УСТРОЙСТВО АВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫ АТОМНОГО РЕАКТОРА Советский патент 1995 года по МПК G21C7/36 

Изобретение относится к атомной технике, в частности к устройствам аварийной защиты (АЗ), и может быть использовано для защиты атомного реактора при аварийных ситуациях.

Цель изобретения повышение быстродействия защиты при аварийных изменениях реактивности.

Заявленное устройство обеспечивает формирование сигнала АЗ практически без задержки по отношению к моменту достижения относительной скорости изменения мощности реактора аварийного значения и, следовательно, повышает безопасность эксплуатации реактора.

Заявленное техническое решение характеризуется новой совокупностью признаков. Введение (n-1) датчиков, блока усреднения и инвертора приводит к тому, что при быстром аварийном изменении мощности реактора сигнал АЗ формируется практически без задержки по отношению к моменту достижения относительной скорости изменения мощности аварийного значения.

На фиг. 1 приведена схема устройства аварийной защиты атомного реактора; на фиг. 2 схема блока усреднения; на фиг. 3 схема инвертора; на фиг. 4 схема порогового блока.

Устройство содержит n внутриреакторных датчиков 1, каждый из которых преобразует мощность реактора в локальной области в электрический сигнал. Выходы датчиков 1 подключены к соответствующим входам блока усреднения 2, выходной сигнал которого пропорционален измеренной мощности. Выход блока 2 подключен к входу дифференцирующего усилителя 3, постоянная времени которого выбирается в пределах 0,7-1 с и выходной сигнал которого пропорционален скорости изменения мощности реактора, и входу инвертора 4, выходной сигнал которого пропорционален уровню мощности. Выход усилителя 3 подключен к первому входу порогового блока 5, а выход инвертора 4 подключен к второму входу порогового блока 5, сигнал с выхода которого выдается в схему аварийной защиты 6.

Блок усреднения 2 содержит n одинаковых цепей, каждая из которых содержит последовательно включенные нормирующий усилитель 7, ключ 8 и резистор 9, усилитель напряжения 10. Выходы всех цепей подключены к входу усилителя напряжения 10 с регулируемым коэффициентом усиления. Входы нормирующих усилителей 7 являются входами, а выход усилителя 10 выходом блока усреднения 2.

Инвертор 4 состоит из последовательно соединенных резисторов 11 и 12 и усилителя напряжения 13 с большим коэффициентом усиления (например, операционный усилитель). Между входом и выходом усилителя 13 включен элемент обратной связи 14. К общей точке резисторов 11 и 12 через диод 15 подключен источник опорного напряжения 16. Вывод резистора 11 является входом инвертора, а выход усилителя 13 выходом инвертора 4.

Пороговый блок 5 содержит компаратор 17, делитель напряжения 18 на двух последовательно соединенных резисторах 19 и 20 и последовательно соединенные резистор 21 и ключ 22, которые подключены параллельно резистору 20. Первый вход компаратора 17 является первым входом порогового блока 5, а выход компаратора 17 подключен к управляющему входу ключа 22 и является выходом порогового блока 5. Второй вход компаратора 17 соединен с общей точкой резисторов 19, 20, которая является отводом делителя напряжения 18 и через последовательно соединенные третий резистор 21 и ключ 22 соединена с общей шиной. Вывод второго резистора 20 соединен с общей шиной, вход делителя напряжения 18 является вторым входом порогового блока 5.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы измеренной локальной мощности поступают с выходов датчиков 1 на входы блока усреднения 2. Сигнал на выходе блока 2 пропорционален мощности реактора и определяется из выражения
U₂k₇·k₁₀ (1) где I₁, I_n сигналы датчиков 1;
k₇ коэффициент преобразования нормирующих усилителей 7;
k₁₀ коэффициент усиления по напряжению усилителя 10;
n количество датчиков 1.

Дифференцирующий усилитель 3 является реальным дифференцирующим звеном 1-го порядка с передаточной функцией:
W(p)=K (2) где К₃ коэффициент передачи дифференцирующего усилителя 3 на высоких частотах;
Т постоянная времени дифференцирующего усилителя 3.

На частотах меньше f_ср 1/Т напряжение на выходе дифференцирующего усилителя 3 (U_диф), а следовательно и на первом входе порогового блока 5, будет изменяться пропорционально скорости изменения выходного сигнала U₂:
U_диф=K₃·T (3)
На второй вход порогового блока 5 поступает сигнал уставки с выхода инвертора 4; U_уст К₄^.U₂.

Таким образом имеем
(4)
Пороговый блок 5 сработает при > k₁₈, где k₁₈ коэффициент деления делителя напряжения 18, т.е. при относительной скорости роста входного сигнала больше значения аварийной установки по скорости V . Сигнал с выхода порогового блока 5 поступит в схему аварийной защиты 6, вызовет срабатывание устройства аварийной защиты.

Анализ работы устройства показывает, что при разгоне реактора с постоянного уровня с периодом Т_вх, сигнал на выходе дифференцирующего усилителя 3 определяется выражением:
U_диф(t)=U₂(0)e-e, (5)
а на выходе инвертора 4:
U_уст(t) U₂(0) K₄ e^t/^Твх (6)
При Т_вх Т_АЗ (Т_АЗ уставка аварийной защиты по периоду) и t >> Т_вх, Т имеет U_диф(t) U_уст(r) k₁₈, откуда
K₄K₁₈ (7)
Из (5), (6) и (7) и учитывая, что U_диф(0)0, U_уст(0)=U₂(0) получаем следующее выражение для разностного сигнала на входах компаратора КОМП (с учетом нормирования на U_уст(0) k₁₈:
ΔU(t) e + e^-t/T
(8)
Компаратор 17 срабатывает при Δ U(t) 0. Анализ выражения (8) показывает: для того, чтобы в диапазоне мощностей реактора от 10 до 100% N_ном к моменту начала взаимодействия систем АЗ возрастание уровня мощности было более 15% от исходного уровня в диапазоне относительных скоростей изменения мощности от 20 до 100% с^-1 и при Т_АЗ 10 с необходимо, чтобы постоянная дифференцирования Т была не более 1 с, что подтверждает достижение поставленной цели.

Для исключения автоколебательных процессов в характеристику компаратора 17 введен гистерезис. Выполнение порогового блока 5 предложенным образом позволяет сделать гистерезис относительным, т.е. отношение разности порогов срабатывания и отпускания к уровню самого сигнала на первом входе компаратора 17 не зависит от уровня этого сигнала. При срабатывании компаратора 17 сигнал с его выхода поступает на управляющий вход ключа 22 и открывает его, резистор 21 подключается параллельно резистору 20. Вследствие этого сигнал уставки на втором входе компаратора 17 уменьшается. Величина уменьшения зависит от номинала резистора 21, который на практике выбирается таким образом, чтобы обеспечить гистерезис порядка 3-5%
Выполнение инвертора 4 предложенным образом позволяет на малых уровнях мощностей перейти из режима аварийной защиты по относительной скорости в режим аварийной защиты по абсолютной скорости изменения мощности. При уменьшении сигнала на выходе блока усреднения 2 до уровня U_оп (1 + R₁₁/R₁₂) (U_оп напряжение источника опорного напряжения 10, R₁₁, R₁₂ номиналы резисторов 11 и 12) открывается диод 15 (на практике необходимо учитывать падение напряжения на диоде 15), и уставка на выходе инвертора 4 фиксируется на постоянном уровне. Элемент на выходе инвертора 4 фиксируется на постоянном уровне. Элемент обратной связи 14 может состоять, например, из одного резистора, или из параллельно включенных резистора и конденсатора, или резистора и диода, или в другом виде в зависимости от конкретных практических требований.

В блоке усреднения 2 нормирующие усилители 7 преобразуют токовые сигналы датчиков 1 в напряжение постоянного тока. Ключи 8 позволяют отключать неисправные датчики, но при этом сигнал на выходе блока 2 практически не изменяется (см. выражение (1)), т. к. при этом сумма в числителе содержит (n-1) слагаемых вместо n, но и в знаменателе вместо n нужно ставить n-1.

Предлагаемое устpойство наиболее эффективно может использоваться в системах аварийной защиты атомного реактора в диапазоне мощности от 1 до 100% N_ном при использовании в качестве датчиков внутризонных эмиссионных датчиков, общее число которых, например, в реакторах РБМК-1000 равно 130 шт.

Область использования: в атомной технике, в частности, в устройствах аварийной защиты (АЗ) для защиты атомного реактора при аварийных ситуациях. Сущность изобретения: повышение быстродействия защиты при аварийных изменениях реактивности за счет того, что в уе, содержащем n внутриреакторных датчиков, выходы которых подключены к соответствующим входам блока усреднения, выход блока усреднения подключен к входу дифференцирующего усилителя и к входу инвертора, выходной которого подключен к второму входу порогового блока, сигнал с выхода последнего выдается в схему аварийной защиты. Блок усреднения содержит усилитель напряжения и n одинаковых цепей, каждая из которых содержит последовательно включенные нормирующий усилитель, ключ и резистор. Выходы всех цепей подключены к входу усилителя напряжения. Инвертор состоит из двух последовательно соединенных резисторов и усилителя напряжения, между входом и выходом которого включен элемент обратной связи. К общей точке резисторов через диод подключен источник опорного напряжения. Выход первого резистора является входом инвертора, а выход усилителя выходом инвертора. Пороговый блок содержит компаратор, делитель напряжения на первом и втором резисторах и последовательно соединенные резистор и ключ, которые подключены параллельно второму резистору. Первый вход компаратора является первым входом порогового блока, а выход компаратора подключен к управляющему входу ключа и является выходом порогового блока. Входной вход компаратора соединен с общей точкой первого и второго резисторов, а вход делителя напряжения является вторым входом порогового блока. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО АВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫ АТОМНОГО РЕАКТОРА, содержащее датчик, выход которого подключен к первому входу преобразователя тока в напряжение, выход которого через дифференциальный усилитель связан с первым входом порогового блока, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия защиты при аварийных изменениях реактивности, в него введены инвертор и (n - 1) датчики, выход дифференциального усилителя подключен к первому входу порогового блока, преобразователь тока в напряжение выполнен в виде блока усреднения, выходы (n 1) датчиков подключены соответственно к (n 1) входам блока усреднения, где n число датчиков, вход инвертора соединен с выходом блока усреднения, а выход подключен к второму входу порогового блока. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пороговый блок содержит компаратор, первый вход которого является первым входом порогового блока, делитель напряжения, состоящий из первого и второго резисторов, причем первый вывод первого резистора является вторым входом порогового блока, второй вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора, вторым входом компаратора и через последовательно соединенные третий резистор и ключ подключен к второму выводу второго резистора и общей шине, при этом выход компаратора является выходом порогового блока и соединен с управляющим входом ключа. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок усреднения содержит усилитель и первую n-ю цепи, выходы которых подключены соответственно к первому n-входам усилителя, выход которого является выходом блока усреднения, при этом каждая цепь содержит последовательно соединенные нормирующий усилитель, вход которого является входом блока усреднения, ключ и резистор. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что инвертор содержит первый и второй резисторы, первый вывод первого из которых является входом инвертора, источник опорного напряжения через диод подключен к второму выводу первого резистора и через второй резистор к входу усилителя напряжения, выход которого является выходом инвертора.