Способ регулирования уровня мощности ядерного реактора

 

1. СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ МОЩНОСТИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, заключающийся в измерении уровня мощности, сравнении измеренного уровня мощности с опорным сигналом, формировании сигнала рассогласования и управлении исполнительным механизмом в соответствии повышения надежности и качества регулирования в широком диапазоне изменения уровня мощности, сравнивают последовательность разнополярных импульсов, длительности которых зависят от измеренного уровня мощности и опорного сигнала, и формируют сигнал рассогласования путем выделения постоянной составляющей.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что длительность импульсов одной полярности формируют обратно пропорционально измеренному уровню мощности, а длительность импульсов другой полярности - разности опорного сигнала и сигнала измеренного уровня мощности. Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к способам автоматического регулирования и может быть использовано для регулирования мощности ядерного реактора. Известен способ автоматического регулирования уровня мощности ядерного реактора, при котором измеряют уровень мощности с помощью датчика, преобразуют сигнал датчика в падение напряжения на входном сопротивлении, вычитают из полученного напряжения опорное напряжение, разность усиливают и подают на управление исполнительным механизмом. Для обеспечения необходимого качества регулирования должна быть обеспечена компенсация зависимости коэффициента усиления реактора от величины нейтронного потока, что в рассмотренном способе получают за счет изменения величины сопротивления во входной цепи при изменении регулируемого уровня мощности. Недостатком этого способа является низкая надежность и сложность автоматизации, из-за необходимости применения переменных резисторов. Известен способ регулирования мощности, при котором сигнал датчика усиливают, а затем сравнивают с опорным, причем для работы на различных уровнях мощности устанавливают различные коэффициенты усиления, изменяя, например, глубину отрицательной обратной связи. Недостатком этого способа является снижение точности, т.к. усиление сигнала датчика вносит дополнительную погрешность. Наиболее близким по технической сущности является способ регулирования уровня мощности ядерного реактора, заключающийся в измерении уровня мощности, сравнении измеренного уровня мощности с опорным сигналом, формировании сигнала рассогласования и управлении исполнительным механизмом в соответствии с сигналом рассогласования. Недостатком этого способа является снижение надежности и качества регулирования в широком диапазоне изменения регулируемой мощности. Целью изобретения является повышение надежности и качества регулирования в широком диапазоне изменения уровня мощности. Указанная цель достигается тем, что в известном способе регулирования уровня мощности ядерного реактора, заключающемся в измерении уровня мощности, сравнении измеренного уровня мощности с опорным сигналом, формировании сигнала рассогласования и управлении исполнительным механизмом в соответствии с сигналом рассогласования, сравнивают последовательность разнополярных импульсов, длительности которых зависят от измеренного уровня мощности и опорного сигнала и формируют сигнал рассогласования путем выделения постоянной составляющей. Кроме того, длительность импульсов одной полярности формируют обратно пропорционально измеренному уровню мощности, а длительность импульсов другой полярности разности опорного сигнала и сигнала уровня мощности. Описываемая последовательность действий обеспечивает получение сигнала относительного рассогласования без дополнительного воздействия на элементы схемы, не требует изменения коэффициента усиления при изменении заданного уровня мощности, что, в конечном счете, расширяет диапазон работы автоматического регулятора, увеличивает надежность и повышает качество регулирования. Способ осуществляется следующим образом: измеряют уровень мощности реактора, например, с помощью ионизационной камеры, преобразующий нейтронный поток (мощность) в сигнал постоянного тока; формируют последовательность разнополярных импульсов, длительности которых зависят от сигнала датчика (ионизационной камеры) и опорного сигнала (от датчика мощности); полученную последовательность пропускают через фильтр высоких частот, при этом на выходе фильтра выделяется постоянная составляющая, пропорциональная относительному отклонению сигнала (мощности) от заданного значения; постоянную составляющую, выделенную из последовательности, подают на управление исполнительным механизмом, который оказывает регулирующее воздействие на реактор. Если мощность реактора равна заданному значению, то импульсы последовательности имеют равные длительности, постоянная составляющая равна нулю и воздействие на исполнительный механизм, а, следовательно, и на реактор отсутствует; в противном случае импульсы имеют различную длительность и появляется постоянная составляющая того или другого знака (в зависимости от знака отклонения мощности), которая вызывает воздействие исполнительного механизма на реактор, увеличивая или уменьшая его мощность. Указанная последовательность действий позволяет скомпенсировать изменение коэффициента усиления реактора без изменения коэффициента усиления усилителя регулятора, т.к. постоянная составляющая сформированной последовательности импульсов пропорциональна относительному рассогласованию в широком диапазоне изменения регулируемого уровня мощности. Для изменения заданного (регулируемого) уровня мощности достаточно изменить только величину опорного сигнала, с которым сравнивают сигнал датчика. Если последовательность импульсов имеет характеристики амплитуды положительного и отрицательного импульсов U₊U_- U длительности положительного и отрицательного импульсов t₊ и t_- то ее постоянная составляющая равна U_o= U (1) Если t₊ и t_- зависят от входного i_вх и опорного i_оп сигналов, например, по закону t₊= t_-= (2) то U_o= U U (3)
Учитывая, что при автоматическом регулировании отклонение Δ i входной величины от заданного значения мало, т.е. i_оп-i_вх Δ i << i_оп имеем из (3)
U_o= U ≈ · (4)
Из (4) видно, что постоянная составляющая последовательности действительно пропорциональна относительному рассогласованию. Приближенная реализация этого условия связана с выбранным видом (2) зависимости t₊ и t_- от i_вх и i_оп. Если использовать закон
t₊=
t_-= и считать, что заданное значение
i_зад= и i_зад-i_вх=Δi то из (1) следует
U₀= U U U U
(5) т. е. постоянная составляющая точно пропорциональна относительному рассогласованию. Способ может быть реализован, например, схемой, в которой на первом такте интегрируют сигнал датчика, а на втором разность опорного и входного сигнала, причем при переключении тактов, изменяется направление интегрирования, а переключатель управляется пороговым элементом, который срабатывает и отпускает при двух выбранных значениях выходного сигнала интегратора и при этом изменяет полярность своего выходного сигнала (сохраняя абсолютную величину). Усилитель с ограниченной сверху полосой пропускания, подключенной к выходу порогового элемента, выделит постоянную составляющую сигнала и усилит ее до величины, достаточной для управления исполнительным механизмом. Способ автоматического регулирования уровня мощности ядерного реактора может быть реализован устройством представленным блок-схемой на фиг.1; на фиг.2 приведена одна из возможных блок-схем устройства для реализации способа по п.2; на фиг.3 приведены характеристики порогового устройства; на фиг.4 приведены характеристики усилителя фильтра высоких частот; на фиг.5 приведены временные диаграммы сигналов. Блок-схема (фиг. 1) содержит переключатель 1, интегратор 2, пороговое устройство 3 и усилитель-фильтр высоких частот 4. В этой блок-схеме длительности последовательно разнополярных импульсов обратно пропорциональны сигналам датчика и опорного напряжения. Пороговое устройство имеет два порога срабатывания, например, U₁ и U₂, и его выходное напряжение может принимать два значения U₊ и U_-, равные по величине и противоположные по знаку (см. фиг.3), усилитель-фильтр высоких частот имеет полосу пропускания от нуля до некоторой граничной частоты f_o (см. фиг.4). Выходное напряжение порогового устройства управляет переключателем, который изменяет сигнал, поступающий на вход интегратора. При этом изменяется знак сигнала на входе интегратора (I_д и I_оп имеют разные полярности), и, следовательно, меняется направление изменения выходного напряжения интегратора. Если сигнал датчика I_д I_o -I_оп (см. фиг.5), то выходное напряжение интегратора U_и будет изменяться по линейному закону между уровнями U₁ и U₂ за равные промежутки времени t₊ и t_-, при этом на выходе порогового устройства будет сформирована последовательность разнополярных импульсов U_пу, длительности которых будут равны, а амплитуды равны по величине и противоположны по знаку. Постоянная составляющая такого сигнала равна нулю, поэтому выходное напряжение U_выхусилителя будет содержать только переменную составляющую (пульсацию), величина которой зависит от соотношения частоты повторения импульсов и верхней граничной частоты f_o. Если ток датчика увеличится до величины I_o+ Δ i, то скорость изменения U_и на одном из тактов интегрирования увеличится и в импульсной последовательности длительности станут неравными (например t₊ < t_-), что приведет к появлению отличной от нуля постоянной составляющей U_o. Блок-схема, приведенная на фиг.2, использует сигналы, длительность которых обратно пропорциональна сигналу датчика, и обратно пропорциональна разности опорного сигнала и сигнала датчика. Блок-схема, приведенная на фиг.2, характеризуется аналогичными временными диаграммами. Описываемый способ обладает следующими преимуществами:
позволяет сократить количество необходимой аппаратуры и, в то же время, расширяет функциональные возможности автоматического регулятора, т.к. канал регулирования перекрывает более широкий диапазон мощности;
позволяет сравнивать сигналы, имеющие одинаковую полярность;
упрощается схемное решение аппаратуры, т.к. могут быть использованы стандартные решения (интеграторы, пороговые элементы, фильтры на основе, например, интегральных операционных усилителей);
повышается надежность автоматического регулятора, в частности, за счет применения стандартных элементов. Предлагаемый способ сравнения двух сигналов может быть использован не только для регулирования мощности, но и в других случаях, когда требуется постоянная относительная чувствительность схемы, например, при сравнении выходных сигналов задатчиков мощности.

Формула изобретения

1. СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ МОЩНОСТИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, заключающийся в измерении уровня мощности, сравнении измеренного уровня мощности с опорным сигналом, формировании сигнала рассогласования и управлении исполнительным механизмом в соответствии повышения надежности и качества регулирования в широком диапазоне изменения уровня мощности, сравнивают последовательность разнополярных импульсов, длительности которых зависят от измеренного уровня мощности и опорного сигнала, и формируют сигнал рассогласования путем выделения постоянной составляющей. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что длительность импульсов одной полярности формируют обратно пропорционально измеренному уровню мощности, а длительность импульсов другой полярности - разности опорного сигнала и сигнала измеренного уровня мощности.

РИСУНКИ

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