СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСТАНОВИВШЕГОСЯ ПЕРИОДА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
METHOD TO IDENTIFY ESTABLISHED NUCLEAR REACTOR PERIOD

Изобретение относится к области управления ядерными реакторами и может быть использовано в системах управления и защиты (СУЗ) ядерных реакторов.
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).
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).
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.
Задачей настоящего изобретения является минимизация негативных последствий, возникающих при отклонениях от штатных режимов работы ядерного реактора.
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.
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».
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).
у
эф
АЗ
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. 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, 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=0,075 сек.
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.
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».
эф
эф,
у
эф
эф.
эф
эф
АЗ
[АЗ]2
АЗ
[AЗ]3
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. 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 регистрации соответствующего выходного тока аппаратуры и пересчету его в измеряемый текущий период. Из графика видно, что в этом случае значение установившегося периода, равное Т=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 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 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 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 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=t/6) и в 6 раз быстрее при уставке AЗ по периоду прототипа на уровне 6 сек (t=t/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.