RU2453005C1

RU2453005C1 - Method to identify established nuclear reactor period

Info

Publication number: RU2453005C1
Application number: RU2010146174/07A
Authority: RU
Inventors: Сергей Павлович Дашук (RU); Сергей Павлович Дашук; Валерий Фёдорович Борисов (RU); Валерий Фёдорович Борисов; Евгений Владимирович Аккуратов (RU); Евгений Владимирович Аккуратов
Original assignee: Сергей Павлович Дашук; Валерий Фёдорович Борисов; Евгений Владимирович Аккуратов
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2012-06-10
Also published as: RU2010146174A

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: power signal of neutron flux sensors is processed, while the power signal is sent to an inlet of a digital reactimeter, and reactivity is calculated by change of the power signal. The output signal of the reactimeter is processed with the help of a microprocessor, at the same time the difference is calculated between reactivity values serial in time. After this difference reaches the value that does not exceed the preset value, the established period of the nuclear reactor is calculated using the formula of "inverted hours".

EFFECT: false actuations of an emergency protection by period are eliminated, due to accelerated introduction of a signal of an emergency protection by a nuclear reactor period, the probability of possible negative effects during emergencies at a nuclear reactor is minimised.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области управления ядерными реакторами и может быть использовано в системах управления и защиты (СУЗ) ядерных реакторов.The invention relates to the field of control of nuclear reactors and can be used in control and protection systems (CPS) of nuclear reactors.

Условием безопасности при пуске и эксплуатации ядерного реактора является недопустимость неконтролируемого разгона реактора. Это условие безопасности должно обеспечиваться быстродействием регистрирующей аппаратуры, позволяющей оператору в кратчайшее время предпринимать действия, адекватные текущей ситуации, а в экстренных случаях - приводить к срабатыванию аварийной защиты (AЗ).A safety condition for starting and operating a nuclear reactor is the inadmissibility of uncontrolled acceleration of the reactor. This safety condition should be ensured by the speed of the recording equipment, which allows the operator to take actions that are adequate to the current situation in the shortest time, and in emergency cases, trigger emergency protection (AZ).

В качестве одного из информативных параметров в процессе управления ядерным реактором используют установившийся период изменения мощности ядерного реактора. Сигнал аппаратуры, регистрирующей установившийся период, используется для аварийной защиты (AЗ).As one of the informative parameters in the process of controlling a nuclear reactor, a steady-state period of change in the power of a nuclear reactor is used. The signal of the equipment recording the steady-state period is used for emergency protection (AZ).

Известен способ определения установившегося периода ядерного реактора, включающий обработку мощностного сигнала датчиков нейтронного потока, при котором установившийся период определяют с помощью аналоговой обработки мощностного сигнала по производной его по времени. Этот способ реализован в импульсном канале контроля ККНИ-01Р [Канал контроля физической мощности, импульсный, ККНИ-01Р. Техническое описание ЖШ. 1.289.037.СНИИП, 1983]. Недостатком этого способа является большое время установления измеряемого установившегося значения периода ядерного реактора, большое время срабатывания AЗ по периоду и возможность ложных срабатываний AЗ по периоду.A known method for determining the steady-state period of a nuclear reactor, including processing the power signal of the neutron flux sensors, in which the steady-state period is determined using analog processing of the power signal according to its time derivative. This method is implemented in the pulse control channel KKNI-01R [Physical power control channel, pulse, KKNI-01R. Technical description 1.289.037. SNIIP, 1983]. The disadvantage of this method is the long time it takes to establish the measured steady-state value of the period of a nuclear reactor, the long response time of the AZ for the period and the possibility of false positives of the AZ for the period.

Задачей настоящего изобретения является минимизация негативных последствий, возникающих при отклонениях от штатных режимов работы ядерного реактора.The objective of the present invention is to minimize the negative consequences arising from deviations from normal operating conditions of a nuclear reactor.

Техническим результатом предложенного изобретения является сокращение времени установления измеряемого установившегося значения периода ядерного реактора, ускорение срабатывания AЗ по периоду и устранение ложных срабатываний AЗ по периоду.The technical result of the proposed invention is to reduce the time it takes to establish a measured steady-state value of the period of a nuclear reactor, to accelerate the response of AZ over a period and eliminate false positives of AZ over a period.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения установившегося периода ядерного реактора, включающем обработку мощностного сигнала датчиков нейтронного потока, мощностной сигнал подают на вход цифрового реактиметра, где с помощью точечной модели кинетики ядерного реактора периодически вычисляют реактивность по изменению мощностного сигнала, обрабатывают выходной сигнал реактиметра с помощью микропроцессора, при этом вычисляют разность между последовательными во времени значениями реактивности после достижения этой разностью величины, не превышающей заданного значения, вычисляют установившийся период ядерного реактора по формуле «обратных часов».The specified technical result is achieved by the fact that in the method for determining the steady-state period of a nuclear reactor, including processing the power signal of the neutron flux sensors, the power signal is fed to the input of a digital reactimeter, where the reactivity by changing the power signal is periodically calculated using a point model of the kinetics of the nuclear reactor, the output signal is processed a reactimeter using a microprocessor, and the difference between the successive in time reactivity values after d Achieving this difference of magnitude, not exceeding the specified value, calculate the steady-state period of the nuclear reactor according to the formula "reverse hours".

На Фиг.1 показаны графики изменения во времени выходных параметров импульсной аппаратуры ККНИ-01Р (период, Фиг. 1а, б) и цифрового реактиметра ПИР-7 (реактивность, Фиг. 1в).Figure 1 shows graphs of the time variation of the output parameters of the pulsed equipment KKNI-01R (period, Fig. 1a, b) and of the PIR-7 digital reactimeter (reactivity, Fig. 1c).

На Фиг.1а, б по оси абсцисс отложено время в секундах, по оси ординат отложен измеряемый текущий период ядерного реактора в секундах. Горизонтальной штриховой линией показан уровень установившегося регистрируемого параметра Т_у. Горизонтальными отрезками линий увеличенной толщины отмечены уровни срабатывания AЗ по периоду; наклонными стрелками указаны моменты срабатывания AЗ; надписи в рамках соответствуют времени срабатывания AЗ. На Фиг.1в по оси ординат отложена реактивность в эффективных долях запаздывающих нейтронов β_эф, горизонтальными пунктирными линиями ограничен заданный интервал изменения регистрируемого параметра (реактивности) в установившемся режиме. Вертикальной двухконечной стрелкой отмечен заданный интервал изменения регистрируемого параметра в установившемся режиме, а соответствующая надпись в прямоугольной рамке указывает величину этого интервала. Вертикальной стрелкой отмечен момент времени, соответствующий выходу реактивности на «полку», а соответствующая надпись в прямоугольной рамке указывает величину этого времени, соответствующую времени срабатывания AЗ и равную t_АЗ=0,075 сек.1a, b, the abscissa axis represents time in seconds, the ordinate axis represents the measured current period of the nuclear reactor in seconds. The horizontal dashed line shows the level of the steady-state recorded parameter T _y . The horizontal segments of the lines of increased thickness indicate the levels of response to the period; oblique arrows indicate the response times AZ; the inscriptions in the frame correspond to the response time AZ. In Fig. 1c, the ordinate shows the reactivity in the effective fractions of the retarded neutrons β _eff , the horizontal dashed lines limit the specified interval of change in the recorded parameter (reactivity) in the steady state. The vertical two-pointed arrow marks the specified interval of change of the registered parameter in the steady state, and the corresponding inscription in a rectangular frame indicates the value of this interval. A vertical arrow indicates a time corresponding to the output of reactivity on the "shelf", and the corresponding words in the rectangular frame indicates the amount of time corresponding to the response time equal to AZ and _AZ t = 0.075 seconds.

При работе предлагаемого способа в реактиметре частично совмещаются функции собственно реактиметра и вычислителя установившегося периода ядерного реактора, за счет чего резко сокращается время установления измеряемого установившегося значения периода и, соответственно, обеспечивается ускорение введения сигнала AЗ по периоду ядерного реактора, тем самым минимизируются возможные негативные последствия при аварийных ситуациях на ядерном реакторе. Кроме того, применение предложенного способа позволяет устранить ложные срабатывания AЗ по периоду за счет максимально быстрого получения оператором информации о значении установившегося периода реактора при отклонении от штатного режима, что дает ему возможность принимать решения о необходимости вмешательства в процесс управления реактором с учетом реально имеющего место установившегося значения периода реактора.During the operation of the proposed method, the functions of the reactimeter itself and the steady-state period calculator of the nuclear reactor are partially combined, due to which the time needed to establish the measured steady-state period is sharply reduced and, accordingly, the introduction of the AZ signal is accelerated over the period of the nuclear reactor, thereby minimizing possible negative consequences when emergency situations at a nuclear reactor. In addition, the application of the proposed method allows to eliminate false positives of AZ over the period due to the fastest possible receipt by the operator of information on the value of the steady-state period of the reactor when deviating from the normal mode, which allows him to make decisions about the need for intervention in the control process of the reactor taking into account the real situation reactor period values.

С учетом сказанного работа предложенного способа осуществляется следующим образом. Мощностной сигнал с датчиков нейтронного потока подают на вход цифрового реактиметра, где с помощью точечной модели кинетики ядерного реактора периодически вычисляют реактивность по изменению мощностного сигнала и обрабатывают выходной сигнал реактиметра с помощью микропроцессора. Известно, что установившийся период реализуется через некоторое время после выхода реактивности на «полку» [Б.А.Дементьев. Кинетика и регулирование ядерных реакторов, М., Атомиздат, 1973], поэтому для определения этого момента времени обработку ведут следующим образом. Вычисляют разность последовательных во времени значений реактивности и сравнивают с заданной величиной допустимого отклонения. Тем самым контролируют выход реактивности на «полку» при достижении указанной разностью значения, не превышающего заданной величины. Затем вычисляют установившийся период ядерного реактора по формуле «обратных часов», используя значение реактивности, соответствующее выходу на «полку».Based on the foregoing, the work of the proposed method is as follows. The power signal from the neutron flux sensors is fed to the input of a digital reactimeter, where, using a point model of the kinetics of a nuclear reactor, the reactivity is periodically calculated by changing the power signal and the output signal of the reactimeter is processed using a microprocessor. It is known that the steady-state period is realized some time after the reactivity reaches the “shelf” [B.A. Dementiev. Kinetics and regulation of nuclear reactors, M., Atomizdat, 1973], therefore, to determine this point in time, the processing is as follows. The difference in reactive values of successive values is calculated and compared with a given value of the permissible deviation. Thereby, the reactivity output to the “shelf” is controlled when the indicated difference reaches a value not exceeding a predetermined value. Then, the steady-state period of the nuclear reactor is calculated using the “reverse hours” formula, using the reactivity value corresponding to the exit to the “shelf”.

Преимущества предложенного способа по сравнению с прототипом могут быть проиллюстрированы с помощью графиков Фиг.1а, б, в. Можно рассмотреть два случая, могущих иметь место при эксплуатации ядерного реактора. В первом случае промоделирована ситуация отклонения от штатного режима, когда в активной зоне появляется сравнительно небольшая положительная реактивность на уровне до 0,3 β_эф. Эта ситуация иллюстрируется графиком (Фиг.1а), касающимся прототипа, полученным путем подачи на вход импульсной аппаратуры ККНИ-01Р мощностного сигнала с параметрами, соответствующими положительной реактивности 0,3 β_эф, регистрации соответствующего выходного тока аппаратуры и пересчету его в измеряемый текущий период. Из графика видно, что в этом случае значение установившегося периода, равное Т_у=20 сек, устанавливается примерно через 25-30 сек после введения положительной реактивности. Соответственно, оператор, управляющий установкой, мог бы получить информацию об установившемся в изменившихся условиях значении периода ядерного реактора только по истечении двадцати секунд после изменений, вызвавших введение положительной реактивности. Однако срабатывание A3 через 1,3 секунды, настроенной на период 10 секунд, не дает оператору такой возможности, оставляя его в роли пассивного наблюдателя. В то же время, если бы оператор знал, что значение установившегося периода будет не менее 20 секунд, он имел бы время предпринять адекватные действия, направленные на снижение мощности и недопущение срабатывание AЗ. А как известно, после срабатывания AЗ требуется продолжительное время для восстановления работоспособности ядерного реактора и выведения его в номинальный режим, что приводит к большим потерям энергии в энергосистеме. В этом заключается существенный недостаток способа-прототипа. Во втором случае при значительных (0,5β_эф и более) положительных значениях вводимой реактивности срабатывание AЗ становится жизненно необходимым для предотвращения нарушений в работе ядерного реактора и выхода из строя его элементов. При этом чем быстрее срабатывает AЗ, тем меньше доля негативных последствий. График Фиг.1б, касающийся прототипа, получен путем подачи на вход импульсной аппаратуры ККНИ-01Р мощностного сигнала с параметрами, соответствующими положительной реактивности 0,5β_эф. Как видно из этого графика, срабатывание AЗ происходит через 250 мс после введения положительной реактивности при уставке AЗ по периоду 10 сек и через 450 мс при уставке AЗ по периоду в 6 сек. Многократно сократить это время позволяет применение способа-прототипа, что иллюстрируется графиком Фиг.1в, который получен путем подачи на вход реактиметра ПИР-7 мощностного сигнала с параметрами, соответствующими положительной реактивности 0,5β_эф и регистрации, соответствующей вычисляемой реактиметром в режиме реального времени реактивности. Из графика видно, что реактивность попадает в пятипроцентный интервал отклонения от установившегося значения уже через 50 мсек после ее введения. Известно, что существует определенная связь между реактивностью и установившимся периодом реактора, которая отражается формулой «обратных часов» [В.И.Владимиров. Практические задачи по эксплуатации ядерных реакторов, М.: Энергоиздат, 1981, стр.142-143]. Интервалы времени вычисления соответствующих значений периода реактора, производимые микропроцессором по формуле «обратных часов», составляют порядка десятых долей миллисекунды, поэтому практически через 75 мсек после введения положительной реактивности 0,5 β_эф будет вычислено установившееся значение периода реактора. Следовательно, сигнал AЗ будет вырабатываться по сравнению с прототипом в 3 раза быстрее при уставке AЗ по периоду прототипа на уровне 10 сек (t_АЗ=t_[АЗ]2/6) и в 6 раз быстрее при уставке AЗ по периоду прототипа на уровне 6 сек (t_АЗ=t_[AЗ]3/6).The advantages of the proposed method compared to the prototype can be illustrated using graphs Figa, b, c. Two cases can be considered that could occur during the operation of a nuclear reactor. In the first case, a situation of deviation from the normal mode was simulated, when a relatively small positive reactivity at a level of up to 0.3 _βeff appears in the core. This situation is illustrated by the graph (Fig. 1a) regarding the prototype obtained by supplying a power signal with parameters corresponding to the positive reactivity of 0.3 βeff to the input of the pulse KKNI-01R equipment _, recording the corresponding output current of the equipment and recalculating it into the measured current period. The graph shows that in this case, the value of the steady-state period, equal to T _y = 20 seconds, is set approximately 25-30 seconds after the introduction of positive reactivity. Accordingly, the operator managing the installation could receive information on the value of the period of a nuclear reactor that was established under changing conditions only twenty seconds after the changes that caused the introduction of positive reactivity. However, the A3 response after 1.3 seconds, tuned for a period of 10 seconds, does not give the operator such an opportunity, leaving him in the role of a passive observer. At the same time, if the operator knew that the value of the steady-state period would be at least 20 seconds, he would have time to take adequate actions aimed at reducing power and preventing the operation of the AZ. And as you know, after the operation of the AZ, it takes a long time to restore the operability of a nuclear reactor and bring it to its nominal mode, which leads to large losses of energy in the power system. This is a significant drawback of the prototype method. In the second case, with significant (0.5β _eff and more) positive values of the introduced reactivity, the operation of the AZ becomes vital to prevent disturbances in the operation of the nuclear reactor and the failure of its elements. At the same time, the faster AZ is triggered, the lower the proportion of negative consequences. The graph of FIG. 1b relating to the prototype was obtained by supplying a power signal with parameters corresponding to positive reactivity of 0.5β _eff. To the input of pulse equipment KKNI-01P _. As can be seen from this graph, the response of the AZ occurs 250 ms after the introduction of positive reactivity at the AZ setting for a period of 10 seconds and after 450 ms at the AZ setting for a period of 6 seconds. The use of the prototype method allows to significantly reduce this time, which is illustrated by the graph of Fig. 1c, which is obtained by supplying a power signal with parameters corresponding to a positive reactivity of 0.5β _eff and registration corresponding to a reactivity meter calculated in real time . From the graph it is seen that the reactivity falls into the five percent interval of deviation from the steady-state value already 50 ms after its introduction. It is known that there is a definite relationship between reactivity and the steady-state period of the reactor, which is reflected by the formula of "return hours" [V.I. Vladimir. Practical tasks in the operation of nuclear reactors, M .: Energoizdat, 1981, p.142-143]. The time intervals for calculating the corresponding values of the reactor period, produced by the microprocessor according to the "reverse hours" formula, are of the order of tenths of a millisecond, therefore, almost 75 ms after the introduction of positive reactivity of 0.5 β _eff , the steady-state value of the reactor period will be calculated. Therefore, the AZ signal will be generated in comparison with the prototype 3 times faster when the AZ setting for the prototype period is 10 sec (t _AZ = t _[AZ] 2/6) and 6 times faster when the AZ setting for the prototype period is 6 sec (t _AZ = t _{[AZ] 3/6} ).

Таким образом, применение предложенного способа обеспечивает, во-первых, сокращение времени установления измеряемого установившегося значения периода ядерного реактора, позволяя многократно ускорить введение сигнала AЗ по периоду ядерного реактора. Во-вторых, применение предложенного способа позволяет устранить ложные срабатываний AЗ по периоду за счет максимально быстрого получения оператором информации о значении установившегося периода реактора при отклонении от штатного режима, что дает ему возможность принимать решения о необходимости вмешательства в процесс управления реактором с учетом реально имеющего место установившегося значения периода реактора. Тем самым минимизируются возможные негативные последствия при аварийных ситуациях на ядерном реакторе.Thus, the application of the proposed method provides, firstly, a reduction in the time it takes to establish a measured steady-state value of the period of a nuclear reactor, making it possible to speed up the introduction of the AZ signal over the period of a nuclear reactor. Secondly, the application of the proposed method allows to eliminate false positives of the AZ during the period due to the fastest possible receipt by the operator of information on the value of the steady-state period of the reactor when deviating from the normal mode, which allows him to make decisions about the need for intervention in the reactor control process taking into account the real situation steady-state value of the period of the reactor. This minimizes the possible negative consequences in emergency situations at a nuclear reactor.

Claims

Способ определения установившегося периода ядерного реактора, включающий обработку мощностного сигнала датчиков нейтронного потока, отличающийся тем, что мощностной сигнал подают на вход цифрового реактиметра, по изменению мощностного сигнала вычисляют реактивность, обрабатывают выходной сигнал реактиметра с помощью микропроцессора, при этом вычисляют разность между последовательными во времени значениями реактивности и после достижения этой разностью величины, не превышающей заданного значения, вычисляют установившийся период ядерного реактора по формуле «обратных часов». A method for determining the steady-state period of a nuclear reactor, including processing the power signal of neutron flux sensors, characterized in that the power signal is fed to the input of a digital reactimeter, the reactivity is calculated by changing the power signal, the output signal of the reactimeter is processed using a microprocessor, and the difference between consecutive in time is calculated values of reactivity and after reaching this difference of a value not exceeding a specified value, calculate the steady-state period Nuclear reactor according to the formula "it reverses" hours.