DE69504850T2

DE69504850T2 - Verfahren und system zur präzisen berechnung der leistung eines drukwasserreaktors aus excore-detektorströmen, die unter berücksichtigung der änderungen in der dreidimensionalen leistungsverteilung und in der kühlmitteldichte korrigiert sind

Info

Publication number: DE69504850T2
Application number: DE69504850T
Authority: DE
Inventors: Michael D. Irwin Pa 15642 Heibel
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1995-06-09
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2015-06-10
Also published as: EP0771464A1; CN1097823C; JP3087766B2; JPH10504384A; CN1153573A; WO1996003753A1; US5490184A; EP0771464B1; DE69504850D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur On-Line-Bestimmung der gesamten Kernausgangsleistung eines Druckwasser-Kernreaktors unter Verwendung eines außerhalb des Kerns angeordneten Detektorsystems und zur Korrektur derselben bei Änderungen in der dreidimensionalen Leistungsverteilung in dem Kern und in der Kühlmitteldichte.

Hintergrund der Erfindung

Die offizielle Bestimmung des thermischen Reaktorleistungspegels in einem Druckwasserreaktor beruht auf einem Wärmegleichgewicht über den Dampferzeugern, was als sekundäre kalorimetrische Messung bezeichnet wird. Die Ergebnisse der kalorimetrischen Berechnung dienen dazu, zu verifizieren, daß der Reaktor innerhalb der zugelassenen Reaktorleistungspegelgrenzen arbeitet, und zum Eichen der übrigen Anzeigen des Reaktorleistungspegels.
Diese kalorimetrische Berechnung wird On-Line durchgeführt. Andere Anzeigen des Reaktorleistungspegels, beispielsweise Signalpegel von außerhalb des Kerns befindlichen Detektoren und Reaktorkühlschleifen-Temperaturwerte, werden periodisch gegenüber der kalorimetrischen Berechnung geeicht und dazu verwendet, On-Line-Reaktorleistungspegeleingänge für die Reaktorregel- und -Schutzsysteme zu erzeugen. Unglücklicherweise können Fehler in der thermischen Reaktorleistungspegelberechnung Fehler bei allen anderen Anzeigen der Reaktorleistung verursachen. Gegenwärtig gibt es keinen einfachen Weg, kleine Fehler in der thermischen Reaktorleistungsberechnung festzustellen und zu korrigieren.
Die Hauptkomponente der Wärmegleichgewichtsberechnung ist der Strömungsdurchsatz des Speisewassers in den Dampferzeuger. Die Größe des Strömungsdurchsatzes wird typischerweise unter Verwendung von Venturidüsen bestimmt, die in der Hauptspeisewasserleitung für jeden Dampferzeuger eingebaut sind. Die Venturi-Speisewasserdurchsatzwerte unterliegen systematischen und zufälligen Fehlermechanismen, die fehlerhafte Berechnungsergebnisse des Reaktorleistungspegels bewirken. Die häufigsten systemischen Fehler, nämlich Speisewasser-Venturiverkrustungen, bewirken, daß die berechnete Reaktorleistung größer als der wahre Reaktorleistungspegel ist, was eine Nettoverringerung der tatsächlichen Reaktorleistung erfordert, um die scheinbare Leistung innerhalb der Betriebsgrenzen zu halten. Die Menge der von dem Kraftwerk erzeugten elektrischen Ausgangsleistung nimmt dann ab, was die Einnahmen der Anlage verringert.
Es besteht daher ein Bedarf für ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Einrichtung zur On-Line-Messung der Reaktorleistung, die nicht zur zufällige Fehler in den thermischen Leistungsmessungen beeinträchtigt wird.
Es besteht auch ein Bedarf für ein Verfahren und eine Einrichtung zur Korrektur von Fehlern bei der kalorimetrischen Berechnung der Reaktorleistung, die durch Speisewasser-Venturiverkrustung oder andere Arten von systemischen kalorimetrischen Fehlerquellen verursacht werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese und andere Bedürfnisse werden durch die Erfindung befriedigt, die auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur On- Line-Bestimmung der Leistung eines Druckwasserreaktors unter Verwendung von Detektorsignalen außerhalb des Kerns, die bei Veränderungen in der dreidimensionalen Leistungsverteilung im Reaktorkern und bei Änderungen der Kühlmitteldichte korrigiert werden.
Es hat sich gezeigt, daß die Speisewasser-Venturiverkrustung eine Erscheinung ist, die mit der Reaktorbetriebsdauer während eines Brennstoffzyklus zuzunehmen neigt. Die frühen thermischen Leistungsberechnungen sind verhältnismäßig unbeeinträchtigt von Venturiverkrustungswirkungen und sind daher wahrscheinlich recht genau, was die Leistungseichungen der abhängigen Leistungsanzeigen entsprechend genau ermöglicht. Um die Genauigkeit der für die außerhalb des Kerns befindlichen Detektoren entwickelten Leistungseichung bei Fehlen einer genauen thermischen Leistungsmessung beizubehalten, ist es notwenig, die Signaländerungen der außerhalb des Kerns befindlichen Detektoren normalisieren zu können, die durch Veränderungen in der radialen und axialen Kernleistungsverteilung verursacht werden, die seit der letzten genauen thermischen Leistungsmessung aufgetreten sind. Es ist auch notwendig, die Auswirkungen der angezeigten Leistung zu korrigieren, die durch Veränderungen der Kühlmitteldichte bewirkt werden, wenn die Reaktoreinlaßtemperatur sich verändert. Die Erfindung ist auf ein Verfahren und auf ein System gerichtet, das es ermöglicht, die Signale von den außerhalb des Kerns befindlichen Detektoren als unabhängige Mittel zur Bestimmung der Reaktorleistung in absoluter Weise zu verwenden. Tatsächlich können die Leistungsmessungen, die von den außerhalb des Kerns befindlichen Detektoren gemäß der Erfindung erzeugt werden, dazu benutzt werden, die Genauigkeit sicherzustellen und, falls notwendig, die thermischen Leistungsmessungen zu korrigieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können Detektorstrommessungen kernexterner Detektoren zur Erzeugung einer absoluten Reaktorleistungsmessung benutzt werden, in dem Detektorstrommessungen mit der thermischen Reaktorleistungsberechnung geeicht werden, die zu einem frühen Basiszeitpunkt während des Reaktorzyklus gemacht werden, während die thermische Reaktorleistungsmessung noch genau ist. Die Messungen werden auch im Basiszeitpunkt der dreidimensionalen Kernleistungsverteilung und der Kerneinlaßtemperaturverteilung gemacht. Die gegenwärtigen Kernleistungsmessungen werden dann durch Messen der augenblicklichen Detektorströme außerhalb des Kerns, der neuesten dreidimensionalen Kernleistungsverteilung und der augenblicklichen Kerneinlaßtemperatur genommen. Die gegenwärtige Kernleistung wird dann als Verhältnis des gegenwärtigen Detektorstroms zum Detektorstrom im Basiszeitpunkt, multipli ziert mit der thermischen Reaktorleistungsmessung im Basiszeitpunkt, berechnet. Das Produkt wird dann aufgrund von Veränderungen in der dreidimensionalen Leistungsverteilung und der Kerneinlaßtemperatur seit der Messung der Parameter im Basiszeitpunkt korrigiert. Da das typische kernexterne Druckwasserreaktor-Detektorsystem eine Mehrzahl von kernexternen Detektoren umfaßt, gewöhnlich vier mit gleichen Abständen um den Reaktorbehälter angeordnete Detektoren, und diese jeweils einen oberen Detektorabschnitt und einen unteren Detektorabschnitt aufweisen, werden die augenblicklichen Kernleistungsbestimmungen für jeden der Detektorabschnitte jedes Detektors vorgenommen, wobei die Ergebnisse ausgemittelt werden, um die gegenwärtige Kernleistung zu bestimmen.
Die dreidimensionale Leistungsverteilung kann durch ein kerninternes Detektorsystem gemessen werden, das entweder feststehende kerninterne Detektoren oder ein bewegliches kerninternes Detektorsystem aufweist. Im ersteren Fall kann die dreidimensionale Kernleistungsverteilung kontinuierlich wiederholt gemessen werden, beispielsweise jede Minute. Die dreidimensionale Leistungsverteilung kann auch durch das im US-Patent 4 774 049 beschriebenen System erzeugt werden, das die Einlaßtemperatur und Anzeigen aus einer Anordnung von Thermoelementen benutzt, welche die Kernaustrittstemperatur messen, um auf einer On-Line-Basis die dreidimensionale Kernleistungsverteilung zu berechnen.
Die Erfindung schafft eine vereinfachte Maßnahme zur Korrektur der kernexternen Messung bei Änderungen der Kühlmitteldichte. Der Korrekturfaktor ist ein Exponentialausdruck, in welchem die Differenz zwischen der augenblicklichen Kerneinlaßtemperatur und der Kerneinlaßtemperatur im Basiszeitpunkt mit einer Konstanten multipliziert wird. Diese Konstante wird empirisch bei zwei verschiedenen Temperaturen bestimmt, vorzugsweise während des Anfahrens des Reaktors.
Bei der Erfindung ist nur eine einzige Messung der thermischen Reaktorleistung erforderlich. Es wird eine einzige Berechnung in einem Basiszeitpunkt durchgeführt, wenn die zur Messung der Speisewasserströmung für die kalorimetrische Berechnung benutzte Speisewasserventuridüse noch unbehindert und die thermische Reaktorleistung genau ist. Die Erfindung umfaßt sowohl das Verfahren als auch die Einrichtung für eine absolute Reaktorleistungsbestimmung durch kernexterne Detektoren.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Ein vollständiges Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen, in welchen zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Druckwasserreaktors, der die Erfindung verkörpert,
Fig. 2 eine Darstellung des gesamten Detektorstroms über der gewichteten Gesamtleistung für den Druckwasserreaktor nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Darstellung der relativen Gesamtleistungsgewichtungsfaktoren, die zur Entwicklung der in Fig. 2 dargestellten Korelationen verwendet werden,
die Fig. 4 und 5 Flußdiagramme von Programmen, die von dem Leistungsüberwachungssystem zur Überwachung der vom Druckwasserreaktor erzeugten Leistung eingesetzt werden.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 zeigt ein Kernkraftwerk 1, bei welchem ein nukleares Dampferzeugungssystem 3 Dampf zum Antrieb eines Turbinengenerators 5 zur Erzeugung elektrischer Energie liefert. Das nukleare Dampferzeugungssystem 3 weist einen Druckwasserreaktor 7 auf, der einen Reaktorkern 9 enthält, der in einem Reaktorbehälter 11 untergebracht ist. Spaltreaktionen innerhalb des Kerns 9 erzeugen Wärme, die von einem Reaktorkühlmittel aufgenommen wird, nämlich von Leichtwasser, das durch den Kern hindurchgeleitet wird. Das erhitzte Kühlmittel wird durch einen heißen Zweig 13 zu einem Dampferzeuger 15 zirkuliert. Das Reaktorkühlmittel wird aus dem Dampferzeuger mittels einer Kühlmittelpumpe 17 durch einen kalten Zweig 19 in den Reaktor 3 zurückgeleitet. Typischerweise weist ein Druckwasserreaktor mindestens zwei und oftmals drei oder vier Dampferzeuger 15 auf, die jeweils mit erhitztem Kühlmittel durch einen heißen Zweig 13 geschickt werden, der zusammen mit einem kalten Zweig und einer Kühlmittelpumpe 17 eine Primärkühlschleife bildet, und jeder Dampferzeuger liefert Dampf zum Turbinengenerator S. Der Klarheit halber ist nur einer Schleife dargestellt.
Zum Reaktor zurückgeleitetes Kühlmittel strömt durch einen ringförmigen Abwärtskanal 18 hindurch und dann nach oben durch den Kern 9 in der durch die Pfeile in Fig. 1 angedeuteten Richtung. Die Reaktivität des Kerns 9 und dadurch die Ausgangsleistung des Reaktors wird auf Kurzzeitbasis mittels Steuerstäben 20 gesteuert, die wahlweise in den Kern 9 eingefahren werden können. Die Langzeitreaktivität wird durch Steuerung der Konzentration eines Neutronenmoderators wie beispielsweise im Kühlmittel gelöstes Bor reguliert. Die Regulierung der Borkonzentration beeinflußt die Reaktivität gleichmäßig im gesamten Kern, da das Kühlmittel durch den gesamten Kern zirkuliert. Andererseits beeinflussen die Steuerstäbe 20 nur die örtliche Reaktivität und führen daher zu einer Assymmetrie der axialen und radialen Leistungsverteilung innerhalb des Kerns 9.
Die Bedingungen innerhalb des Kerns 9 werden durch mehrere verschiedene Sensorsysteme überwacht. Diese umfassen das kernexterne Detektorsystem 21, welches den aus dem Reaktorbehälter austretenden Neutronenfluß mißt. Das kernexterne System 21 umfaßt Quellenbereichdetektoren (nicht dargestellt), die eingesetzt werden, wenn der Reaktor abgeschaltet ist, Zwischenbereichdetektoren (nicht dargestellt), die während des Anfahrens und des Abschaltens eingesetzt werden, und Leistungsbereichdetektoren die eingesetzt werden, wenn der Reaktor oberhalb von etwa 5% Leistung arbeitet. Die kernexternen Leistungsbereichdetektoren umfassen obere und untere gleichlange unkompensierte Ionenkammern 21t und 21b, die aufeinander gestapelt sind, um einen kernexternen Leistungsbereich-Detektorkanal herzustellen. Es sind vier Leistungsbereich-Detektorkanäle (in Fig. 1 nur zwei dargestellt) radial und axial symmetrisch gerade außerhalb des Reaktorbehälters 11 angeordnet.
Ältere Druckwassereaktoren sind mit einem beweglichen kerninternen Detektorsystem 23 ausgerüstet. Dieses System umfaßt bewegliche Detektoren 25, die durch Rohre 27 in den Reaktorkern eingeführt werden. Diese bewegliche Detektoren 25 werden von dem System 23 benutzt, um die axialen und radiale Leistungsverteilung im Kern 9 zu kartieren.
Neuere Druckwassetreaktoren sind mit Ketten feststehender kerninterner Detektoren 29 anstelle des beweglichen kerninternen Detektorsystems 23 oder in manchen Fällen zusätzlich dazu ausgestattet. Das bewegliche kerninterne Detektorsystem wird nur periodisch, also beispielsweise einmal im Monat eingesetzt. Andererseits ermöglichen die feststehenden kerninternen Detektoren eine kontinuierliche Kartierung der axialen und radialen Leistungsverteilung innerhalb des Kerns beispielsweise alle paar Minuten.
Die für die vorliegende Erfindung relevante Instrumentierung umfaßt auch Widerstands-Temperaturfühler 31, welche die Kerneinlaßtemperatur messen. Die Widerstands-Temperaturfühler 31 sind für jede der Schleifen in einem Mehrschleifensystem vorgesehen. Eine Anordnung von Kernauslaß-Thermoelementen 33 ist über der Oberseite des Reaktorkerns verteilt, um die Kernaustrittstemperaturen zu messen. Diese Kernaustrittstemperaturen können mittels eines Systems, wie es beispielsweise im US Patent 4 774 050 beschrieben ist, als weiteres Mittel zur Bestimmung der axialen und radialen Kernleistungsverteilung eingesetzt werden.
Die von den Detektoren 21t und 21b gemessenen Ströme jedes der Kanäle des kernexternen Leistungsbereich-Detektorsystems 21, die von den Widerstands-Thermofühlern 31 gemessene Einlaßtemperatur und das Ausgangssignal des beweglichen Detektorsystems 23 und die von den Thermoelementen 33 gemessenen Kernaustrittstemperaturen werden alle dem Leistungsüberwachungssystem 35 zugeleitet, das eine absolute Messung der Kernleistung in einer unten noch erörterten Art und Weise vornimmt. Das durch das System 35 erzeugte Kernleistungssignal kann in bekannter Weise in den Reaktorsteuer- und- Schutzsystemen eingesetzt werden.
Daß während seines Durchgangs durch den Reaktorkern 9 erhitzte Reaktorkühlmittel wird durch den heißen Zweig 13 in den Dampferzeuger 15 befördert, wo es durch das Speisewassersystem 37 zugeführtes Speisewasser in Dampf umwandelt, der dann durch die Dampfleitung 39 zum Turbinengenerator 5 zugeführt wird. Die Speisewasserströmung zum Dampferzeuger 15 wird durch eine Venturidüse 41 gemessen.
Wie oben erwähnt, wird die Leistung, die vom Druckwasserreaktor 7 erzeugt werden kann, für Gebührenzwecke durch eine kalorimetrische Messung bestimmt, die aus Parametern einschließlich dem durch die Venturidüse 41 gemessenen Speisewasserdurchsatz gerechnet wird. Durch das Verkrusten dieser Venturidüse 41 über der Zeit entsteht der oben erwähnte Fehler in den thermischen Leistungsberechnungen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nur eine zu einem Basiszeitpunkt, wenn die Venturidüse 41 noch nicht verkrustet ist, oder zu einem anderen Zeitpunkt, wo die thermische Leistung bekanntermaßen genau ist, genommene thermische Leistungsmessung zum Eichen der Leistungsmessung der kernexternen Leistungsbereichsdetektoren verwendet. Wie oben angedeu tet, unterliegt die von den kernexternen Leistungsbereichdetektoren 21t und 21b bestimmte Reaktorleistung Leistungsanzeigeschwankungen, die durch relative Änderungen der axialen und radialen Kernleistungsverteilung verursacht sind, zusätzlich zu den Veränderungen, die durch Schwankungen der absoluten Kernausgangsleistung verursacht sind. Die von den Leistungsbereichskanälen angezeigte Leistung unterliegt ebenfalls Fehlern, die durch Veränderungen der Dichte des Wassers in den Behälter Ableitkanalbereich 18 und im Brennstoff verursacht werden, die auftreten. Wenn die Behältereinlaßtemperatur sich verändert. Um die Leistungsbereichskanäle zur Leistungsanzeige im absoluten Sinn zu benutzen, müssen die Faktoren, die leistungspegelfremde Veränderungen der kernexternen Detektorströme verursachen, verstanden und im Verhältnis zwischen im Kernexternen Detektorsignalpegel und dem Kernleistungspegel kompensiert sein.
Der kernexterne Leistungsbereichdetektorstrom führt oberen Detektor 21t in einem Leistungsbereichkanal (It) bei einer Kernhöhe (H) kann ausgedrückt werden als:
wobei:
At = ein zur Empfindlichkeit des oberen Detektors und der Detektor/Kern-Geometrie proportionaler Parameter;
ΣR = der effektive makroskopische Neutroneneinfangquerschnitt für schnelle Neutronen des Materials zwischen dem Kern und dem Detektor;
dt = die wirksame Distanz zwischen dem oberen kernexternen Detektor und den Brennelementen, die zu dem von dem Detektor gemessenen Signal beitragen;
wt(z) = ein axialer Gewichtungsfaktor für den oberen Detektor, der den relativen Beitrag von an der axialen Kernposition z erzeugten Neutronen in der Nähe des kernexternen Detektors zu dem von den Detektor gemessenen Gesamtsignal beschreibt;
Pr = der relative Kernleistungspegel, ausgedrückt als Bruchteil der vollen Leistung; und
Pwa(z) = die radial gewichtete relative Kernleistungsverteilung in der Kernhöhenposition z, gleich der Summe der Produkte der relativen Brennelementenleistungen und der entsprechenden radialen veränderlichen Gewichtungsfaktoren.
Die Funktion Awt(z) muß für jede Anwendung dieser Methodik auf einem Druckwasserreaktor entwickelt werden. Der axiale Leistungsverteilungsgewichtungsfaktor kann sogar für jeden Detektor in jedem kernexternen Detektorkanal einmalig sein. Diese Funktion wird unter Verwendung der auf dem Fachgebiet bekannten Schirm-Neutronen-Transportcodes entwickelt, und wenn sie einmal aufgestellt ist, sollte sie sich nicht ohne Veränderung der physikalischen Eigenschaften des Detektors oder der Detektor/Kern-Geometrie verändern. Ein Beispiel dieses Funktionstyps ist in Fig. 2 dargestellt, wo die Kurven 45 und 47 die Gewichtungsfaktoren für den oberen bzw. unteren Detektor darstellen.
Die radialen relativen Brennelementleistungs-Gewichtungsfaktoren, die zur Entwicklung des Werts von Pwa(z) benutzt werden, sind keine Funktion der axialen Kernposition. Sie werden für jede Anlagenbauart (z. B. 2 Schleifen, 3 Schleifen, 4 Schleifen) unter Anwendung von Verfahren entwickelt, die ähnlich den Bestimmungsverfahren für die axialen Gewichtungsfaktoren sind. Ein Beispiel der radialen Gewichtungsfaktoren, die in einer Anlage mit 4 Schleifen benutzt wird, ist in Fig. 3 angegeben.
Gleichung 1 beschreibt, welcher kernexterne Detektorstrom bei einer Kombination von axialen und radialen Reaktorleistungsverteilungsbedingungen und einem Kernleistungspegel beobach tet würde, wobei Veränderungen in der Umgebung zwischen den Quellen schneller Neutronen im Kern und dem Detektor ausdrücklich Beachtung geschenkt sind. Die Fähigkeit, die Einflüsse dieser Faktoren auf die kernexternen Detektorströme zu bestimmen, ermöglicht die Verwendung der kernexternen Detektoren in absoluter Weise zur Bestimmung des Reaktorleistungspegels. Die Komplexität der Bestimmung des Werts von At und ΣR verleiht der Gleichung 1 wenig praktische Bedeutung. Die Form und Art der Gleichung 1 ermöglicht jedoch die ziemlich direkte Bestimmung von Veränderungen in den kernexternen Detektorströmen aus einer Bezugstabelle von Bedingungen. Die Bezugsbedingungen können in einer Gleichung der Form ausgedrückt werden:
wobei das Hochzeichen R den Bezugsbedingungswert der für die Gleichung 1 definierten Parameter bezeichnet. Die Bestimmung von Veränderungen der kernexternen Detektorströme aufgrund von Bedingungsänderungen der Kernleistungsverteilung und der Detektor/Kernumgebung von einer Bezugsbedingung ermöglicht das genaue Bestimmen des Reaktorleistungspegels aus den kernexternen Detektorströmen.
Für eine leichtere Schreibweise können die Integralteile der. Gleichungen 1 und 2 folgendermaßen definiert werden:
und
wobei das Hochzeichen R den Bezugswert bezeichnet.
Das Verhältnis des gemessenen Stroms des oberen Detektors zu dem bei der Bezugsbedingung gemessenen Detektorstrom kann ausgedrückt werden wie folgt:
Der Wert At sollte der gleiche sein wie der Bezugswert von At, sofern nicht die Detektor/Kern-Geometrie sich ändert oder die Detektorempfindlichkeit sich im Zeitintervall zwischen der Bezugsmessung und der Strommessung ändert. Deshalb heben sich die A-Koeffizienten in der Gleichung 5 auf und der tatsächliche Kernleistungspegel kann ausgedrückt werden als:
Die Gleichung 6 kann unter Verwendung der gemessenen Bedingungen für sämtliche Parameter mit Ausnahme der Werte von ΣR und dT dirket aufgelöst werden. Die Werte der Bezugsgröße und die augenblicklichen R-Werte haben eine Temperaturabhängigkeit, die in der Gleichung 6 nicht ausgedrückt ist. Um der Temperaturabhängigkeit der ΣR-Werte Rechnung zu tragen, kann ein einfacher temperaturabhängiger Ausdruck für ΣR'relativ zum Bezugswert ΣR' entwickelt werden.
Der Wert von ΣR' der nach einer Abweichung der Wassertemperatur im Kernabwärtskanal und im Brennstoffbereich von der Bezugsbedingung herrscht, kann bei Annahme einer linearen Veränderung von ΣR mit der Temperatur über einen gewissen Anwendungsbereich ausgedrückt werden als
wobei
Ti = Behältereinlaßtemperatur, gemessen von dem Widerstandstemperaturfühler 33 im Behältereinlaß, der dem kerninternen Detektorkanal am nächsten gelegen ist, und
T = Wert von Ti, der herrscht, wenn die Bezugsbedingungen gemessen werden.
Das Einsetzen dieses Ausdrucks fürs ΣR in die Gleichung 6 ergibt:
Die Gleichung 8 enthält die notwendige Temperaturkorrektur, um bei dem kernexternen Detektor die angezeigte Leistung bei Temperaturschwankungen im Abwärtskanal und im Brennstoffbereich zu kompensieren, aber sie kann nicht aufgelöst werden, solange nicht der partielle Differentialausdruck und der wirksame Distanzausdruck in dem Exponentialteil der Gleichung bekannt sind.
Es ist nicht notwendig, den partiellen Differentialausdruck und den effektiven Distanzausdruck in Gleichung 8 gesondert oder analytisch zu bestimmen, um die Gleichung richtig bei der Bestimmung einer genau kompensierten kernexternen Detektorleistung anzuwenden. Das Bestimmen des Produkts dieser Ausdrücke reicht aus. Das Auflösen der Gleichung 8 nach dem Produkt im Exponenten ergibt:
Der Wert von K kann aus Messungen bei zwei verschiedenen Temperaturen und Leistungspegeln während des Reaktoranfahrtests bestimmt werden und kann von einem Zyklus zum nächsten im wesentlichen konstant bleiben. Ein typischer Wert von Kt für eine Anlage mit 4 Schleifen ist 0,022/ºC (0,012/ºF). Unter Verwendung der Definition von Kt in Gleichung 9 wird die Gleichung 8 zu:
Ein Ausdruck der Form nach Gleichung 10 kann sowohl für den oberen als auch für den unteren Detektor in jedem kerninternen Detektorkanal entwickelt werden. Das Tiefzeichen "t" wird in Gleichung 10 für den unteren Detektor in jedem Kanal durch das Tiefzeichen "b" ersetzt. Für die unteren Detektoren werden gesonderte axiale Leistungsgewichtungsfaktoren benötigt. Der Mittelwert aller kompensierten relativen kernexternen Detektorleistungswerte gibt die genaueste Anzeige der Kernleistung mit Bezug auf die Genauigkeit der Bezugsbedingung an, die von den kernexternen Detektoren erhältlich ist.
Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm für ein Programm 49 zur Bestimmung der Konstanten K, die zur Vornahme von Nachstellungen bei Temperaturänderungen benutzt wird. Ein Wert für K wird für jeden Detektor berechnet. Wie bei 51 dargestellt ist, besteht der erste Schritt in der Bestimmung der relativen radialen Brennelementen-Leistungsgewichtungsfaktoren für jeden Detektorkanal i für jede radiale x, y-Kernposition j, wie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist. Die axialen Gewichtungsfaktoren für jedes gemessene axiale Kernintervall z, für die radial gewichtete relative Brennelementenleistung für jeden Detektor j und jeden Kanal i wird dann bei 53 bestimmt, beispielsweise unter Verwendung der Gewichtungsfaktoren, die in Fig. 2 dargestellt sind. Als nächstes werden die gemessene dreidimensionale Reaktorleistungsverteilung, der thermische Leistungspegel, die kernexternen Detektorsignale, und die Behältereinlaßtemperaturen bei den beiden verschiedenen Leistungseinstellungen P&sub1; und P&sub2; bei 55 und 57 bestimmt. Sodann wird bei 59 der Wert Qwa für jeden Kanal i bei dem Leistungspegel P&sub1; und P&sub2; berechnet. Schließlich wird die Konstante K für jeden Detektor j bei 61 berechnet.
Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm für ein Programm 63, daß von einem Computer im Kernüberwachungssystem 35 zur Bestimmung der gegenwärtigen Ausgangsleistung P aus den kernexternen Detektorströmen benutzt werden kann. Die Bezugswert der Kernleistung unter Verwendung der kalorimetrischen Messung, jedes der Detektorströme und der Einlaßtemperatur für jeden Kanal werden bei 65 bestimmt und zur Bestimmung von Qwa für jeden Kanal verwendet.
Das Programm tritt dann in eine Schleife 65 ein, in welcher die augenblickliche Leistung aus den kernexternen Detektoren periodisch bestimmt wird. Dies umfaßt die Berechnung der relativen Leistung für jeden Detektorstrom bei 67. Die ausgemittelte Leistung wird dann bei 69 bestimmt und bei 71 als Leistungsbestimmung des kernexternen Detektors bei jeder neuen Leistungsbestimmung ausgegeben.
Während spezifische Ausführungsformen der Erfindung im einzelnen beschrieben worden sind, ist für den Fachmann klar, daß verschiedene Modifikationen und Alternativen dieser Einzelheiten im Lichte der gesamten Lehre dieser Offenbarung entwickelt werden könnten. Demgemäß sind die betriebenen Anordnungen nur illustrativ zu verstehen und nicht als den Schutzbereich der Erfindung begrenzend, der durch die volle Tragweite der anliegenden Ansprüche bestimmt ist. 1

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Ausgangsleistung eines Druckwasserreaktors mit einem außerhalb des Kerns angeordneten Detektorsystem (21), mit folgenden Schritten:

Bestimmen der thermischen Ausgangsleistung des Reaktors in einem Basiszeitpunkt,

Messen des Detektorstroms in dem kernexternen Detektorsystem (21) einschließlich Messen des Detektorstroms in dem genannten Basiszeitpunkt,

Messen der Kerneinlaßtemperatur einschließlich Messen der Kerneinlaßtemepratur in dem genannten Basiszeitpunkt, periodisches Messen der dreidimensionalen Leistungsverteilung im Kern des Reaktors einschließlich Messen der dreidimensionalen Kernleistungsverteilung in dem Reaktor in dem genannten Basiszeitpunkt, und

Bestimmen der augenblicklichen Kernleistung als das Verhältnis des augenblicklichen Detektorstroms zum Detektorstrom in dem genannten Basiszeitpunkt, multipliziert mit der thermischen Leistung in den genannten Basiszeitpunkt, und korrigiert als Funktion von Änderungen der Kerneinlaßtemperatur und der dreidimensionalen Kernleistungsverteilung seit dem genannten Basiszeitpunkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die augenblickliche Kernleistung als Funktion einer Differenz zwischen der Kerneinlaßtemperatur in dem genannten Basiszeitpunkt und der augenblicklichen Kerneinlaßtemperatur, sowie als Funktion einer Differenz zwischen der dreidimensionalen Kernleistungsverteilung in dem genannten Basiszeitpunkt und einer zuletzt ermittelten dreidimensionalen Kernleistungsverteilung korrigiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Korrigierens der augenblicklichen Kernleistung als Funktion von Änderungen der Kerneinlaßtemperatur das Berechnen einer Konstanten aus der bei zwei verschiedenen Kerneinlaßtemperaturen bestimmten Kernleistung umfaßt und dann nachfolgend die Kernleistung durch einem Expotentialausdruck korrigiert wird, in welchem die genannte Konstante mit einer Differenz der Kerneinlaßtemperatur in dem genannten Basiszeitpunkt und der augenblicklichen Kerneinlaßtemperatur multipliziert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die augenblickliche Kernleistung aus dem Zusammenhang

bestimmt wird, wobei

Pr = augenblickliche relative Kernleistung,

PRr = relative Kernleistung in dem genannten Basiszeitpunkt, welche die genannte, in dem Basiszeitpunkt bestimmte thermische Leistung ist,

I = augenblicklicher Detektorstrom,

IR = Detektorstrom in dem genannten Basiszeitpunkt,

QRwa = gewichteter Mittelwert der dreidimensionalen Kernwa leistungsverteilung in dem genannten Basiszeitpunkt,

Qwa = letzte gewichtete mittlere dreidimensionale Kernleistungsverteilung,

TRi - Kerneinlaßtemperatur in dem Basiszeitpunkt

Ti = augenblickliche Kerneinlaßtemperatur, und

K = eine Konstante, die aus dem folgenden Zusammenhang bestimmt wird:

wobei K aus Messungen berechnet wird, die bei zwei verschiedenen Kerneinlaßtemperaturen genommen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Messens der dreidimensionalen Kernleitungsverteilung das Verwenden eines im Kern befindlichen Leistungsmessungssystems zur Messung der dreidimensionalen Kernleistungsverteilung umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Messens der dreidimensionalen Kernleistungsverteilung das Messen von Kernauslaßtemperaturen über dem Reaktor und das Verwenden der Kernauslaßtemperaturen, der Kerneinlaßtemperaturen und kernexterne Detektorströme zur Bestimmung der dreidimensionalen Kernleistungsverteilung umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das kernexterne Detektorsystem (21) mindestens einen kernexternen Detektor mit einem oberen Detektorabschnitt (21T), der einen Oberabschnittdetektorstrom mißt, und einem unteren Detektorabschnitt (21b), der einen Unterabschnittsdetektorstrom mißt, und wobei die augenblickliche Kernleistung als Mittelwert zwischen einer Detektoroberabschnitt-Kernleistungsmessung unter Verwendung des Oberabschnittsdetektorstroms und einer Detektorunterabschnitts-Kernleistungsmessung unter Verwendung des Unterabschnittsdetektorstroms bestimmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Detektorsystem (21) eine Mehrzahl von kernexternen Detektoren umfaßt, die jeweils einen oberen Detektorabschnitt (21t) und einen unteren Detektorabschnitt (21b) aufweisen, und wobei die augenblickliche Kernleistung als Mittelwert der Detektoroberabschnitts-Kern leistungsmessung und der Detektorunterabschnitts-Kernleistungsmessung für alle dieser Mehrzahl von kernexternen Detektoren bestimmt wird.

9. System zur Bestimmung der Ausgangsleistung eines Druckwasser-Kernreaktorsystems mit einem Reaktor (7) mit einem Reaktorkern (9) mit einem Kerneinlaß, durch welchen Reaktorkühlmittel zur Zirkulation durch den Reaktorkern eintritt, weiter mit einem Dampfgenerator (15), durch welchen durch den Reaktorkern (9) zirkuliertes Reaktorkühlmittel hindurchströmt, bevor es in den Kerneinlaß zurückströmt, und mit Speisewassermitteln (37, 41), die Speisewasser zu dem Dampfgenerator (15) zuführen und eine Speisewasserströmungsmessung liefern, aus welcher von dem Reaktor erzeugte thermische Leistung berechnet wird, wobei das Monitorsystem umfaßt:

kernexterne Detektormittel (21) nahe dem Reaktor zum Erzeugen eines Detektorstroms, der auf einen vom Reaktorkern erzeugten Neutronenstrom anspricht,

Mittel (31) zum Messen der Kerneinlaßtemperatur,

Mittel (35) zur Bestimmung der dreidimensionalen Kernleistungsverteilung in dem Reaktorkern,

und gekennzeichnet durch

Mittel (35) zur Bestimmung der augenblicklichen Kernleistung als Verhältnis des augenblicklichen Detektorstroms zum Detektorstrom in einem Basiszeitpunkt, multipliziert mit der thermischen Leistung, die in dem Basiszeitpunkt berechnet worden ist, und korrigiert als Funktion der augenblicklichen Kerneinlaßtemperatur und der Kerneinlaßtemperatur in dem genannten Basiszeitpunkt, die durch die Mittel (31) zur Messung der Kerneinlaßtemperatur gemessen werden, und als Funktion der letzten Messung der dreidimensionalen Kernleistungsverteilung in dem Reaktorkern und der dreidimensionalen Kernleistungsverteilung in dem genannten Basiszeitpunkt, die von den Mit teln (35) zur Messung der dreidimensionalen Kernleistungsverteilung gemessen werden.

10. System nach Anspruch 9, wobei die kernexternen Detektormittel (21) mehrere kernexterne Detektormittel umfassen, die jeweils einen Detektorstrom erzeugen, und wobei die Mittel (35) zur Bestimmung der augenblicklichen Kernleistung die augenblickliche Kernleistung als Mittelwert der augenblicklichen Kernleistung berechnen, wie sie durch jeden der Detektorströme bestimmt wird.

11. System nach Anspruch 10, wobei mehrere kernexterne Detektormittel (21) Mehrfachdetektoren umfassen, die jeweils einen oberen Detektorabschnitt (21t), der einen Oberabschnittsdetektorstrom erzeugt, und einen unteren Detektorabschnitt (21b) aufweisen, der einen Unterabschnittsdetektorstrom erzeugt, und wobei die Mittel (35) zur Bestimmung der augenblicklichen Kernleistung die augenblickliche Kernleistung als Mittelwert der aus jedem der Oberabschnittsdetektorströme und der Unterabschnittsdetektorströme bestimmten augenblicklichen Kernleistung berechnen.

12. System nach Anspruch 10, wobei die Mittel (35) zur Bestimmung der augenblicklichen Kernleistung den Mittelwert der augenblicklichen Kernleistung aus dem für jeden Detektor bestimmten augenblicklichen Kernleistungswert nach dem Zusammenhang berechnet:

wobei: