SE502816C2 - Förfarande och anordning för att detektera instabilitet i en härd i en kärnreaktor av kokarvattentyp - Google Patents

Description

10 502 816 2 tillfällig händelse, t ex en kylpump som stannar, och kan dä nästan omedelbart anta sin maximala amplitud och fortsätter sedan att svänga med konstant amplitud. Svängningens utbredning kan variera frän att hela härden svänger till lokala svängningar i en enstaka bränslepatron. Pä senare tid har även en form av roterande svängningar detekterats, dvs svängningar som för- flyttar sig runt i härden med en viss frekvens. Svängningar i neutronflödet och kylflödet kan resultera i överskridande av fastställda marginaler för bränslet, vilket i sin tur kan leda till bränsleskador. Instabilitet i reaktorhärden mäste därför detekteras och ätgärdas.

För mätning av neutronflödet i kärnreaktorer av kokarvattentyp (BWR) används neutronkänsliga detektorer, s k LPRM-detektorer (Local Power Range Monitor). I härden finns anordnat pä regelbundna avständ frän varandra ett flertal neutrondetektor- rör, vilka var och en för sig innefattar fyra LPRM-detektorer placerade pä fyra i vertikalled skilda niväer. Detektorerna bildar ett regelbundet gitter i härden.

Om härden blir instabil och neutronflödet börjar att svänga innebär det att LPRM-detektorernas utsignaler börjar att svänga.

Frän patentskriften US 5,174,946 är en anordning och en metod för att avgöra om härden är instabil utgàende frän utsignalerna frän LPRM-detektorerna kända. Den i patentskriften beskrivna metoden och anordningen avgör om instabilitet föreligger utgäende frän en kombination av utsignalerna fràn ett flertal detektorer. En nackdel med att använda en kombination av ett flertal utsignaler är att det kan vara svärt att detektera lokala svängningar där endast ett fatal (1-3) detektorer svänger. Om enbart ett fätal detektorer svänger och dessa detektorer kombineras med andra detektorer som inte svänger, är risken stor att den resulterande signalen inte svänger tillräckligt mycket för att avslöja instabiliteten. Den i patentskriften beskrivna metoden och anordningen detekterar endast svängningar vars amplitud är växande, vilket innebär att en instabilitet som orsakar en svängning med konstant amplitud inte kan detekteras. Den beskrivna metoden och anordningen 3 502.816 innefattar inte någon särskild detektering av roterande svängningar.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Uppfinningen avser att åstadkomma en anordning och ett förfarande för detektering av instabilitet i en reaktorhård. Vad som kännetecknar förfarandet och anordningen enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar en schematisk bild av en reaktortank med ett neutrondetektorrör i genomskärning.

Figur 2 visar en del av hàrden i figur 1 i ett horisontellt snitt genom nivå D.

Figur 3 visar ett blockschema av en utföringsform av en anordning för detektering av instabilitet i härden enligt uppfinningen.

Figur 4a visar ett exempel på en utsignal från en LPRM-detektor vid en plötsligt initierad och sedan fortgående svångning.

Figur 4b visar ett exempel på en utsignal från en LPRM-detektor vid en roterande svàngning.

Figur 5 visar schematiskt en anordning för att detektera om en enskild LPRM-detektor svänger.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Figur l visar en reaktortank 1, tillhörande en kokarvattenreaktor, i genomskàrning. Reaktorhården 2 innehåller bränsle i form av bränslepatroner mellan och genom vilka kylvatten pumpas. Ett flertal vertikala neutrondetektorrör år anordnade jämnt fördelade över hárden. I figuren visas ett neutrondetektorrör 3 i genomskarning. Neutrondetektorröret år 502 816 4 ihåligt och innehåller fyra på lika avstånd fördelade fast 4D, s k LPRM- detektorer. Alla LPRM-detektorerna i härden är fördelade på fyra 80%, 60%, 40% och 20% av härdens höjd. Niväerna betecknas A, B, C, D i figur l. Härden innehåller ca 80 - 150 st LPRM-detektorer beroende pä reaktortyp. LPRM-detektorerna bildar monterade neutronflödesdetektorer 4A, 4B, 4C, nivåer, ett regelbundet gitter i härden.

Figur 2 visar en del av härden i figur 1 i ett horisontellt snitt genom nivå D. Bränslepatroner 5 med ett i huvudsak kvadratiskt tvärsnitt är anordnade vertikalt i härden med ett visst avstånd från varandra. Därvid bildas ett rutmönster av vertikalt gående spalter mellan bränslepatronerna. Snittet innehåller 36 bränslepatroner. Totala antalet bränslepatroner i ett helt tvärsnitt uppgår till flera hundra. Reaktorhärden innefattar ett flertal parallellt med bränslepatronerna i de vertikalt gående spalterna placerade styrstavar 6. I de vertikalt gående spalterna finns även LPRM-detektorer 4D1 - 4D9 anordnade.

Figur 3 visar i ett blockschema en utföringsform av en anordning för detektering av instabilitet i härden. I praktiken har det visat sig att härdsvängningar i första hand uppträder i den undre delen av härden. I en föredragen utföringsform detekteras svängningar endast hos LPRM-detektorerna i de två lägsta (C, D) i härden. Samtliga detektorer i de två lägsta nivåerna indelas i fyra detektorgrupper 8a, 8b, 8c, 8d. nivåerna Detektorer som sitter i samma neutrondetektorrör tillhör samma detektorgrupp. Detektorerna i en detektorgrupp är valda så att så stora delar som möjligt av härden blir representerade i varje grupp .

Till varje detektorgrupp hör en grupp svängningsdetektorer 9a, 9b, 9c, 9d. Varje LPRM-detektor i detektorgruppen är ansluten till en svängningsdetektor i motsvarande grupp av svängningsdetektorer. Svängningsdetektorn detekterar svängningar i utsignalen från LPRM-detektorn. En svängningsdetektor har två utsignaler (K, R), den ena ger larm för en kvarstående svängning (K), och den andra ger larm för en roterande svängning (R). Om 502.816 en detektor är eller misstänks vara defekt blockeras larm- signalerna frän motsvarande svängningsdetektor manuellt.

Utsignalerna frän en grupp svängningsdetektorer sammanställs i en larmenhet lOa, 10b, 10c, l0d. Utsignalerna frän samtliga larmenheter La, Lb, Lc, Ld, överförs till ett reaktorskydds- system ll för vidare behandling.

Som ett exempel visas i figur 3 hur utsignalen Sa frän LPRM- detektorn 4D1 behandlas. Sa utgör insignal till svängnings- detektorn l2a, som detekterar om insignalen Sa svänger, och om den svänger avgörs om det är en kvarstående eller roterande svängning. Utsignalerna Ka och Ra frän svängningsdetektorn förs vidare till larmenheten lOa, men kan även utgöra information till operatören. Larmenheten avgör om reaktorskyddssystemet 11 ska larmas. Larm till reaktorskyddssystemet sker via larmsignalen LA. Pä motsvarande sätt behandlas utsignalerna frän de övriga LPRM-detektorerna.

Larmenheten larmar reaktorskyddssystemet om ett valbart larmkriterium är uppfyllt. Ett lämpligt larmkriterium kan t ex vara att minst tvä av LPRM-detektorerna i detektorgruppen svänger. Om detektorn svänger pä grund av en roterande eller kvarstäende härdsvängning har ingen betydelse för uppfyllandet av larmkriteriet. Reaktorskyddssystemet initierar automatiskt delsnabbstopp av reaktorn om ett valbart snabbstoppskriterium är uppfyllt. Ett lämpligt snabbstoppskriterium är att minst tva av larmenheterna larmar. Vilken sorts svängning (roterande eller kvarstäende) som har gett upphov till ett larm kan ges som information till en reaktoroperatör. Det kan t ex också vara av intresse för reaktoroperatören att se vilka enskilda detektorer som larmar.

Figur 4a visar ett exempel pä en kvarstäende svängning i utsignalen frän en LPRM-detektor. TAV utgör detektorsignalens tidsmedelvärde. Instabilitet uppkom plötsligt pä grund av en tillfällig händelse, t ex en kylpump som stannade. Utsignalen svänger runt sitt tidsmedelvärde med ungefär konstant max och min amplitud. Periodtiden för en kvarstäende svängning betecknas T. Frekvensen för svängningarna vid instabilitet varierar mellan 502 816 ß' olika reaktorer, och är oftast känd för en enskild reaktor.

Troligen beror frekvensen bl a pä ofullkomligheter i härdens effektreglersystem, dvs det system som reglerar härdkylpumparnas flöde. Reaktorn i detta exempel svänger med en frekvens av ca 0.5 Hz vid instabilitet, vilket innebär att periodtiden T är ca tvä sekunder.

En svängning har detekterats när utsignalen frän LPRM-detektorn uppfyller ett svängningskriterium. Svängningskriteriet innebär att detektorns utsignal under ett svängningsintervall, med en förutbestämd tidslängd, minst en gäng överstiger en övre gräns. vilken utgörs av summan av tidsmedelvärdet TAV och ett övre gränsvärde AG1, (TAV + AGl), och minst en gäng understiger en undre gräns, vilken utgörs av differensen mellan tidsmedelvardet TAV och ett undre gränsvärde AG2, (TAV - AG2). En kvarstäende svängning är en svängning för vilken svängningskriteriet är uppfyllt under en längre tid.

För att uppfylla svängningskriteriet mäste bäde den övre gränsen överskridas och den undre gränsen underskridas. Om endast den övre gränsen överskrids, eller endast den undre gränsen underskrids, kan detta vara ett tecken pä en effektuppgäng eller en effektnedgäng, vilket inte fär utlösa larm. Korta slumpmässigt uppträdande svängningar kan ibland uppkomma utan att för den skull vara ett tecken pä en härdinstabilitet. Den typen av svängningar fär inte ge upphov till larm. Larm fär endast utlösas när detektorsignalen fortlöpande svänger omkring sitt eget medelvärde, eller dä svängningarna äterkommer med jämna mellanrum, sk roterande svängningar.

I figur 4b visas ett exempel pä hur en roterande svängning kan se ut. Den roterande svängningen utgörs av en kvarstäende svängning med periodtiden T, vars amplitud varierar periodiskt.

Periodtiden för den roterande svängningen, dvs tiden mellan tvä amplitudmaximum, betecknas Trotl och är större än eller lika med periodtiden för den kvarstäende svängningen T. För en roterande svängning gäller att svängningskriteriet endast är uppfyllt under en del av periodtiden Trot. Resten av periodtiden är svängningarna för smä för att uppfylla svängningskriteriet. 7 502.816 Figur 5 visar mera i detalj svängningsdetektorn 12a i figur 3.

LPRM-detektorns utsignal Sa filtreras härt i ett filter 13, vars utsignal TAV motsvarar tidsmedelvärdet av utsignalen Sa. För att ta bort onödigt höga brussignaler frän utsignalen Sa filtreras den lätt i ett filter 14. I en jämförare 15 jämförs den brusreducerade signalen med sitt eget tidsmedelvärde TAV. Om den brusreducerade signalen överstiger den övre gränsen (TAV + AG1) genereras en puls P pä jämförarens positiva utgäng, och om den brusreducerade signalen understiger den undre gränsen (TAV - AG2) genereras en puls N pá jämförarens negativa utgäng. Dessa bada pulser förlängs i varsin pulsförlängare 16a, l6b en förlängningstid T2 motsvarande svängningsintervallet. En pulsförlängare fungerar sä att om en signal pä dess ingäng gär läg sä nollställs inte pulsförlängarens utgäng förrän efter den inställda förlängningstiden. Om en ny puls skulle komma in pä ingängen innan förlängningstiden gätt ut kommer utgángen inte att nollställas.

De förlängda pulserna sammanställs i en "och"-krets 17.

Utsignalen frän "och"-kretsen, kallad svängningssignalen SS, indikerar att svängningskriteriet är uppfyllt. Svängnings- signalen fär inte nollställas bara för att ett överskridande av den övre gränsen, eller ett understigande av den undre gränsen missas av jämföraren. Svängningsintervallet bör därför täcka drygt tvä perioder av den sökta svängningen. I detta exempel är det lämpligt att sätta svängningsintervallet till fem sekunder, vilket täcker 2.5 perioder.

I en fördröjningskrets 18 filtreras alla kortvariga larm bort, t ex larm orsakade av roterande svängningar. Fördröjnings- intervallet T3 utgör ett gränsvärde för den minsta tid som en svängning ska fortgä för att räknas som en kvarstäende svängning. Utsignalen Ka frän fördröjningskretsen 18 är en larmsignal för kvarstäende svängningar Ka. I detta exempel är fördröjningsintervallet 30 sekunder. Utsignalen Ka frän fördröjningskretsen 18 ger endast larm vid kvarstäende svängningar, dvs svängningar som varar mer än 30 sekunder. 502 816 8 En roterande svängning kan ha en frekvens frot i intervallet från noll upp till frekvensen för den kvarstående svängningen, (0Hz < frot < 0.5Hz). Roterande svängningar med låga frekvenser uppfyller svängningskriteriet under fördröjningsintervallet, och ger därmed upphov till larm för kvarstående svängningar. Hur hög frekvensen för en roterande svängning kan vara för att uppfattas som en kvarstående svängning bestäms av längden på fördröjnings- intervallet. Ju kortare fördröjningsintervall desto högre frekvens har de roterande svängningar som detekteras som kvarstående svängningar. Vid detektering av roterande svängningar måste en lägsta detekterbar frekvens väljas. Om hela frekvensintervallet ska kunna täckas väljs den lägsta detekterbara frekvensen beroende av längden på fördröjningsintervallet.

För identifiering av roterande svängningar ner till en vald lägsta frekvens ansluts svängningssignalen SS, som visar om svängningskriteriet är uppfyllt, till en pulsförlängare 19 som förlänger svängningssignalen under ett larmintervall Tl, motsvarande periodtiden för den valda lägsta frekvensen. Den pä så vis förlängda svängningssignalen FSS kvarstår vid periodiskt återkommande svängningar med frekvenser över den valda lägsta frekvensen. För att vara säker på att det är en återkommande svängning fördröjs larmet i en fördröjningskrets 20 en fördröjningstid T4, motsvarande ett bestämt antal n larmintervall (T4 = n * Tl). fem stycken, vilket ger fördröjningstiden T4 = 5 * Tl. Larm Ett lämpligt antal larmintervall är utgår endast om den förlängda svängningssignalen FSS ligger hög under hela fördröjningstiden T4.

Larmsignalen LR ut från fördröjningskretsen 20 larmar både vid kvarstående och roterande svängningar. För att spärra bort larm för kvarstående svängningar ansluts larmsignalen LR till ena ingången på en "och"-krets 21, och larmsignalen för kvarstående svängningar Ka ansluts till dess andra ingång som är en inverterad ingång. Utsignalen Ra från "och"-kretsen 21 är en renodlad larmsignal för roterande svängningar. Larmsignalerna Ka och Ra överförs till larmenheten, under förutsättning att LPRM-

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 9 502816 detektorn inte är defekt. Om nägot är eller misstänks vara fel pä detektorn kommer larmsignalerna Ka och Ra att blockeras. En fördel med uppfinningen är att även lokala svängningar kan detekteras. Detta är möjligt tack vare att svängningarna detekteras direkt i utsignalen för varje enskild neutrondetektor, och inte i en kombination av utsignaler frän ett flertal detektorer. En annan fördel med uppfinningen är att svängningar med konstant amplitud kan detekteras, eftersom det inte finns nagot krav pá växande amplitud hos svängningen. Ovan har beskrivits en utföringsform av uppfinningen som består av separata enheter. Inom ramen för uppfinningen finns olika utföringsformer som kan bestà av mer eller mindre integrerade. eventuellt programstyrda utföranden. I detta utföringsexempel utnyttjas samtliga LPRM-detektorer fràn de tva lägsta niväerna i härden för detektering av instabilitet, men givetvis kan ett valfritt antal detektorer frän alla nivåerna utnyttjas. PATENTKRAV
1. l. Förfarande för att detektera instabilitet i en härd i en kärnreaktor av kokarvattentyp (BWR) innefattande ett flertal neutrondetektorer, och där instabilitet detekteras utgäende frän svängningar i neutrondetektorernas utsignaler, k ä n n e t e c k n a t a v att en första larmsignal (LR) genereras om utsignalen frän en neutrondetektor uppfyller minst ett svängningskriterium under vart och ett av ett förutbestämt (Tl). antal pä varandra följande larmintervall med en förutbestämd tidslängd.
2. 2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att en svängningssignal (SS) genereras om utsignalen frän neutrondetektorn uppfyller svängningskriteriet, vilket svängningskriterium bestäms av att utsignalen antar åtminstone 10 15 20 25 30 35 502 816 10 ett övre extremvårde som överstiger en övre gräns, och åtminstone ett undre extremvärde som understiger en undre gräns under ett svängningsintervall (T2) med en förutbestämd tidslängd.
3. 3. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda övre gräns överstiges om skillnaden mellan utsignalens tidsmedelvärde (TAV) och dess övre extremvärde är större än ett i förväg bestämt värde (AG1), respektive att nämnda undre gräns understiges om skillnaden mellan utsignalens tidsmedelvärde och dess undre extremvärde är större än ett i förväg bestämt värde (AG2).
4. 4. Förfarande enligt patentkrav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a t a v att en larmsignal för kvarstående genereras om svängningssignalen (SS) kvarstår med en förutbestämd svängningar (Ka) under ett fördröjningssintervall (T3), tidslängd.
5. 5. Förfarande enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a t a v att baserat pä nämnda larmsignal (LR) och pä nämnda larmsignal för kvarstående svängningar (Ka) genereras en larmsignal för roterande svängningar (Ra), under förutsättning att nämnda första larmsignal (LR) finnes och att ingen larmsignal för kvarstående svängningar (Ka) finnes.
6. 6. Anordning för att detektera instabilitet i en härd i en kärnreaktor av kokarvattentyp (BWR) innefattande ett flertal neutrondetektorer, med utgångspunkt från en svängningssignal (SS) en neutrondetektor är uppfyllt, som anger att ett svängningskriterium för en utsignal från k ä n n e t e c k n a d a v att anordningen för var och en av ett antal neutrondetektorer innefattar (19) genom att förlänga svängningssignalen (SS) - organ för generering av en förlängd svängningssignal (FSS). förutbestämd tidslängd. motsvarande ett larmintervall (Tl), och med en - ett första fördröjningsorgan (20), för generering av en första larmsignal (LR) om den förlängda svängningssignalen (FSS) 10 15 20 25 30 11 502 8% kvarstär under ett fördröjningsintervall (T4), motsvarande ett förutbestämt antal larmintervall (T1).
7. 7. Anordning enligt krav 6 k ä n n e t e c k n a d a v att anordningen innefattar - ett andra fördröjningsorgan (l8), för generering av en larmsignal för kvarstående svängningar (Ka) om svängningssignalen (SS) kvarstär under ett tidsintervall (T3). med en förutbestämd längd, och - organ (21) för generering av en larmsignal för roterande svängningar (Ra) vid närvaro av den första larmsignalen (LR) och fränvaro av larmsignalen för kvarstående svängningar (Ka).
8. 8. Anordning enligt krav 7 k ä n n e t e c k n a d a v att anordningen innefattar - jämförelsedon (15), avsett att för en utsignal frän en neutrondetektor bilda skillnaden mellan utsignalen och dess tidsmedelvärde, samt att generera en överskridandesignal (P) om skillnaden överstiger en övre gräns, och generera en underskridandesignal (N) om skillnaden understiger en undre gräns, - organ (l6a, 16b) för förlängning av överskridandesignalen (P) och underskridandesignalen (N) med en förutbestämd tidslängd, motsvarande ett svängningsintervall (T2), och - organ (17) anordnade att avge nämnda svängningssignal (SS) vid samtidig närvaro av den förlängda överskridandesignalen och den förlängda underskridandesignalen.
9. 9. Anordning enligt krav 8 k ä n n e t e c k n a d a v att anordningen innefattar - ett filter (13) för generering av tidsmedelvärdet av utsignalen frän en neutrondetektor.