EP0803125A1 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines reaktors im instabilen zustand - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betrieb eines reaktors im instabilen zustand

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Publication number
EP0803125A1
EP0803125A1 EP96900255A EP96900255A EP0803125A1 EP 0803125 A1 EP0803125 A1 EP 0803125A1 EP 96900255 A EP96900255 A EP 96900255A EP 96900255 A EP96900255 A EP 96900255A EP 0803125 A1 EP0803125 A1 EP 0803125A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
area
reactor
monitoring
signal
alarm
Prior art date
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Ceased
Application number
EP96900255A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Kreuter
Godehard Rauch
Joachim Schulze
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Areva GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP98123358A priority Critical patent/EP0928007B1/de
Publication of EP0803125A1 publication Critical patent/EP0803125A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21D—NUCLEAR POWER PLANT
    • G21D3/00—Control of nuclear power plant
    • G21D3/08—Regulation of any parameters in the plant
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C7/00—Control of nuclear reaction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a sieve water reactor which is in an unstable state due to local oscillation of a physical quantity (in particular the power or the neutron flow associated therewith).
  • the invention also relates to a device for carrying out this process and to a method and a device for monitoring this unstable reactor state.
  • the nuclear fission which determines the performance of a nuclear reactor is controlled in that absorber elements are inserted into the reactor core in order to weaken the neutron flow. Thereby, measuring lances with sensors for the flow of thermal neutrons are distributed over the reactor core in order to detect the actual state.
  • the throughput of cooling water which also serves as a moderator, must also be adapted to the respective state.
  • This cooling water enters the reactor core as a liquid from below, flows through the fuel elements in which it partially evaporates, and exits the core as a vapor / liquid mixture, as a result of which the fuel / moderator ratio changes in the different parts of the Fuel elements changes.
  • the flow conditions also change, in particular the location at which the 1-phase flow with which the liquid coolant enters the fuel elements changes into the 2-phase flow of the liquid / vapor mixture.
  • unstable states have been observed in which this phase boundary starts to oscillate, which results in a pulsation of the moderator density and the power that leads to the cooling power and the movement of the phase boundary ⁇ reacts. Periodic Temperature fluctuations with considerable peak values occur.
  • the maximum permissible output of the fuel elements is mainly limited by the temperature resistance of the materials used in the fuel elements. If an upper temperature limit is exceeded, these materials lose their mechanical, chemical and physical properties and can undergo irreversible changes which can force the fuel elements to be replaced. It must therefore be ensured that this thermal-hydraulic power limit (and thus a thermal-hydraulic limit value A ⁇ h of the neutron flux) is not exceeded in the reactor.
  • the operating permits for the reactors therefore provide that, if a limit value is exceeded, the reactor is switched off quickly (so-called "SCRAM"), in which all control rods are quickly retracted and the corresponding cooling capacity is set after an emergency program.
  • the reactor After such a SCRAM, the reactor has to be started again according to an operational start-up program, so that the reactor operation is considerably disturbed.
  • the fuel assemblies must be replaced for safety reasons if the thermal-hydraulic limit value has been reached several times or over a long period.
  • the aim is to detect and dampen such an unstable condition as early as possible before these power pulsations come close to the thermal-hydraulic limit value.
  • Each of these four sensors in each measuring probe is used, two sensors being assigned to a first monitoring system and the two remaining sensors being assigned to a redundant second monitoring system.
  • Each monitoring system contains two monitoring channels, each sensor signal of a measuring probe being assigned to another monitoring channel.
  • the two monitoring channels of a system are based on different subdivisions of the reactor into individual areas (“monitoring cells”), each cell being limited by four measuring lances to form a corresponding area signal.
  • a sensor signal in each monitoring channel belongs to two, three or four cells. This multiple use of the sensor signals is intended to make it possible to monitor and identify practically the condition of each individual fuel element due to its influence on the sensor signals of the individual cells. For this purpose, it is provided that an alarm is only set in a system if both monitoring channels respond. It is sufficient for the alarm if it is given by one of the two systems; however, this only provides simple redundancy.
  • Another disadvantage is that a faulty measurement or a complete failure of a measuring probe affects practically all monitoring channels.
  • the condition of the individual cells (areas) is monitored by first monitoring in a plausibility check whether the individual sensor signal exceeds a certain lower limit value and is working properly. In the event of a sensor defect, the signals belonging to this cell are no longer evaluated.
  • a current area signal is formed by summation of all sensor signals of a area, but this is suppressed if (for example due to incorrect measurement) a plausibility monitor shows that the area signal does not reach a predetermined minimum value.
  • the area signal is then filtered and related to a time average whose time constant is greater than a period of the oscillation, so that a relative current area signal is produced which indicates the percentage by which the current power of the area is above or below that Mean value.
  • this current value exceeds a performance limit (eg 120%), it is checked whether this is a one-time transition state (so-called "transient"), which is e.g. B. represents only an aperiodic settling to a new operating state specified by the control system without stimulating an oscillation. In this case, there is therefore no critical oscillation in the frequency band 0.3 and 0.7 Hz, so that no intervention takes place unless a limit value h IXayi in the vicinity of the thermal-hydraulic limit value A t k has been reached.
  • a performance limit e.g 120%)
  • a corresponding limit value (eg 80%) is also undershot, as is the case for an oscillation is required. If it is determined in this way that - corresponding to an oscillation - an upper extreme value of the flow is followed by a lower extreme value, then it is checked whether this lower extreme value is followed by an upper extreme value and whether this subsequent upper extreme value exceeds an alarm value. steps that is a predetermined factor (eg 1.3) above the first detected extreme value. If this is the case, it is concluded after this one oscillation period that an increasing ("rising") oscillation threatens to exceed A tn , and the SCRAM is initiated before the value A-na is reached.
  • a predetermined factor eg 1.3
  • this prior art only provides to dampen the oscillation by rapidly retracting virtually all control rods (total SCRAM). Apart from the SCRAM, this strategy therefore does not provide any further measure for damping the oscillation and also does not reduce the probability of the SCRAM, which represents a considerable intervention in the operation of the reactor. Rather, if there is a strong oscillation, damping will only take place earlier (i.e. below instead of. This only reduces the thermal load on the fuel assemblies.
  • the object of the present invention is, however, to better recognize such oscillations and to dampen the oscillation as much as possible in such a way that a SCRAM no longer has to be introduced at all, that is to say, without intervention or as little interference as possible in the reactor operation.
  • the task also includes suitable, as interference-free monitoring of the critical condition as possible.
  • the invention provides, by measuring the physical quantity (ie the neutron flux, insofar as it concerns the aforementioned thermo-hydraulic oscillations) to form local measured values in several areas of the reactor core, which are assigned to the respective areas.
  • the current alarm level is formed by monitoring the measured values, namely the highest alarm level, the monitoring criterion of which is met by the measured values in a predetermined minimum number of ranges.
  • the monitoring criterion can consist of several individual conditions, for example exceeding separate limit values for the amplitude and the rate of decay of the extreme values.
  • the stabilization strategy is to insert several control rods into the core in order to reduce the reactor output (alarm stage I).
  • At least two higher-level alarm levels are provided, whereby in alarm level II only a few control rods corresponding to a fraction of the total number are slowly moved into the core in such a way as corresponds to an operational reduction in performance (ie the reactor control performs an operational reduction of the output, even if, for example, a higher power consumption would require a higher reactor output and the operating personnel want to start up the reactor output).
  • the second higher-level alarm level (alarm level III) - similar to a total quick shutdown of the reactor (total SCRAM) - control rods are retracted quickly, but this does not affect all but only part of the control rods (“partial SCRAM"). A total SCRAM is then no longer required, but an alarm stage IV which triggers the SCRAM can be provided as an option.
  • a method for operating a reactor which is unstable due to the oscillation of a physical quantity occurring in the core also provides for a measured value to be formed by measuring the physical quantity, which detects the rate of oscillation (possibly also further measured values) ).
  • a decision is made as to whether a stabilization strategy is initiated to dampen the instability or whether the reactor is initially continued to be operated after the measured values entered as a function of the operation.
  • the reactor can continue to be operated at least two oscillation periods during the measurement of the decay rate, without intervening in the reactor controller, provided that no measured value does not reach a limit value provided for initiating a total SCRAM. So z. B.
  • a threshold value for the extreme values of the oscillating physical variable, which is dependent on the burr is preferably specified, and the stabilization strategy is initiated when the extreme values exceed this threshold value.
  • a threshold can be specified for the decay rate, the stabilization strategy being initiated when the decay rate exceeds this threshold value.
  • a number of oscillation periods depending on the decay rate can be specified in order to initiate the stabilization strategy only when the oscillation of the physical quantity continues over the duration of these oscillation periods.
  • stabilization strategy to be initiated is selected as a function of the decay rate.
  • the invention can provide that several sensors for measuring the physical size are arranged in several areas of the reactor core, the output signals of the sensors being combined to form a number Mp of area channels and each Area channel are each assigned an area and sensors arranged therein for generating an area signal.
  • the area signals are then combined into a number P of system channels, several area channels being assigned to a system channel in which they generate a system signal.
  • the system signals are finally assigned to an end channel by generating an end signal.
  • An alarm end signal is set in the end signal by means of monitoring stages and selection stages as soon as a monitoring criterion has been met over several oscillation periods at least in a predetermined number Np of the system channels, namely in a minimum number Nmp between area channels of this system.
  • the output signal of each sensor influences at most one area signal and each area signal at most one system signal.
  • the area signals of a system channel are in each case formed from the output signals from sensors which lie in areas which are distributed over the cross section of the reactor core in such a way that the area adjacent to such a th areas contain sensors whose output signals are assigned to area channels of other system channels.
  • the invention can provide a device which has a system selection stage, a number P of range selection stages, a number Mp of range monitoring stages for each range selection stage and one for each range monitoring stage Contains sensor stage with a plurality of sensors arranged within a region of the core and assigned to this region monitoring stage.
  • This device is designed in such a way that the sensors assigned to an area monitoring level each provide measurement signals for the physical quantity which are combined to form an area signal, and that each area signal in the area monitoring level assigned to the sensors is monitored according to a monitoring criterion, each Area monitoring stage provides an area signal containing an area monitoring signal.
  • Each area monitoring signal is connected to at least one area selection stage, which forms a system monitoring signal from a predetermined minimum number of area monitoring signals. Each system monitoring signal is then fed to the system selection stage; This provides a final monitoring signal using a specified minimum number of system monitoring levels.
  • the invention includes a device for monitoring the reactor state, which is unstable due to the local oscillation, in which several sensors for measuring the physical quantity are arranged in several areas of the reactor core and the output signals of several sensors of one area are combined to form an assigned area signal.
  • An evaluation stage is assigned to each area signal, which identifies the occurrence of extreme values of the physical quantity in the area signal (in particular over several oscillation periods) and, in the case of an oscillation of constant frequency and corresponding duration, determines the decay rate of the extreme values in this area .
  • the computing levels are assigned at least one monitoring level which sets an alarm signal, the extreme values meeting at least in a predetermined number of areas a local monitoring criterion which is dependent on the determined decay rate.
  • a device for monitoring the local oscillations can contain sensors for measuring the physical quantity, which are arranged in several areas of the reactor core and the output signals of several sensors of one area are combined to form an assigned area signal.
  • An evaluation stage is then assigned to each range signal, which identifies the occurrence of an oscillation of constant frequency in the range signal.
  • a final monitoring level is assigned to the evaluation levels, which selects an alarm level from a hierarchy of alarm levels, in accordance with predetermined monitoring criteria for the oscillations identified in at least a predetermined number of area signals.
  • the final monitoring level defines a point in time (or at least the criteria for the point in time) at which an emergency command for initiating a stabilization strategy corresponding to the alarm level is issued.
  • This point in time can be predetermined, for example, by a number of oscillation periods, which waits before a stabilization measure is initiated Be 12.
  • a limit value for example a limit value for the amplitude
  • instantaneous actual values for example actual values of the decay rate
  • FIG. 1 shows the diagram of the fuel elements and measuring lances arranged in the core of a boiling water reactor and their assignment to monitoring areas and monitoring systems
  • FIG. 2 shows a measuring lance with four sensors for monitoring an area and a sensor stage assigned to these sensors in an area channel assigned to the area
  • FIG. 3 shows an evaluation unit and a monitoring unit in this area channel
  • FIG. 4 shows the division of the area signals generated in different areas and area channels into systems
  • 5 shows a critical oscillation in the measured value of the flow and its damping in a SCRAM
  • FIG. 6 shows the amplitude values of the flow that increase unimpeded with a different decay rate until the thermally hydraulic limit value A tn
  • 7 shows the relationship between the rate of increase DA and until reaching a permissible maximum value A max available oscillation periods
  • Figure 8 the amplitudes occurring at different Aufklingraten in the case of through a
  • Figure 9 shows the course of the extreme values (amplitudes) during operation of the reactor with a relatively weak-sounding oscillation according to a preferred embodiment of the invention
  • Figure 10 shows the corresponding course with a rapidly rising oscillation
  • Figure 11 shows a range monitoring level at a preferred - th embodiment.
  • FIG. 1 schematically shows a cross section 1 through a reactor core in which square fuel elements 2 are closely spaced in a checkerboard fashion.
  • four such fuel assemblies each form a square in which one of the measuring lances labeled (1), (2) .. (28) is arranged at only one corner.
  • Such a measuring lance is therefore usually arranged at the common corner of four abutting squares, each consisting of four fuel elements.
  • an "area" e.g. the adjacent, differently hatched areas 2 ', 2''
  • each measuring lance (position 3 in FIG. 2) each comprises four sensors 4a, 4b, 4c and 4d arranged one above the other in a cladding tube 5, four sensor signals are transmitted to the total via the corresponding measuring lines 6 of the measuring lances (1) .. (28) Device for monitoring the core supplied.
  • Each of these measuring lines 6 thus carries the sensor signals assigned to an area.
  • These monitoring systems work redundantly and in each case deliver their own monitoring signal and possibly an alarm signal, these signals only being processed into a final monitoring signal or final alarm signal in a system selection.
  • the corresponding core-monitoring monitor therefore only contains systems that are independent of one another (no sensor signal is processed in more than one system) and the areas monitored by them do not overlap. If one measuring probe fails, a whole area of 16 fuel elements is no longer monitored, but only one of the redundant systems is affected, while the other systems are not affected by this failure. Sensors of neighboring areas are always assigned to different systems. These principles are also retained in other configurations of the core (e.g. larger cores) and the measuring lances (e.g. 34 instead of 28 measuring lances).
  • all areas each acquire an equal number (namely four) sensor signals, while in the general case the number of sensor signals can also be different for the individual areas. This can be provided above all if the "linear" assignment specified above, in which each sensor is assigned to at most one individual system, is not carried out.
  • Each sensor signal is first subjected to a plausibility check in its area channel by means of a selection stage 8, sensor signals which are outside the proper working range of the sensors being initially eliminated, as also mentioned in the above
  • EP-A-0 496 551 is provided.
  • only a minimum number (here: two) is selected from the remaining output signals of properly working sensors, as a rule the signals of the lowest available sensors.
  • the signals from sensors arranged one above the other differ only slightly and, in particular, they show the same temporal profiles due to the local power pulsation in this area, practically without phase shift. In principle, the sensors can therefore replace each other.
  • taking the lowest sensors (4a and 4a in FIG. 2) into account offers a slight advantage, since in the critical area of high power and low coolant throughput, the flow in the lower areas of the fuel assemblies causes more pronounced oscillations than in the upper areas, i.e. the corresponding extreme values (amplitudes) of the oscillation can be detected more clearly.
  • this selection stage 8 fed by the sensor signals, can be preceded by an analog filter 9 'for the sensor signals, the selection of the two sensor signals released for further processing by a "2 out of 4" selection 10 ("2 out of 4" ) can take place, which can simultaneously convert the analog input signals into digital output signals, so that instead of the upstream analog filter 9 ', a digital filter 9 can also be connected.
  • this filter 9 also performs a sum of the two output signals of the selection stage 8 in order to obtain an instantaneous value for the flow into the corresponding region, averaged over the sample scatter of the individual sensors. This corresponds to the sum tion of the sensor signals in the individual "cells" of the mentioned EP-A-0 496 551, although in this prior art the corresponding "cell signal” is formed by sensor signals, which are also used for monitoring other areas and in other systems become.
  • a current measurement value A (t) -A * is then formed in a standardization unit from the current signal A (t) at the output of the filter 9, which e.g. can be normalized to the average signal level A * of this range.
  • this average level can be formed by an integrator 10 by integrating the signal A (t) detected over a relatively long integration period.
  • This normalization provides an alternating positive and negative measured value, so that the oscillation amplitudes are symmetrical about a zero point and are easy to detect.
  • digital signal processing also enables the amplitude of a half-period to be detected without great effort, even in the case of differently standardized or non-standardized signals S, in which case it can be advantageous that limit values can be specified as absolute values instead of relative values.
  • the area channel of a system p contains an evaluation stage 12, in which the time T n is initially recorded in a first calculation stage, at which a signal value S which initially rises and is above the noise limit Ao has risen to an extreme value A n and drops again (positive peak).
  • a signal value S which initially rises and is above the noise limit Ao has risen to an extreme value A n and drops again (positive peak).
  • - or preferably additionally - Peak A n and its time T n also become negative Peak detected, ie an extreme value lying beyond the noise limit Ao, which is formed by an initially decreasing, then increasing (negative) value of the signal S.
  • This extreme value detection 13 is followed by a further plausibility monitor 14, which is designed, for example, as described in EP-A-0 496 551 and checks whether the time interval DT n that can be detected in the extreme value monitor 13 is between currently recorded time T n and the previously recorded time T n can correspond to an oscillation which lies between 0.3 and 0.7 Hz within the critical frequency band.
  • Another evaluation element 15 checks vor ⁇ part by way of addition, whether the detected time interval DT n with the last detected time interval DT n _ practically coincide. If this is not the case, then the peaks recorded are not the amplitudes of an oscillation which is practically not damped and could rise to dangerous extreme values; the further evaluation of the last peak A n determined is then suppressed.
  • a monitoring element 18 now forms a signal according to predetermined monitoring criteria described in more detail below, which indicates, for example as a binary signal in the state "0", that there is no dangerous oscillation corresponding to the monitoring criteria while the state "1" of the corresponding monitoring signal triggers an alarm (position 19).
  • This The alarm signal together with other information which, for example, identify the area in which the monitoring criterion has addressed, can be output to a display unit and / or stored in a memory for documenting the process.
  • the linear alarm area signals represent an M p -fold binary signal corresponding to the number p of area channels, from which an N m p-fold binary signal is formed in an area selection stage 20, to indicate that a bit corresponding to an alarm has been set in at least a number N m p of areas of this system.
  • a corresponding alarm bit should only be set in the area signal when the monitoring criterion is met in at least two areas of the system in order to rule out a false alarm due to processing errors.
  • a system selection is now made in an output stage 24, which in each case sets an alarm end signal when the total number P of systems contains at least a minimum number Np of a set alarm signal.
  • the processing elements of the area channel shown in FIGS. 2 and 3 can be implemented in any system by a central computer with its own power supply, a central processor unit, an input module for 32 analog input signals and a corresponding output module for 32 digital output signals - the one that is approximately 50% full at a working frequency of 32 MHz with the parallel processing of the 28 sensor signals contained in the 32-bit input of the computer.
  • An advantageous sampling rate for the input signals is 50 Hz or more, but at least 20 Hz.
  • the usual processing elements for the sensor signals offer sufficient space for the processor units of the systems.
  • the output signals of these system processors can be connected to a commercially available microcomputer in which the received area signals are processed and stored.
  • This processor also contains the programs which are necessary in order to make the system selection and to deliver the signals according to predetermined strategies which are required in the reactor control for carrying out the respective stabilization measures.
  • Glass fibers can advantageously be used as connecting lines.
  • the curve 30 of FIG. 6 corresponds to the extreme case represented by curve 30 in FIG. 5, further curves 34, 33, 32 and 31 being indicated in this FIG. 6, the rate of which DA increases by a factor of 1/2, 1 / 3, 1/4 and 1/5 are lower. It can be seen from FIG. 6 that at these decay rates, a SCRAM which would be triggered if the limit value A max was exceeded is not required, but rather the time or number N 'of the oscillation periods DT required for the effectiveness of the SCRAM allows the reactor to continue operating a certain number N of periods which result from the intersection of curves 32, 33 .. with curve F (A4).
  • FIG. 5 shows the relationship between the decay rates DA and the period N given by the curve F (A4), which are still available after the limit value A ⁇ ⁇ x has been exceeded before a SCRAM is initiated, as a corresponding limit curve F ( DA) reproduced.
  • a curve can be determined - taking into account a sufficient safety reserve - from model calculations for the behavior of the reactor in transient states and from the comparison of such model calculations with actually observed reactor states and can be stored, for example, as a characteristic curve in a memory.
  • the limit value A] _i m is exceeded, it is then sufficient to use the respective detected rate of decay in order to obtain the corresponding value N (for the curves 31, 32, 33, 34, the values N1, N2, N3, N4) refer to.
  • a counter can then be set to the corresponding value N, which is counted down with each confirmation signal "confirmation" (FIG. 3).
  • the reactor operation then does not need to be interrupted by a total SCRAM as long as the counter reading has not been counted down to zero. Even then, the total SCRAM does not need to be introduced until the amplitude limit value A4 has been reached.
  • the oscillation is automatically dampened and subsides again within this time, which can be ensured in particular if an alarm signal is set when the limit value A j - ⁇ x is exceeded, which only prevents at this alarm level that changes in the operating state are made in the control which could lead to an increase in output and thus to a further transient excitation of the oscillation.
  • a stabilization strategy followed, which corresponds to a low-level alarm level and does not require an interruption of the reactor operation, in particular no SCRAM, as long as it is not exceeded by the 7 curve and / or exceeding the limit value A4 there is a high-level alarm level with a total SCRAM.
  • the duration for this reactor operation can be limited to a number N3 of reactor periods, whereby to improve the damping, provision can also be made for a part of the control rods to be slowly moved into the reactor, which corresponds to a reduction in the reactor output. as is intended for operational purposes when the reactor is required to have a lower capacity.
  • the limit values DA3 and DA4 for the decay rate determine an alarm stage III, in which the reactor can continue to run a number N4 of periads, it also being possible to quickly retract some of the absorber rods here (as "partial SCRAM "). Only when the limit value DA4 is exceeded does a total SCRAM then appear in a high-level alarm stage.
  • FIGS. 8 to 10 Another variant of the invention is explained with reference to FIGS. 8 to 10.
  • Figure 8 are for the amplitudes of the relative range signal S shows decay rates which correspond to curves 32 and 33 in FIG. These amplitudes are determined at the point in time at which they exceed the limit A lim. It is assumed that the alarm level II was detected by the monitoring level and a stabilization strategy was initiated, in which the reactor power is to be stabilized by slowly retracting the control rods. In the case of curve 33, the amplitudes occurring under these conditions are indicated by solid lines.
  • the stabilization strategy corresponding to alarm level II would - if it were also maintained at amplitude values that lie above a limit value indicated by A3 and is represented by peaks shown in broken lines - would mean that a total SCRAM would have to be initiated with the limit value A4 . Such a total SCRAM should, however, be avoided. Therefore, when the limit A3 is reached, the stabilization strategy (slow retraction of absorber elements) discussed in connection with alarm stage II in FIG. 7 is switched to a higher alarm stage with a higher-ranking stabilization strategy, namely the "partial SCRAM" mentioned. As a result, the oscillation is now dampened to a greater extent, so that the amplitudes do not continue to increase, ie the limit value A4 is not reached and the total SCRAM is not initiated.
  • Curve 32 shows that in this case too, the limit A3 can be set higher at a lower decay rate than at a higher decay rate.
  • the decay rate is not monitored for exceeding limit values; rather, the currently detected decay rate is used to specify a limit value for the amplitude values themselves.
  • the dependence of the limit value on the decay rate can in turn be determined on the basis of a calibration curve, similar to FIG. 7, or it can also be broken down into a corresponding division of the area available for the decay rate Alarm levels, the corresponding limit value A3 can be changed in stages.
  • This variant has the advantage that changes in the decay rate, which occur during reactor operation even after the limit value A-Hm has been exceeded, are particularly taken into account. This is shown in curve 40 of FIG. 8, in which it is initially assumed that the oscillation increases so weakly when the limit value Aii m is exceeded that intervention in the reactor control system is not necessary. However, it is assumed that the operating personnel at time t D increased the output via the operational reactor control system, which considerably increases the transiently excited oscillation.
  • the curve 42 shown in FIG. 10 is based on a relatively high ringing rate DA, which is why the limit values AI, A2 and A3 in this case - depending on the dedicated ringing rate DA - are set lower than in FIG. 9. Therefore, the alarm level II (Limit value A2) is reached relatively early and the "partial SCRAM" provided by exceeding limit value A3 in alarm level III is also carried out earlier. This leads to the desired damping of the oscillation and prevents the limit value A jrt ax from being exceeded. This prevents a total shutdown even in this unfavorable case.
  • the respective alarm levels can be reset, for example, when the amplitude exceeds the limit value falls below again.
  • FIG. 11 shows an embodiment for the monitoring in the command channels of the system 1, the area selection stage for the alarm signals which are set in the area signal by this monitoring, and the monitoring device in the corresponding system channel.
  • the area monitoring in the first area of channel 1 is shown in the fields labeled "Region 1", the area signal assigned to this first area corresponding to the limit value AI being fed to a limit value detector which sets a logical alarm signal "1" when the range signal S exceeds the limit value AI.
  • This limit value is taken from a memory 52 for a characteristic curve. According to the stored characteristic curve, this limit value AI corresponds to the value DA of the current decay rate determined in area channel 1 (position 16, FIG. 3).
  • the logic output signal of the limit value detector 51 can be used to control a display and / or memory unit 53, which now forms an alarm area signal AA1 assigned to the first alarm level for the monitoring signal AA1, which is assigned to the first alarm level and the first area channel.
  • the relative range signal S is measured in an evaluation unit 54 (not shown in more detail) with regard to the limit value A2 and a monitoring stage containing the limit value detector 55, the characteristic curve memory 56 and the display and / or memory unit 57 with regard to the limit value A3 and of alarm level III. It is not shown that the signal S can be monitored by means of a further limit value detector for exceeding a predetermined limit value A4.
  • the monitoring signals formed by the limit value detectors 51, 51 'in the individual range channels can be summed in a summing element 60.
  • This signal thus indicates the number of range channels in which the corresponding limit value detector 51 has set an alarm signal of stage I. If this number is greater than or equal to a predetermined number Nmp, a corresponding interrogation unit 61 sets a corresponding alarm system signal. In this case, the interrogation unit 61 carries out this interrogation twice, the minimum number Nmp being set to 1 for a first alarm system signal AAl ".
  • this signal can be used to form an alarm end signal from all the alarm signals that are generated in the redundantly operating systems, which can intervene in the control of the reactor and block an operational increase in the reactor output there .
  • the system selection forms only a "1 out of 4" selection, that is to say the corresponding signals AA1 1 'of the four systems are combined by an "OR" element.
  • a minimum number Np for the system signals in which the Alarm level I is set can be done in a simple manner by adding the logical signals AA1 ′′ of the systems and generating the intervention in the reactor control only if the sum is greater than or equal to 2.
  • the summing elements 62, 64 can be used to process the monitoring signals of the individual areas of the system assigned to alarm levels II and III into corresponding signals, which are generated in interrogation units 65, 66 to generate the alarm system signals AA3 'and AA3' assigned to these levels. ' deliver.
  • the alarm signals AA2 ′′ of the four system signals are processed further (not shown) in the same way that was described on the basis of signals AAl ′ 1 and form an alarm end signal assigned to this alarm stage II, which is thus assigned to the Reactor operation intervenes that not only blocks a start-up of the reactor power, but even the reactor power after the pro programs that are intended for normal reactor operation are shut down.
  • the alarm signals AA3 '' assigned to alarm level III are further processed and form an alarm end signal assigned to this alarm level III which, according to the stabilization strategy assigned to this alarm level, partial SCRAM ".
  • the alarm signals formed by means of the fixed limit value A4 are further processed in the same way in order to trigger a total SCRAM corresponding to the highest alarm level if necessary.
  • the invention thus ensures on the one hand that the unstable state of the reactor is monitored with sufficient redundancy in order to be able to make a reliable statement about the unstable state in the event of failure of individual sensors, measuring lances or computing elements, and on the other hand that damping is also achieved the instability is only affected to a small extent in the reactor operation.
  • a total SCRAM is practically excluded according to all experience and estimates, so that the fourth alarm level, the strategy of which provides for a total SCRAM, can be regarded as completely superfluous.
  • the components provided for monitoring the limit value A- f ⁇ x and the transmission elements for an alarm signal assigned to this highest alarm level are therefore only described as an option, which can also be dispensed with.

Abstract

Um einen transient instabilen Zustand eines Siedewasser-Reaktors dämpfen zu können, wird der oszillierende Neutronenfluß gemessen und nach Überschreiten eines ersten Grenzwerts über mehrere Oszillationsperioden hinweg die Aufklingrate der Oszillation bestimmt. In Abhängigkeit von der Aufklingrate werden nach Überschreiten eines weiteren (insbesondere von der Aufklingrate abhängigen) Grenzwertes für den oszillierenden Fluß eine Auswahl aus verschiedenen Stabilisierungsstrategien getroffen, die die Oszillation frühzeitig dämpfen, bevor ein SCRAM erforderlich wird. Es steht eine Hierarchie von Stabilisierungsmaßnahmen zur Verfügung: Blockierung einer Leistungserhöhung in der Steuerung, kontrolliert-langsames Herabfahren der Leistung, schnelle Leistungsreduzierung durch einen 'partial SCRAM'. Die Überwachung des instabilen Zustands geschieht durch ein System von über den Kern verteilten Sensoren, die redundant jeweils den Fluß in einem Bereich des Kerns messen. Die Sensoren wirken dabei auf mehrere redundant arbeitende Systeme, wobei das Signal jedes Sensors jeweils nur in einem einzigen dieser redundanten Systeme wirksam ist.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Reaktors im in¬ stabilen Zustand
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Sie¬ dewasserreaktors, der durch lokale Oszillation einer physika¬ lischen Größe (insbesondere der Leistung bzw. des damit ver¬ bundenen Neutronenflußes) in einem instabilen Zustand ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durch¬ führung dieses Verfahrens sowie ein Verfahren und eine Vor¬ richtung zur Überwachung dieses instabilen Reaktorzustandes.
Die die Leistung eines Kernreaktors bestimmende Kernspaltung wird dadurch gesteuert, daß Absorberelemente zur Schwächung des Neutronenflußes in den Reaktorkern eingefahren werden. Da¬ bei sind über den Reaktorkern Meßlanzen mit Sensoren für den Fluß thermischer Neutronen verteilt, um den Ist-Zustand zu erfassen. Um einen gewünschten Betriebszustand einzuregeln, muß dabei auch der Durchsatz an Kühlwasser, das gleichzeitig als Moderator dient, dem jeweiligen Zustand angepaßt sein.
Dieses Kühlwasser tritt als Flüssigkeit von unten in den Re¬ aktorkern ein, durchströmt die Brennelemente, in denen es teilweise verdampft, und tritt als Dampf/Flüssigkeit-Gemisch aus dem Kern aus, wodurch das Brennstoff/Moderator-Verhältnis sich in den verschiedenen Teilen der Brennelemente ändert. Gleichzeitig ändern sich aber auch die Strömungsverhältnisse, insbesondere der Ort, an dem die 1-Phasen-Strömung, mit der das flüssige Kühlmittel in die Brennelemente eintritt, in die 2-Phasen-Strömung des Flüssigkeit/Dampf-Gemisches übergeht. Dabei sind bei hoher Leistung und niedrigem Kühlmitteldurch¬ satz instabile Zustände beobachtet worden, bei denen diese Phasengrenze in oszillierende Bewegung gerät, was eine Pulsa- tion der Moderator-Dichte und der Leistung zur Folge hat, die auf die Kühlleistung und die Bewegung der Phasengrenze zu¬ rückwirkt . Dabei können in den Brennelementen periodische Temperaturschwankungen mit erheblichen Spitzenwerten auftre¬ ten.
Die zulässige Höchstleistung der Brennelemente ist hauptsäch- lieh durch die Temperaturbeständigkeit der in den Brennele¬ menten verwendeten Materialien begrenzt. Bei Überschreitung einer oberen Temperaturgrenze verlieren diese Materialien ih¬ re mechanischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften und können irreversible Änderungen erfahren, die zu einem Austausch der Brennelemente zwingen können. Daher muß darauf geachtet werden, daß im Reaktor diese thermisch-hydraulische Leistungsobergrenze (und damit ein thermisch-hydraulischer Grenzwert A^h cles Neutronenflusses) nicht überschritten wird. Die Betriebsgenehmigungen der Reaktoren sehen daher vor, daß im Fall eines Überschreitens eines Grenzwertes eine Schnell¬ abschaltung des Reaktors (sogenannter "SCRAM". vorgenommen wird, bei dem nach einem Notprogramm rasch alle Steuerstäbe eingefahren und die entsprechende Kühlleistung eingestellt wird.
Nach einem derartigen SCRAM muß der Reaktor nach einem be¬ triebsmäßigen Anfahrprogramm wieder angefahren werden, so daß eine erhebliche Störung des Reaktorbetriebes vorliegt. Außer¬ dem müssen die Brennelemente aus Sicherheitsgründen ausge- wechselt werden, wenn der thermisch-hydraulische Grenzwert mehrfach oder über längere Zeit hinweg erreicht worden ist.
Daher wird angestrebt, einen derartigen instabilen Zustand möglichst frühzeitig zu erkennen und zu dämpfen, bevor diese Leistungspulsationen in die Nähe des thermisch-hydraulischen Grenzwertes gelangen.
Es hat sich gezeigt, daß diese Pulsationen stets in einem Frequenzbereich zwischen etwa 0,3 und 0,7 Hz auftreten und eine sehr konstante Frequenz aufweisen. Darauf baut das in der EP-A-0 496 551 beschriebene Verfahren zur Überwachung des Leistungschwankungsbandes für Kernreaktoren auf. 3 Dabei ist vorgesehen, den Fluß als Meßgröße für den durch die lokale Oszillation einer physikalischen Größe hervorgerufenen instabilen Zustand zu verwenden, wobei zu dieser Flußmessung die erwähnten Meßlanzen ("local power ränge monitor-strings" , LPRM-strings) benutzt werden. Jede derartige Lanze enthält üblicherweise vier Sensoren, deren Signale ohnehin für die Leistungsteuerung beobachtet, weiterverarbeitet und dokumen¬ tiert werden.
Dabei wird jeder dieser vier Sensoren in jeder Meßlanze be¬ nutzt, wobei zwei Sensoren einem ersten Überwachungssystem, die beiden restlichen Sensoren einem redundanten zweiten ÜberwachungsSystem zugeordnet sind. Jedes ÜberwachungsSystem enthält dabei zwei Überwachungskanäle, wobei jedes Sensorsi- gnal einer Meßlanze einem anderen Überwachungskanal zugeord¬ net ist. Den beiden Überwachungskanälen eines Systems liegen dabei unterschiedliche Aufteilungen des Reaktors in einzelne Bereiche ("Überwachungszellen") zugrunde, wobei jede Zelle von vier Meßlanzen zur Bildung eines entsprechenden Bereich- Signals begrenzt ist. Je nach der Lage der Meßlanze im Kern (im Kerninneren oder am Rand des Kerns) gehört ein Sensorsi¬ gnal in jedem Überwachungskanal zu zwei, drei oder vier Zel¬ len. Durch diese Mehrfach-Verwendung der Sensorsignale soll erreicht werden, daß praktisch der Zustand jedes einzelnen Brennelements durch seinen Einfluß, den es auf die Sensorsi¬ gnale der einzelnen Zellen hat, überwacht und identifiziert werden kann. Dazu ist vorgesehen, daß in einem System nur dann ein Alarm gesetzt wird, wenn beide Überwachungskanäle ansprechen. Für den Alarm genügt es zwar, wenn er von einem der beiden Systeme gegeben wird; jedoch ist dadurch nur eine einfache Redundanz gegeben.
Ein weiterer Nachteil ist, daß von einer Fehlmessung oder ei¬ nem völligen Ausfall einer Meßlanze praktisch alle Überwa- chungskanäle betroffen sind, wobei es z. B. bei einer Randpo¬ sition der Meßlanze dazu kommen kann, daß gleichzeitig meh¬ rere Zellen nicht mehr ordnungsgemäß überwacht werden. Der Zustand der einzelnen Zellen (Bereiche) wird dadurch über¬ wacht, daß zunächst in einer Plausibilitätskontrolle überwacht wird, ob das einzelne Sensorsignal einen gewissen unteren Grenzwert überschreitet und ordnungsgemäß arbeite . Bei einem Sensordefekt werden die zu dieser Zelle gehörenden Signale nicht weiter ausgewertet. Durch Summation aller Sensorsignale eines Bereiches wird ein aktuelles Bereichsignal gebildet, das aber unterdrückt wird, wenn (z.B. durch Fehlmessung) eine Plausibilitätsüberwachung ergibt, daß das Bereichsignal einen vorgegebenen Mindestwert nicht erreicht. Das Bereichsignal wird dann gefiltert und auf einen zeitlichen Mittelwert, des¬ sen Zeitkonstante größer ist als eine Periode der Oszillation, bezogen, so daß ein relatives aktuelles Bereichssignal ent¬ steht, das angibt, um wieviel Prozent die aktuelle Leistung des Bereichs über oder unter dem Mittelwert liegt.
Überschreitet dieser aktuelle Wert eine Leistungsgrenze (z. B. 120 %) , so wird überprüft, ob es sich dabei um einen einmaligen Übergangszustand (sogenannte "Transiente" ) han- delt, der z. B. nur ein aperiodisches Einschwingen auf einen neuen, die Steuerung vorgegebenen Betriebszustand darstellt, ohne eine Oszillation anzuregen. In diesem Fall handelt es sich also nicht um eine kritische Oszillation im Frequenzband 0,3 und 0,7 Hz, so daß kein Eingriff erfolgt, solange nicht ein in der Nähe des thermisch-hydraulischen Grenzwerts Atk liegender Grenzwert hIXayi erreicht ist.
Zur Detektion der kritischen Oszillation wird vielmehr unter¬ sucht, ob in einem diesem kritischen Frequenzband entspre- chenden Zeitintervall nach dem Überschreiten eines Grenzwerts A0 auch ein entsprechender Grenzwert (z. B. 80 %) unter¬ schritten wird, wie dies für eine Oszillation erforderlich ist. Wird auf diese Weise festgestellt, daß - entsprechend einer Oszillation - auf einen oberen Extremwert des Flusses ein unterer Extremwert folgt, so wird noch überprüft, ob auf diesen unteren Extremwert wieder ein oberer Extremwert folgt, und ob dieser folgende obere Extremwert einen Alarmwert über- schreitet, der um einen vorgegebenen Faktor (z.B. 1,3) über dem zuerst detektierten Extremwert liegt. Ist dies der Fall, so wird bereits nach dieser einen Oszillationsperiode auf ei¬ ne anwachsende ("aufklingende") Oszillation geschlossen, bei der eine Überschreitung von Atn droht, und der SCRAM wird eingeleitet, noch bevor der Wert A-na erreicht ist.
Im Hinblick auf die vorliegende Erfindung wird.bereits jetzt darauf hingewiesen, daß bei diesem Stand der Technik zwar überwacht wird, ob die Oszillation mit einer über dem vorge¬ gebenen Faktor (hier 1,3) liegenden Geschwindigkeit anwächst, jedoch wird das Anwachsen ("die Aufklingrate") der Extrem¬ werte nicht selbst gemessen. Auch ist dieser Faktor (1,3) zwar insofern relativ, als er auf den zuerst detektierten Ex- tremwert bezogen ist, jedoch ist er von der Aufklingrate un¬ abhängig.
Außerdem wird darauf hingewiesen, daß zwar überprüft wird, ob der zeitliche Abstand der detektierten Extremwerte dem kriti- sehen Frequenzband von 0,3 und 0,7 Hz entspricht, jedoch wird nicht überprüft, ob praktisch im gleichen zeitlichen Abstand DTn, der vom zuvor detektierten oberen Extremwert (als An_ bezeichnet, Zeitpunkt Tn_ι) und dem jetzt detektierten unte¬ ren Extremwert (An, Zeitpunkt Tn) gegeben ist, nach diesem Zeitpunkt Tn tatsächlich der nächste Extremwert An+ι folgt.
Der für die Steuerung und Überwachung des Reaktors zuständige Fachmann kennt die übliche Technik zur Überwachung und Doku¬ mentation der Sensorsignale und wäre daher ohne weiteres in der Lage, nicht nur die Extremwerte An_ι, An, An+ι ... zu er- fassen, sondern auch die Zeitpunkte Tn_]_, Tn, Tn+]_ ..., an denen diese Extremwerte auftreten. Er könnte daher ohne wei¬ teres das entsprechende Bereichsignal unterdrücken, wenn der zeitliche Abstand DTn = Tn - Tn_ι nennenswert (z. B. 0,1 Se¬ kunden) von dem zeitlichen Abstand DTn+χ = Tn+ι - Tn ab- weicht. Die EP-A-0 496 551 enthält hierauf aber keinerlei Hinweise. Bei diesem Stand der Technik wird also bei einer Oszillation, deren (nicht gemessene) Aufklingrate unter dem eingestellten Faktor (1,3) liegt, zunächst nicht beachtet; sie führt viel¬ mehr erst dann zu einem Eingriff in den Reaktorbetrieb, wenn ihre Extremwerte den Grenzwert Amax überschreiten. Nur schnell aufklingende Oszillationen führen dazu, daß dieser äußerst kritische Zustand bereits vorzeitig erkannt wird und zu geeigneten Gegenmaßnahmen führt. Offensichtlich wird davon ausgegangen, daß langsam aufklingende Oszillationen von selbst wieder abklingen und normalerweise keinen SCRAM erfor¬ dern.
Als Gegenmaßnahme sieht dieser Stand der Technik nämlich le¬ diglich vor, die Oszillation durch rasches Einfahren prak- tisch aller Steuerstäbe (totaler SCRAM) zu dämpfen. Diese Strategie sieht also außer dem SCRAM keine weitere Maßnahme zur Dämpfung der Oszillation vor und verringert auch nicht die Wahrscheinlichkeit des SCRAM, der einen erheblichen Ein¬ griff in den Reaktorbetrieb darstellt. Vielmehr findet, falls eine stark aufklingende Oszillation vorliegt, eine Dämpfung nur früher (also unterhalb von statt. Dadurch wird nur die thermische Belastung der Brennelemente verringert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist aber, derartige Oszillationen besser zu erkennen und die Oszillation mög¬ lichst so zu dämpfen, daß ein SCRAM überhaupt nicht mehr ein¬ geleitet werden muß, also ohne Eingriff oder einen möglichst weniger störenden Eingriff in den Reaktorbetrieb auszukommen. Zu der Aufgabe gehört dabei auch eine geeignete, möglichst störsichere Überwachung des kritischen Zustands.
Die Erfindung sieht vor, durch Messung der physikalischen Größe (also des Neutronenflusses, soweit es sich um die er¬ wähnten thermisch-hydraulisch bedingten Oszillationen han- delt) in mehreren Bereichen des Reaktorkerns lokale Meßwerte zu bilden, die den jeweiligen Bereichen zugeordnet sind. Un¬ ter einer Hierarchie von Alarmstufen mit zugehörigen Überwa- chungskriterien wird durch Überwachung der Meßwerte eine ak¬ tuelle Alarmstufe gebildet, nämlich die höchste Alarmstufe, deren Überwachungskriterium von den Meßwerten in einer vorge¬ gebenen Mindestzahl der Bereiche erfüllt ist. (Das Überwa- chungskriterium kann dabei aus mehreren einzelnen Bedingun¬ gen, z. B. das Überschreiten gesonderter Grenzwerte für die Amplitude und die Aufklingrate der Extremwerte, bestehen.) Entsprechend der aktuellen Alarmstufe wird dann eine Stabili¬ sierungsstrategie eingeleitet. Als eine zu einer niedrig- rangigen Alarmstufe gehörende Stabilisierungsstrategie ist vorgesehen, in die betriebsmäßige Steuerung und Regelung des Reaktors nur so einzugreifen, daß ein Entfernen der Steuer¬ stäbe, wie es bei einem betriebsmäßigen Anheben der Reaktor¬ leistung vorgesehen ist, zu blockieren: Vom Bedienungsperso- nal des Reaktors kann dann die Leistung des Reaktors nicht hochgefahren werden, vielmehr werden nur solche Steuerbefehle in der Reatorsteuerung wirksam, die der Steuerung des Reak¬ tors auf gleichbleibende oder abnehmende Leistung entspre¬ chen. In wenigstens einer höherrangigen Alarmstufe ist als Stabilisierungsstrategie vorgesehen, mehrere Steuerstäbe im Sinne einer Reduzierung der Reaktorleistung in den Kern ein¬ zubringen (Alarmstufe I) . Vorteilhaft sind wenigstens zwei höherrangige Alarmstufen (Alarmstufe II und Alarmstufe III) vorgesehen, wobei in Alarmstufe II nur mehrere, einem Bruch- teil der Gesamtzahl entsprechenden Steuerstäbe langsam und derart in den Kern eingefahren werden, wie es einer betriebs¬ mäßigen Reduzierung der Leistung entspricht (d. h. die Reak¬ torsteuerung nimmt eine betriebsmäßige Reduzierung der Lei¬ stung vor, auch wenn z. B. an sich ein höherer Leistungsver- brauch eine höhere Reaktorleistung fordern würde und das Be¬ triebspersonal die Reaktorleistung hochfahren will) . In der zweiten höherrangigen Alarmstufe (Alarmstufe III) werden - ähnlich wie bei einer totalen Schnellabschaltung des Reaktors (totaler SCRAM) - Steuerstäbe rasch eingefahren, wovon aber ebenfalls nicht alle, sondern nur ein Teil der Steuerstäbe betroffen ist ("Teil-SCRAM" ) . Ein totaler SCRAM ist dann nicht mehr erforderlich, jedoch kann als Option eine Alarm¬ stufe IV vorgesehen sein, die den SCRAM auslöst.
Insbesondere werden bei der Überwachung der Meßwerte minde- stens zwei Perioden der Oszillation ausgewertet, so daß der Reaktor also zunächst unverändert weiterbetrieben wird, ob¬ wohl sich bereits eine Oszillation andeutet.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Reaktors, der durch Oszil- lation einer im Kern auftretenden physikalischen Größe insta¬ bil ist, sieht ferner vor, durch Messung der physikalischen Größe einen Meßwert zu bilden, der die Aufklingrate der Os¬ zillation erfaßt (gegebenenfalls auch weitere Meßwerte) . In Abhängigkeit von diesem Meßwert wird eine Entscheidung ge- troffen, ob zur Dämpfung der Instabilität eine Stabilisie¬ rungsstrategie eingeleitet oder der Reaktor nach betriebsab¬ hängig eingegebenen Meßwerten zunächst weiterbetrieben wird. Insbesondere kann dabei der Reaktor während der Messung der Aufklingrate mindestens zwei Oszillationsperioden weiter be- trieben werden, ohne daß - sofern kein Meßwert einen zur Ein¬ leitung eines totalen SCRAM vorgesehenen Grenzwert nicht er¬ reicht - in die Reaktorsteuerung eingegriffen wird. So kann z. B. erreicht werden, daß bei Überschreiten eines Grenzwerts Amax für die Oszillationsamplituden der SCRAM - entsprechend der erwähnten Alarmstufe IV - nur bei hohen Aufklingraten eingeleitet wird, jedoch bei niedrigen Aufklingraten der Re¬ aktor noch mit höheren Amplituden betrieben wird, da bei so schwach anwachsenden Amplituden auch ein erst später einge¬ leiteter SCRAM (falls die Oszillation dann noch nicht von selbst abklingt) noch genügend Zeit besitzt, um vor Erreichen von Atn wirksam zu werden.
Bei diesem Verfahren wird vorzugsweise ein von der Aufklin¬ grate abhängiger Schwellwert für die Extremwerte der oszil- lierenden physikalischen Größe vorgegeben und die Stabilisie¬ rungsstrategie wird eingeleitet, wenn die Extremwerte diesen Schwellwert überschreiten. Es kann aber auch ein Schwellwert für die Aufklingrate vorgegeben werden, wobei dann die Stabi¬ lisierungsstrategie eingeleitet wird, wenn die Aufklingrate diesen Schwellwert überschreitet. Bei einer ähnlichen Varian¬ te kann eine von der Aufklingrate abhängige Anzahl von Oszil- lationsperioden vorgegeben werden, um die Stabilisierungs¬ strategie erst einzuleiten, wenn die Oszillation der physika¬ lischen Größe über die Dauer dieser Oszillationsperioden an¬ hält.
Vorteilhaft sind dabei mehrere Stabilisierungsstrategien vor¬ gesehen, unter denen die einzuleitende Stabilisierungsstrate¬ gie in Abhängigkeit von der Aufklingrate ausgewählt wird.
Zum Überwachen des instabilen Zustands des Reaktorkerns kann die Erfindung vorsehen, daß in mehreren Bereichen des Reak¬ torkerns jeweils mehrere Sensoren zur Meßung der physikali¬ schen Größe angeordnet sind, wobei die AusgangsSignale der Sensoren zu einer Anzahl Mp von Bereichskanälen zusammenge¬ faßt sind und jedem Bereichskanal jeweils ein Bereich und darin angeordnete Sensoren zum Erzeugen eines Bereichssignals zugeordnet sind. Die Bereichssignale sind dann zu einer An¬ zahl P von Systemkanälen zusammengefaßt, wobei jeweils meh¬ rere Bereichskanäle einem Systemkanal, in dem sie ein System¬ signal erzeugen, zugeordnet sind. Die Systemsignale sind schließlich einem Endkanal zugeordnet, indem sie ein Endsi¬ gnal erzeugen. Mittels Überwachungsstufen und Auswahlstufen wird dabei ein Alarmendsignal im Endsignal gesetzt, sobald über mehrere Oszillationsperioden hinweg mindestens in einer vorgegebenen Anzahl Np der Systemkanäle, und zwar in einer Mindestanzahl Nmp zwischen von Bereichskanälen dieses Sy¬ stems, ein Überwachungskriterium erfüllt ist. Dabei beein¬ flußt das Ausgangssignal jedes Sensors höchstens ein Bereich¬ signal und jedes Bereichsignal höchstens ein Systemsignal. Die Bereichsignale eines Systemkanals werden jeweils aus den AusgangsSignalen von Sensoren gebildet, die in Bereichen lie¬ gen, die derart über den Querschnitt des Reaktorkerns ver¬ teilt sind, daß die jeweils einem solchen Bereich benachbar- ten Bereichen Sensoren enthalten, deren Ausgangssignale Be¬ reichskanälen anderer Systemkanälen zugeordnet sind.
Durch diesen Verzicht auf Mehrfach-Auswertungen und Bereichs- Überlappungen wird zwar nicht mehr jedes einzelne Brennele¬ ment so genau überwacht wie nach der EP-A-0 496 551, jedoch haben die Erfahrungen und Modellrechnungen mit instabilen Zu¬ ständen gezeigt, daß stets größere Teile des Reaktors, jedoch nicht isolierte Brennelemente in Oszillationen geraten, also keine Feinauflösung der Meßwerterfaεsung erforderlich ist.
Außerdem erhöht sich die Redundanz und Störsicherheit der Er¬ fassung.
Zum Überwachen des durch die lokale Oszillation instabilen Zustands bzw. zum entsprechenden Betrieb des Reaktors kann die Erfindung eine Vorrichtung vorsehen, die eine Systemaus¬ wahlstufe, eine Anzahl P von Bereichsauswahlstufen, für jede Bereichsauswahlstufe eine Anzahl Mp von Bereichsüberwachungs- stufen und für jede Bereichsüberwachungsstufe eine Sensorstu- fe mit mehreren innerhalb eines Bereichs des Kerns angeordne¬ ten, dieser Bereichsüberwachungsstufe zugeordneten Sensoren enthält. Diese Vorrichtung ist dabei so ausgebildet, daß die jeweils einer Bereichsüberwachungsstufe zugeordneten Sensoren Meßsignale für die physikalische Größe liefern, die zu einem Bereichsignal zusammengefaßt sind, und daß jedes Bereichsi¬ gnal in der den Sensoren zugeordneten Bereichsüberwachungs- stufe nach einem Überwachungskriterium überwacht wird, wobei jede Bereichsüberwachungsstufe ein Bereichsignal liefert, das ein Bereichsüberwachungssignal enthält . Jedes Bereichsüberwa- chungssignal ist mindestens einer Bereichsauswahlstufe aufge¬ schaltet, die aus einer vorgegebenen Mindestzahl von Be¬ reichsüberwachungssignalen ein Systemüberwachungssignal bil¬ det. Jedes Systemüberwachungssignal ist dann der Systemaus¬ wahlstufe zugeführt; diese liefert mittels einer vorgegebenen Mindestzahl von Systemüberwachungsstufen ein Endüberwachungs- signal. Dabei umfaßt die Erfindung eine Vorrichtung zum Überwachen des durch die lokale Oszillation instabilen Reaktorzustands, bei dem in mehreren Bereichen des Reaktorkerns jeweils mehre¬ re Sensoren zur Meßung der physikalischen Größe angeordnet sind und die AusgangsSignale mehrerer Sensoren eines Bereichs zu einem zugeordneten Bereichssignal zusammengefaßt sind. Je¬ dem Bereichssignal ist ein Auswertestufe zugeordnet, die im Bereichssignal das Auftreten von Extremwerten der physikali¬ schen Größe identifiziert (insbesondere über mehrere Oszilla- tionsperioden hinweg) und bei einer Oszillation konstanter Frequenz und entsprechender Dauer die Aufklingrate der Ex¬ tremwerte in diesem Bereich ermittelt. Den Rechenstufen ist mindestens eine Überwachungsstufe zugeordnet, die ein Alarm¬ signal setzt, wobei mindestens in einer vorgegebenen Anzahl von Bereichen die Extremwerte ein von der ermittelten Auf¬ klingrate abhängiges lokales Überwachungskriterium erfüllen.
Im Hinblick auf vorgesehene Stabilisierungskriterien kann ei¬ ne Vorrichtung zum Überwachen der lokalen Oszillationen Sen- soren zur Meßung der physikalischen Größe enthalten, die in mehreren Bereichen des Reaktorkerns angeordnet sind und wobei die Ausgangssignale mehrerer Sensoren eines Bereichs zu einem zugeordneten Bereichsignal zusammengefaßt sind. Jedem Be¬ reichsignal ist dann eine Auswertestufe zugeordnet, die im Bereichsignal das Auftreten einer Oszillation konstanter Fre¬ quenz identifiziert. Den Auswertestufen ist eine Endüberwa- chungsstufe zugeordnet, die aus einer Hierarchie von Alarm¬ stufen eine Alarmstufe auswählt, entsprechend vorgegebenen Überwachungskriterien für die in mindestens einer vorgegebe- nen Anzahl von Bereichsignalen identifizierten Oszillationen.
Die Endüberwachungsstufe legt dabei entsprechend der ausge¬ wählten Alarmstufe einen Zeitpunkt (oder zumindest die Krite¬ rien für den Zeitpunkt) fest, bei dem ein Notbefehl zum Ein¬ leiten einer der Alarmstufe entsprechenden Stabilisierungs- Strategie abgegeben wird. Dieser Zeitpunkt kann z.B. durch eine Anzahl von Oszillationsperioden vorgegeben werden, die vor dem Einleiten einer Stabilisierungsmaßnahme abgewartet 12 werden. Er kann aber auch dadurch festgelegt werden, daß in Abhängigkeit von momentanen Ist-Werten (z. B. Ist-Werten der Aufklingrate) ein Grenzwert (z. B. ein Grenzwert für die Am¬ plitude) festgelegt wird, der zu einem späteren Zeitpunkt, an dem ein überwachter Ist-Wert (im Beispiel also die Amplitude) dann diesen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, zur Auslö¬ sung der Stabilitätsmaßnahme führt.
Diese und weitere besondere Merkmale bei der Ausführung der Erfindung sind in den unabhängigen und abhängigen Ansprüchen angegeben, wobei viele der in Zusammenhang mit einem Verfah¬ ren beschriebenen Merkmale auch die Vorrichtung kennzeichnen können (und umgekehrt) .
Anhand von elf Figuren und mehreren Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 das Schema der im Kern eines Siedewasserreaktors angeordneten Brennelemente und Meßlanzen sowie de¬ ren Zuordnung zu Überwachungsbereichen und Überwa- chungssystemen,
Figur 2 eine Meßlanze mit vier Sensoren zur Überwachung eines Bereiches und eine diesen Sensoren zugeordnete Sensorstufe in einem dem Bereich zugeordneten Bereichskanal, Figur 3 eine Auswerteeinheit und eine Überwachungseinheit in diesem Bereichskanal, Figur 4 die Aufteilung der in verschiedenen Bereichen und Bereichskanälen erzeugten Bereichsignale in Systeme, die in jedem System vorhandenen Bereichsauswahlstufen sowie die Systemauswahlstufe zur Erzeugung der Alarmendsignale, Figur 5 eine kritische Oszillation im Meßwert des Flußes und deren Dämpfung bei einem SCRAM Figur 6 die jeweils mit einer anderen Aufklingrate unge- dämpft anwachsenden Amplitudenwerte des Flußes bis zum Erreichen des thermisch-hydraulischen Grenz¬ werts Atn, Figur 7 den Zusammenhang zwischen der Aufklingrate DA und den bis zum Erreichen eines zulässigen Höchstwertes Amax zur Verfügung stehenden Oszillationsperioden, Figur 8 die bei verschiedenen Aufklingraten auftretenden Amplituden im Fall einer durch eine
Stabilisierungsstrategie unzureichend gedämpften Oszillation, Figur 9 den Verlauf der Extremwerte (Amplituden) beim Betrieb des Reaktors mit einer verhältnismäßig schwach anklingenden Oszillation nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, Figur 10 den entsprechenden Verlauf bei einer rasch aufklingenden Oszillation, und Figur 11 eine Bereichsüberwachungsstufe bei einem bevorzug- ten Ausführungsbeispiel.
Figur 1 zeigt schematisch einen Querschnitt 1 durch einen Re¬ aktorkern, in dem quadratische Brennelemente 2 schachbrettar¬ tig eng beieinander stehen. Mit Ausnahme der Randbereiche bilden jeweils vier derartige Brennelemente ein Quadrat, bei dem jeweils nur an einer einzigen Ecke eine der mit (1) , (2).. (28) bezeichneten Meßlanzen angeordnet sind. Eine derar¬ tige Meßlanze ist also in der Regel an der gemeinsamen Ecke von vier aneinander stoßenden Quadraten aus jeweils vier Brennelementen angeordnet. Für die Auswertung der Signale dieser Meßlanzen sind - wiederum mit Ausnahme von Randberei¬ chen - jeweils vier solcher Quadrate zu einem "Bereich" (z. B. die benachbarten, unterschiedlich schraffierten Berei¬ che 2', 2'') zusammengefaßt, die somit Schachbrettartig nahe- zu den gesamten Bereich des Kerns erfassen. Da jede Meßlanze (Position 3 in Figur 2) jeweils vier in einem Hüllrohr 5 übereinander angeordnete Sensoren 4a, 4b, 4c und 4d umfaßt, werden über die entsprechenden Meßleitungen 6 der Meßlanzen (1)..(28) jeweils vier Sensorsignale an die gesamte Vorrich- tung zur Überwachung des Kern geliefert. Jede dieser Meßlei¬ tungen 6 führt somit die einem Bereich zugeordneten Sensorsi- gnale. In Figur 1 sind die einzelnen, jeweils einem Bereich zugeord¬ neten Meßlanzen mit einem der Buchstaben A, B, C und D be¬ zeichnet, wobei diese Buchstaben die Zuordnung der entspre¬ chenden Meßlanzen und ihrer Sensorsignale zu einem System p von insgesamt p ÜberwachungsSystemen (hier p = 4) angeben. Diese Überwachungssysteme arbeiten redundant und liefern je¬ weils ein eigenes Überwachungssignal und gegebenenfalls Alarmsignal, wobei diese Signale erst in einer Systemauswahl zu einem Endüberwachungssignal bzw. Endalarmsignal verarbei- tet werden.
Der entsprechende, den Kern überwachende Monitor enthält also nur Systeme, die jeweils voneinander unabhängig sind (kein Sensorsignal wird in mehr als einem System verarbeitet) und die von ihnen überwachten Bereiche überlappen sich nicht. Bei Ausfall einer Meßlanze wird dann zwar ein ganzer Bereich aus 16 Brennelementen nicht mehr überwacht, jedoch wird davon nur eines der redundant arbeitenden Systeme beeinflußt, während die anderen Systeme von diesem Ausfall nicht betroffen sind. Sensoren benachbarter Bereiche sind dabei auch stets unter¬ schiedlichen Systemen zugeordnet. Diese Prinzipien sind auch bei anderen Konfigurationen des Kerns (z.B. größere Kerne) und der Meßlanzen (z.B. 34 statt 28 Meßlanzen) beibehalten.
Im vorliegenden Fall sind die 28 Meßlanzen auf Systeme mit je sieben Bereichen verteilt (allgemein sei ein beliebiger Be¬ reich mit m und die Gesamtzahl der Bereiche eines Systems p mit Mp bezeichnet. Im Beispiel gilt also für alle Systeme Mp = 7). Dabei erfaßen bei dieser Zuordnung alle Bereiche je- weils eine gleiche Anzahl (nämlich vier) Sensorsignale, wäh¬ rend im allgemeinen Fall für die einzelnen Bereiche die Zahl der Sensorsignale auch unterschiedlich sein kann. Dies kann vor allem vorgesehen sein, wenn die oben angegebene "lineare" Zuordnung, bei der jeder Sensor höchstens einem einzelnen Sy- stem zugeordnet ist, nicht vorgenommen wird. Jedes Sensorsignal wird in seinem Bereichskanal zunächst mit¬ tels einer Auswahlstufe 8 einer Plausibilitätskontrolle un¬ terworfen, wobei zunächst Sensorsignale ausgeschieden werden, die außerhalb des ordnungsgemäßen Arbeitsbereiches der Senso- ren liegen, wie dies auch in der bereits erwähnten
EP-A-0 496 551 vorgesehen ist. Aus den verbleibenden Aus¬ gangssignalen von ordnungsgemäß arbeitenden Sensoren werden jedoch - im Unterschied zu diesem Stand der Technik - nur ei¬ ne Mindestzahl (hier: zwei) ausgewählt, und zwar in der Regel die Signale der untersten, zur Verfügung stehenden Sensoren. Im allgemeinen unterscheiden sich nämlich die Signale von li¬ near übereinander angeordneten Sensoren nur wenig und insbe¬ sondere zeigen sie praktisch ohne Phasenverschiebung die gleichen, auf die lokale Leistungspulsation in diesem Bereich zurückzuführenden zeitlichen Verläufe. Die Sensoren können daher prinzipiell einander ersetzen. Die Berücksichtigung der untersten Sensoren (4a und 4a in Figur 2) bietet jedoch einen geringen Vorteil, da in dem kritischen Bereich hoher Leistung und niedrigen Kühlmitteldurchsatzes der Fluß in den unteren Bereichen der Brennelemente ausgeprägtere Oszillationen aus¬ führt als in den oberen Bereichen, also die entsprechenden Extremwerte (Amplituden) der Oszillation deutlicher erfaßbar sind.
Insbesondere kann dieser, von den Sensorsignalen gespeisten Auswahlstufe 8 ein analoges Filter 9 ' für die Sensorsignale vorgeschaltet sein, wobei die Auswahl der beiden für die Wei¬ terverarbeitung freigegebenen Sensorsignale durch eine "2 aus 4"-Auswahl 10 ("2 out of 4") erfolgen kann, die gleichzeitig eine Umsetzung der analogen Eingangssignale in digitale Aus¬ gangssignale vornehmen kann, so daß statt des vorgeschalteten analogen Filters 9' auch ein digitales Filter 9 nachgeschal¬ tet werden kann. Außerdem wird bei diesem Filter 9 auch eine Sum ation der beiden AusgangsSignale der Auswahlstufe 8 vor- genommen, um einen über die Exemplarstreuung der einzelnen Sensoren gemittelten Momentanwert für den Fluß in den ent¬ sprechenden Bereich zu erhalten. Dies entspricht der Summa- tion der Sensorsignale in den einzelnen "Zellen" der erwähn¬ ten EP-A-0 496 551, wobei allerdings bei diesem Stand der Technik das entsprechende "Zellensignal" von Sensorsignalen gebildet wird, die auch bei der Überwachung anderer Bereiche und in anderen Systemen verwendet werden.
Anschließend wird in einer Normierungseinheit aus dem aktuel¬ len Signal A(t) am Ausgang des Filters 9 ein aktueller Me߬ wert A(t)-A* gebildet, der z.B. auf den mittleren Signalpegel A* dieses Bereichs normiert werden kann. Dieser mittlere Pe¬ gel kann, wie dies im Stand der Technik beschrieben ist, durch einen Integrator 10 dadurch gebildet werden, daß das über einen verhältnismäßig langen Integrationszeitraum er¬ faßte Signal A(t) integriert wird. Diese Normierung liefert einen abwechselnd positiven und negativen Meßwert, so daß die Oszillationsamplituden symmetrisch um einen Nullpunkt liegen und leicht erfaßbar sind. Eine digitale Signalverarbeitung ermöglicht aber auch ohne großen Aufwand auch bei anders nor¬ mierten oder unnormierten Signalen S, jeweils die Amplitude einer Halbperiode zu erfassen, wobei dann vorteilhaft sein kann, daß Grenzwerte als Absolutwerte statt Relativwerte vor¬ gegeben werden können.
Anschließend wird die weitere Verarbeitung des Signales S un- terdrückt, solange es unter einem Grenzwert Ao für das norma¬ le Signalrauschen liegt und daher eine Bestimmung von Extrem¬ werten ("Peaks" oder "Amplituden"), die einer Oszillation zu¬ geordnet werden könnten, nicht möglich ist (Schwellwertglied 11) .
Gemäß Figur 3 enthält der Bereichskanal eines Systems p eine Auswertestufe 12, in der zunächst in einer ersten Rechenstufe der Zeitpunkt Tn festgehalten wird, an dem ein zunächst an¬ steigender, über der Rauschgrenze Ao liegender Signalwert S bis zu einem Extremwert An angestiegen ist und wieder abfällt (positiver Peak) . Alternativ - oder vorzugsweise zusätzlich - wird als Peak An und dessen Zeitpunkt Tn auch ein negativer Peak erfaßt, d.h. ein jenseits der Rauschgrenze Ao liegender Extremwert, der durch einen zunächst abfallenden dann anstei¬ genden (negativen) Wert des Signals S gebildet ist. Dieser Extremwert-Erfassung 13 ist eine weitere Plausibilitätsüber- wachung 14 nachgeschaltet, die z.B. so ausgebildet ist, wie in der EP-A-0 496 551 beschrieben ist und überprüft ob der in der Extremwert-Überwachung 13 erfaßbare Zeitabstand DTn zwi¬ schen dem aktuell erfaßten Zeitpunkt Tn und dem zuvor erfa߬ ten Zeitpunkt Tn_ι einer Oszillation entsprechen kann, die innerhalb des kritischen Frequenzbandes zwischen 0,3 und 0,7 Hz liegt. Ein weiteres Auswerteglied 15 überprüft vor¬ teilhaft zusätzlich, ob das erfaßte Zeitintervall DTn mit dem zuletzt erfaßten Zeitintervall DTn_ praktisch zusammenfällt. Ist dies nicht der Fall, so handelt es sich bei den erfaßten Peaks nicht um die Amplituden einer Oszillation, die prak¬ tisch nicht gedämpft ist und bis zu gefährlichen Extremwerten aufklingen könnte; die weitere Auswertung des zuletzt ermit¬ telten Peaks An wird dann unterdrückt. Handelt es sich dage¬ gen um Werte, die der Amplitude einer oszillierenden Größe zugeordnet werden können, so wird durch ein entsprechendes Bestätigungssignal ("confirmation Signal") ein nachfolgendes Rechenglied 16 aktiviert, das aus den zuletzt ermittelten Peaks deren "Aufklingrate" DA = (IAnl -IAn_ι I ) /Tn-Tn_ι ermit¬ telt. Kann also der jeweilige Signalwert S mathematisch durch eine Größe S(t)-Cosinus ΩT beschrieben werden, so entspricht diese Aufklingrate dem Differenzialquotienten dS(t)/dt. Er gibt z. B. bei Auswertung positiver und negativer Extremwerte den Zuwachs des Extremwertes jeweils nach einer Halbperiode der Oszillation an.
In der Überwachungseinheit 17 ("checking") bildet nun ein Überwachungsglied 18 nach vorgegebenen, im folgenden noch ge¬ nauer beschriebenen Überwachungskriterien ein Signal, das z.B. als Binärsignal im Zustand "0" angibt, daß keine den Überwachungskriterien entsprechende, gefährliche Oszillation vorliegt, während der Zustand "1" des entsprechenden Überwa¬ chungssignals einen Alarm (Position 19) anstößt. Dieses Alarmsignal kann, zusammen mit anderen Informationen, die z.B. den Bereich identifizieren, in dem das Überwachungskri¬ terium angesprochen hat, an eine Anzeigeeinheit ausgegeben und/oder in einen Speicher zur Dokumentation des Vorgangs niedergelegt werden.
Dieser Aufbau des Bereichskanals m ist vorteilhaft in jedem Bereichskanal vorgesehen, wie in Figur 4 links oben im Feld "System 1" für jeden Bereich aus der Gesamtzahl M^ der Berei- ehe des Systems p = 1 und im rechten Feld "System P" für alle Bereiche (Gesamtzahl Mp) des Systems p = P angegeben ist.
Die (z. B. auch in das Element 19 eingegebenen) linearen Alarmbereichssignale stellen entsprechend der Anzahl p der Bereichskanäle ein Mp-faches Binärsignal dar, aus dem in ei¬ ner Bereichsauswahlstufe 20 ein Nmp-faches Binärsignal gebil¬ det wird, um anzuzeigen, daß mindestens in einer Anzahl Nmp der Bereiche dieses Systems ein einem Alarm entsprechendes Bit gesetzt wurde.
In Figur 4 werden die entsprechenden Alarm-Bereichssignale einmal zu einer optischen Anzeige 21 zusammengefaßt, wobei Njη-^1 gewählt ist, d.h. der optische Alarm 21 wird ausgelöst, sobald wenigstens in einem Bereichskanal das dem Alarm ent- sprechende Bit gesetzt ist. Daher enthält jedes System ein Auswahlglied, bei dem Nmp=l vorgegeben ist, hier also eine "1 aus 7"-Auswahl 22 (z. B. bei digitaler Auswertung ein ODER-Glied) und setzt die optische Anzeige 21, während bei einem zweiten Auswahlglied 23 Nrnp=2 gesetzt wird, es sich al- so um eine "2 aus 7"-Auswahl handelt. Es soll nämlich erst dann ein entsprechendes Alarm-Bit im Bereichssignal gesetzt werden, wenn in mindestens zwei Bereichen des Systems jeweils das Überwachungskriterium erfüllt ist, um einen Fehlalarm durch Verarbeitungsfehler auszuschließen.
In einer Endstufe 24 ist nun eine System-Auswahl getroffen, die jeweils dann ein Alarm-Endsignal setzt, wenn aus der ge- samtanzahl P der Systeme wenigstens eine Mindestanzahl Np ein gesetztes Alarmsignal enthält. Diese Systemauswahl besteht in diesem Fall aus einer auf Np=l eingestellten "1 aus 4" Schal¬ tung 25, die ein Alarmsignal (Position 26) ausgibt, das in einem Display 27 optisch angezeigt wird und angibt, daß in einem der Systeme eine kritische Oszillation entdeckt wurde. Eine auf Np=2 eingestellt "2 aus 4" Auswahl 28 setzt einen Alarm (Position 27') der einerseits im Display 27 ebenfalls angezeigt werden kann, andererseits auf die Steuerung des Re- aktors ("Reaktor controll", Position 29) einwirkt und dort eine in einem Speicher 29" als entsprechendes Programm abge¬ legte Stabilisierungsstrategie auslöst.
Im allgemeinen können in jedem System die in den Figuren 2 und 3 dargestellten Verarbeitungsglieder des Bereichskanals durch einen zentralen Rechner mit einer eigenen Spannungsver¬ sorgung, einer zentralen Prozessoreinheit, einem Eingangsmo¬ dul für 32 analoge Eingangssignale und einem entsprechenden Ausgangsmodul für 32 digitale Ausgangssignale realisiert wer- den, der bei einer Arbeitsfrequenz von 32 MHz mit der Pa¬ rallelverarbeitung der 28 Sensorsignale, die in dem 32-Bit- Eingang des Rechners enthalten sind, etwa zu 50 % ausgelastet ist. Eine vorteilhafte Abtastrate für die EingangsSignale be¬ trägt 50 Hz oder mehr, mindestens aber 20 Hz. Die üblichen Verarbeitungsglieder für die Sensorsignale bieten genügend Stellplatz für die Prozessoreinheiten der Systeme.
Die Ausgangssignale dieser System-Prozessoren können an einen handelsüblichen Mikrorechner angeschlossen sein, in dem die empfangenen Bereichssignale verarbeitet und gespeichert wer¬ den. Dieser Prozessor enthält auch die Programme, die erfor¬ derlich sind, um die Systemauswahl zu treffen und nach vorge¬ gebenen Strategien die Signale zu liefern, die in die Reak¬ torsteuerung zur Durchführung der jeweiligen Stabilisierungs- maßnahmen erforderlich sind. Als Verbindungsleitungen können vorteilhaft Glasfasern verwendet werden. Zur Erläuterung der Stabilisierungsmaßnahmen ist in Figur 5 - ohne Berücksichtigung eines den tatsächlichen Verhältnissen entsprechenden Maßstabs - ein Verlauf des relativen Bereichs- meßwerts S angenommen, aus dessen über der Rauschgrenze A0 liegenden Werten die Aufklingrate DA bestimmt wird, wenn diese Oszillation einen Grenzwert nm überschreitet. Dabei ist der Extremfall angenommen, daß nach Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwertes Aj-^x der Amplituden ein totaler SCRAM eingeleitet wird, bis zu dessen ausreichender Wirksam- keit eine Anzahl N1 (hier N'=2) Oszillationsperioden benötigt werden, während nur eine Anzahl N (zur Verdeutlichung ist hier N=3 angenommen, bei realen Verhältnissen ist N sehr viel größer) von Oszillationsperioden verstreichen, bis die Ampli- tutden es relativen Meßwerts S den Bereich zwischen A]_-j_m und Aj-^x durchlaufen.
Dem in Figur 5 durch die Kurve 30 dargestellten Extremfall entspricht die Kurve 30 der Figur 6, wobei in dieser Figur 6 weitere Kurven 34, 33, 32 und 31 angegeben sind, deren Auf- klingrate DA jeweils um den Faktor 1/2, 1/3, 1/4 und 1/5 ge¬ ringer sind. Aus Figur 6 kann man entnehmen, daß bei diesen Aufklingraten ein SCRAM, der bei Überschreiten des Grenzwerts Amax ausgelöst würde, noch nicht erforderlich ist, vielmehr gestattet die für die Wirksamkeit des SCRAM erforderliche Zeit bzw. Anzahl N' der Oszillationsperioden DT, den Reaktor noch eine gewisse Anzahl N von Perioden weiter zu betreiben, die sich aus dem Schnittpunkt der Kurven 32, 33.. mit der Kurve F(A4) ergeben. Für Oszillationen, deren Amplituden beim Überschreiten des Grenzwerts A]_im noch schwächer anwachsen als die Kurve 32, kann angeommen werden, daß derartige schwach aufklingende transiente Übergänge von selbst abklin¬ gen, so daß in den Reaktorbetrieb voraussichtlich für eine Anzahl N der Betriebsperioden nicht eingegriffen werden muß, die sich aus dem Schnittpunkt der entsprechenden Kurven mit der Grenzkurve 35 ergibt. Ein oberer Grenzwert A4 stellt da¬ bei sicher, daß selbst bei unverändert anwachsender Amplitude noch ein SCRAM eingeleitet werden kann, für dessen Wirksam- keit noch die Anzahl N'=2 Oszillationsperioden zur Verfügung stehen.
In Figur 5 ist der durch die Kurve F(A4) gegebene Zusammen- hang zwischen den Aufklingraten DA und den Periodendauern N, die nach .Überschreiten des Grenzwerts Aπ^x noch vor Einleiten eines SCRAM zur Verfügung stehen, als entsprechende Grenz- kurve F(DA) wiedergegeben. Eine derartige Kurve kann - unter Berücksichtigung einer ausreichenden Sicherheitsreserve - aus Modellrechnungen für das Verhalten des Reaktors bei transien- ten Zuständen und aus dem Vergleich solcher Modellrechnungen mit tatsächlich beobachteten Reaktorzuständen ermittelt und z.B. als Kennlinie in einem Speicher hinterlegt werden. Es genügt dann, beim Überschreiten des Grenzwerts A]_im die je- weils detektierte Aufklingrate zu benutzen, um den entspre¬ chenden Wert N (für die Kurven 31, 32, 33, 34 also die Werte Nl, N2, N3, N4) zu entnehmen. Beim Überschreiten des Amplitu¬ denwertes A-fjax kann dann ein Zähler auf den entsprechenden Wert N gesetzt werden, der mit jedem Bestätigungssignal "confirmation" (Figur 3) heruntergezählt wird. Der Reaktorbe¬ trieb braucht dann nicht durch einen totalen SCRAM unterbro¬ chen zu werden, solange der Zählerstand nicht auf Null herun¬ tergezählt ist. Auch dann braucht der totale SCRAM erst ein¬ geleitet zu werden, wenn der Amplitudengrenzwert A4 erreicht ist. In der Regel ist aber innerhalb dieser Zeit die Oszilla¬ tion von selbst bereits gedämpft und klingt wieder ab, was insbesondere dadurch sichergestellt werden kann, wenn beim Überschreiten des Grenzwertes Aj-^x ein Alarmsignal gesetzt wird, das in dieser Alarmstufe lediglich verhindert, daß in der Steuerung Änderungen des Betriebszustandes vorgenommen werden, die zu einer Leistungserhöhung und damit zu einer weiteren transienten Anregung der Oszillation führen könnten. Bei dieser Variante wird also lediglich bei Überschreiten des Grenzwerts A^x lediglich eine Stabilisierungsstrategie ver- folgt, die einer niedrig rangigen Alarmstufe entspricht und keine Unterbrechung des Reaktorbetriebes, insbesondere keinen SCRAM erfordert, solange nicht durch Überschreiten der in Fi- gur 7 gegebenen Kurve und/oder Überschreiten der Grenzwerts A4 eine höchstrangige Alarmstufe mit einem totalen SCRAM vor¬ liegt.
Es kann aber auch auf eine Kennlinie, die zu jedem Wert DA die entsprechende, vor einem SCRAM noch verfügbare Zeit (Periodenzahl N) ermittelt, verzichtet und statt dessen die Aufklingrate DA durch entsprechende Grenzwertmelder auf Über¬ schreiten von bestimmten Grenzwerten überwacht wird, wie in Figur 7 durch DAl, DA2, DA3 und DA4 angegeben sind. Liegt al¬ so z.B. ein unterhalb des Grenzwerts DAl liegende Aufklin¬ grate vor, so kann eine entsprechende Periodenzahl Nl abge¬ wartet werden, in der noch keinerlei Sicherheitsmaßnahmen er¬ forderlich sind, also keine Stabilisierungsstrategie mit ei- nem besonderen Eingriff in die Reaktorsteuerung erforderlich ist. Im Bereich zwischen den Grenzwerten DAl und DA2 (Alarmstufe I) kann z.B. vorgesehen sein, den Raktorbetrieb für eine Anzahl N2 von Oszillationsperioden weiter laufen zu lassen, wobei es vorteilhaft sein kann, zu verhindern, daß der Reaktor auf einen Betriebszustand erhöhter Leistung ge¬ steuert wird. In der Alarmstufe II kann die Dauer für diesen Reaktorbetrieb auf eine Anzahl N3 von Reaktorperioden be¬ grenzt werden, wobei zur Verbesserung der Dämpfung auch vor¬ gesehen sein kann, ein Teil der Steuerstäbe langsam in den Reaktor einzufahren, was einer Absenkung der Reaktorleistung entspricht, wie sie betriebsmäßig vorgesehen ist, wenn dem Reaktor eine niedrigere Leistung abverlangt wird. Die Grenz¬ werte DA3 und DA4 für die Aufklingrate bestimmen eine Alarm¬ stufe III, in der der Reaktor noch eine Anzahl N4 von Peri- öden weiter laufen kann, wobei außerdem vorgesehen sein kann, hier einen Teil der Absorberstäbe schnell einzufahren (als "partial SCRAM" bezeichnet) . Erst beim Überschreiten des Grenzwerts DA4 erscheint dann in einer höchstrangigen Alarm¬ stufe ein totaler SCRAM erfordelich.
Eine weitere Variante der Erfindung wird anhand der Figuren 8 bis 10 erläutert. In Figur 8 sind dabei für die Amplituden des relativen Bereichssignals S Aufklingraten gezeigt, die den Kurven 32 und 33 der Figur 6 entsprechen. Diese Amplitu¬ den sind zu dem Zeitpunkt ermittelt, an dem sie den Grenzwert Alim überschreiten. Dabei ist angenommen, daß die Alarmstufe II von der Überwachungsstufe detektiert wurde und eine Stabi¬ lisierungsstrategie eingeleitet wurde, bei der die Reaktor¬ leistung durch langsames Einfahren der Steuerstäbe stabili¬ sierte werden soll. Im Fall der Kurve 33 sind die unter die¬ sen Bedingungen auftretenden Amplituden mit durchgezeichneten Linien angegeben. Die der Alarmstufe II entsprechende Stabi¬ lisierungstrategie würde - falls sie auch bei Amplitudenwer¬ ten beibehalten würde, die über einem mit A3 angegebenen Grenzwert liegen und durch unterbrochen gezeichnete Peaks dargestellt ist - dazu führen, daß mit dem Grenzwert A4 ein totaler SCRAM eingeleitet werden müßte. Ein derartiger tota¬ ler SCRAM soll aber vermieden werden. Deshalb wird bei Errei¬ chen des Grenzwerts A3 von der im Zusammenhang mit der Alarm¬ stufe II bei Figur 7 besprochenen Stabilisierungstrategie (langsames Einfahren von Absorberelementen) auf eine höhere Alarmstufe mit einer höherrangigen Stabilisierungstrategie übergegangen, nämlich dem erwähnten "partial SCRAM" . Dadurch wird nunmehr die Oszillation stärker gedämpft, so daß die Am¬ plituden nicht weiter aufklingen, also der Grenzwert A4 nicht erreicht und der totale SCRAM nicht eingeleitet wird.
Die Kurve 32 zeigt, daß auch in diesem Fall bei einer niedri¬ geren Aufklingrate der Grenzwert A3 höher gesetzt werden kann als bei höherer Aufklingrate.
Bei dieser Variante wird also nicht die Abklingrate auf Über¬ schreiten von Grenzwerten überwacht, vielmehr wird die momen¬ tan detektierte Abklingrate dazu benutzt, einen Grenzwert für die Amplitudenwerte selbst, vorzugeben. Die Abhängigkeit des Grenzwertes von der Abklingrate kann dagegen wiederum nach einer Eichkurve, ähnlich Figur 7, ermittelt werden, oder es kann auch durch eine entsprechende Aufteilung des für die Aufklingrate zur Verfügung stehenden Bereichs in einzelne Alarmstufen der entsprechende Grenzwert A3 stufenweise verän¬ dert werden.
Diese Variante hat den Vorteil, daß Änderungen in der Abklin- grate, die während des Reaktorbetriebes auch nach Überschrei¬ ten des Grenzwertes A-Hm auftreten, besonders berücksichtigt werden. Dies zeigt die Kurve 40 der Figur 8, bei der zunächst angenommen ist, daß die Oszillation beim Überschreiten des Grenzwertes Aiim so schwach anwächst, daß ein Eingreifen in die Reaktorsteuerung nicht erforderlich ist. Es ist aber an¬ genommen, daß das Bedienungspersonal zum Zeitpunkt tD über die betriebsmäßige Reaktorsteuerung eine Erhöhung der Lei¬ stung vorgenommen hat, durch die die transient angeregte Os¬ zillation erheblich verstärkt wird. Dies führt dazu, daß die Amplitude A, deren Aufklingrate beim Überschreiten von A^-j^ zunächst gering war und keinen Alarm ausgelöst hat, nunmehr den Wert der Kurve 33 annimmt, so daß jetzt die Amplitude A auf Überschreiten des Grenzwerts A3 überwacht wird und in diesem Fall die gleiche, der Alarmstufe III entsprechende Stabilisierungstrategie ("partial SCRAM") einleitet. Dadurch wird die aufklingende Oszillation stärker gedämpft, so daß auch in diesem Fall der Grenzwert A4 praktisch nicht mehr er¬ reicht wird, also kein totaler SCRAM erforderlich wird.
Analog zum Grenzwert A3 für die Amplitude A, der zur Einlei¬ tung des partial SCRAM führt, kann natürlich auf für die niedriger rangigen Stabilisierungstrategien (Blockieren einer Leistungserhöhung, Alarmstufe I; bzw. langsames Einführen zu¬ sätzlicher Abεorberelemente, Alarmstufe II) ein entsprechen- der Grenzwert AI und A2 eingeführt werden.
Dies ist in Figur 9 anhand einer mit relativ niedriger Auf¬ klingrate aufklingenden Oszillation gezeigt. Dabei liegen die Extremwerte (Amplituden) der Oszillation auf einer Kurve 41 und werden auf Überschreiten der Grenzwerte AI, A2, A3 über¬ wacht, die entsprechend der bei dieser Aufklingrate zur Ver¬ fügung stehenden, hohen Anzahl N von Oεzillationsperioden re- lativ nahe an dem Grenzwert Atn bzw. Aj-^x liegen. Mit Über¬ schreiten des Grenzwerts AI wird die erste Alarmstufe ge¬ setzt, deren Stabilisierungstrategie lediglich das Blockieren einer Leistungserhöhung vorsieht. Dadurch wird zwar die Auf¬ klingrate erniedrigt, aber die Oszillation noch nicht ausrei¬ chend gedämpft. Beim Überschreiten des Grenzwerts A2 jedoch wird die Leistung des Reaktors erniedrigt und die Oszillation derart gedämpft, daß ein weiteres Anwachsen auf die Grenzwer¬ te A3, Amax und Ath bereits nicht mehr auftritt.
Der in Figur 10 gezeigten Kurve 42 liegt eine verhältnismäßig hohe Aufklingrate DA zugrunde, weshalb die Grenzwerte AI, A2 und A3 in diesem Fall - in Abhängigkeit von der dedektierten Aufklingrate DA - niedriger gelegt sind als in Figur 9. Des- halb wird die Alarmstufe II (Grenzwert A2) bereits relativ frühzeitig erreicht und auch der durch Überschreiten des Grenzwerts A3 in der Alarmstufe III vorgesehene "partial SCRAM" wird früher vorgenommen. Dies führt zu der gewünschten Dämpfung der Oszillation und verhindert, daß der Grenzwert Ajrtax überschritten wird. Dadurch ist eine Totalabschaltung selbst in diesem ungünstigen Fall verhindert.
Das Rücksetzen der jeweiligen Alarmstufen kann z.B. erfolgen, wenn die Amplitude den Grenzwert wieder unterschreitet.
Figur 11 zeigt eine Ausführungsform für die Überwachungen in den Befehlskanälen des Systems 1, die Bereichsauswahlstufe für die Alarmsignale, die in dem Bereichssignal durch diese Überwachung gesetzt werden, und die Überwachungseinrichtung im entsprechenden Systemkanal.
Dabei ist in den jeweils mit "Region 1" bezeichneten Feldern die Bereichsüberwachung im ersten Bereich des Kanals 1 darge¬ stellt, wobei das diesem ersten Bereich zugeordnete Bereichs- signal entsprechend dem Grenzwert AI einem Grenzwertmelder zugeleitet wird, der ein logisches Alarmsignal "1" setzt, wenn das Bereichssignal S den Grenzwert AI überschreitet. Dieser Grenzwert ist einem Speicher 52 für eine Kennlinie entnommen. Nach der eingespeicherten Kennlinie entspricht dieser Grenzwert AI dem im Bereichskanal 1 (Position 16, Fi¬ gur 3) ermittelten Wert DA der aktuellen Aufklingrate. Mit dem logischen Ausgangssignal des Grenzwertmelders 51 kann ei¬ nerseits eine Anzeige und/oder Speichereinheit 53 angesteuert werden, die nun für das Überwachunssignal AAl, das der ersten Alarmstufe und dem ersten Bereichskanal zugeordnet ist, ein der ersten Alarmstufe zugeordnetes Alarm-Bereichssignal AAl bildet. In ähnlicher Weise wird das relative Bereichssignal S in einer (nicht näher dargestellten) Auswerteeinheit 54 hin¬ sichtlich des Grenzwertes A2 und einer den Grenzwertmelder 55, den Kennlinienspeicher 56 und die Anzeige- und/oder Spei¬ chereinheit 57 enthaltenden Überwachungsstufe hinsichtlich des Grenzwert A3 und der Alarmstufe III vorgenommen. Nicht dargestellt ist, daß das Signal S mittels eines weiteren Grenzwertmelders auf Überschreiten eines fest vorgegebenen Grenzwerts A4 überwacht werden kann.
Die entsprechenden Glieder sind in jedem Bereichssignal des Systems vorhanden und auch für den letzten Bereich "Region Mp" im rechten Teil der Figur 11 mit den Bezugszeichen 51', 52'... 57' dargestellt.
Die von den Grenzwertmeldern 51, 51' in den einzelnen Be¬ reichskanälen gebildeten Überwachungssignale (im Fall Mp=7 also ein 7-Bit-Signal) können in einem Summierglied 60 sum¬ miert werden. Dieses Signal gibt somit an, in wievielen Be¬ reichskanälen der entsprechende Grenzwertmelder 51 ein Alarm- signal der Stufe I gesetzt hat. Ist diese Anzahl größer oder gleich einer vorgegebenen Anzahl Nmp, so setzt eine entspre¬ chende Abfrageeinheit 61 ein entsprechendes Alarm-Systemsi- gnal. In diesem Fall nimmt die Abfrageeinheit 61 diese Abfra¬ ge zweimal vor, wobei für ein erstes AIarm-Systemsignal AAl" die Mindestanzahl Nmp zu 1 gesetzt wird. Dieses Signal AAl' kann dann benutzt werden, um über eine entsprechende System¬ auswahl (im einfachsten Fall ein - nicht dargestelltes - Su - mierglied für alle Signale AAl ' aus allen redundant arbeiten¬ den Systemkanälen) anzuzeigen, ob und wieviele Systeme die Alarmstufe I erzeugen.
Außerdem wird in dieser Systemüberwachung 61 auch Nmp=2 ge¬ setzt, also ein entsprechendes Signal AAl1' ausgegeben, wenn wenigstens zwei Bereiche den Alarm der Stufe I melden. Dieses Signal kann in der Systemauswahl dazu dienen, um aus allen Alarmsignalen, die in den redundant arbeitenden Systemen er- zeugt sind, ein Alarmendsignal zu bilden, das in die Steue¬ rung des Reaktors eingreifen kann und dort eine betriebsmäßi¬ ge Erhöhung der Reaktorleistung blockiert. Im einfachsten Fall genügt es, wenn die Systemauswahl nur eine "1 aus 4" Auswahl bildet, also die entsprechenden Signale AAl1' der vier Systeme durch ein "ODER"-Glied vereint. Um jedoch unnö¬ tige Störungen des Reaktorbetriebs, die durch eine Fehlverar¬ beitung in einer der Systeme erzeugt werden könnte, zuverläs¬ sig zu vermeiden, wird vorteilhaft für den Eingriff in den Reaktorbetrieb eine Mindestzahl Np für die Systemsignale vor- gegeben, in denen die Alarmstufe I gesetzt ist. Dies kann auf einfache Weise geschehen, in dem die logischen Signale AAl' ' der Systeme addiert werden und den Eingriff in die Reaktor¬ steuerung nur erzeugen, wenn die Summe größer oder gleich 2 ist.
In ähnlicher Weise könne über die Summierglieder 62, 64 die den Alarmstufen II und III zugeordneten ÜberwachungsSignale der einzelnen Bereiche des Systems zu entsprechenden Signalen verarbeitet werden, die in den Abfrageeinheiten 65, 66 zur Erzeugung der diesen Stufen zugeordneten Alarm-Systemsignalen AA3 ' und AA3 ' ' liefern. Die aus den Alarmsignalen AA2 ' ' der vier Systemsignale werden auf die gleiche Weise, die anläss¬ lich der Signale AAl'1 beschrieben wurde, weiterverarbeitet (nicht dargestellt) und bilden ein dieser Alarmstufe II zuge- ordnetes Alarm-Endsignal, das derart in den Reaktorbetrieb eingreift, daß nicht nur ein Hochfahren der Reaktorleistung blockiert, sondern sogar die Reaktorleistung nach den Pro- grammen, die für den normalen Reaktorbetrieb vorgesehen sind, heruntergefahren wird.
Auf die gleiche Weise, wie bei den Signalen AAl' ' der ersten Alarmstufe beschrieben wurde, werden auch die der Alarmstufe III zugeordneten Alarmsignale AA3 ' ' weiterverarbeitet und bilden ein dieser Alarmstufe III zugeordnetes Alarmendsignal, das nach der dieser Alarmstufe zugeordneten Stabilisie¬ rungstrategie einen "partial SCRAM" auslöst.
Schließlich sei noch erwähnt, daß die mittels des fest einge¬ stellten Grenzwertes A4 gebildeten Alarmsignale auf die glei¬ che Weise weiterverarbeitet werden, um notfalls einen der höchsten Alarmstufe entsprechenden totalen SCRAM auszulösen.
Die Erfindung stellt also einerseits sicher, daß der instabi¬ le Zustand des Reaktors mit ausreichender Redundanz überwacht wird, um bei Ausfall von einzelnen Sensoren, Meßlanzen oder Rechengliedern eine zuverlässige Aussage über den instabilen Zustand machen zu können, andererseits wird auch erreicht, daß zur Dämpfung der Instabilität nur in einem geringen Maße in den Reaktorbetrieb eingegriffen wird. Ein totaler SCRAM ist dabei nach allen Erfahrungen und Abschätzungen praktisch ausgeschlossen, so daß auf die vierte Alarmstufe, deren Stra- tegie einen totalen SCRAM vorsieht, als vollkommen überflüs¬ sig angesehen werden kann. Die zur Überwachung des Grenzwer¬ tes A-f^x vorgesehenen Bauglieder und die Übertragungsglieder für ein dieser höchsten Alarmstufe zugeordneten Alarmsignals sind daher nur als Option beschrieben, auf die auch verzich- tet werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines durch Oszillation einer in¬ tern auftretenden physikalischen Größe instabilen Reaktors, wobei durch Messung der physikalischen Größe innerhalb eines Zeitraum von mindestens zwei Oszillationsperioden wenigstens ein Meßwert (DA) für die Aufklingrate der Oszillation gebil¬ det wird und in Abhängigkeit von diesem Meßwert (DA) eine Entscheidung getroffen wird, ob zur Dämpfung der Instabilität eine Stabilisierungstrategie eingeleitet oder der Reaktor nach betriebsabhängig eingegebenen Parametern zunächst wei¬ terbetrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß nach Über¬ schreiten einer Rauschgrenze (A0) für die Extremwerte (An) der Meßwert für die Aufklingrate gebildet wird und das erst beim Überschreiten eines weiteren Grenzwertes (AI) für die Extremwerte die Entscheidung getroffen wird, ob in die be- triebsmäßige Steuerung des Reaktors eingegriffen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine in die betriebsmäßige Steuerung des Reaktors eingreifende Stabi- lisierungstrategie eingeleitet wird, wenn die Extremwerte
(An) der oszillierenden Größe einen in Abhängigkeit vom Me߬ wert (DA) der Aufklingrate vorgegebenen Schwellwert (A2) überschreiten.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Schwellwert (DAl) für die Aufklingrate (DA) vorgegeben wird und die Stabilisierungstrategie eingeleitet wird, wenn die Aufklingrate (DA) diesen Schwellwert (DAl) überschreitet.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine von der Aufklingrate abhängige Anzahl (N) von Oεzillationsperi- oden vorgegeben wird und entsprechend der Stabilisierungstra- tegie in die Steuerung des Reaktors eingegriffen wird, wenn die Oszillation der physikalischen Größe über die Dauer die¬ ser Oszillationsperioden anhält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die einzu¬ leitende Stabilisierungstrategie in Abhängigkeit von der Auf¬ klingrate (DA) unter einer Anzahl von vorgegebenen Stabili¬ sierungstrategien ausgewählt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Stabi¬ lisierungstrategie in einer niedrigrangigen Alarmstufe derart in die Steuerung des Reaktors eingegriffen wird, daß eine Er¬ höhung der Leistung durch Entfernen von Absorberelementen aus dem Reaktorkern blockiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Stabi¬ lisierungstrategie in einer ersten höherrangigen Alarmstufe derart in die Reaktorsteuerung eingegriffen wird, daß die
Leistung betriebsmäßig durch langsames Einfahren von Absorbe¬ relementen in den Reaktorkern reduziert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Stabi¬ lisierungstrategie in einer zweiten höherrangigen Alarmstufe mehrere Steuerstäbe rasch in den Reaktorkern eingefahren wer¬ den.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Stabi¬ lisierungstrategie in einer höchstrangigen Alarmstufe die Leistung des Reaktors möglichst rasch auf Null heruntergefah¬ ren wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mehrere über den Reaktorkern verteilte Bereiche zu einem System zu¬ sammengefaßt werden und in jedem Bereich des Systems jeweils ein lokaler Meßwert (S) für die der physikalische Größe und ein Meßwert (DA) für die Aufklingrate dieser Größe gebildet und anhand dieser Meßwerte für jeden Bereich eine Vorent¬ scheidung getroffen wird, ob die Stabilisierungstrategie ein¬ geleitet werden soll, und daß die Stabilisierungstrategie erst dann eingeleitet wird, wenn dies in wenigstens einer vorgegebenen Mindestzahl der Vorentscheidungen entschieden worden ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Ent¬ scheidung redundant für mehrere unterschiedliche Systeme aus über den Kern verteilten Bereichen getroffen und blockiert wird, solange nicht in einer vorgegebenen Mindestzahl (Np) von Systemen zugunsten der Stabilisierungstrategie entschie¬ den worden ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Berei¬ che den Systeme derart zugeordnet sind, daß benachbarte Be¬ reiche zu unterschiedlichen Systemen und jeder Bereich nur zu einem einzigen System gehört.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in jedem Bereich mehrere Sensoren zur Bildung der Meßwerte verwendet werden und daß in jedem Bereich nur eine vorgegebene Mindest- zahl dieser Sensoren zur Bildung der Entscheidung herangezo¬ gen werden.
32 15. Verfahren zum Betreiben eines durch lokale Oszillation einer physikalischen Größe instabilen Siedewasser-Reaktors, mit folgenden Merkmalen: a) durch Messung der physikalischen Größe in mehreren Berei- chen des Reaktorkerns werden den jeweiligen Bereichen zu¬ geordnete lokale Meßwerte (S) gebildet, b) wenn die den Extremwerten der oszillierenden physikali¬ schen Größe entsprechenden Amplituden (An) der Meßwerte (S) eine vorgegebene Rauschgrenze (A0) überschreiten, wird unter einer Hierarchie von Alarmstufen (I, II, III) durch Überwachung der Meßwerte als aktuelle Alarmstufe die höch¬ ste Alarmstufe ausgewählt, deren Überwachungskriterium von den Meßwerten einer vorgegebenen Mindestzahl (Nmp) der Be¬ reiche erfüllt ist, und c) frühestens zu einem mehrere Oszillationsperioden (Tn) nach dem Überschreiten der Rauschgrenze liegenden Zeitpunkt wird eine Stabilisierungstrategie eingeleitet, wobei i) eine niedrigrangige Alarmstufe (I) als Stabilisierungs¬ trategie einen Eingriff in die Reaktorsteuerung vor- sieht, bei dem ein Entfernen von Absorberelementen aus dem Reaktorkern, das einer betriebsmäßigen Steigerung der Reaktorleistung entspricht, blockiert wird, und ii)wenigstens eine höherrangige Alarmstufe (II) als Stabi¬ lisierungstrategie einen Eingriff in die Reaktorsteue- rung vorsieht, bei dem mehrere Absorberelemente im Sinn einer betriebsmäßigen Reduzierung der Reaktorleistung in dem Kern eingebracht werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Stabi¬ lisierungstrategie in einer ersten höherrangigen Alarmstufe die mehreren Steuerstäben entsprechend einer betriebsmäßigen Reduzierung der Leistung langsam eingefahren werden, und in einer zweiten höherrangigen Alarmstufe (III) mehrere Absor- berelemente rasch eingefahren werden.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Stabi¬ lisierungstrategie in einer höchstrangigen Alarmstufe (IV) die Leistung des Reaktors im Sinne einer Reaktorschnellab- Schaltung (SCRAM) möglichst rasch auf Null reduziert wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, . daß durch das Überwachungskriterium ein Zeitpunkt oder zumindest die Para- meter für die Bestimmung dieses Zeitpunkts festgelegt wird, zu dem der Reaktor vor dem Einleiten einer der aktuellen Alarmstufe entsprechenden Stabilisierungstrategie normal wei¬ terbetrieben wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß bei über der Rauschgrenze liegenden Amplitudenwerten (An) das Überwa¬ chungskriterium nur solange wirksam wird, wie die detektier¬ ten Amplitudenwerte einer in einem vorgegebenen kritischen Frequenzband liegenden Frequenz entsprechen.
20. Verfahren nach Anspruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als kriti¬ sches Frequenzband 0,3 bis 0,7 Hz vorgegeben wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die loka¬ len Meßwerte (A(tj) mit einer Abtastfrequenz über etwa 20 Hz, vorteilhaft etwa 50 Hz, auf das Auftreten der Amplitudenwerte (An) und die Erfüllung der Überwachungskriterien hin analy¬ siert werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß aus den lokalen Meßwerten die Aufklingrate (DA) der Amplituden be¬ stimmt wird und die Überwachungskriterien von der detektier¬ ten Aufklingrate (DA) abhängen.
23. Verfahren nach Anspruch 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß für jede Alarmstufe aus der Aufklingrate (DA) ein Schwellwert (AI, A2, A3) für die detektierten Amplitudenwerten bestimmt wird und die der aktuellen Alarmstufe entsprechende Stabilisierungs¬ strategie erst eingeleitet wird, wenn dieser Schwellwert überschritten ist.
24. Verfahren nach Anspruch 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß für jede
Alarmstufe ein Schwellwert (DA2) für die aus den detektierten Amplituden bestimmte Aufklingrate (DA) bestimmt wird und die der aktuellen Alarmstufe entsprechenden Stabilisierungstrate¬ gie in Abhängigkeit vom Überschreiten dieses Schwellwerts ausgewählt und eingeleitet wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schritte a) und b) in einer aus mehreren Systemen bestehenden Vorrichtung ausgeführt werden, wobei die Systeme redundant arbeiten und jedes System die lokalen Meßwerte mehrerer über den ganzen Reatorkern verteilten Bereiche erfaßt und eine dem jeweiligen Bereich zugeordnete aktuelle Alarmstufe bildet, daß unter den aktuellen Alarmstufen der einzelnen Systeme ei- ne Alarmstufe ausgewählt wird, und daß im Schritt c) die zur ausgewählten Alarmstufe gehörende Stabilisierungstrategie eingeleitet wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß jeder lo¬ kale Meßwert (S) daraufhin untersucht wird, ob er in äquidi- standen Zeitabständen einen Extremwert annimmt, und daß die¬ ser lokale Meßwert (S) zur Auswahl der aktuellen Alarmstufe nur herangezogen wird, solange er eine äquidistande Folge dieser Extremwerte aufweist.
27. Verfahren zum Überwachen eines durch lokale Oszillation einer physikalischen Größe instabilen Zustands eines Reaktor¬ kerns in einem Siesewasserreaktor, mit folgenden Merkmalen: a) in mehreren Bereichen (2', 2' ') des Reaktorkerns (I) sind jeweils mehrere Sensoren (4a, 4b, 4c, 4d) zur Messung der physikalischen Größe angeordnet, die Ausgangssignale die¬ ser Sensoren sind zu einer Anzahl Mp von Bereichskanälen zusammengefaßt und jedem Bereichskanal (4 bis 19) sind je¬ weils ein Bereich (2' ') und darin angeordnete Sensoren (4a ... 4d) zum Erzeugen eines Bereichssignals (S, An, Tn, DA) zugeordnet, b) die Bereichskanäle sind zu einer Anzahl P von Systemkanä¬ len (20, 20') zusammengefaßt, indem sie ein Systemsignal erzeugen, und c) die Systemsignale sind einem Endkanal (24) zugeordnet, in¬ dem sie ein Systemsignal ("Alarm") erzeugen, wobei d) in jedem Endsignal mittels Überwachungsstufen und Auswahl- stufen ein Alarmendsignal gesetzt wird, sobald mindestens in einer vorgegebenen Anzahl Np der Systemkanäle jeweils überprüft wird, ob in einer Mindestanzahl Nmp des jeweili¬ gen Systemkanals (p) über mehrere Oszillationsperioden hinweg ein Überwachungskriterium erfüllt ist, e) das Ausgangssignal jedes Sensors (4a, 4b, 4c, 4d) höch¬ stens ein einziges Bereichssignal und jedes Bereichssignal höchstens ein einziges Systemsignal beeinflußt, und f) die Bereichssignale eines Systemkanals jeweils aus den Ausgangssignalen von Sensoren gebildet werden, die in über den Querschnitt (1) des Reaktorkerns derart verteilten Be¬ reichen liegen, daß die jeweils einem solchen Bereich be- nachbarten Bereiche Sensoren - vorzugsweise nur solche
Sensoren - enthalten, deren Ausgangssignale Bereichskanä¬ len anderer Systemkanäle zugeordnet sind.
28. Vorrichtung zum Überwachen eines durch lokale Oszillation einer physikalischen Größe instabilen Zustands im Kern (1) eines Siedewasser-Reaktors, enthaltend eine Systemauswahlstu¬ fe (24) , eine Anzahl P von Bereichsauswahlstufen (20, 20') für jede Bereichsauswahlstufe eine Anzahl Mp von Bereichs¬ überwachungsstufen und für jede Bereichsüberwachungsstufe (4, ... 19) eine Sensorstufe (4, 11) mit mehreren innerhalb eines Bereichs des Kerns angeordneten, dieser Bereichsüberwa- chungsstufe zugeordneten Sensoren (4a, 4b, 4c, 4d) mit fol¬ genden Merkmalen: a) die jeweils einer Bereichsüberwachungsstufe (4a, ... 19) zugeordneten Sensoren (4a, 4b, 4c, 4d) liefern zu einem Bereichssignal (S) zusammengefaßte Meßsignale für die phy- sikalische Größe, jedes Bereichssignal (S) wird in der den Sensoren zugeordneten Bereichsüberwachungsstufe (17) nach einem Überwachungskriterium überwacht und jede Bereichs- Überwachungsstufe liefert ein ein Bereichsüberwachungssi¬ gnal enthaltendes Bereichssignal, b) jedes Bereichssignal ist mindestens einer der Bereichsaus¬ wahlstufen (20, 20') aufgeschaltet, die aus einer vorgege¬ benen Mindestzahl (Nmp) von Bereichsüberwachungssignalen ein Systemüberwachungssignal bildet, und c) jedes Systemüberwachungssignal ist der System-Auswahlstufe (24) zugeführt, die mittels einer vorgegebenen Mindestzahl von Systemen (Np = 2) ein Endüberwachungssignal liefert.
29. Vorrichtung zum Überwachen eines durch lokale Oszillation einer physikalischen Größe instabilen Zustands eines Reaktor- kerns in einem Siedewasser-Reaktor, mit folgenden Merkmalen: a) in mehreren Bereichen (2', 2' ') des Reaktorkerns (1) sind jeweils mehrere Sensoren (4a, ... 4d) zur Messung der physikalischen Größe angeordnet und die Ausgangssignale mehrerer Sensoren eines Bereichs (2', 2' ') sind jeweils zu einem zugeordneten Bereichssignal (S) zusammengefaßt. b) jedem Bereichssignal ist eine Auswertestufe (12) zugeord¬ net, die im Bereichssignal das Auftreten von Extremwerten (An) der physikalischen Größe identifiziert und bei einer Oszillation konstanter Frequenz die Aufklingrate (DA) der Extremwerte in diesem Bereich ermittelt, und c) den Auswertestufen (12) ist mindestens eine Überwachungs- stufe (17, 23) zugeordnet, die ein Alarmsignal setzt, so- bald mindestens in einer vorgegebenen Anzahl (Nmp = 2) von Bereichen die Extremwerte ein von der ermittelten Auf¬ klingrate (DA) abhängiges lokales Überwachungskriterium erfüllen.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Überswachungsstufe (51) anspricht, wenn die Extremwerte der physikalischen Größe einen in Abhängigkeit von der ermittel- ten Aufklingrate vorgegebenen Grenzwert (AI) erfüllen.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Über¬ wachungsstufe mehrere von der ermittelten Aufklingrate (DA) abhängige Grenzwerte (AI, A2, A3) bilden und das gesetzte
Alarmsignal anzeigt, welcher der Grenzwerte von den identifi¬ zierten Extremwerten überschritten wird.
32. Vorrichtung zum Überwachen eines durch lokale Oszillation einer physikalischen Größe instabilen Zustands eines
Reaktorkerns in einem Siedewasser-Reaktor, mit folgenden Merkmalen: a) in mehreren Bereichen (2', 2'1) des Reaktorkerns (1) sind jeweils mehrere Sensoren (4a, 4b, 4c, 4d) zur Messung der physikalischen Größe angeordnet und die Ausgangssignale mehrerer Sensoren eines Bereichs sind zu einem zugeordne¬ ten Bereichssignal (S) zusammengefaßt, b) jedem Bereichssignal ist eine Auswertestufe (12) zugeord¬ net, die im Bereichssignal (S) das Auftreten einer Oszil- lation konstanter Frequenz identifiziert, c) den den verschiedenen Bereichssignalen zugeordneten Aus- wertestufen sind Mittel (17) zur Überwachung zugeordnet, die aus einer Hierarchie von Alarmstufen (I, II, III, IV) nach vorgegebenen Überwachungskriterien (Grenzwerte AI, A2, A3, A4) für die in mindestens einer vorgegebenen An¬ zahl (Nmp = 2) von Bereichen identifizierten Oszillationen eine Alarmstufe auswählt und entsprechend der ausgewälten Alarmstufe einen Zeitpunkt festlegt, bei dem ein Notbefehl ("Alarm") zum Einleiten einer der Alarmstufe entsprechen¬ den Stabilisierungsstrategie abgegeben wird.
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