RU2030800C1

RU2030800C1 - Method of control of nuclear reactor axial energy distribution

Info

Publication number: RU2030800C1
Application number: SU925057528A
Authority: RU
Inventors: П.Е. Филимонов
Original assignee: Российский научный центр "Курчатовский институт"
Priority date: 1992-08-04
Filing date: 1992-08-04
Publication date: 1995-03-10

Abstract

FIELD: nuclear power engineering. SUBSTANCE: method involves presentation of control process as path on phase diagram in offset-equilibrium-offset axes. Equilibrium offset as function of position of absorbing rods is determined before start of reactor run and current values of offset and equilibrium offset are found in the course of reactor operation. Then current point of phase path is constructed on diagram and control action (displacement of rods within reactor core) is set proceeding from position of current point relative to points of equilibrium states and boundary of admissible region on diagram. EFFECT: improved reliability of control. 1 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в управлении ядерным реактором типа ВВЭР-1000. The invention relates to nuclear technology and can be used in controlling a nuclear reactor of the WWER-1000 type.

Известны способы управления аксиальным энергораспределением, распространенные в настоящее время на АЭС с ВВЭР-1000 и заключающиеся в том, что для гашения колебаний поля энерговыделения в верхнюю или нижнюю половину активной зоны в зависимости от фазы колебаний вводятся поглощающие стержни. Алгоритм управления для типичных ситуаций задается технологическим регламентом эксплуатации реактора [1,2]. Known methods for controlling axial energy distribution, currently common at VVER-1000 NPPs, are that absorbing rods are introduced into the upper or lower half of the active zone to damp vibrations of the energy release field depending on the phase of oscillations. The control algorithm for typical situations is set by the technological regulations for the operation of the reactor [1,2].

Недостаток данного способа заключается в его ограниченности, поскольку он не рассчитан на нестандартные ситуации и в этих случаях управление целиком зависит от интуиции оператора. The disadvantage of this method is its limitations, since it is not designed for non-standard situations and in these cases, the control entirely depends on the intuition of the operator.

Прототипом изобретения является способ управления аксиальным энергораспределением реактора при помощи фазовой диаграммы в координатах величин, однозначно связанных с отклонением от некоторых равновесных значений концентраций ядер Хе¹⁹⁵ и I¹⁹⁵, пространственное перераспределение которых вызывает нестабильность энергораспределения. Управление сводится к стабилизации величины аксиального офсета
A =

100% , где Р_верх и Р_низ - соответственно мощности энерговыделения в верхней и нижней половинах активной зоны путем перемещения поглощающих стержней в зависимости от положения текущей точки на диаграмме таким образом, чтобы фазовая траектория стремилась к началу координат.The prototype of the invention is a method for controlling the axial energy distribution of the reactor using a phase diagram in the coordinates of the values that are uniquely associated with a deviation from certain equilibrium concentrations of Xe ¹⁹⁵ and I ¹⁹⁵ nuclei, the spatial redistribution of which causes instability of the energy distribution. Management is to stabilize the value of the axial offset
A =

100%, where P _top and P _bottom are respectively the power of energy release in the upper and lower halves of the core by moving the absorbing rods depending on the position of the current point in the diagram so that the phase trajectory tends to the origin.

Данный способ имеет следующие недостатки. В качестве фазовых переменных используются не измеряемые величины, а рассчитываемые косвенно через энергораспределение, что снижает надежность управления. Диаграмма строится относительно некоторого единственного равновесного состояния, что ограничивает область управления, поскольку реально имеется множество равновесных состояний. Не существует достаточно простой технологической интерпретации данного способа для реализации его в автоматизированной системе управления. This method has the following disadvantages. As phase variables, not measured quantities are used, but calculated indirectly through energy distribution, which reduces the reliability of control. The diagram is constructed relative to a single equilibrium state, which limits the control region, since there are really many equilibrium states. There is no sufficiently simple technological interpretation of this method for its implementation in an automated control system.

Задачей изобретения является повышение надежности и расширение возможностей управления аксиальным энергораспределением реактора, а также создание предпосылок для автоматизации управления. The objective of the invention is to increase reliability and expand the control capabilities of the axial energy distribution of the reactor, as well as the creation of prerequisites for automation control.

Для этого предложен способ управления аксиальным энергораспределением, заключающийся в том, что процесс управления представляют в виде траектории на фазовой диаграмме в осях офсет- равновесный офсет. При этом до начала кампании определяют зависимость равновесного офсета от положения поглощающих стержней, а в ходе кампании реактора текущие значения офсета и равновесного офсета, строят текущую точку фазовой траектории на диаграмме, а управляющее воздействие - перемещение поглощающих стержней в активной зоне реактора, задают исходя из положения текущей точки относительно точек равновесных состояний и границы допустимой области на диаграмме. To this end, a method for controlling axial energy distribution is proposed, which consists in the fact that the control process is represented in the form of a trajectory in a phase diagram in the axes offset – equilibrium offset. In this case, before the start of the campaign, the dependence of the equilibrium offset on the position of the absorbing rods is determined, and during the reactor campaign, the current values of the offset and equilibrium offset are used to build the current point of the phase trajectory in the diagram, and the control action is the movement of the absorbing rods in the reactor core, set based on the position the current point relative to the points of equilibrium states and the boundaries of the allowable region on the diagram.

Изобретение заключается в использовании в качестве фазовых переменных непосредственно величины офсета А, которая зависит от совокупности управляющих воздействий и свободных колебаний поля энерговыделения и которую определяют в каждый текущий момент при помощи штатной системы контроля реактора, а также величины равновесного офсета G*, которую однозначно задают по положению поглощающих стержней h при помощи заранее определенной статической характеристики реактора A* (h). Равновесный офсет есть, по определению, аксиальный офсет энергораспределения реактора в стабильном состоянии, поэтому множество АА* точек всех стабильных состояний лежит на главной диагонали диаграммы, отвечающей условию А=А*. Область допустимых положений текущей точки на диаграмме - прямоугольник, задаваемый регламентными ограничениями на офсет А и областью изменения функции А* (h). По положению текущей точки относительно диагонали и границ допустимой области оценивают амплитуду свободных колебаний, запас до предельных значений офсета и возможности управления. Практически движение вдоль заданной траектории осуществляют пошаговым ходом, когда чередуются управляющее воздействие движение стержней и развитие свободных колебаний (при неподвижных стержнях). The invention consists in using the offset value A directly as phase variables, which depends on the set of control actions and free oscillations of the energy release field and which is determined at each current moment using a standard reactor monitoring system, as well as the equilibrium offset value G *, which is uniquely set by the position of the absorbing rods h using a predetermined static characteristic of the reactor A * (h). The equilibrium offset is, by definition, the axial offset of the energy distribution of the reactor in a stable state, therefore, the set of AA * points of all stable states lies on the main diagonal of the diagram that meets the condition A = A *. The range of permissible positions of the current point in the diagram is a rectangle defined by regulatory restrictions on offset A and the area of change of function A * (h). By the position of the current point relative to the diagonal and the boundaries of the allowable area, the amplitude of free vibrations, the margin to the limit values of offset and the possibility of control are estimated. In practice, movement along a given trajectory is carried out in a step-by-step manner, when the control action of the rods and the development of free vibrations (with stationary rods) alternate.

Предлагаемый способ управления энергораспределением в отличие от прототипа обладает большей надежностью, поскольку использует в качестве фазовых переменных саму управляемую величину - офсет (6) и величину, непосредственно связанную с положением поглощающих стержней, - равновесный офсет (А*), а также учитывает регламентные и технологические ограничения. Возможности данного способа существенно расширены путем включения в фазовое пространство всех возможных состояний реактора с выделенным подмножеством всех равновесных состояний (АА*). Возможность управления пошаговым ходом создает предпосылки для автоматизации процесса, поскольку такой алгоритм имеет простую технологическую интерпретацию: пересечение текущей точкой линии заданной фазовой траектории является сигналом на включение или выключение двигателей, перемещающих поглощающие стержни. The proposed method of energy distribution control, in contrast to the prototype, is more reliable, since it uses the controlled variable — offset (6) and the value directly related to the position of the absorbing rods — equilibrium offset (A *) as phase variables, and also takes into account regulatory and technological restrictions. The capabilities of this method are significantly expanded by including in the phase space all possible reactor states with a selected subset of all equilibrium states (AA *). The ability to control the step-by-step operation creates the prerequisites for automating the process, since such an algorithm has a simple technological interpretation: the intersection of the given phase path by the current point of the line is a signal to turn on or off the motors moving the absorbing rods.

На чертеже дана фазовая диаграмма в осях А*-А, где представлена траектория 1 свободных колебаний и простейшая траектория 2 управления. Свободным (ксеноновым) колебаниям энергораспределения отвечают колебания точки вдоль вертикали (А*=const) относительно положения равновесия - точки пересечения с диагональю. В данном случае свободные колебания выводят текущую точку за пределы допустимой области, которая обозначена пунктирной линией. Представленная на чертеже траектория управления удерживает текущую точку в допустимой области и переводит реактор из нестабильного состояния C в стабильное состояние D. Для скорейшей стабилизации энергораспределения на заключительном этапе управления фазовая траектория переходит в горизонтальный участок (A= const), что отвечает быстрозатухающему апериодическому процессу гашения колебаний. Представленные на чертеже участки пилообразной траектории демонстрируют отслеживание заданной траектории управления пошаговым ходом. The drawing shows a phase diagram in the axes A * -A, which shows the path 1 of free vibrations and the simplest path 2 control. Free (xenon) energy distribution vibrations correspond to point vibrations along the vertical (A * = const) relative to the equilibrium position - the point of intersection with the diagonal. In this case, free vibrations take the current point outside the allowable region, which is indicated by a dashed line. The control path shown in the drawing keeps the current point in an acceptable region and transfers the reactor from unstable state C to stable state D. To stabilize the energy distribution as quickly as possible at the final stage of control, the phase path goes into the horizontal section (A = const), which corresponds to the fast-damped aperiodic damping process . The sections of the sawtooth path shown in the drawing demonstrate the tracking of a given step path control.

Данный способ осуществляется следующим образом. This method is as follows.

До начала кампании определяют статическую характеристику реактора А*(h). Для этого проводят трехмерный расчет реактора, имитируя равновесные состояния при различных положениях стержней. В ходе работы реактора по показаниям приборов определяют величину мгновенного офсета А. Для этого измеряют аксиальное распределение потока нейтронов при помощи родиевых датчиков аппаратуры внутриреакторного контроля или внешних ионизационных камер аппаратуры контроля нейтронного потока, по известным методикам нейтронный поток пересчитывают в величину энерговыделения и вычисляют офсет. Строят фазовую диаграмму в осях А*-А, причем ось А* калибруется в единицах положения стержней. На диаграмме строят текущую точку с координатами А*, А. По положению текущей точки определяют степень и тенденцию развития нестабильности энергораспределения. Принимают решение о целесообразности управления и выбирают подходящую фазовую траекторию. Осуществляя движение вдоль выбранной фазовой траектории пошаговым ходом вручную или в автоматическом режиме переводят реактор в стабильное состояние. Before the start of the campaign, the static characteristic of the reactor A * (h) is determined. To do this, a three-dimensional calculation of the reactor is carried out, simulating the equilibrium states at different positions of the rods. During the operation of the reactor, the value of the instantaneous offset A is determined from the readings of the devices. To do this, the axial distribution of the neutron flux is measured using rhodium sensors of the in-reactor control equipment or external ionization chambers of the neutron flux control equipment, and, according to known methods, the neutron flux is converted to the energy release value and offset is calculated. Build a phase diagram in the axes A * -A, and the axis A * is calibrated in units of position of the rods. The current point with the coordinates A *, A is built on the diagram. The degree and tendency of the development of energy distribution instability are determined by the position of the current point. Decide on the feasibility of control and choose the appropriate phase trajectory. Carrying out the movement along the selected phase trajectory step by step manually or in automatic mode, the reactor is transferred to a stable state.

Claims

THE METHOD FOR MANAGING THE AXIAL ENERGY DISTRIBUTION OF THE NUCLEAR REACTOR, consisting in the fact that the axial offset of the energy distribution is taken as the controlled value, the control process is presented in the form of a trajectory in the phase diagram, and the control action - the movement of the absorbing rods in the reactor core - is determined by the position of the current point in the diagram, characterized in that before the start of the campaign, the dependence of the equilibrium offset on the position of the absorbing rods is determined, during the course of the reactor the flow is determined Suitable values of offset and offset equilibrium build the current point in the diagram of the phase trajectory of the axes offset - offset equilibrium, and the manipulated variable is set based on the position of the current point with respect to the equilibrium states of a plurality of points and the permissible domain boundaries in the diagram.