METHOD AND APPARATUS FOR THE SURVEILLANCE OF THE REACTIVITY RATE OF A CORE IN A NUCLEAR REACTOR AND FOR THE DIAGNOSIS OF CHANGES IN THE CORE REACTIVITY

Abstract: 1. Method for monitoring the reactivity balance of the core of a nuclear reactor, more particularly of a liquid metal cooled, fast breeder reactor, with a plurality of fuel elements and control rods, and for diagnosing reactivity disturbances, the reactivity measured directly, for example through the neutron flux, (rhomess1 ) being compared with a reactivity (rhomess2 ) determined from diverse measurements, characterized by the following features : a) The comparative value (rhomess2 ) is obtained as function of direct and indirect measured values by means of connection with all relevant reactivity parameters. b) All direct and indirect measured values are moreover used, periodically or as required, for the recalculation of the reactivity parameters by means of the adjustment of the comparative value (rhomess2 ) to the directly measured reactivity (rhomess1 ). c) With the exceeding of a tolerance threshold by the difference between the directly measured reactivity and the comparative value (DELTArho = rhomess1 - rhomess2 ), a revaluation of all parameters is started automatically (as opposed to an alarm being emitted), matching the directly measured reactivity (rhomess1 ), (with the result that DELTArho becomes small again). d) The reactivity parameters are monitored with the observance of certain desired value limits. e) If a reactivity parameter exceeds its limiting values, an alarm is then emitted, the emitting parameter being shown.

Description: Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Reaktivi tätsbilaflz -des Core eines Kernreaktors und zur Diagnose von Reaktivitätsstbrungen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Aus der am 23.11.81 eingereichten Patentanmeldung, amtliches Aktenzeichen P 31 46 374.6, "Verfahren und Anordnung zur Feststellung und Meldung von Kühlungsstörungen in Reaktorkernen", ist es bekannt, dass ausser den direkten Messwerten der Instrumentierung eines Reaktors durch parameter-adaptive Kalmanfilter auch indirekte Messwerte von nicht direkt messbaren Grössen erhältlich sind. Die so zur Verfügung stehenden indirekten Messwerte eröffnen weitergehende Möglichkeiten bei der Uberwachung von Reaktorkernen, so, wie in der vorliegenden Anmeldung behandelt, bei der Überwachung der Reaktivitätsbilanz und der Diagnose von Reaktivitätsstörungen. Wichtige Grundlagen hierzu sind beispielsweise in dem Buch von D. Schmidt, "Reaktortechnik", Wissenschaft und Technik, G. Braun, Karlsruhe, Band 2, Seite 148-159 behandelt. Zum Stand der Technik gibt es auch einen Beitrag von J.C. Gauthier, "Réactivity Balance Meter: Feedback Effects measurements at Phénix", NEACRP Annual Meeting, Idaho, 22/24 September 1980. Danach ist es bisher bekannt, eine Überwachung der Reaktivität nach folgendem Prinzip durchzuführen: Die direkt gemessene Reaktivität wird mit der laufend von diversitären Messungen berechneten Reaktivität verglichen: EMI2.1 Von der Grösse der Differenz werden Rückschlüsse auf den Systemzustand (normal oder abnormal) gezogen und das Ergebnis angezeigt (Alarm). Eine Diagnose der# Ursache ist im allgemeinen nicht möglich. Die berechnete Reaktivität steht folgendermassen mit den diversitären Messwerten in Beziehung: EMI2.2 wobei h a RegelstabFosition, P = Coreleistung, TI s Eingangstemperatur, -I w - Durchsatz, ssCR,O = Reaktivitätsbeitrag, der nicht mit den Mess werten korreliert o(.) = Störung um den Arbeitspunkt BCR = Stab(Bank)-Koeffizient Bp = Leistungskoeffizient ssT = Temperaturkoeffizient ssW = Durchsatzkoeffizient ist. Die Differenz ap erklärt sich also aus dem Unterschied der tatsächlichen und der im Modell (b) verwendeten Koeffizienten ssB, ssT, ssW, ssCR und ssCR,O Sie zeigt nur dann zuverlässig einen abnormalen Zustand an, wenn diese Koeffizienten hinreichend genau bekannt sind und von normalen Betriebsbedingun gen nicht beeinflusst werden. In einem Artikel von J.C. Gauthier et al, "Comparateur de Reactivite#ll IAEA-SM-244/28, September 1979, Seite 429-446, werden Gleichungen angegeben, die die Abhängigkeit der in (b) definierten Reaktivitätskoeffizienten von den zeitlich veränderlichen thermohydraulischen Grössen und von den physikalischen Reaktivitätsbeiträgen (wie z.B. Doppler-Effekt, axiale Ausdehnung, bowing Effekt, Gitterpiatten-Beitrag, etc.) erkennen lassen. Diese Abhängigkeiten bewirken, dass die Bilanz (a) nur bei stationärem Anlagenbetrieb einsatzfähig ist. Aber auch im stationären Zustand ist die Aussagefähigkeit sowohl der Bilanz ag als auch der Koeffizienten Bp, BT und ssw beschränkt, da sich verschiedene Effekte gegenseitig kompensieren können. Eine weitere Schwierigkeit der konventionellen Reaktivitätsbilanz-Uberwachung ist die quantitative Berücksichtigung der Reaktivitätsbeiträge der Regelstäbe. Der Reaktivitätswert der Stäbe kann sich im Laufe des Betriebs beträchtlich ändern, ohne dass es zu einer äquivalenten Positionsänderung gekommen ist (differential expansions). Ausserdem können regelungsbedingte Stabbewegungen so klein sein, dass der Quantisierungsfehler der Positionsmessung die tatsächliche Positionsänderung dominiert. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein möglichst leistungsfähiges Überwachungssystem für die Reaktivitätsbilanz bei gleichzeitiger Erweiterung der Diagnosemöglichkeiten von Reaktivitätsstörungen. Insbesondere soll eine hohe Überwachungsempfindlichkeit während stationärer und transienter Vorgänge erreicht werden. Darüberhinaus sollen die Reaktivitätsbeiträge der Stellstäbe laufend ohne Stab-Positionsmessung bestimmt und im Ausgangssignal des Bilanzmeters kompensiert werden. Auch die Wirkungen betriebsbedingter Abweichungen des Durchsatzes, der Eintrittstemperatur und der Stellstabbewegung auf die Reaktivität soll bestimmt und im Ausgangssignal des Bilanzmeters kompensiert werden zur Aufrechterhaltung der Uberwachungsempfindlichkeit gegenüber abnormalen Vorgängen auch bei schnellen Arbeitspunktverschiebungen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Hauptanspruch vorgeschlagen, wie es im folgenden mit weiteren Ausgestaltungen erläutert wird: Dadurch, dass nach Anwendung von rekursiven Parameter Schätzverfahren ausser den direkten Messwerten auch indirekte Messwerte zur Verfügung stehen, lässt sich eine sehr viel umfassendere, globale berwachung des Reaktorkerns realisieren als bisher Es eröffnet sich die Möglichkeit, alle für die Berechnung der Reaktivitätsbeiträge einzelner Komponenten des Reaktorkerns wichtigen Parameter nicht nur als feste Speicherwerte anzusehen, die von Zeit zu Zeit kalibriert undkorrigiert werden müssen, sondern vielmehr die Bestimmung aller Parameter und deren Überwachung gleichzeitig mit der Reaktivitätsbilanzüberwachung durchzuführen. Die zusätzlich verarbeiteten indirekten Messwerte ermöglichen eine Bestimmung zusätzlicher Variablen, so dass eine sehr genaue Analyse aller Reaktivitätsbeiträge möglich wird. Gemäss dem Hauptanspruch wird nunmehr nicht direkt ein Alarm ausgelöst, wenn die Differenz Ag aus der direkten Messung der Reaktivität und einer aus diversitären Messungen bestimmten Reaktivität emess 2 einen vorgegebenen Sollwert überschreitet, sondern es werden zunächst die in g mess 2 verarbeiteten Parameter durch Angleich dieser Funktion an g mess 1 neu bestimmt,und erst wenn sich dabei Anomalien zeigen, wird ein Alarm mit detailierter Diagnosemöglichkeit veranlasst. Die Unteransprüche beshreiben konkrete Ausführungsmöglichkeiten des Verfahrens, wie sie sich beispiels weise an einem schnellen natriumgekühlten Brutreaktor ergeben. Zusätzlich zu den Messwerten der Neutronendichte, der Eintrittstemperatur, des Durchs"tzes und der Reaktivität werden ¯indirekte Messungen" verarbeitet, wie sie durch rekuri sive Parameter-Schätzverfahren bestimmbar sind (siehe Patentanmeldung P 31 46 374.6). Das Zusammenwirken der Uberwachungsschaltung für Kühlungsstörungen mit dem Reaktivitätsbilanzmeter zeigt die weiter unten genauer beschriebene Figur 1 der Zeichnung. Die Schätzwerte der Brennstofftemperatur, der Hüllrohrtemperatur und der Kühlmitteltemperatur werden, zusammen mit den übrigen Messwerten, einem Vorverarbeitungsmodul des Bilanzrneters zugeführt. Dort werden in 2 nacheinander geschalteten Funktionseinheiten (Vorhersage- und radiale : < ittelungs=unktion) die Zustandsvariablen ermittelt, die eine Darstellung der Reaktivitätsbilanz durch nahezu konstante und physikalisch eindeutige Modellkoeffizienten ermöglichen. EMI5.1 SD = Dopplerkoeffizient BA = axialer Ausdehnungskoeffizient (teilweise an die Brennstofftemperatur gekoppelt, 5A1' und teilweise an die Hüllrohr-Temperatur, A2 BC = Kühlmitteltemperaturkoeffizient BG = Gitterplattenkoeffizient BB = Bowing-Xoeffizient ssCR, 5CR,O = Regelstabekoeffizienten Tf = Brennstofftemperatur, Tc 2 Kühlmitteltemperatur Tcl = Hüllrohrtemperatur TI =Gitterplattentemperatur T301 T51 = Temperaturen der Brennelementkästen (z.B. oben und unten) h = Stabposition (Bankposition) ist. Gleichung (c) ist eine in der Kernphysik allgemein bekannte Beschreibung der Reaktivitätsbilanz, die den Vorteil hat, dass die Koeffizienten ssj besonders einfach sind. 3 Die Brennelementspezifischen Daten könnten grundsätzlich auch direkt dem Bilanzmeter zugeführt werden (ohne radiale Mittellungj, Die Bilanzgleichung (c) ist in diesem Fall als Summe der Reaktivitätsbeiträge der einzelnen Brennelemente aufzufassen: EMI6.1 Im Parameter-Schätzinodul (siehe weiter unten) würden bei diesen Ausführungen die Brennelementbezogenen Koeffizienten ssjv bestimmt anstatt der globalen Koeffizienten ssj Die aufbereiteten direkten und indirekten Messgrössen gelangen dann zum Parameter-Schätzmodul und Reaktivitätsbilanzmodul. Das Parameter-Schätzmodul hat die Aufgabe, die Koeffizienten #. über die direkten und indirekten Messungen des Core-Zustan J des mit Hilfe der Methode der kleinsten Quadrate zu bestimmen. Dabei dient Gleichung (c) als Messwertgleichung mit ersetzt durch EMI7.1 Der Index k bezeichnet die Abtastzeit, ss ist der Parametervektor und C ist der statistische Fehler der Messung p. Die Gleichungen zur rexursiver. Berechnung des Parametervektors stehen z.B. in P 31 46 37 6. Der Schätzvorgang wird entweder periodisch oder von Diagnosemodul immer dann angeregt, wenn z. B. die Reaktivitätsbilanz eine vorgegebene Schranke übersteigt und dauert etwa 200 Abtastintervalle. Der Parameter-Schätz=odul liefert also den zeitlichen Verlauf der Parameter unter der Annahme, dass sich diese wäh rend -des Kalibriervorganges nicht ändern. Im Reaktivitätsbilanzmodul wird laufend die Differenz la) berechnet, deren Erwartungswert nunmehr nur dann von Null verschieden ist, wenn die Modeilkoeffizienten Bj nicht den tatsächlichen Verhältnissen entsprechen. Das Ap-Signal wird mit Hilfe eines digitalen Filters 2. Ordnung geglättet. Die thermohydraulischen GröBen-beein'flussen die Bilanz nicht mehr ausserhalb cer Toleranzgrenzen von etwa 0,511, Der Doppler- und der axiale Ausdehnungskoeffizient sind nur schwach abhängig von der Brennstoff- bzw. Hüllrohrtemperatur, so dass diese Abhängigkeit nur bei Arbeitspunktver- schiebungen berücksichtigt werden muss. Es genügt für einen Feinabgleich, die folgende Xompensationsformel zu benutzen: EMI7.2 wobei die Funktion f(Tf, Tf,0) allgemein bekannt ist und der Index 0 das Ergebnis der letzten Kalibrierung bezeichnet. Die wirksame Regelstabreaktivität wird als Differenz der gemessenen Gesamtreaktivität und der geschätzten Rückkopplungsreaktivität Pfd bestimmt EMI8.1 und mit einem digitalen Filter 2. Ordnung geglättet. Diese über die Positionsmessung nur schwer bzw. ungenau erfassbare Grösse ist mit Hilfe von (f) sehr genau bestimmbar. Systematische Fehler würden nur dann auftreten, wenn sich die Rückkopplungskoeffizienten ss; seit dem letzten Parameterschätzvorgang in unbekannter Weise geändert hätten. In diesem Fall würde aber vom Ap-Signal eine neue Kalibrierung eingeleitet. Natürlich fällt auch der Stellstabreaktivitätsbeitrag über die Positionsmessung an, wobei EMI8.2 Der Koeffizient BCR wird üblicherweise über aufwendige Kalibrierexperimente bestimmt, die nach etwa halbjähriger Betriebszeit wiederholt werden müssen. Die Differenz (ç) erlaubt nun die Bestimmung von BCR immer dann (während des Betriebs), wenn Regelstabbewegungen zu verzeichnen sind. Die gleichzeitige Verfügbarkeit des Schätzwertes von PCR nach Gleichung (f) und (h) erlaubt die getrennte Bestimmung von EMI9.1 Der konstante, nicht positionsabhängige Term gibt Aufschluss über die relative Lageänderung der Stäbe (differential expansion) und alle die Rückkopplungsbeiträge, die nicht mit Zustandsgrössen gekoppelt werden können. Es ist zu erwarten, dass eine Auf schlüsselung von BCRrO mit Hilfe einer "Integrierten Coreüberwachung" zu erreichen ist, bei der z. B. akustische Signale mit spontanen Änderungen von korreliert werden können. An den Ausgängen des Parameter-Schätzmoduls und des Reaktivitätsbilanznoduls stehen dem Diagnosemodul die folgenden Grössen zur Klassifizierung des Corezustandes und zur Identifizierung der Ursachen einer eventuellen Anomalie zur Verfügung: Reaktivitätskoeffizienten, ssj, von (c) als Funktion J der Zeit; indirekte Messgrössen, Tf, Tc usw. direkte Messgrössen der Coreausseninstrumentierung Erwartungswert der Reaktivitätsbilanz als Indikator von Anomalien, der den Parameter-Schätzvorgang ejniei- tet, aber (im Gegensatz zum konventionellen Bilanz meter) keinen Alarm auslöst. Die einzelnen, den obigen Koeffizienten entsprechenden Reaktivitätsbeiträge fallen ebenfalls an, haben aber keine zusätzliche Bedeutung für die Diagnose. Sie können aber die zur Reaktivitätsbilanz beitragenden Effekte in ihrer relativen Gross2 zueinander verdeutlichen. Wie bereits ausgeführt, fallen ein Teil der'direkten und indire < ten Messgrössen brennelementbezogen an und erlauben eine radiale Aufschlüsselung der Reaktivitätsbeiträge (d. h. brennelementbezogen). Neben der Beobachtung der zeitlichen änderungen kann man also auch die Reakti vitä ts koeffizienten verschiedener Brennelemente vergleichen und das Ergebnis zu einer Lokalisierung des beobachteten Effekts heranziehen. Diese besonders für grosse Kerne wichtige Uberwachungsfunktion wurde bisher nicht näher untersucht. Kenntnis der Koeffizienten des Modells (c > und der thermo- hydraulischen Parameter ermöglicht die Bestimmung der Koeffizienten des konventionellen Modells (b) für stationären und instationären Betrieb. Die Umkehrung gilt nicht. Das neue Bilanzmeter erfüllt also auch die Funktion des konventionellen Biianzmeters. Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist im Anspruch 7 angegeben. Diese sei im folgenden anhand der Zeichnung, welche ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschreibt, näher erläutert; Es zeigen die Fig. 1 eine Übersicht über das globale Überwachungssystem des Reaktorkerns, Fig. 2 den genaueren Aufbau des Reaktivitätsbilanzmeters 2 aus Fig. 1 und Fig 3 das Vorverarbeitungsmodul 21 des Reaktivitätsbilanz meters. In Fig. 1 kommen von der linken Seite die Leitungen von der Ausseninstrumentierung des Reaktorkerns, d.h. die direkten Messgrössen. Die Bezeichnungen sind die gleichen wie in der bisherigen Beschreibung, nur die direkt gemessene Reaktivität ist mit FT bezeichnet. Für jedes Brennelement ist ein Schätzmodul 1 vorhanden, welches aus direkten Messgrössen zusätzliche indirekte Messgrössen (Parameter und Zustand) z.B. durch die Methode der kleinsten Quadrate bzw. durch parameter-adaptive Kalmanfilter ermittelt. Jedes dieser Schätzmodule 1 erhält ausser den Messwerten ZN, EW, ¯E noch den jeweiligen Messwert der Austritts temperatur am zugehörigen Brennelement ±T (n = o,n K = Anzahl der Brennelemente). Am Ausgang der Schätzmodule 1 liegen unter anderem die indirekten Messwerte als Zustandsschätzwerte STf nund #TAc,n und als Parameterschätzwerte vor. Ausserdem ermöglichen die Schätzmodule 1 eine Klassifikation von Kühlungsstörungen, welche über die Leitung 8 ausgegeben wird, und liefern weitere thermohydraulische Parameter, welche über die Leitung 9 weitergegeben werden. Alle direkten Messwerte 11 werden ausserdem einem Reaktivitätsbilanzmeter 2 zugeführt, in welches auch die indirekten Messwerte 10 aus allen Schätzmodulen 1 eingegeben werden. Am Ausgang des Reaktivitätsbilanzmeters 2 liegen einerseits die Reaktivitätsparameter in Abhängigkeit von der Zeit an (Ausgang 17) und andererseits ermöglicht eine Signalleitung 19 die Ausgabe eines Diagnosesignals für Reaktivitätsstörungen. Ein weiterer Ausgang 18 dient der Kalibrierkontrolle für die (3-Parameter aus Gleichung (d). Der Innenaufbau des Reaktivitätsbilanzmeters 2 ist in Fig. 2 ausführlicher dargestellt. Die indirekten Messwerte 10 und die direkten 11 gelangen nach Eintritt in das Reaktivitätsbilanzmeter 2 zunächst in ein Vorverarbei tungsmodul 21 in welchem die Messwerte entsprechend einfachen Modellen umgerechnet werden und Mittelwerte über alle Brennelemente bzw. Stellstäbe gebildet werden. Die am Ausgang 12 anlie#genden vorverarbeiteten indirekten und direkten Messwerte werden an zwei Stellen weitergeleitet. Einerseits gelangen sie zu einem Reaktivitätsbilanzmodul 23 und andererseits zu einem Parameter-Schätzmodul 22. Im Parameterschätzmodul 22 werden periodisch oder nach Bedarf alle Reaktivitätsparameter pj durch Angleich der Funktion (c) an die direkt gemessene Reaktivität g mess 1 (z.B. nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrat#) neu berechnet. Das Parameter-Schätzmodul 22 enthält Speicher zur Speicherung dieser Parameter und einen Rechenteil zur jeweiligen Neuberechnung. Bei Bedarf können die Ergebnisse jeder Neuberechnung in einem Ausgabegerät 26, beispielsweise einem Drucker, aufgezeichnet werden. Die jeweils aktuellen Parameter werden über die Leitungen 13 und 17 an das Reaktivitätsbilanzmodul 23 weitergeleitet. Mit den aktuellen Parametern kann im Reaktivitätsbilanzmodul 23 die Berechnung von g mess 2 nach der Gleichung (c) und ein Vergleich des Ergebnisses mit g mess 1 vorgenommen werden. Dies erfolgt beispielsweise mit Hilfe eines Mikroprozessors. Der Differenzwert ag und die übrigen Reaktivitätsbeiträge werden über die Ausgänge 14, 15 und 16 an ein Diagnosemodul 24 weitergegeben. Diesem Diagnosemodul 24-werden auch die Ausgangswerte des Parameter Schätzmoduls 22 über dessen Ausgänge 13 und 17 zugeführt. Im Diagnosemodul werden alle Daten auf Einhaltung von bestimmten Sollwertgrenzen überwacht,und bei Uberschreitung einer Sollwertgrenze wird ein Alarm mit entsprechender Anzeige des verantwortlichen Parameters über die Leitung 19 ausgelöst. Bei Bedarf ist im Zusarninennang mit ohnehin notwendigen betriebsbedingten Positionsänderungen der Stellstäbe zusätzlich eine Rekalibrierung der ss-Parameter mit Hilfe des Kalibrier-Kontrollmoduls 25 möglich. Entsprechende Anweisungen erfolgen über den Ausgang 18. In Fig. 3 ist weiterhin das Vorverarbeitungsmodul 21 im Detail dargestellt. Die indirekten 10 und direkten 11 Eingangsgrössen werden dort in die Grössen umgewandelt, welche für eine Darstellung der Reaktivität 9 mess 2 nach der Gleichung (c) benötigt werden. Für die indirekten Messgrössen bedeutet dies lediglich eine Mittelung über alle Brennelemente, welche durch eine einfache Addition und eine Division durch K in dem Mittelwertbildner 214 erfolgt. Bei den direkten 11 Messwerten wird eine etwa kompliziertere Umformung vorgenommen. Anhand eines einfachen Modells 211 für das thermische Verhalten der Brennelementhüllkästen wird aus den Ausgangstemperaturen des Kühlmittels an jedem Brennelement STol n und der Kühlmitteleinlasstemperatur gTl unter anschliessender Addition und Mittelwertbildung die durchschnittliche Temperatur BSo am oberen Ende der Hüllkästen und die durchschnittliche Temperatur tsi am unteren Ende der Hüllkästen ermittelt. Mit Hilfe eines anderen einfachen Modells 212 wird aus der Kühlmitteleingangstemperatur a 1 die Temperatur der Gitterplatte am unteren Ende der Brennelemente 6Tx berechnet. Schliesslich wird mit Hilfe eines Modells 213, welches das Zusammenwirken der Stellstäbe in einer Stellstabbank berücksichtigt, aus den einzelnen Positionen der Stellstäbe ein Mittelwert ermittelt. Unter den Modellen 211, 212 und 213 versteht man einfache arithmetische Umformungen gemäss bestimmten angenäherten Modellvorstellungen unter Berücksichtigung von Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit etc. der einzelnen Komponenten. Die im Vorverarbeitungsmodul ermittelten Grössen 12 eignen sich für eine Darstellung der Reaktivität 2 mess 2 nach Gleichung (c) und können somit an das Parameter-Schätzmodu1 22 und das Reaktivitätsbilanzmodul 23 weitergeleitet werden. Die beschriebene Anordnung stellt lediglich ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemässes globales Über- wachungssystem der Reaktivität eines Kernreaktors dar.

Claims: Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Reaktivi tätsbilanz des Core eines Kernreaktors und zur Diagnose von Reaktivitätsstörungen Patentansprüche 1. Verfahren zur Überwachung der Reaktivitätsbilanz des Core eines Kernreaktors, insbesondere eines flüssigmetallgekühlten schnellen Brutreaktors mit einer Vielzahl von Brennelementen und Stellstäben, und zur Diagnose von Reaktivitätsstörungen ,wobei die direkt, z.B. durch den Neshnnen- fluss,gemessene Reaktivität # # mess 1 mit einer aus diversi- tären Messungen bestimmten Reaktivität 5mess 2 verglichen wird, g t k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) per Vergleichswert gmess2 wird als Funktion von direk ten und indirekten Messwerten durch Verknüpfung mit allen relevanten Reaktivitätsparametern gewonnen. b)- Alle direkten und indirekten Messwerte werden ausserdem periodisch oder nach Bedarf zur Neuberechnung der Re aktivitätsparameter durch Angleichen von #mess2 an gmess verwendet. c) Bei Überschreiten einer Toleranzschwelle durch die Differenz ## = #mess 1 - #mess 2 wird (kein Alarm aus gelöst, sondern) automatisch eine Neu schätzung aller Parameter in Anpassung an .ess 1 gestartet (mit der Folge, dass ## wieder klein wird). d) Die Reaktivitätsparameter werden auf Einhaltung be stimmter Sollwertgrenzen überwacht. e) Überschreitet ein Reaktivitätsparameter seine Grenz werte, so wird ein Alarm ausgelöst, wobei der auslösen de Parameter angezeigt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Die direkten (11) Messwerte sind die Stellstabpositionen > hi (i = 1, ..., R/R = Anzahl der Stellstäbe), die Gesamtleistung P und/oder die Reaktivität, die Eintrittstempera- tur des Kühlmittels TI, der Gesamtdurchsatz des Kühimittels W und die Austrittstemperatur des Kühlmittels an jedem Brennelement #To, n (n = 1, ..., K/K = Anzahl der Brenn o, n elemente). b) Die indirekten (10) Messwerte sind die nach einempa rameter-adaPtiven Kalmanfilter geschätzten Werte der lokalen Brennstofftemperatur #Tf, n und der lokalen Kühlmitteltemperatur #To, n an jedem Brennelement. c) In einem Vorverarbeitungsmodul (21) dem die direkten (11) und die indirekten (10) Messwerte zugeleitet werden, wird entsprechend einfachen Modellen (211) die Hüll kastentemperatur am Einlass #TsI, n bzw. am Auslass sI' "Tso, nfür jedes Brennelement bestimmt. d) In dem Vorverarbeitungsmodul (21) wird zusätzlich an hand eines Modells die Temperatur der Gitterplatte am Fuss der Brennelemente sTI aus ±T berechnet. 3. Verfahren nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) In einer zweiten Stufe (214) des Vorverarbeitungsmoduls (21) werden Mittelwerte z B. über alle Brennelemente von #Tf, #Tc, #Tso, und #TsI gebildet. b) Entsprechend einem Modell (213) der Stellstabbank wird ein Mittelwert #h der Stellstabpositionen gebildet. c) Die Werte #Tf, #Tc, #Tso, #TsI, #TI und #h sowie die unveränderten Werte #W und PT werden vom Ausgang (12) des Vorverarbeitungsmoduls (21) sowohl einem Reaktivi tätsbilanz-Modul (23) als auch einem Parameter-Schätz modul (22) zugeführt. 4. Verfahren nach Anspruch 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Das Parameter-Schätzmodul (22) speichert aktuelle Werte aller reaktivitätsrelevanten Parameter ssj und berechnet diese auch periodisch oder bei Bedarf neu durch Angleich der Funktion EMI17.1 an den jeweils aktuellen Wert von #mess 1, wobei ssD = Dopplerkoeffizient ssA = axialer Ausdehnungskoeffizient (teilweise an die Brennstofftemperatur gekoppelt, BA1 S und teilweise an die Hüllrohr-Temperatur gekoppelt ssA2) ssc = Kühlmitteltemperaturkoeffizient Gitterplattenkoeffizient BB = Bowing-Koeffizient ssCR' ssCR,O = Regelstäbekoeffizienten bedeuten. b) Das Reaktivitätsbilanzmodul (23) berechnet nach obiger Formel mit dem aus dem Parameter-Schätzmodul (22) je weils zugeleiteten (13, 17) Parameter Pmess 2 und bildet die Differenz As zu #mess 1 c) Bei Überschreiten einer vorgegebenen Toleranzgrenze durch Eg wird das Parameterschätzmodul (22) automatisch zu einem Neuangleich der Funktion #mess 2 durch Vari ation der Parameter Bj (beispielsweise nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate) an den Wert von gmess 1 angestossen. d) Die neuen Werte der ssj werden gespeichert und auf Ein haltung der Sollwertgrenzen in einem Diagnosemodul (24) überwacht. 5. Verfahren nach Anspruch 4, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Dem Diagnosemodul (24) werden alle zur Verfügung ste henden Daten zugeleitet, d.h.: Die Rückopplungsparameter (17), BD, BA, BCt B und die Regelstabparameter (13), BCR, BCR die Reaktivitätsbilanz 9, die mittlere Position der Stellstabbank ah und die direkten und indirekten Messgrössen. b) Das Diagnosemodul registriert die Werte aller Parameter in Abhängigkeit von der Zeit t und meldet durch Anzeige oder Ausdruck Anomalien. 6. Verfahren nach Anspruch 5, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgendes Merkmal: a) Für die sehr langsam veränderlichen Regelstabparameter BCR wird bei Bedarf eine Neukalibrierung z.B. im Zuge einer ohnehin betriebsbedingten Regelstabpositionsände rung von dem Kalibrier-Kontrollmodul (25) ausgelöst, so fern Unstimmigkeiten bei den Reaktivitätsbeiträgen der Regelstäbe auftreten. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Die wirksame Regelstabreaktivität der Stellstäbe wird aus der Differenz der direkt gemessenen Reaktivi tät #mess 1 und der geschätzten Rückopplungsreaktivität #fd bestimmt, #CR messbaren Posi tionsänderungen abgeleiteten externen Reaktivitätsbei träge werden separiert, indem die wirksame Reaktivität A 9R zu einem Zeitpunkt t1 mit #êCR = #ÚCR + ssCR . #h ver- glichen wird. Die Differenz #ÚCR - #êCR entspricht der nicht von den Stellstabpositionen ableitbaren externen Reaktivität, wobei die änderung der Stellstabpositi onen seit dem Zeitpunkt t1 bedeutet. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Das Bilanzsignal Af stösst bei Uberschreiten eines Schwellwertes einen Kalibriervorgang an (anstatt Alarm auszulösen). Der Kalibriervorgang von ca. 1 - 2 Minu ten Dauer besteht im Wesentlichen aus einer kleinen Störung der Stellstabpositionen und/oder des Primär- durchsatzes um den jeweiligen Arbeitspunkt nach einem vorgebbaren zeitlichen Profil und der Auswertung der im Ubergangsverhalten der Messgrössen enthaltenen Informa tion im Parameter-Schätzinodul. b) Alarm wird unter anderem dann gegeben, wenn das Signal auch nach Abschluss eines oder mehrerer Kalibrier vorgänge den Schwellwert übersteigt. 9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale: a) Die Anordnung enthält ein Vorverarbeitungsinodul (21), an dessen Eingang alle für das Verfahren benötigten direkten (11) und indirekten (10) Messwerte des Core anliegen. b) Der Ausgang (12) des Vorverarbeitungsmoduls, an dem die aufbereiteten Messwerte anliegen, ist mit einem Parameter- ¯ Schätzmodul (22) und einem Reaktivitäts-Bilanzmodul (23) verbunden. c) Das Parameter-Schätzmodul (22) enthält Speicher zur Speicherung aller benötigten Reaktivitätsparameter und einen Rechenteil zur periodischen oder nach Bedarf ein zuleitenden Neuschätzung der Parameter in Anpassung an die zugeführten Messwerte. d) Die jeweiligen Parameter-Schätzwerte liegen am Ausgang (13, 17) des Parameter-Schätzmoduls (22) an. e) Der Ausgang (13, 17) des Parameter-Schätzmoduls (22) ist mit dem Eingang des Reaktivitäts-Bilanzmoduls (23) und mit dem Eingang eines Diagnose-Moduls (24) verbun den. =) Der Ausgang (14, 15, 16) des Reaktivitäts-Bilanzmoduls (23) ist ebenfalls mit dem Eingang des Diagnosemoduls (24) verbunden. g) Das Diagnosemodul (24) weist Mittel zum Ausdruck oder zur Anzeige von Anomalitäten auf.

Inventors: HOLICK, ANTON, DIPL.-PHYS.
Applicants: INTERATOM GESELLSCHAFT MIT BESCHRANKTER HAFTUNG
Application year: 1983
Main classification: G21C17
IPC codes: G21C17