Способ контроля теплового режима реакторной установки типа ввэр в динамических режимах

(53)5 6 21 С 17/00 ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМУ(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА РЕАКТОРНОЙ УСТАНОВКИ ТИПА ВВЭР В ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМАХ (57) Сущность изобретения: в стационарном режиме работы реактора измеряют температуру теплоносителя в холодных Тп и горячих Тпгн нитках первого контура, давление теплоносителя в первом контуре, расход теплоносителя в петлях первого контура и температуру воды в межтрубном объеме парогенератора и с помощью выбранной математической модели теплопередачи находят коэффициенты теплопередачи из первого контура во второй для каждого парогенератора, Далее измеряют те же параметры в динамическом режиме работы реактора при работающих главных циркуляционных насосах и устанавливают с помощью той же математической модели уточненные значения Тп" и Тп, которые используют известным образом для определения тепловой мощности реактора. 2 з,п,ф-лы, 1 ил. 6аавЪ туры теплоносителя номер петли) и "гор го контура, давлени вом контуре, расхо петлях первого ко измеряют темпера трубном объеме па зуя указанные вел стационарном реж находят коэффиц кп из первого конт дого парогенератор ческой модели тепл(56) Брагин В.А, и др. Системы регулироваНия контроля АЭС с реакторами ВВЭР. Подред. Г.Л.Левина. - М.: Энергоатомиздат,1987, с, 13 - 16.Крупенников В.П. Эксплуатационныевопросы физики реакторов ВВЭР, - М.:фнергоатомиздат, 1986, с.64,ЯпгПЙ,М. Роччегезстабоп и Эе ргеззцг 1 гебаасег геассог - йцсеаг Тесппооду, 1982, чо 1.56, М 3, р, 447 - 453,Брагин В,А. и др, Системы внутриреакторного контроля АЭС с реакторами ВВЭР.Под ред. Г,Л.Левина,. - М,: Энергоатомиздат, 1987, с, 53-58,Изобретение относится к ядерной энергетиКе и может быть использовано в автоматизированных системах управления технологическими процессами реакторных установок ВВЭР для контроля состояния реактора,Целью предполагаемого изобретения является повышение точности определения тепловой мощности реактора за счет повышения точности определения температуры теплоносителя.Цель достигается тем, что в способе контроля теплового режима теплоносителя в первом контуре реакторной установки типа ВВЭР в динамических режимах, включающем периодические измерения темперахоодры" Т (и ячих" Тп" нитках первоя Р теплоносителя в перда Оп теплоносителя в нтура, дополнительно туру Тп воды в межрогенератора, испольичины, измеренные в име работы реактора, иенты теплопередачи ура во второй для кажа с помощью математиопередачи вида:где кл = ехр( -- ); Еп - площадь поверхКПГ Поп(.рности теплообмена;Ср - удельная теплоемкость теплоносителя первого контура;далее в динамическом режиме работы реактора измеряют тот же набор параметров при работающих главных циркуляционных насосах и с помощью той же математической модели устанавливают уточненные значения Тп, ТГ 1", которые используют для определения известным способом тепловой мощности реактора как:Х (Ь" - Ь )й=1Кроме того, цель достигается тем, что уточненные значения То, Тп определяются какх:(ВХ - " В+ Ат Х;1 А) 1.(вт Х) 1 у+ АтХ;, 1 ь) Гдв Х (Т 1 хн Т 1 Гн Техн ТГпГН )т,петель, т - знак транспортирования матрицы, А - блочная матрица:А 1ОА 200ОООАП 1с блоками Ао =(-1 1 сп,о);В =-12 П;1 к - единичная матрица порядка 1 х 1 с;Ь =ОЕ 1 ГП,Ху =О 21 12 щ,- вектор;(Т хн.н Т Гн.н Т хн.н Т Гн,н)Г результатов измерения температуры;Оо,о, Тп,ох". То,оГН, То,о - значениЯ паРэ- метров Оп, Тпх", Тп", Тп в предыдущем временном цикле измерения,Цель достигается также тем, что уточненные значения Тп" То" определяются как: Т Гн), Т Гн) + Гн (Т Гн.и Т Гн5 ГдЕ То 11, То 11 - ПрОМЕжутОЧНЫЕ ЗНаЧЕния, определяемые какТп , = То 1+ Г 4 Ъ Х- ТхН 11+ К,Тйн 11+ 1 - К,)Т;(, - 1)220 (Го,1, Г 2 й,1, йй, Г 4,2 ПОДбИРаЕМЫЕ КОэффициенты (Оа 1),Тпхн)о, Тп Гн)о - эначениЯ темпеРатУРы,полученные в предыдущем временном цикле измерения,25 Авторам не известны способы контролятеплового режима реакторной установки,обеспечивающие п риемлемую погрешностьв динамических режимах, особенно при определении тепловой мощности реактора,ЗО Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ соответствует критериюизобретения "новизна", При определениитепловой мощности реакторов авторы до 35 полнительно учли взаимосвязь между измеряемыми параметрами РУ, сохраняющуюсяпри их изменении, что выражено соотношением ,40 -Тохн+ КпТп" + (1 - 3(п)То = 0 (2)и предложили дополнительные условия измерения отдельных параметров, Ранее соотношение (2) применялось только при45 расчетах парогенераторов на этапе его проектирования и не применялось для контроляработающего реактора, Отличительные признаки в совокупности с известными в заявляемом способе позволяют повысить50 точность определения тепловой мощности реактора в динамических режимах,Зто позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия",55 На чертеже в упрощенном виде представлен вариант устройства для реализациизаявляемого способа,Способ осуществляют следующим обраэом.В одном из стационарных режимов работы реакторной установки на различных энергетических уровнях мощности (целесообразно использовать стационарные режимы на этапе энергопуска: на уровнях мощности 40, 75, 90, 100 оь от номинальной) с прмощью штатных измерительных каналов сИстемы контроля, управления и защиты ВВЭР измеряют температуру теплоносителя в "холодных" нитках первого контура (Тх") и в "горячих" нитках (Т"1, расход теплоноситЕля в петлях первого контура (Оп), давление теплоносителя в первом контуре (Рк) и давление пароводяной смеси в межтрубных объемах парогенераторов (Р") и находят коэффициенты теплопередачи кп с помощью соотношения (2), причем эти измерения проводят столько раз и в таком наборе состояний реакторной установки, чтобы обеспечить требуемую точность определения коэффициентов теплопередачи, Если пренебречь систематическими погрешностями, т точность определения коэффициентов теплопередачи обратно пропорциональна квадратному корню из полного числа измерений: я =ЮГ, где о 1 - среднеквадратическая погрешность при одном измерении, о 1- при измерениях, Тем самым настраивают модель теплопередачи (соотношение 1) в парогенераторах из первого контура вб второй для каждого парогенератора,Такие измерения и настройку модели дя каждого парогенератора необходимо периодически (несколько раз за топливную кампанию) повторять в процессе эксплуатации энергоблока с целью учета изменения коэффициента теплопередачи, например, вследствие появления отложений солей на стнках трубок парогенератора,Далее при работе реактора на мощност при включенных ГЦН измеряют давленИе, температуру, расход теплоносителя первого контура и давление пароводяной сйеси в межтрубном объеме парогенератора,. По измеренному давлению в первом котуре Ра вычисляют удельную теплоемкоть Ср.Результаты этих измерений используют соместно с моделью теплопередачи (соотношение (2 в парогенераторах для уточнени температуры в "холодных" и "горячих" нитках петель,При использовании ЭВМ с высоким быстродействием и большим объемом оперативной памяти уточнение температуры пррводя". по алгоритму Калмана.Предположим, что погрешность соотношения (2) имеет статистический характер, т,е;,:- Гп + 1(п Тп + (1 1(п) Тп Гп (3)где еп - случайный процесс с нулевым средним и дисперсией ае .5 Перед нами - задача оценивания состояниях = (Т 1 хн, Т 1,Тгп, Тгпгн) и выхода К системы с входами Тп, бп (и = 1,гп), для которой уравнение эволюции состояния имеет вид(3), а уравнения измерений;10хн Т хн.и хни иТ Гн Т гн.и Гни и15 где оп, оп - погрешности измерений,хн ГнПусть они имеют статистический характер,некоррелированы, имеют нулевое среднее идисперсию ут . Заметим, что в предполо 2жении, что теплоноситель второго контуранаходится на линии насыщения во всем объеме парогенератора, его температура Т может быть определена по измеряемомудавлению Рп.При использовании в системе контроляЭВМ с достаточными оперативной памятьюи быстродействием получают оптимальнуюоценку температуры и тепловой мощностиреактора следующим образом,Линеаризуют соотношение (2) в окрестности текущих значений переменных-Тпх" + кп,оТпгн = ЬпкпРп1 п",о - Тй,оп,о п,обп ОСР Тгн ТзЬп - переменная, зависящая от входов и40 текущих значений температуры:Ьп = (п - 1)Тп - (п - п)(Тп,огн - Тп,о)Известно, что для переменных х, свя 45 занных системой уравнений модели;.ф -4" у= Вх+о где Р, о - взаимно некоррелированные 55 случайные векторы с нулевыми среднимии дисперсионными матрицами Хе, Ху, оптимальная оценка дается в виде:х=(в Х 1 в+дтХ 1 д)1(втХ 1 у дт1803931 хн, Т хн А 1 О 0 0 0 А 2 0 0 ОООдв А= Хе = Ое в, Ху = От 2 в,а ее дисперсионная матрица имеет вид;Хг = ВТХ 1 В + АтХ 1 А)У В рассматриваемое задаче А - блочная матрица; с блоками Ап = (-1 Мп,о),В = 12 в,1 к - единичная матрица порядкакх 1(; Ь - вектор о = (Ь 1,Ьв),у Т хн.и Т гни Т тх И Т Гн")т - ВЕКтор результатов измерения температуры,Этот алгоритм обеспечивает максимально возможное уточнение температуры.В настоящее время в системах контроляиспользуются ЭВМ с недостаточной для оптимального.определения температуры теплоносителя производительностью и малойоперативной памятью; поэтому представляется предпочтительным получение менееоптимального уточнения температуры теплоносителя и тепловой мощности, тем болеечто из-за неизбежной приближенности используемой модели и характеристик погрешностей полученная оценка все равноне будет оптимальной. Вместе с тем отказот вычислений "оптимальных" матриц:(втХ 1 в+дт 2 1 д)1 дтЬ 1 У в реальном масштабе времени дает существенную экономию вычислительных ресурсов; процессорного времени и оперативной памяти, Поэтому при использовании более дешевой ЭВМ, с меньшим быстродействием и объемом оперативной памяти уточнение температуры проводят по следующему алгоритму,ИЗМЕряЮттЕМПЕратуруТпТпн и ИдЕ- лают поправки к оценке температуры Тп"н Тпно, ПОЛуЧЕННОй В ПрЕдЫдущЕМ временном цикле, получая промежуточные ОЦЕНКИ Тп" 1, Тп 1: Т хн -Г хн + хн Т хн и Т хн ) Т ГН, Т ГН + ГН Р ГН.И Т ГН ) далее, используя модель (2), делают поправки к полученным оценкам, что дает оценкутемператур: 10 - Тпн 1 + Ьптйн 1 + 1- Ьп)т:1)г Тп . Тп 1+Ов 2 х15- Тй 1 + КпТй 1 + 1 - 1(п)1 п1)г Эта процедура является применением мо дифицированного алгоритма Качмажа, причем уравнения измерений и модели определяют в фазовом пространстве переменных множество 3 х гп гиперплоскостей, В каждом цикле приема измерительной ин формации от датчиков в устройстве обработки проводится последовательное проецирование оценки х на указанные гиперплоскости (удобнее осуществлять проекции в приведенном выше порядке), В качестве начального приближения в каждом цикле используется оценка, полученная в предыдущем цикле, Коэффициенты в приведенных выражениях подбираются заранее, Полученные значения температуры 35 Т, Тп Гн ПОдСтаВЛяЮт В СООТНОШЕНИЕ (1) Инаходят тепловую мощность реактора,В устройстве (см.чертеж), реализующемспособ, в первом контуре энергоблока, включающем ядерный реактор 1, несколько 40 петель, каждая с "горячей" ниткой 2, "холодной" ниткой 3, парогенератором 4 и с главным циркуляционным насосом 5, установлены датчики температуры теплоносителя 6, 7, датчик давления теплоносителя 45 8, датчик перепада давления теплоносителяна главном циркуляционном насосе 9, датчик скорости вращения ротора ГЦН 10, Во втором контуре установлен датчик давления пароводяной смеси в парогенераторе 11, Временные сигналы с датчиков поступают на вход аппаратуры контроля 12, далее на аналого-цифровые преобразователи 13, С выхода аналогово-цифровых преобразователей сигналы поступают в ЭВМ 14. Значения расхода теплоносителя в петлях первого контура, определяемые по результатам измерений 7 - 10, а также значения коэффициентов теплопередачи парогенераторов регистрируются в базе данных 15.(п п )(Тп,о - Тп,о); Значения температуры теплоносителя в нитКах первого контура и мощности реактора постоянно визуально отображаются на дисплее 16 и регистрируются на магнитном диске 17,Предлагаемый способ позволяет повысить точность контроля теплового режима реакторной установки, Действительно, для реакторной установки ВВЭР - 1000 в номинальном режиме работы тепловая мощность реактора М 0 = 3000 МВт, температура теплоносителя в горячей нитке Т 0 н = 320 С, в холодной нитке То = 290 С, в парогенератореТ 0=278,5 С, Погрешноститемперат 1 грных измерений от = 0,4 С, погрешности определения петлевых расходов оа - около 0.,016 п,0. Без использования модели средне- квадратическая погрешность оценки тепловой мощности по параметрам первого контура о составляет около 1,4;4 номинальной мощности, При использовании модели (в предположении, что ее погрешность О= 0,1 - 0,5 С) погрешность определения температуры теплоносителя в "холодных" и "горячих" нитках уменьшается до 0,14 - 0,32 С и 0,39-0,4 С соответственно, а погрешность определения тепловой Мощности реактора по параметрам первого контура уменьшается до 02 = 1,1 - 1,3; номинальной ощнос. Вр в оости оценки, характеризуемый показателем 20 - 2 о 1, составляет 0,2 - 0,5 , номинальной мощности.Технико-экономический эффект заключается в повышении точности определения тепловой мощности реактора, что дает возможность без уменьшения безопасности повысить мощность реактора, Для энергоблока тепловой мощностью 3000 МВт и электрической - соответственно 1000 МВт) уМеньшение погрешности оценки тепловой мощности даже на 0,20, номинальной мощности дает возможность дополнительного производства электроэнергии 17,5 млн. кВтч в год. Формула изобретения 1. Способ контроля теплового режима реакторной установки типа ВВЭР в динамических режимах, включающий периодические измерения температуры теплоносителя в "холодных" Тп"н (и - номер петли) и "горячих" Тпи нитках первого контура, давления Р теплоносителя в первом крнтуре, расхода 6 П теплоносителя в петлях первого контура, отл и ч а ю щи йся тем, что, с целью повышения точности определения тепловой мощности реактора за счет повышения точности определения температуры теплоносителей, дополнительно измеряют температуру Тп воды в межтрубном объеме парогенератора, используя указанные величины, измеренные в стационарном 5 режиме работы реактора, находят коэффициенты теплопередачи к, из первого контура во второй для каждого парогенератора с помощью математической модели теплопередачи вида10"5 хности теплообмена,Ср - удельная теплоемкость первогоконтура;далее в динамическом режиме работы реактора измеряют тот же набор параметров 20 при работающих главных циркуляционныхнасосах и с помощью той же математической модели устанавливают уточненные значения Тп, Тп ", которые используют для определения известным способом теп ловой мощности И реактора; М = Х 6 и (п" - и)30 И=1 2, Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что уточненные значения Тп. Тп" определяют из выражения35 ъх=(ВХ 1 В АХе 1 А) ,(В Х 1 у+АХе 1 Ь) где = (Т 1 хн Т 1 гн Тп,хн Т,гн)а - число петель;40 т - знак транспортирования матрицы;А - блочная матрица: с блоками Ап = (-1 1(п,о):В = 12 п 1,50 1 - единичная матрица порядка к х Е; Ь - вектор; Ь =(Ь 1,Ьв): Ьг = (п - 1)Тп -)г Составитель В. Бурьяехред М.Моргентал Ваш кович едактор О. Стенин оррек Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ С-35, Раушская наб 4/5 Заказ 1058 Тираж ВНИИПИ Государственного комит 113035, МоскваПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 хн.и . гн,и - хн,т . гн.ит тор результатов измерения температуры;Оп,о, Тп,о", Тп,о ", Тп,о - значение параметров 6 п, Тп, Тп", Тп в предыдущем временном цикле измерения.3. Способпоп.1,отличающийся тем, что уточненные значения Тп, Тпг" определяются из выражений Т гн . Т гн + агн Т гн,иГдЕ Тп"н 1, Тп"1 - ПрОМЕжутОЧНЫЕ ЗНаЧЕ- ния, определяемые из выражений с 4."1, с 45, с 4 н 2, г 422 - подбираемые ко"5 эффициенты (Оа 1),Тп о Тп о - значения температуры,полученные в предыдущем временном цикле измерения.