Способ рабочего диагностирования ионизационной камеры системы управления и защиты ядерного реактора

 

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к системам управления и защиты ядерных реакторов, и предназначено для контроля технического состояния ионизационных камер. Технический результат заключается в повышении точности диагностирования, который достигается за счет того, что для нахождения участка вольт-амперной характеристики в интервале допустимых значений рабочего напряжения на некоторое время в цепь камеры включается источник дополнительных импульсов напряжения. При расчетах камера представляется в виде нелинейного двухполюсника в эквивалентной схеме замещения электрической цепи. Отличительной особенностью является то, что при одном включении источника дополнительных импульсов напряжения восстанавливается весь участок вольт-амперной характеристики. Для этого во время переходных процессов в цепи камеры регистрируются переменные состояния, по которым с помощью вычислительной программы и находится участок вольт-амперной характеристики. На основе статистической обработки информации, полученной с помощью расчетной программы и данных из технической документации, ставится диагноз о техническом состоянии ионизационной камеры непосредственно в процессе работы без отключения ее от системы управления и защиты ядерного реактора. Поскольку время измерения, определяемое временем включения источника дополнительных импульсов напряжения, выбирается очень малым, то при этом не происходит дрейфа мощности реактора, что повышает точность диагноза технического состояния ионизационной камеры. 2 ил.

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к системам управления и контроля ядерных реакторов, и предназначено для технического диагностирования ионизационных камер в процессе работы в составе системы управления и защиты (СУЗ).

Известен способ диагностирования, основанный на определении наклона и протяженности плато вольт-амперной характеристики (ВАХ), величины которых связывают с техническим состоянием ионизационной камеры (ИК) /1/.

Недостатком такого способа является то обстоятельство, что получаемая для диагностирования камеры ВАХ находится статическим путем: на блоке питания ИК выставляется очередное значение напряжения, после завершения переходного процесса в цепи камеры, включающей паразитные индуктивность и емкость, измеряется значение тока. При этом за время измерения всей вольт-амперной характеристики (порядка нескольких минут) может произойти несанкционированный дрейф мощности (или нейтронного потока) ядерного реактора, что приведет к ухудшению точности определения ВАХ и последующего диагноза технического состояния ИК. Кроме того, существенным недостатком такого способа является то, что диагностируемая камера должна быть отключена от системы, в составе которой она выполняет свои рабочии функции. Иными словами, такой способ может быть осуществлен в режиме тестового диагностирования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ определения, так называемого, динамического сопротивления камеры, которое находится как отношение приращения рабочего напряжения ИК, к вызванному им приращению тока.

Основным в методе измерения динамического сопротивления является то, что дополнительно к источнику рабочего напряжения ИК подключается источник регулируемого напряжения прямоугольной формы с частотой несколько Гц.

Полный размах амплитуды переменного напряжения выбирается порядка 30 В.

С помощью подключенного осциллографа наблюдается средняя величина изменения тока в течение нескольких периодов.

После этого может быть определена величина динамического сопротивления или наклон вольт-амперной характеристики в области плато, которые привязываются к средней величине рабочего напряжения ИК. Эти величины могут быть использованы для целей диагностирования камеры путем сравнения их с известными значениями для технически исправной ИК. Такой способ позволяет достаточно оперативно определять величину динамического сопротивления или величину наклона ВАХ в области плато для случая измерений в одной точке по напряжению. При этом практически исключается влияние дрейфа мощности реактора или нейтронного потока.

Недостатком этого способа /2/, так же как и в случае способа, основанного на измерении ВАХ и определении ее наклона, является то, что величина наклона ВАХ не всегда позволяет диагностировать техническое состояние ИК.

Например, при изменении давления в рабочем объеме камеры изменяется ее чувствительность, но не происходит изменения наклона ВАХ в рабочем диапазоне напряжения ИК.

Для диагностирования по абсолютным значениям характеристик камеры, какими являются ВАХ, динамическое сопротивление и других измерений в одной точке по напряжению явно не достаточно, поскольку при этом снижается точность диагноза состояния камеры.

При определении динамического сопротивления для нескольких значений рабочего напряжения ИК возникают те же недостатки, что и при измерении ВАХ традиционным способом: нужно для каждой точки по напряжению выставлять очередное значение этой величины на блоке питания камеры. Такая процедура требует дополнительного времени, измеряемого минутами, в течение которого возможен несанкционированный дрейф мощности реактора и, как следствие, понижение точности диагноза о работоспособности камеры.

Помимо этого, в рассматриваемом способе /2/ должен быть предусмотрен специальный регулируемый блок питания для подачи высоковольтного напряжения на электроды камеры.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в повышении точности диагноза о работоспособности ИК системы управления и защиты ядерного реактора без отключения диагностируемой камеры от выполнения своих функций при работе реактора в энергетическом режиме.

Указанный результат достигается тем, что для получения участка вольт-амперной характеристики ИК в области допустимых значений рабочего напряжения на положительный электрод камеры вместе с рабочим напряжением подается дополнительное напряжение, которое изменяет напряжение питания камеры таким образом, что оно не выходит за допустимые пределы, а скорость изменения выходного тока ИК при этом не превышает значения, при котором происходит срабатывание AЗ по скорости нарастания мощности реактора. Поскольку электрическая цепь самой камеры содержит паразитные индуктивность и емкость, то в цепи ИК, начиная с некоторого момента t₀, происходит переходной процесс. Дополнительный источник сигнала, включаемый в момент t₀, соединен последовательно со штатным блоком питания. В течение переходного процесса регистрируются переменные состояния цепи, по которым с помощью расчетной программы восстанавливается участок ВАХ в районе рабочего напряжения камеры.

Это происходит при некотором значении уровня мощности реактора, который не успевает измениться за время переходного процесса.

После завершения переходного процесса и выхода на новые установившиеся значения переменных состояний цепи ИК в момент t, происходит отключение дополнительного источника напряжения.

В цепи начинается обратный переходный процесс, в течение которого вновь регистрируются переменные состояния в цепи камеры. Полученная при этом информация используется аналогично ранее записанной. При этом повышается точность восстановления соответствующего участка вольт-амперной характеристики ИК и точность диапазона.

Следующим шагом в направлении повышения точности является включение в цепь камеры в качестве дополнительного источника напряжения генератора импульсов, изменяющихся по тому же закону, и регистрация информации о переменных состояниях цепи во время всех переходных процессов.

На фиг. 1 представлена схема, поясняющая осуществление способа.

Схема содержит: источник постоянного напряжения - 1, ИК в виде нелинейного резистора, зависящего от параметра N, - 2, паразитная индуктивность камеры - 3, сопротивление нагрузки - 4, паразитная емкость камеры - 5, переключатель для перехода в режим диагностирования - 6, источник дополнительных импульсов напряжения - 7, регулировочное сопротивление - 8.

На фиг. 2 изображены графики участков ВАХ, полученные путем реализации способа (кривая 1) и на основе данных, представленных в нормативно-технической документации на исправную ИК (кривая 2). Допуски Δ₁ и Δ₂ берутся из технической документации на камеру.

Способ осуществляется следующим образом.

Модель принципиальной электрической схемы включения ИК и контура диагностирования представляется схемой замещения, показанной на фиг. 1.

На этой схеме ИК рассматривается в виде нелинейного двухполюсника, зависящего от параметра N, под которым понимается либо нейтронный поток в месте расположения камеры, либо мощность реактора.

В момент времени t < t₀ ИК находится в режиме рабочего функционирования и переключатель 6 находится в положении I. В цепи камеры действует только рабочий блок питания.

В момент времени t = t₀ переключатель 6 переводится в положение II и цепь камеры переводится в режим диагностирования без прерывания рабочего функционирования ИК.

Для этого в контуре диагностирования предусмотрены источник дополнительных импульсов напряжения 7 и регулировочное сопротивление 8, основное назначение которых в подаче рабочего напряжения на электроды ИК в диапазоне При этом под U_ном понимается номинальная величина рабочего напряжения камеры, указанная в технической документации, а значения допусков, определяющих верхнее и нижнее значения рабочего напряжения.

Частота генерации дополнительных импульсов напряжения берется несколько герц. При этом период генерации импульсов согласовывается со временем завершения одного переходного процесса в цепи ИК и должен превышать это время в несколько раз. Время переходного процесса зависит от величин индуктивности и емкостей в цепи камеры и может меняться путем введения в цепи камеры дополнительной переменной емкости, которая не указана на фиг. 1.

В результате перевода камеры в режим диагностирования в ее цепи возникает последовательность переходных процессов. При этом рабочее напряжение ИК то возрастает, то падает, осциллируя вокруг некоторого среднего значения и имея амплитуду, которая не выводит крайние значения напряжения за границы допустимого интервала. С помощью регулировочного сопротивления 8 это среднее значение можно приблизить к величине U_ном и максимально увеличить допустимую амплитуду осцилляции рабочего напряжения ИК.

При этом амплитуда и скорость нарастания напряжения выбираются такими, чтобы не срабатывала аварийная защита реактора.

Переходный процесс в цепи ИК, начатый после подачи на электроды камеры дополнительного напряжения путем включения источника 7, регистрируется соответствующей аппаратурой, подключенной к цепи камеры и позволяющей с достаточно большой частотой записывать значения переменных состояния цепи (напряжение на емкости, ток через индуктивность) в динамическом режиме. После завершения одного переходного процесса переменные состояния цепи выходят на свои установившиеся значения, которые сохраняются до начала следующего переходного процесса, аналогично регистрируемого той же аппаратурой по тем же величинам. Последовательность переходных процессов позволяет набрать значительную статистику по значениям регистрируемых величин.

Далее эта информация вводится в специальную вычислительную программу, в которой реализован метод синтеза электрических цепей. По информации о переменных состояния цепи ИК, значениям параметров других элементов цепи (R_н, L, C, R) восстанавливается участок вольт-амперной характеристики камеры вокруг U_ном.

Поскольку время, на которое включается источник дополнительных импульсов напряжения, очень небольшое и может регулироваться, то за это время реально не происходит дрейфа мощности реактора.

Вид восстанавливаемого участка ВАХ при этом не искажается, что повышает точность прогноза.

В отличие от прототипа в данном способе восстанавливается весь участок ВАХ диагностируемой ИК в заданном диапазоне. В прототипе величина динамического напряжения в процессе одного измерения находится для одной точки ВАХ. Кроме того определяемая в прототипе величина наклона ВАХ в этой точке может не характеризовать техническое состояние ВАХ.

Отличительными признаками данного изобретения является использование специальной программы для восстановления ВАХ по результатам измерений при многократном повторении динамических режимов, что повышает точность диагноза.

Кроме того, диагноз ставится на основе статистических методов принятия решения, когда та или иная гипотеза о техническом состоянии ИК принимается по результатам сравнения восстановленной характеристики с данными технической документации в совокупности точек из допустимого интервала рабочих напряжений камеры.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. Дмитриев А.Б., Малышев Е.К. Нейтронные ионизационные камеры для реакторной техники. - М.: Атомиздат, 1975, с. 46.

2. Харрер Дж. Техника регулирования ядерных реакторов. - М.: Атомиздат, 1967, с. 102.

Формула изобретения

Способ рабочего диагностирования ионизационной камеры системы управления и защиты ядерного реактора, основанный на получении и анализе участка вольт-амперной характеристики камеры в пределах допустимого диапазона изменений рабочего напряжения, отличающийся тем, что в цепи ионизационной камеры, представленной в виде нелинейного двухполюсника, при подключении на время диагностирования дополнительного источника импульсов напряжения регистрируют переменные состояния цепи во время последовательности переходных процессов и восстанавливают участок вольт-амперной характеристики, а диагноз ставят по результатам сравнения восстановленной характеристики с данными о технически исправном состоянии камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2