SE505178C2 - Förfarande och system för styrning av bränslepatronernas stabilitet i en kokvattenreaktor - Google Patents

Description

10 505 178 _ 2 _ och styra instabiliteter genom övervakning av LPRM-signaler är sålunda i bästa fall omständlig och skulle kunna leda till ökad avställningstid och därmed ekonomiska förluster.

US-patentskriften 4 319 959 beskriver ett system för stabilitetsövervakning i en BWR, vid vilket flödesmätvärden från de lokala effektmåtkanalerna och signaler beträffande sådana driftbetingelser som stavposition, det recirkulerande vattnets flödesmängd och härdens termiska effekt bestämd av anläggningens vârmebalans, användes för bestämning av värden för kylmedlets flödesvolym och termiska effekt i varje bräns- lepatron. Kanalstabiliteten hos varje bränslepatron bestämmes därefter med användning av en ekvation, som beaktar hydrody- namiska faktorer, såsom inloppsflödets hastighet, inloppets underkylning, värmeflöde och medeltryck. Axiell effektfördel- ning, tvärflöde mellan kanaler eller underkanaler och nuk- leára återkopplingseffekter beaktas emellertid ej. Vid en ut- föringsform användes en korrelation av signaler från flera LPRM fördelade utmed en kanal för bestämning av flödeshastig- het. ledning för justering av styrstavslägena för förbättring av Indikationer om kanalstabiliteten kan användas som en stabiliteten. Ett sådant förfarande använder klumpparametrar för patroner nära någon LPRM och kan ej ge meningsfulla sta- bilitetsindikationer för bränslepatroner avlägsna från en LPRM. Förfarandet kräver också stabilitetsberäkningar för samtliga bränslepatroner för lokalisering av en patron som kan vara instabil.

Det väsentliga ändamålet med föreliggande uppfinning är att ästadkoma ett förfarande och en anordning för styrning av stabiliteten hos bränslepatronerna i en kokvattenreaktor, som ger en noggrann kvantitativ beräkning av stabiliteten ba- serat på fysikaliska lagar i realtid och för praktisk reali- sering on-line.

För detta ändamål tillhandahåller uppfinningen ett för- farande enligt patentkrav 1 och därtill anslutna osjälvstän- diga patentkrav och ett system enligt patentkrav 8 och där- till anslutna osjälvständiga patentkrav.

Uppfinningen ombesörjer sålunda stabiliteten hos de bränslepatroner som skall styras, genom mätning, på on-line- basis, av reaktorparametrar såsom flöde, temperatur, styr- ~l O 505 178 _ 3 _ stavsposition och tryck. En digital dator utnyttjar dessa mätvärden för att generera nodala fördelningar av valda reak-- torparametrar med åtminstone en nod per bränslepatron i ra- dialplanet och ett flertal noder i den axiella riktningen.

Datorn beräknar därefter för dessa nodfördelningar ett sta- bilitetsindex för utvalda bränslepatroner med beaktande av härdens fysikaliska parametrar, som är ett mått på effekt- nivå, axiell effektfördelning, flöde, entalpi, voiddrift, de- taljerad bränslestavdynamik, nukleär reaktivitetsäterkopp- ling, och där så är lämpligt flödestvärkopplingar i de ra- diella och axiella riktningarna. Stabilitetsindexen, som vid den föredragna utföringsformen av uppfinningen utgöres av sönderfallskvoter, rapporteras till operatören. Stabiliteten hos den minst stabila bränslepatronen jämföres dessutom med ett förutbestämt stabilitetsindex. Om detta stabilitetsindex- gränsvärde överskrides av den minst stabila bränslepatronen, antager datorn iterativt inkrementala ändringar i antingen styrstavsläget eller kylmedelsflödet, såsom valt av operatö- ren, och räknar om stabilitetsindexet, tills detta ligger inom den förutbestämda gränsen. Ehuru beräkningarna är detal- jerade när det gäller att beakta den nukleära àterkopplingen såväl som hydrodynamiska effekter på stabiliteten, utföres de snabbt för att ge rekomendationer för realtidjusteringar av flöde eller styrstavsposition. Den kumulativa justering som erfordras för att återföra den minst stabila bränslepatronen till stabil drift, rapporteras till operatören, som kan verk- ställa den rekomenderade ändringen i flöde eller styrstavs- position manuellt och efter eget bedömande. Alternativt kan den rekomenderade ändringen i flöde eller styrstavsposition föreligga i form av en styrsignal till en styrenhet, som au- tomatiskt åstadkommer den erforderliga parameterändringen.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen kan det antal bränslepatroner för vilka stabilitetsberäkningar behöver alstras av den digitala datorn, reduceras till de patroner som är mest känsliga för instabilitet pà grundval av rådande driftsbetingelser. För detta ändamål fastställes den av varje bränslepatron alstrande effekten och den axiella effektför- delningen, inklusive det axiella läget för toppeffekten i varje patron. Endast de patroner som alstrar en effekt över 505 178 _ 4 _ en viss nivå, företrädesvis över medeleffektnivân för samt- liga patroner, och som har sin axiella effekttopp belägen lägre än medelläget för effekttoppen för samtliga bränsle- patroner, utvàljes för stabilitetsberäkningar. Detta reduce- rar antalet patroner för vilka stabilitetsberäkningarna måste utföras, från flera hundra till cirka ett dussin eller mindre. Med ett sådant hanterbart antal bränslepatroner kan de detaljerade beräkningarna genomföras tillräckligt snabbt för styrning av bränslepatronstabiliteten i realtid.

En föredragen utföringsform av uppfinningen skall nu be- skrivas med hänvisning till bifogade ritningar, i vilka fig. 1 är ett schematiskt diagram över en kokvattenreak- tor, vid vilken uppfinningen är tillämpad; fig. 2 är ett schematiskt snitt genom en bránslepatron av det slag som skulle kunna användas i den i fig. 1 visade kokvattenreaktorns härd; fig. 3 är ett blockschema för ett system enligt upp- finningen för styrning av stabiliteten hos bränslepatronerna i härden hos den i fig. 1 visade reaktorn; fig. 4 är ett flödesschema för en avsökningsrutin enligt uppfinningen för bestämning av vilka bränslepatroner som är mest känsliga för instabilitet under rådande driftsbetingel- och fig. 5 är ett flödesschema för en rutin enligt upp- finningen för bestämning av stabiliteten hos de bränslepatro- ner som är mest känsliga för instabilitet, och för bestämning Ser; av den styràtgärd som erfordras för att återföra en instabil bránslepatron till en stabil drift.

Fig. 1 illustrerar en typisk kokvattenreaktor (BWR) 1, som innefattar en reaktorhärd 3 anordnad inuti ett tryckkärl . Hàrden 3 innehåller en uppsättning lángsträckta rektan- gulára bränslepatorner eller bränsleknippen 7 (endast en vi- sad), som var och en innefattar ett flertal bránslestavar med klyvbart material. Reaktorkylmedel 9 i form av läckvatten cirkuleras genom härden 3 medelst ett flertal strälpumpar 11 (endast två är visade), som i sin tur drives av kylmedel som recirkuleras genom recirkulationsledningar 13 medelst en re- cirkulationspump 15. Det genom härden 3 cirkulerade vattnet omvandlas till ånga av det genom kärnreaktionen alstrade 505 178 _ 5 _ värmet och ångan användes för drivning av en turbingenerator 17 för alstring av elektrisk energi. Den från turbingene- ratorn 17 utströmmande ångan kondenseras i en kondensor 19 och áterföres till tryckkärlet medelst en matarvattenpump 21.

Den av reaktorn 1 avgivna termiska effekten kan regleras på välkänt sätt genom reglering av flödet av reaktorkylmedlet 9 genom härden 3 genom reglering av recirkulationspumpens 15 hastighet. Reaktorns avgivna termiska effekt kan också styras medelst styrstavar 23 (endast en visad), som är tillverkade av neutronabsorberande material och som är anordnade att för- flyttas in i och ut ur reaktorhärden medelst en styrstavs- drivenhet 25.

En kombination av reaktorkylmedelflöde och styrstavsläge användes för drivning av reaktorn pà en önskad effektnivå, samtidigt som föreskrivna gränser för effektfördelningen upp- rätthälles. Detta sker under styrning från en dator 27.

Datorn 27 övervakar mätvärden för olika parametrar, som an- vändes vid styrningen och regleringen av reaktorn, såsom ma- tarvattenflödet som mátes medelst en flödesmätare 29, styr- stavslåget som rapporteras av styrstavslågesindikatorer 31, domtrycket som mätes av en tryckgivare 33, härdens inlopps- temperaturdetektorer 35, neutron- flödet som mätes av ett flertal strängar av lokala effekt- mätkanaler (LPRM) eller detektorer 37, härden (endast en sträng visad) och andra parametrar som ej är av betydelse för föreliggande uppfinning. temperatur som mátes av Fig. 2 visar i planvy en avancerad BWR-bränslepatron 7 av vattenkorstyp, i vilken fyra miniknippen om 4 x 4 bräns- lestavar 33 är skilda från varandra av en korsformad skilje- vägg, som brukar benämnas vattenkors, men de står i flödes- förbindelse med varandra genom flödesöppningar 41 i skilje- väggen 43. Föreliggande uppfinning tar hänsyn till tvärflödet genom dessa hål vid bestämning av bränslepatronernas 7 sta- bilitet. Vanliga BWR-bränslepatroner är av den öppna typen och saknar den i fig. 2 visade skiljeväggen. Uppfinningen är tillämpbar vid båda dessa brånslepatroner.

I ett kokande system, såsom en BWR-bränslepatron, funge- rar ángvoiderna som kompressibla volymer, som kan utvidga sig och kollapsa, och bildar sålunda bubblor som är i ständig rö- som är fördelade över 505 178 _ 5 _ relse och i ständig expansion och kontraktion. Dessa sväng- ningar dämpas av friktionskrafterna etc. Om den energi som pumpas in i ett sådant kokande system ej avlägsnas/dämpas i tillräcklig grad, kan svängningarna i det tvåfasiga flödet och i den nukleära effekten öka i amplitud och till sist övergå till självunderhállande svängningar med en specifik storlek beroende pä vissa nyckelparametrar, såsom effektnivà, effektfördelningens form, den interna dämpningen, den nuk- leära âterkopplingenr-trycket osv. En sådan upprätthàllen eller fortgäende svängning kallas instabil drift och mäste omsorgsfullt undvikas, eftersom en fortgâende instabil drift kan ge upphov till fel pà bränslestavar, ett överskridande av gällande säkerhetsgränser och även mekaniska skador pä kompo- nenter i reaktorhärden.

Föreliggande uppfinning ger ett on-line-system, som inte bara bestämmer stabiliteten hos de individuella bränslepatro- nerna i en BWR, med eller utan tvárflöde, utan också bestäm- mer ett âtgärdsförlopp, som kan verkställas automatiskt eller av en operatör, för styrning av reaktorn till ett tillstànd, i vilket stabilitetsmarginalen för samtliga bränslepatroner ligger inom föreskrivna gränsvärden.

För att bestäma det kvantitativa värdet för stabilite- ten hos de individuella bränsleknippena i en BWR i realtid och on-line, är det nödvändigt att ha en snabb och tillför- litlig modellalgoritm för systemet. Den vid uppfinningen an- vända matematiska modellen finnes beskriven i artikeln “A Stability Analysis of Ventilated Boiling Channels" av R.P.

Taleyarkhan, M.Z. Podowski och R.T. Lahey, Jr., publicerad i Nuclear Engineering and Design, 93, maj 1986, 39-50, Elsevier Science Publisher B.V. (North-Holland Physics Publishing Division), Amsterdam, Holland. Detta är en nodal modell, som beaktar underkyld kokning, en godtycklig fördelning av flöde, fördelade och lokala hydrauliska förluster, dynamiska förhål- landen vid uppvärmda väggar, voidslipflöde, turbulent bland- ning och godtyckliga flödesvägar för tvärventilation.

Modellen representeras av ett system differentialekva- tioner, som kan skrivas i matrisform. Denna matris reduceras med användning av ett speciellt matrisreduktionsschema, som beskrives i nämnda artikel. Ytterligare erfarenhet av den fy- 505 178 _ 7 _ sikaliska naturen hos korskopplade system har indikerat en ytterligare möjlighet att optimera matrisreduceringspro- cessen. Det visade sig att tvärflödets tróghet i axiell rikt- ning hade en försumbar inverkan pà stabiliteten. Detta til- låter reducering av matrisstorleken och därmed väsentliga be- sparingar i beräkningstid (ca 20%), vilket ytterligare pä- skyndar processen. Det resulterande sambandet som erhålles av modellen för analysering av kanalstabiliteten kan uttryckas: A aíêt = el (s) .swT (I, där AP: = det totala tryckfallet frän kanalens inlopp till dess utlopp; W; = det totala flödet genom kanalen; och G1 (S) = en överföringsfunktion.

Ekvation 1 är en skalär ekvation, i vilken överförings- funktionen G, (S) är ett element hos matrisen. Ehuru denna ekvation beaktar de hydrodynamiska effekterna pá kanalsta- biliteten, har det visat sig, att ett beaktande av endast sä- dana effekter kan leda till betydande onoggrannheter vid kvantifiering av stabiliteten i en kokvattenreaktor.

Följaktligen bör ekvationen (1) modifieras för beaktande av nukleära äterkopplingseffekter. Den resulterande lösningen för den generaliserade matrisen, med användning av matris- reduktionsschemat, ger följande ekvation: = e (s) a? <2) °\ GLT I-J där 7 = en med tiden varierande komponent av intern värme/ effekt-alstring; G, (S) = en andra överföringsfunktion.

För att undersöka variationsattributen hos W,för beräk- ning av stabilitetsmarginal mäste 6? uttryckas som funktion av ¿ÛT. Härvid mäste effekten av den nukleära reaktivitetens återkoppling tagas med i beräkningen. Detta ästadkommes pä följande sätt: 505 178 §tec 1 Ett samband erhålles som relaterar störningen i voidhal; för varje nod till det nodala flödet och den nodala entalpin för det radiellt genomsnittliga systemet.

Steg 2 _ Därefter erhålles uttryck genom störd massa och energi- konserveringsekvationer, sådana som de i den nämnda artikeln, för det störda flödet och den störda entalpin för varje nod som funktion av den totala störda inloppsflödeshastigheten/ entalpin som komer in i kanalerna ochövmed användning av det speciella matrisreduktionsschemat.

Steg 3 (från Ekvationerna för de störda noda_a voidhaltern a steg 1) transformeras nu så att den störda voidhalten för varje nod kan uttryckas som funktion av störningarna i lernas inloppsflödeshalter/entalpi_ Detta betyder att vi nu för varje nod erhåller: ör) (3) Å on¿_, _ .- _.4 ai = störd voidhalt för nod i hm = inloppsentalpi.

R Den totala genomsnittliga voidhaltstörningen du kan nu erhållas från: dår LH = uppvärmd långd Azi = nodal långd eller 2 __ ^ A A 6G - T1(S)6w,_. + 1:2 çs) a: + 23 (s) enig (s) Uttrycket för 5: relateras därefter till den nukleåra reaktivitetskinetiken och voidåterkopplingen, varvid man erhåller, med antagande av konstant inloppsentalpi: 505 178 A Å a: = sus.) awl. (6, 9 Ca ko Il (S) [l - Cm ko T2 (S)] 'R(S) = ö = kinetiksöverföringsfunktion C, _ voidreaktivitetskoefficient KO = reaktivitet Ekvation 6 sättes nu in i ekvation 2, varvid erhålles så, -_- c (s) fwT (7) där (s) G(5) = G1 (5) * G2 (5) R(5) Ekvation 7, säsom uttryckt ovan, representerar den totala karakteristiska ekvation som skall underkastas nuk- leärhydraulisk stabilitetsmarginalanalys. Överföringsfunktionen G frän matrisen. Egenvärdet hos G(S) med den m reella delen i det frekvensomräde som är av intresse drift bestämmes, exempelvis med användning a ningsteori, och utgör ett mätt pà stabil teten 5" hörande bränslepatronen. Ett lämpligt stabilitetsindex, med fördel sönderfallskvoten, härledes frän detta dominerande egenvärde för G(S). Säsom väl känt, indikerar en sönderfalls- kvot DR med ett värde om 1 början av instabilitet, ökande värden över l indikerar ökad instabilitet och minskade värden under 1 indikerar ökad stabilitet.

Ett system för praktisk realisering av uppfinningen med användning av den ovan beskrivna modellen illustreras i blockschemaform i fig. 3. Programvaran, som kan köras i an- läggningens driftdator 27, innefattar en modul 4= för upp- datering av de nödvändiga parametrarna för stationärt till- stånd, en avsökningsrutin 47 för utval av de bränslepatroner som är mest sannolika att utsättas för instabilitet, och en modul 49 för genomföring av stabilitetsmarginalheräkningarna. varvid 505 178 _10- Modulen 45 använder on-line-mätningar av totalt flöde, tryck, inloppstemperatur och styrstavsláge för att alstra fördelande realtidsvärden för ett antal parametrar med ett radiellt masknät med en nod per flödeskanal och ett axiellt masknät med åtminstone cirka 30 noder, för att acceptabla resultat skall erhållas, och med fördel cirka 50 noder. Varje bränsle- patron kan behandlas som en flödeskanal för stabilitesberåk- ningsändamäl, eller om sä önskas kan subkanaler i en bränsle- patron betraktas som var sin separat flödeskanal. De förde- lade parametrar som beräknas av modulen 45 omfattar: effekt- nivà och effektform, flöde och entalpi, voiddrift, inlopps- underkylning och reaktivitetskonstanter. Datorkoder för alst- ring av dessa fördelade eller distribuerade parametrar är väl kända inom tekniken.

Avsökningsrutinen 47 är en viktig del av uppfinningen, som reducerar antalet bränslepatroner eller flödeskanaler, för vilka stabilitetsberäkningar behöver utföras. Den är ba- serad pà det faktum att stabilitetsegenskaperna hos en bräns- lepatron är mycket känsliga för den axiella effektfördelnin- gen liksom effektniván. Beräkningar visar att patroner med de högsta effekniväerna också tar in minsta mängden flöde. Detta försämrar ytterligare bränslepatronens stabilitetsegenskaper.

När det gäller att övervaka BWR-härden för att förhindra att instabilitet börjar uppträda, och till- räckligt, att endast titta pà de patroner som uppvisar axiella effektfördelningar och höga effektniváer. Detta inne- bär, att stabiliteten analyseras endast för de patroner som är mest mottagliga eller känsliga för instabilitet. Härigenom är det nödvändigt, undvikes att man med ren "rástyrka" räknar på att patronlägen med avseende på instabilitet, och man erhåller noggranna re- sultat med ett minimum av räknearbete, vilka resultat kan er- hållas inom loppet av nâgra sekunder, samtidigt som resten av reaktorhärden inbegripes, och man erhåller en bas för ytter- ligare beräkningar för att ge operatören riktlinjer med av- seende på hur mycket och i vilken riktning effekt/styrstavs- mönster skall ändras.

Fig. 4 visar ett flödesschema för avsökningsrutinen 47.

De av modulen 45 i realtid genererade axiella och radiella effektfördelningarna för stationärt tillstànd avläses, som 40 505 178 _ 11 _ indikerat vid 51. De axiella effektfördelningarna för samt- liga bränslepatroner utvärderas vid 53 för bestämning av den genomsnittliga axiella effektfördelningsprofilen och det axiella läget av effekttoppar. Därefter analyseras den ra- diella effektfördelningen vid 55 för bestämning av den ra- diella effektandelen för varje bränslepatron enligt sambandet Rn= Patroneffekt Genomsnittlig patroneffekt och för bestämning av medeleffekten per bränslepatron. De bränslepatroner, vid vilka läget för den axiella effektför- delningens topp befinner sig under det genomsnittliga axiella läget för samtliga bränslepatroner, identifieras vid 57 som patroner med inloppstoppeffektfördelning_ Pâ liknande sätt identifieras vid 59 de bränslepatroner, som har en radiell effektandel Rp, som är större än genomsnittet för samtliga (RP>l,00). Slutligen utväljes vid 61 de bräns- som har identifierats såväl patroner dvs. lepatroner för stabilitetsanalys, vid 57 till att ha axiella effektfördelningar med inlopps- stopp som som vid 59 till att ha effektnivàer över genom- snittet. Medan en typisk BWR kan ha 700-800 bränslepatroner, av vilka var och en enligt hittillsvarande praxis skulle ana- lyseras med avseende pá stabiliteten, reducerar avsöknings- rutinen 47 antalet bränslepatroner som skall analyseras till cirka 5-10 i det typiska fallet.

Analys av de bränslepatroner som är mest känsliga eller utsatta för instabilitet, såsom identifierade medelst avsök- ningsrutinen 47, genomföres medelst stabilitetsmarginalberäkningsrutinen 49, för vilken fig. 5 visar ett flödesschema. Stabiliteten för var och en av de bränslepatroner k, som utvalts medelst avsökningsrutinen 47, analyseras genom avläsning av de av modulen 45 genererade konstanterna för brànslepatronen i stationárt tillstànd.

Detta sker i block 63. Med användning av dessa data bestämes vid 65 överföringsfunktionen G(S)k för patronen k med använd- ning av den ovan diskuterade tekniken. Det komplexa polynomet G(S)k utvärderas därefter i 67 för bestämning av den karak- teristiska roten med den mest positiva reella delen, eller mest dominerande egenvärdet, och vid 69 beräknas ett stabili- tetsindex, såsom sönderfallskvoten DR. Om sönderfallskvoten lO 505 178 _ 12 _ är större än 1, vilket indikerar ett instabilt tillstànd vid 71, avgives omedelbart en rapport till användaren 73. Denna procedur upprepas via 75 för var och en av de utvalda bräns- lepatronerna k. I 77, 79 identifieras därefter den minst sta- bila patronen som den patron k som har den högsta sönder- fallskvoten.

Om den vid 79 identifierade högsta sönderfallskvoten är större än ett förvalt gränsvärde, nominellt 1, vilket fast- ställes i 81, stavslâge eller flöde, såsom valt av användaren, för den och i 65 beräknas ett nytt G(S)k för utvärdering av stabiliteten vid 67 och alstring av antages-vid 83 en inkremental ändring i styr- minst stabila bränslepatronen, en ny sönderfallskvot vid 69. Den valda parametern, styr- stavslâge eller flöde justeras iterativt pá detta sätt, tills sönderfallskvoten ligger inom de föreskrivna gränserna i block 81. Eftersom den minst stabila bränslepatronen har identifierats vid denna punkt, passerar den iterativa pro- cessen förbi bestämningen av den minst stabila bränslepat- ronen i 79 genom förgreningen vid 77. Sönderfallskvoterna för de k bränslepatronerna och, dä så det är aktuellt, en ut- gàngssignal representerande den föreslagna erforderliga änd- ringen i styrstavsläge eller flöde, för att bränslepatro- nernas stabilitet skall bringas inom angivna gränser, rappor- teras ut till användaren vid 85. ' Om användaren väljer styrstavsläget som den parameter som skall justeras, förflyttas det axiella läget för effekt- toppen för den bränslepatron som utvärderas stegvis och ite- rativt uppåt för bestämning av den axiella effektprofil som kommer att ge en sönderfallskvot som är mindre än 1,0.

Operatören informeras därefter vid 85 om vilka justeringar som erfordras i styrstavsuppsättningens position, för att den nödvändiga axiella effektprofilen skall uppnås.

Om användaren i stället väljer ändringar i flödet för minskning av instabiliteten, analyseras bränslepatronen med den högsta sönderfallskvoten iterativt vid antagna flödes- hastigheter ökade med inkrement valda av operatören, eller antagna vid ett förinställt värde, såsom exempelvis fem pro- cent. Den effektnivá vid vilka dessa beräkningar genomföres ökas också i en takt svarande mot den fastställda driftlinjen 505 178 _ 13 _ på effekt-flödes-kartan som förutbestämts av modulen 45. Den kombination av effekt och flöde som bringar bränslepatronens sönderfallskvot till ett värde mindre än 0,0 vid 81, rappor- teras till operatören vid 85.

I fig. 3 överföres utgängsresultatet fràn stabilitets- marginalberákningsrutinen till en utenhet 87, som kan vara en monitor, som ger en visuell representation för användaren av identifieringen av de analyserande bränslepatronerna, deras stabilitetsmarginaler och eventuella rekomenderade åtgärder.

Utenheten kan också, eller alternativt, innefatta organ för framställning av papperskopior, såsom skrivare och kurvri- tare, eller andra lagringsanordningar. Utenheten kan också innefatta ett gränssnitt för överföring av en styrsignal till en automatisk styrenhet 89 för automatisk verkställning av den rekomenderade styrätgärden för förbättring av reaktor- härdens stabilitet.

Användaren kan initiera en stabilitetsutvärdering, indi- kera den parameter som skall användas vid bestämning av stor- leken av den styrátgärd som erfordras för ökning av stabili- teten, manuellt företa den av den digitala datorn föreslagna justeringen av flöde eller styrstavsläge och i övrigt styra programmet via inenheten 91. Inenheten 91 kan vara ett tan- gentbord, en beröringsskärm pä utenhetens monitor eller någon annan lämplig anordning. Inenheten kan också innefatta organ för automatisk inmatning av erforderliga data beträffande de anläggningsparametrar som användes av programmet. Ehuru vid den såsom exempel beskrivna utföringsformen av uppfinningen det antages att anläggningens processdator 27 användes för realisering av uppfinningen, är programmen så snabba och så kompakta, att de även skulle kunna realiseras med en speciell minidator eller persondator.

Det beskrivna systemet ger ett effektivt on-line-expert- system, som kan förmodas ta endast nägra få sekunder att ut- föra. Det är baserat på noggranna, fysikaliskt baserade be- räkningar, som ger en fast struktur till den annars omständ- liga "svartkonst" som det innebär att försöka undertrycka instabiliteter i en kokvattenreaktor. Fördelarna är ekono- miska besparingar i form av minskad avställningstid och för- bättrad flexibilitet och reaktorkontroll.

Claims (9)

5 lO 15 20 25 30 35 505 178 Patentkrav

1. Förfarande för styrning av stabiliteten hos bränslepatronerna (7) i reaktorhärden (3) i en kokvattenreaktor (1), kännetecknat av att (a) värdena för valda reaktorparametrar, omfattande flöde, inloppsunderkylning, styrstavslâge och tryck, övervakas (45) on-line, på realtidbas bestämmes (51) från de valda reaktorpara- metrarna den i varje bränslepatron genererade effekten och den axiella effektfördelningen för brânslepatronen, (61), effekttoppen uppträder nedanför ett förutbestâmt axiellt de brånslepatroner utväljes vid vilka den axiella läge bestämt från nämnda axiella effektfördelningar och som har en effektnivà ovanför ett valt värde, i en digital dator (27) beräknas (67) litetsindex endast on-line ett stabi- för nämnda utvalda bränslepatroner, och en för en mänsklig o stabilitetsindexen alstras (85) i realtid.

2. Förfarande enligt krav 1, kânnetecknat av att nämnda val av bränslepatroner (7) sker genom att det genomsnittliga axiella läget för den axiella efiekttoppen och den genom- för samtliga brânslepatro- (57,59,6l), en axiell effekttopp belägen nedanför nämnda genomsnittliga snittliga effekten bestämmes (53) ner, och att de bränslepatroner utväljes som har axiella effekttoppsläge och en effekt ovanför nämnda genom- snittliga effekt. kännetecknat av att den minst stabila brânslepatronen (7) (47,49) hjälp av de för de utvalda bränslepatronerna beräknade (69) stabilitetsindexen, att stabilitetsindexet för den minst stabila brânslepatronen jämföres (81) med en förvald stabi- och att om nämnda stabilitetsindex för den minst stabila brânslepatronen överskrider den förvalda stabilitets-

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, bestâmmes med litetsgräns, gränsen, så beräknas stabilitetsindexet för nämnda minst stabila bränslepatron iterativt med användning av inkremen- i endera av parametrarna för axiell tills nämnda stabilitetsindex för tala ändringar (83) effektfördelning och flöde, 10 15 20 25 30 35 505 178 _ 15 _ den minst stabila bränslepatronen reducerats åtminstone till nämnda förvalda stabilitetsgräns, varjämte reaktorstyrningar (25) påverkas till att verkställa den kumulativa ändringen i den valda parametern sä att stabilitetsindexet för den minst stabila bränslepatronen nedbringas till åtminstone nämnda förvalda stabilitetsgräns.

4. Förfarande enligt krav 3, ningen av reaktorstyrningen (25) för ästadkommande av den kumulativa ändringen i den valda parametern sker genom att en styrsignal alstras, som representerar den erforderliga ändringen i den valda parametern, och att denna styrsignal tillföres en automatisk styrenhet (89)för ett automatiskt ástadkommande av ändringen i den valda parametern.

5. Förfarande enligt krav 3 eller 4, kännetecknat av att övervakningen innefattar en generering (S1) av en effekt- flöde-karta i realtid frän nämnda valda parametrar och att nämnda ena valda parameter är flöde, varvid nämnda iterativa beräkningar gencmföres med användning av inkrementala ök- ningar i flöde och motsvarande inkrementala minskningar i effekt bestämda frän nämnda effekt-flöde-karta.

6. Förfarande enligt krav l, kännetecknat av att ber* ningen (69) av nämnda stabilitetsindex medelst nämnda itala dator (27) innefattar nodala beräkningar med radi- t distribuerade noder för varje bränslepatron (7) och ett O 4 flh H I flertal, axiellt fördelade noder, och som inbegriper n den för fysikaliska parametrar, som är ett mätt pa nukleär fll' (T (D rkoppling liksom även flödeskanalernas hydrcdynamik.

7. Förfarande enligt patentkrav 1, kånnetecknat av att (a) den digitala datorn (27) bringas att frän nämnda reak- torparametrar generera nodala distributioner av valda reaktorparametrar med minst en nod per bränslepatron i det radiella planet och ett flertal, på avstånd från varandra belägna noder i den axiella riktningen, att frän nämnda valda nodala distributioner beräkna (69) nàmndastabilitetsindexmed beaktande av fysikaliska härdparametrar som är ett mätt på effektnivä, axiell effektfördelning, flöde, entalpi, voiddrift, detaljerad bränslestavdynamik, nukleär reaktivitetsäterkoppling och, i tillämpliga fall, flödeskorskoppling i radiella kännetecknat av att påverk- 10 20 25 30 35 505 178 -is- och axiella riktningar; att från de beräknade stabili- tetsindexen bestämma den minst stabila utvalda bränsle- patronen (7); och att iterativt omberäkna stabilitets- indexet för den minst stabila utvalda bränslepatronen, om denna är instabil, med användning av antagna inkre- mentala ändringar i en utvald av parametrarna styrstavs- läge och flöde, tills det sä omberäknade stabilitetsin- dexet för den minst stabila bränslepatronen represente- rar ett stabilt tillstånd, utgångsstorheter alstras, som representerar de beräknade stabilitetsindexen och den kumulativa ändring i nämnda valda parametrar som erfordras för att göra den minst stabila bränslepatronen stabil, och (c) reaktorstyrningarna (25) justeras till att ändra nämnda valda parameter med nämnda kumulativa ändringsbelopp, så att den minst stabila bränslepatronen bringas till ett stabilt tillstànd.

8. System för styrning av stabiliteten i bränslepatro- nerna (7) i en kokvattenreaktor (1), kânnetecknat av att det innefattar organ (45) för mätning on-line av utvalda reaktorpara- metrar innefattande flöde, temperatur, styrstavsläge och tryck; en digital dator (27) programmerad att från de valda reaktorparametrarna i realtid identifiera de bränslepatroner (7), snittet; att för endast de så identifierade bränslepatronerna beräkna (69) ett stabilitetsindex som beaktar hydrodynamiska effekter och nukleâra återkopplingseffektor; och att alstra som har inloppseffekttoppar och effektnivàer över genom- utgángssignaler representerade dessa stabilitetsindex; samt organ för att från nämnda utgångssignaler generera (61) mänskligt låsbara representationer (73) av nämnda identifie- rade brânslepatroner och deras stabilitetsindex.

9. System enligt krav 8, kånnetecknat av att den digi- tala datorn (27) är programmerad att från stabilitetsindexen identifiera den minst stabila bränslepatronen (7); att itera- tivt beräkna om stabilitetsindexet för den minst stabila brànslepatronen, om denna är instabil, med användning av an- tagna (83) inkrementala ändringar i en utvald av parametrarna 10 15 20 25 505 178 _ 17 _ styrstavsläge och flöde tills det beräknade stabilitetsin- dexet för den minst stabila bränslepatronen representerar ett stabilt tillstånd; och att alstra en styrsignal represente- rande den antagna kumulativa ändringen i den utvalda para- metern, varjâmte systemet innefatta:'styrorgan (25, 89), som kan tillföras nämnda styrsignal för ändring av den ut- valda parametern med värdet av den antagna kumulativa änd- ringen. lO. System enligt patentkrav 8, digitala datorn (27) (a) med användning av nämnda utvalda parametrar bestämma (S1) den radiella och axiella effektfördelningen per bränslepatron (7); (b) bestämma (57) läget för toppen i den axiella effekt- fördelningen för varje bränslepatron och den genom- snittliga effektnivän för bränslepatronerna; (c) bestämma (61) stabilitetsmarginalerna för endast de bränslepatroner, för vilka den axiella effekttoppen uppträder nedanför det genomsnittliga effekttoppsläget och för vilka effektnivän ligger ovanför nämnda genom- kännetecknat av att den är programmerad att snittliga effektnivä; och (o) iterativt upprepa steg (c) med användning av inkremen- tala justeringar i en utvald av parametrarna flöde och styrstavsläge för att bestämma en ändring i den utvalda parametern som erfordras för att bringa stabilitets- marginalerna för de utvalda bränslepatronerna inom för- utbestämda gränser; och att organ är anordnade för verkställning av nämnda ändring i den utvalda parametern.