SE504945C2

SE504945C2 - Method and apparatus for monitoring the stability of a boiler water reactor

Info

Publication number: SE504945C2
Application number: SE9503333A
Authority: SE
Inventors: Jacek Bujak; Juan Jaliff; Camilla Rotander; Marek Stepniewski
Original assignee: Asea Atom Ab
Priority date: 1995-09-27
Filing date: 1995-09-27
Publication date: 1997-06-02
Also published as: WO1997012375A1; SE9503333L; SE9503333D0

Abstract

Supervision with respect to the stability of a reactor core in a boiling water reactor plant. In a first calculating means (17), the internal state of the reactor core is determined on the basis of known operating data from the reactor plant. In dependence on sensed operating data and the calculated internal state, the behaviour of the reactor core for a number of preselected events affecting the stability of the core is continuously simulated in a simulation means (19). In a second calculating means (20), the stability of the reactor core is determined, based on the simulated behaviour of the reactor plant, and an alarm signal is generated if a predetermined stability criterion is not fulfilled.

Description

504 945 2 i förhållandet mellan vatten och ånga i kylkanalerna. Om dessa variationer i vattenflödet inte dämpas pà naturlig väg, t ex genom friktion i kylkanalerna, kanalinloppen eller yttre kretsar, Eftersom vatten kan de växa till ihållande svängningar. är en bättre moderator än ånga kommer dessa flödessvängningar också att resultera i svängningar i effekten. 504 945 2 in the ratio of water to steam in the cooling ducts. If these variations in the water flow are not dampened in a natural way, for example by friction in the cooling ducts, duct inlets or external circuits, as water can grow into sustained oscillations. is a better moderator than steam, these flow fluctuations will also result in fluctuations in power.

En reaktorhärd är instabil när dess effekt svänger odämpat.A reactor core is unstable when its power swings undamped.

Effektsvängningen kan antingen vara global, dvs effekten i hela härden svänger, eller lokal, dvs effekten i någon eller nâgra kylkanaler svänger. Svängningar i effekt och kylflöde kan resultera i överskridande av fastställda marginaler för bränslet, vilket i sin tur kan leda till bränsleskador. En instabilitet i reaktorhärden måste därför förebyggas.The power oscillation can be either global, ie the power in the entire core oscillates, or local, ie the power in one or more cooling channels oscillates. Fluctuations in power and cooling flow can result in exceeding established margins for the fuel, which in turn can lead to fuel damage. An instability in the reactor core must therefore be prevented.

Stabilitetsegenskaperna för varje individuell kokarreaktor beror dels på reaktorns konstruktion och dels på härdens driftpunkt med avseende pà effekt och kylflöde, aktuella utbrännings- tillstànd samt aktuell effektfördelning. Dessutom påverkas stabilitetsegenskaperna av förslitningar i reaktorns regler- system, associerade pumpar, ställdon, ventiler etc. Marginalerna mot termohydraulisk instabilitet minskar med ökande effekt och minskande kylflöde, och beror därutöver på effektens fördelning i kylkanalerna. Därav följer att risken för instabilitet är störst när reaktorn körs i ett driftomràde som karakteriseras av hög effekt och làgt kylflöde. Det driftomràde där instabilitet kan tänkas uppträda kallas i fortsättningen för reaktorns risk- område. I vissa fall kan försämrad stabilitet uppträda till följd av att ett fel uppstår i reaktorn, exempelvis på grund av att någon komponent går sönder.The stability properties of each individual boiler reactor depend partly on the design of the reactor and partly on the operating point of the core with regard to power and cooling flow, current burn-out conditions and the current power distribution. In addition, the stability properties are affected by wear in the reactor's control system, associated pumps, actuators, valves, etc. The margins against thermohydraulic instability decrease with increasing power and decreasing cooling flow, and also depend on the power distribution in the cooling ducts. It follows that the risk of instability is greatest when the reactor is run in an operating range that is characterized by high power and low cooling flow. The operating area where instability may occur is hereinafter referred to as the reactor's risk area. In some cases, deterioration in stability may occur as a result of a fault in the reactor, for example due to a component failure.

I praktiken vill man givetvis inte råka ut för stabilitets- problem under drift och försöker därför undvika att köra inom riskområdet. För att undvika att hamna i riskomràdet undersöks i förväg vilka drifttillstánd och driftsituationer som kan för- väntas ha acceptabla stabilitetsmarginaler och vilka andra som ej bör tillåtas för normal drift. Dessa undersökningar sker via förberäkningar med utnyttjande av dynamiska modeller av hela tillåtna drift- reaktorsystemet. Risken är dock stor att de 504 945 vilket medför att 3 områdena blir onödigt snävt tilltagna, reaktorn inte utnyttjas optimalt.In practice, of course, you do not want to encounter stability problems during operation and therefore try to avoid driving within the risk area. To avoid ending up in the risk area, it is examined in advance which operating conditions and operating situations can be expected to have acceptable stability margins and which others should not be allowed for normal operation. These investigations are carried out via pre-calculations using dynamic models of the entire permitted operating reactor system. However, there is a great risk that the 504 945, which means that the 3 areas will be unnecessarily narrow, the reactor will not be used optimally.

Ytterligare en nackdel är att trots att acceptabla stabilitets- marginaler bedömts föreligga vid förberäkningarna finns en risk för att instabilitet oväntat kan inträffa till följd av händelser som ej har kunnat förutses. Det är svårt att i förväg förutsäga vilka som är de mest ogynnsamma driftsförhållandena under en följande driftsperiod. Det kan inträffa oförutsedda händelser som påverkar stabiliteten som inte har tagits med i beräkningarna. Exempel på en sådan relativt vanlig händelse som är svår att förutse är att en styrstav under drift fastnar i härden (stuck rod). En sådan händelse initierar en förändring av de övriga stystavslägena vilket i sin tur påverkar effekt- fördelningen i härden och kan därmed förändra härdens marginal mot stabilitet. Stabiliteten kan påverkas både positivt och negativt beroende på vilken av styrstavarna som fastnar och i vilket läge den fastnar.Another disadvantage is that despite the fact that acceptable stability margins have been judged to exist in the preliminary calculations, there is a risk that instability may occur unexpectedly as a result of events that could not have been foreseen. It is difficult to predict in advance which are the most unfavorable operating conditions during a subsequent operating period. Unforeseen events can occur that affect the stability that have not been included in the calculations. An example of such a relatively common event that is difficult to predict is that a control rod gets stuck in the core (stuck rod) during operation. Such an event initiates a change in the other star rod positions, which in turn affects the power distribution in the core and can thus change the core's margin towards stability. The stability can be affected both positively and negatively depending on which of the control rods gets stuck and in which position it gets stuck.

För att övervinna dessa nackdelar har det utvecklats metoder för att så tidigt som möjligt detektera om härden är instabil så att åtgärder kan sättas in för att få den stabil igen innan någon skada har skett. känner av om effekten i någon del av reaktorhärden svänger genom I US 5,174,946 beskrivs en utrustning som att detektera tidiga svängningar i utsignalerna från neutron- flödesdetektorerna. När en sådan svängning har detekterats larmas en reaktoroperatör som kan vidta lämpliga åtgärder för att få härden stabil igen. Exempel på åtgärder som operatören kan vidta är att ändra kylflödet eller styrstavslägena.To overcome these disadvantages, methods have been developed to detect as early as possible whether the core is unstable so that measures can be taken to make it stable again before any damage has occurred. detects if the power in any part of the reactor core oscillates through U.S. Pat. No. 5,174,946 describes an equipment such as detecting early oscillations in the output signals from the neutron flow detectors. When such an oscillation has been detected, a reactor operator is alerted who can take appropriate measures to make the core stable again. Examples of measures that the operator can take are to change the cooling flow or the control rod positions.

Ett problem är att effektsvängningarna kan växa mycket snabbt. I ~värsta fall kan det ta bara några minuter från det att ut- signalen från en neutronflödesdetektor börjar att svänga till dess att hela härden svänger. Risken är då stor att enda sättet att stoppa svängningen innan den förorsakar allvarliga skador är att utlösa ett snabbstopp (scram) av reaktorn. Ett snabbstopp av en reaktor innebär stora olägenheter på grund av effektbortfall och medför alltid stora kostnader. Ett snabbstopp utlöst på grund av en instabil härd ger också dålig publicitet åt reaktorn 504 945 4 och är i sig självt en riskfaktor då säkerhetsutrustningen sätts på prov.One problem is that the power fluctuations can grow very fast. In the worst case, it may take only a few minutes from the time the output of a neutron flux detector begins to oscillate until the entire core oscillates. The risk is then great that the only way to stop the oscillation before it causes serious damage is to trigger a quick stop (scram) of the reactor. A quick stop of a reactor means major inconveniences due to loss of power and always entails large costs. A quick stop triggered due to an unstable core also gives poor publicity to the reactor 504 945 4 and is in itself a risk factor when the safety equipment is put to the test.

Problemet med en stabilitetsövervakning som bygger pà principen att detektera svängningar i utsignalerna från neutronflödes- detektorerna är att härden då redan är instabil och att det då kan vara för sent att sätta in åtgärder för att få härden stabil igen. Ett snabbstopp av hela reaktorn kan då vara den enda lösningen som återstår.The problem with a stability monitoring that is based on the principle of detecting oscillations in the output signals from the neutron flow detectors is that the core is then already unstable and that it may then be too late to take measures to make the core stable again. A quick stop of the entire reactor may then be the only solution left.

SAMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att anvisa en metod och en anordning som så tidigt som möjligt under drift ger reaktor- operatören en indikation om att härden riskerar att bli instabil, så att operatören kan vidta lämpliga åtgärder för att förhindra att instabilitet inträffar.SUMMARY OF THE INVENTION The object of the invention is to provide a method and a device which as early as possible during operation gives the reactor operator an indication that the core risks becoming unstable, so that the operator can take appropriate measures to prevent instability from occurring.

Vad som kännetecknar en metod och en anordning enligt upp- finningen framgår av bifogade patentkrav.What characterizes a method and a device according to the invention appears from the appended claims.

När härden redan är instabil, dvs när effekten i härden har börjat att svänga, kan det vara för sent att sätta in åtgärder för att få härden stabil igen. Uppfinningen bygger på idén att kontinuerligt under drift inte bara detektera om reaktorn är instabil utan också prediktera om det finns risk för att reaktorn blir instabil. Om det föreligger en risk för att reaktorn kan bli instabil genereras en larmsignal. Predik- teringen sker med utgångspunkt från aktuella data om härdens effektfördelning, kylflöde, bränslets utbränning, styrstavs- positioner etc.When the core is already unstable, ie when the effect in the core has started to fluctuate, it may be too late to take measures to make the core stable again. The invention is based on the idea of continuously during operation not only detecting whether the reactor is unstable but also predicting whether there is a risk that the reactor will become unstable. If there is a risk that the reactor may become unstable, an alarm signal is generated. The prediction is based on current data on the hearth's power distribution, cooling flow, fuel burnout, control rod positions, etc.

När reaktorn körs inom riskomràdet är det flera olika faktorer som spelar in om reaktorn blir instabil eller ej. Det har t ex observerats att härdens stabilitet är beroende av den axiella -och den radiella effektfördelningen i härden. En botten- förskjuten effektfördelning, dvs effekten är högst i botten av härden, har en negativ inverkan pá reaktorns stabilitet. Ur 504 945 stabilitetssynpunt bör reaktorn istället ha en toppförskjuten effektfördelning.When the reactor is run within the risk area, several different factors come into play if the reactor becomes unstable or not. For example, it has been observed that the stability of the core depends on the axial and radial power distribution in the core. A bottom-shifted power distribution, ie the power is highest at the bottom of the core, has a negative effect on the stability of the reactor. From a 504,945 stability point of view, the reactor should instead have a top-shifted power distribution.

Effektfördelningen påverkas av kylflödet och är mer botten- förskjuten vid ett làgt kylflöde. När kylflödet ökar minskar ànginnehállet och effekten ökar successivt mot toppen. Även styrstavarna påverkar effektfördelningen. Eftersom styrstavarna innehåller neutronabsorberande material minskar effekt- genereringen i den del av härden där styrstavarna är inskjutna.The power distribution is affected by the cooling flow and is more bottom-shifted at a low cooling flow. As the cooling flow increases, the steam content decreases and the effect gradually increases towards the top. The control rods also affect the power distribution. Since the control rods contain neutron-absorbing material, the power generation in the part of the core where the control rods are inserted decreases.

I en kokarvattenreaktor är styrstavarna anordnade att föras in i härden underifrån. Om styrstavarna skjuts in en bit i reaktor- härden àstadkommes en toppförskjutning av effektfördelningen varvid härden blir mera stabil.In a boiling water reactor, the control rods are arranged to be introduced into the core from below. If the control rods are pushed a bit into the reactor core, a peak displacement of the power distribution is achieved, whereby the core becomes more stable.

Under drift kan styrstavarnas lägen behöva ändras av olika orsaker. Denna ändring kan förskjuta effektfördelningen i härden mot en mera bottenförskjuten effektfördelning vilket betyder en försämring av stabiliteten. Om reaktorn körs inom riskomràdet kan en mindre förändring av styrstavslägena orsaka instabilitet.During operation, the positions of the control rods may need to be changed for various reasons. This change can shift the power distribution in the core towards a more bottom-shifted power distribution, which means a deterioration of the stability. If the reactor is operated within the risk area, a minor change in the control rod positions may cause instability.

Pà samma sätt kan en mindre förändring av kylflödet orsaka instabilitet.In the same way, a small change in the cooling flow can cause instability.

Vissa förändringar påverkar inte stabiliteten omedelbart utan det sker en viss fördröjning innan resultatet av förändringen visar sig. Exempelvis kan en förändring av Xenonhalten ge en fördröjning pá ett antal timmar innan dess påverkan pá stabiliteten slár fullt ut. En sådan händelse lämpar sig utmärkt för att prediktera.Some changes do not affect stability immediately, but there is a certain delay before the result of the change appears. For example, a change in the xenon content can cause a delay of a number of hours before its effect on stability takes full effect. Such an event is well suited for preaching.

Under normal drift befinner sig reaktorn utanför riskomràdet.During normal operation, the reactor is outside the danger area.

Vissa oförutsägbara händelser kan fà en reaktor som befinner sig utanför riskomràdet att hamna inom riskomràdet. Exempel pà sådana händelser är att någon av cirkulationspumparna stannar varvid kylflödet minskar, en ventil fastnar i ett visst läge eller en förvärmare till matarvattnet slutar att fungera. När reaktorn har hamnat inom riskomràdet kan det räcka med en liten förändring av t ex styrstavslägena för att reaktorn ska bli instabil. 504 945 6 Predikteringen innebär att med kännedom om härdens aktuella tillstånd, såsom aktuell effektfördelning, bränslets utbränning, aktuella styrstavspositioner och aktuellt kylflöde, simuleras reaktorhärdens uppförande för ett antal förutvalda händelser som påverkar härdens stabilitet. Utifrån reaktoranläggningens simulerade uppförade utföres en stabilitetsbestämning av reaktorhärden och en larmsignal bildas om ett förutbestämt stabilitetskriterium inte uppfylls.Some unpredictable events can cause a reactor that is outside the risk area to end up within the risk area. Examples of such events are that one of the circulation pumps stops, whereby the cooling flow decreases, a valve gets stuck in a certain position or a preheater to the feed water stops working. When the reactor has ended up within the risk area, a small change in, for example, the control rod positions may be sufficient for the reactor to become unstable. 504 945 6 The prediction means that with knowledge of the current state of the core, such as current power distribution, fuel burnout, current control rod positions and current cooling flow, the reactor core behavior is simulated for a number of preselected events that affect the core stability. Based on the simulated construction of the reactor plant, a stability determination of the reactor core is performed and an alarm signal is formed if a predetermined stability criterion is not met.

Fördelarna med uppfinningen är att den ger en tidig indikation på att härden håller pà att bli instabil. Det faktum att det hela tiden är härdens aktuella tillstånd som ligger till grund för predikteringen ger en hög säkerhet i predikteringen.The advantages of the invention are that it gives an early indication that the core is becoming unstable. The fact that it is always the current state of the hearth that is the basis for the prediction provides a high degree of certainty in the prediction.

Oförutsedda händelser som har inträffat tidigare under drift- cykeln, såsom att en eller flera styrstavar har fastnat, kommer med vid predikteringen. Uppfinningen kan implementeras som en del av det härdövervakningssystem som redan finns anordnat i de flesta kokarvattenreaktorer. Uppfinningen kan använda samma dator och samma presentationsystem som härdövervakningssystemet, vilket betyder att både kostnad för installation av uppfinningen och utrymme sparas.Unforeseen events that have occurred earlier during the operating cycle, such as one or more control rods getting stuck, are included in the prediction. The invention can be implemented as part of the core monitoring system already provided in most boiling water reactors. The invention can use the same computer and the same presentation system as the core monitoring system, which means that both the cost of installing the invention and space are saved.

FIGURBESKRIVNING Figur l visar en schematisk bild av en kokarvattenreaktor innefattande ett härdövervakningssystem.DESCRIPTION OF THE FIGURES Figure 1 shows a schematic view of a boiling water reactor comprising a core monitoring system.

Figur 2 visar ett blockschema över ett härdövervakningssystem innefattande en stabilitetsövervakning enligt uppfinningen.Figure 2 shows a block diagram of a core monitoring system comprising a stability monitoring according to the invention.

Figur 3 visar i form av ett flödesschema principen för genomförandet av stabilitetspredikteringen.Figure 3 shows in the form of a flow chart the principle for the implementation of the stability prediction.

BESKRIVNING AV EN UTFÖRINGSFORM I figur l visas ett exempel på en kokarvattenreaktor inne- fattande ett härdövervakningssystem. Reaktorns härd 1 inne- håller bränsle i form av bränslestavar mellan vilka kylvatten pumpas. Härden omges av en tryckhållande reaktortank 2. 594 945 7 Värmeutvecklingen i bränslestavarna får kylvattnet att koka och ånga bildas. Reaktorns effekt styrs med styrstavar 3, samt med de cirkulationspumpar 4 som för kylvattnet uppåt genom härden. Den producerade ångan levereras via ång- ledningar 5 till turbinen 6 som driver generatorn 7 där elektrisk energi alstras, varefter ångan kondenseras till vatten i kondensorn 8. Vattnet àterförs till reaktortanken 2 via en matarvattenledning 9 med hjälp av matarvattenpumpen .DESCRIPTION OF AN EMBODIMENT Figure 1 shows an example of a boiling water reactor comprising a core monitoring system. The reactor core 1 contains fuel in the form of fuel rods between which cooling water is pumped. The core is surrounded by a pressure-retaining reactor tank 2. 594 945 7 The heat development in the fuel rods causes the cooling water to boil and steam to form. The power of the reactor is controlled by control rods 3, as well as by the circulation pumps 4 which carry the cooling water upwards through the core. The produced steam is delivered via steam lines 5 to the turbine 6 which drives the generator 7 where electrical energy is generated, after which the steam is condensed to water in the condenser 8. The water is returned to the reactor tank 2 via a feed water line 9 by means of the feed water pump.

För övervakning av reaktorn avkänns ett antal driftdata, med utnyttjande av speciella mätutrustningar. Exempel på sådana avkända driftdata är matarvattenflödet, kylvattenflöde, matar- vattentemperatur, styrstavspositioner, trycket i reaktortanken och reaktorns effekt. De fysikaliska insignalerna till mätutrustningarna omvandlas i dessa till elektriska utsignaler som vidarbefordras som insignaler till ett härdövervaknings- system ll. Utifrån dessa insignaler beräknas i härdövervaknings- systemet ett antal storheter som är av vikt för härdens övervakning. Dessa storheter presenteras för en reaktoroperatör 12 som bedömer om åtgärder måste vidtas.For monitoring the reactor, a number of operating data are sensed, using special measuring equipment. Examples of such sensed operating data are the feed water flow, cooling water flow, feed water temperature, control rod positions, the pressure in the reactor tank and the power of the reactor. The physical inputs to the measuring equipment are converted in these into electrical outputs which are forwarded as inputs to a core monitoring system II. Based on these input signals, a number of quantities are calculated in the core monitoring system that are important for the core monitoring. These quantities are presented to a reactor operator 12 who assesses whether measures must be taken.

Figur 2 visar ett blockschema över ett härdövervakningssystem ll. Härdövervakningssystemet ll innefattar dels en stabilitets- detektorenhet 13 som detekterar om härden är instabil, dels en stabilitetsprediktorenhet 14 som fortlöpande predikterar om härden kommer att bli instabil, och dels ett övervakningsorgan som beräknar övriga storheter som är nödvändiga för härdens övervakning. Utsignalerna från de olika enheterna sammanställs och presenteras för operatören i en gemensam presentationsenhet 16.Figure 2 shows a block diagram of a core monitoring system II. The core monitoring system II comprises a stability detector unit 13 which detects if the core is unstable, a stability predictor unit 14 which continuously predicts whether the core will become unstable, and a monitoring means which calculates other quantities necessary for the core monitoring. The output signals from the different units are compiled and presented to the operator in a common presentation unit 16.

En stabilitetsparameter avspeglar härdens grad av instabilitet.A stability parameter reflects the degree of instability of the core.

Den idag mest använda stabilitetsparametern är dämpkvoten för effekten (decay ratio). Dämpkvoten definieras som förhållandet mellan två på varandra följande amplitudmaxima i svaret på en störning. Dämpkvoten 1 karakteriserar odämpade svängningar med konstant amplitud och anger gränsen till instabilitet. För dämpade svängningar är dämpkvoten mindre än 1, och differensen 504 945 8 mellan l och beräknad dämpkvot utgör ett bra mått pà stabilitetsmarginalen. härd. exponentiellt med tiden. Dämpkvoten överstiger därvid värdet 1.The most commonly used stability parameter today is the decay ratio. The attenuation ratio is defined as the ratio of two consecutive amplitude maxima in response to a disturbance. The attenuation ratio 1 characterizes undamped oscillations with constant amplitude and indicates the limit of instability. For damped oscillations, the damping ratio is less than 1, and the difference 504 945 8 between 1 and the calculated damping ratio is a good measure of the stability margin. hearth. exponentially with time. The damping ratio then exceeds the value 1.

Ju större differensen är desto stabilare I ett instabilt system uppträder svängningar som tillväxer För att kunna avgöra om härden riskerar att bli instabil behövs kännedom om den aktuella effektfördelningen i härden.The larger the difference, the more stable In an unstable system, oscillations that grow In order to be able to determine whether the core risks becoming unstable, knowledge of the current power distribution in the core is needed.

För detta ändamål används en tredimensionell härdberäknare 17 innefattande en matematisk modell av härden vilken med hjälp av mätvärden för ingående parametrar såsom totalt kylflöde, styrstavspositioner, reaktorns totaleffekt mm kan beräkna den aktuella effektfördelningen i härden. För att härdberäknaren 17 ska kunna utföra nödvändiga beräkningar behövs tillgång till detaljerade uppgifter om bränslet och härden, t ex material och geometri. För att kunna förutsäga hur härden reagerar på förändringar i insignalerna är det också nöd- vändigt att känna till härdens historia, t ex var i drift- cykeln härden befinner sig. Alla dessa nödvändiga data har samlats i ett databibliotek 18. Härdens historia uppdateras kontinuerligt med uppgifter från härdberäknaren 17. Uppgifter från härdberäknaren och databiblioteket används också av övervakningsorganet 15.For this purpose, a three-dimensional hearth calculator 17 is used, comprising a mathematical model of the hearth which, with the aid of measured values for input parameters such as total cooling flow, control rod positions, total reactor power, etc., can calculate the actual power distribution in the hearth. In order for the core calculator 17 to be able to perform the necessary calculations, access to detailed information about the fuel and the core is needed, eg materials and geometry. In order to be able to predict how the core reacts to changes in the input signals, it is also necessary to know the history of the core, for example where in the operating cycle the core is located. All this necessary data has been collected in a data library 18. The history of the hearth is continuously updated with data from the hearth calculator 17. Information from the hearth calculator and the data library is also used by the monitoring body 15.

Stabilitetsprediktorenheten 14 innefattar, förutom härdberäkna- ren 17 och databiblioteket 18, en dynamisk härdsimulator 19 och ett stabilitetsbestämmande organ 20. Härdsimulatorn 19 inne- fattar en matematisk modell av härden och simulerar reaktorns effektfördelningen och kylflödet Reaktorhärdens stabilitet analyse- uppförande, dvs hur effekten, förändras med tiden i härden. ras för ett antal förutvalda händelser som kan orsaka att reaktorn hamnar i riskområdet. Exempel på sådana händelser är att någon av cirkulationspumparna stannar eller att någon av förvärmarna till matarvattnet slutar att fungera.The stability predictor unit 14 comprises, in addition to the core calculator 17 and the data library 18, a dynamic core simulator 19 and a stability determining means 20. The core simulator 19 comprises a mathematical model of the core and simulates the reactor power distribution and cooling flow. with time in the hearth. race for a number of pre-selected events that could cause the reactor to end up in the risk area. Examples of such events are that one of the circulation pumps stops or that one of the preheaters to the feed water stops working.

(CS) implementeras lämpligen i form av ett datorprogram.(CS) is suitably implemented in the form of a computer program.

Härdsimulatorn (SD) Uppbyggnaden av ett sådant program visas i figur 3. I block och det stabilitetsbestämmande organet 31 hämtas information om härdens aktuella tillstånd (Di): S04 945 9 - aktuella mätvärden på processparametrar tex kylflöde och styrstavspositioner, - en aktuell effektfördelning fràn härdberäknaren, - aktuella uppgifter från databiblioteket, tex bränslets utbränning, aktuell isotopsammansättning.The core simulator (SD) The structure of such a program is shown in figure 3. In blocks and the stability determining means 31, information on the current state of the core (Di) is retrieved: S04 945 9 - current measured values of process parameters such as cooling flow and control rod positions, - a current power distribution from the core calculator , - current data from the data library, eg fuel burn - out, current isotope composition.

Därefter simuleras den första av de förutvalda händelserna (n=l), ren pá matarvattnet minskar, block 32. När simuleringen nått t ex att en förvärmare har fallit bort varvid temperatu- fram till en ny stabil driftpunkt beräknas härdens aktuella (Pi), block 33. Därefter simuleras reaktorns uppförande i den nya driftpunkten under en tillstànd i den nya driftpunkten störning i någon av processparametrarna, tex kylflöde eller styrstavspositionerna, block 34. Utsignalen fràn simuleringen I block 35 dvs förhållandet mellan tvà pá varandra kan t ex vara effekten i ett antal punkter i härden. beräknas dämpkvoten, följande amplitudmaxima i utsignalen från simuleringen. Om dämpkvoten överstiger 0.8 genereras en larmsignal, block 36, annars upprepas förfarandet för nästa förutvalda händelse (n=n+l), som t ex kan vara att en av cirkulationspumparna faller bort.Then the first of the preselected events is simulated (n = 1), the purge of the feed water decreases, block 32. When the simulation has reached, for example, that a preheater has fallen off, the temperature up to a new stable operating point is calculated, the current (Pi), block 33. Then the behavior of the reactor in the new operating point is simulated during a state in the new operating point disturbance in one of the process parameters, eg cooling flow or control rod positions, block 34. The output signal from the simulation in block 35, ie the relationship between two number of points in the core. the attenuation ratio is calculated, the following amplitude maxima in the output signal from the simulation. If the attenuation ratio exceeds 0.8, an alarm signal is generated, block 36, otherwise the procedure is repeated for the next preselected event (n = n + 1), which may, for example, be that one of the circulation pumps falls off.

Hur ofta stabilitetpredikteringen kan utföras begränsas av kapaciteten hos den dator pà vilken den implementeras. Det kan vara lämpligt att under reaktordrift upprepa predikteringen en gång per dygn och dessutom varje gång någon förändring har skett i driften.How often the stability prediction can be performed is limited by the capacity of the computer on which it is implemented. It may be appropriate to repeat the prediction once a day during reactor operation and also each time there has been a change in operation.

Härdövervakningssystemet ll innefattar också en möjlighet för operatören att simulera tilltänkta reaktormanövrer och predik- tera om de leder till instabilitet, t ex en förändring av Xenonhalten eller en förändring av styrstavslägena. Om operatö- 'ren t ex planerar en förändring av styrstavarnas lägen kan han via enhet 21 dels läsa in de nya styrstavslägena till stabili- tetsprediktorenheten 14 och dels starta upp en stabilitets- prediktering. Utgående fràn reaktorns aktuella tillstånd och de nya styrstavslägena sker predikteringen i enlighet med block- schemat i figur 3. I härdberäknaren 17 beräknas en ny effekt- fördelning. Istället för aktuella styrstavslägen använder härd- simulatorn 19 de nya styrstavslägena vid simuleringen. På så vis 504 945 kan reaktormanövrer som leder till en förhöjd risk för instabilitet undvikas.The core monitoring system II also includes an option for the operator to simulate intended reactor maneuvers and predict if they lead to instability, such as a change in the xenon content or a change in the control rod positions. If the operator, for example, plans a change in the positions of the control rods, he can, via unit 21, read in the new control rod positions to the stability predictor unit 14 and start up a stability prediction. Based on the current state of the reactor and the new control rod positions, the prediction takes place in accordance with the block diagram in Figure 3. In the core calculator 17, a new power distribution is calculated. Instead of current control rod positions, the core simulator 19 uses the new control rod positions in the simulation. Thus 504 945, reactor maneuvers leading to an increased risk of instability can be avoided.

Stabilitetsdetektorenheten 13 utgörs av ett dataprogram som huvudsakligen består av en algoritm för tidserieanalys av utsignalerna fràn neutronflödesdetektorerna och beräkning av dämpkvoten. Indata till stabilitetsdetektorenheten utgör en delmängd av indata till härdövervakningssystemet. I denna utföringsform utgör stabilitetsdetektorenheten 13 en del av härdövervakningssystemet 11 och använder samma dator och samma presentationssystem som resten av härdövervakningssystemet_ En av fördelarna med att både stabilitetsdetektorenheten och stabilitetsprediktorenheten ingår i härdövervakningssystemet är att de predikterade stabilitetsparametrarna kan verifieras mot de verkliga stabilitetsparametrarna. Verifieringen sker online.The stability detector unit 13 consists of a computer program which mainly consists of an algorithm for time series analysis of the output signals from the neutron flux detectors and calculation of the attenuation ratio. Input data to the stability detector unit constitutes a subset of input data to the core monitoring system. In this embodiment, the stability detector unit 13 forms part of the core monitoring system 11 and uses the same computer and presentation system as the rest of the core monitoring system. The verification is done online.

En fördel med denna utföringsform av uppfinningen är att den kan integreras med ett redan befintligt härdövervakningssystem och utnyttja härdövervakningssystemets dator, presentationssystem och databibliotek. I en annan utföringsform kan givetvis en stabilitetsanalysator enligt uppfinningen implementeras i en fristående dator och med en egen presentationsutrustning.An advantage of this embodiment of the invention is that it can be integrated with an already existing core monitoring system and utilize the core monitoring system's computer, presentation system and data library. In another embodiment, of course, a stability analyzer according to the invention can be implemented in a stand-alone computer and with its own presentation equipment.

Claims

10 15 20 25 30 35 504 945 ll PATENT REQUIREMENTS

A method for monitoring the stability of a reactor core in a boiler reactor plant, wherein - continuously operating data are sensed in the form of values of a number of operating variables from the reactor plant, characterized by operation, - the internal state of the reactor core is calculated depending on sensed operating data, during the reactor - simulates, depending on sensed operating data and the calculated internal state, the behavior of the reactor core for a number of preselected events affecting the stability of the core, - performs a stability determination of the reactor core from the simulated structure of the reactor plant,

Method according to claim 1, characterized in that from the simulated construction of the reactor plant the core attenuation ratio of the core is calculated, ie the ratio between two consecutive amplitude maxima of one of the operating quantities in response to a disturbance, and an alarm signal is formed if the attenuation value exceeds a certain value.

3. A method according to claim 1 or 2, characterized in that in the event of an intended change in one or more operating variables, the internal state of the reactor core is calculated, the behavior of the reactor core is simulated and a stability determination is performed depending on the intended changes.

4. A device for monitoring the stability of a reactor core in a boiler reactor plant, characterized in that it comprises - a first calculation means (17) for determining the internal state of the reactor core from sensed operating data in the form of values of a number of operating quantities from the reactor plant, 50 15 20 25 504 945 12 (19) which, depending on the calculated internal state of the reactor and sensed operating data, continuously simulates reactor - simulation means the behavior of the core for a number of preselected events affecting the stability of the core, (20) the simulated behavior of the reactor performs a stability determination of other calculation means which, based on the reactor plant-reactor core, and which generate an alarm signal if a predetermined stability criterion is not met. k ä n n e t e c k n a d

Device according to claim 4 a, wherein it comprises a stability monitor (13) which detects instability based on oscillations in output signals from a number of neutron flow detectors arranged in the core and which emits an alarm signal if a predetermined stability criterion is not met.

Device according to claim 4 or 5, characterized in that (-) intended change in one or more operating variables initiates a n a d a v that it comprises means for a stability determination based on the simulated behavior of the reactor plant in dependence on the intended changes.

Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a data library (18) and its history. containing fuel, core and fuel data