УСТРОЙСТВО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ МЕЖКАНАЛЬНОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ В РЕАКТОРЕ С ОБНАРУЖЕНИЕМ И РЕГИСТРАЦИЕЙ СКРЫТЫХ ДЕФЕКТОВ

Полезная модель относится к ядерной энергетике, в частности к области контроля теплоносителя в активной зоне реактора, и предназначена для контроля возникновения межканальной неустойчивости (регулярных пульсаций расхода) в активной зоне реактора с обнаружением скрытых дефектов в аппаратуре в режиме реального времени и может быть использована при управлении реакторами с водой под давлением. В известное устройство диагностирования межканальной неустойчивости в реакторе с водой под давлением вводятся контактные и бесконтактные датчики сбоев в канале определения уровня дискриминации переменного нулевого сигнала, а также установленные на линии связи данного канала с фильтром амплитудной дискриминации или в непосредственной близости (до 1÷2 см.) от нее, обнаруживающие в качестве источников сбоев: соединители (разъемы), интерфейсные шины, шины управления заземлением и электропитания, внутренние и внешние электромагнитные помехи с добавлением алгоритмов обработки сигналов с указанных датчиков.
В качестве информативных параметров наличия сбоев в указанных элементах используют повышенное электромагнитное излучение, а также появление эффектов дифференцирования и интегрирования сигналов. Это позволяет с высокой достоверностью определять скрытые дефекты в аппаратуре, проявляющиеся, в частности в виде сбоев в ее работе и их источники. Технический эффект заключается в возможности проектирования, разработки, создания и эксплуатации бессбойной аппаратуры (по аналогии с безотказной аппаратурой.
Известны устройства контроля возникновения межканальной неустойчивости посредством измерения расхода теплоносителя в тепловыделяющей сборке (Митенков Ф.М., Моторов Б.И., Кутьин Л.Н., Самойлов О.Б., Устойчивость подкипающих аппаратов. - М.: Энергоиздат, 1981, гл. 7.6, рис.30). Одним из недостатков известных устройств является функциональная ограниченность датчиков-расходомеров, не позволяющая достоверно оценивать качество их работы из-за наличия в них скрытых дефектов и, как следствие, сбоев в работе. Наиболее близким по технической сущности является устройство (RU 2414759 C1, G21C 17/00 от 20.03.2011, бюл. №8), предназначенное для диагностирования момента межканальной неустойчивости, позволяющее повышать теплотехническую и ресурсную надежность тепловыделяющей сборки (ТВС). К недостаткам данного устройства следует отнести невозможность повышения надежности аппаратуры за счет обнаружения и регистрации в ней скрытых дефектов, проявляющихся, в частности, при эксплуатации, как в виде сбоев, так и в виде электромагнитных помех (внутренних и внешних), а также отсутствие регистрации источников сбоев, что важно при их диагностике.
Задача, решаемая полезной моделью - расширение функциональных возможностей за счет обнаружения сбоев элементов и узлов устройства вследствие образования скрытых дефектов путем введения контактных и бесконтактных датчиков сбоев и использования новых информативных признаков сбоев с соответствующей обработкой информации (сигналов).
Поставленная задача решается тем, что в устройство диагностирования межканальной неустойчивости в реакторе с обнаружением и регистрацией скрытых дефектов дополнительно вводятся контактные и бесконтактные датчики сбоев в канале определения уровня дискриминации переменного шумового сигнала, а также установленные на линии связи данного канала с фильтром амплитудной дискриминации или в непосредственной близости (до 1÷2 см.) от нее, обнаруживающие в качестве источников сбоев: соединители (разъемы), интерфейсные шины, шины управления, заземления и электропитания, внутренние и внешние электромагнитные помехи с добавлением алгоритмов обработки сигналов с указанных датчиков.
Поставленная задача решается также тем, что контактные датчики сбоев реализованы на КМОП-инверторах.
Поставленная задача решается также тем, что бесконтактные датчики сбоев реализованы на пассивных (L, C - элементы) микрорезонансных контурах.
Поставленная задача решается также тем, что при срабатывании двух и более контактных датчиков сбоев в качестве источников сбоев определяется элемент или узел с более ранним по времени срабатыванием датчика.
Поставленная задача решается также тем, что при одновременном срабатывании двух или более бесконтактных датчиков сбоев в качестве источника сбоев определяется внешнее электромагнитное воздействие (помеха).
Поставленная задача решается также тем, что при одновременном срабатывании контактных и бесконтактных датчиков сбоев в качестве источника сбоев определяется внутреннее электромагнитное воздействие.
Поставленная задача решается также тем, что в качестве информативных признаков при обнаружении источников сбоев используются повышенное электромагнитное излучение, эффект дифференцирования и интегрирования сигналов.
Поставленная задача решается также тем, что контактные и бесконтактные датчики сбоев выполнены с возможностью работы в диапазоне частот от долей герца до единиц гигагерц.
Поставленная задача решается также тем, что скрытые дефекты как причины сбоев элементов и узлов на начальной стадии своего развития регистрируются контактными датчиками КМОП-структуры по дифференциальному информативному признаку.
Поставленная задача решается также тем, что скрытые дефекты элементов и узлов на конечной стадии своего развития (перед отказом, например, обрывом линии связи) регистрируются контактными датчиками (например, микроемкостями) по интегральному информативному признаку.
Решение поставленной задачи определения скрытых дефектов в линиях связи и соединителях посредством регистрации сбоев в работе устройства, их устранения и повышения, тем самым, надежности по информативным параметрам дифференцируемое электрических сигналов, а также повышенного электромагнитного излучения основано на представлении скрытых дефектов упомянутых элементов и узлов в виде микрозазоров, микронеровностей, микротрещин, частичных микроразрывов и образование вследствие этого микрорезонансных контуров.
Решение поставленной задачи по информативному параметру интегрируемости электрических сигналов основано на представлении скрытых дефектов системы в виде повышенного (в десятки и сотни раз) омического сопротивления, составляющего совместно с последующей включенной микроемкостью (например, сотые доли пикофарад) интегрирующее звено.
На фиг.1 представлена схема устройства диагностирования межканальной неустойчивости в реакторе с обнаружением и регистрацией скрытых дефектов с дополнительно введенными датчиками сбоев (контактными и бесконтактными).
Схема содержит детектор нейтронов 1, блок вычисления мощности 2, блок вычисления спектра сигнала мощности 3, фильтр частотной дискриминации 4, блок вычисления сдвига полос фильтpaции 5, блок определения уровня дискриминации систематического шумового сигнала 6, фильтр амплитудной дискриминации 7, канал определения уровня дискриминации неизменного шумового сигнала 8, блок сравнения 9, систему управления реактором 10 с соответствующими связями.
Схема также содержит контактные датчики сбоев (КДС) 11, 12, установленные, в частном случае, в начале (КДС 11) и в конце (КДС 12) линии связи блока 8 с блоком 7. В общем случае данное количество датчиков может быть и большим, что зависит от конкретной линии связи и размера ее дискретизации, на которой необходима фиксация скрытого дефекта.
На схеме (фиг.1) показаны и бесконтактные датчики сбоев (БДС) 13, 14, установленные в непосредственной близости от диагностируемых элементов или узлов. Количество БДС выбирается исходя из их чувствительности, протяженности линии связи и, в общем случае, может быть большим. КДС 11, 12 устанавливаются, например, с помощью клипс. КДС 11, 12, также как и БДС 13, 14, могут иметь автономную или централизованную (с выходом на диспетчерский пункт) индикацию (на рис.1 не показанной).
7
Реализация контактных датчиков сбоев 11, 12 достаточно проста и заключается, например, в подключении к соответствующим точкам интегральных микросхем структуры КМОП (комплиментарной металл-окисел полупроводниковой), имеющей большое (от 10 Ом и выше) входное сопротивление, а при наличии микрозазоров, микротрещин, шероховатостей, неровностей и т.п. в диагностируемых элементах емкостную составляющую и, следовательно, создающих условия дифференцируемости проходящих сигналов, что и может быть зафиксировано как автономными, так и централизованными средствами.
Вместо контактных датчиков сбоев (или дополнительно к ним) в аппаратуру могут вводиться и бесконтактные датчики сбоев 13, 14. Принцип действия БДС основан на регистрации дополнительного (сверх допустимого) электромагнитного излучения источника сбоев (скрытых дефектов) за счет образования микрорезонансных контуров на линиях связи или соединителях, входящих в их состав. Реализация данных датчиков также достаточно проста и, в частном случае, может быть построена на пассивных L, С - элементах, установленных на расстоянии 1÷2 см. от предполагаемого источника сбоев (скрытых дефектов). Число БДС на одной линии связи может быть любым и зависит от необходимости обнаруживать скрытый дефект, как во всем элементе (линии связи), так и в его фрагменте (отдельном отрезке линии связи). На фиг.1 для упрощения показаны только по два БДС на каждую линию связи или узел (соединитель). Также, как и КДС, бесконтактные датчики сбоев могут иметь автономную или централизованную систему индикации и регистрации.
Одновременное срабатывание БДС на различных линиях связи или в разных местах линии и не срабатывание КДС свидетельствует о наличии внешней электромагнитной помехи. Одновременное срабатывание КДС и БДС говорит о внутренней электромагнитной помехе. Идеология включения БДС, а также алгоритм их функционирования в аппаратуре аналогичен КДС. Основное отличие - в величине фиксируемого сигнала в зависимости от расстояния до источника скрытых дефектов.
Источники информации:
1. Ф.М.Митенков, Б.И.Моторов, Л.И.Кутьин, О.Б.Самойлов. Устойчивость подкипающих аппаратов. - М.: Энергоиздат, 1981, гл.7.6, рис.30.
2. Патент РФ №2414759 C1. G21C 17/00. Устройство диагностирования межканальной неустойчивости в реакторе с водой под давлением. Опубл. 20.03.2011. Бюл. №8.