Способ управления аксиальным энергораспределением ядерного реактора

 

Сущность изобретения: способ предусматривает представления процесса управления в виде траектории на фазовой диаграмме в осях офсет-равновесный офсет. При этом до начала кампании реактора определяют зависимость равновесного офсета от положения поглощающих стержней, а в ходе кампании определяют текущие значения офсета и равновесного офсета, затем строят текущую точку фазовой траектории на диаграмме, а управляющее воздействие - перемещение стержней в активной зоне реактора, задают исходя из положения текущей точки относительно точек равновесных состояний и границы допустимой области на диаграмме. 1 ил.

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано в управлении ядерным реактором типа ВВЭР-1000.

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].

Недостаток данного способа заключается в его ограниченности, поскольку он не рассчитан на нестандартные ситуации и в этих случаях управление целиком зависит от интуиции оператора.

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.

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.

Задачей изобретения является повышение надежности и расширение возможностей управления аксиальным энергораспределением реактора, а также создание предпосылок для автоматизации управления.

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.

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).

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.

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.

Данный способ осуществляется следующим образом.

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.

Формула изобретения

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АКСИАЛЬНЫМ ЭНЕРГОРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, заключающийся в том, что за управляемую величину принимают аксиальный офсет энергораспределения, процесс управления представляют в виде траектории на фазовой диаграмме, а управляющее воздействие - перемещение поглощающих стержней в активной зоне реактора - определяют по положению текущей точки на диаграмме, отличающийся тем, что до начала кампании определяют зависимость равновесного офсета от положения поглощающих стержней, в ходе кампании реактора определяют текущие значения офсета и равновесного офсета, строят текущую точку фазовой траектории на диаграмме в осях офсет - равновесный офсет, а управляющее воздействие задают исходя из положения текущей точки относительно множества точек равновесных состояний и границы допустимой области на диаграмме.

РИСУНКИ

Рисунок 1