DE2929508A1

DE2929508A1 - Sicherheitssystem fuer einen kernreaktor

Info

Publication number: DE2929508A1
Application number: DE19792929508
Authority: DE
Inventors: Russell Martin Ball
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1979-01-22
Filing date: 1979-07-20
Publication date: 1980-07-24
Also published as: DE2929508C2; CH643673A5; ES485030A0; CA1127778A; US4308099A; FR2447080A1; GB2040522B; IT1123844B; GB2040522A; IT7926494A0; JPS5599097A; FR2447080B1; ES8101805A1; MX6481E

Description

The Babcock & Wilcox Company 20. Juli 1979

1010 Common Street ^{Case 4281}

New Orleans, La. B 1528 Al/a

U.S.A.

Beschreibung

Sicherheitssystem für einen Kernreaktor

Die Erfindung betrifft Sicherheitssysteme für einen Kernreaktor und insbesondere Systeme mit Digitalrechnermoduln, welche Daten in paralleler Form aufnehmen zur kontinuierlichen und wiederholenden Übertragung von parallelen Funk-2c tionen, die den Prozentsatz der Reaktorbelastung bei maximaler Leistung anzeigen.

Es sind Sicherheitssyteme für Kernreaktoren bekannt, welche digitale Rechnermoduln als Teil des Reaktorschutzsy-

3Q stems ergänzen bzw. in Betrieb setzen. Diese Moduln führen Standarddigitaltechniken durch, wie sie in Rechnern verwendet werden. Das wesentliche dieser Techniken besteht in der Umwandlung von Eingangssignalen in Digital form, Speicherung in einem Speicher, Benutzung eines gespeicherten Programms zur Handhabung der gespeicherten Daten und zur Verfügungstellung eines Ausgangssignals. Alle diese Funktionen werden im wesentlichen nacheinander im Zeitbereich eines einzigen Zentralrechners durchgeführt. Der Nachteil

030030/0548

solcher bekannter Systeme besteht in der Zeitdauer, welche erforderliche ist, um die Berechnungen aufeinanderfolgend durchzuführen, und in der Komplexität eines Programms, welches die einzelnen gemessenen Paramter in Serienform handhaben muß. Die normale Folge beinhaltet die Aufnahme von Datenparametern zur Durchführung einer Reihe von Berechnungen und am Ende der Berechnungen zur Erzeugung von Daten, welche bestimmen, ob der Reaktor in einem sicheren Betriebszustand ist oder nicht.

Ein anderes Problem solcher bekannter Vorrichtungen hat seinen Ursprung in der Natur von in dieser Weise arbeitenden Rechnern, wobei Daten ihre Identität außer der Adreß-

,j- stelle verlieren. Das Abtasten der Programme oder das Austesten von Fehlern in dem System ist daher recht zeitaufwendig und schwierig. Das Serienrechnersystem erfordert, um kontinuierlich und erschöpfend geprüft und wiedergeprüft zu werden, um eine angemessene Sicherheitsüber-

2Q wachung zu gewährleisten, daß jeder der gemessenen Parameter, welche die Sicherheit beeinflussen, jeden möglichen Wert oder Zustand relativ zu allen anderen Parametern aufweist. Wenn z.B. die Reaktortemperatur 4000 verschiedene mögliche Werte und der Druck 4000 verschiedene mögliehe Werte und die Flüssigkeitsströmung 4000 mögliche Werte aufweisen können, wäre die Anzal möglicher Eingangszustände für den Serienrechner 4OOO³. Eine erschöpfende Prüfung würde selbst bei einer Geschwindigkeit von einer Prüfung pro 1/10 Sekunde in der Größenordnung von Hunderten von Jahren liegen. Daher sind andere Einrichtungen verwendet worden, um sicherzustellen, daß in den Programmen für Sicherheitssysteme keine Fehler sind. Dies umfaßt umfassende Überprüfung und Kontrolle durch unabhängige technische Gruppen und Ausführungsbehörden.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die Unzulänglichkeiten der bekannten Sicherheitssysteme für Kernreaktoren zu beseitigen.

Q30030/05AÖ

Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale des Schutzbegehrens erzielt. Das Sicherheitssystem für einen Kernreaktor gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet eine parallele Kombination von Rechnermoduln, welche jeweils Daten eines besonderen Parameters empfangen und welche jweils Funktionen erzeugen, welche addiert werden. Jede einzelne Funktion des parallelen Satzes besteht daher aus einer Kombination eines einzigen Parameters und eines Satzes von Konstanten. Jeder Parameter wird unabhängig in eine Funktion dieses Parameters umgewandelt, so daß eine Überprüfung zwischen dem Parameter und dem Ausgang erfolgen kann, wobei alle möglichen Parameterzustände verwendet werden. Für das obige Beispiel, bei welchem jeder Parameter 4000 mögliche Zustände annimmt, ist die Anzahl möglicher Kombinationszustände, die geprüft werden müssen, nicht gleich 4OOO³, sondern 4000 + 4000 + 4000 = 12000. Bei einer Testgeschwindigkeit von einer Prüfung pro 1/10 Sekunde dauert eine Überprüfung ungefähr 20 Minuten. Das System kann daher erschöpfend überprüft werden mit allen möglichen Parameterwerten, welche dem Eingang zugeführt werden, und geprüft werden, um zu bestimmen, daß alle Funktionen dieses Parameters an einem Analogausgang korrekt sind. Dies ermöglicht eine Überprüfung sowohl des Eingangs wie auch des Ausgangs in analoger Form für jeden einzelnen Parameter.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Leichtigkeit, mit welcher Parameter geändert oder hinzugefügt werden können durch Veränderung eines Satzes von Konstanten, welche in die Rechnermoduln gehen, welche di^e Funktionsberechnung durchführen. Mit diesen Änderungen kann die Funktion auf jeden gewünschten Wert eingestellt

werden.
35

Aufgrund des oben Ausgeführten wird deutlich, daß ein Aspekt der vorliegenden Erfindung darin besteht, ein Sicherheitssystem für einen Kernreaktor zu schaffen, das

030030/0548

individuell Funktionen verschiedener Parameter berechnet, welche die Sicherheit des Kernreaktors beeinflussen, um hieraus ein Sicherheitssteuer- bzw.-überwachungssignal zu _ς erzeugen.

Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Sicherheitssystem für einen Kernreaktor zu schaffen, das erschöpfend mit allen möglichen Werten der die I^ Sicherheit des Systems beeinflussenden Parameter getestet werden kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig.1 eine schematische Darstellung des Sicherheitssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Kernreaktorsicherheitssystem 10 dargestellt, welches ein Steuer- bzw. Überwachungssignal S entwickelt, welches den Prozentsatz der Volleistungsreaktorgrenze anzeigt. Das Signal S wird in einem Vergleichsverstärker 12 mit einem Bezugssignal R verglichen, welches die tatsächliche Reaktorleistung anzeigt. Der Vergleichsverstärker 12 erzeugt ein Alarm- oder Abschaltungssignal für den Reaktor (nicht gezeigt), wenn das Steuersignal S gleich oder kleiner als das Leistungssignal R ist.

Das Steuersignal S kann dargestellt werden als Summe von Funktionen verschiedener gemessener Reaktorparameter in folgender Form:

S = f(P) + f(T) + f(£_T) + f(<f>_B) + f(W),

_B) wobei

030030/0548

-δ-

f(P) = A + A P + AP² + — A P^X

f (T) = B + BT + BT² + — B T^y

I = C_{0 +} C₁^ ₊ C₂^ ₊ - C₂(P/

I = D_{0 +} E

f(W) = E_n + E₁W + E„W² + — E /

O l 2 m

wobei A's, B's, Cs, D's und E's Konstanten sind, ausgewählt, um einer vorberechneten Sicherheitsfunktion durch einige Kriterien (z.B. kleinste Quadrat) zu entsprechen ■5 und wobei P = Reaktordruck, C = Reaktortemperatur, φ_ = Neutronenfluß aus dem oberen Teil des Reaktors, <p_ß = Neutronenfluß aus dem unteren Teil des Reaktors und W = Kühlmittelströmung im Reaktor ist.

^iyj Die vorberechnete Funktion für jeden der zu messenden Reaktorparameter P, Ί,^>, ψ , W wird bestimmt aus thermischen hydraulischen Experimenten, welche die maximale Wärmemenge festlegen, welche aus einem spezifischen Volumen eines arbeitenden Kernreaktors entfernt werden kann.

So ist z.B. der Beitrag des Druckparameters P experimentell festgelegt worden als

f(P) = A₁P + A₂/P²

Dieser experimentell hergeleitete Ausdruck kann für alle verwendbaren Werte von P durch einen Polynomausdruck der auf Seite 5, Zeile 5 gezeigten Art angepaßt werden.

Die Werte für A , Α., A_, ... Α_χ werden festgelegt durch die erforderliche Genauigkeit der Anpassung. In Praxis hat man kein Polynom gefunden, das den Ausdruck in angemessener Weise darstellt, welches ein Polynom kleiner

030030/0548

2829508

dritten Grades von P ist.

In ähnlicher Weise sind die Funktionen von T, φ , ψ und W experimentell hergeleitet worden und mit Polynomen dritten Grades oder kleineren Grades in angemessener Weise angepaßt worden. Solche experimentell hergeleiteten Ausdrücke und ihre Polynomannäherungen sind dem Durchschnittsfachmann bekannt und werden hier der Kürze wegen nicht im einzelnen ausgeführt.

In dem Sicherheitssystem 10 werden die Reaktorparameter in einer dem Durchschnittsfachmann bekannten Weise durch Wandler gemessen, welche in geeigneter Weise an und in dem Reaktor angeordnet sind. Die gemessenen Parametersignale P, T, CL·, G> und W werden einzeln durch jeweilige '1 'B

Verstärker 20a, 20b, 20c, 20d und 2Oe verstärkt und die jeweiligen verstärkten Signale werden in Digitalwerte durch Analog-Digital-Konverter 22a, 22b, 22c, 22d und 22e umgewandelt, welche in Reihenschaltung mit den Verstärkern 20a, 20b, 20c, 20d und 2Oe verbunden sind.

Jede der oben erwähnten Funktionen f(P), f (T) , ί(φ_τ), ί(φ_.), f (W) , welche das Steuersignal bilden, wird jeweils in parallelgeschalteten Mikroprozessoren 14a, 14b, 14c, 14d und 14e berechnet. Die Mikroprozessoren 14a, 14b, 14c, 14d und 14e haben jeweils Speicherabschnitte 16a, 16b, 16c, 16d und 16e und Programmabschnitte 18a, 18b, 18c, 18d und 18e.

Der Betrieb des Systems 10 kann am besten beschrieben werden als gleichzeitiges Durchführen ähnlicher Operationen für jeden gemessenen Reaktorparamter P, T, φ,_, φ und W, wie in Bezug auf den Parameter P beschrieben wird.

Der gerade gegenwärtige Wert des Parameters P (Druck) wird durch einen Wandler gemessen, der in geeigneter Form

030030/0548

2829508

-ΙΟΙ

in oder an dem Kernreaktor angeordnet ist, um eine solche Messung durchzuführen.Der gemessene Druckanalogwert P wird dann zu dem Verstärker 20a übertragen, welcher das c analoge Drucksignal P verstärkt und filtert, bevor es zu einem Analog-Digital-Konverter 22a übertragen wird, welcher das digitale Gegenstück des analogen verstärkten Signals für den Druck P bildet. Das digitale Gegenstück des gemessenen Drucksignals P wird dann auf der Leitung

in 24a weitergeleitet, um gleichzeitig längs paralleler Klemmen der Leitung 24a in den Programmierabschnitt 18a des Mikroprozessors 14a in jedes der Polynomelemente eingeführt zu werden, welches das gemessene Drucksignal P enthält. Der Programmierabschnitt 18a des Mikroprozessors

κ 14a ruft dann die Einführung der verschiedenen vorberechneten Konstanten A_, A₁, A_, ... A , welche im Speicherabschnitt 16a des Mikroprozessors 14a gespeichert sind, ab, damit diese in den Programmierabschnitt 18a eingeführt werden. Der Programmierabschnitt 18a berechnet dann den Digitalwert für den im Programmierabschnitt 18a gespeicherten Polynomausdruck. Der Digitalwert des Polynoms oder f(P) wird dann auf der Leitung 26a zu einem Digital-Analog-Konverter 28a geleitet, welcher einen Analogwert für den berechneten Ausdruck der Funktion f(P) erzeugt.

Berechnungen der zitierten Art, welche die Funktion f(P) bilden, können auf einem einzigen handelsüblich erhältlichen Mikroprozessorchip ausgeführt werden. Solch ein Mikroprozessor ist die Modellnummer 8085, hergestellt durch die Intel Corporation. Diese Mikroprozessortypen sind für alle Mikroprozessoren 14a, 14b, 14c, 14d und 14e akzeptabel.

Wie erwähnt, arbeiten alle Mikroprozessoren 14a , 14b, 14c, 14d und 14e gleichzeitig in ähnlicher Weise in Bezug auf ihren jeweiligen Parameter, um ihre jeweiligen Funktionsparameterausdrücke aus ihren jeweils programmier-

030030/0548

ten Funktionspolynomberechnungen zu berechnen. All die gleichzeitig berechneten Funktionsausdrücke f(P), f(T), f(y_T)f f(yL)_f f (W) werden dann an einer Addierstation 30 addiert, um das vorher erwähnte Steuer- bzw. Überwachungssignal zu erzeugen, welches beim Vergleich mit dem Bezugssignal R das Sicherheitsalarmsignal A erzeugt.

030030/05A8

■ 41-

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Sicherheitssystem für einen Kernreaktor, gekennzeichnet durch

eine Serie von Wandlern zur Messung verschiedener Betriebsparanieter (P, T, Φ „,ι Φ-at W) eines Kernreaktors,

eine Serie von parallel geschalteten Rechnerstationen (14a bis 14e), die jeweils einzeln mit einem einen Betriebsparameter des Kernreaktors messenden Wandler verbunden sind, zur Berechnung einer Funktion des Parameters, welche den Prozentsatz der vollen Reaktorbelastung anzeigt, welcher von diesem Parameter beigesteuert wird,

eine Summierstation (30) zur Aufnahme aller Funktionsausgangssignale der entsprechenden Rechnerstationen und zur Summierung dieser Signale, um ein Steuersignal (S) zu erzeugen, das den tatsächlichen Prozentsatz des Volllei stungsreaktorbetriebes anzeigt.

Ü30Ü30/0G48

2. Sicherheitssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

eine Vergleichsstation (12) zum Vergleich des von der Summierstation (30) kommenden Steuersignals (S) mit ,. einem Leistungssignal (R) , um ein Alarmsignal zu erzeugen, wenn das Leistungssignal das Steuersignal übersteigt.

3. Sicherheitssystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeich-IQ net durch eine Serie von Analog-Digital-Konvertern

(22a bis 22e), die jeweils zwischen dem entsprechenden Wandler und seiner zugeordneten Rechnerstation (14a bis 14e) angeordnet sind, um das Analogsignal des jeweiligen Wandlers in ein Digitalsignal für die Rechner-•ic station umzuwandeln.

4. Sicherheitssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Serie von Digital-Analog-Konvertern (28a bis 28e) , die einzeln zwischen

der Summierstation (30) und jeweils einer Rechnerstation (14a bis 14e) angeordnet sind, um das digitale Ausgangssignal der Rechnerstationen in ein Analogsignal für die Summierstation umzuwandeln.

5. Sicherheitssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rechnerstation (14a bis 14e) ein Mikroprozessor mit einem Speicherabschnitt (16a bis 16e) und einem Rechnerabschnitt (18a bis 18e) ist mit einem Polynomausdruck, der den Prozentsatz des Volleistungsbeitrages des jeweiligen, in dem Rechnerabschnitt gespeicherten Parameters darstellt, wobei die Konstanten des Polynomausdrucks in dem Speicherabschnitt eines jeden Mikroprozessors gespeichert sind, und daß der Rechnerabschnitt eines jeden Mikroprozessors konstant den dann gegenwärtigen Wert für den Parameter in paralleler Weise für den Polynomausdruck und die Konstanten vom Speicherabschnitt für die Berechnung des Polynomaus-

030030/0548

drucks gebraucht.

6. Sicherheitssystem nach mindestens einem der Ansprüche 5 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die

jeweiligen Wandler gemessenen Parameter des Kernreaktors den Reaktordruck, die Temperatur, die Kühlmittelströmung und den vom oberen und unteren Teil des Reaktors ausgehenden Neutronenfluß umfassen. 10

D30030/0548