Устройство аварийной защиты атомного реактора

 

Использование: атомная техника. Цель: повышение быстродействия защиты при аварийных изменениях реактивности за счет формирования сигнала срабатывания при аварийном значении реактивности. Сущность изобретения: устройство содержит ионизационную камеру, преобразующую мощность реактора в электрический сигнал. К ионизационной камере последовательно подключены логарифмирующий преобразователь, выходной сигнал которого пропорционален логарифму измеренной мощности, и дифференцирующий усилитель с запаздыванием (с постоянной времени 5 - 7 с), который в режиме изменения мощности с установившимся периодом формирует сигнал, обратно пропорциональный периоду. Устройство содержит также, последовательно соединенные компаратор и схему аварийной защиты, задатчик установки, выход которого подключен к входу компаратора, последовательно соединенные дифференцирующий усилитель и сумматор, при этом вход усилителя соединен с выходом усилителя с запаздыванием, который соединен с вторым входом сумматора, а выход сумматора подключен к информационному входу компаратора. 5 ил.

Изобретение относится к атомной технике и может быть использовано для защиты атомного реактора при аварийных ситуациях. Цель изобретения повышение быстродействия защиты при аварийных изменениях реактивности за счет формирования сигнала срабатывания при аварийном значении реактивности. Заявленное устройство обеспечивает формирование сигнала АЗ практически без задержки по отношению к моменту достижения реактивностью аварийного значения при быстрых ее изменениях в аварийных режимах и, следовательно, повышает безопасность эксплуатации реактора. Введение дифференцирующего усилителя и сумматора приводит к тому, что при быстром аварийном изменении реактивности сигнал на входе компаратора повторяет изменение реактивности: достижение этим сигналом значения уставки и срабатывание компаратора (формирование сигнала АЗ) соответствует достижению реактивностью аварийного значения, т.е. заявленное устройство приобретает новое свойство: формирование сигнала АЗ при быстром изменении реактивности в аварийном режиме практически без задержки по отношению к моменту достижения реактивностью аварийного значения. На фиг. 1 приведена схема заявленного устройства; на фиг. 2-5 графики изменения логарифма мощности (изменение выходного сигнала преобразователя 2) и выходных сигналов усилителей 3, 4 и сумматора 5 при скачкообразном изменении реактивности. Устройство содержит ионизационную камеру 1, преобразующую мощность реактора в электрический сигнал. К камере 1 последовательно подключены логарифмирующий преобразователь 2, выходной сигнал которого пропорционален логарифму измеренной мощности, и дифференцирующий усилитель с запаздыванием 3 (постоянная времени усилителя 3 выбрана порядка 5-7 с), который в режиме изменения мощности с установившимся периодом формирует сигнал, обратно пропорциональный периоду. Выход усилителя 3 соединен непосредственно и через дифференцирующий усилитель 4 с входами сумматора 5, входы компаратора 6 (информационный и сигнальный) соединены с выходами сумматора 5 и задатчика уставки 7, выход компаратора соединен с входом схемы аварийной защиты 8. Устройство работает следующим образом. Сигнал измеренной мощности поступает с выхода камеры 1 на логарифмирующий преобразователь 2 и усилитель 3. При скачкообразном изменении реактивности на величину δК мощность реактора, как указывалось выше, быстро возрастает и затем начинает изменяться по экспоненте с установившимся периодом Т. Такому изменению мощности соответствует быстрое изменение выходного сигнала преобразователя 2 на величину ΔU₂ и его последующее изменение по линейному закону (фиг. 2) с углом наклона, соответствующим величине, обратной установившемуся периоду. Дифференцирующий усилитель 3 имеет запаздывание, определяемое постоянной времени, равной нескольким секундам, поэтому его выходной сигнал сначала повторяет быстрое изменение мощности, а затем принимает постоянное значение, соответствующее "обратному" периоду (1/Т или, что то же самое, введенной реактивности δК (именно этот сигнал используется в прототипе для получения сигнала АЗ). Выходной сигнал дифференцирующего усилителя 4 определяется скоростью изменения мощности в переходном режиме (пока сигнал на выходе усилителя 3 не принял постоянное значение) и затем становится равным нулю. Таким образом, на вход компаратора 6 с выхода сумматора 5 поступит сигнал, равный сумме двух составляющих отклонению мощности от исходного состояния и скорости изменения мощности (причем каждая из этих величин определяется в относительных единицах, так как входной сигнал предварительно преобразован в логарифматоре). Выходной сигнал сумматора 5 в компараторе 6 сравнивается с выходным сигналом задатчика уставки 7, и когда он превысит пороговое значение, компаратор 6 сформирует сигнал, который поступит в схему аварийной защиты 8 и вызовет срабатывание устройств аварийной защиты. Анализ работы схемы показывает, что в этом случае срабатывание компаратора и, следовательно, формирование сигнала АЗ будет соответствовать моменту достижения аварийного значения реактивности. Действительно, если принять, что N N_o + ΔN входной сигнал устройства, пропорциональный мощности реактора; N_o мощность в исходном состоянии; ΔN отклонение мощности от исходного состояния; К₁, К₂, К₃ коэффициенты пропорциональности, то изменение выходного сигнала логарифматора (ΔU₂) будет равно ΔU₂ K₁˙lnN/N_o K₁˙ln(1 + ΔN/N_o) или, учитывая, что рассматривается область, в которой ΔN << N_o, ΔU₂= K₁· Поскольку рассматривается быстрое изменение реактивности, то, как указывалось выше, дифференцирующий усилитель 3 повторяет входной сигнал, т.е. его выходной сигнал равен U₃= K₂·ΔU₂= K₁·K₂· выходной сигнал дифференцирующего усилителя 4 равен U₄= K₃·dU₃/dt K₁·K₂·K₃·1/N_o в результате чего на компараторе 6 с сумматора 5 поступает сигнал U₅= U₃+U₄= N+K₃· Сигнал АЗ формируется при условии U₅U_уст или (учитывая, что в рассматриваемой области N_o ≈N) при условии
· + · · U_уст
(1)
Из уравнений кинетики реактора, взятых для упрощения, в одногрупповом приближении и с сохранением принятых там обозначений
·n+λ·C (2)
·n-λ·C (3) следует, что при быстром изменении реактивности (за время t << 1/λ когда значение С практически не изменяется)
·(n_o+Δn)+λ·C_o (4)
λ·C_o= ·n_o (5) где n_o и C_o исходные значения соответствующих величин. Из выражений (4) и (5) следует, что ·(n_o+Δn)- ·n_o- ·Δn+ ·n_o= ·n- ·Δn и
· + · · (6) т.е. условие формирования сигнала АЗ (1) при соответствующем выборе коэффициентов К₁, К₂, К₃ и величины U_уст совпадает с условием (6), определяющим соотношение между относительной скоростью изменения мощности, относительным изменением мощности и уставкой, определяемой аварийным значением реактивности. Это подтверждает достижение поставленной цели формирование сигнала АЗ при достижении аварийного значения реактивности в условиях быстрого ее изменения.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО АВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫ АТОМНОГО РЕАКТОРА, содержащее последовательно соединенные ионизационную камеру и логарифмирующий преобразователь, выход которого подключен к входу первого дифференцирующего усилителя, компаратор, выход которого связан с входом схемы аварийной защиты, и задатчик установки, выход которого подключен к первому входу компаратора, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия защиты при аварийных изменениях реактивности за счет формирования сигнала срабатывания при аварийном значении реактивности, в него введены сумматор и второй дифференцирующий усилитель, вход которого соединен с выходом первого дифференцирующего усилителя и с первым входом сумматора, второй вход и выход которого подключены соответственно к выходу второго дифференцирующего усилителя и второму входу сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 03.10.2006

Извещение опубликовано: 20.09.2007        БИ: 26/2007

---