CN1038896A

CN1038896A - 探测控制棒束掉落到核反应堆内的方法和设备

Info

Publication number: CN1038896A
Application number: CN89103869A
Authority: CN
Inventors: 弗兰西斯·弗兰特
Original assignee: Framatome SA
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 1988-06-08
Filing date: 1989-06-08
Publication date: 1990-01-17
Also published as: DE68907651T2; FR2632761B1; ZA894345B; EP0345704A1; US4983350A; KR900000925A; FR2632761A1; ES2041893T3; EP0345704B1; JPH0231195A; KR100218215B1; DE68907651D1; JP2592526B2

Abstract

本发明寻求的目标是能可靠地探测到控制棒束掉落到压水堆的堆芯，不会产生因误探测触发不合时宜的紧急停堆的危险。对应反应堆堆芯四个象限的四个采集单元(U₁，U₂，U₃，U₄，)，从不同象限接收中子通量信号(F₁)、热通量信号(P₁)和控制棒束位置信号(Z1A，Z1B……)，并对它们进行处理，以产生相应的报警信号。在出现至少两个报警信号，而且其中至少包含一个控制棒束位置报警信号时，这些采集单元与组合线路(14，18，22)一起，提供一个控制棒束掉落信号(24)。

Description

本发明是关于核电厂控制的，特别是关于探测控制棒束掉落到这种核电厂的反应堆堆芯内的。即使保护系统内的一个或一套部件出现故障时，这种探测也必须可靠。重要的是，尽管可能有这类故障系统，探测控制棒束掉落仍应具备所有必要的安全性，控制棒束由吸收中子的棒构成，由核反应产生的核功率，籍移动控制棒束加以调节和控制。它们分布在堆芯水平截面中，可在垂直方向作双向移动。为此目的，它们被适当的传动机构钩住。传动机构位于堆芯上面，控制传动机构可以使吸收中子的控制棒束进入堆芯多些或少些，这一机构的故障或抓钩的故障，可以导致一个控制棒束掉落到堆芯内。

这种控制棒束的掉落，会引起核功率的局部下降，从而使得堆芯的总功率下降，由于存在一个调节功率的伺服回路，这种功率下降会很快被其它控制棒束的提升所补偿。然而，这会产生包括中子通量畸变在内的各种缺点，使靠近掉落的控制棒束的燃料元件的燃烧放慢，而其它燃料元件的燃烧加快。此外，还缩小了可能反应的作用范围。这就说明为什么希望尽可能可靠地、并尽可能快地探测到这种控制棒束的事故掉落，以便执行反应堆紧急停堆，然后重新建立正常运行。

如果没有必要，就必须避免执行这种紧急停堆，因为这种停堆花费很大;特别是会使核电厂生产电力的可利用率下降。

一种已知的探测控制棒束掉落的方法，使用了也可用于探测其它类型事故的探测装置。更确切地讲，是利用这些装置探测由蒸汽空穴引起的过高温度，这些蒸汽空穴出现在堆芯内沿着由燃料元件组成的燃料棒的各处。当控制棒束事故掉落时，掉棒发生后功率首次升到某一水平，会引起这种过高的温度、或者沿燃料元件出现蒸汽空穴，这些燃料元件由于通量畸变而加快了燃烧。随之，由不同的自动保护装置触发反应堆事故停堆。然后，确定停堆的原因，并在反应堆重新投入运行前，对事故的后果加以修理。

这种已知的方法存在的缺点是，在核功率升到足以引起上述停堆过程之前会延误相当长的时间，特别是如果掉落的控制棒束的扰动反应性比较低时更是这样。从而，一些燃料元件的燃料速率可能提高，并开始出现成核沸腾。

本发明的特别目的是，即使由于其位置和/或其低度扰动反应性，掉落的控制棒束仅引起核功率的小量变化时，也能可靠地、快速地探测到控制棒束的落棒，同时尽可能避免由于误探测引起不必要的紧急停堆的危险，借助于这种探测功能，本发明的另一个目的是做到较好地保护核电厂的反应堆，防止控制棒束掉落以后仍在正常服役情况下继续进行核反应可能引发的破坏性后果，从而保持核电厂的可利用率。

本发明寻求以简单和便宜的方式达到这些目的。这就说明为什么本发明提供探测反应堆内控制棒掉落的方法，对反应堆的控制棒束位移灵敏的灵敏参数被长期地予以测量，并在上述参数之一的变化速度高于与所述参数对应的预定报警阈值时，产生一个控制棒束掉落信号。这个方法的特征在于所述被测量的灵敏参数包含至少一个第一类参数和一个第二类参数。所述的第一类参数由代表所述控制棒束本身位置的位置参数组成。所述第二类参数由对于控制棒束的位移灵敏的参数组成，即使所述控制棒束的位置离所述参数测量点有一定距离仍应足够灵敏。这两类中的每一类参数，至少应在所述反应堆的两个堆芯区域中加以测量。当至少有两个所述灵敏参数的变化速率大于所述的相应报警阈值，并且两个参数之一是一个所述位置参数时，产生所述控制棒束掉落信号。

在一种较佳的实施法中，所述第二类灵敏参数以及可供选取的第三类灵敏参数，是由代表所述每个堆芯区域内产生的核功率的中子通量参数，和/或代表由流经所述每个堆芯区域的冷却流体带走的热通量的热通量参数所组成。

本发明还提供了用于探测控制棒束掉落到核反应堆堆芯内的一种设备。所述堆芯包含多个区域，每个区域配备有：

用于提供与所述区域相应的热通量信号的热量测量装置，该信号代表由流经所述区域的冷却流体带走的热通量;

用于提供与所述区域相应的中子通量信号的中子测量装置，该信号代表所述区域内的核功率;以及

多个控制棒束。每一个所述控制棒束都配备了提供控制棒束位置信号的测量装置，该信号代表所述控制棒束的位置;

所述设备包含微分和比较装置，用于接收对于控制棒束的位移灵敏的‘灵敏’信号，并在所述灵敏信号的变化速率大于相应的预定阈值的任何时候，提供相应的报警信号;以及

逻辑处理器装置。在出现多个所述报警信号时，由它提供控制棒束掉落信号;

所述设备的特征在于所述报警信号至少包含一个第一类信号和一个第二类信号。所述第一类信号由与所述控制棒束位置信号对应的位置报警信号组成，而第二类信号由与所述热通量信号对应的热量报警信号，和/或与所述中子通量信号对应的中子报警信号组成。在接收到至少两个所述报警信号，而且至少有一个是所述位置报警信号时，所述逻辑处理装置提供所述控制棒束掉落信号。

也可采纳根据本发明的下列推荐实施法：

所述逻辑处理器装置包含：

基本逻辑单元。每个单元接收与至少一个所述堆芯区域对应的所述位置报警信号，以及至少一个与另一个堆芯区域对应的所述第二类报警信号。当至少有一个所述报警信号出现时，它提供一个基本探测信号;以及

一个组合线路，它接收所述基本探测信号及所述位置报警信号。当出现至少两个基本探测信号和至少一个所述位置报警信号时，它提供所述控制棒束掉落信号;

所述微分和比较装置与所述基本逻辑单元以这样一种方式相关连：即与所述装置的相应部分一起，每个所述逻辑单元构成一个采集单元;

所述采集单元组成一个序列，它对应于核反应堆堆芯内所述区域的那个序列;以及

每个所述采集单元接收与一个所述堆芯区域对应的一组所述控制棒束棒位信号，与另一个堆芯区域对应的所述中子通量信号，以及与其它一个堆芯区域对应的所述热通量信号，而且所述中子通量信号、所述热通量信号和所述一组控制棒束位置信号中的每一个信号，被一个采集单元、且仅被一个采集单元所接收。

本发明的实施通过不受此限的举例的方法，并参照所附的原理图加以说明。在说明中，根据本发明推荐的下述这些实施法，应当被认作正在被使用的。应当理解在具备同等技术功能时，所述的和所示的部件可以被其它部件所代替，而不超出本发明的范围。

图1是核反应堆的一个水平截面，它配备了根据本发明的设备。

图2是这一设备的方块图。

如图1所示，一座压水堆核电厂的反应堆堆芯2，系由并置的燃料组件构成。它如图中4所示排成水平正方形网络，垂直方向伸展到整个堆芯高度，并包含燃料元件（未示出）。有些燃料组件包含控制棒束（未示出）。每个控制棒束在堆芯上面首先配备了控制其垂直方向位移的传动机构（未示出），其次配备了诸如CZ2A和CZ2B的测量装置，用于不断测量控制棒束的高度，即其在燃料组件内的位置。这些测量装置提供诸如Z2A和Z2B的位置信号。

堆芯2有一根垂直轴6，并按两个对称平面5和7划分为四个象限Q₁，Q₂，Q₃，Q₄，它们一个挨一个围绕在所述轴的周围，并构成所述堆芯区域。

专门用于任何这样一个象限的部件，由一个或多个字母，后跟一个表示象限的数字1至4予以标识，数字后的一个额外字母按字母顺序使用，以便区分多个同类特定部件中的不同部件。例如，所述控制棒束位置测量装置CZ2A，CZ2B……等，它们属于同一象限即第二象限Q₂。

例如在每个象限中的控制棒束数为18，则类似地分别有18个测量装置，用于指示控制棒束的位置，并分别由这些测量装置提供18个位置信号，诸如Z2A和Z2B。

堆芯2包含在压力容器8内。压力容器能承受一回路冷却回路的水压，它包含一个包围堆芯的内部围板10。水经由入口管道到达压力容器顶部，围绕所述围板下降到容器底部，在容器底部处径向流入围板内侧。在经由连接至围板的出口管道离开容器上部前，它在上升的同时冷却燃料元件。更确切地讲，在象限Q₁，Q₂，Q₃和Q₄内的燃料元件，由经由四根入口管道RA1，RA2，RA3，和RA4进入的水冷却。水经由四根出口管道RB1，RB2，RB3和RB4离开。每一根管道分别是四个一回路冷却回路之一的一部分。

这些管道分别配备了温度探测器TA1，TA2，TA3，TA4，TB1，TB2，TB3和TB4。例如，与同一象限Q₃关联的两个温度探测器TA3和TB3被连接到测量热通量的装置CP3，并产生热通量信号P3，它代表了由流经该象限的水带走的热通量。为了获得这一信号，由诸如CP3的测量装置，将出口和入口间的温度乘以水流量。所述水流量由一个装置（未示出）提供，例如由它测量包含上述入口和出口管道的一回路冷却回路内的泵的速度。测量装置CP3还执行各种校正运算，它们与本发明无关，特别是要测量冷却回路的稳压器内的压力，以保证所得热通量信号尽可能准确地代表热通量随时间的变化。测量装置CP1，CP2和CP4的运行，类似于测量装置CP3，以便分别提供信号P1，P2和P4。

在四个象限Q₁，Q₂，Q₃和Q₄中的每一个，都配备了测量装置CF1，CF2，CF3，和CF4，用以分别提供代表每个象限内的平均中子通量的中子通量信号F1，F2，F3和F4。

这样得到的代表控制棒束位置、热通量和中子通量的信号，组成上述灵敏信号，那些灵敏参数即由所述的信号代表。

如图2所示，根据本发明的设备包含四个采集单元U1，U2，U3，和U4，它们接收所述灵敏信号，这些单元中的每一个，例如U1，接收与一个象限对应的，例如与Q₁对应的中子通量信号F1;与另一个象限对应的，例如与Q₄对应的热通量信号P4;以及与其它一个象限对应的，例如与Q₂对应的一组控制棒束位置信号号，诸如Z2A，Z2B等。

所述每个单元包含了这些信号的微分和比较装置，如图中12所示。它接收一个相应的灵敏信号。每当其灵敏信号的变化速率大于相应的预定报警阈值时，它提供一个相应的报警信号。事实上，对每个灵敏信号进行的处理要复杂得多，以便对这些信号偏移它所代表的实际物理参数及测量的条件，加以特别的考虑。

每个报警信号，例如F′1或Z′2A是用标识相应灵敏信号的同样字母和数字，即F1或Z2A加上撇号予以标识的。

在每个采集单元U1，U2，U3和U4内，各个基本逻辑单元L1，L2，L3或L4接收由微分和比较装置12提供的所有报警信号，并在至少有一个报警信号出现的任何时候，分别提供基本探测信号D1，D2，D3或D4。

线路14接收这些基本探测信号，并在至少有两个基本探测信号出现的任何时候，提供一个信号16。

还有一个或门18。它接收从所述控制棒束位置信号获得的所有位置报警信号Z′1A，Z′1B，……，Z′2A，Z′2B，……，Z′3A，Z′3B，……，Z′4A，Z′4B，……，并在至少有一个位置报警信号出现的任何时候，提供一个信号20。

并有一个与门22。它在信号16和信号20同时出现的任何时候，提供一个控制棒束掉落信号24。由线路14以及门18，22构成上述的组合线路。

从图2中可以看出，只有在中子通量或热通量快速下降的同时，至少有一个快速下降的控制棒束位置信号时，才可能由控制棒束掉落探测信号24触发一次紧急反应堆停堆。特别是当核电厂隔离时，即它暂时与正常时向其供电的电网断开时，没有引发不合时宜的紧急停堆的危险。

在这种隔离期间，反应堆功率逐渐下降，以便将功率调整到希望的值。这时，控制棒束在几分钟的时间内顺其全部行程被插入堆芯，而掉落的控制棒束的落棒时间少于一分钟。

Claims

1、一种探测控制棒束掉落到核反应堆内的方法，其中对反应堆的控制棒束的位移灵敏的灵敏参数被长期测量，当所述参数之一的变化速率大于对应于所述参数的一个预定报警阈值时，产生一个控制棒束掉落信号，这一方法的特征在于被测量的所述灵敏参数包含至少一个第一类参数和一个第二类参数，所述第一类参数由代表所述控制棒束本身的位置的位置参数组成，而所述第二类参数由对控制棒束的位移灵敏的参数组成，即使所述控制棒束的位置离所述参数的测量点有一定距离仍应足够灵敏，这两类中的每一类参数至少应在所述反应堆的两个堆芯区域(Q1，Q2，Q3，Q4)内予以测量，当至少有两个所述灵敏参数的变化速率大于所述相应报警阈值，而且所述两个参数之一是一个所述控制棒束的位置参数时，产生一个所述控制棒束掉落信号(24)。

2、按照权利要求1的一种方法，其特征在于所述第二类灵敏参数和可供选取的第三类灵敏参数，是由代表所述每个堆芯区域（Q1，Q2，Q3，Q4）内产生的核功率的中子通量参数，或/和代表由流经所述每个区域的冷却流体带走的热通量的热通量参数所组成。

3、用于探测控制棒束掉落到核反应堆堆芯内的设备，所述堆芯由多个区域（Q1，Q2，Q3，Q4）组成，每个区域配备有：

用于提供与所述区域对应的热通量信号（P1）的热量测量装置（T1A，T1B，CP1），该信号代表由流经所述区域的冷却流体带走的热通量;

用于提供与所述区域对应的中子通量信号（F1）的中子测量装置（CF1），该信号代表所述区域内的核功率;以及

多个控制棒束，每个所述控制棒束配备有测量装置（CZ1A，CZ1B，……），用于提供代表所述控制棒束位置的控制棒束位置信号（Z1A，Z1B，……）;

所述设备包含微分和比较器（12）。它接收对控制棒束位移灵敏的‘灵敏’信号，并在所述灵敏信号的变化速率大于相应的预定报警阈值的任何时候，提供相应的报警信号;以及

逻辑处理器装置。在出现多个所述报警信号时，它提供控制棒束掉落信号;

所述设备的特征在于所述报警信号至少包含一个第一类和一个第二类信号，所述第一类信号由对应于所述控制棒束位置信号（Z1A，Z1B，……，Z2A，Z2B，……，Z3A，Z3B，……，Z4A，Z4B，……）的位置报警信号（Z′1A，Z′1B… Z′2A，Z′2B，……，Z′3A，Z′3B，……，Z′4A，Z′4B，……）组成;而第二类信号由对应于所述热通量信号（P1，P2，P3，P4）的热量报警信号（P′1，P′2，P′3，P′4），和/或对应于所述中子通量信号（F1，F2，F3，F4）的中子报警信号（F′1，F′2，F′3，F′4）所组成;所述逻辑处理装置（L1，L2，L3，L4，14，18，22），在接收到至少两个所述报警信号，其中至少包含一个所述位置报警信号时，提供所述控制棒束掉落信号（24）。

4、按照权利要求3的设备，其特征在于所述逻辑处理装置包含：

基本逻辑单元（L1，L2，L3，L4），其中每个单元（L1）接收对应于至少一个所述堆芯区域（Q2）的所述位置报警信号（Z′2A，Z′2B，……），以及至少一个对应于另一个所述堆芯区域（Q4）的所述第二类报警信号（F′1，P′4），并在出现至少一个所述报警信号时，提供一个基本探测信号（D1）;以及

一个组合线路（14，18，22），它接收所述基本探测信号（D1，D2，D3，D4）和所述位置报警信号（Z′1A，Z′1B……，Z′2A，Z′2B，……，Z′3A，Z′3B，……，Z′4A，Z′4B，……）当出现至少两个所述基本探测信号和至少一个所述位置报警信号时，提供所述控制棒束掉落信号（24）。

5、按照权利要求4的设备，其特征在于所述微分和比较装置（12）与所述基本逻辑单元（L1，L2，L3，L4）以这样一种方式相关联，与所述装置的相应部分一起，每一个所述逻辑单元（L1）组成一个采集单元（U1）。

6、按照权利要求5的设置，其特征在于所述采集单元（U1，U2，U3，U4）组成一个序列，它对应于核反应堆堆芯内所述区域（Q1，Q2，Q3，Q4）的那个序列。

7、按照权利要求6的设备，其特征在于每一个所述采集单元（U1）接收对应于一个所述堆芯区域（Q2）的一组所述控制棒束位置信号（Z2A，Z2B，……），对应于另一个堆芯区域（Q1）的所述中子通量信号（F1），以及对应于其它一个堆芯区域（Q4）的所述热通量信号（P4）而且所述中子通量信号F1，F2，F3，F4）、所述热通量信号（P1，P2，P3，P4）和所述一组控制棒束位置信号（Z1A，Z1B，……，Z2A，Z2B，……，Z3A，Z3B，……，Z4A，Z4B，……）中的每一个信号，被一个采集单元且仅被一个采集单元（U1，U2，U3，U4）所接收。