DD269933A1 - METHOD FOR DETERMINING REACTIVITY COEFFICIENT IN NORMAL OPERATION - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Reaktivitaetskoeffizienten von Druckwasserreaktoren im Normalbetrieb der Reaktoranlage. Ziel und Aufgabe sind, ein Verfahren zum Ermitteln von Reaktivitaetskoeffizienten von Druckwasserreaktoren im Normalbetrieb der Reaktoranlage zu schaffen, um den Nachweis der Gewaehrleistung der nuklearen Sicherheit der Reaktoranlage fuehren zu koennen und damit letztlich die Wirtschaftlichkeit des Kernkraftwerkes zu erhoehen. Dies wird dadurch geloest, dass als die fuer die Bestimmung von Reaktivitaetskoeffizienten notwendige Stoerung des Reaktorzustandes die normalen Schwankungen der Frequenz des Elektroenergienetzes verwendet werden.The invention relates to a method for determining reactivity coefficients of pressurized water reactors during normal operation of the reactor plant. The aim and the object are to provide a method for determining reactivity coefficients of pressurized water reactors in the normal operation of the reactor plant in order to be able to demonstrate the guarantee of the nuclear safety of the reactor plant and thus ultimately increase the profitability of the nuclear power plant. This is achieved by using the normal fluctuations in the frequency of the electric energy network as the disturbance of the reactor state necessary for the determination of reactivity coefficients.
Description
2^99332 ^ 9933
Vorfahren zum Ermitteln von Reaktivitätskoeffizienten im NormalbetriebAncestors for determining reactivity coefficients in normal operation
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Reaktivitätskoeffizienten von Druckwasserreaktoren im Normalbetrieb der Reaktoranlage.The invention relates to a method for determining reactivity coefficients of pressurized water reactors during normal operation of the reactor plant.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Die Ermittlung von Reaktivitätskoeffizienten insbesondere auch bei voller Leistung der Reaktoranlage ist eine für den sicheren Reaktorbetrieb wichtige Voraussetzung, da die Reaktivitätskoeffizienten die Wirkung der inhärenten Sicherheit eines Kernreaktors quantitativ beschreiben, indem beispielsweise bei Temperaturerhöhung eine Drosselung der Kettenreaktion schon allein durch die Ausnutzung physikalischer Gesetzmäßigkeiten erreicht wird.The determination of reactivity coefficients, especially at full power of the reactor system, is an important prerequisite for safe reactor operation, since the reactivity coefficients quantitatively describe the effect of the inherent safety of a nuclear reactor, for example, by increasing the temperature of the chain reaction by merely utilizing physical laws ,
Üblicherweise werden Reaktivitätskoeffizienten während des Anfahrens des Reaktors bei minimal kontrollierbarer Leiatiirig bestimmt. Dafür werden zunächst die Wirksamkeiten der Steuerstäbe bei zwei Temperaturniveaus gemessen und der Reaktivitätskoeffizisnt der Moderatortemperatur anschließend aus der Kompensation des aus der Aufwärmung des Moderators resultierenden Moderatortemperatureffekts durch das dafür notwendige Verfahren der Steuerstäbe ermittelt.Usually, reactivity coefficients are determined during start-up of the reactor with minimally controllable Leiatiirig. For this purpose, the effectiveness of the control rods are first measured at two temperature levels, and the reactivity coefficient of the moderator temperature is subsequently determined from the compensation of the moderator temperature effect resulting from the warm-up of the moderator by the method of the control rods required for this purpose.
Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß es nur bei minimal kontrollierbarer Leistung des Reaktors, also nicht bei Normelbetrieb, angewendet werden kann.A disadvantage of this method is that it can only be used with minimally controllable power of the reactor, ie not in normal operation.
26 99 326 99 3
Bin während des Normalbetriebes einsetzbares Verfahren zu;·.'. Bestimmen von Reaktivitätskoeffizienten wird in der DE-OS 32 38 522 "Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Reaktivitätsbilanz des Core eines Kernreaktors zur Diagnose von Reaktivitätsstörungen" vorgeschlagen, bei dem außer direkten auch indirekte Meßwerte nach einem rekursiven rarameter-Schätzverfahren zur überwachung dor Reaktivitätsbilanz benutzt weiden. Nachteilig an der beschriebenen Methode 1st, daß keine Aussagen über dio Art der für die Messung der Reaktivitätskoeffizienten notwendigen Reaktivitätsstörungen vorgenommen wird. Es muß deshalb angenommen werden, daß dafür von außen Betriebsparameter verändert werden müssen oder so lange gewartet werden muß, bis durch eine merkliche Abbrandvergrößerung das ursprüngliche Reaktivitätsgleichgewicht gestört wurde. Dadurch muß entweder in den Normalbetrieb des Reaktors eingegriffen werden oder es muß soviel Zeit verstreichen, bis ein merklicher Abbrand eingetreten ist.Can during normal operation applicable method to?. '. Determination of reactivity coefficients is proposed in DE-OS 32 38 522 "Method and apparatus for monitoring the reactivity balance of the core of a nuclear reactor for the diagnosis of reactivity disturbances" in which except direct and indirect measured values according to a recursive rarameter estimation method used to monitor the reactance balance , A disadvantage of the described method is that no statements are made about the type of reactivity disturbances necessary for the measurement of the reactivity coefficients. It must therefore be assumed that it must be changed from the outside operating parameters or must be maintained until the original reactivity balance was disturbed by a noticeable increase in burnup. This must be intervened either in the normal operation of the reactor or it must take so long time to a noticeable burn occurred.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist die Erhöhung des Niveaus der nuklearen Sicherheit und Wirtschaftlichkeit von Druckwasserreaktoren durch die Ermittlung von Reaktivitätskoeffizienten im Normalbetrieb., d.h„ ohne Eingriff in den Reaktorbetrieb..The aim of the invention is to increase the level of nuclear safety and economy of pressurized water reactors by determining reactivity coefficients in normal operation, i.e. "without interfering with reactor operation.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ermitteln von Reaktivitätskoeffizienten von Druckwasserreaktoren im Normalbetrieb der Reaktoranlage zu schaffen, ohne spezielle Versuche vornahmen zu müssen, um dan Nachweis der Gewährleistung der nuklearen Sicherheit der Reaktoranlage führen zu können und damit letztlich die Wirtschaftlichkeit des Kernkraftwerkes zu erhöhen und insbesondere Reaktivitätsstörungen zu diagnostizieren.The invention has for its object to provide a method for determining reactivity coefficients of pressurized water reactors in normal operation of the reactor plant without having to make special experiments to dan proof of ensuring the nuclear safety of the reactor system can lead and thus ultimately the cost of the nuclear power plant especially to diagnose reactivity disorders.
Für die 3rmit+lung von Reaktivitätskoeffizienten ist stets eine Störung des Zustandes der Spaltzone erforderlich. Erfindungsgemäß werden - im Gegensatz zur üblichen bewußten Veränderung dieses Zustandes - die Auswirkungen der immer vorhandenen sonstFor the 3rmit + development of reactivity disturbance of the state of the reactor core is always required. According to the invention - in contrast to the usual deliberate change of this condition - the effects of the ever-present otherwise
eigentlich störenden Schwankungen der Netzfrequenz des Elektro~ energieversorgungsnetzes genutzt.actually used disturbing fluctuations in the grid frequency of the electrical energy supply network.
Dazu wird die Netzfrequenz parallel zu den relevanten Betriobsparametern: mittlere Moderatortemperatur, Kühlniittelaufwärmung in der Spaltzone, Druck im Primärkreislauf, Regelstabstellung und Neutrouenflußniveau in der Spaltzone periodisch registriert. Erfindungsgemätt wird genutzt, daß eine zufallige Änderung der Netzfrequonz infolge der Net zfrequem abhängigkeit der Drehzahl der Hauptumwälzpumpen eine gleichartige Änderung ». >r Kühlmittelförderung durch die Spaltzone des Kernreaktors hervorruft. Diese Änderung dxsv Kühlmittelförderung ist die vorausgesetzte Störung des Spaltzonenzustandes. Durch sein eigenes Regelverhalten bzw. durch die Reaktion der Reaktorsteuerxmg auf diese Störung geht der Reaktor wieder in einen stabilen Zustand über. Dabei hat eine Veränderung von mindestens zwei der Betriebsparameter: mittlere Moderatortemperatur, Kühlmittelaufwärmung in der Spaltzone, Druck im Primärkreislauf, Regelstabstellung oder Neutronenflußniveau in der Spaltzone stattgefunden, da im stabilen Zustand die Reaktivität Null ist, so daß die mit den genarjiten Betriebsparametern gekoppelten Reaktivitätseffekte, die durch die Störung hervorgerufen wurden, sich gegenseitig kompensieren.For this purpose, the mains frequency is registered periodically in parallel to the relevant parameters: average moderator temperature, cooling fluid heating in the gap zone, pressure in the primary circuit, control rod position and neutron flow level in the gap zone. According to the invention is used that a random change in Netzfrequonz due to the net zfrequem dependency of the speed of the main circulation pumps a similar change ». > r causes coolant to flow through the nip zone of the nuclear reactor. This change dxsv coolant delivery is the presumed failure of the split zone state. By its own control behavior or by the reaction of Reaktorsteuerxmg on this disorder, the reactor goes back to a stable state. In this case, a change of at least two of the operating parameters: mean moderator temperature, coolant heating in the nip zone, pressure in the primary circuit, control rod position or Neutronenflußniveau in the nip zone has taken place, since the reactivity is zero in the steady state, so that coupled with the genarjiten operating parameters reactivity effects caused by the disturbance, compensate each other.
Erfindungsgemäß werden dementsprechend die periodisch erfaßten Meßwerte beobachtet und nach Auftreten von meßbaren Netzfrequenzänderungen die dazu erfolgten Betriebsparameteränderungen bestimmt. Aus dor Kenntnis der sich gegenseitig kompensierenden Reaktivitätseffekte werden danach aus den Verhältnissen der Betriebsparameteränderungen die daraus resultierenden Verhältnisse der Reaktivitätskoeffizienten bezüglich der gemessenen Betriebsparameter ermittelt. Aus der Kenntnis eines Reaktivitätskoeffizienten werden aus diesen Verhältnissen anschließend die anderen bestimmt.According to the invention, the periodically recorded measured values are accordingly observed and, after occurrence of measurable mains frequency changes, the operating parameter changes made therefor are determined. From the knowledge of the mutually compensating reactivity effects, the resulting ratios of the reactivity coefficients with respect to the measured operating parameters are then determined from the ratios of the operating parameter changes. From the knowledge of a reactivity coefficient, the others are then determined from these ratios.
Zur Verbesserung der Genauigkeit der Parameter ist es zweckmäßig, die beschriebenen Verfahrensschritte mehrfach nacheinander auszuführen und die Reaktivitätskoeffizienten einer statistischen Mittelung zu unterwerfen.To improve the accuracy of the parameters, it is expedient to carry out the method steps described several times in succession and to subject the reactivity coefficients to statistical averaging.
Au&führungsbeiBpielAu & führungsbeiBpiel
Die Erfindung soll nachstehend an f*nem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment.
Im Beispiel wird ohne Einschränkung der Allgemeingültigkeit der Fall betrachtet, daß die Netzfrequenzänderung nicht mit einer Änderung der Regelatabposition oder des Drucks im Primärkreislcat'f einhergeht, so daß nur Reaktivitätse^fekte bezüglich Moderatortemperatur und Reaktorleistung wirksam werden. Es gilt allgemein für eine Reaktivitätsänderung a Q Δ? - ΓΤΜ *TM + rQ *Q + Γρ ΔΡ + rh Ah In the example, without limiting the generality, the case is considered that the line frequency change is not accompanied by a change in the Regelatabposition or the pressure in Primärkreislcat'f, so that only reactivity effects with respect to moderator temperature and reactor performance are effective. It generally applies to a reactivity change a Q Δ ? - Γ Τ Μ * T M + r Q * Q + Γ ρ ΔΡ + r h Ah
mit ·ΓΜ als Moderatortemperatur, Q als Keaktorleistung, ρ als Druck im Primärkreislauf und h als Höhenposition der Steuerorgane sowie Δ als Zeichen für die Änderung des Betriebsparameters und Γ*. als Reaktivitätskoeffizient bezüglich Änderung der Größe i (i steht für TM, Q, p, h)with Γ Μ as moderator temperature, Q as reactor power, ρ as pressure in the primary circuit and h as height position of the control elements and Δ as a sign for the change of the operating parameter and Γ *. as reactivity coefficient with respect to change in quantity i (i stands for T M , Q, p, h)
In diesem speziellen Beispiel sind Δρ = 0 und Ah = 0 , so daß In this particular example, Δρ = 0 and Ah = 0, so that
zu verwenden ist.to use.
Ändert sich die gemessene Netzfrequenz f auf den Wert oc*f (oc - dimensionsloser Parameter, ot«l), so ändert sich infolge der Netzfrequenzabhängigkeit der Drehzahl der Hauptumwälzpumpen der Kühlmitteldurchsatz durch die Spaltzone m in oc m . Gleichzeitig sind die Kühlmittelauf wärmung in der Spaltzone t-, bzw. t2 und die mittlere Modoratortemperatur TM1 bzw. TM2 vor bzw. nach der Netzfrequenzänderung zu messenIf the measured line frequency f changes to the value oc * f (oc - dimensionless parameter, ot «l), the coolant throughput through the nip zone m changes in oc m as a result of the mains frequency dependency of the speed of the main circulation pumps. At the same time, the coolant heating up in the gap zone t 1 or t 2 and the mean modulator temperature T M1 or T M2 are to be measured before or after the line frequency change
Somit bestimmt man nach Thus one determines after
(« - c · m t mit c als spezifischer Wärmekapazität des Kühlmittels aus Q^ = c m t^, und(« - c · mt with c as the specific heat capacity of the coolant from Q ^ = cmt ^, and
Q2 = c m t2 · ocQ 2 = cmt 2 · oc
die Reaktorleistung vor und nach Netzfrequenzänderung.the reactor power before and after mains frequency change.
Da der Reaktor sowohl vor als auch nach der Netzfrequenzänderung kritisch ist, also Δ§ » O gilt, erhält man mitSince the reactor is critical both before and after the mains frequency change, ie Δ§ » O, one obtains with
ATM = TM2 - TM1 und AQ = Q2 - Q1 für die Reaktivität skoeffizientenAT M = T M2 - T M1 and AQ = Q 2 - Q 1 for the reactivity coefficients
0 =· ΓΤΜ (ΤΜ2 - 0 = · Γ Τ Μ (Τ Μ 2 -
und weiterand further
bzw.or.
T - - !T, m— bzw. f. « - β—^k—T - -! T, m - or f. «- β- ^ k-
Q 1M2 1Ml 1M 1M^ 1MlQ 1 M 2 1 Ml 1 M 1 M ^ 1 Ml
ui>d kann so den Reaktivitätskoeffizienten der Moderatortemperaxux1 exinitteln.ui> d can thus exiniteln the reactivity coefficient of Moderatortemperaxux 1 .
Ändert sich auch der Druck iin Primärkreislauf und die Höhenposition der Regelstäbe, so sind mindestens zwei bzw. drei Netzfrequenzänderungen zu erfassen, bevor die Reaktivität,Mkoeffizi snten bestimmt werden, wobei rechentechnisch in analoger Weise unter Zuhilfenahme des Algorithmus zur Lösung von linearen Gleichungssystemen vorzugehen ist.If the pressure in the primary circuit and the height position of the control rods also change, then at least two or three network frequency changes are to be detected before the reactivity, coefficient coefficients are determined, whereby the algorithm must be used in an analogous manner with the aid of the algorithm for solving linear systems of equations.
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1988
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