СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРИОДА ИЗМЕНЕНИЯ МОЩНОСТИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 2002 года по МПК G21C17/14 

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в системах управления и защиты ядерного реактора, а более конкретно для определения периода изменения мощности ядерного реактора.

Известен способ определения периода изменения мощности ядерного реактора, при котором входной сигнал, пропорциональный мощности реактора, преобразуют в последовательность импульсов, частота которых пропорциональна входному сигналу. Эти импульсы задерживают на величину интервала времени, которую выбирают исходя из условия получения периода в секундах, получают разность частот задержанных и текущих импульсов и определяют период изменения мощности ядерного реактора по формуле

где T_p - период изменения мощности реактора;
I₁ и I₂ - токи, пропорциональные мощностям P₁ и P₂ соответственно;
f₁, f₂ - частоты, соответствующие токам I₁, I₂;
Δt - интервал времени
(а.с. СССР N 805854, МПК G 21 С 17/14, 1982 г.).

Известный способ реализуют с помощью устройства, который содержит токовую камеру, которая соединена с преобразователем аналог - частота, блок задержки, схему вычитания и счетчик периода. Счетный вход счетчика периода соединен с выходом блока задержки, а управляющий вход - с выходом схемы вычитания. Выход блока задержки соединен с входом "минус" схемы вычитания. Выход преобразователя соединен с входом блока задержки и с входом "плюс" схемы вычитания.

Недостатком известного способа являются невысокие точность и быстродействие, что объясняется использованием в качестве интервала времени неизменяемой величины. Кроме этого, недостатком известного способа являются ограниченные возможности его применения, а именно, только в схемах с аналоговым входным сигналом.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к изобретению является способ определения периода изменения мощности ядерного реактора, при котором входной сигнал, пропорциональный мощности реактора, преобразуют в цифровой код, который запоминают (задерживают) и сравнивают с вновь поступившим текущим значением. При превышении текущего значения над задержанным в 2 раза формируется импульс. В известном способе период изменения мощности ядерного реактора определяют из следующего соотношения:

где T - период изменения мощности;
t - время, соответствующее превышению текущего значения мощности реактора над уровнем исходной мощности в 2 раза (IEEE Transactions on Nuclear Science v.NS-20, N 4, aug. 1973, p.12).

Известный способ реализуют с помощью устройства, который содержит токовую камеру, аналого-цифровой преобразователь, запоминающий блок, два компаратора, формирователь импульсов и счетчик периода. Счетчик периода измеряет промежуток времени между импульсами, а также запоминает значение периода Т в промежутке времени между этими импульсами и выводит значение на индикацию и цифропечать.

Недостатком известного способа являются невысокие точность и быстродействие, что объясняется использованием в качестве интервала времени заранее заданной неизменяемой величины. Кроме этого, недостатком известного способа являются ограниченные возможности его применения, например способ можно использовать только в схемах с аналоговым входным сигналом, т.е. в ограниченном диапазоне мощности ядерного реактора, а из-за низкого быстродействия, которое равно измеряемому периоду удвоения (30-1000 сек), способ нельзя использовать для аварийной защиты по периоду, автоматического пуска реактора и т.д.

Задачей настоящего изобретения является создание способа определения периода изменения мощности ядерного реактора, которое обеспечит повышение быстродействия и точности при определении периода изменения мощности ядерного реактора, а также расширение возможности его применения.

Технический результат, который может быть получен при реализации настоящего изобретения, заключается в сглаживании флуктуаций (колебаний) входного сигнала, что позволяет повысить быстродействие и точность при определении периода изменения мощности ядерного реактора.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения периода изменения мощности ядерного реактора, при котором входной сигнал, пропорциональный мощности реактора, преобразуют в цифровой код и используют его в последующей математической обработке, при этом рассчитывают количество текущих значений цифровых кодов по формуле

где К - количество текущих значений цифровых кодов;
Т_ВП - заданное значение верхнего предела периода;
τ - заданное значение длительности такта;
D - размах флуктуаций цифрового кода;
Yi - текущие значения цифровых кодов,
находят усредненную величину текущих значений цифровых кодов по формуле
,
где B - усредненная величина текущих значений цифровых кодов;
Хi - номер такта, соответствующий номеру текущего значения цифрового кода и изменяющийся от 1 до К;
Yi - текущие значения цифровых кодов;
К - количество текущих значений цифровых кодов,
и определяют значение периода изменения мощности ядерного реактора по формуле

где Т - период изменения мощности ядерного реактора;
τ - заданное значение длительности такта;
B - усредненная величина текущих значений цифровых кодов.

Использование заявленного изобретения при определении периода изменения мощности ядерного реактора позволяет получить достоверное значение определяемой величины за счет применения регрессионого анализа (расчета параметров экспоненциальной регрессии). Регрессионный анализ заключается в определении параметров зависимости, описывающей связь между набором пар значений Хi и Yi, таким образом, что графически это можно изобразить в виде кривой с минимальным отклонением от нее точек Хi и Yi, которая представлена на фиг.1.

При применении регрессионного анализа для определения периода изменения мощности ядерного реактора необходимо определить количество пар значений Хi и Yi, используемых для расчета параметров уравнения таким образом, чтобы успешно сгладить флуктуации входного сигнала, но не сгладить полезное изменение входного сигнала.

Чтобы отличить полезное изменение сигнала от его флуктуаций, необходимо определить время, через которое полезные изменения сигнала могут превысить его колебания. Предположив, что полезное изменение сигнала происходит по экспоненте, а его флуктуации имеют размах D, можно написать уравнение для момента времени, когда изменение сигнала достигнет его колебаний:

где Yi - текущие значения сигнала;
К - количество текущих значений Yi;
τ - длительность такта;
Т_вп - период экспоненты (верхний предел достоверно определяемого периода);
D - размах флуктуации.

Левая часть уравнения характеризует экспоненту для времени t=к•τ, а правая часть - максимальное значение статического отклонения входного сигнала. Поскольку значения Yi, T_вп и τ известны (значения Т_вп и τ задают применительно к каждой решаемой конкретной задачи, например для СУЗ РБМК Т_вп= 200 с, τ=0,06 с), то можно получить формулу, которая определяет количество пар значений Хi и Yi, набор которых необходим для достоверного определения значения периода изменения мощности ядерного реактора:
.

Способ реализуют с помощью устройства, функциональная схема которого представлена на фиг.2.

Устройство содержит преобразователь 1 входного сигнала датчика в цифровой код и вычислительный блок 2, который имеет блок 3 определения необходимого количества цифровых кодов, блок 4 определения усредненной величины текущих значений цифровых кодов и блок 5 определения значения периода. Преобразователь 1 и вычислительный блок 2 синхронизированы по времени тактовыми импульсами длительностью τ с помощью тактового генератора 6. Длительность тактов выбирают в зависимости от решения каждой конкретной задачи, например для СУЗ РБМК τ=0,06 с. Выход преобразователя 1 соединен со входами блока 5 определения значения периода и блока 3 определения необходимого количества цифровых кодов. На выходе блока 5 получают значение измеренного периода изменения мощности ядерного реактора. В качестве преобразователя могут быть использованы аналого-цифровой преобразователь или преобразователь частота - код, работающие в линейном режиме.

Способ определения периода изменения мощности ядерного реактора осуществляют следующим образом.

На преобразователь 1 подают сигнал от датчика, при этом сигнал может быть в виде импульсов от камеры деления или в виде аналогового сигнала от токовой камеры. В преобразователе 1 полученный сигнал преобразуют в цифровой код, который передают в блок 3 определения необходимого количества цифровых кодов, где рассчитывают количество цифровых кодов по формуле
,
где К - количество текущих значений цифровых кодов;
Т_ВП - заданное значение верхнего предела периода;
τ - заданное значение длительности такта;
D - размах флуктуации цифрового кода;
Yi - текущие значения цифровых кодов.

Значение верхнего предела периода выбирают, например, для СУЗ РБМК равным 200 с, а длительность такта - равным 0,06 с. Размах флуктуаций цифрового кода определяют в зависимости от применяемого в устройстве датчика, так, при использовании камеры деления размах флуктуаций равен а для токовой камеры размах флуктуаций определяется точностью аналого-цифрового преобразователя и помехами в линии связи.

После этого рассчитанное значение количества цифровых кодов передают в блок 4 определения усредненной величины цифровых кодов, где определяют усредненную величину текущих значений цифровых кодов по формуле

где B - усредненная величина текущих значений цифровых кодов;
Xi - номер такта, соответствующий номеру текущего значения цифрового кода и изменяющийся от 1 до К;
Yi - текущие значения цифровых кодов;
К - количество текущих значений цифровых кодов.

Затем полученную усредненную величину текущих значений цифровых кодов передают в блок 5, где определяют значение периода изменения мощности ядерного реактора по формуле

где Т - период изменения мощности ядерного реактора;
τ - заданное значение длительности такта;
B - усредненная величина текущих значений цифровых кодов.

Использование: в системах управления и защиты ядерного реактора. Сущность изобретения: для повышения точности и быстродействия за счет сглаживания флуктуаций входного сигнала последний преобразуют в цифровой код, рассчитывают количество текущих значений цифровых кодов по формуле где К - количество текущих значений цифровых кодов; Т_ВП - заданное значение верхнего предела периода; τ - заданное значение длительности такта; D - размах флуктуаций цифрового кода; Yi - текущие значения цифровых кодов, находят усредненную величину текущих значений цифровых кодов по формуле где В - усредненная величина текущих значений цифровых кодов; Xi - номер такта, соответствующий номеру текущего значения цифрового кода и изменяющийся от 1 до К; Yi - текущие значения цифровых кодов; К - количество текущих значений цифровых кодов, и определяют значение периода изменения мощности ядерного реактора по формуле где Т - период изменения мощности ядерного реактора; τ - заданное значение длительности такта; В - усредненная величина текущих значений цифровых кодов. 2 ил.

Способ определения периода изменения мощности ядерного реактора, при котором входной сигнал, пропорциональный мощности реактора, преобразуют в цифровой код и используют его в последующей математической обработке, отличающийся тем, что рассчитывают количество текущих значений цифровых кодов по формуле

где К - количество текущих значений цифровых кодов;
Т_ВП - заданное значение верхнего предела периода;
τ - заданное значение длительности такта;
D - размах флуктуаций цифрового кода;
Yi - текущие значения цифровых кодов,
находят усредненную величину текущих значений цифровых кодов по формуле

где В - усредненная величина текущих значений цифровых кодов;
Xi - номер такта, соответствующий номеру текущего значения цифрового кода и изменяющийся от 1 до К;
Yi - текущие значения цифровых кодов;
К - количество текущих значений цифровых кодов
и определяют значение периода изменения мощности ядерного реактора по формуле

где Т - период изменения мощности ядерного реактора;
τ - заданное значение длительности такта;
В - усредненная величина текущих значений цифровых кодов.