СПОСОБ АВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА ПО СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ПЛОТНОСТИ НЕЙТРОННОГО ПОТОКА Российский патент 2001 года по МПК G21C7/36 

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в системах управления и защиты ядерного реактора для его аварийного останова при недопустимом увеличении скорости изменения плотности нейтронного потока.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является способ аварийной защиты ядерного реактора по скорости изменения плотности нейтронного потока, при котором измеряют параметры нейтронного потока, сравнивают их текущее и пороговое значения и формируют аварийный сигнал при превышении текущего значения над пороговым. При осуществлении известного способа после получения с помощью токового датчика сигнала, пропорционального плотности нейтронного потока, сигнал преобразуют с помощью логарифмирующего и дифференцирующего усилителей в сигнал, обратно пропорциональный периоду изменения плотности нейтронного потока, т.е. получают текущее значение скорости изменения плотности нейтронного потока, которое сравнивают с пороговым значением скорости изменения плотности нейтронного потока, при этом пороговое значение устанавливают равным значению уставки защиты по скорости. В случае отклонения текущего значения от допустимого предела порогового значения формируют сигнал аварийной защиты (см. Шульц M. Регулирование энергетических ядерных реакторов.- М., 1957, с. 311).

Недостатком известного способа является возможность ошибочного определения аварийной ситуации или ее определение с задержкой, что объясняется погрешностью в определении текущего значения скорости изменения плотности нейтронного потока за счет возможного отклонения параметров логарифмирующего элемента и/или дифференцирующего устройства в случае нагрева аппаратуры или ее старения, а также погрешностью в полученном значении скорости изменения плотности нейтронного потока, которая неизбежна при преобразовании одного параметра нейтронного потока в другой. При этом температурная компенсация аппаратуры приводит к ее усложнению и, следовательно, к снижению надежности, а фактор старения может быть выявлен только при плановых проверках аппаратуры.

Задачей настоящего изобретения является создание способа аварийной защиты ядерного реактора, который позволит с высокой точностью и быстродействием определить аварийную ситуацию.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении настоящего изобретения, заключается в сокращении времени определения аварийной ситуации за счет расчета по формуле минимально необходимого времени действия порога, что позволяет повысить быстродействие канала защиты по скорости. Кроме того, использование при расчете времени действия порога заданной величины точности и заданной величины, определяющей максимально прогнозируемую флуктуацию входного параметра (величины, учитывающей погрешность аппаратуры приема сигнала датчика, статистические колебания показаний датчика и помехи в линиях связи), а также прямое сравнение сигнала датчика, пропорционального плотности нейтронного потока (без преобразования в другой параметр нейтронного потока), с пороговым значением позволяет повысить точность определения аварийной ситуации.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе аварийной защиты ядерного реактора по скорости изменения плотности нейтронного потока, при котором измеряют параметры нейтронного потока, сравнивают их текущее и пороговое значения и формируют аварийный сигнал при превышении текущего значения над пороговым, в качестве текущего значения N_тек используют измеренный параметр в виде сигнала, пропорционального плотности нейтронного потока, а пороговое значение N_пор рассчитывают по формуле
N_пор = N_тек • exp (t)/T_уст),
где N_тек текущее значение сигнала;
t - время действия порогового значения;
T_уст - период, равный значению уставки защиты по скорости,
при этом время t действия порогового значения определяют из уравнения
N_тек • exp/t/T_уст)-N_тек•exp(t/T_уст • γ ) = D,
где γ - заданная величина точности определения аварийной ситуации;
D - заданная величина, определяющая максимально прогнозируемую флуктуацию входного параметра.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показаны графики изменения во времени сигналов датчика, пропорциональных плотности нейтронного потока: экспонента 1 - с периодом T₁ короче периода уставки T_уст, экспонента 2 - с периодом T₂, равным периоду уставки T_уст, экспонентa 3 - с периодом T₃ длиннее периода уставки T_уст на величину γ, и экспонента 4 - с периодом T₄ длиннее периода уставки T_уст на величину, значительно превышающую величину уставки.

На представленном чертеже все четыре экспоненты начинаются в одной точке N_тек, которая является текущим значением сигнала датчика, пропорционального плотности нейтронногоо потока. Через время t экспонента 2 (с периодом T₂, равным периоду уставки T_уст) и экспонента 3 (с периодом T₃ длиннее периода уставки T_уст на величину γ процентов) будут отличаться друг от друга на величину D. Графическую зависимость указанных величин можно описать следующим уравнением
N_тек • exp (t)/T_уст)-N_тек• exp (t/T_уст • γ) = D,
где N_тек - текущее значение сигнала;
t - время действия порогового значения;
T_уст - период, равный значению уставки защиты по скорости (период уставки);
γ - заданная величина точности определения аварийной ситуации (проценты);
D - заданная величина, определяющая максимально прогнозируемую флуктуацию входного параметра.

Поскольку значения N_тек, T_уст, γ, D известны, из уравнения можно определить время t, через которое экспоненты 2 и 3 будут отличаться на величину D. Иначе говоря, можно определить время t, по истечении которого можно с точностью γ процентов отличить на величину D период, равный значению уставки от периода, превышающего заданное значение. Зная время t, можно рассчитать пороговое значение N_пор
N_пор = N_тек • exp(t)/T_уст).

Превышение порогового значения N_пор в течение времени t означает развитие ситуации с периодами, равными или короче периода уставки, т.е. развитие аварийной ситуации.

Способ осуществляют следующим образом.

В начальный момент времени получают текущее значение N_тек сигнала датчика, пропорциональное плотности нейтронного потока. Рассчитывают время t, за которое можно достоверно отличить аварийную ситуацию (аварийное укорочение периода нарастания плотности нейтронного потока) от неаварийной. Для этого задают величину периода уставки T_уст, выбирают значение необходимой точности γ определения аварийной ситуации, например, 5 процентов, и выбирают значение D (величины, определяющей максимально прогнозируемую флуктуацию входного параметра) в зависимости от конкретных условий реализации способа, при этом учитывают погрешность аппаратуры приема сигнала датчика, статистические колебания показаний камер деления и помехи в линиях связи. Время t действия порога определяют из уравнения
N_тек • exp(t/T_уст) - N_тек • exp(t/T_уст • γ) = D,
где N_тек - текущее значение сигнала;
γ - заданная величина точности определения аварийной ситуации;
D - заданная величина, определяющая максимально прогнозируемую флуктуацию входного параметра.

Зная время t действия порога, рассчитывают порогое значение N_пор, превышение которого за время t оценивают как аварийную ситуацию. Пороговое значение N_пор рассчитывают по формуле
N_пор = N_тек • exp(t/T_уст),
где N_тек - текущее значение сигнала датчика;
t - время действия порога;
T_уст - период, равный значению уставки защиты по скорости.

Затем рассчитанное пороговое значение N_пор в течение времени t сравнивают с последующими значениями сигналов датчика. По завершении времени t рассчитывают следующее пороговое значение и время его действия на основе текущего значения сигнала датчика на данный момент.

Способ аварийной защиты ядерного реактора по скорости изменения плотности нейтронного потока может быть реализован, например, схемой, которая содержит нейтронный датчик, преобразователь и микропроцессорный контроллер. Электрический сигнал с нейтронного датчика (постоянный ток или импульсы тока), пропорциональный плотности нейтронного потока, поступает в преобразователь, который преобразует сигнал в цифровой код. Микропроцессорный контроллер принимает цифровое значение сигнала датчика и осуществляет все операции (расчеты, сравнения, запоминания) для формирования или неформирования сигнала аварийной защиты, который используется аппаратурой управления исполнительным механизмами для формирования режима аварийной защиты реактора.

Использование: в системах управления и защиты ядерного реактора для его аварийного останова при недопустимом увеличении скорости изменения плотности нейтронного потока. Сущность изобретения: измеряют параметры нейтронного потока, сравнивают их текущее и пороговое значения и формируют аварийный сигнал при превышении текущего значения над пороговым. В качестве текущего значения используют измеренный параметр в виде сигнала, пропорционального плотности нейтронного потока. Пороговое значение рассчитывают по формуле N_пор=N_тек•ехр(t/Т_уст), где N_тек - текущее значение сигнала; t - время действия порогового значения; Т_уст - период, равный значению уставки защиты по скорости. Время t действия порогового значения определяют из уравнения
N_тек•ехр(t/Т_уст)-N_тек•ехр(t/Т_уст•γ)=D,
где γ - заданная величина точности определения аварийной ситуации; D - заданная величина, определяющая максимально прогнозируемую флуктуацию входного параметра. Технический результат: сокращение времени и повышение точности определения аварийной ситуации. 1 ил.

Способ аварийной защиты ядерного реактора по скорости изменения плотности нейтронного потока, при котором измеряют параметры нейтронного потока, сравнивают их текущее и пороговое значения и формируют аварийный сигнал при превышении текущего значения над пороговым, отличающийся тем, что в качестве текущего значения N_тек используют измеренный параметр в виде сигнала, пропорционального плотности нейтронного потока, а пороговое значение N_пор рассчитывают по формуле
N_пор = N_тек • exp(t/T_уст),
где N_тек - текущее значение сигнала;
t - время действия порогового значения;
T_уст - период, равный значению уставки защиты по скорости,
при этом время t действия порогового значения определяют из уравнения
N_тек • exp(t/T_уст) - N_тек • exp(t/T_уст • γ) = D,
где γ - заданная величина точности определения аварийной ситуации;
D - заданная величина, определяющая максимально прогнозируемую флуктуацию входного параметра.