СПОСОБ ЗАЩИТЫ АКТИВНОЙ ЗОНЫ РЕАКТОРА ВВЭР ПО ПРЕВЫШЕНИЮ МОЩНОСТИ И СКОРОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ МОЩНОСТИ РЕАКТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОКАЗАНИЙ ФОНОВЫХ ВНУТРИРЕАКТОРНЫХ ДЕТЕКТОРОВ Российский патент 2012 года по МПК G21C17/00 

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.

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к исследованиям тепловых режимов активных зон ядерных реакторов, например, при эксплуатации ядерного реактора типа ВВЭР, 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 и в качестве дополнительного сигнала для срабатывания защиты активной зоны. Способ состоит в том, что осуществляют контроль за соблюдением проектных ограничений условий работы реактора посредством находящихся вне корпуса реактора датчиков АКНП и набора связанных с СВРК внутриреакторных детекторов, 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). При этом формируют дополнительную связь между входящими в состав ДПЗ фоновыми детекторами и АЗ АРМ через посредство введенного дополнительного модуля управления. Технический результат - расширения физического многообразия детекторов, предназначенных для локального физического регулирования уровня мощности и реакторной защиты. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. 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), отличающийся тем, что формируют дополнительную связь между входящими в состав ДПЗ фоновыми детекторами и АЗ АРМ через посредство введенного дополнительного модуля управления.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании дополнительной связи дополнительно измеряют достоверные токи фоновых жил, безынерционные и пропорциональные мощности активной зоны реактора.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании дополнительной связи дополнительно выполняют калибровку фоновых детекторов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании дополнительной связи дополнительно выявляют изменение суммарного сигнала фоновых жил ДПЗ во времени.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что 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).

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что 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).

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании дополнительной связи дополнительно предварительно определяют и устанавливают величину уставки по превышению абсолютной мощности для инициации срабатывания систем аварийной защиты реактора (АЗ).

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что 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).