СПОСОБ ЗАЩИТЫ АКТИВНОЙ ЗОНЫ РЕАКТОРА ВВЭР ПО ПРЕВЫШЕНИЮ МОЩНОСТИ И СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ МОЩНОСТИ РЕАКТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОКАЗАНИЙ ФОНОВЫХ ВНУТРИРЕАКТОРНЫХ ДЕТЕКТОРОВ
PROTECTION METHOD OF VVER REACTOR CORE AS TO REACTOR POWER OVERSHOOT AND POWER CHANGE RATE USING READINGS OF BACKGROUND IN-CORE DETECTORS

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности, к исследованиям тепловых режимов активных зон ядерных реакторов, например, при эксплуатации ядерного реактора типа ВВЭР (Водо-водяной энергетический реактор), систем внутриреакторного контроля, для обеспечения контроля за полем энерговыделения в реакторе типа ВВЭР, и может быть использовано в атомной энергетике при расчете мощности активной зоны, реактивности (изменению мощности во времени) и в качестве дополнительного сигнала для срабатывания защиты активной зоны (для расширения физического многообразия независимых сигналов для защиты).
Используемые сокращения:
РБМК - реактор большой мощности, канальный.
КЭДН - комптоновские эмиссионные детекторы нейтронов.
ВВЭР - водо-водяной энергетический реактор
АКНП - аппаратура контроля нейтронного потока.
АЗ АРМ - аварийная защита, автоматический регулятор мощности.
ОР СУЗ - органы регулирования системы управления и защиты.
ДПЗ - детектор прямого заряда.
СВРК - система внутриреакторного контроля.
ПЗ1 - предупредительная защита первого рода.
ПЗ2 - предупредительная защита второго рода.
АЗ - аварийная защита.
Известно техническое решение по Патенту РФ 2310248, МПК G21C 17/00, Система контроля нейтронного потока ядерного реактора,
использующееся на реакторе РБМК (реактор большой мощности, канальный) и на реакторе ВВЭР.
Данное изобретение относится к области контроля нейтронного потока для обеспечения контроля, управления и защиты корпусных ядерных реакторов.
Недостатками указанного решения по Патенту РФ 2310248 является принципиально низкая нейтронная чувствительность, которая вынуждает увеличивать габариты КЭДН, уменьшает число КЭДН в сборке, но, тем не менее, не позволяет обеспечить достаточно точное введение поправки на ток линии связи и создает известные сложности при работе регистрирующей и управляющей аппаратуры.
Известно также техническое решение: реактор ВВЭР-1000:
См. «Технологическая схема энергоблоков с реакторами ВВЭР440 и ВВЭР1000
Основные конструкционные характеристики активной зоны ВВЭР-1000.
olav-smt.narod.ru/firm/reactor.htm
Указанное решение может рассматриваться в качестве прототипа к заявленному.
Недостатками указанного известного решения также является низкая нейтронная чувствительность, недостаточно точное введение поправок на ток линии связи, что создает известные сложности при работе регистрирующей и управляющей аппаратуры.
Решаемой технической задачей предлагаемого способа является расширение физического многообразия множества детекторов, предназначенных для локального автоматического регулирования уровня мощности и реакторной защиты за счет привлечения (формирование дополнительных связей) фоновых детекторов, являющихся безинерционными гамма-детекторами, что обеспечит максимальную достоверность сведений о распределении поля энерговыделения в активной зоне реактора, безопасность эксплуатации реакторной установки и, соответственно, будет способствовать улучшению экономических характеристик эксплуатации реактора.
Решение указанной технической задачи обеспечивается изложенной ниже предполагаемой совокупностью существенных признаков,
а именно:
Способ защиты активной зоны реактора ВВЭР по превышению мощности и скорости изменения мощности реактора с использованием показаний фоновых внутриреакторных детекторов, входящих в состав ДПЗ, состоящий в том, что осуществляют контроль за соблюдением проектных ограничений условий работы реактора посредством находящихся вне корпуса реактора АКНП, включающей СВРК, и набора связанных с СВРК внутриреакторных детекторов, имеющегося в составе реактора модуля управления АЗ АРМ, и набора связанных с АЗ АРМ внереакторных детекторов и инициируют срабатывание систем регулирования уровнем мощности реактора (ОР СУЗ) и/или систем аварийной защиты реактора (АЗ),
причем
формируют дополнительную связь между входящими в состав ДПЗ фоновыми детекторами и АЗ АРМ через посредство введенного дополнительного модуля управления,
при этом
- при формировании дополнительной связи дополнительно измеряют достоверные токи фоновых жил, безинерционные и пропорциональные мощности активной зоны реактора;
- при формировании дополнительной связи дополнительно выполняют калибровку фоновых детекторов.
- при формировании дополнительной связи дополнительно выявляют изменение суммарного сигнала фоновых жил ДПЗ во времени;
- при формировании дополнительной связи дополнительно предварительно определяют и устанавливают величину уставки по превышению абсолютной мощности для инициации срабатывания систем регулирования уровнем мощности реактора (ОР СУЗ);
- при формировании дополнительной связи дополнительно предварительно определяют и устанавливают величину уставки по скорости изменения мощности (периоду разгона) для инициации срабатывания систем регулирования уровнем мощности реактора (ОР СУЗ);
- при формировании дополнительной связи дополнительно предварительно определяют и устанавливают величину уставки по превышению абсолютной мощности для инициации срабатывания систем аварийной защиты реактора (АЗ);
- при формировании дополнительной связи дополнительно предварительно определяют и устанавливают величину уставки по скорости изменения мощности (периоду разгона) для инициации срабатывания систем аварийной защиты реактора (АЗ).
Предложенное решение поясняется графически.
На представленной фигуре позициями обозначены:
1 - корпус ВВЭР.
2 - линия связи АКНП с модулем управления (АЗ АРМ) ОР СУЗ.
3 - датчики АКНП.
4 - датчики (ДПЗ и фоновые) СВРК.
5 - активная зона ВВЭР.
6 - линия связи модуля управления с ОР СУЗ.
7 - линии связи внутриреакторных датчиков с СВРК.
8 - линия связи фоновых детекторов с модулем управления (АЗ АРМ) ОР СУЗ.
9 - дополнительный модуль управления.
10 - ОР СУЗ.
Описание сущности предложенного изобретения.
Ядерный реактор, как объект контроля, характеризуется большим количеством разнообразных взаимосвязанных физических величин, причем часть из них является распределенными в пространстве (полевыми) величинами. Одной из наиболее сложных и наиболее важных задач является получение достоверных и независимых сигналов для срабатывания ПЗ1 (предупредительная защита первого рода), ПЗ2 (предупредительная защита второго рода) и АЗ (аварийная защита). Чем больше физическое многообразие этих сигналов, тем безопаснее данная реакторная установка. Данная задача важна как для обеспечения безопасности эксплуатации реакторной установки, так и для улучшения экономических характеристик эксплуатации.
В настоящее время контроль за соблюдением проектных ограничений возложен на внутриреакторные датчики ДПЗ (нейтронно-чувствительные детекторы прямого заряда) и ТП (термопары, термометры сопротивления) и на АКНП (аппаратура контроля нейтронного потока), находящуюся за корпусом реактора.
Предлагается дополнить этот набор датчиков уже физически существующим набором фоновых датчиков (фоновые датчики - детекторы - входят в состав ДПЗ, причем в настоящее время их функциональность состоит только в выделении полезного, активационного, метрологически обусловленного сигнала нейтронно-чувствительных датчиков), при этом количество фоновых датчиков равно числу ДПЗ в активной зоне реактора. Существенным преимуществом фоновых датчиков является их нахождение в активной зоне реактора (в отличие от АКНП) и их безинерционность к любому изменению по скорости мощности активной зоны (в отличие от ДПЗ, где мгновенная составляющая сигнала сейчас выделяется аппаратно).
Предлагаемый способ определения мощности ТВС в местах размещения нейтронных детекторов, мощности и реактивности (периоду разгона) активной зоны в процессе эксплуатации реактора ВВЭР включает следующие операции:
- с помощью аппаратуры системы внутриреакторного контроля измеряют достоверные токи фоновых жил, безинерционные и пропорциональные мощности активной зоны реактора (по функциям подходят аналог 1, прототип: Защита реактора по АКНП (аппаратура контроля нейтронного потока);
- выполняется калибровка (определяются коэффициенты перехода от тока фонового детектора к мощности ТВС и от суммы токов фоновых детекторов к мощности активной зоны (по функциям подходят аналог 1, прототип: Защита реактора по АКНП (аппаратура контроля нейтронного потока);
- по изменению суммарного сигнала фоновых жил ДПЗ во времени с помощью аппаратуры системы внутриреакторного контроля и заранее определенных уставок по превышению абсолютной мощности, скорости изменения мощности (периоду разгона) принимают аппаратное решение о срабатывании систем регулирования уровнем мощности реактора (ОР СУЗ) и при необходимости аварийной защиты реактора (АЗ) (по функциям подходит прототип: Защита реактора по АКНП (аппаратура контроля нейтронного потока).
Предложенный способ отличается от известного возможностью наиболее достоверного определения скорости изменения (периода разгона) мощности активной зоны реакторной установки в процессе эксплуатации реактора ВВЭР.
Таким образом, при определении мощности активной зоны реактора, скорости изменения мощности предлагается дополнить уже существующий набор внутриреакторных и внереакторных детекторов фоновыми детекторами, входящими в состав ДПЗ, придав им (фоновым детекторам) дополнительные функции (а именно, дополнительно осуществляют контроль за соблюдением проектных ограничений условий работы реактора посредством входящих в состав ДПЗ фоновых детекторов), что обеспечит максимальную достоверность сведений об объемном и временном распределении поля энерговыделения в активной зоне реактора, безопасность эксплуатации реакторной установки и, соответственно, будет способствовать улучшению экономических характеристик эксплуатации реактора.
Уточнения к изложенному:
- признаки: «…гамма-чувствительный детектор…»
следует понимать как:
«…гамма-чувствительный детектор, показания которого линейно и безинерционно зависят от мощности ТВС (тепловыделяющей сборки) в которой он находится…»;
- признаки:
«…периоду разгона…» следует понимать как:
«…время удвоения мощности…».
Источники информации
1. Патент РФ 2310248, МПК G21C 17/00 «СИСТЕМА КОНТРОЛЯ НЕЙТРОННОГО ПОТОКА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА», Использование в «Канальном ядерном энергетическом реакторе РБМК. Москва, изд-во «ГУП НИКИЭТ», 2006 г. (аналог).
2. Прототип: защита активной зоны реактора ВВЭР по локальным параметрам с использованием показаний внутриреакторных нейтронных детекторов, см. реактор ВВЭР-1000:
См. «Технологическая схема энергоблоков с реакторами ВВЭР440 и ВВЭР1000
Основные конструкционные характеристики активной зоны ВВЭР-1000.
olav-smt.narod.ru/firm/reactor.htm.