Способ диагностирования ионизационной камеры системы управления и защиты ядерного реактора

 

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к системам управления и контроля ядерных реакторов, и предназначено для технического диагностирования ионизационных камер (ИК). Сущность изобретения состоит в том, что для нахождения вольт-амперной характеристики ионизационной камеры используется эквивалентная схема замещения электрической цепи, в которой камера представлена в виде нелинейного параметрически зависимого двухполюсника. Отличительной особенностью является то, что для получения вольт-амперной характеристики в цепи камеры задается один скачок по напряжению. Во время переходного процесса регистрируются переменные состояния цепи, по которым с помощью расчетной программы восстанавливается вольт-амперная характеристика (ВАХ) камеры при фиксированном уровне мощности или нейтронного потока в реакторе. На основе полученной кривой ВАХ с привлечением по результатам проверки статических критериев и информации о технически исправном состоянии камеры ставят диагноз о техническом состоянии камеры. Технический результат от использования данного изобретения состоит в повышении точности нахождения ВАХ и точности диагноза работоспособности ИК. Поскольку время измерений, определяемое временем переходного процесса, очень мало, не происходит дрейфа мощности, что повышает точность диагноза технического состояния ионизационной камеры в реальных режимах работы ядерного реактора. 2 ил.

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к системам управления и контроля ядерных реакторов, и предназначено для технического диагностирования ионизационных камер.

Известен способ диагностирования, основанный на определении спектральной плотности сигнала камеры и вычислении ряда диагностических параметров, в том числе эффективной величины заряда, связанных с техническим состоянием ионизационной камеры (ИК) [1].

Недостатком такого способа является отсутствие четких критериев определения работоспособного состояния камеры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ, когда для определения технического состояния камеры снимается ее вольт- амперная характеристика (ВАХ) с последующим определением протяженности и наклона плато [2].

Можно сказать, что получаемая при этом ВАХ находится статическим способом: на блоке питания выставляется очередное значение напряжения, после завершения переходного процесса в цепи камеры измеряется значение тока.

Недостатком данного способа является следующее: поскольку в реальных условиях за время измерения ВАХ (порядка нескольких минут) может измениться мощность реактора, то это приводит к ухудшению точности определения ВАХ и последующего диагноза технического состояния ионизационной камеры. При этом возрастает вероятность ошибок диагностирования двух видов. В первом случае камера может быть определена как работоспособная, хотя на самом деле находится в неработоспособном состоянии в соответствии с принятым критерием (разрешен наклон ВАХ не более 5% по приращению тока на 100 В в районе рабочего напряжения камеры). Это возможно при несанкционированном дрейфе мощности вниз, который не учтен при построении ВАХ. Во втором случае ионизационной камере по наклону ВАХ может быть поставлен диагноз работоспособного состояния, когда по существующему критерию она должна считаться находящейся в неработоспособном состоянии (при дрейфе мощности реактора вверх).

Еще одним недостатком метода диагностирования по величине наклона ВАХ является то обстоятельство, что некоторые дефекты, приводящие к потере работоспособности ионизационной камеры, не приводят к изменению наклона ВАХ в области "плато".

Например, падение давления в рабочем объеме камеры уменьшает ее основную рабочую характеристику - чувствительность, но не приводит к изменению наклона ВАХ.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в повышении точности нахождения ВАХ (при фиксированной величине нейтронного потока или уровня мощности) и повышении точности диагноза о работоспособности ИК системы управления и защиты ядерного реактора.

Указанный результат достигается тем, что для получения вольт-амперной характеристики в цепи камеры задается скачок по напряжению. Во время переходного процесса регистрируются переменные состояния цепи, по которым с помощью расчетной программы восстанавливается ВАХ камеры при фиксированном уровне мощности или нейтронного потока в реакторе. Диагноз о техническом состоянии камеры ставят по результатам проверки статистических критериев на основе информации о технически исправном состоянии ИК.

На фиг. 1 представлена схема, поясняющая осуществление способа. Схема содержит: 1 - источник постоянного напряжения, 2 - ключ, 3 - ИК в виде нелинейного резистора, зависящего от параметра N, 4 - паразитная индуктивность камеры, 5 - паразитная емкость камеры, 6 - сопротивление нагрузки.

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

Способ осуществляется следующим образом.

Модель принципиальной электрической схемы включения ИК представляется схемой замещения, как это показано на фиг. 1.

Ионизационная камера может быть представлена в виде нелинейного двухполюсника, зависящего от параметра N. В качестве этого параметра рассматривается нейтронный поток или мощность реактора, в предположении что они связаны пропорциональной зависимостью.

В момент времени t < t₀ цепь камеры разомкнута и, несмотря на то что ИК находится под воздействием нейтронного потока N, рабочий ток в цепи камеры отсутствует. На блоке питания 1, представляющем источник постоянного напряжения, выставлено значение напряжения, превышающее рабочее напряжение ИК на допустимую величину.

В момент t = t₀ цепь камеры замыкается ключом 2 и в ней начинается переходный процесс, связанный с заданием скачка по напряжению, наличием емкостного и индуктивного элементов. Этот процесс регистрируется соответствующей аппаратурой, подключенной к цепи камеры и позволяющей с требуемой частотой записывать значения переменных состояния цепи (напряжение на емкости, ток через индуктивность) в динамическом режиме. После завершения переходного процесса записанная информация вводится в расчетную программу, в которой реализован метод идентификации параметров электрических цепей. По информации о переменных состояния цепи камеры, значениям параметров других элементов цепи (R_н, L, C) восстанавливается вольт-амперная характеристика нелинейного элемента 3. Таким образом, получается вольт-амперная характеристика ИК, которая изображена на фиг. 2 кривой 1. Поскольку время переходного процесса занимает малые доли секунды, то мощность реактора за это время не дрейфует. Вид ВАХ при этом не искажается и точность прогноза возрастает. Описанная процедура повторяется для нескольких уровней мощности из рабочего диапазона.

В отличие от прототипа в данном способе используется одно, выставляемое на блоке питания, значение напряжения. Для этой цели может быть использован рабочий блок питания из штатной аппаратуры канала системы управления и защиты. В прототипе для получения ВАХ нужен специальный блок питания с регулируемым напряжением.

Отличительными признаками данного изобретения являются также использование расчетной программы для восстановления ВАХ по результатам измерений в динамическом режиме и процедура обработки, полученной ВАХ для постановки диагноза о техническом состоянии диагностируемой ИК.

В расчетной программе реализован алгоритм идентификации параметров электрической цепи по результатам измерения переменных состояния цепи, а именно токов и напряжений. Таким образом находятся точки, по которым строится кривая ВАХ камеры.

Диагноз ставится с помощью решающего правила принятия гипотезы H_i (i= 0, 1, 2), которое основывается на сравнении взвешенных сумм квадратичных отклонений вида В соответствии со значением индекса i могут быть рассмотрены следующие гипотезы.

Н_о - измеренная ВАХ, которой соответствует функция у(x), находится в допустимых пределах; H₁ - измеренная ВАХ выходит за верхний допуск, которому соответствует функция f₁(x) = f_o(x)+Δ₁(x); H₂ - измеренная ВАХ выходит за нижний допуск, которому соответствует функция f₂(x) = f_o(x)-Δ₂(x). В данных формулах приняты следующие обозначения: M - количество точек, в которых определяется ВАХ диагностируемой ИК; σ_j - среднеквадратическое отклонение в точке x_j для функции y(x); f_о(x) - ВАХ технически исправной ИК; x_j - значения напряжения камеры U в расчетных точках;
y_j - значения тока камеры I в расчетных точках.

Зависимости f_о(x), Δ₁(x), Δ₂(x) получают на основе данных технической документации на ИК.

В соответствии с решающим правилом гипотеза H_о о том, что ИК находится в работоспособном состоянии, принимается при выполнении условий

Если эти неравенства не удовлетворяются, то принимается одна из гипотез H₁ или H₂ и ионизационная камера рассматривается как неработоспособная.

Источники информации
1. Даниленко В. П., Морозов С.А., Кавтун С.Н. и др. Исследование динамических характеристик ионизационных камер. Препринт ФЭИ-2604, Обнинск, 1997.

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

Формула изобретения

Способ диагностирования ионизационной камеры системы управления и защиты ядерного реактора, основанный на получении и анализе формы вольт-амперной характеристики камеры, отличающийся тем, что в цепи ионизационной камеры, представленной в виде нелинейного двухполюсника, задают один скачок по напряжению, и регистрируя переменные состояния цепи во время переходного процесса, восстанавливают по ним вольт-амперную характеристику камеры, а диагноз ставят по результатам проверки статистических критериев на основе полученной вольт-амперной характеристики и информации о технически исправном состоянии камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2