DE69022305T2

DE69022305T2 - Automatisierte Überwachung einer thermischen Schwelle.

Info

Publication number: DE69022305T2
Application number: DE69022305T
Authority: DE
Inventors: Fred Chia-Chi Chao; William Stewart Rowe
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1989-06-26
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2010-06-23
Also published as: JPH0769451B2; JPH0365693A; ES2078946T3; DE69022305D1; US5091139A; EP0405863A3; EP0405863A2; EP0405863B1

Description

Diese Erfindung betrifft ein automatisiertes Wärmegrenzwert-Überwachungssystem (ATLM) für ein Kernkraftwerk. Insbesondere werden eine Vorrichtung und ein Verfahren offenbart, um in Realzeit von angeforderten Leistungssteigerungen verursachte Wärmegrenzwert-Überschreitungen zu verhindern.
Diese Erfindung betrifft Siedewasserreaktoren. Solche Kernreaktoren steigern ihre Leistungsabgabe mittels zweier gut bekannter Hilfsmittel.
Das erste dieser Hilfsmittel ist das Steigern der Kühlmittelströmung durch den Reaktor. Einfach gesagt, erhöht eine gesteigerte Kühlmittelströmung die Menge des in dem Reaktor vorhandenen Moderators. Schnelle Neutronen aus der Kernreaktion werden in größerer Anzahl abgebremst, fördern dadurch zusätzliche Kernspaltungsreaktionen, und die Leistungsabgabe steigt an.
Alternativ kann die Kernreaktion durch sogenannte "Steuerstäbe" gesteuert werden. Diese Stäbe absorbieren, wenn sie in einen Reaktorkern eingeführt werden, thermische Neutronen und verhindern die Kernreaktion. Wenn die Steuerstäbe herausgezogen werden, werden weniger thermische Neutronen absorbiert. Anstatt absorbiert zu werden, finden die Neutronen ihren Weg zu der Förderung weiterer Kernspaltungsreaktionen. Die Leistungsabgabe steigt. Der Fachmann auf diesem Gebiet wird erkennen, daß die vorstehende Beschreibung ein starke Vereinfachung darstellt; diese Vereinfachung kann aber das Verständnis der nachstehenden Materie unterstützen.
Kernbrennstoffe sind typischerweise in Kernbrennstoffbündeln angeordnet. Die Bündel selbst enthalten nebeneinander angeordnete Rohre, wobei die Rohre gefüllt und mit dem spaltbaren Material darin eingeschlossen an beiden Enden versiegelt sind. Das Wasserkühlmittel in dem Rektor hat die Aufgabe, sowohl die schnellen Neutronen abzubremsen als auch die Wärme von den einzelnen Brennstäben zu extrahieren Bei fehlender Wärmeextraktion aus den einzelnen Brennstoffrohren, kann eine Beschädigung an dem Brennstoff auftreten.
Eine Art der Beschädigung, die an Rohren innerhalb eines Brennstoffbündels auftreten kann, ergibt sich aus einem Abweichen vom Blasensieden. Bei dem Blasensieden bilden sich einzelne Dampfblasen an der Rohroberfläche (an sogenannten Blasenkeimen), wenn Wärme auf das Kühlmittel übertragen wird. Da sich die Blasen rasch bilden und die Rohroberfläche verlassen, besteht ein sehr bewegter Kühlmittelzustand an der Rohroberfläche, der einen sehr wirksamen Wärmeübertragungsvorgang - das Blasensieden- fördert.
Wenn ein Abweichen von dem Blasensieden auftritt, bildet sich ein Dampffilm an der Rohrwand. Der Dampffilm ist für die Extraktion von Wärme aus dem Rohr ineffizient. Wenn sich eine derartige Dampfblase bildet, ist es möglich, daß das Metall des Rohres von der Kernreaktion überhitzt werden kann und daß die strukturelle Unversehrtheit des Rohres verloren werden kann.
Um absolut sicherzustellen, daß diese Art eines Unfalls nicht auftritt, sind allen Brennstoffbündeln in Siedewasserreaktoren Bündelleistungsgrenzen zugeordnet, um ein Abweichen von dem Blasensieden zu verhindern.
Andere Beschädigungen an einem Brennstab können als Folge eines Überleistungs-Zustandes sogar während des Betriebs im Bereich des Blasensiedens auftreten. Der Leistungspegel eines Brennstabes bestimmt die Temperaturverteilung innerhalb des Stabes. Ein höherer Leistungspegel erfordert ein höhere Stabbetriebstemperatur, um die nuklear erzeugte Wärme aus dem Stab in das Kühlmittel zu treiben. Der Betrieb von Brennstäben auf einem zu hohen Leistungspegel kann ein Brenstoffschmelzen oder eine Brennstoffausdehnung zur Folge haben, welche das einschließende Rohr in einem Maß beansprucht, daß ein Rohrausfall auftritt. Diese Arten von Stab-Ausfallmechanismen hängen von der pro Längeneinheit des Brennstabrohres erzeugten Leistung ab.
Ein dritte Art eines katastrophalen Rohrausfallzustandes ist während eines schweren Kühlmittelverlustunfalls (LOCA, Lost Of Coolant Accident) möglich. Während eines LOCA geht das Moderatorkühlmittel zwischen den Brennstabrohren verloren. Der Verlust des Wärmeübertragungsmediums bewirkt, daß die Abklingwärme aus dem Kernbrennstoff die Brennstoffrohre schnell auf eine hohe Temperatur aufheizt. Bei diesen hohen Temperaturen ist die Strahlungswärmeübertragung zwischen Rohren ein signifikanter Wärmeübertragungsvorgang. Es ist ein Charakteristikum der Strahlungswärmeübertragung, daß tendenziell die Wärme von heißeren Brennstoffrohren in dem Brennstoffbündel auf kältere Rohre übertragen wird. Auf diese Weise hat man herausgefunden, daß die Spitzentemperatur der Brennstoffrohrhüllen während eines LOCA durch Steuern der Brennstabdurchschnittsleistung an jeder axialen Höhe eines Brennstoffbündels vor dem LOCA begrenzt wird. Dieses ist möglich, da die restliche Abklingwärmeleistung des Brennstabes während des LOCA direkt proportional zur Betriebsbrennstableistung vor dem LOCA ist.
Wenn Brennstoffrohre zu heiß werden (mehr als etwa 1204ºC, (2200ºF)), reagiert das Zirkaloy-Legierungsmetall des Rohres heftig innerhalb der Dampfumgebung. Die chemische Reaktion setzt brennbares Wasserstoffgas frei und versprödet die Brennstoffrohrhülle. Eine sehr heiße Hülle weist nur eine reduzierte Integrität auf, um Brennstoff und radioaktive Materialien zu enthalten und ist anfällig für ein Zerspringen aufgrund des Wärmeschocks einer schnellen Abkühlung, wenn das Reaktorsystem während der Erholung von dem LOCA wieder mit Wasser geflutet wird. Es werden daher Grenzwerte für die maximale gemittelte Brennstabbetriebsleistung in einem Brennstoffbündel an jeder axialen Höhe vor einem LOCA festgelegt, um die Spitzenhüllentemperatur des Brennstabrohres, die während eines LOCA erreicht werden könnte, zu begrenzen.
Die Arten thermischer Grenzwerte können daher leicht zusammengefaßt werden.
Erstens, da die Gesamtleistungsabgabe eines Brennstoffbündels ein Abweichen von dem Blasensieden zur Folge haben kann, wird die Gesamtleistungsabgabe jedes Brennstoffbündels überwacht, um das Blasensieden beizubehalten. Die Bündelleistung, bei welcher nach Vorhersage ein Abweichen von dem Blasensieden auftritt, die kritische Leistung, wird durch die beobachtete Leistung dividiert und der Verhältnisparameter als das kritische Bündelleistungsverhältnis CPR bezeichnet. Die CPR-Werte aller Bündel müssen einen Wert von Eins überschreiten, um ein Abweichen von dem Blasensieden zu verhindern.
Zweitens ist es wichtig, daß kein Stab irgendwo innerhalb eines Brennstoffbündels an irgendeinem Punkt die Auslegungstemperaturen überschreitet. Da die Brennstabtemperaturen durch die Brennstableistung pro Einheit axialer Länge bestimmt werden, werden Betriebsgrenzwerte für die Stablinearleistung (Leistung pro Längeneinheit) festgelegt. Die Betriebslinearleistungen aller Abschnitte aller Brennstäbe werden während des Betriebs wirksam überwacht und mit den Grenzwerten verglichen.
Letztlich wird innerhalb jedes Brennstoffbündels die Durchschnittslinearleistung in jeder Höhe bestimmt und mit Grenzwerten verglichen, um akzeptable Konsequenzen während eines möglichen LOCA sicherzustellen.
Die Klassifizierung der vorgenannten thermischen Grenzwerte wird noch weiter unterteilt. Es wird ein erster thermischer Grenzwert gewählt und als ein "thermischer Betriebsgrenzwert" bezeichnet. Dieser thermische Betriebsgrenzwert ist eine Begrenzung für den normalen alltäglichen stationären Betrieb. Es ist die Aufgabe routinemäßiger Betriebsleistungssteigerungen in Kernkraftwerken, diese sogenannten thermischen Betriebsgrenzwerte nicht zu überschreiten. Thermische Betriebsgrenzwerte enthalten zulässige Randtoleranzen für ungeplante Leistungssteigerungen oder eine Wärmeübertragungsverschlechterung, wie sie während abnormaler Systemübergangszustände oder Unfälle auftreten.
Zusätzlich zu den thermischen Betriebsgrenzwerten, gibt es zweite und strengere Grenzwerte, bekannt als thermische Sicherheitsgrenzwerte. Die thermischen Sicherheitsgrenzwerte liegen an oder nahe an dem Punkt, an welchem eine Beschädigung der Brennstäbe auftreten kann. Offensichtlich ist es das Ziel des Anlagenbetriebs, innerhalb der thermischen Betriebsgrenzwerte zu bleiben, so daß die Sicherheitsgrenzwerte niemals überschritten werden. Es wird eine Anlageninstrumentierung eingesetzt, um sicherzustellen, daß die Betriebs- und Sicherheitsgrenzen bei von dem Operator (Anlagenfahrer) veranlaßten Leistungssteigerungen durch Kernströmungssteigerungen und Steuerstab-Herausziehen nicht überschritten werden.
In einem Siedewassereaktor wird die Leistungsabgabe des Reaktors durch herkömmliche lokale Leistungsbereichwächter überwacht. Bevorzugt messen diese lokalen Leistungsbereichwächter jeweils die Menge des vorhandenen Flusses thermischer Neutronen und geben ein proportionales elektrisches Signal aus. Diese elektrischen Signale geben den Leistungsbereich in der Nachbarschaft des Wächters an.
In einem Siedewassereaktor sind Wächter über den gesamten Reaktorkern in vertikalen Ketten verteilt. Jede vertikale Kette weist eine Gruppe von typisch vier an ihr angebrachten Leistungswächtern auf. Diese Leistungswächter sind in der Höhe so beabstandet, daß der gesamte Siedewasserreaktorkern sowohl in Spalten als auch in Reihen Überwacht werden kann.
Zum Zwecke der Reaktorüberwachung nach dem Stand der Technik und der vorliegenden Überwachung ist der Reaktorkern in quadratische Spaltenblöcke mit 16 Bündeln in jedem Block unterteilt. Für jeden Block werden vier an den vier Ecken des Blocks angeordnete Wächterketten angenommen. Da sich vier lokale Leistungsbereichwächter an jeder Kette befinden und diese lokalen Leistungsbereichwächter vertikal gleichmäßig beabstandet sind, wird der Bereich von insgesamt 16 lokalen Leistungsbereichwächtern abgedeckt.
Ein Bereich solcher Brennstoffbündel wird von vier diskreten Steuerstäben gesteuert. Wenn irgendeiner oder eine Kombination der vier diskreten Steuerstäbe herausgezogen wird, steigt der Neutronenfluß an, und somit steigt die Leistung an. Eine derartige Leistungssteigerung wird unmittelbar von den lokalen Leistungswächtern angezeigt. In früheren automatischen Instrumentierungsverfahren für den Brennstoffschutz war das Verhindern der Überschreitung thermischer Grenzwerte auf das Herausziehen von Steuerstäben eingeschränkt, wobei zwingend ein menschlicher Überwachungsvorgang zum Einhalten der Betriebsgrenzwerte erforderlich ist. Strömungssteigerungen, welche die Betriebs- oder Sicherheitsgrenzwerte überschreiten würden, wurden nicht automatisch überwacht und bewertet. Stattdessen wird der Reaktorkern aufthermische Betriebsgrenzwerte bei verringerten Kernströmungen in der Weise beschränkt, daß die einer Kernströmungssteigerung zugeordnete Leistungssteigerung bis zur maximalen Systemleistungsfähigkeit keine Überschreitung der thermischen Brennstoffsicherheitsgrenzwerte ergibt. Somit werden Fehler des Operators oder Ausfälle des Strömungssteuerungsystems, die eine Überschreitung der Betriebsgrenzwerte, aber nicht der Sicherheitsgrenzwerte, ergeben könnten, zugestanden. Die Auslegungsphilosophie, welche die ungeplante kurz andauernde Verletzung von Betriebsgrenzwerten erlaubt, verläßt sich auf die nur kleine Wahrscheinlichkeit eines zusätzlichen gleichzeitigen abnormalen Übergangszustandes oder Unfallereignisses, welche eine weitere Verschlechterung in Richtung der Überschreitung der Sicherheitsgrenzwerte bewirken könnte. Es werden ausreichend Instrumentierungseingangsgrößen in der Weise an den Prozeßrechner der Anlage geliefert, daß der Reaktorfahrer periodisch mit einem vollständigen Bild des Leistungszustandes der Reaktorbrennstoffes in Beziehung zu den aufgestellten Grenzwerten versorgt wird. Es gibt jedoch keine automatische Erzwingung der Einwilligung zu thermischen Brennstoffbetriebsgrenzwerten.
Die aktuelle Situation gilt ähnlich für vom Operator durch Steuerstab-Herausziehen veranlaßte Leistungssteigerungen. Die festgelegten Betriebsgrenzwerte stellen sicher, daß ein einzelnes irrtümliches Steuerstab-Herausziehen nicht den Brennstoffzustand von den Betriebsgrenzwerten bis zu einer Überschreitung der Sicherheitsgrenzwerte verschlechtert. In diesem Falle ist jedoch ein vollständiges Steuerstab-Herausziehen nicht von festgelegten Betriebsgrenzwerten abgedeckt. Die mit dem abgeschlossenen Herausziehen einiger begrenzender Steuerstäbe lokale Leistungssteigerung ist so hoch, daß dieses Tun sehr restriktive Betriebsgrenzwerte erfordern würde, die manchmal erfordern könnten, daß die Gesamtreaktorleistung unter den Auslegungspegel beschränkt wird, um die Anforderungen zu erfüllen. Stattdessen wird während dem Steuerstab-Herausziehen ein automatisches Überwachungssystem bereitgestellt, welches die lokalen Leistungswächtersignale als Eingangsgröße nutzt, um sich nach Bedarf über das vom Operator angeforderte Steuerstab-Herausziehen hinwegzusetzen (nämlich ein weitere Herausziehen zu blockieren), um sicherzustellen, daß Brennstoff sicherheitsgrenzwerte nicht überschritten werden, wenn angenommen wird, daß das Herausziehen eingeleitet wird, wenn sich der Brennstoff nahe an den thermischen Steuerstab-Betriebsgrenzwerten befindet.
In heutigen Siedewasserreaktor-Kernkraftanlagen (BWR, Boiling Water Reactor) wird die analoge Überwachungseinrichtung als Stabblockierungswächter oder RBM (Rod Block Monitor) bezeichnet. Der RBM nutzt die im Kern angeordneten Leistungswächter (Neutronenflußwächter) als seine hauptsächliche Überwachungsinformationsquelle.
Die Kernleistung und der thermische Grenzwert status können dann durch Verarbeiten der Auslesewerte der lokalen Leistungswächter in Beziehung gebracht werden. Die 16 lokalen Leistungswächter jeder der vier Ketten sind zwei Kanälen in dem RBM nach dem Stand der Technik zugeordnet: die Boden- (A) und über der Mittenebene angeordneten Detektoren (C) dem einen Kanal, und die oberen (D) und die unter der Mittenebene angeordneten Detektoren (B) dem anderen Kanal. Der Mittelwert der (typischerweise 8) Detektoreingangsgrößen in jedem Kanal bildet ein RBM-Signal. Eine Blockierung/Alarm findet statt, wenn das Signal einen Einstellpunkt überschreitet. Der RBM- Stabblockierungs-Einstellpunkt zum Verhindern einer Sicherheitsgrenzwertüberschreitung wird auf der Basis einer theoretischen Berechnung einer Reaktion der Kernleistung und des thermischen Grenzwertes vor dem Beginn jedes Brennstoffzyklusses (d.h., der Periode zwischen Reaktor-Neubeschickungen) bestimmt.
Die Berechnung basiert auf der Annahme, daß der Kern zu Beginn an dem Betriebsgrenzwert arbeitet, und daß ein Fehler beim Stab-Herausziehen von einem hypothetisch schlechtesten Steuerstabmuster ausgehend eingeleitet wird, welches die schlechteste thermische Grenzwertänderung bei dem Steuerstab- Herausziehen ergibt. Mit einem derartigen kontinuierlichen Stabziehen wird der relative Betrag der RBM-Ausgangsgrößensteigerung, der von einer thermischen Grenzwertveränderung ausgehend von dem Betriebsgrenzwert zu dem Sicherheitsgrenzwert hin begleitet wird, als der Stabblockierungs-Einstellpunkt definiert. Dieser Stabblockierungs-Einstellpunkt hängt somit von angenommenen konservativen Anfangsbedingungen ab. Typischerweise wird dieser Einstellpunkt nur für den Nennleistungs/Nennströmungs-Zustand ermittelt. Folglich basiert dieses heutige Verfahren nicht auf einer umfassenden Studie der Korrelation zwischen der thermischen Grenzwertveränderung und der RBM-Signalveränderung, und berücksichtigt nicht die tatsächlich existierenden absoluten thermischen Toleranzen des Kerns. Die Erfahrung hat gezeigt, daß derzeitige RBM-Einstellpunkte das Steuerstab-Herausziehen sehr viel öfter als erforderlich beschränken (blockieren) und konservativ sind.
Man kann jedoch sehen, daß mit einem derartigen System basierend auf der Annahme eines Anfangsbetriebs innerhalb eines Betriebsgrenzwertes, das Versagen des Sicherheitssytems möglich sein könnte. Einfach gesagt, durch Treffen von Annahmen eines Betriebs innerhalb thermischer Betriebsgrenzen in Folge und Anfordern von Steuerstab-Herausziehungen in Folge, könnten mehrere auf einanderfolgende Anforderungen eine Überschreitung der thermischen Grenzwerte bewirken.
Da jedoch normalerweise konservative Werte zwischen der Instrumentenantwort und der Kernleistungssteigerung gewählt werden, behindern diese konservativen Werte, während sie den bemerkenswerten Sichersheitsstandard heutiger Kernkraftwerke sicherstellen und zu diesem beitragen, den Betrieb der Anlage bei der Steuerung von einem niedrigen Leistungszustand auf einen höheren Leistungszustand.
Ferner wird, da die Effekte der Strömungssteigerung bei solchen Stabblockierungen ignoriert werden, eine Stufe einer automatischen Sicherheitsmaßnahme weggelassen, welche wünschenswerterweise enthalten sein sollte.
Es sollte bekannt sein, daß Kernreaktoren kontinuierlich von On-Line-Rechnern überwacht werden können. Typischerweise setzen diese On-Line-Rechner dreidimensionale thermische Kernleistungszustandsprofile zusammen, welche sowohl den thermischen Zustand des Kerns als auch die lokalen Auslesewerte der Leistungsbereichwächter vorhersagen. Obwohl solche Berechnungen nun von modernen schnellen Rechnern in der Größenordnung von einer Berechnung alle zwei Minuten ausgeführt werden, sind sie leider in ihrer Geschwindigkeit unzureichend, um schnelle Antwortvorhersagen der Konsequenzen geplanter Strömungs- oder Steuerstabpositions-Veränderungen des Reaktors in Realzeit bezogen auf den thermischen Grenzwertleistungszustand des Brennstoffs zu liefern. Demzufolge besteht ein Bedarf nach einem automatisierten thermischen Grenzwertwächter, welcher in Realzeit für eine Leistungssteigerung gemachte Anforderungen blockiert, welche entweder die Betriebs- oder die Sicherheitsgrenzwerte überschreiten würden, unabhängig davon, ob sie auf einem Stab-Herausziehen oder Steigerungen der Kühlmittelströmung basieren.
In der GB-A-2153522 wird eine Realzeit-Überwachung der Gesamtkern- und Lokalleistung in einem fortschrittlichen Druckwasserreaktor durch ein System bereitgestellt, das Sätze von Kerndetektorketten in Brennstoffanordnungen über den Kern in einem Muster verteilt aufweist, welches eine eindeutig identifizierbare Detektorantwort auf die Stabbewegung erzeugt. Dieses Verfahren zielt jedoch auf den Schutz gegen nichtprogrammiertes wasserverdrängendes Stabbündel-Herausziehen ab, wobei das Herausziehen des Stabbündels blockiert wird, wenn ein Übergangsleistungszustand gemessen wird, der über einer Referenzleistung liegt.
Im Gegensatz dazu zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, ein System zum Blockieren von Anforderungen nach einer Kernleistungssteigerung in Realzeit auf der Basis eines aktuellen Modells des thermischen Reaktorprofils bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung ist in dem Ansprüchen 1, 5 und 10 beansprucht.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß dieser Offenbarung wird ein berechnetes Modell der Reaktorleistungsabgabe periodisch in einen Rechnerspeicher eingelesen und im Speicher in einer dreidimensionalen Matrix festgehalten. Dieses Festhalten erfolgt zwischen regelmäßigen Aktualisierungen in der Größenordnung von zwei Minuten. Der Reaktor wird in herkömmlicher Weise in Gruppen von jeweils 16 Brennstoffbündeln überwacht. Jede Gruppe vom 16 Bündeln wird in Echtzeit auf ihren Fluß thermischer Neutronen durch vier vertikale Ketten lokaler Leistungsbereichwächter überwacht, wobei jede Kette einen von vier Leistungswächtern an vier unterschiedlichen Höhen- die sich die Gesamthöhe des Brennstoffs im Kern erstrecken, angeordnet hat. Jede Bündelgruppe wird von vier Steuerstäben gesteuert, und es wird angenommen, daß sie einer gleichmäßigen Strömungsänderung bei einer Strömungsänderung im gesamten Reaktor unterliegt. Der automatisierte thermische Grenzwertwächter (ATLM) übernimmt als Eingangsgrößen alle Leistungsbereichwächter-Informationen aus dem BWR-Reaktorkern auf kontinuierlicher Basis in zwei Kanäle, in den einen Kanal zum Festlegen der Betriebsgrenzwerte, und in den anderen Kanal zum Festlegen der Sicherheitsgrenzwerte. (Redundante funktionelle Konfigurationen können auf Wunsch in jedem Kanal für eine erhöhte Zuverlässigkeit implementiert werden, werden aber der diskutierten Referenzkonfiguration nicht vorausgesetzt.) Diese Signale werden innerhalb des Systems gemäß verschiedenen Algorithmusanforderungen für den Schutz von Brennstoffgrenzwerten, d.h. das minimale kritische Leistungsverhältnis (MCPR, Minimum Critical Power Ratio) und die maximale lineare Wärmeerzeugungsrate (MLHGR, Maximum Linear Heat Generation Rate) verarbeitet. (Die Erweiterung der diskutierten MLHGR auf den Parameter des singulären, maximalen, mittleren, planaren, linearen Wärmeerzeugungs- Grenzwertes (MAPLHGR, Maximum Average Planar Linear Heat Generation Rate) ist offensichtlich). Das System übernimmt auch als Eingangsgrößen die absoluten momentanen thermischen Kernparametergrenzwerte zusammen mit einem Satz eingebauter, als A- und B-Faktor bezeichneter Parameter, welche Funktionen der Kernleistung und Steuerstabposition sind, und den thermischen Betriebsparametergrenzwert (oder Sicherheitsgrenzwert) bei den aktuellen Leistungs- und Stömungszuständen. Auf der Basis der vorstehenden Informationen berechnet das System Signaleinstellpunktwerte für das MCPR und die MLHGR. Das Verhältnis des kontinuierlich abgetasteten Leistungswächtersignals zu diesem Wert in einem beliebigen Anfangszustand bildet das ATLM-Signal. Diese (auf einen beliebigen Anfangszustand normierten) Einstellpunktwerte werden kontinuierlich mit dem momentan abgetasteten ATLM- Signalen verglichen, um zu ermitteln, ob ein Steuerstab- Herauszieh-Blockierungsbefehl oder ein Kernströmungs- Blockierungsbefehl erteilt werden soll. Wenn ein momentan abgetasteter und verarbeiteter ATLM-Wert sich seinem Einstellpunktwert annähert, wird der Stabblockierungs- (oder Strömungsblockierungs) Befehl erteilt. Dieses stellt dann sicher, daß die thermischen Kerngrenzwerte bei einem Stab- Herausziehen oder bei Strömungssteigerungen nicht überschritten werden.
Hierin wird im Rahmen eines Beispiels nicht nur die Systemkonfiguration und Funktionslogik der Stabblockierung und Strömungsblockierung, sondern auch die Auslegungsbasis der A- und B-Faktoren in dem Systemalgorithmus beschrieben, welche für das gesamte ATLM-System grundlegend sind. Das Konfigurationskonzept, die Funktionslogik und die Form und Auslegung der A- und B-Faktoren bilden den Großteil der Offenbarung der ATLM-Auslegung.
Ein Vorteil des offenbarten Verfahrens und der Vorrichtung besteht darin, daß sie sowohl bei Anforderungen zum Stab-Herausziehen als auch bei Anforderungen zur Strömungssteigerung anwendbar sind.
Ein zusätzlicher Vorteil ist, daß die Manipulation der Anlage eine Stabblockierung mit umfassen kann, wenn thermische Betriebsgrenzwerte anstelle von thermischen Sicherheitsgrenzwerten Gefahr laufen, überschritten zu werden. Es ist nicht länger erforderlich, ein System zur Überwachung von Leistungsteigerungsanforderungen zu haben, das theoretisch Blockierungsbefehle auf der Basis von Sicherheitsgrenzwerten erteilt.
Ein weiter Vorteil des offenbarten Systems ist, daß es in einem Reservemodul eingesetzt werden kann, um Leistungssteigerungsanforderungen zu überwachen und blockieren, wenn Sicherheitsgrenzwerte erreicht werden. Es ist ideal für das hohe Maß einer in Kernanlagen erforderlichen Betriebs sicherheitsredundanz.
Ein weiterer Vorteil des offenbarten Systems ist, daß der Operator in Realzeit bei der Vermeidung von Überschreitungen thermischer Betriebsgrenzwerte unterstützt wird. Dieses Vermeiden der Überschreitung basiert auf dem absoluten und aktuellen thermischen Betriebszustand des Reaktors. Demzufolge wird der Operator bei dem Erreichen optimierter radialer und axialer Leistungsprofile während des Leistungsanstiegs auf den Nennzustand während des gesamten Nennleistungbetriebs unterstützt
Noch ein weiterer Vorteil des offenbarten Systems besteht darin, daß der Reaktor, da das System auf tatsächlichen Ergebnissen lokaler Leistungsbereichwächter basiert, mit besserer Flexibilität innerhalb seiner thermischen Grenzwerte betrieben werden kann. Da Blockierungen nur auf Basis der Differenz zwischen dem tatsächlichen Betriebszustand des Reaktors und der angeforderten Leistungssteigerung auftreten, sind übermäßig konservative die Ausgangsgröße des lokalen Leistungsbereichwächters betreffende Praktiken nicht mehr erforderlich. Das offenbarte Protokoll stellt innerhalb seiner Einschränkungen und Grenzen einen Betrieb innerhalb der thermischen Grenzwerte sicher.
In Zusammenfassung der funktionellen operativen Aufgaben des dargestellten System kann man erkennen, daß das offenbarte System:
a) Die thermische Kerngrenzwertinformation aus dem Anlagen- Prozeßrechner und die lokale Leistungsinformation aus dem Neutronenüberwachungssystem NMS (Neutron Monitoring System) verwendet, um Vergleiche auf der Basis seines eigenen von dem Prozeßrechner unabhängigen Algorithmus auszuführen, und um Stabblockierungs- (oder Strömungsblockierungs)-Befehle zu erteilen, wenn der absolute thermische Betriebsgrenzwert erreicht wird. Für den Fall, daß die Betriebsgrenzwert-Stabblockierung ausfällt, erteilt ein Reservemodul einen Stabblockierungsbefehl, wenn der Sicherheitsgrenzwert erreicht wird.
b) Durch die Stabblockierungsfunktion und den von dem ATLM abgeschätzten thermischen Grenzwert der Operator nicht nur bei der Vermeidung der Überschreitung des thermischen Betriebsgrenzwertes sondern auch beim Erreichen optimierter radialer und axialer Leistungsprofile während des Leistungsanstiegs auf den Nennzustand und während des gesamten Nennleistungsbetriebs unterstützt wird.
c) Die tatsächlichen momentanen Kernwächterergebnisse für ein bessere Flexibilität bei Stab-Herauszieh-Manövern nutzt. Mit dem ATLM-System kann der Stab (bzw. die Stäbe) herausgezogen werden, bis der Betriebsgrenzwert erreicht wird.
d) Mit seinem unabhängigen Schutzalgorithmus, welcher auf absoluten thermischen Kerngrenzwerten basiert, das ATLM einen automatisierten Steuerstabbetrieb zuläßt. Das RBM kann keinen automatisierten Steuerstabbetrieb zulassen, da es nicht auf absoluten thermischen Kerngrenzwerten basiert und es annimmt, daß sich der Kern immer an dem Betriebsgrenzwert befindet oder dazu einen Toleranzabstand aufweist. Demzufolge kann es nicht automatisch den Betriebsgrenzwertschutz liefern, den das ATLM für einen automatisiertem Steuerstabbetrieb liefert, wenn wiederholte Anforderungen zum Herausziehen eines Steuerstabes gestellt werden, die zu einer Überschreitung thermischer Grenzwerte führen würden, wenn ihr Fortgang zugelassen würde, wenn nur das RBM verwendet wird.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun im Rahmen eines Beispiels Bezug auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kernreaktors ist, die den Kühlmittelströmungskreis und die Vorrichtung zum Blockieren des Steuerstab-Herausziehen darstellt, wobei diese Vorrichtungen als ein postoperativer Schritt durch das hierin beschriebene Überwachungsfahren und den Vorrichtungsalgorithmus betätigt werden;
Fig. 2 eine schematische Darstellung ist, welche eine typische Gruppe von 16 Brennstoffbündeln innerhalb eines Reaktorkerns darstellt und die schematisch die Anordnung von vier Steuerblättern und des lokalen Leistungsbereichwächter-Arrays darstellt;
Fig. 3 ein Schaltbild der ATLM-Mikroprozessorschaltung ist;
Fig. 4A ein Leistungs/Strömungs-Diagramm ist, welches den Bereich möglicher spezifischer Leistungen und Strömungen für einen gegebenen Reaktor darstellt und welches auch die Betriebszustände darstellt, welche die Berechnungsdatenbasis für die ATLM-Parameter, den A- und B-Faktor bilden;
Fig. 4B eine beispielhafte graphische Darstellung sich verändernder "A-Faktor"-Konstanten für unterschiedliche Stab-Herausziehungsschritte verschiedener Stabgruppen bei vorgewählten Leistungsraten ist, um die ermittelte Veränderung darzustellen, die in einem typischen Reaktor auftritt, wobei die Kernströmung in dieser Darstellung ein konstanter Wert ist;
Fig. 4C eine zweite beispielhafte graphische Darstellung von Konstanten, ähnlich den in Fig. 4B dargestellten ist, wobei diese von einer Kurve des "schlechtesten Falles" begrenzt sind, und diese Kurve für beide Konstantenbestimmungen nach einem Aspekt dieser Erfindung verwendet wird;
Fig. 5A die optimale konstante, differentielle Veränderung im Strömungs-A-Faktor darstellt, der zur Strömungsveränderung im Strömungsblockierungsalgorithmus verwendet wird;
Fig. 5B quadratisch gelöste Kurven für Veränderungen in der Kernströmung darstellt, wobei diese Kurven schnell auf Mikroprozessoren zu lösen sind; und
Fig. 6A und 6B Kurvenscharen darstellen, die für lineare Leistungserzeugungsraten verwendet werden, wobei diese Kurven zum Bestimmen von Berechnungskonstanten (B-Faktoren) an vorgewählten lokalen Wächterpunkten und vorgewählten Höhen des Steuerstab-Herausziehens entlang aller Rohre in jeder Bündelgruppe bei verschiedenen Leistungs- und Stömungszuständen angewendet werden können; dabei ist Fig. 6A spezifisch für den Leistungsbereichwächter (LPRM) an der Höhe "C" und Fig. 6B spezifisch für den LPRM an der Höhe "D".
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 kann die Umgebung, in welcher das vorliegende thermische Grenzwertüberwachungssystem angeordnet ist, leicht verstanden werden. Ein Reaktorbehälter V mit einem Kern C erzeugt Dampf. Der Dampf S tritt auf einer Leitung L nach außen zu einer Hauptturbine T. In herkömmlicher Weise treibt die Turbine T einen Generator G an, welcher elektrische Leistung erzeugt.
Die Dampfabgabe erfolgt an einen (nicht dargestellten) mittels Kühlmittel gekühlten Kondensator. Ein System von Pumpen einschließlich Speisepumpe nehmen das Kondensat auf und speisen es in den Reaktorbehälter V zurück, womit sich der Dampfkreislauf endlos wiederholt. (Dieses ist ebenfalls nicht dargestellt).
Wie bei Kernreaktoren üblich, wird eine Umwälzpumpe R verwendet. Üblicherweise wälzt die Umwälzpumpe R das Wasser- Kühlmittel durch den Kern C hindurch um. Wie allgemein bekannt, ist eine derartige Umwälzung in peripheren Fallvolumina entlang der Seitenwände des Behälters V eingeschlossen und kehrt die Strömung um, um mittig durch den Kern C nach oben zu verlaufen.
Das Kühlmittel hat zwei Aufgaben.
Erstens arbeitet es als ein Moderator. Wenn es als ein Moderator arbeitet, steigert oder senkt es die Leistung.
Zweitens entzieht das Kühlmittel Brennstoffwärme und wandelt sich selbst in Dampf S um, welcher die Turbine T antreibt.
Nach der Beschreibung des Moderator-Strömungspfades und des Dampfkreislaufes in einer übervereinfachten Form, kann nun die Aufmerksamkeit auf die Reaktorsteuerung gerichtet werden.
Bezüglich der Fluidumwälzung durch die Pumpe R, wird eine Hauptsteuerung 20 verwendet. Die Hauptsteuerung empfängt von dem Generator (über nicht dargestellte Leitungen) ein Last/Geschwindigkeits-Signal. Zusätzlich kann sie eine manuelle Eingangsgröße empfangen.
Mit dem Empfang einer oder beider Eingangsgrößen weist die Hauptsteuerung 20 eine Ausgangsgröße für die Pumpengeschwindigkeitssteuerung 22 auf. Die Pumpengeschwindigkeitssteuerung 22 wirkt auf eine Kupplung 26 zwischen einem Motor 28 und einem Generator 30. Der Generator 30 steuert einen die Umwälzpumpe R antreibenden Motor 32. Es ist selbstverständlich, daß die für den veränderlichen Durchsatz der Pumpe R verwendete spezielle Steuerung variieren kann, und daß auch in einer anderen Konfiguration mehrere Pumpen R und Motoren 32 direkt innerhalb und unterhalb der Fallvolumina des Behälters V angeordnet sein können.
In gleicher Weise kann die Funktion der Steuerstäbe in einer vereinfachten Form zusammengefaßt werden. Typischerweise wird eine Gruppe von Steuerstäben 50 von hydraulischen Steuereinheiten (HCU, Hydraulic Control Unit)) 52 betätigt. Diese Steuereinheiten enthalten Präzisionspositionswächter, um die Stäbe in vorgegebenen Eindringpositionen in dem Kern sowohl für die Profilierung der Kernreaktion als auch dessen allgemeine Steuerung- zu halten.
Die hydraulischen Steuereinheiten 52 werden wiederum von einem Stabsteuerungs- und Informationssystem (RCIS, Rod Control and Information System) 54 aktiviert. Diese Stabsteuerungs- und Informationssystem umfaßt Eingabegrößen von dem Operator und Ausgabegrößen an den Operator, welche die Position von jedem der Stäbe anzeigen.
In Fig. 2 ist ein Schnitt des Kerns C dargestellt.
Typischerweise umfaßt dieser Schnitt 16 von vier Steuerblättern 62 gesteuerte Bündel 60. Der Leser wird erkennen, daß der Kern C aus mehreren hundert Bündeln 60 mit vielen solcher Steuerstäben besteht, wobei im allgemeinen vier Steuerstäbe 62 für jede Gruppe von 16 Bündeln vorhanden ist.
Die Steuerstäbe werden von der Steuerungseinheit 52 in den Kern C hinein angehoben und aus dem Kern C heraus abgesenkt, wobei sich diese Einheiten unter dem Reaktorbehälter V befinden. Es ist diese Steuerstabbewegung, welche den Reaktorbetrieb bewirkt.
Einfach gesagt, wenn die Steuerstäben eingeführt sind, wird die Kernreaktion verhindert. Bei herausgezogenen Steuerstäben steigt die Kernreaktion an.
Jede Gruppe von 16 Brennstoffbündeln wird von 16 lokalen Leistungsbereichwächtern (LPRM's) überwacht. Die lokalen Leistungsbereichwächter sind typischerweise in Ketten in Anordnungen montiert, die sich über die vertikale Länge des Kerns erstrecken. In Fig. 2 sind vier solcher Ketten 63, 64, 65 und 66 dargestellt.
Jede Kette enthält vier diskrete Leistungswächter. Dieses Leistungswächter sind als A, B, C und D dargestellt. Es ist zu sehen, daß sich die Wächter D in der Nähe der Oberseite des Kerns und die Wächter A in der Nähe des Kernbodens befinden. Die Wächter B und C überwachen die mittleren Höhen des Kerns.
Es ist verständlich, daß für die Zwecke der Anwendung die Überwachung nach breiten Grenzwertklassifizierungen erfolgt.
Erstens wird jedes Bündel auf seinen Gesamtleistungsabgabe überprüft. Es ist verständlich, daß die Konstante "A", welche in dieser Beschreibung folgt, in dieser Funktion verwendet wird.
Zweitens wird jeder einzelne in irgendeinem Bündel enthaltene Brennstoffstab auf seine lineare Leistungserzeugung hin überwacht.
Schließlich wird eine planare, gemittelte, lineare Wärmeerzeugungsrate für jedes Bündel an verschiedenen Brennstoffebenen überwacht.
Es ist verständlich, daß für diese letzten zwei Betrachtungen die Konstante "B", welche in dieser Beschreibung folgt, verwendet wird.
Wie es nachstehend vollständiger ausgeführt wird, wurde gefunden, daß das Verhältnis der maximalen linearen Wärmeerzeugungsrate in den Brennstäben und das Verhältnis der planaren gemittelten Wärmeerzeugungsrate an jeder Brennstoffebene jedes Bündels analog sind. Da dieses der Fall ist, kann die Konstante "B", wie sie nachstehend beschrieben wird, als generische Eingangsgröße für den gegen diese Grenzwerte schützenden Algorithmus verwendet werden.
Ein kurzer Bezug kann auf Fig. 3 genommen werden. Diese Darstellung ist ein Schaltbild, welches die Prozessorvorrichtung dieser Erfindung beschreibt. Einfach gesagt, führt jeder lokale Leistungswächter A, B, C und D seine Signale durch einen Signalkonditionierer 70 und danach zu einer Bank optischer Isolatoren 72. Die optischen Isolatoren geben die Signale in einen Eingabe/Ausgabe-Bus 73 ein, welcher das Signal an den lokalen Leistungsbereichwächter-Verarbeitungsbus übergibt. Unter Verwendung dieses Busses werden alle Eingangsgrößen des gesamten Reaktors in der Größenordnung von 200 von dieser Prozessoreinheit abgetastet.
Dieses Abtastung erfolgt in der genannten Verarbeitungseinheit in dem Block 74.
Danach wird in für jeden Wächterblock von 16 Bündeln in geeigneter Weise die Summe und der Durchschnittswert der lokalen Leistungsbereichwächter in dem Block 75 berechnet.
Sobald dieses erfolgt ist, werden zwei Mikroprozessor- Ausgangsgrößen verwendet. Eine erste Ausgangsgröße bei 76 geht zu einem Algorithmus-Mikroprozessor, welcher die sogenannten Betriebsgrenzwert-Einstellpunkte verarbeitet.
Ein zweite Ausgangsgröße 78 geht zu einer Algorithmus- Mikroprozessoreinheit, welche nicht dargestellt ist und identisch mit der bei 76 angeschlossen dargestellten ist. Dieser Mikroprozessor verarbeitet die sogenannten "Sicherheitsgrenzwerte" und liefert das Maß an Redundanz und Reserveschutz, das diese Offenbarung ermöglicht.
Nach der Beschreibung des allgemeinen Aufbauschaltbildes, können die spezifischen Eingangsgrößen beschrieben werden. Bei 81 werden in eine Selbsttesteinheit hinein die Anlagenparameter abgelegt. Zusätzlich wird bei 82 ein Einstellpunktergebnis von einem optionalen identischen Redundanzkanal für einen Kanalquervergleichstest eingeschoben.
Die Algorithmuseinheit empfängt über 84 einen Referenz- APRM-Wert, welcher den Reaktorleistungspegel darstellt, bei 85 die thermische Grenzwertausgabegröße eines Kernsimulators, bei 86 eine Stabpositionsanzeige. Die Eingangsgröße 87 umfaßt anwendbare Kernströmungsdaten aus der Umwälzpumpe R (siehe Fig. 1).
Die Algorithmuseinheit berechnet einen Einstellpunkt. Dieser Einstellpunkt wird in einem Komparator 93 mit tatsächlichen momentanen auf lokalen Leistungsbereichwächtern basierenden Signalen 92 verglichen. Wenn die Auslesesignale aus den aktuellen Leistungsbereichwächtern den Einstellpunkt überschreiten, gibt die Auslöseeinheit 94 einen Auslösebefehl. Der Auslesebefehl läuft von dem automatisierten thermischen Grenzwertwächter aus an zwei Leitungen 96, 98 weiter.
Gemäß nochmaligen Bezug auf Fig. 1 blockiert die Leitung 96 alle weiteren Stabeinführungen. Zusätzlich blockiert die Leitung 98, wie es in Fig. 1 zu sehen ist, alle weiteren Versuche, die Kernströmung zu verändern.
Wie ausdrücklich betont wurde, ist das Vorhandensein eines Kernsimulators bekannt. Dieser Kernsimulator empfängt Eingangsgrößen von einem Neutronen-Überwachungssystem 100 und konstruiert in einem großen, schnellen Rechner 102 ein Modell des gesamten Reaktorbetriebs. Dieses Modell des gesamten Reaktorbetriebs kann auf einer Zeitbasis vorhergesagt werden, die sich mittels moderner sehr schneller Rechenanlagen an ein Modell alle zwei Minuten annähert. Dieses Berechnungsergebnis der thermischen Kerngrenzwerte wird in einen Speicher in dem automatisierten thermischen Grenzwertüberwachungssystem 120 hinuntergeladen. Auf der Basis dieser thermischen Kerngrenzwerte berechnet die Algorithmuseinheit die Einstellpunkte und rithmuseinheit die Einstellpunkte und gibt sie aus.
Diese Berechnung erfolgt in der Einheit in Realzeit, in einem sehr kurzen Berechnungszyklus in der Größenordnung von 0,1 bis 0,2 Sekunden.
Nach der allgemeinen Darstellung dieses Systems, kann nun eine detaillierte Diskussion der darin verwendeten Algorithmen erfolgen.

Anordnung der Komponenten

Die Signalverarbeitung des ATLM-.Systems und das Logikdiagramm gemäß Darstellung in Fig. 3 kann begrifflich zusammengefaßt werden.
Das ATLM-System übernimmt alle Auslesedaten der LPRM- Detektoren als Eingangsgrößen. Alle LPRM-Signale werden in zwei redundante Kanäle des ATLM-Systems eingespeist, indem sie zuerst einen Analog/Digital-Wandler und Sätze optischer Verbindungsglieder durchlaufen. In jedem Kanal durchlaufen, nachdem die LPRM-Signale die Abtast/Verarbeitungs-Einheit durchlaufen haben, diese dann eine Summier- und Mittelungsschaltungseinheit. Mit Ausnahme des peripheren Kernbereichs wird jeder quadratische Block von 16 Brennstoffbündeln durch die vier LPRM-Ketten an den vier Ecken diesen Blocks überwacht. Für eine Überwachung des Grenzwertes des minimalen kritischen Leistungsverhältnisses (MCPR) wird die Summe des Mittelwertes jeder Höhe B, C, D der vier LPRM-Ketten dazu verwendet, den MCPR-Wert über diesen 16 Bündeln zu überwachen. Bei peripheren Bündel, bei denen nur drei oder zwei LPRM-Ketten verfügbar sind, werden spezifische aber ähnliche Zordnungsverfahren eingesetzt. Somit werden die Auslesedaten jeder LPRM-Kette viermal verwendet, um die Summen- und Mittelwertausgangsgrößen für die vier unterschiedlichen aber benachbarten Brennstoffblockbereiche für jeden der zwei ATLM-Kanäle zu erzeugen.
Die von dem Kern-Simulator/Wächter des Prozeßrechners berechneten anfänglichen regionalen MCPR-Werte jedes Blocks von 16 Bündeln werden ausgewählt und in Matrixform zwecks Vergleich in den Speicher der Algorithmuseinheit hinuntergeladen. Für den Algorithmus des Leistungsdichtegrenzwertes (KW/FT) wird der gemittelte Auslesewert jeder der vier Pegel getrennt verwendet, um die lokalen Leistungsdichten in den vier vertikalen Abschnitten des 16-Bündel-Blocks zu überwachen. Diese vier vertikalen Abschnitte entsprechen den vier LPRM-Höhen (siehe Fig. 2).
Die verarbeiteten LPRM-Auslesewerte, die jeden einzelnen Bereich des Kerns abdecken, werden sowohl in die Komparatoreinheit als auch in die Algorithmuseinheit in Matrixform eingelesen. Die Algorithmuseinheit übernimmt als Eingangsgröße den APRM-Referenzwert (als Reaktorleistung), die ausgewählte Stabidentfikation und dessen Position von der RICS- Einheit, die Kernströmung und die regionalen thermischen Grenzwertdaten aus dem Kernwächter.
Die Algorithmuseinheit führt dann Einstellpunkt-Berechnungen für jeden Bereich getrennt nach thermischen Betriebsgrenzwert- und thermischen Sicherheitsgrenzwert-Einstellpunkten in verschiedenen Untereinheiten aus. Die berechneten Einstellpunktdaten gelangen dann zu der Komparatoreinheit, wo sie mit den momentanen LPRM-Daten aus der Summen/Mittelungs- Einheit für jeden Überwachungsbereich verglichen werden. Ein Stabblockieruftgssignal wird ausgegeben, wenn die momentane LPRM-Ausgangsgröße aus irgendeinem Bereich die Einstellpunktausgangsgröße dieses Bereichs überschreitet.
Ein getrennter Satz von Einheiten, welcher ein Strömungsblockierungssignal ausgibt, ist ebenfalls in beiden Kanälen enthalten. Das Strömungsblockierungssignal wird ausgegeben, wenn der MCPR-Grenzwert oder der KW/FT-Grenzwert während einer Strömungsänderung erreicht wird. Eine getrennte Selbsttesteinheit ist in jedem Kanal enthalten, um einen Testbefehl aus zugeben und um eine Prozessorberechnungsverifikation und eine Wächterberechnungsverifikation auszuführen.

Systemalgorithmus

Algorithmus zur Verhinderung einer MCPR-Grenzwertüberschreitung während des Steuerstab-Herausziehens

Die Gleichungen, welche die Beziehungen zwischen den thermischen Grenzwerten und den verarbeiteten LPRM-Summenausgangsgrößen für jeden Überwachungsbereich bestimmen, sind wie folgt:
RBSo/LPRMi = Ao x RMCPRi/OLMCPR (1)
RBSs/LPRMi = As x RMCPRi/SLMCPR (2)
Dabei ist:
RBSo: der Stabblockierungs-Einstellpunkt des Betriebs grenzwertes.
RBSs: der Stabblockierungs-Einstellpunkt des Sicherheitsgrenzwertes
LPRMi: die Anfangssumme des Durchschnitts von vier LPRM-Werten von den B-, C-, D- Höhen der vier LPRM-Ketten, die jeden 16-Bündelbereich umgeben. (Oder von den verfügbaren LPRM-Werten für den entsprechenden Peripherbereich).
Ao: der Toleranzfaktor für die Betriebsgrenzwert- Stabblockierung, eine bekannte Funktion der Stabziehstrecke.
As: der Toleranzfaktor für die Sicherheitsgrenzwert- Stabblockierung, eine bekannte Funktion der Stabziehstrecke.
RMCPRi: der regionale anfängliche minimale CPR-Wert, d.h., der minimale CPR-Wert der 16 Bündel in dem von den vier LPRM-Ketten überspannten Bereich (Weniger als 16 Bündel in Peripherbereichen) Bekannte Eingangsgrößen aus dem Kern-Simulator/Wächter.
OLMCPR: der MCPR-Betriebsgrenzwert in aktuellen Zyklen, eine bekannte Funktion der Leistung und Strömung.
SLMCPR: der MCPR-Sicherheitsgrenzwert in aktuellen Zyklen, ein bekannter bindender Wert für alle Leistungs- und Strömungszustände.
Der vorstehende Algorithmus ist unter der Annahme abgeleitet, daß keine Strömungsänderung vorliegt.

Grundlage des Algorithmus

Das kritische Leistungsverhältnis (CPR) ist auf die kritische Qualität (Xc), die Bündelleistung (P) und die Kanalströmung (W) wie folgt bezogen:
CPR = Xc/P/W x Konstante
Für zwei verschiedene Leistungszustände gilt:
CPRGrenz/CPR = (P/W)/(P/W)Grenz XcGrenz/Xc
oder
Pgrenz/P = CPR/CPRGrenz x WGrenz/W x XcGrenz/Xc
Es werde angenommen, daß die von dem Steuerstab-Herausziehen bewirkte Strömungsänderung sehr klein ist. Wenn ferner kein Herausziehen eines benachbarten Stabes vorliegt, werde angenommen, daß die Xc-Änderung vernachlässigbar ist, womit
PGrenz/P = Konstante x CPR/CPRGrenz
wobei
Konstante = WGrenz/W XcGrenz/Xc = 1.
Wenn eine durch einen benachbarte Stabbewegung bewirkte axiale Leistungsspitzenverschiebung vorliegt, dann gilt
Pgrenz/P = Ka CPR/CPRGrenz (6)
wobei Ka der Koeffizient ist, um die axiale Leistungsspitzenverschiebung zu berücksichtigen.
Es werde angenommen:
LPRMGrenz/LPRM = C x PGrenz/P (7)
Folglich gilt:
LPRMGrenz/LPRM = C x Ka x CPR/CPRGrenz
oder,
LPRMGrenz/LPRM = A CPR/CPRGrenz; A = C x Ka (8)
wobei gilt
A = Funktion (Leistung, Strömung, Herausziehstrecke)
------ für einen Brennstoffbereich mit Stabbewegung
A=1
------ für einen Brennstoffbereich ohne Stabbewegung
(Die vorstehende Gleichung nimmt keine Strömungsänderung an.)

Bestimmung des A-Faktors

Der A-Faktor korreliert das Bündel-MCPR-Verhältnis zu einem integrierten LPRM-Verhältnis über kombinierte Beziehungen zwischen dem MCPR-Wert zu der Bündelleistung und der Bündelleistung zu dem LPRM-Wert. Die Konstruktion der Bündelleistung aus den LPRM-Auslesewerten ist eine größere Rechenaufgabe in dem Modell des Anlagenprozeßrechners, bei der eine große Menge von Koeffizienten und Daten in längeren Berechnungen verwendet werden. Um eine einfache Beziehung zwischen gemessenen LPRM-Werten und der "absoluten" Bündelleistung und dem entsprechenden MCPR-Wert aufzustellen, die nur sehr wenige Eingangsgrößendaten und Berechnungen beinhaltet, wie sie von einer schnellen On-Line-Überwachung und für Steuerungszwecke erforderlich sind, wird ein Näherungsverfahren eingesetzt. Dieses Verfahren besteht darin, eine nur von sehr wenigen Parametern abhängige A-Faktor-Kurve zu konstruieren, welche auf einer statistischen Interpretation halbempirischer Ergebnisse aus exakten Berechnungen der Kernphysik bei verschiedenen Zuständen basiert.
Um A-Faktor-Kurven aus Steuerstab-Herauszieh-Fällen bei verschiedenen Betriebszuständen zu erhalten, wird eine Schar von Betriebsleistungs- und Strömungszuständen mit entsprechenden typischen Stabmustern im Voraus erstellt. Diesen Scharen von Betriebsleistungs- und Strömungszuständen werden aus beabstandeten Betriebsströmungs- und Leistungshöhen, die innerhalb der Begrenzung der Gesamtheit des Leistungs- und Strömungszustandes enthalten sind, ausgewählt. Diese Gesamtheit der Leistungs- und Strömungszustände ist in Fig. 4A dargestellt.
Es sind sechs ausgewählte Positionen der Leistung und Strömung, die besonders analysiert wurden, dargestellt. Diese sind für Kernströmungen von 43% in Fig. 4B und 70% in Fig 4C dargestellt. Stab-Herauszieh-Fälle mit Stäben mit höherem Wert werden auf der Basis dieser Anfangszustände erstellt. Auf der Basis des höchsten Stabwertes und der größten Größe einer Stabgruppe für das Stab-Herausziehen wird eine Schar von A-Faktor-Kurven für verschiedene Leistungs- und Strömungszustände und bei verschiedenen Kernzykluszuständen erstellt. Mit der vorstehenden Datenbasis ist eine vorgeschlagene statistische A-Faktor-Kurve für den Stabblockierungs-Algorithmus des Betriebsgrenzwertes für einen typischen 1100 MW-Reaktor bei 200 in Fig. 4C dargestellt. Dieses ist die Kurve von einseitigen A-Faktor-Werten bei 95% Wahrscheinlichkeit und 50% Konfidenz (Bestschätzung) unter Verwendung der aktuellen Datenbasis von verschiedenen A- Faktor-Daten und der Annahme einer Normalverteilung der Daten, und mit den folgenden Annahmen:
a) Es sind Fälle des Stab-Herausziehens einer Höchstwertgruppe (d.h., von Höchstwertstäben bei einer Gruppengröße von acht Stäben) auf der Basis von typischen Stabmustern bei verschiedenen Leistungs- und Strömungszuständen.
b) Die Daten enthalten sowohl Kernanfangs- als auch Gleichgewichtszyklus-Zustände.
c) Xenon liegt zu Beginn im Gleichgewichtszustand und konstantes Xe während des Zurückziehens vor.
d) Eine durchschnittliche statistische LPRM-Ausfallrate von 15% ist bei der Erstellung des 95/50 Grenzwertes eingeschlossen.
Basierend auf einem ähnlichen Verfahren wird ein weiterer Satz von A-Faktor-Kurven für jeden Stab erstellt, der mindestens zur Hälfte seit der letzten Kernwächteraktualisierung herausgezogen - wurde. Durch Implementierung dieses zusätzlichen Satzes von A-Faktor-Kurven in den Algorithmus kann der Konservatismus in dem A-Faktor für weiter als zur hälfte herausgezogene Stäbe signifikant reduziert werden.

A-Grenzfaktor für den SLMCPR-Schutz

Das Stabmuster-Begrenzungs-Verfahren wird verwendet, um eine A-Faktor-Kurve für den SLMCPR-Schutz zu erzeugen.
Der Höchstwert-Stab oder - Stabgruppe wird als der Fehlerstab (Stäbe) in dem Stab-Herauszieh-Fehlerfall gewählt, wobei ein entsprechendes Begrenzungs-Stabmuster erstellt wird, welches die schlechteste thermische Grenzwertänderung bei einem kontinuierlichen Stab-Herausziehen ergeben würde. Dieses Ergebnis des schlechtesten Zustands wird dann dazu verwendet, den Stabblockierungs-Einstellpunkt basierend auf den Konzept, daß kein Stab-Herauszieh-Fail ein schlechteres Ergebnis ergibt, zu definieren; womit dieser Einstellpunkt jede SLMCPR-Überschreitung unter allen Umständen verhindert. Dieses gleiche Verfahren wird hier bei der Ermittlung des A- Grenzfaktors für den SLMCPR-Schutz verwendet. Wenn man einen A-Faktor erstellt, welcher den schlechtesten thermischen Grenzwertänderungszustand darstellt, dann verhindert die Verwendung dieses A-Faktor in dem MCPR-Schutz-Einstellpunktalgorithmus jede SLMCPR-Überschreitung unter allen Umständen. (Der A-Faktor ist ein Multiplikator für den Einstellpunkt selbst.) Die A-Faktor-Kurve für den SLMCPR-Schutz ist für einen typischen 1100MW-Reaktor berechnet und bei 201 in Fig. 4Cdargestellt.
In Fig. 4B sind typische sich auf das Stab-Herausziehen an einer ausgewählten Stelle in Kern beziehende Kurven dargestellt. Diese Kurven gelten für verschiedene Leistungspegel bei 43% Kernströmung.
In Fig. 4C ist eine Gruppe solcher Kurven für eine andere Stabstelle und Kernströmung dargestellt.

MCPR-Schutz-Algorithmus während des Kernströmungsänderungs- Algorithmus

RBSo/LPRMi = Agesamt,o RMCPRi/OLMCPR
= Ao Af RMCPRi/OLMCPR
RBSs/LPRMi = Agesamt,s RMCPRi/OLMCPR
= As Af RMCPRi/OLMCPR
Dabei sind:
RBSo: der Stabblockierung-(Strömungsblockierung)-Einstellpunkt des Betriebsgrenzwertes;
RBSs: der Stabblockierung-(Strömungsblockierung) Einstellpunkt des Sicherheitsgrenzwertes;
LPRMi: die Anfangssumme des Durchschnitts von vier Eck- LPRM-Werten von den B-, C-, D-Höhen, (Siehe System-Algorithmus);
Ao: der Toleranzfaktor für die Betriebsgrenzwert- Stabblockierung aufgrund des Stab-Herausziehens, eine bekannte Funktion der Stabziehstrecke. Gleiches Ao wie im Systemalgorithmus;
As: der Toleranzfaktor für die Sicherheitsgrenzwert- Stabblockierung, eine bekannte Funktion der Stabziehstrecke. Gleiches Ao wie im Systemalgorithmus;
RMCPRi: der regionale anfängliche minimale CPR-Wert. (Siehe System-Algorithmus);
OLMCPR: gleich wie im System-Algorithmus;
SLMCPR: gleich wie im System-Algorithmus;
Af: der Toleranzfaktor für die Stabblockierung aufgrund von Kernströmungsänderung, eine bekannte Funktion der Anfangskernströmung und der Endkernströmung;
Af = 1 + f(Wi, Wf), Af = 1 wenn Wi = Wf
Dabei ist: f(Wi, Wf) = 1,953x10&supmin;²(Wf - Wi)
- 1,722x10&supmin;&sup4;(Wf² - Wi²) + 0,534x10&supmin;&sup6;(Wf³ - Wi³)
Agesamt,o: der Gesamttoleranzfaktor, der sowohl das Stab-Herausziehen als auch die Strömungsänderung für die Betriebsgrenzwert-Blockierung berücksichtigt;
Agesamt,s: der Gesamttoleranzfaktor, der sowohl das Stab-Herausziehen als auch die Strömungsänderung für die Sicherheitsgrenzwert-Blockierung berücksichtigt.
Dieser Algorithmus zeigt, daß der von der Strömungsänderung verursachte Faktor Af über den gesamten Kern gleichförmig ist. Der alles umfassende A-Faktor mit der Kombination des Stab-Herausziehens und der Strömungsänderung kann durch Multiplikation des von dem Stab-Herausziehen bedingten A- Faktors mit dem von der Strömungsänderung bedingten A-Faktor erhalten werden.

Grundlage des Algorithmus

Da die Kernströmungsänderung im allgemeinen über den gesamten Kern gleichförmig ist, bewirkt die gleichförmige Bündelströmungsänderung eine gleichförmige Bündelleistungsänderung. Das Verhältnis der MPCR-Änderung ist ebenfalls unter spezifischen Leistungs- und Strömungszuständen gleichförmig. Dieses ergibt ein konstantes Af für alle Kernbereiche bei spezifischen Leistungs- und Strömungszuständen. Der Af- Wert bei spezifischen Leistungs- und Strömungszuständen ist nur zu dem Verhältnis der kritischen Leistungsveränderung proportional. Diese Beziehung ist nachstehend dargestellt durch die Definition von Af:
LPRMx/LPRMi = Af CPRi/CPXx
wobei LPRM die Summe der B-, C-, D- LPRM-Werte darstellt,
wobei CP die kritische Bündelleistung bei spezifischem Strömungszustand (und Leistungszustand) darstellt.
Af = LPRMx/LPRMi CPx/CPi Pi/Px
Mit der Annahme:
LPRMx/LPRMi = Px/Pi
ist dann
Af = CPx/CPi
Dieses zeigt, daß Af in etwa dem Verhältnis zwischen der kritischen Endleistung nach der Strömungsänderung und der kritischen Anfangsleistung vor der Strömungsänderung gleich ist. Wenn der konservativste Af-Wert von den Leistungszuständen bei einer konstanten Kernströmung genommen wird, kann eine Af-Kurve als eine Funktion nur der Kernströmung aufgestellt werden, welche demselben Trend wie das Veränderungsverhältnis der kritischen Bündelleistung folgt. Da die kritische Leistung ansteigt, wenn die Strömung ansteigt, ist Af immer größer als 1. Bei einer geringeren Strömung ist Af größer, da das kritische Leistungsänderungsverhältnis größer ist; bei einer stärkeren Strömung ist Af kleiner, da das kritische Leistungsänderungsverhältnis kleiner ist. Af kann aufgestellt werden als:
Af = 1 + f(Wf, Wi), Af = 1, wenn Wf = Wif,
wobei Wf und Wj die End- und Anfangsströmung im Kern sind.
Der von der Strömungsänderung im Kern bedingte Af-Faktor ist ein unabhängiger Faktor, der während des Stab-Herausziehvorgangs nicht verändert wird. Ein Gesamt-A-Faktor, der eine Kombination sowohl des Stab-Herausziehens als auch der Strömungsänderung darstellt, kann durch Multiplikation des durch die Strömungsänderung bedingten Af-Faktors mit dem durch das Stab-Herausziehen bedingten A-Faktor erhalten werden.

Ermittlung der Af-Funktion

Der genaue Af-Wert wird auf der Basis einer 10% -Kernströmungsänderungsvorgangs (ohne Stabziehen) an jedem typischen Arbeitspunkt ausgeführt. Die Af-Werte für eine 10%- Stömungsänderung sind in Fig. 5A als eine Funktion der Anfangskernströmung dargestellt.
Auf der Basis der Af-Ergebnisse zeigt sich, daß bei jeder festgehaltenen Kernströmung der Af-Wert bei niedrigerer 5leistung immer niedriger ist. Da ein niedrigerer Af-Wert einen konservativeren Af-Wert (d.h., der Stabblockierungs- Einstellpunkt ist niedriger) darstellt, werden die Durchnitts-Af-Werte mit einer Toleranz an diesen niedrigsten Leistungszuständen genommen, um eine Af-Funktion zu konstruieren, welche nur von der Kernströmung abhängt. Die verwendete Randbedingung ist die 95%-Wahrscheinlichkeit und die 50%-Konfidenz. Diese Kurve ist in Fig. 5A dargestellt. Sie ist ebenfalls gegeben durch:
d/dw(Af - 1) = 1,953x10&supmin;² - 3,544x10&supmin;&sup4; W + 1,602x10&supmin;&sup6; W²
Durch Integration der vorstehenden Gleichung erhält man:
(Af - 1) = 1,953x10&supmin;² (Wf - Wi) - 1,772x10&supmin;&sup4; (Wf² - Wi²) + + 0,534x10&supmin;&sup6; (Wf³ - Wi³).
Diese Beziehung ist in dem Stabblockierungsalgorithmus aufgrund der Kernströmungsänderung enthalten, um Af als eine Funktion von Anfangs- und End-Kernströmungen zu ermitteln. Sie ist in der Fig. SB graphisch dargestellt, wobei die Anfangsströmung 40%, 50% und 60% beträgt. Der Fachmann in diesem Gebiet wird erkennen, daß die sich ergebenden Gleichungen schnell in einem programmierten Mikroprozessor gelöst werden können.

Algorithmus zur Verhinderung der Überschreitung eines mechanisch-thermischen Grenzwertes während des Stab-Herausziehens

Es gibt zwei den mechanisch-thermischen Grenzwert des Brennstoffs betreffende Betriebsgrenzwerte. Einer ist die maximale Brennstab-Leistungsdichte oder maximale lineare Wärmeerzeugungsrate (MLHGR), welche hauptsächlich den Grenzwert zur Verhinderung des Hüllenrisses aufgrund einer Pellet- Ausdehnungsbeanspruchung überwacht. Der andere ist die maximale, planare, lineare Wärmeerzeugungsrate (MAPLHGR), welche einzuhalten ist, um die Hüllentemperatur während eines Kühlmittelverlustunfalls (LOCA) zu begrenzen. Während dieser Studie wurde demonstriert, daß der LPRM-Antwortwert auf die Veränderung der regionalen, maximalen, gemittelten, planaren, linearen Wärmeerzeugungsrate bedingt durch Stab-Herausziehen nahezu identisch zu dem LPRM-Antwortwert auf die regionale MLHGR-Änderung ist. Der MAPLHGR-Grenzwert ist von dem Brennstab-Wärmeflußgrenzwert abgeleitet, wobei lokale Spitzenwertfaktoren im Brennstab berücksichtigt sind. Der MAPLHGR-Grenzwert und der MLHGR-Grenzwert stehen in enger Beziehung und unterscheiden sich im allgemeinen um ein paar Prozent. Aufgrund der nahezu identischen LPRM-Antwortwerte auf Veränderungen der zwei Grenzwerte, kann jeder Grenzwert in der Stabblockierungslogik des ATLM-Systems für den mechanischen Grenzwertschutz des Brennstoffs verwendet werden. Wenn begrenzende konservative Randbedingungen zu den B-Werten hinzugefügt werden, wie es später noch zu erläutern ist, deckt der auf dem MAPLHGR- oder MLHGR-Wert basierende Algorithmus den mechanischen Grenzwertschutz des Brennstoffs sowohl bezüglich des MAPLHGR- als auch des MLHGR-Wertes ab.
In dem Kern-Überwachungsmodell wird der planare gemittelte LHGR-Wert durch das Modell errechnet, und der MAPLHGR- Grenzwert ist ein Eingangsgrößenwert, der eine Funktion des Brennstofftyps und der Bündeibestrahlung ist. Das als MAPRAT bezeichnete Verhältnis der zwei Werte wird ebenfalls von dem Modell berechnet und ist ohne weiteres durch Editieren der Ausgangsgröße erhältlich. Dieser MAPRAT-Wert muß von dem Algorithmus für die Berechnung des Stabblockierungs-Einstellpunktes verwendet werden. Da ferner der Überleistungs-Zustand während eines schlechtesten Übergangszustandes bei einem Nicht-Nennzustand schwerwiegender als der Nennzustand sein kann, muß ein von der Leistung und Strömung abhängiger Multiplikationsfaktor in dem MAPLHGR- oder MLHGR-Grenzwert für Nicht-Nennzustands-Anwendungen eingeschlossen sein.

MAPLHGR-Algorithmus-Gleichung

Die Gleichung, welche die Beziehung zwischen dem MAPLHGR- Grenzwert und verarbeiteten LPRM-Ausgangsgrößen bestimmt, ist wie folgt für jeden Brennstoffüberwachungsbereich beschrieben:
RBSm(X)/LPRMi(X) = Bi(X) Mp/MAPRATi(X)
Dabei sind:
RBSm(X): der Stabblockierungs-Einstellpunkt des MAPLHGR- Betriebsgrenzwertes an der LPRM-Höhe X;
LPRMi(X): der Anfangsdurchnittswert der vier LPRM-Werte (Höhe X) an den vier Ecken jedes 16-Bündel- Brennstoffbereichs. Der von den LPRM's auf der Höhe X überwachte Bereich ist der bis zu 1,5 ft (0,457 m) über und bis 1,5 ft (0,457 m) unterhalb des LPRM überdeckte Bereich. (Im Peripherbereich können weniger als 4 LPRM's vorhanden sein, welche einen Bereich mit weniger Bündeln überdecken.)
Bm(X) ein Toleranzfaktor für die Stabblockierung am MAPLHGR-Betriebsgrenzwert für LPRM's auf der Höhe X. Dieser Faktor ist eine Funktion der Leistung und Stabposition.
Mp: ein Nicht-Nennleistungsfaktor, um den Überleistungszustand während eines schlechtesten Übergangszustandes bei einem Nicht-Nennzustand zu berücksichtigen. Dieser ist eine bekannte Funktion der Leistung;
MAPRATi(X): der regionale anfängliche maximale MAPRAT-Wert für die Höhe X, d.h., der maximale MAPRAT-WERT der 16 Bündel mit dem von den LPRM's auf der Höhe X überdeckten 3 Feet-Abschnitt (0,944 m). (Weniger als 16 Bündel für Pheripherbereiche). Der MAPRATi-Wert ist eine bekannte Eingangsgröße aus dem Kernüberwachungsmodell.

Grundlage des Algorithmus

Der gemittelte planare LHGR (APLHGR)-Wert ist eine berechnete gemittelte Brennstoffpellet-Leistungsdichte des Bündels, ausgedrückt durch die Bezeichnung kw/ft (kW/m). Der maximale APLHGR-Wert in dem von dem LPRM überwachten Bereich kann als proportional zu der LPRM-Ausgangsgröße angenommen werden, die den Neutronenflußpegel darstellt, oder
LPRM α RAPLHGR
wobei RAPLHGR der regionale maximale APLHGR-Wert ist. Für zwei unterschiedliche Leistungspegel gilt:
LPRMi/LPRMj = RAPLHGRi/RAPLHGRj.
Wenn ein Stab in der Nähe einer LPRM-Kette herausgezogen wird, wird eine geringere als die wahre Brennstoffleistungsdichte des Brennstoffabschnitts um diesen Stab in der Nähe der LPRM-Kette gemessen. Für zwei Leistungszustände, wovon einer der Grenzwertzustand ist, erhält man:
LPRMGrenz/LPRM = B RAPLHGRGrenz/RAPLHGR.
wobei B der Untermessungsfaktor ist. Wenn die Werte auf der rechten Seite als MAPRAT dargestellt werden, d.h., RAPLHGR durch MAPLHGR dividiert wird, erhält man:
LPRMGrenz/LPRM = B MAPRATGrenz/MAPRAT.
wobei:
B = Funktion (Leistung, Strömung, Stabposition)
------ Brennstoffbereich mit Stab-Herausziehen
B=1
------ Brennstoffbereich ohne Stab-Herausziehen
Da der MAPLHGR-Wert basierend auf Überleistungszuständen während schlechtesten Übergangszuständen bei Nicht-Nennzuständen von der Leistung und der Strömung abhängt, muß ein Nicht-Nennleistungs-Multiplikationsfaktor für MAPLHGR (Mp) in der vorstehenden Gleichung für Einstellpunktberechnungen des Nicht-Nennzustandes enthalten sein. Oder
RBSMm/LPRMi = B MAPRATGrenz/MAPRATi = B 1/MAPRATi, im Nennzustand
und,
RBSMm/LPRMi = B Mp/MAPRATi, im Nicht-Nennzustand
B muß für die Abdeckung aller Leistungs- und Strömungszustände und für alle vier LPRM-Höhenanordnungen bestimmt werden.

B-Wert-Bestimmung

Die Strategie für die Bestimmung des B-Wertes ist dem verfahren zur Bestimmung des A-Faktors in dem MCPR-Einstellpunktalgorithmus ähnlich. Für jeden Leistungs- und Strömungszustand hängt die Beziehung zwischen der LPRM-Ausgangsgröße und der lokalen, regionalen, maximalen APLHGR hauptsächlich von der Herausziehposition des benachbarten Steuerstabs in diesem Bereich ab. Die B-Werte sind für unterschiedliche Leistungs- und Strömungszustände unterschiedlich. Um die Abhängigkeitsbeziehung der B-Werte in Bezug auf die Kernleistung, Strömung und Steuerstabposition zu erhalten, werden typische Leistungs- und Strömungszustände aus derselben Familie der in dem MCPR-Algorithmus verwendeten Betriebszustände ausgewählt und verwendet. Diese typischen Fälle sind Stab-Herauszieh-Fälle, wobei höherwertige Stabgruppen von Betriebszuständen aus, welche den gesamten Leistungs/Strömungs-Betriebsbereich abdecken, herausgezogen werden.
Auf der Basis der vorstehenden Fälle wird eine Schar von B-Wert-Kurven als eine Funktion der Stab-Herausziehposition für die verschiedenen Betriebszustände für jeden der vier Bereiche erstellt, die von der LPRM-Höhe A, B, C und D aus überwacht werden. Die Beispielergebnisse sind in den Figuren 6A und 6B dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, daß sich die B- Werte im allgemeinen abhängig von dem Abstand zwischen der Stabposition zu der Höhe der betroffenen LPRM verändern. Für einen anfänglichen tiefen Stab, tendiert der B-Wert nahe an Eins, bis der Steuerstab bis in die Nähe der LPRM-Höhe herausgezogen wird, wo der B-Wert zu fallen beginnt. Beispielsweise fällt der B-Wert für die Höhe des LPRM C auf bis zu 0,84.
Nachdem der Steuerstab auf eine Position sehr nahe an der LPRM-Höhe herausgezogen ist, beginnt der B-Wert wieder, zurück in die Nähe von 1 anzusteigen, wenn der Steuerstab von dem LPRM entfernt ist. Dieses beruht auf dem vorstehend beschriebenen Steuerstabdichteeffekt. Wenn jedoch die Steuerstab-Anfangsposition sehr nahe an dem LPRM oder bei der LPRM- Höhe liegt, dann fällt der B-Wert nicht mehr mit einem weiteren Stab-Herausziehen ab. Stattdessen bleibt er nahe bei Eins, bis der Stab vollständig herausgezogen ist. Ferner zeigen die Ergebnisse, daß bei höheren Kernleistungszuständen die B-Werte auch bei Stabpositionen nahe zum LPRM auf höheren Werten stehen. Dieses macht es möglich, zwei verschiedene Sätze von begrenzenden B-Werten für zwei verschiedene Leistungszustände auszuwählen.
Auf der Basis dieser Grenzfallergebnisse wird ein Satz sehr konservativer B-Werte-Kurven eines Grenztoleranzfaktors für jede LPRM-Höhenanordnung abgeleitet. Dieses ist mit einer durchgezogenen und einer gestrichelten Linie in den Figuren 6A und 6B dargestellt. Die durchgezogene Linie ist im niedrigen Leistungsbereich (unter 65% Leistung) anzuwenden; die gestrichelte Linie ist im hohen Leistungsbereich (über 65% Leistung) anzuwenden. Es wurde demonstriert, daß dieser Satz von B-Wert-Grenzen eine statistische Ausfallwahrscheinlichkeit der LPRM-Sensoren von 15% in geeigneter Weise mit enthalten kann.

MLHGR-Algorithnus-Gleichung

Die Gleichung, welche die Beziehung zwischen dem MLHGR- Grenzwert und verarbeiteten LPRM-Ausgangsgrößen bestimmt, ist der MAPLHGR-Gleichung ähnlich und wird wie folgt für jeden Brennstoffüberwachungsbereich beschrieben:
RBSm(X)LPRMi(X) = BM(X) MpX 13,4/KW/FTi(X)
Dabei sind:
RBSM(X): der Stabblockierungs-Einstellpunkt am MLHGR- Betriebsgrenzwert an der LPRM-Höhe X;
LPRMi(X): der Anfangsdurchnittswert der vier LPRM-Werte (Höhe X) an den vier Ecken jedes 16-Bündel- Brennstoffbereichs. Der von den LPRM's auf der Höhe X überwachte Bereich ist der bis zu 1,5 ft (0,457 m) über und bis 1,5 ft (0,457 m) unterhalb des LPRM überdeckten Bereiches. (Im Peripherbereich können weniger als 4 LPRM's vorhanden ein, welche einen Bereich mit weniger Bündeln überdecken.)
Bm(X) ein Toleranzfaktor für die MLHGR-Betriebsgrenzwert-Stabblockierung für LPRM's auf der Höhe X. Dieser Faktor ist eine Funktion der Leistung und Stabposition.
Mp: ein Nicht-Nennleistungsfaktor, um den Über- leistungszustand während eines schlechtesten Übergangszustandes bei einem Nicht-Nennzustand zu berücksichtigen. Dieser ist eine bekannte Funktion der Leistung. Wenn 13,4 KW/FT (43,96 KW/m) für den Betriebsgrenzwert bei allen Leistungszuständen verwendet wird,. dann ist Mp = 1.
KW/FTi(X): der regionale anfängliche maximale KW/FT-Wert für die Höhe X, d.h., der maximale KW/FT-Wert der 16 Bündel innerhalb dem von den LPRM's auf der Höhe X überdeckten 3 Feet-Abschnitt (0,944 m). (Weniger als 16 Bündel für Pheripherbereiche). Der KW/FTi-Wert ist eine bekannte Größe aus dem Kernüberwachungsmodell.

Grundlage des Algorithmus

Die Grundlage des MLHGR-Algoritmus ist ähnlich der des MAPLHGR-Algorithmus. Der maximale LHGR-Wert in dem von LPRM überwachten Bereich kann als proportional zu der LPRM- Ausgangsgröße angenommen werden, die den Neutronenflußpegel darstellt, oder
LPRM α M KW/FT
wobei M KW/FT das regionale maximale KW/FT ist.
Für zwei unterschiedliche Leistungspegel gilt:
LPRMi/LPRMj = KW/FTi/KW/FTj
Wenn ein Stab in der Nähe zu einer LPRM-Kette herausgezogen wird, wird einen geringere als die wahre Brennstoff- leist ungsdichte des Brennstoffabschnitts um diesen Stab in
der Nähe der LPRM-Kette gemessen. Für zwei Leistungszustände, wovon einer der Grenzwertzustand ist, erhält man:
LPRMGrenz/LPRM = B KW/FTGrenz/KW/FT.
wobei B der Untermessungsfaktor ist.
B = Funktion (Leistung, Strömung, Stabposition)
------ Brennstoffbereich mit Stab-Herausziehen
B = 1 ----- Brennstoffbereich ohne Stab-Herausziehen
Wenn ein Nicht-Nennleistungs-Multiplikationsfaktor für MLHGR (Mp) enthalten ist, dann gilt:
RBSM/LPRMi = B Mp KW/FTGrenz/KW/FTi = B Mp 13,4/KW/FTi.
B muß für die Abdeckung aller Leistungs- und Strömungszustände und für alle vier LPRM-Höhenanordnungen bestimmt werden.

B-Wert-Bestimmung

Dem Verfahren für die Bestimmung des B-Wertes für den MAPLHGR-Algorithmus wird gefolgt, um den B-Wert für den MLHGR-Algorithmus zu bestimmen. Es werden dieselben typischen Fälle der Stab-Herauszieh-Fälle verwendet. Auf der Basis der vorstehenden Fälle wird eine Schar von B-Wert-Kurven als eine Funktion der Stab-Herausziehposition für die verschiedenen Betriebszustände für jeden der vier Bereiche erstellt, die von der LPRM-Höhe A, B, C und D aus überwacht werden. Es wurde gefunden, daß die Ergebnisse nahezu mit den Ergebnissen der MAPLHGR-B-Werte identisch sind.

MLHGR- UND MAPLHGR-Algorithmus bedingt durch Kernströmungsänderung

Es wird der B-Wert zum Überwachen der KW/FT-Änderung während der Kernströmungsänderung berechnet. Von einem theoretischen Gesichtspunkt aus wird aus den nachstehenden Gründen geschlossen, daß der B-Wert während der Strömungsänderung immer Eins ist:
a) Die Strömungsänderung ist eine über den gesamten Kern gleichförmige Änderung, die sich ergebende Leistungsänderung ist gleichförmig und über den gesamten Kern zu der Anfangsleistung proportional.
b) Die Bündelleistungsänderung oder die KW/FT-Änderung ist gleichförmig und proportional zur Anfangsbündelleistung und im allgemeinen unabhängig von der Bündelstelle.
c) die LPRM-Anderung, welche die regionale Leistungsänderung überwacht, ist proportional zu der Leistungs- (oder KW/FT)- Änderung. Dieses ergibt einen B-Wert von 1.
Der vorstehende Schluß wird durch eine 3-dimensionale Kernwächtermodell-Analyse bestätigt und verifiziert. Es wird bestimmt, daß der B-Wert des MLHGR-Algorithmus aufgrund der Strömungsänderung unabhängig von Leitungs/Strömungs-Zuständen Eins ist.

Algorithmus der Selbsttest-Einheit

Zusätzlich zu dem eingebauten Selbsttest-Merkmal der Hardware weist die Selbsttest-Einheit vier Testfunktionen in beiden Kanälen auf.

a) Berechnete gegenüber gemessenen Anlagenparametern

Empfangen der Eingangsgrößen gemessener Daten des Reaktordrucks, der Speisewasserströmung, Speisewassertemperatur, der Kernströmung, der Reaktorleistung (APRM) und ausgewählter LPRM-Werte. Vergleichen dieser Daten mit berechneten Daten zu dem Zeitpunkt, wenn die Wächterdaten (einschließlich der vorstehenden Parameter) heruntergeladen werden. Befehlen der Stabblockierung und Warnen, wenn sich die zwei Datensätze um einen vorgegebenen Unsicherheitsfaktor unterscheiden.

b) ATLM-Algorithmus-Test

Für jeden Kanal: Empfangen des Einstellpunkt-Berechnungsergebnisses von dem anderen Kanal. Vergleichen dieses Ergebnisses mit dem Ergebnis des eigenen Kanals. Befehlen der Stabblockierung und Warnen, wenn die zwei nicht innerhalb einer vorgegebenen Fehlertoleranz übereinstimmen.

c) Gesamtfunktionstest (von Hand)

Nach Auslösen der Testanforderung durch den Operator wird einen simuliertes hohes LPRM-Verhältnis-Signal an die Algo rithmus/Komparator-Einheiten übertragen, um ein Auslösesignal zu erzeugen.

d) Einstellpunkt-Berechnungs-Test (von Hand)

Nach Auslösen der Testanforderung ist eine Darstellung von Standardberechnungsdaten für einen Einstellpunkt-Berechnungs-Test als ein ATLM-Funktionstest verfügbar.

Systemlogik

a) Dateneingabe

Regionale (16-Bündelblock oder weniger) thermische Grenzwertdaten, berechnet von dem On-Line-Wächter, werden automatisch in den Speicher des ATLM-Prozessors hinuntergeladen, wenn keine aktive Stabbewegung abläuft. Eine Betriebsgrenzwert-Tabelle (eine Funktion von Leistung und Strömung), ein MCPR-Sicherheitsgrenzwert und A-Faktor-Kurven als eine Funktion der relativen Stabziehstrecke werden zu Beginn des Zyklusses vor dem Start von Hand eingegeben. Der APRM-Wert (Referenz), die Kernströmung, die LPRM-Auslesewerte, die Stabpositionen werden kontinuierlich abgetastet und in den Speicher des ATLM-Prozessors eingegeben. Der MCPR-Wert, die verarbeiteten LPRM-Ausgabewerte, die Stabpositionen sind zweidimensionale Matrizen. (Die Leistungsdichte in KW/FT, die verarbeiteten LPRM-Auslesewerte für die KW/FT-Überwachung sind dreidimensionale Matrizen.)
B-Faktor-Tabellen werden zu Beginn des Zyklusses vor dem Start von Hand eingegeben. Regionale maximale KW/FT-Daten oder MAPRAT-Daten (dreidimensional), die von dem On-Line- Wächter berechnet wurden, werden in den Prozessorspeicher hinuntergeladen.

b) Initialisierung

Nach einer neuen Wächterberechnung und Datenherunterladung werden alle A-Faktoren auf Eins initialisiert, alle relativen Stabzieh-Strecken auf Null initialisiert und alle Stabpositionen zu Anfangspositionen umbenannt. Nach der Stabauswahl werden die Identifikation des ausgewählten Stabes (Stäbe), dessen Position und zugeordneter Bereich(e) identifiziert und aufgezeichnet. Zu Beginn einer ersten Stabziehung nach einer Wächterdaten-Herunterladung werden alle thermischen Eingangsgrenzwerte und LPRM-Daten zu Anfangswerten umbenannt, z.B. LPRMi, RMCPRi. Die LPRMi- und RMCPRi- Werte bleiben bis zu der nächsten Wächterdatenaktualisierung und Herunterladung unverändert. Der A-Faktor hängt nur von dem Stabpositionsunterschied zwischen der aktuellen Position und der Anfangsposition desselben Stabs (Stäbe) seit der letzten Wächterdaten-Aktualisierung ab.
Alle B-Faktor-Werte werden auf ihren zugeordneten Werte als einer Funktion der Stabanfangsposition nach einer neuen Wächterberechnung und Datenherunterladung initialisiert. Alle eingegeben KW/FT- oder MAPRAT-Werte werden zu Anfangswerten umbenannt.

Algorithmus-Berechnungszeitzyklus

Der Algorithmus verwendet die aktuellsten abgetasteten Werte der Stabposition und des OLMCPR-Wertes für die Berechnung. Die Berechnung erfolgt in der Größenordnung von 100 ms bis 200 ms. Die tatsächliche Berechnungszeit (d.h., die CPU- Zeit) ist aufgrund der Einfachheit des Algorithmus und der aktuellen Mikroprozessorleistungsfähigkeit wesentlich kürzer als 100 ms. Die Algorithmusberechnung wird zu Beginn der ersten Stabziehung initialisiert und ein paar Minuten nach dem Stop der Stabbewegung beendet. (Die vorgeschlagene Zeit ist 5 Minuten.) Ohne aktiv ablaufende Stabbewegung wird die Algorithmusberechnung noch weiter periodisch in einem größeren Zeitzyklus ausgeführt, um den von der Strömungsänderung und/oder Xenon-Schwankung bewirkten Abstand zum OLMCPR- und/oder Leistungsdichte-Grenzwert zu überwachen.

d) Tabellen-Nachschlagen

Der A-Faktor und OLMCPR-Wert werden durch direktes Nachschlagen in einer Tabelle ermittelt, der erstere als eine Funktion der relativen Stabziehstrecke und der letztere als eine Funktion der Reaktorleistung (APRM) und der Kernströmung. Der A-Faktor wird in den Algorithmus auf der Basis einer relativen Stabziehstrecke seit der letzten Wächteraktualisierung für alle gezogenen Steuerstäbe und für alle entsprechenden betroffenen Brennstoffbereiche eingesetzt.
Die B-Faktor-Werte und Mp-Werte werden durch ein direktes Tabellen-Nachschlagen bestimmt, der erstere als eine Funktion der Stabposition und Leistung, und der letztere als eine Funktion der Reaktorleistung (APRM) und Kernströmung.

e) 3D-Wächterergebnis-Herunterladung

Das Wächterberechnungsergebnis wird automatisch nach dem Abschluß der Eerechnung, wenn keine aktive Stabbewegung stattfindet und nach Abschluß des erfolgreichen Selbsttests heruntergeladen. Die Wächterberechnung und Herunterladung wird immer an dem Ende eines Satzes einer Stab-Herauszieh- Bewegung ausgeführt. Dieses vermeidet die Einführung jedes Fehlers aufgrund einer andauernden Stabbewegung während einer Wächterberechnung. Für eine MCPR- und KW/FT- (oder MAPRAT)- Einstellpunktberechnung des Betriebsgrenzwertes wird das Wächterergebnis automatisch in den Algorithmus-Eingangsdatenspeicher nach dem Abschluß des Selbsttests übertragen. Für die MCPR-Einstellpunkt-Berechnung des Sicherheitsgrenzwertes ist die Bestätigung des Operators für die Richtigkeit der thermischen Wächtergrenzwertdaten erforderlich, bevor diese Daten in den Algorithmus-Eingangsdatenspeicher übertragen werden. Die Eingabeaktualisierung des thermischen Grenzwertes des SLMCPR-Einstellpunkts ist erforderlich, wenn der SLMCPR- Einstellpunkt den Betriebsgrenzwert des MCPR-Einstellpunkts überschreitet.

f) Stabblockierung

Wenn nur ein einziger Einstellpunkt von den momentan abgetasteten und verarbeiteten LPRM-Werten überschritten wird, wird ein Stabblockierungssignal von der Komparatoreinheit erzeugt und an die RCIS-Einheit zur Ausführung geliefert. Dieses Stabblockierungssignal kann jedoch zurückgesetzt und gelöscht werden, wenn eine neue Einstellpunktberechnung zeigt, daß der Einstellpunkt nicht mehr überschritten ist. Dann kann ein anderer Stab (Stäbe) ausgewählt und automatisch mittels einer programmierten Stab-Herauszieh- Sequenz oder von Hand gesteuert herausgezogen werden. Wenn die Anzahl aufgefallener LPRM-Detektoren einen (im nächsten Abschnitt definierten) zugelassenen Grenzwert übersteigt, wird (von der RICS-Einheit) ein Stabblockierungs-Signal ausgegeben.

g) Stabblockierung-Rücksetzen

Bei einer Stabblockierung durch den SLMCPR-Wert kann diese weder automatisch noch von Hand zurückgesetzt werden. In diesem Zustand muß der Betrieb auf Handbetrieb umgestellt werden, wenn er sich im Automatikbetrieb befindet. Er kann solange nicht auf Automatikbetrieb zurückgehen, bis die OLMCPR-Stabblockierungs-Funktion arbeitet. Der Operator kann dann die Blockierung von Hand nur zurücksetzen, wenn weitere Einstellpunktberechnungen zeigen, daß das momentane ATLM- Signal nicht mehr diesen SLMCPR-Einstellpunkt überschreitet. Bei einer Stabblockierung durch den OLMCPR-Wert kann diese dann zurückgesetzt werden, wenn weitere Einstellpunktberechnungen zeigen, daß das momentane ATLM-Signal nicht mehr diesen Einstellpunkt überschreitet. Bei einer Stabblockierung durch den OLMCPR-Wert kann die Rücksetz-Freigabe automatisch oder von Hand erfolgen. Bei einem automatischen Rücksetzen muß der blockierte Stab zuerst etwas (1%-Hub) eingeführt werden. Diese Logik kann in die automatische Stab-Bewegungslogik programmiert sein.

h) Strömungs-Blockierung & Rücksetzung

Wenn der von dem Strömungsblockierungs-Algorithmus berechnete Einstellpunkt von den LPRM-Werten überschritten wird, wird ein Strömungsblockierungsbefehl an das Umwälz- Strömungs-Steuerungsystem gesendet. Er kann durch den Operatoreingriff gelöscht werden, wenn nachfolgende ATLM- Auslesewerte den Einstellpunkt nicht mehr überschreiten.

i) Selbsttest

Es gibt Vier Testfunktionen in der Selbsttest-Einheit: Test der berechneten gegenüber den gemessenen Anlagenparametern, Test des ATLM-Algorithmus-Verhaltens, Funktionstest von Hand und Testdarstellungsüberprüfung. Wenn nur einer der ersten zwei Tests fehlschlägt, wird ein Stabblockierungssignal und eine Warnung ausgegeben. Die Funktionstests geben immer eine Stabblockierung und Warnung aus.

j) 3D-Wächter-Berechnungshäufigkeit

Während des Konstantleistungs-Betriebs kann die Wächterberechnungshäufigkeit auf alle 1 bis 2 Stunden eingestellt werden. Während des Leistungsänderungs-Betriebs kann die Häufigkeit auf eine Berechnung für jede Leistungsänderung von 10% oder eine Berechnung alle 20 Minuten, je nachdem was früher eintritt, eingestellt werden. Die Wächterberechuung kann auch abhängig von der Leistungserzeugung der Anlage und von dem Steuerungssystem automatisch angefordert werden, wenn alle Stab-Herauszieh-Vorgänge kurzzeitig von der ATLM-Logik aufgrund der konservativen A-Faktoren verhindert werden. Eine neue Wächteraktualisierung löscht alle Stabblockierungen in diesem Zustand. Sie kann auch jederzeit durch eine Operatoranforderung aufgerufen werden.

LPRM-Ausfälle

Der Ausfall von LPRM-Kammern beeinträchtigt die verarbeiteten LPRM-Auslesewerte des ATLM-Systems, was wiederum einen geeigneten Stabblockierungs-Einstellpunkt beeinträchtigt. Es muß somit eine zulässige Ausfallrate für die ausgelegte LPRM-Überwachungszuordnung festgelegt werden. Die endgültig bindenden A/B-Faktoren enthalten ein Toleranz, die eine statistische 15% Ausfallrate abdeckt.
Die nachstehende Logik ist implementiert, welche eine zulässige Ausfallrate spezifiziert: wenn bei jeweils 4 LPRM- Ketten, die einen 16-Bündelblock umgeben, die Ausfallrate 50% der ausgelegten Sensoranzahl für die Überwachung von diesen 4 Ketten aus, überschreitet, dann bewirkt diese Bereichsausgangsgröße eine Stabblockierung. Eine solche Stabblockierung kann jedoch gelöscht werden, wenn dieser Bereich umgangen wird. Während jedes gruppenweisen Stab-Herauszieh-Vorgangs, welcher entweder vier oder acht Brennstoffbereiche umfaßt, können bis zu drei Bereiche umgangen werden und trotzdem noch ein aktives Stabziehen in diesen Bereichen bei in Betrieb befindlichen ATLM zulassen. Dieses berücksichtigt den gruppenweisen Stab-Betrieb. Insbesondere bedeutet dieses für die KW/FT-Überwachung, daß mindestens 2 von 4 LPRM-Sensoren in jeder Höhe in Betrieb sein sollten, anderenfalls können bis zu drei Bereiche während des gruppenweisen Stab-Betriebs umgangen werden.

Claims

1. Verfahren zum automatischen Blockieren in Realzeit von Leistungssteigerungen in einem Reaktorkern als eine Funktion des minimalen kritischen Leistungsverhältnisses mit diskreten überwachten Stabbündelgruppen, enthaltend die Schritte:

Liefern von anfänglichen lokalen Leistungsbereichs- Auslesewerten an einen thermischen Grenzwächter, um lokale Reaktorleistungsdaten in allen diskreten überwachten Stabbündelgruppen des Kerns über mehrere vertikale Ketten von lokalen Leistungsbereichswächtern zu erhalten, wobei jede Kette mehrere Leistungswächter aufweist, die an unterschiedlichen Höhen angeordnet sind,

Liefern von Steuerstab-Positionsdaten an den thermischen Grenzwächter von einer Gruppe von Steuerstäben, die Eindringpositionen in bezug auf die Stabbündelgruppe für die Steuerung der Kernreaktion in der Stabbündelgruppe haben,

Liefern einer Anfangsströmungsrate durch den Reaktorkern an den thermischen Grenzwächter,

Liefern von Kerndurchschnittsleistungsdaten in dem Reaktorkern an den thermischen Grenzwächter,

Verwenden der Kerndurchschnittsleistungsdaten und der Anfangsströmungsrate in dem thermischen Grenzwächter, um ein minimales kritisches Betriebsgrenzen- Leistungsverhältnis zu ermitteln,

Verwenden eines Wärmegrenzenausgangsgrößen- Berechnungsmodells des Reaktors, um das schlechteste anfängliche, regionale, minimale, kritische Leistungsverhältnis für die Bündelgruppe zu bestimmen,

Runterladen des schlechtesten anfänglichen, regionalen, minimalen, kritischen Leistungsverhältnisses von dem Berechnungsmodell in einen Speicher in dem thermischen Grenzwächter,

Nachschlagen in dem thermischen Grenzwächter von wenigstens einer konstanten Direktgröße, die vorbestimmt ist als eine Funktion von Herausziehpositionen des Steuerstabes, wobei die Konstante ein bindendes Szenario für im wesentlichen den schlimmsten Fall für alle Steuerstab-Zurückziehungen aus den Stabbündelgruppen bildet,

Berechnen eines Einstellpunktes in dem thermischen Grenzwächter für die Ausgangsgröße des lokalen Leistungsbereichwächters auf der Basis der Konstanten, des minimalen kritischen Betriebsgrenzen- Leistungsverhältnisses, des anfänglichen lokalen Leistungsbereich-Auslesewertes des Wächters und des anfänglichen regionalen minimalen kritischen Leistungsverhältnisses für den schlimmsten Fall,

Vergleichen des augenblicklichen lokalen Leistungsbereich-Wächterauslesewertes in dem thermischen Grenzwächter mit dem Einstellpunkt und

automatisches Blockieren des Leistungsanstieges als Antwort auf Übertretungen des Einstellpunktes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verwendungsschritt enthält:

Verwenden des Wärmegrenzen-Ausgangsgrößenmodells des Reaktors, um das schlechteste anfängliche, regionale,

minimale, kritische Leistungsverhältnis für die Stabbündelgruppe zu ermitteln,

Nachschlagen wenigstens einer zweiten konstanten Direktgröße, die eine vorbestimmte Funktion von Herausziehpositionen des Steuerstabes ist, wobei die Konstante ein bindendes Szenario für den schlimmsten Fall für alle Steuerstabbündel-Rückziehungen aus den Stabbündelgruppen bildet,

Verwenden der Kerndurchschnittsleistungsdaten und der Strömungsrate, um ein minimales kritisches Sicherheitsgrenzen-Leistungsverhältnis zu ermitteln,

Berechnen eines zweiten Einstellpunktes für die Ausgangsgröße des lokalen Leistungsbereichwächters auf der Basis der zweiten Konstanten, des minimalen kritischen Sicherheitsgrenzen-Leistungsverhältnisses, des anfänglichen lokalen Leistungsbereich-Wächterauslesewertes und des anfänglichen regionalen minimalen kritischen Leistungsverhältnisses für den schlimmsten Fall,

Vergleichen des augenblicklichen lokalen Leistungsbereichwächters mit dem zweiten Einstellpunkt,

und automatisches Blockieren des Leistungsanstiegs aufgrund von Übertretungen des zweiten Einstellpunktes.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Blockieren des Leistungsanstieges als Antwort auf Übertretungen des Einstellpunktes einen Blockierschritt des Stabherausziehens enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Berechnens eines Einstellpunktes enthält, daß ein Einstellpunkt für jede und alle Stabbündelgruppen berechnet wird, und

der Vergleichsschritt enthält, daß der augenblickliche lokale Leistungsbereichwächter mit dem Einstellpunkt für jede und alle Stabbündelgruppen verglichen wird.

5. Verfahren zum automatischen Blockieren in Realzeit von Leistungssteigerungen in einem Reaktorkern als eine Funktion der maximalen linearen Wärmeerzeugungsrate mit diskreten überwachten Stabbündelgruppen, enthaltend die Schritte:

Liefern von lokalen Reaktorleistungsdaten in allen diskreten überwachten Stabbündelgruppen des Kerns über mehrere vertikale Ketten lokaler Leistungsbereichwächter, wobei jede Kette mehrere Wächter aufweist, die an unterschiedlichen Höhen angeordnet sind,

Liefern von Steuerstab-Positionsdaten an den thermischen Grenzwächter aus einer Gruppe von Steuerstäben, die Eindringpositionen in bezug auf die Stabbündelgruppe für die Steuerung der Kernreaktion in der Stabbündelgruppe haben,

Liefern einer anfänglichen Strömungsrate durch den Reaktorkern an den thermischen Grenzwächter,

Verwenden der Kerndurchschnittsleistungsdaten und der anfänglichen Strömungsrate in dem thermischen Grenzwächter, um eine maximale lineare Betriebsgrenzen- Wärmeerzeugungsrate zu ermitteln,

Verwenden eines Wärmegrenzenausgangsgrößen- Berechnungsmodells des Reaktors in dem thermischen Grenzwächter, um die schlechteste anfängliche, regionale, maximale, lineare Wärmeerzeugungsrate für die Stabbündelgruppe zu ermitteln,

Runterladen der anfänglichen, regionalen, maximalen, linearen Wärmeerzeugungsrate für den schlimmsten Fall aus dem Berechnungsmodell in einen Speicher in dem thermischen Grenzwächter,

Nachschlagen wenigstens einer konstanten Direktgröße in dem thermischen Grenzwächter, die eine vorbestimmte Funktion des Herausziehens des Steuerstabes ist, wobei die Konstante ein bindendes Szenario für den schlimmsten Fall für alle Steuerstab-Herausziehungen bildet relativ zu einem Verhältnis des lokalen Leistungsdatenverhältnisses und des schlimmsten regionalen, maximalen, linearen Wärmeerzeugungsratenverhältnisses für den schlimmsten Fall für eine gewählte Höhe der Stabbündelgruppe,

Berechnen eines Einstellpunktes in dem thermischen Grenzwächter für die Ausgangsgröße des lokalen Leistungsbereiches auf der Basis der Konstanten, der maximalen, linearen Betriebsgrenzen-Wärmeerzeugungsrate, des anfänglichen lokalen Leistungsbereich- Wächterauslesewertes und der anfänglichen regionalen maximalen linearen Wärmeerzeugungsrate für den schlimmsten Fall,

Vergleichen des augenblicklichen lokalen Leistungsbereich-Wächterauslesewertes mit dem Einstellpunkt in dem thermischen Grenzwächter und

automatisches Blockieren des Leistungsanstiegs als Antwort auf Übertretungen des Einstellpunktes.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Blockieren des Leistungsanstiegs als Antwort auf Übertretungen des Einstellpunktes den Schritt enthält, daß das Stabherausziehen blockiert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Blockieren des Leistungsanstiegs als Antwort auf Übertretungen des Einstellpunktes den Schritt enthält, daß eine Strömungsänderung blockiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Strömungsänderung, der Einstellpunkt und der Algorithmus, der den Einstellpunkt bestimmt, gültige Leistungsblockierfunktionen sind.

9. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Vergleichsschritt ein Vergleichen des augenblicklichen lokalen Leistungsbereichwächters mit dem Einstellpunkt für jede von unterschiedlichen gewählten Höhen von jedem und allen Stabbündelgruppen aufweist.

10. Verfahren zum automatischen Blockieren in Realzeit von Leistungsanstiegen in einem Reaktorkern als eine Funktion von maximalen, durchschnittlichen, planaren, linearen Wärmeerzeugungsraten in einem Reaktorkern, der diskrete überwachte Stabbündelgruppen enthält, enthaltend die Schritte:

Liefern von lokalen Reaktorleistungsdaten in allen diskreten überwachten Stabbündelgruppen an gewählten Höhen von einer Anzahl von vertikalen Ketten von lokalen Leistungsbereichswächtern an einen thermischen Grenzwächter, wobei jede Kette mehrere Leistungswächter aufweist, die an den gewählten Höhen angeordnet sind,

Verwenden der Kerndurchschnittsleistungsdaten und der anfänglichen Strömungsrate in dem thermischen Grenzwächter, um eine maximale durchschnittliche, planare, lineare Arbeitsgrenzen-Wärmeerzeugungsrate zu ermitteln,

Verwenden eines Wärmegrenzenausgangsgrößen-Berechnungsmodells des Reaktors in dem thermischen Grenzwächter, um die schlechteste anfängliche regionale, maximale, durchschnittliche, planare, lineare Wärmeerzeugungsrate für die Stabbündelgruppe zu ermitteln,

Runterladen der schlechtesten, anfänglichen, regionalen, maximalen, durchschnittlichen, planaren, linearen Wärmeerzeugungsrate aus dem Berechnungsmodell in einen Speicher in dem thermischen Grenzwächter,

Nachschlagen in dem thermischen Grenzwächter von wenigstens einer konstanten Direktgröße, die vorbestimmt ist als eine Funktion von Herausziehpositionen des Steuerstabs, wobei die Konstante ein bindendes Szenario für den schlimmsten Fall für alle Steuerstabherausziehungen relativ zu einem Verhältnis des lokalen Leistungsdatenverhältnisses und des schlechtesten regionalen, maximalen, durchschnittlichen, planaren, linearen Wärmeerzeugungsratenverhältnisses für eine gewählte Höhe der Stabbündelgruppe ist,

Berechnen eines Einstellpunktes für die lokale Leistungsbereich-Wächterausgangsgröße in dem thermischen Grenzwächter auf der Basis der Konstanten, der maximalen, durchschnittlichen, planaren, linearen Betriebsgrenzen-Wärmeerzeugungsrate, des anfänglichen lokalen Leistungsbereich-Wächterauslesewertes und der anfänglichen, regionalen, maximalen, durchschnittlichen, planaren, linearen Wärmeerzeugungsrate für den schlimmsten Fall,

automatisches Blockieren des Leistungsanstiegs als eine Antwort auf Übertretungen des Einstellpunktes.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Vergleichsschritt enthält, daß der augenblickliche lokale Leistungsbereich-Wächterauslesewert mit dem Einstellpunkt für jede der unterschiedlichen gewählten Höhen von jeder und allen Stabbündelgruppen verglichen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Blockierens des Leistungsanstiegs ein Blockieren des Herausziehens von Steuerstäben enthält.

13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Blockieren des Leistungsanstiegs als Antwort auf Übertretungen des Einstellpunktes den Schritt enthält, daß eine Strömungsänderung blockiert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Strömungsänderung, der Einstellpunkt und der Algorithmus, der den- Einstellpunkt bestimmt, gültige Leistungsblockierfunktionen sind.

15. Verfahren zum automatischen Blockieren in Realzeit von Leistungsanstiegen in einem Reaktorkern als eine Funktion des minimalen kritischen Leistungsverhältnisses mit diskreten überwachten Stabbündelgruppen, enthaltend die Schritte:

Liefern von anfänglichen lokalen Leistungsbereich- Wächterauslesewerten an einen thermischen Grenzwächter, um lokale Reaktorleistungsdaten in allen diskreten überwachten Stabbündelgruppen des Kerns über mehrere vertikale Ketten von lokalen Leistungsbereichwächtern zu erhalten, wobei jede Kette mehrere Leistungswächter enthält, die an unterschiedlichen Höhen angeordnet sind,

Liefern von Steuerstab-Positionsdaten an den thermischen Grenzwächter aus einer Gruppe von Steuerstäben, die Eindringpositionen in bezug auf die Stabbündelgruppe zum Steuern der Kernreaktion in der Stabbündelgruppe haben, Liefern einer anfänglichen Strömungsrate durch den Reaktorkern an den thermischen Grenzwächter,

Liefern von Kerndurchschnittsleistungsdaten in dem Reaktorkern an den thermischen Grenzwächter, Verwenden der Kerndurchschnittsleistungsdaten und der anfänglichen Strömungsraten in dem thermischen Grenzwächter, um ein minimales kritisches Betriebsgrenzen- Leistungsverhältnis zu ermitteln,

Verwenden eines Wärmegrenzenausgangsgrößen-Berechnungsmodells des Reaktors in dem thermischen Grenzwächter, um das schlechteste anfängliche, regionale, minimale, kritische Leistungsverhältnis für die Stabbündelgruppe zu ermitteln,

Runterladen des schlechtesten, anfänglichen, regionalen, minimalen, kritischen Leistungsverhältnisses aus dem Berechnungsmodell in einen Speicher in dem thermischen Grenzwächter,

Nachschlagen in dem thermischen Grenzwächter von wenigstens einer konstanten Direktgröße, die eine vorbestimmte Funktion der anfänglichen Strömungsrate und der augenblicklichen Strömungsrate des Reaktorkerns ist, wobei die Konstante einen bindenden Fall relativ zu einem Verhältnis des lokalen Leistungsdatenverhältnisses und eines Verhältnisses des kritischen Leistungsverhältnisses für alle Stabbündelgruppen unter einer Anzahl von Leistungs- und Strömungsbedingungen bildet,

Berechnen eines Einstellpunktes in dem thermischen Grenzwächter für die lokale Leistungsbereich- Wächterausgangsgröße auf der Basis der Konstanten, des minimalen kritischen Leistungsgrenzen- Leistungsverhältnisses, des anfänglichen lokalen Leistungsbereich-Wächterauslesewertes und des anfänglichen regionalen minimalen kritischen Leistungsverhältnisses für den schlimmsten Fall,

automatisches Blockieren des Leistungsanstiegs als Antwort auf Übertretungen des zweiten Einstellpunktes.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Verwendungsschritt enthält:

Verwenden des Wärmegrenzenausgangsgrößenmodells des Reaktors, um das schlechteste anfängliche regionale minimale kritische Leistungsverhältnis für die Stabbündelgruppe zu ermitteln,

Nachschlagen wenigstens einer zweiten konstanten Direktgröße, die eine vorbestimmte Funktion von Herausziehpositionen des Steuerstabes ist, wobei die Konstante ein begrenzendes Szenario für den schlimmsten Fall für alle Steuerstab-Herausziehungen aus den Stäbbündelgruppen bildet,

Berechnen eines zweiten Einstellpunktes für die lokale Leistungsbereich-Wächterausgangsgröße auf der Basis der zweiten Konstanten, des minimalen kritischen Sicherheitsgrenzen-Leistungsverhältnisses, des anfänglichen lokalen Leistungsbereich-Wächterauslesewertes und des anfänglichen, regionalen, minimalen, kritischen Leistungsverhältnisses für den schlimmsten Fall,

Vergleichen des augenblicklichen lokalen Leistungsbereichwächters mit dem zweiten Einstellpunkt und automatisches Blockieren des Leistungsanstiegs als Antwort auf Übertretungen des Einstellpunktes.

17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Vergleichsschritt enthält, daß der augenblickliche lokale Leistungsbereichwächter mit dem Einstellpunkt für jede der Stabbündelgruppen verglichen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt des Blockierens des Leistungsanstiegs als Antwort auf Übertretungen des Einstellpunktes den Schritt enthält, daß eine Strömungsänderung automatisch blockiert wird.