CH643673A5

CH643673A5 - Sicherheitseinrichtung eines kernreaktors.

Info

Publication number: CH643673A5
Application number: CH844979A
Authority: CH
Inventors: Russell Martin Ball
Original assignee: Babcock & Wilcox Co
Priority date: 1979-01-22
Filing date: 1979-09-19
Publication date: 1984-06-15
Also published as: GB2040522A; DE2929508A1; FR2447080A1; JPS5599097A; ES8101805A1; CA1127778A; DE2929508C2; ES485030A0; FR2447080B1; IT7926494A0; IT1123844B; US4308099A; MX6481E; GB2040522B

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Sicherheitseinrichtung eines Kernreaktors.

Es sind Sicherheitseinrichtungen bekannt, deren Digital-Rechenmoduln Teil der Schutzeinrichtung des Reaktors bilden. Das Wesentliche dieser Technik besteht in der Umwandlung des Eingangssignals in digitale Form, dem Speichern in einem Speicher, der Verwendung eines gespeicherten Programms zur Verarbeitung der gespeicherten Daten und der Darstellung eines Ausgangssignals. Alle diese Funktionen werden im wesentlichen in Serie ausgeführt im Zeitbereich eines einzigen Zentralcomputers.

Der Nachteil dieser bekannten Einrichtung liegt im grossen Zeitbedarf für die sich folgenden Rechenvorgänge und in der Komplexität des Programms, das zur aufeinanderfolgenden Verarbeitung der einzelnen gemessenen Parameter erforderlich ist. Der normale Ablauf setzt die Aufnahme der Datenparameter voraus, um eine Serie von Rechenoperationen durchführen zu können, und um am Ende dieser Rechenoperationen Daten zu erzeugen, welche aussagen, ob der Reaktor sich in einem sicheren Betriebszustand befindet oder nicht.

Ein anderes Problem bei diesen bekannten Einrichtungen liegt in der Natur der verwendeten Digital-Rechner, in welchen die Daten, abgesehen von der Angabe der Speicherstelle, ihre Identität verlieren. So werden das Abtasten der Programme und die Fehlersuche im System besonders zeitraubend. Damit das Serien-Rechensystem kontinuierlich und vollständig getestet und wieder getestet werden kann, um absolute Sicherheit zu gewährleisten, muss jeder der gemessenen Parameter, der die Sicherheit beeinträchtigen kann, jeden möglichen Wert oder Zustand relativ zu allen andern Parametern annehmen können. Wenn z.B. die möglichen Reaktortemperaturen 4000 verschiedene Werte annehmen können, während der Druck 4000 verschiedene, dazwischenliegende Werte und auch der Flüssigkeitsstrom 4000 mögliche Werte annehmen kann, dann muss die Zahl der möglichen Eingangszustände der Serien-Rechenmaschine 4000 in der dritten Potenz betragen. Um dies einwandfrei testen zu können, auch wenn jede Werttestung nur '/io Sekunde benötigt, würde dies Hunderte von Jahren dauern. Deshalb wurden schon andere Massnahmen vorgeschlagen, um sicher zu stellen, dass in den Programmen des Sicherheitssystems keine Fehler auftreten. Dies verlangt eine umfangreiche Überprüfung und Kontrolle durch unabhängiges technisches Personal und Überwachungsgremien.

Die vorliegende Erfindung bezweckt deshalb die Lösung der Probleme der bekannten Einrichtungen, indem sie eine Sicherheitseinrichtung vorsieht, die mit einer Parallel-Kombi-nation von Rechenmoduln arbeitet, von denen jeder die Daten eines eigenen Parameters erhält und Funktionen liefert, die zusammengezählt werden. Jede einzelne Funktion des parallelen Rechenmodulsatzes setzt sich somit aus einem einzigen Parameter und einem Satz von Konstanten zusammen. Jeder Parameter wird unabhängig von den andern in eine Funktion dieses Parameters verwandelt, so dass eine Überprüfung zwischen diesem Parameter und dem Ausgang unter Verwendung aller möglichen Werte dieses Parameters möglich ist. Ausgehend vom vorangehend erwähnten Beispiel, bei welchem jeder Parameter 4000 verschiedene Zustände annehmen kann, ergibt sich, dass die Zahl aller möglichen Zustandskombinationen, die getestet werden müssen, nicht mehr die dritte Potenz von 4000 beträgt, sondern nur die Summe der drei je 4000 betragenden Werte, also 12000 mögliche Zustände. Bei einer Testgeschwindigkeit von einem Test pro '/io Sekunde ergibt sich eine Testzeit von etwa 30 Minuten. Somit lässt sich die Einrichtung vollständig durchtesten, wobei alle Werte des dem Eingang zugeführten Parameters getestet werden können, um festzustellen, ob alle Funktionen des Parameters an einem Analogausgang korrekt sind. Somit können Eingang und Ausgang in Analogform für jeden Parameter getestet werden. Mit andern Worten, die Sicherheitseinrichtung eines Kernreaktors ist erfindungsge-mäss gekennzeichnet durch eine Serie von Wandlern zum Messen verschiedener Betriebsparameter des Reaktors, eine Serie von parallel geschalteten Rechenstationen, von welchen jede mit einem der die Parameter messenden Wandler verbunden ist zum Berechnen einer Funktion des Parameters, die ein Mass für den durch diesen Parameter bedingten Prozentsatz der maximalen Reaktorleistung darstellt, und ferner eine Summierstation zur Aufnahme aller Funktionsausgänge der Rechenstationen und Summierung dieser Ausgänge zwecks Erzeugung eines Steuersignals, das die Istleistung des Reak-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

643 673

tors in Prozenten der maximalen Reaktorleistung angibt.

Ein Vorteil der erfindungsgemässen Ausbildung besteht darin, dass die Parameter in einfacher Weise ausgewechselt oder neu hinzugefügt werden können, indem ein Satz von Konstanten, der den Rechenmoduln zugeht, welche die Funktionsberechnung vornehmen, entsprechend geändert wird. Mit solchen Änderungen kann die Funktion jedem gewünschten Wert angepasst werden.

Die Erfindung führt somit zu einer Sicherheitseinrichtung, in welcher Funktionen verschiedener Parameter, welche die Sicherheit des Reaktors beeinträchtigen können, einzeln berechnet werden, um daraus ein Sicherheits-Steuersignal zu erzeugen.

In der Zeichnung (Fig. 1) ist schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt.

In der Zeichnung ist eine Sicherheitseinrichtung 10 eines Kernreaktors dargestellt, die ein Signal S liefert, das der Reaktorleistung in Prozenten der maximalen Reaktorleistung entspricht. Dieses Steuersignal S wird in einem Vergleichsverstärker 12 mit einem Referenzsignal R verglichen, das der maximalen Reaktorleistung entspricht. Der Vergleichsverstärker 12 liefert ein Alarm- oder Abstellsignal A für den Reaktor (nicht gezeichnet), wenn das Steuersignal S das Referenzsignal R übersteigt.

Das Steuersignal S kann als die Summe der Funktionen verschiedener gemessener Reaktor-Parameter dargestellt werden, und zwar wie folgt:

S = f(P) + f(T) + f(<PT) + f(cpB) + f(W)

worin:

f(P) = Ao + AiP + A2P2 + - AXPX f(T) = Bo + BiT + B2T2 + - ByT*

f(Of) — Co + Ci®t + C?-Oj~ -{- — CzO[7 f(0B) = Do + DiCpß + D2®b2 + - DkOBk f(W) = Eo = EiW + E2W2 + - Em Wm wobei die A-, B-, C-, D- und E-Werte Konstanten sind, die einer vorberechneten Sicherheitsfunktion unter gewissen Kriterien (z.B. kleinste Quadrate) entsprechen, während P den Reaktordruck, T die Reaktortemperatur, Ot den am oberen Reaktorteil entweichenden Neutronenfluss, ®B den am , unteren Reaktorteil entweichenden Neutronenfluss und W den Kühlmittelstrom im Reaktor bedeuten.

Die vorberechnete Funktion für jeden gemessenen Reaktorparameter P, T, ®T, <5b und W ist durch thermohydrauli-sche Versuche festgelegt, welche die maximale Wärmemenge bestimmen, die aus einem spezifischen Volumen eines in Betrieb befindlichen Kernreaktors entnommen werden kann.

Der Beitrag des Druckparameters P z.B. wurde experimentell festgestellt als f(P) =A'iP + AVP2

Dieser experimentell gefundenen Gleichung kann für alle brauchbaren Werte von P eine polynome Beziehung (wie sie auf Seite 8 erwähnt ist) genügen. Die Werte für Ao, Ai, A2... Ax werden der gewünschten Genauigkeit der Gleichungslösung entsprechend gesetzt. In der Praxis wurde kein Polynom gefunden, das den Ausdruck mit weniger als den Gliedern dritten Grades der P-Werte richtig wiedergibt.

In gleicher Weise wurden die Funktionen von T, ®T, ®B und W experimentell abgeleitet und durch Polynome dritten Grades oder weniger approximiert. Derart experimentell gefundene Funktionen und ihre polynome Lösung sind bekannt und deshalb hier nicht mehr näher erläutert.

In der gezeichneten Sicherheitseinrichtung 10 werden die Parameter mittels Wandlern gemessen, die in bekannter geeigneter Weise im Reaktor angeordnet sind. Die gemessenen Parameter-Signale P, T, ®T, ®B und W werden einzeln in den zugeordneten Verstärkern 20a, 20b, 20c, 20d und 20e verstärkt; die verstärkten Signale werden in den Verstärkern in Serie nachgeordneten Analog/Digitalumwandlern 22a, 22b, 22c, 22d und 22e in Digitalwerte umgewandelt.

Jede der vorangehend genannten Funktionen f(P), f(T), f(®T), f(®B) und f(W), welche das Steuersignal S bilden, wird in einem der entsprechenden parallel geschalteten Microprozessoren 14a, 14b, 14c, 14dund 14e berechnet. Die Microprozessoren besitzen Speicherteile 16a, 16b, 16c, 16d und 16e und entsprechende Programmteile 18a, 18b, 18c, 18d und 18e.

Die Arbeitsweise der Einrichtung 10 kann am besten so beschrieben werden, dass gleichzeitig für jeden der gemessenen Reaktorparameter P,T, ®T, ®B, W gleiche Operationen durchgeführt werden, wie sie im folgenden für den Parameter P näher beschrieben sind.

Der Stromwert des Parameters P (Druck) wird durch den an geeigneter Stelle am bzw. im Reaktor angeordneten Wandler gemessen. Dieser gemessene Analogwert von P wird dann dem Verstärker 20a zugeführt, wo das Analogsignal verstärkt und gefiltert wird, bevor es dem Analog/Digital-Umwandler 22a zugeführt wird, in welchem das dem verstärkten Analogsignal entsprechende Digitalsignal des Druckes P erzeugt wird. Dann wird dieses Digitalsignal längs der Leitung 24a gleichzeitig über die parallelen Anschlüsse des Programmteils 18a des Microprozessors 14a jedem der polynomen Elemente zugeführt, welche das gemessene Drucksignal P anzeigen. Der Programmteil 18a des Microprozessors 14a ruft nun die Signale der vorausberechneten Konstanten Ao, Ai, A2..., Ax vom Speicherteil 16a des Microprozessors 14a ab. Nun berechnet der Programmteil 18a den Digitalwert für die im Programmteil 18a gespeicherten polynomen Ausdrücke. Der Digitalwert des Polynoms bzw. der Funktion f(P) wird dann längs der Leitung 26a einem Digital/Analog-Umwandler 28a zugeführt, der den Analogwert für den berechneten Ausdruck der Funktion f(P) erzeugt.

Berechnungen der genannten Art, welche die Funktion f(P) ergeben, lassen sich in Ein-Chip-Microprozessoren durchführen, wie sie im Handel erhältlich sind. Ein solcher Microprozessor wird beispielsweise von The Intel Corporation unter Modell-Nr. 8085 hergestellt. Alle Microprozessoren 14a, 14b, 14c, 14d und 14e können von dieser Bauart sein.

Wie erwähnt, wirken alle Microprozessoren 14a-e gleichzeitig in gleicher Weise bezüglich ihres Parameters, um die entsprechenden Parameterfunktionen aus den entsprechenden programmierten polynomen Funktionsberechnungen zu bilden. Alle diese gleichzeitig berechneten Funktionen f(P), f(T), f(®T), f(®B), f(W) werden in einer Summierstation 30 addiert, woraus das eingangs genannte Steuersignal S entsteht, das, wenn verglichen mit dem Referenzsignal R, das Alarmsignal A erzeugen kann.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

G

1 Blatt Zeichnungen

Claims

643 673

1. Sicherheitseinrichtung eines Kernreaktors, gekennzeichnet durch eine Serie von Wandlern (20a, 20b, 20c, 20d, 20e) zum Messen verschiedener Betriebsparameter (P, T, 3>T, Ob, W) des Reaktors, eine Serie von parallel geschalteten Rechenstationen (14a, 14b, 14c, 14d, 14e), von welchen jede mit einem der die Parameter messenden Wandler verbunden ist zum Berechnen einer Funktion [f(P), f(T), f(0T), f(Oß), f(W)] des Parameters, die ein Mass für den durch diesen Parameter bedingten Prozentsatz der maximalen Reaktorleistung darstellt, und ferner eine Summierstation (30) zur Aufnahme aller Funktionsausgänge der Rechenstationen und Summierung dieser Ausgänge zwecks Erzeugung eines Steuersignals (S), das die Istleistung des Reaktors in Prozenten der maximalen Reaktorleistung angibt.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Vergleichsverstärker (12), zum Vergleichen des Steuersignals (S) mit einem Referenzsignal (R) zwecks Erzeugung eines Alarmsignals (A), wenn das Steuersignal das Referenzsignal übersteigt.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Serie von Analog/Digitalumwandlern, die zwischen dem jeweiligen Wandler (20a-e) und der zugeordneten Rechenstation (14a-e) angeordnet sind zur Umwandlung des Analogsignals der Wandler in ein der Rechenstation zuzuführendes Digitalsignal.

4. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der gemeinsamen Summierstation (30) und den einzelnen Rechenstationen (14a-e) je ein Digital/Analogumwandler angeordnet ist zur Umwandlung der digitalen Ausgangssignale der Rechenstationen in Analogsignale für die Summierstation (30).

5. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenstationen Microprozessoren (14a-e) sind, die je einen Speicherteil (16a-e) und einen Rechenteil (18a-e) aufweisen, in welchem ein ein Mass für den prozentualen Leistungsanteil des betreffenden Parameters darstellender polynomer Ausdruck gespeichert ist, während im Speicherteil die Konstanten dieses Ausdrucks gespeichert sind, und dass der Rechenteil jedes Microprozessors den dem betreffenden Parameter zugeordneten Stromwert parallel zum polynomen Ausdruck und ebenso die Konstanten aus dem Speicherteil beim Berechnen des polynomen Ausdrucks kontinuierlich abruft.

6. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Wandler (20a-e) gemessenen Parameter des Kernreaktors der Reaktordruck (P), die Temperatur (T), der Kühlmittelfluss (W), der aus dem oberen Reaktorteil austretende Neutronenfluss (Ot) und der aus dem unteren Reaktorteil austretende Neutronenfluss (Ob) sind.