehen, und die Antriebseinrichtung für die Sicherheitsstäbe wird nur dann ausgelöst, wenn zwei der drei Kanäle ein über- bzw. Unterschreiten der zulässigen Werte melden.In order to eliminate the mentioned disturbances as far as possible, are for Nuclear reactors security systems have been introduced, through which a dangerous Instrumentation errors eliminated with a probability bordering on certainty and harmless instrumentation errors are prevented as far as possible will. After all, a harmless error leads to the reactor being operated for no reason is switched off, which in a nuclear power plant z. B. the failure of the electricity supply has the consequence. The security systems work with selection circuits, e.g. B. with a so-called two-of-three system. There are three measuring channels working in parallel provided, and the drive device for the safety rods is only triggered if two of the three channels report that the permissible values are exceeded or not reached.

Die meisten Kernreaktoren sind mit selbsttätig arbeitenden Reglern ausgerüstet. Diese halten z. B. bei Forschungsreaktoren den Neutronenfluß konstant oder regeln bei Siedewasserreaktoren den Druck im Reaktor. Bei anderen Reaktoren werden auch andere physikalische Zustandsgrößen geregelt. Bei den mit C02 Gas gekühlten und mit Graphit moderierten Kraftwerksreaktoren wird der Gasdurchfluß durch den Reaktor sowie die Eingangs-und Ausgangstemperatur des Kühlgases geregelt. Das Stellglied des Reglers fährt hierbei den sogenannten Regelstab mehr oder weniger weit in den Reaktor hinein oder zieht diesen aus ihm heraus, um die Neutronenproduktion im Reaktor zu beeinflussen. Wenn in diesem Regelkreis eine Störung auftritt, kann dem Regler vorgetäuscht werden, die Reglergröße, z. B. der Neutronenfluß, der Reaktordruck bzw. die Reaktortemperatur sei zu niedrig oder sogar gleich Null. Die Ursache hierfür kann z. B. in einem Ausfall der Stromversorgung, in einem Bruch der Zu-Leitung zum Meßfühler oder im Durchbrennen einer Sicherung in einem nachgeschalteten Verstärker liegen. Bleibt das Meßsignal im Eingang des Reglers aus, so lautet das Stellkommando, daß der Regelstab aus dem Reaktor herauszuziehen ist, um den Neutronenfluß zu vergrößern. Die Folge hiervon kann eine übermäßige Neutronenproduktion sein, was unter Umständen zu Beschädigungen des Reaktors führt, ehe das Sicherheitssystem eingreifen kann, da die Schnellabschaltung durch das Sicherheitssystem eine bestimmte Mindestzeit braucht.Most nuclear reactors have automatic regulators equipped. These hold z. B. in research reactors the neutron flux constant or regulate the pressure in the reactor in boiling water reactors. With other reactors other physical state variables are also regulated. For those cooled with C02 gas and with graphite moderated power plant reactors, the gas flow through the The reactor and the inlet and outlet temperatures of the cooling gas are regulated. The actuator of the controller moves the so-called control rod more or less far into the Reactor in or out of it in order to reduce the production of neutrons in the reactor to influence. If a fault occurs in this control loop, the controller be simulated, the controller size, z. B. the neutron flux, the reactor pressure or the reactor temperature is too low or even zero. The reason for this can e.g. B. in a power failure, in a break in the supply line to Sensor or in the blowing of a fuse in a downstream amplifier lie. If there is no measurement signal at the controller input, the control command is that the control rod is to be pulled out of the reactor in order to increase the neutron flux. The consequence of this can be excessive neutron production, which under certain circumstances leads to damage to the reactor before the safety system can intervene, because the emergency shutdown by the safety system has a certain minimum time needs.

Es ist auch eine Einrichtung für die Nachrichtenübertragung von mehreren parallelen Kanälen bekannt. Die am Empfangsort eintreffenden Nachrichtensignale werden hierbei miteinander verglichen und aus denjenigen Signalen ein Mittelwert gebildet, die annähernd miteinander übereinstimmen. Signale, deren Mittelwerte stark voneinander abweichen, werden bei dieser Mittelwertbildung nicht berücksichtigt. Die vorliegende Erfindung betrifft dagegen eine Anordnung zum Schutz von technischen Anlagen, z. B. Kernreaktoren gegen Störungen in den einzelnen Regelkreisen. Gemäß der Erfindung sind hierzu mit einem gemeinsamen Stellglied mehrere einen Fühler, Meßumformer und Regler enthaltende Reglerkanäle für die Regelgröße parallel zueinander verbunden, die jeder zur Abgabe von zwei, durch verschiedene Werte der Regelgröße ausgelösten Stehkommandos an zwei logische Auswahlschaltglieder eingerichtet sind, von denen jedes einem der Stehkommandos zugeordnet ist und die mit den Ausgängen der Regler derart verbunden sind, daß sie an das gemeinsame Stellglied nur dann das jeweilige Stellkommando gelangen lassen, wenn es an den Ausgängen einer vorbestimmten Anzahl von Reglerkanälen erscheint.It is also a facility for multiple messaging known parallel channels. The message signals arriving at the receiving location are compared with one another and a mean value is obtained from those signals formed, which approximately coincide with each other. Signals whose mean values are strong differ from each other are not taken into account in this averaging. The present invention, however, relates to an arrangement for the protection of technical Plants, e.g. B. Nuclear reactors against disturbances in the individual control loops. According to the invention are for this purpose with a common actuator several sensors, Controller channels containing transducers and controllers for the controlled variable parallel to one another connected, each to the delivery of two, through different values of the controlled variable triggered standing commands are set up on two logical selection switching elements, each of which is assigned to one of the standing commands and those with the outputs the controller are connected in such a way that they can only be connected to the common actuator let the respective control command arrive when it is at the outputs of a predetermined Number of controller channels appears.

In den meisten Fällen wird es ausreichen, zwei Reglerkanäle anzuordnen. Um die Sicherheit zu erhöhen, können jedoch auch drei oder mehr Kanäle benutzt werden, für die als Auswahlschaltung das bekannte Zwei- von Drei-System oder ein entsprechendes Auswahlsystem vorgesehen ist.In most cases it will be sufficient to arrange two control channels. To increase security, however, three or more can also be used Channels are used for which the well-known two-of-three system is used as the selection circuit or a corresponding selection system is provided.

Den beiden Richtungen des Stellkommandos können auch unterschiedlich arbeitende logische Auswahlschaltglieder zugeordnet werden. Sind z. B. drei Reglerkanäle vorhanden, so wird das Kommando auf Vergrößerung des Neutronenflusses an das Stellglied nur dann weitergegeben, wenn mindestens zwei Reglerkanäle dieses Kommando geben. In der Richtung auf Verkleinerung des Neutronenflusses arbeitet das logische Auswahlschaltglied dagegen derart, daß das Kommando bereits an das Stellglied weitergegeben wird, wenn nur einer der Reglerkanäle diesen Befehl gibt. Das logische Auswahlschaltglied kann auch so aufgebaut sein, daß für die Vergrößerung des Neutronenflusses das Kommando aller drei Reglerkanäle erforderlich ist, daß dagegen für eine Verkleinerung des Neutronenflusses das Kommando von zwei Kanälen ausreicht. Der Sinn dieser Maßnahme liegt darin, daß in Richtung der »sicheren Seite« des Regelvorganges ein Kommando bereits bei weniger scharfen Bedingungen für die Überwachungseinrichtung ausgeführt wird. Zusätzlich können noch Signaleinrichtungen vorgesehen werden, die immer dann ansprechen, wenn das Kommando eines Reglers von dem der übrigen abweicht.The two directions of the control command can also be different working logical selection switching elements are assigned. Are z. B. three control channels present, the command to increase the neutron flux to the actuator is given only passed on if at least two controller channels give this command. The logic selection switching element works in the direction of reducing the neutron flux on the other hand, in such a way that the command is already passed on to the actuator if only one of the controller channels gives this command. The logic selection switch can also be constructed in such a way that the command for increasing the neutron flux of all three controller channels is required that, however, for a reduction in the Neutron flux the command of two channels is sufficient. The sense of this measure lies in the fact that a command is issued in the direction of the "safe side" of the control process already carried out under less severe conditions for the monitoring device will. In addition, signaling devices can be provided, which always then respond if the command of one controller differs from that of the others.

An Hand des Ausführungsbeispieles der Zeichnung, das rein schematisch gehalten ist, soll noch kurz eine Anordnung mit zwei Reglerkanälen beschrieb2n «erden. Der Neutronenfluß im Reaktor 1 wird mit zwei Meßfühlern 2 und 3 bestimmt und über Meßumformer 4 und 5 in die Regler I und 1I weitergegeben. Im Ausgang dieser Regler, die als Schrittregler arbeiten sollen, sind zwei Leitungen angegeben, die mit »Ein« und »Aus« bezeichnet sind. Liest ein Stellimpuls auf der einen Leitung vor, so wird das Stellglied eingeschaltet, liegt ein solcher auf der anderen Leitung vor, so soll das Stellglied ausgeschaltet werden. Liegt kein Stellimpuls vor, so bleibt das Stellglied stehen. Die Stellimpulse für die Richtung »Ein« werden über eine »Undlogik« auf das Stellglied 6 gegeben, das den Regelstab 7 in den Reaktor senkt, sobald hinter der Undlogik ein Stellkommando vorliegt. Damit das Stellglied den Stab 7 in Richtung einer Vergrößerung des Neutronenflusses bewegt, muß also in beiden Reglern I und 1I das Stellkommando »Ein« vorliegen. Das Kommando für die andere Stehrichtung »Aus« ist über eine »Oderlogik« an das Stellglied 6 geführt. Der Stab 7 wird somit vom Stellglied aus dem Reaktor gezogen, wenn der Regler I oder der Regler II ein entsprechendes Kommando gibt. Die Logikelemente können auch durch entsprechende Relaiskontakte ersetzt werden, z. B. für die Undlogik durch in Reihe geschaltete Relaiskontakte und für die Oderlogik durch parallelgeschaltete Kontakte. Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung kann auch so abgeändert werden, daß der Regelstab nur eingefahren wird, wenn beide Regler dies fordern. Wenn das Kommando eines Reglers von dem des anderen abweicht, wird ein entsprechendes Warnsignal ausgelöst.Using the exemplary embodiment of the drawing, which is purely schematic is held, an arrangement with two control channels will be briefly described. The neutron flux in reactor 1 is determined with two sensors 2 and 3 and over Transmitters 4 and 5 passed on to controllers I and 1I. In the output of this controller, that are to work as step controllers, two lines are indicated, which are marked with "On" and "off" are designated. If an actuating pulse reads out on one line, then the actuator is switched on, if there is one on the other line, see above the actuator should be switched off. If there is no control pulse, it remains the actuator stand. The control impulses for the "On" direction are transmitted via a "Andlogic" given to the actuator 6, which lowers the control rod 7 into the reactor, as soon as there is a control command behind the and logic. So that the actuator Rod 7 moved in the direction of an increase in the neutron flux, so must in both Controllers I and 1I have received the command "On". The command for the other The vertical direction “off” is passed to the actuator 6 via an “or logic”. The rod 7 is thus pulled out of the reactor by the actuator when the controller I or the Controller II gives a corresponding command. The logic elements can also go through corresponding relay contacts are replaced, e.g. B. for the and logic through in series switched relay contacts and for the OR logic by contacts connected in parallel. The arrangement shown in the drawing can also be modified so that the control rod is only retracted if both controllers request it. When the command one controller differs from that of the other, a corresponding warning signal is triggered.

Wie bereits erwähnt, kann die Erfindung außer bei Kernreaktoren bei beliebigen anderen technischen Anlagen angewendet werden.As already mentioned, the invention can apply to nuclear reactors any other technical systems can be used.

Claims (4)

Patentansprüche: 1. Anordnung zum Schutz von technischen Anlagen, z. B. Kernreaktoren, gegen Störungen in den Regelkreisen, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß mit einem gemeinsamen Stellglied mehrere einen Fühler, Meßumformer und Regler enthaltende Reglerkanäle für die Regelgröße parallel zueinander verbunden sind, die jeder zur Abgabe von zwei, durch verschiedene Werte der Regelgröße ausgelösten Stellkommandos an zwei logische Auswahlschaltglieder eingerichtet sind, von denen jede einem der Stellkommandos zugeordnet ist und die mit den Ausgängen der Regler derart verbunden sind, daß sie an das gemeinsame Stellglied nur dann das jeweilige Stehkommando gelangen lassen, wenn es an den Ausgängen einer vorbestimmten Anzahl von Reglerkanälen erscheint. Claims: 1. Arrangement for the protection of technical systems, z. B. nuclear reactors, against disturbances in the control loops, thereby g e k e n n -z e i c h n e t that with a common actuator several sensors, transducers and controller channels containing controller channels for the controlled variable are connected in parallel to one another are each to output two, triggered by different values of the controlled variable Control commands are set up on two logical selection switching elements, of which each is assigned to one of the control commands and those with the controller outputs are connected in such a way that they are only then the respective to the common actuator Let stand command arrive when there is a predetermined number of exits at the exits of controller channels appears. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die logischen Auswahlschaltglieder für die Stellbewegung nach der sicheren Seite, z. B. das Abstellen, das Kommando einer Minderheit von Reglerkanälen, z. B. eines einzigen Kanals, an das Stellglied weiterleitet. 2. Arrangement according to claim 1, characterized in that that the logical selection switching elements for the actuating movement on the safe side, z. B. turning off, the command of a minority of control channels, z. B. one single channel, forwards to the actuator. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswahlschaltung für die Richtung einer Vergrößerung des Stehkommandos eine Undlogik und für die Richtung einer Verkleinerung eine Oderlogik vorgesehen ist. 3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that as a selection circuit for the direction of an enlargement the standing command has an and-logic and for the direction of a reduction an or-logic is provided. 4. Anordnung nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Auswahlschaltung ein aus der Technik der Sicherheitssysteme bekanntes System, z. B. Zwei- von Drei-System verwendet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1088 608; USA.-Patentschrift Nr. 2 803 703; Zeitschrift »Die P.tomwirtschaft«, Dezember 1957_ S. 420; Proceedings of the Second United Nations International Conference an the Peaceful Uses of Atomic Energy«, 1958, S. 372.4. Arrangement according to claim 1 and following, characterized in that a system known from the art of security systems, for. B. Two-by-three system is used. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1088 608; U.S. Patent No. 2,803,703; Journal "Die P.tomwirtschaft", December 1957_ p. 420; Proceedings of the Second United Nations International Conference on the Peaceful Uses of Atomic Energy ", 1958, p. 372.