DE2410660A1

DE2410660A1 - PRE-WARNING DEVICE FOR DETERMINING FAULTS IN NUCLEAR REACTORS

Info

Publication number: DE2410660A1
Application number: DE2410660A
Authority: DE
Inventors: Heinz M Dr Ing Kottowski; Machiel J Mol
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1973-03-08
Filing date: 1974-03-04
Publication date: 1974-09-12
Also published as: FR2220848A1; FR2220848B1; GB1468373A; LU69575A1; NL7403178A; BE811909A; IE38956B1; IT979770B; IE38956L

Description

Vorwarneinrichtung zum Feststellen von Störungen in KernrealctorenAdvance warning device for the detection of faults in core reactors

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorwarneinrichtung zum Feststellen von Störungen in Kernreaktoren mittels Tempera tür schwellenwertsonden. Mit einem solchen Überwachungssystem sollen Störungen in einem Kernreaktor festgestellt und lokalisiert werden«,The present invention relates to an advance warning device for detecting malfunctions in nuclear reactors by means of tempera door threshold probes. With such a surveillance system malfunctions in a nuclear reactor are to be detected and localized «,

Die bekannten Schwierigkeiten, die der Schaffung von Überwachungsinstrumenten für Reaktoren im Wege stehen, beruhen vor allem darauf, daß diese Instrumente eine derartige Genauigkeit und Empfindlichkeit aufweisen müssen, daß Störungen im Kern festgestellt werden können, bevor kritische Zustände erreicht sind.The well-known difficulties encountered in creating monitoring tools for reactors in the way are based primarily on the fact that these instruments have such an accuracy and sensitivity so that faults in the core can be detected before critical conditions are achieved.

Jede Störung der Arbeitsweise von Reaktoren, wie beispiels- \tfeise die Blockierung der Kanäle, die Verminderung des Kühlmittelflusses, die Leistungsüberschreitungen usw., führt zu Temperatürveränderungen, die je nach Art der Störung •lokal sein können und deshalb mit den gegenwärtig eingesetzten Instrumenten nicht feststellbar sind.Any disturbance of the operation of reactors, such as the blockage of the channels, the reduction of the coolant flow, the excess power, etc., leads to temperature changes, depending on the type of disturbance • Can be local and therefore cannot be determined with the instruments currently in use.

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Die einfachste der bisher bekannten Methoden besteht in der Verwendung von Thermoelementen zur Messung von mittleren Temperaturanstiegen beim Austritt des Kühlmittels aus dem zu kontrollierenden Komplex.The simplest of the previously known methods consists in the use of thermocouples to measure average Temperature rises as the coolant exits the complex to be controlled.

Auch wenn die Ansprechempfindlichkeit von Thermoelementen für diesen Zweck ausreicht, so verändern diese doch ihre Eigenschaften unter dem Einfluß der Strahlungen im Reaktorkern, so daß die Temperaturmessungen sehr ungenau werden.Even if the response sensitivity of thermocouples is sufficient for this purpose, they change yours Properties under the influence of the radiation in the reactor core, so that the temperature measurements are very inaccurate.

Bekannt ist ein zweites Verfahren, bei dem ein oder mehrere Thermoelemente am Ausgang des Kühlmittels der zu kontrollierenden Komplexe an elektronischen Schaltkreisen angeschlossen sind, welche die Messung der Spektraldichte der Temperatur unter bestimmten Frequenzbändern gestatten.A second method is known in which one or more thermocouples at the outlet of the coolant to be controlled Complexes are connected to electronic circuits which measure the spectral density of the Allow temperature under certain frequency bands.

Derartige Spektraldichten können in Abhängigkeit vom Profil der Radialtemperatur der Einrichtung gemessen werden und können dementsprechend als Indikatoren für lokale Temperaturveränderungen in der Einrichtung dienen.Such spectral densities can be measured depending on the profile of the radial temperature of the device and can accordingly serve as indicators for local temperature changes in the facility.

Dieses Verfahren ist nicht nur um etwa 10 Volt empfindlicher als das Verfahren, bei dem der Anstieg der Temperatur am Ausgang der Brennstoffelemente gemessen wird, sondern es ist auch unabhängig von Variationen der Thermoelement-Eigenschaften aufgrund von Strahlungseinflüssen.This process is not only about 10 volts more sensitive than the process in which the temperature rises am Output of the fuel elements is measured, but it is also independent of variations in thermocouple properties due to the effects of radiation.

Der Nachteil dieses zweiten Verfahrens mit Messung der Spektraldichte beruht in der Notwendigkeit, eine Einrichtung mit komplexen und sehr kostspieligen elektronischen Schalteinrichtungen für jeden Kontrollpunkt einzusetzen.The disadvantage of this second method with measurement of the spectral density is the need for a device to be used with complex and very expensive electronic switching devices for every control point.

Um die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden, schlägt die Erfindung ein neues Überwachungssystem vor, das es gestattet, an einer genügenden Anzahl von Punkten des Kernes Sonden für die Überwachung der Arbeitsbedingungen des Reaktors anzubringen. In order to avoid the disadvantages mentioned above, the invention proposes a new monitoring system that allows to place probes at a sufficient number of points on the core to monitor the working conditions of the reactor.

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Erfindungsgemäß wird eine Vorwarneinrichtung zum Feststellen von Störungen in Kernreaktoren mittels Temperaturschwellenwertsonden vorgeschlagen, bei welcher die Sonden entlang den Brennstoffelementen angeordnet und mit einem steuernden Schnellserienschalter verbunden sind, wobei dieser Schalter an einer ersten Regel-, Berechnungs- und VisuaIisierschaltung für Störungen mit radialer Abtastung und/oder einer zweiten Berechnungs- und Visualisierschaltung für Störungen mit axialer Abtastung angeschlossen ist.According to the invention, an advance warning device is used for determining proposed of disturbances in nuclear reactors by means of temperature threshold probes, at which the probes along the fuel elements are arranged and connected to a controlling high-speed series switch, this switch on a first control, calculation and visualization circuit for Disturbances with radial scanning and / or a second calculation and visualization circuit for disturbances with axial scanning is connected.

Die einzelne Sonde ist dabei derart aufgebaut, daß sie, wenn sie an bestimmten Punkten angeordnet und zuvor befestigt wurde, bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur im Kühlmittel oder an einem Teil des Brennstoffelementes bei anomaler Funktion ein Signal abgibt, mit dem in optischer und digitaler Form angezeigt wird, wo die Störung zu finden ist.The individual probe is constructed in such a way that, if it has been arranged at certain points and previously attached, when a predetermined temperature is reached in the coolant or on part of the fuel element in the event of abnormal functioning emits a signal that shows in optical and digital form where the fault can be found.

Vorteilhaft sind die Sonden spiralförmig um das Brennstoffelement gelegt, wobei jede Windung mit gleichem Abstand von der benachbarten Windung angeordnet ist.The probes are advantageously placed in a spiral shape around the fuel element, with each turn at the same distance from the adjacent one Winding is arranged.

Dabei kann der Schnellserienschalter von einer digitalen Steuereinrichtung mit Zähl- und Kontrollwerk, das den Takt in vorbestimmten, variablen Zyklen kontrolliert, gesteuert werden.The rapid series switch can be controlled by a digital control device with a counter and control mechanism that controls the clock in predetermined, variable cycles.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:Further details and advantages of the invention are given below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des doppelten Überwachungssystems, radial und axial;Fig. 1 is a block diagram of the double monitoring system, radial and axial;

Fig. 2 die Stellung der empfindlichen Teile der Sonde in Bezug auf das zu über.achende Brennstoffelement;2 shows the position of the sensitive parts of the probe in relation to the fuel element to be monitored;

Fig. 3, 4 und 4a zwei Ausführungsformen der Sondenwicklung um das Brennstoffelement, von dem es gehalten wird.Figures 3, 4 and 4a show two embodiments of the probe winding around the fuel element by which it is held.

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Am Brennstoffelement sind entsprechend den Abmessungen desselben und der Art des Kühlmittels an einer geeigneten Anzahl von Stäben beispielsweise in Traubenform Sonden angeordnet, die verschiedene Temperaturschwellenwerte zu verschiedenen Quoten haben, so daß mit ihnen die Temperaturerhöhungen entlang dem. ganzen Brennstoffelement festgestellt werden können, sobald sie einmal am Brennstoffelement angebracht sind.On the fuel element are according to the dimensions the same and the type of coolant arranged on a suitable number of rods, for example in the form of grapes, probes, the different temperature thresholds have different quotas, so that with them the temperature increases along the. whole fuel element can be determined once attached to the fuel element are.

Nach Fig. 2 stehen die empfindlichen Teile 1 der Sonde in direktem Kontakt mit verschiedenen Zonen des Brennstoffelementes 2, und zwar der Brennzone 3, den Regenerationszonen 4 und den Gaszonen 5.According to FIG. 2, the sensitive parts 1 of the probe are in direct contact with different zones of the fuel element 2, namely the combustion zone 3, the regeneration zones 4 and the gas zones 5.

In Pig. 3 ist die Sonde spiralförmig um das Brennstoffelement 2 gelegt, und die Windungen werden mittels eines geeigneten Distanzstückes 6 voneinander getrennt gehalten. Das Distanzstück muß wenigstens einen doppelt so großen Durchmesser wie die Sonde aufweisen, damit ein ausreichender Schutz gewährleistet ist.In Pig. 3, the probe is placed in a spiral around the fuel element 2, and the windings are made by means of a suitable Spacer 6 held separately from each other. The spacer must be at least twice as large in diameter like the probe, so that adequate protection is guaranteed.

Demgegenüber müssen bei der Lösung in Fig. 4, bei der die Elemente von Gittern 7 gehalten werden, dieAbstände zwischen den Spiralen wenigstens doppelt so groß wie der Abstand zwischen benachbarten Gitterelementen sein, damit die Sonde durch eine Zone des Gitters geführt wird, in der dieses nicht beansprucht wird (Fig. 4a). Im allgemeinen muß die Gangweite der Spirale ein Vielfaches des Gitterabstandes betragen.In contrast, in the solution in FIG. 4, in which the elements are held by grids 7, the distances between the spirals at least twice as large as the distance between be adjacent grid elements so that the probe is guided through a zone of the grid in which this is not claimed (Fig. 4a). In general, the pitch of the spiral must be a multiple of the grid spacing be.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild des Vorwarnsystems. Die oberen Enden der Sonden 1 sind an einem Schnellserienschalter 8 angeschlossen, der bei allen Arbeitsspielen die im Reaktor vorhandenen Sonden überwacht. Dieser Schnellserienschalter wird von einer Digital-Kontrolleinrichtung 10 mit einem Schütz 11 und einer Taktsteuerung 9 gesteuert und verbindet die Meßsonden periodisch gemäß einem vorbestimmten Zyklus mit dem Überwachungssystem.Fig. 1 shows the block diagram of the advance warning system. the The upper ends of the probes 1 are connected to a rapid series switch 8, which is used in the reactor for all work cycles existing probes monitored. This rapid series switch is controlled by a digital control device 10 controlled with a contactor 11 and a clock control 9 and connects the measuring probes periodically according to a predetermined Cycle with the monitoring system.

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Bei Störungen an der Abzweigung 12 in der in Fig. 1 dargestellten Stellung wird zunächst der Schwellenwertschalter 13 eingeschaltet, der bei 14 ein akustisches und optisches Warnsignal abgibt und gleichzeitig in den Lokalisierspeicher 15 die radiale Position der Störung oder im Falle mehrerer Störungen die entsprechenden Positionen mit Hilfe eines logischen Kreises 16 eingibt und sie in digitaler und/oder analoger Form anzeigt.In the event of faults at the junction 12 in the position shown in FIG. 1, the threshold value switch is first activated 13 turned on, the at 14 an acoustic and visual warning signal outputs and at the same time in the localization memory 15 the radial position of the fault or in the case of several faults enters the corresponding positions with the aid of a logic circle 16 and converts them to digital and / or analog Shape indicates.

Nach der Bestimmung der radialen Position der Störung wird dieselbe Position vom Schütz 11 für jeden Zyklus gesteuert und der Kommutator 12 mit Hilfe von Zyklusschützen 17 in die andere, gestrichelt dargestellte Stellung gebracht. Dann wird mit Hilfe des Reflektometers 18 oder des Äbstandsspeichers 19 die axiale Position der Störung oder Störungen bestimmt und die in einem zweiim Speicher 20 mit Hilfe eines logischen Kreises 21 gespeichert und in digitaler und/oder analoger . Form dargestellt wird. Ein Richtungsknparator 22 gestattet eine Steuerung durch das Reflekto-meter nur dann, wenn ein Fehler der gegenwärtigen Kontaktstellung von 8 festgestellt wurde, wobei sich der Schalter 12 in der gestrichelt dargestellten Stellung befindet.After determining the radial position of the disturbance, the same position is controlled by the contactor 11 for each cycle and the commutator 12 with the help of cycle contactors 17 in the other, Bred position shown in dashed lines. Then with the help of the reflectometer 18 or the distance memory 19 the axial position of the fault or faults is determined and that in a two in the memory 20 with the help of a logical Circle 21 and stored in digital and / or analog. Shape is represented. A direction cutter 22 permits control by the reflectometer only if a Error in the current contact position of FIG. 8 was detected, the switch 12 being shown in dashed lines Position.

Je nachdem, welche Art von Störung oder Störungen festgestellt wurden, was mit Hilfe der in 15 oder 20 gespeicherten oder eingegebenen Daten vollständig bestimmt wird, kann das Reaktorsicherheitssystem in Gang gesetzt werden.Depending on what kind of malfunction or malfunctions were detected, what is done with the help of the stored in 15 or 20 or entered data is completely determined, the reactor safety system can be started.

Das beschriebene System zur Fehlerfeststellung gestattet es somit dank doppelter kontinuierlicher, radialer und axialer Kontrolle die Position der Störung oder aufgrund der Natur der Sonden-selbst die Gesamtheit derselben genau festzustellen. Auf diese Weise werden Kontrollen im Innern des Reaktorkernes vorgenommen, wo die herkömmlichen Systeme nur annähernde Informationen liefern, und außerdem werdenThe system described for error detection allows it thanks to double continuous, radial and axial Control precisely the position of the fault or, due to the nature of the probes themselves, all of them ascertain. In this way, controls are made inside the reactor core, where the conventional systems provide only approximate information, and moreover will

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die Versuchsergebnisse keinerlei Veränderungen unter dem Einfluß von Neutronenstrahlungen ausgesetzt.the test results are not exposed to any changes under the influence of neutron radiation.

Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß man ein digitales und optisches Signal erhält, sobald die Störung festgestellt ist. Der Temperaturschwellenwert kann mit Hilfe der Sonde nach Belieben derart variiert werden, daß man Informationen über Unregelmäßigkeiten im Reaktor erhält, bevor ein kritischer Wert wie der Siedepunkt des Kühlmittels oder der Schmelzpunkt des Brennstoffes erreicht wird.A particular advantage is that a digital and optical signal is obtained as soon as the fault is detected. The temperature threshold can be adjusted with the help of the probe Can be varied as desired so that information about irregularities in the reactor is obtained before a critical value such as the boiling point of the coolant or the melting point of the fuel is reached.

Patentansprüche: Patent claims :

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Claims

- 7 claims

(1J advance warning device for the detection of faults in nuclear reactors by means of temperature threshold probes, characterized in that the probes (1) are arranged along the fuel elements (2) and connected to a controlling high-speed series switch (8), this switch on a first control, calculation and visualization circuit (13, 16, 15) for disturbances radial scanning and / or a second calculation and visualization circuit (19, 20) for disturbances with axial Scanning is connected.

2. Advance warning device according to claim 1, characterized in that that the probes are placed in a spiral around the fuel element, each winding with is arranged the same distance from the adjacent turn.

3. Advance warning device according to claim 1, characterized in that that the probes are placed in a spiral around the fuel element, the pitch between the turns are equal to the distances between the elements of a spacer lattice or the pitch is a multiple this distance is.

4. Advance warning device according to claim 1, characterized in that that the high-speed series switch is controlled by a digital control device with a counter and control unit, that controls the clock in predetermined variable cycles.

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