RU2328780C1 - Method for automatic control of nuclear reaction of undercritical nuclear reactor - Google Patents

Abstract

FIELD: nuclear engineering.

SUBSTANCE: control is provided at the power level less than 1 % from the nominal value of the nuclear reactor power, by moving the absorbtion rods of the automatic power regulator following the mismatch signal between the current signals of the neutron flow density sensors which operate in the impulse mode, and the reference signal of the power level master. At that, the impulse current signals are dynamically averaged and, with help of the microprocessor controller, the maximal value signal is selected or the signal equal to their arithmetical mean is formed, and the obtained digital signals are sequentially transformed to analogue and current ones, before compare them with the reference signal. As the reference signal, the impulse current signals are used, obtained in absence of disturbance of the neutron flow density which are dynamically averaged with help of the microprocessor controller, and the digital reference signal equal to their arithmetical mean is formed, which is entered into the controller's memory at the specified time, and then sequentially transform it into analogue and current signal, to transmit it into the power level master.

EFFECT: positive reactivity is efficiently reduced (in real time mode) if it appears in case of local or general increase of neutron multiplication ratio, in active zone of undercritical nuclear reactor.

1 dwg, 1 cl

Description

Изобретение относится к ядерной технике, а более конкретно к способу автоматического управления ядерной реакцией подкритического ядерного реактора, и может быть применено для оперативного (в режиме реального времени) уменьшения возмущения реактивности, вызванного, например, при перегрузке поглощающих или других элементов активной зоны ядерного реактора, находящегося в заглушенном состоянии.The invention relates to nuclear engineering, and more specifically to a method for automatically controlling the nuclear reaction of a subcritical nuclear reactor, and can be used to quickly (in real time) reduce the reactivity disturbance caused, for example, by overloading absorbing or other elements of the core of a nuclear reactor, muffled.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является способ автоматического управления ядерной реакцией ядерного реактора путем перемещения стержней-поглотителей автоматического регулятора мощности по сигналу рассогласования между текущими сигналами датчиков плотности потока нейтронов и опорным сигналом задатчика уровня мощности (Доллежаль Н.А., Емельянов И.Я. "Канальный ядерный энергетический реактор", М., Атомиздат, 1980 г., с.121-123).The closest set of essential features to the invention is a method for automatically controlling the nuclear reaction of a nuclear reactor by moving the absorber rods of the automatic power controller according to the mismatch between the current signals of the neutron flux density sensors and the reference signal of the power level adjuster (Dollezhal N.A., Emelyanov I. I. "Channel Nuclear Power Reactor", M., Atomizdat, 1980, p. 121-123).

Известный способ позволяет оперативно воздействовать на плотность потока нейтронов и поддерживать тем самым заданный уровень мощности в диапазоне от 1 до 100% номинального значения. В качестве датчиков плотности потока нейтронов в известном способе используют ионизационные камеры, токовые текущие сигналы которых, пропорциональные плотности потока нейтронов, суммируют и сравнивают полученный результат с опорным токовым сигналом задатчика уровня мощности. В качестве опорного сигнала используют значение плотности потока нейтронов, которое получают расчетным путем для заданного уровня мощности. В случае разницы между сравниваемыми величинами подают полученный управляющий сигнал рассогласования на привод автоматического регулятора мощности, с помощью которого осуществляют перемещение стержней-поглотителей для соответствующего их ввода или вывода из активной зоны реактора.The known method allows you to quickly affect the density of the neutron flux and thereby maintain a given power level in the range from 1 to 100% of the nominal value. As sensors of the neutron flux density in the known method, ionization chambers are used, the current current signals of which are proportional to the neutron flux density, summarize and compare the result with the reference current signal of the power level setter. As a reference signal, the neutron flux density is used, which is obtained by calculation for a given power level. In the case of a difference between the compared values, the received mismatch control signal is supplied to the drive of the automatic power regulator, with the help of which the absorber rods are moved for their corresponding input or output from the reactor core.

Недостатком известного способа является невозможность его применения для управления ядерной реакцией в режиме подкритического состояния ядерного реактора, когда его мощность составляет величину менее 1% от номинального значения. Это объясняется узким диапазоном работоспособности (около двух декад) автоматического регулятора мощности.The disadvantage of this method is the impossibility of its application to control a nuclear reaction in the subcritical state of a nuclear reactor, when its power is less than 1% of the nominal value. This is due to the narrow range of performance (about two decades) of the automatic power controller.

Задачей настоящего изобретения является создание способа автоматического управления ядерной реакцией подкритического ядерного реактора, использование которого позволит расширить диапазон работоспособности автоматического регулятора мощности и тем самым повысить ядерную безопасность заглушенного реактора путем оперативного уменьшения плотности потока нейтронов, величина которой может возрастать, например, при перегрузке поглощающих элементов или при "самоходе" стержней регулирования.The objective of the present invention is to provide a method for automatically controlling the nuclear reaction of a subcritical nuclear reactor, the use of which will expand the working range of the automatic power regulator and thereby increase the nuclear safety of a muffled reactor by quickly reducing the neutron flux density, the value of which can increase, for example, when overloading absorbing elements or with self-propelled control rods.

Техническим результатом настоящего изобретения является оперативное уменьшение (в режиме реального времени) положительной реактивности, которая может возникнуть в результате локального или общего увеличения коэффициента размножения нейтронов активной зоны подкритического ядерного реактора, приводящего к возрастанию плотности потока нейтронов.The technical result of the present invention is the operational reduction (in real time) of positive reactivity, which can occur as a result of a local or general increase in the neutron multiplication coefficient of the active zone of a subcritical nuclear reactor, leading to an increase in the neutron flux density.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе автоматического управления ядерной реакцией ядерного реактора путем перемещения стержней-поглотителей автоматического регулятора мощности по сигналу рассогласования между текущими сигналами датчиков плотности потока нейтронов и опорным сигналом задатчика уровня мощности, управление осуществляют на уровне мощности, составляющей величину менее 1% от номинального значения мощности ядерного реактора, при этом текущие сигналы получают в импульсном режиме работы датчиков, импульсные сигналы каждого из которых динамически усредняют с помощью микропроцессорного контроллера, выбирают из них максимальный по величине сигнал либо формируют сигнал, равный их среднеарифметической величине, и перед сравнением с опорным сигналом последовательно преобразуют полученные цифровые сигналы в аналоговые и токовые, а в качестве опорного сигнала используют импульсные текущие сигналы, которые получают в отсутствии возмущения плотности потока нейтронов, затем динамически усредняют с помощью микропроцессорного контроллера и формируют цифровой опорный сигнал, равный их среднеарифметической величине, который вводят в «память» контроллера на заданное время, а затем последовательно преобразуют в аналоговый и токовый сигнал для передачи в задатчик уровня мощности.The specified technical result is achieved by the fact that in the known method for automatically controlling the nuclear reaction of a nuclear reactor by moving the absorber rods of the automatic power controller according to the mismatch between the current signals of the neutron flux density sensors and the reference signal of the power level adjuster, the control is carried out at a power level of less than 1% of the nominal value of the power of a nuclear reactor, while the current signals are received in pulsed operation sensors, the pulse signals of each of which are dynamically averaged using a microprocessor controller, select the maximum signal from them or form a signal equal to their arithmetic average, and before comparing with the reference signal, the received digital signals are sequentially converted to analog and current, and as a reference The signal is used by pulsed current signals, which are obtained in the absence of a perturbation of the neutron flux density, and then dynamically averaged using about the controller and form a digital reference signal equal to their arithmetic mean value, which is entered into the controller "memory" for a given time, and then subsequently converted into an analog and current signal for transmission to a power level setter.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема устройства, реализующего способ автоматического управления ядерной реакцией.The invention is illustrated in the drawing, which shows a functional diagram of a device that implements a method of automatic control of a nuclear reaction.

Устройство содержит датчики плотности потока нейтронов (на чертеже показан один датчик), в качестве которых может быть использована высокочувствительная камера 1 деления, выход которой соединен со входом регистрирующей аппаратуры 2, выход которой соединен с входным портом П₁ микропроцессорного контроллера 3, остальные входные порты П₂ и П₃ которого связаны с выходами задатчика 4 данных, в качестве которого может быть использована персональная электронная вычислительная машина. Выходной порт П₄ микропроцессорного контроллера 3 соединен с входом цифроаналогового преобразователя 5, выход которого связан с входом токового преобразователя 6, выход которого соединен с входом задатчика 7 уровня мощности автоматического регулятора мощности (далее задатчик 7 уровня мощности АРМ). Выходной порт П₅ микропроцессорного контроллера 3 соединен с входом цифроаналогового преобразователя 8, выход которого связан с входом токового преобразователя 9, выход которого соединен с входом блока 10 автоматического регулятора мощности (далее блок 10 АРМ), выход которого соединен с блоком 11 сравнения автоматического регулятора мощности (далее блок 11 сравнения АРМ). Выход задатчика 7 уровня мощности АРМ соединен с блоком 11 сравнения АРМ, выход которого связан с приводом 12 автоматического регулятора мощности (далее привод 12 АРМ), который соединен со стержнями-поглотителями 13 автоматического регулятора мощности (далее стержни-поглотители 13 АРМ). Выходной порт П₆ микропроцессорного контроллера 3 соединен с входом блока 14 формирования сигналов технологического отклонения, выход которого связан с входом сигнализатора 15 технологического отклонения.The device contains neutron flux density sensors (one sensor is shown in the drawing), which can be used as a highly sensitive fission camera 1, the output of which is connected to the input of the recording equipment 2, the output of which is connected to the input port P _{1 of the} microprocessor controller 3, the remaining input ports P ₂ and P _{3 of} which are connected with the outputs of the data setter 4, which can be used as a personal electronic computer. The output port P _{4 of the} microprocessor controller 3 is connected to the input of the digital-to-analog converter 5, the output of which is connected to the input of the current converter 6, the output of which is connected to the input of the power level adjuster 7 of the automatic power regulator (hereinafter, the AWP power level adjuster 7). The output port P _{5 of the} microprocessor controller 3 is connected to the input of the digital-to-analog converter 8, the output of which is connected to the input of the current converter 9, the output of which is connected to the input of the automatic power control unit 10 (hereinafter referred to as the AWP unit 10), the output of which is connected to the automatic power controller comparison unit 11 (hereinafter block 11 comparison AWP). The output of the adjuster 7 of the AWP power level is connected to the AWP comparison unit 11, the output of which is connected to the drive 12 of the automatic power regulator (hereinafter the AWP drive 12), which is connected to the absorber rods 13 of the automatic power regulator (hereinafter the AWP absorber rods 13). The output port P _{6 of the} microprocessor controller 3 is connected to the input of the technological deviation signal generating unit 14, the output of which is connected to the input of the technological deviation signaling device 15.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Производят определение величины опорного сигнала в отсутствии возмущения в активной зоне подкритического ядерного реактора. Для этого до начала процесса перегрузок в режиме квазистационарного состояния подкритического ядерного реактора стержни-поглотители 13 АРМ выводят на три четверти из активной зоны при погруженных стержнях ручного регулирования и при взведенных стержнях аварийной защиты (на чертеже не показаны). С помощью камер 1, которые работают в импульсном режиме, в отсутствие возмущения в активной зоне получают текущие импульсные сигналы, пропорциональные плотности потока нейтронов, скорость счета которых регистрируют аппаратурой 2. Далее импульсные сигналы подают на входной порт П₁ контроллера 3, где их динамически усредняют (для каждой камеры отдельно) с учетом емкости фильтра динамического усреднения. Величину емкости задают с помощью задатчика 4 данных, сигнал с которого подают на входной порт П₃ контроллера 3. Далее вычисляют величину опорного сигнала как среднеарифметическое значение полученных результатов динамического усреднения и вводят в «память» контроллера 3 на заданное время, например, на 24 часа. Сформированный в виде цифры опорный сигнал подают с выходного порта ГЦ на цифроаналоговый преобразователь 5 и далее на токовый преобразователь 6 для его преобразования соответственно в аналоговый и токовый сигналы. Из токового преобразователя 6 токовый опорный сигнал подают в задатчик 7 уровня мощности АРМ. Для исключения реакции автоматического регулятора мощности на статистические отклонения сигналов камер 1 деления задают зону нечувствительности, величину которой выбирают равной трем среднеквадратичным погрешностям определения скорости счета опорного сигнала. Выбранную величину в виде цифры вводят в «память» контроллера 3 на заданное время, например, на 24 часа (выбранное время, как правило, совпадает с заданным временем для опорного сигнала). При осуществлении перегрузок в активной зоне подкритического ядерного реактора могут появиться возмущения плотности потока нейтронов, которые регистрируются камерами 1 деления. Импульсные текущие сигналы, пропорциональные плотности потока нейтронов, поступают с камер 1 деления на регистрирующую аппаратуру 2 и далее на входной порт П₁ микропроцессорного контроллера 3, где их динамически усредняют (для каждой камеры отдельно) с учетом емкости фильтра динамического усреднения. Величину емкости задают с помощью задатчика 4 данных, сигнал с которого подают на входной порт П₃ микропроцессорного контроллера 3. Далее формируют текущий сигнал для его сравнения с опорным сигналом. Для этого определяют среднеарифметическое значение динамически усредненных текущих сигналов или выбирают из них максимальное значение. При превышении максимального значения текущего сигнала над среднеарифметическим значением, например, на 20% и более формируют текущий сигнал в виде максимального сигнала (в противном случае формируют текущий сигнал как среднеарифметическое значение динамически усредненных текущих сигналов). Сформированный текущий сигнал подают на выходной порт П₅ и далее в цифроаналоговый преобразователь 8 и токовый преобразователь 9 для его преобразования соответственно в аналоговый и токовый сигналы. Из токового преобразователя 9 токовый текущий сигнал подают в блок 10 АРМ, откуда его подают в блок 11 сравнения АРМ, в котором производят сравнение с токовым опорным сигналом, который подают из задатчика 7 уровня мощности. В случае рассогласования между сигналами полученный управляющий токовый сигнал подают на привод 12 АРМ, с помощью которого осуществляют перемещение стержней-поглотителей 13 АРМ для уменьшения возмущения плотности потока нейтронов.The reference signal is determined in the absence of disturbance in the core of a subcritical nuclear reactor. For this, before the start of the overload process in the quasi-stationary state of the subcritical nuclear reactor, the absorber rods 13 of the AWP are brought out three quarters from the active zone when the manual control rods are immersed and when the emergency protection rods are cocked (not shown). Using cameras 1, which operate in a pulsed mode, in the absence of disturbances in the core, current pulsed signals are proportional to the neutron flux density, the counting speed of which is recorded by apparatus 2. Next, the pulsed signals are fed to the input port P _{1 of} controller 3, where they are dynamically averaged (for each camera separately) taking into account the capacity of the dynamic averaging filter. The value of the capacitance is set using the data setter 4, the signal from which is fed to the input port P _{3 of the} controller 3. Next, the value of the reference signal is calculated as the arithmetic mean of the obtained results of dynamic averaging and entered into the “memory” of the controller 3 for a given time, for example, for 24 hours . Formed in the form of a digital reference signal is fed from the output port of the HZ to a digital-to-analog converter 5 and then to a current converter 6 to convert it into analog and current signals, respectively. From the current Converter 6, the current reference signal is supplied to the master 7 power level AWP. To exclude the reaction of the automatic power regulator to the statistical deviations of the signals of the division cameras 1, a deadband is set, the value of which is chosen to be equal to three standard errors of the reference signal counting speed. The selected value in the form of a number is entered into the “memory” of the controller 3 for a predetermined time, for example, for 24 hours (the selected time, as a rule, coincides with the set time for the reference signal). When carrying out overloads in the active zone of a subcritical nuclear reactor, disturbances in the neutron flux density may appear, which are recorded by fission cameras 1. The pulsed current signals proportional to the neutron flux density are received from the fission cameras 1 to the recording equipment 2 and then to the input port P _{1 of the} microprocessor controller 3, where they are dynamically averaged (for each camera separately) taking into account the dynamic averaging filter capacity. The value of the capacitance is set using the data setter 4, the signal from which is fed to the input port P _{3 of the} microprocessor controller 3. Next, the current signal is generated for comparison with the reference signal. For this, the arithmetic mean value of the dynamically averaged current signals is determined or the maximum value is selected from them. If the maximum value of the current signal exceeds the arithmetic mean value, for example, by 20% or more, the current signal is formed as the maximum signal (otherwise, the current signal is formed as the arithmetic mean value of the dynamically averaged current signals). The generated current signal is fed to the output port P ₅ and then to the digital-to-analog converter 8 and current converter 9 to convert it into analog and current signals, respectively. From the current transducer 9, the current current signal is supplied to the AWP unit 10, from where it is supplied to the AWP comparison unit 11, in which a comparison is made with the current reference signal, which is supplied from the power level setter 7. In the event of a mismatch between the signals, the obtained control current signal is supplied to the AWP drive 12, with the help of which the AWM absorber rods 13 are moved to reduce the neutron flux density perturbation.

Управление ядерной реакцией подкритического ядерного реактора по максимальному значению текущего сигнала обеспечивает учет возникающих локальных неоднородностей активной зоны от разовых перегрузок, которые проявляются в пространственном эффекте - зависимости реактивности от вносимого перегрузкой возмущения поля.Controlling the nuclear reaction of a subcritical nuclear reactor by the maximum value of the current signal allows taking into account the arising local heterogeneities of the active zone from one-time overloads, which manifest themselves in a spatial effect - the dependence of reactivity on the field perturbation introduced by the overload.

В случае, если плотность потока нейтронов не уменьшается по истечении заданного времени на штатную перегрузку, и стержни-поглотители 13 не возвращены в исходное положение (на три четверти из активной зоны), вырабатывают сигнал о технологическом отклонении от штатной перегрузки. Для этого с выходного порта П₆ контроллера 3 подают цифровой сигнал на вход блока 14, где формируют сигнал технологического отклонения, который подают в сигнализатор 15. Оператор, получив сигнал о технологическом отклонении, прекращает перегрузку для выяснения причины нештатного режима, и в случае необходимости (стержни-поглотители не установлены на заданное место или отсутствует поглотитель в стержне) осуществляет соответствующие меры по устранению выявленных недостатков. Если АРМ отключен, то формируют сигнал технологического отклонения по максимальному текущему сигналу, который сохранен по окончании времени на штатную перегрузку. Это существенно повышает ядерную безопасность подкритического реактора при ведении перегрузок, поскольку исключается возможность нового дополнительного введения положительной реактивности. В случае «самохода» стержня происходит аналогичная удалению стержня-поглотителя реакция АРМ с уменьшением положительной реактивности, вызванной «самоходом», с выработкой сигнала о технологическом отклонении.If the neutron flux density does not decrease after a predetermined time for standard overload, and the absorber rods 13 are not returned to their original position (three quarters from the core), a signal is generated about the technological deviation from the standard overload. To do this, from the output port P _{6 of} controller 3, a digital signal is input to the input of block 14, where a technological deviation signal is generated, which is fed to the signaling device 15. The operator, having received a technological deviation signal, stops overloading to determine the cause of the emergency mode, and if necessary ( absorber rods are not installed at a predetermined location or there is no absorber in the rod) takes appropriate measures to eliminate identified shortcomings. If the workstation is turned off, a process deviation signal is generated by the maximum current signal, which is stored at the end of the time for regular overload. This significantly increases the nuclear safety of the subcritical reactor during overloading, since the possibility of a new additional introduction of positive reactivity is excluded. In the case of a “self-propelled” rod, a reaction of the automated workstation similar to the removal of the absorber-rod occurs with a decrease in the positive reactivity caused by the “self-propelled”, with the generation of a signal about the technological deviation.

Claims (1)

Способ автоматического управления ядерной реакцией ядерного реактора путем перемещения стержней-поглотителей автоматического регулятора мощности по сигналу рассогласования между текущими сигналами датчиков плотности потока нейтронов и опорным сигналом задатчика уровня мощности, отличающийся тем, что управление осуществляют на уровне мощности, составляющей величину менее 1% от номинального значения мощности ядерного реактора, при этом текущие сигналы получают в импульсном режиме работы датчиков, импульсные сигналы каждого из которых динамически усредняют с помощью микропроцессорного контроллера, выбирают из них максимальный по величине сигнал или формируют сигнал, равный их среднеарифметической величине, и перед сравнением с опорным сигналом последовательно преобразуют полученные цифровые сигналы в аналоговые и токовые, а в качестве опорного сигнала используют импульсные текущие сигналы, которые получают в отсутствии возмущения плотности потока нейтронов, затем динамически усредняют с помощью микропроцессорного контроллера и формируют цифровой опорный сигнал, равный их среднеарифметической величине, который вводят в «память» контроллера на заданное время, а затем последовательно преобразуют в аналоговый и токовый сигнал для передачи в задатчик уровня мощности.A method for automatically controlling the nuclear reaction of a nuclear reactor by moving the absorber rods of an automatic power regulator according to a mismatch signal between the current signals of the neutron flux density sensors and the reference signal of the power level adjuster, characterized in that the control is carried out at a power level of less than 1% of the nominal value power of the nuclear reactor, while the current signals are received in the pulse mode of operation of the sensors, the pulse signals of each of They are dynamically averaged using a microprocessor controller, they select the maximum signal from them or generate a signal equal to their arithmetic mean value, and before comparing with the reference signal, the received digital signals are sequentially converted into analog and current, and pulse current signals are used as a reference signal, which are obtained in the absence of a perturbation of the neutron flux density, then dynamically averaged using a microprocessor controller and form a digital reference system cash equal to their arithmetic mean value, which is introduced into the "memory" of the controller for a predetermined time and then sequentially converted into an analog current signal and to transmit a power level setpoint.