Устройство аварийной защиты атомного реактора

(56) Шульц МА Регулирование энергетическихядерных реакторов. М, 957, с 393-394.Долпежаль МЛ, Емельянов ИЯ, Канальныйядерный энергетический реактор. М.: Атомиздат,1980, с 127, 128.(54) УСТРОЙСТВО АВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫАТОМНОГО РЕАКТОРА(57) Область использования: в атомной технике, вчастности, в устройствах аварийной защиты (АЗ)для защиты атомного реактора при аварийныхситуациях Сущность изобретения: повышениебыстродействия защиты при аварийных изменениях реактивности за счет того, что в уе, содержащем и - внутриреакторных датчиков, выходыкоторых подключены к соответствующим входамблока усреднения, выход блока усредненияподключен к входу дифференцирующего усилителя и к входу инвертора, выходной которогоподключен к второму входу порогового блока,сигнал с выхода последнего выдается в схему СОВЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИКГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) пг) ОПИСАНИЕ к авторскому с(51) 6 С 21 С 7 36 аварийной защиты. Блок усреднения содержит усилитель напряжения и и - одинаковых цепей, каждая из которых содержит последовательно включенные нормирующий усилитель, ключ и ре - зистор. Выходы всех цепей подключены к входу усилителя напряжения. Инвертор состоит из двух последовательно соединенных резисторов и усилителя напряжения, между входом и выходом которого включен элемент обратной связи. К общей точке резисторов через диод подключен источник опорного напряжения. Выход первого резистора является входом инвертора, а выход усилителя - выходом инвертора, Пороговый блок содержит компаратор, делитель напряжения на первом и втором резисторах и последовательно соединенные резистор и ключ, которые подключены параллельно второму резистору. Первый вход компаратора является первым входом порогового блока, а выход компаратора подключен к управляющему входу ключа и является выходом порогового блока Входной вход компаратора соединен с общей точкой первого и второго резисторов, а вход делителя напряжения является вторым входом порогового блока 3 з.п. ф-лы, 4 ил.Изобретение относится к атомной технике, в частности к устройствам аварийнойзащиты (АЗ), и может быть использованодля защиты атомного реактора при аварийных ситуациях.Цель изобретения - повышение быстродействия защиты при аварийных изменениях реактивности.Заявленное устройство обеспечиваетформирование сигналаАЗ практически беэзадержки по отношению к моменту достижения относительной скорости изменениямощности реактора аварийного значения и,следовательно, повышает безопасностьэксплуатации реактора.Заявленное техническое решение характеризуется новой совокупностью признаков. Введение (п) датчиков, блокаусреднения и инвертора приводит к тому,что при быстром аварийном изменениимощности реактора сигнал АЗ формируетсяпрактически без задержки по отношению кмоменту достижения относительной скорости изменения мощности аварийного значения,На фиг, 1 приведена схема устройствааварийной защиты атомного реактора; нафиг. 2 - схема блока усреднения; на фиг. 3 -схема инвертора; на фиг. 4 - схема порогового блпаУстройство содержит п внутриреакторных датчиков 1, каждый из которых преобразует мощность реактора в локальнойобласти в электрический сигнал. Выходыдатчиков 1 подключены к соответствующимвходам блока усреднения 2, выходной сигнал которого пропорционален измеренноймощности. Выход блока 2 подключен к входу дифференциру ощего усилителя 3, постоянная времени которого выбирается впределах 0,7 - 1 с и выходной сигнал которого пропорционален скорости изменениямощности реактора, и входу инвертора 4,выходной сигнал которого пропорционаленуровню мощности. Выход усилителя 3 подключен к первому входу порогового блока 5,а выход инвертора 4 подключен к второмувходу порогового блока 5, сигнал с выходакоторого выдается в схему аварийной защиты 6.Блок усреднения 2 содержит и одинаковых цепей, каждая из которых содержит последовательно включенные нормирующийусилитель 7, ключ 8 и резистор 9, усилительнапряжения 10, Выходы всех цепей подключены к входу усилителя напряжения 10 срегулируемым коэффициентом усиления.Входы нормирующих усилигелей 7 являются вгглами, а выход усилителя 10 - выходомблок уеред ения 2 Инвертар 4 состоит иэ последовательносоединенных резисторов 11 и 12 и усилителя напряжения 13 с большим коэффициентом усиления (например, операционный 5 усилитель), Между входом и выходом усилителя 13 включен элемент обратной связи 14.К общей точке резисторов 11 и 12 через диод 15 подключен источник опорного напряжения 16. Вывод резистора 11 является входом 10 инвертора, а выход усилителя 13 - выходоминвертора 4.Пороговый блок 5 содержит компаратор17, делитель напряжения 18 на двух последовательно соединенных резисторах 19 и 20 15 и последовательно соединенные резистор21 и ключ 22, которые подключены параллельно резистору 20. Первый вход компаратора 17 является первым входом порогового блока 5, а выход компаратора 17 подключен 20 к управляющему входу ключа 22 и являетсявыходом порогового блока 5. Второй вход компаратора 17 соединен с общей точкой резисторов 19, 20, которая является отводом делителя напряжения 18 и через после довательно соединенные третий резистор21 и ключ 22 соединена с общей шиной, Вывод второго резистора 20 соединен с общей шиной, вход делителя напряжения 18 является вторым входом порогового блока 30 5.Устройство работает следующим образом,Сигналы измеренной локальной мощности поступают с выходов датчиков 1 на вхо ды блока усреднения 2. Сигнал на выходеблока 2 пропорционален мощности реактора и определяется иэ выражения1++т40 ц =лг и 7 10где 11, , и - сигналы датчиков 1;17 - коэФфициент преобразования нор мирующих усилителей 7;К 10 - коэффициент усиления по напряжению усилителя 10;п - количество датчиков 1.Дифференцирующий усилитель 3 явля ется реальным дифференцирующим звеном1-го порядка с передаточной функцией:Тй( р) =к- . (2) 55где Кз - коэффициент передачи диф,;еренцирующего усилителя 3 на г чсоких частотах;Т - постоянная времени пиФфеоенпрующего усилителя 3,(4) 1.1 К сИ. У уст 4 2 КК К4 18 1+Т/Т На частотах меньше асср = 1/Т напряжение на выходе дифференцирующего усилителя 3 (Одиф), а следовательно и на первом входе порогового блока 5, будет изменяться пропорционально скорости изменения выходного сигнала Ог; На второй вход порогового блока 5 поступает сигнал уставки с выхода инвертора 4; Оуст = К 4 ОгТаким образом имеем Пороговый блок 5 сработает при - ) И 1 в, где Ьв - коэффициент деле- О иОустния делителя напряжения 18, т,е. при относительной скорости роста входного сигнала ( - )больше значения аварийной уса с ОгК 4 К 1 втановки по скорости Ч = ., Сигнал с выхода порогового блока 5 поступит в схему аварийной защиты 6, вызовет срабатывание устройства аварийной защиты,Анализ работы устройства показывает, что при разгоне реактора с постоянного уровня с периодом Твх, сигнал на выходе дифференцирующего Усилителя 3 определяется выражением: К сут1) (с) =1) (О)е х-е (5)лиф г 1+Т ГТвх а на выходе инвертора 4:Оуст(т) - Ог(0) К 4 е/ " (6) При Тех = Тдз (Тдз - уставка аварийной защиты по периоду) и т Тех, Т имеет Одиф(1) = Оуст(Г) К 1 В, ОтКУДа Из (5), (6) и (7) и учитывая, что Одиф(0)- К Лс=О, Б 10)=и (О). а а получаемуст аследующее выражение для разностного сигнала на входах компаратора КОМП (с учетом нормирования на Оуст(0) к 1 в: Компаратор 17 срабатывает при Л О(1)лп= О. Анализ выражения (8) показывает; длятого, чтобы в диапазоне мощностей реакто 15 ра от 10 до 1006 Ином к моменту началавзаимодействия систем АЗ возрастаниеуровня мощности было более 15 оуь от исходного уровня в диапазоне относительныхскоростей изменения мощности от 20 до20 100 с и при Тдз =-10 с необходимо, чтобыпостоянная дифференцирования Т была неболее 1 с, что подтверждает достижение поставленной цели,Для исключения автоколебательных25 процессов в характеристику компаратора17 введен гистерезис. Выполнение порогового блока 5 предложенным образом позволяет сделать гистерезис относительным, т.е,отношение разности порогов срабатывания30 и отпускания к уровню самого сигнала напервом входе компаратора 17 не зависит отуровня этого сигнала, При срабатываниикомпаратора 17 сигнал с его выхода поступает на управляющий вход ключа 22 и от 35 крывает его, резистор 21 подключаетсяпараллельно резистору 20. Вследствие этого сигнал уставки на втором входе компараторэ 17 уменьшается. Величинауменьшения зависит от номинала резисто 40 ра 21, который на практике выбирается таким образом, чтобы обеспечить гистерезиспорядка 3-5,Выполнение инвертора 4 предложенным образом позволяет на малых уровнях45 мощностей перейти из режима аварийнойзащиты по относительной скорости в режимаварийной защиты по абсолютной скоростиизменения мощности, При уменьшении сигнала на выходе блока усреднения 2 до уров 50 НЯ Ооп (1 + й 11/В 1 г) (Ооп - НЭПРЯжЕНИЕисточника опорного напряжения 10, Я 11, Я 1 г- номиналы резисторов 11 и 12) открываетсядиод 15 (на практике необходимо учитыватьпадение напряжения на диоде 15), и уставка на выходе инвертора 4 фиксируется на постоянном уровне. Элемент на выходе инвертора 4 фиксируется на постоянном уровне,Элемент обратной связи 14 может состоять. например, из одного резистора, или из параллельно включенных резистора и конден1828241 сатора, или резистора и диода, или в другом виде в зависимости от конкретных практических требований.В блоке усреднения 2 нормирующие усилители 7 преобразуют токовые сигналы датчиков 1 в напряжение постоянного тока, Ключи 8 позволяют отключать неисправные датчики, но при этом сигнал на выходе блока 2 практически не изменяется (см. выражение (1, т,к. при этом сумма в числителе Формула изобретения1, УСТРОЙСТВО АВАРИЙНОЙ ЗАЩИТЫ АТОМНОГО Р ЕАКТОРА, содержащее датчик, выход которого подключен к первому входу преобразователя тока в напряжение, выход которого через дифференциальный усилитель связан с первым входом порогового блока, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия защиты при аварийных изменениях реактивности, в него введены инвертор и (и - 1) датчики, выход дифференциального усилителя подключен к первому входу порогового блока, преобразователь тока в напряжение выполнен в виде блока усреднения, выходы (и - 1) датчиков подключены соответственно к (и - 1) входам блока усреднения; где и - число датчиков, вход инвертора соедйнен с выходом блока усреднения, а выход подключен к второму входу порогового блока.2, Устройство по п.1, отличающееся тем, что пороговый блок содержит компаратор, первый вход которого является первым входом порогового блока, делитель напряжения, состоящий из первого и второго резисторов, причем первый вывод первого резистора является вторым входом порогового блока, второй содержит (и) слагаемых вместо и, но и в знаменателе вместо и нужно ставить п.Предлагаемое устройство наиболее эффективно может использоваться в системах 5 аварийной защиты.атомного реактора в диапазоне мощности от 1 до 100% Барм при использовании в качестве датчиков - внутризонных эмиссионных датчиков, общее число которых, например, в реакторах 10 РБМКравно 130 шт,вывод первого резистора соединен с первым выводом второго резистора, вторым входом комп а рата ра и через последовательно соединенные третий резистор и ключ подключен к второму выводу второго резистора и общей шине, при этом выход компаратора является выходом порогового блока и соединен с управляющим входом ключа.3. Устройство по п.1, отличающеесятем, что блок усреднения содержит усилитель и первую и-ю цепи, выходы ко торых подключены соответственно кпервому и-входам усилителя, выход которого является выходом блока усреднения, при этом каждая цепь содержит последовательно соединенные нормиру ющий усилитель, вход которого является входом блока усреднения, ключ и резистор.4, Устройство по п,1, отличающеесятем, что инвертор содержит первый и второй резисторы, первый вывод первого из которых является входом инвертора, источник опорного напряжения через диод подключен к второму выводу 40 первого резистора и через второй резистор - к входу усилителя напряжения, выход которого является выходом инвертора.