Способ регулирования параметров ядерного реактора
Владельцы патента RU 2589038:
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" (RU)
Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано в системах управления ядерными реакторами. В способ регулирования параметров ядерного реактора путем перемещения регулятором органов изменения реактивности по сигналу отклонения измеренного параметра от заданного значения дополнительно вводят операцию формирования характеристики регулятора по сигналу вычисленной положительной и отрицательной реактивности ядерного реактора и операцию коррекции коэффициента усиления регулятора в зависимости от значения и знака реактивности. При этом когда по сигналу отклонения измеренного параметра от заданного значения вводят сигнал вычисленной реактивности, коэффициент усиления регулятора уменьшают пропорционально увеличению положительной и отрицательной реактивности соответственно по заданному алгоритму коррекции. Технический результат - увеличение диапазона регулируемой глубины и скорости изменения мощности в процессе регулирования одного из параметров ядерного реактора при сохранении установленной безопасности. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Область техники
Изобретение относится к области ядерной техники и может быть использовано в системах управления ядерными реакторами.
Уровень техники
Из уровня техники известны способы регулирования параметров ядерного реактора путем изменения его мощности управлением перемещения органов изменения реактивности по сигналу отклонения измеренного параметра от заданного значения [см. Плютинский В.И., Погорелов В.И., Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок АЭС. - М.: Энергоатомиздат, 1983, рис. 9.12 и стр. 177; и заявка США №20040114703 на изобретение от 17.06.2004].
Недостатком известных способов является ухудшение качества переходного процесса при увеличении скорости и глубины маневра мощности.
Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ управления ядерным реактором путем перемещения регулятором органов изменения реактивности по сигналу отклонения измеренного параметра от заданного значения [см. заявка США №20040114703 на изобретение от 17.06.2004].
Недостатком известного способа является ухудшение качества переходного процесса при увеличении глубины и скорости маневра мощности, а при более высоких скоростях и глубине снижения уровня мощности ядерного реактора сложность стабилизации заданного уровня мощности.
Во-первых, поскольку дифференциальная реактивность регулирующего органа в процессе эксплуатации изменяется, увеличение маневренности при необходимости повышения мощности из-за необходимости обеспечения безопасности ограничивается вводимой положительной реактивностью заведомо меньше допустимой.
Во-вторых, при глубоком регулируемом снижении мощности регулятор вносит отрицательную реактивность. Внесение отрицательной реактивности прекратится, когда сигнал измеренного параметра достигнет заданного значения. Чем ниже уровень, до которого уменьшается мощность ядерного реактора, тем больше времени вводится отрицательная реактивность. Чем больше подкритичность, тем меньше скорость уменьшения плотности потока нейтронов. Когда измеренный параметр достигнет заданного значения и регулятор остановит орган изменения реактивности, будет внесена значительная отрицательная реактивность. Мощность продолжает снижаться, поскольку введена отрицательная реактивность, и, когда разность между ее измеренным и заданным регулируемым параметром превысит зону нечувствительности регулятора, органы изменения реактивности начнут уменьшать ее отрицательное значение. Поскольку максимальная скорость введения положительной реактивности ограничена требованием ядерной безопасности, а до этого была внесена большая отрицательная реактивность, то понадобится значительное время, чтобы довести реактивность сначала до нуля, а потом до положительного значения. Пока этого не произошло, мощность будет снижаться. При введении положительной реактивности снижение мощности будет замедляться, а после вывода ядерного реактора в критическое положение мощность начнет повышаться. К моменту, когда регулируемый параметр достигнет заданного значения, возможно введение большой положительной реактивности, что приведет к увеличению мощности и регулируемого параметра. Это может вызвать автоколебательный процесс, нарушить режим поддержания заданного параметра.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение диапазона регулируемой глубины и скорости изменения мощности в процессе регулирования одного из параметров ядерного реактора при сохранении установленной безопасности.
Технический результат достигается тем, что в способ регулирования параметров ядерного реактора путем перемещения регулятором органов изменения реактивности по сигналу отклонения измеренного параметра от заданного значения дополнительно вводят операцию формирования характеристики регулятора по сигналу вычисленной положительной и отрицательной реактивности ядерного реактора и операцию коррекции коэффициента усиления регулятора в зависимости от значения и знака реактивности, причем, когда по сигналу отклонения измеренного параметра от заданного значения вводят сигнал вычисленной положительной или отрицательной реактивности, коэффициент усиления регулятора уменьшают пропорционально увеличению соответственно положительной или отрицательной реактивности по заданному алгоритму коррекции.
В предпочтительном варианте дополнительно вводят уставку ограничения введения сигнала вычисленной положительной и отрицательной реактивности и, когда сигнал достигнет значения заданного ограничения реактивности, коэффициент усиления регулятора устанавливают равным нулю. Алгоритм коррекции коэффициента усиления регулятора при введении сигнала вычисленной положительной и отрицательной реактивности устанавливают по результатам математического моделирования переходных процессов регулирования параметров ядерного реактора. Процесс коррекции коэффициента усиления регулятора по сигналу вычисленной положительной и отрицательной реактивности осуществляют, когда сигнал отклонения регулируемого параметра от своей уставки превышает величину зоны нечувствительности регулятора, а сигнал вычисленной положительной и отрицательной реактивности от своей уставки превышает величину зоны нечувствительности по сигналу реактивности, управляющим процессом коррекции коэффициента усиления регулятора.
Вышеуказанная совокупность существенных признаков позволяет в установившемся процессе регулирования, когда отклонение любого регулируемого параметра, например мощности ядерного реактора, температуры теплоносителя ядерного реактора, давления пара, комбинации этих параметров и т.д., от своей уставки не превышает зоны нечувствительности регулятора, исключить включение регулятора при кратковременных возмущениях по реактивности.
Кроме того, исключаются автоколебания регулятора при небольших периодических отклонениях сигнала реактивности от своего нуля, которые в системе регулирования практически не влияют на величину регулируемого параметра.
Введение сигнала реактивности в качестве корректирующего звена в сигнал управления органом регулирования позволяет одновременно улучшить две функции: качество переходного процесса в системе регулирования, которое определяется величиной и временем отклонения регулируемого параметра от своего заданного значения, и обеспечение безопасности.
При введении отрицательной реактивности ограничивается величина ее введения, что уменьшает перерегулирование и тем самым улучшает качество регулирования параметра. В случае значительного отклонения регулируемого параметра от своего заданного значения, требующего введения положительной реактивности, предоставляется возможность введение ее максимально допустимого значения в соответствии с требованиями правил безопасности, независимо от изменения дифференциальной реактивности регулирующего органа. Это позволяет уменьшить время отклонения регулируемого параметра от уставки, что повышает качество регулирования.
Одновременно регулятор выполняет функцию безопасности, обеспечивая требование правил безопасности по ограничению введения положительной реактивности.
Таким образом, при достижении сигналом вычисленной положительной реактивности уставки ограничения введения положительной реактивности прекращается ее введение даже при наличии сигнала управления на ее увеличение. Кроме того, заявленное изобретение позволяет увеличить регулируемую глубину и скорость изменения мощности ограничением величины введения отрицательной реактивности даже при наличии сигнала управления на ее увеличение. Объясняется это следующим: увеличение отрицательной реактивности после определенного значения не увеличивает скорость снижения мощности из-за действия запаздывающих нейтронов. А увеличение отрицательной реактивности увеличивает время вывода ядерного реактора в критическое состояние, увеличивает возможность потери контроля плотности нейтронного потока и поддержания заданного уровня мощности. Поэтому при управляемом глубоком и тем более быстром уменьшении мощности введение отрицательной реактивности больше определенного значения нежелательно, что и обеспечивает заявленный способ.
Краткое описание чертежей
Признаки и сущность заявленного изобретения поясняются в следующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее.
На фиг. 1 показана зависимость коэффициента коррекции КК коэффициента усиления КУ регулятора от сигнала вычисленной реактивности ρ ядерного реактора.
Процесс коррекции характеристики регулятора производится путем изменения коэффициента усиления КУ регулятора в зависимости от значения и знака реактивности в случае, когда вводится положительная реактивность (поз. 1, сплошная линия и пунктирная линия) и когда вводится отрицательная реактивность (поз. 2, сплошная линия и пунктирная линия), где
КК - коэффициент коррекции коэффициента усиления регулятора;
ρУО - заданное ограничение введения отрицательной реактивности;
ρУП - заданное ограничение введения положительной реактивности.
Откорректированный коэффициент усиления регулятора КУК=КУ×КК.
Установленные минимальные значения коэффициента коррекции КК в приведенном примере равны нулю, чему соответствует величина КУК=0 и нулевая скорость изменения реактивности.
Величина ρУП устанавливается требованиями правил ядерной безопасности, а ρУО - по результату математического моделирования переходных процессов.
На фиг. 2 приведена схема для реализации заявленного способа регулирования параметров ядерного реактора, где
ρП - сигнал вычисленной положительной реактивности ядерного реактора;
ρО - сигнал вычисленной отрицательной реактивности ядерного реактора;
ИМ - исполнительный механизм;
БУПР - блок управления введением положительной реактивности исполнительным механизмом (ИМ);
БУОР - блок управления введением отрицательной реактивности исполнительным механизмом;
ΔАР - сигнал управления (автоматического регулирования параметра);
ФХ1 - формирователь характеристики регулятора при введении положительной реактивности, который содержит корректор коэффициента усиления регулятора по сигналу вычисленной положительной реактивности;
ФХ2 - формирователь характеристики регулятора при введении отрицательной реактивности, который содержит корректор коэффициента усиления регулятора по сигналу вычисленной отрицательной реактивности.
Осуществление изобретения
Принцип работы схемы для реализации способа регулирования параметров ядерного реактора (см. фиг. 2) заключается в следующем.
Сигнал управления ΔАР поступает на формирователь введения положительной реактивности ФХ1, характер которой корректируется сигналом вычисленной положительной реактивности ρП.
Откорректированный сигнал управления поступает на блок управления введением положительной реактивности БУПР, который включает исполнительный механизм ИМ на введение положительной реактивности. Если сигнал вычисленной реактивности ρ достигает значение заданного ограничения положительной реактивности ρУП, то коэффициент усиления КУК регулятора становится равным нулю, введение положительной реактивности прекращается. Зависимость коэффициента усиления автоматического регулятора от положительной и отрицательной реактивности может иметь линейный (сплошная линия 1 и 2, см. фиг. 1) или нелинейный характер (пунктирная линия 1 и 2, см. фиг. 1). Форма характеристики устанавливается при математическом моделировании процесса автоматического регулирования параметров ядерного реактора.
При введении отрицательной реактивности схема работает аналогично.
Чем больше величина введенной положительной или отрицательной реактивности ρ, тем меньше коэффициент усиления КУК регулятора, меньше скорость введения реактивности, меньше вероятность перерегулирования, выше качество переходного процесса.
Положительный эффект будет при любой характеристике регулятора. Наибольший положительный эффект можно получить, когда характеристика регулятора имеет пропорциональный характер, поскольку процесс коррекции преобразует линейную пропорциональную характеристику регулятора в нелинейную пропорциональную характеристику, что улучшает качество переходных процессов системы регулирования. При этом нелинейность характеристики регулятора адаптируется к изменению реактивности в течение всего переходного процесса.
Таким образом, заявленное изобретение позволяет производить более глубокие и быстрые регулируемые маневры мощности ядерного реактора по сравнению с известными из уровня техники способами. При этом обеспечивается необходимое качество регулирования контролируемого параметра ядерного реактора, и обеспечиваются требования ядерной безопасности. Наибольший положительный эффект будет достигнут при быстром регулируемом снижении мощности.
1. Способ регулирования параметров ядерного реактора путем перемещения регулятором органов изменения реактивности по сигналу отклонения измеренного параметра от заданного значения, отличающийся тем, что дополнительно вводят операцию формирования характеристики регулятора по сигналу вычисленной положительной и отрицательной реактивности ядерного реактора и операцию коррекции коэффициента усиления регулятора в зависимости от значения и знака реактивности, причем, когда по сигналу отклонения измеренного параметра от заданного значения вводят сигнал вычисленной положительной или отрицательной реактивности, коэффициент усиления регулятора уменьшают пропорционально увеличению соответственно положительной или отрицательной реактивности по заданному алгоритму коррекции.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно вводят уставку ограничения введения сигнала вычисленной положительной и отрицательной реактивности и, когда сигнал достигнет значения заданного ограничения реактивности, коэффициент усиления регулятора устанавливают равным нулю.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что алгоритм коррекции коэффициента усиления регулятора при введении сигнала вычисленной положительной и отрицательной реактивности устанавливают по результатам математического моделирования переходных процессов регулирования параметров ядерного реактора.
4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что процесс коррекции коэффициента усиления регулятора по сигналу вычисленной положительной и отрицательной реактивности осуществляют, когда сигнал отклонения регулируемого параметра от своей уставки превышает величину зоны нечувствительности регулятора, а сигнал вычисленной положительной и отрицательной реактивности от своей уставки превышает величину зоны нечувствительности по сигналу реактивности, управляющим процессом коррекции коэффициента усиления регулятора.
