DE2653411A1 - CORE REACTOR AND PROCEDURE FOR DETERMINING THE POWER DISTRIBUTION IN THE REACTOR CORE - Google Patents
CORE REACTOR AND PROCEDURE FOR DETERMINING THE POWER DISTRIBUTION IN THE REACTOR COREInfo
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Description
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Kernreaktor und Verfahren zur Ermittlung der Leistungsverteilung im ReaktorkernNuclear reactor and method for determining the power distribution in the reactor core
Die Erfindung befaßt sich einmal mit einem Verfahren zur Ermittlung der Leistungsverteilung in einem Kernreaktor mit einem aus länglichen Brennelementen zusammengesetzten Reaktorkern, der in Längsrichtung der Brennelemente von einem Kühlmittel durchströmt wird, dessen Erwärmung mit Temperaturmeßeinrichtungen ermittelt und zur Korrektur des Signals von Neutronenflußsonden verwendet wird, die in einem Brennelement über dessen Länge verteilt angeordnet sind. Die Meßsignale der Temperaturmeßeinrichtungen sollen Hinweise auf die azimutale und radiale Leistungsverteilung geben.The invention is concerned with a method of determination the power distribution in a nuclear reactor with a reactor core composed of elongated fuel elements, which is traversed by a coolant in the longitudinal direction of the fuel assemblies, which is heated with temperature measuring devices is determined and used to correct the signal from neutron flux probes that are in a fuel assembly above it Length are arranged distributed. The measuring signals of the temperature measuring devices are intended to provide information on the azimuthal and radial Give power distribution.
Die Korrektur wird nach einem Vorschlag der älteren Patentanmeldung P 25 15 712.4 mit Hilfe von Thermoelementen vorgenommen, die im oberen und unteren Bereich des Reaktorkerns über dessen Querschnitt gleichmäßig verteilt sind. Die Neutronenflußsonden sind dagegen im Hinblick auf eine besonders zuverlässige Bauweise nur an wenigen Stellen, insbesondere außerhalb des Reaktorkerns, wo genügend Platz zur Verfügung steht, angeordnet. Demgegenüber sucht die Erfindung eine Möglichkeit, die Leistungsverteilung noch genauer als bisher zu ermitteln, ohne daß für die Neutronenflußmessung ein hoher Aufwand in bezug auf die Zahl und/oder die Störanfälligkeit der Neutronenflußsonden getrieben werden muß. Vielmehr soll die Zuverlässigkeit der Messung dadurch gewährleistet sein, daß ausfallende Meßsonden,The correction is based on a suggestion from the older patent application P 25 15 712.4 made with the help of thermocouples in the upper and lower area of the reactor core are evenly distributed over its cross-section. The neutron flux probes, on the other hand, are particularly reliable with regard to a Design only in a few places, especially outside the reactor core, where there is enough space available. In contrast, the invention seeks a way of determining the power distribution even more precisely than before, without that for the neutron flux measurement a high expenditure in terms of the number and / or the susceptibility of the neutron flux probes to interference must be driven. Rather, the reliability of the measurement should be guaranteed by failing measuring probes,
Sm 21 Hgr / 19.11.1976Sm 21 Hgr / 11/19/1976
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" ξ " "ξ" 76Ρ 939 1 BRD76Ρ 939 1 FRG
die ein fehlerhaftes Signal liefern, unwirksam gemacht werden. which deliver a faulty signal can be made ineffective.
Bei dem neuen Verfahren zur Ermittlung der Leistungsverteilung geht man so vor, daß die Erwärmung an einer den Neutronenflußsonden unmittelbar zugeordneten Stelle redundant ermittelt und dann gewertet wird, daß ein Integral der Meßwerte der Neutronenflußsonden über die Länge des Brennelements gebildet wird, daß die gewertete Erwärmung mit dem Integral verglichen wird und daß die Differenz zwischen dem Integral und der Erwärmung bei überschreiten eines Schwellwertes zur Unterdrückung eines Signals einer Neutronenflußsonde benutzt wird.In the new method for determining the power distribution, one proceeds in such a way that the heating is carried out on one of the neutron flux probes immediately assigned point is determined redundantly and then evaluated that an integral of the measured values of the Neutron flux probes formed over the length of the fuel assembly that the assessed warming is compared with the integral and that the difference between the integral and the warming is used to suppress a signal from a neutron flux probe when a threshold value is exceeded.
Die redundante Temperaturmessung bildet somit eine Grundlage für die zuverlässige Überwachung der Neutronenflußsonden, die wiederum mit den Temperaturmeßeinrichtungen räumlich in so enger Beziehung stehen, daß eine unmittelbare Zuordnung möglich ist. Die Genauigkeit der Messung der Leistungsverteilung beruht also nicht auf einer Vervielfachung der Neutronenflußsonden sondern dem zusätzlichen Einsatz der Temperaturmeßeinrichtungen und einem entsprechenden Rechneraufwand.The redundant temperature measurement thus forms a basis for the reliable monitoring of the neutron flux probes, the in turn are spatially so closely related to the temperature measuring devices that a direct assignment is possible is. The accuracy of the measurement of the power distribution is therefore not based on a multiplication of the neutron flux probes but the additional use of the temperature measuring devices and a corresponding computing effort.
Ausgehend von den Temperaturmessungen können die Signale aller in einem Brennelement verteilter Neutronenflußsonden für den Fall fehlerhafter Meßergebnisse unterdrückt werden. Unter Umständen kann man aber auch aus den über die axiale Ausdehnung des Reaktorkerns verteilten Sonden einzelne fehlerhafte Sonden aussortieren, so daß die Messung der Leistungsverteilung im Reaktorkern durch den Ausfall einzelner Sonden besonders wenig beeinträchtigt wird.Based on the temperature measurements, the signals from all neutron flux probes distributed in a fuel assembly can be used for the In case of incorrect measurement results are suppressed. Under certain circumstances, however, one can also use the axial extension of the reactor core distributed probes sort out individual faulty probes, so that the measurement of the power distribution in the reactor core is particularly little affected by the failure of individual probes.
Das Verfahren nach der Erfindung kann vorteilhaft so ausgeführt werden, daß für Differenzwerte unterhalb des Schwellwertes eine von der Größe der Differenz abhängige Korrektur des Signals einer Neutronenflußsonde vorgenommen wird. Die Korrektur des Signals kann in gleicher Weise allen axial verteilten Sonden eines Brennelements aufgeschaltet werden oder in unter-The method according to the invention can advantageously be carried out in such a way that for difference values below the threshold value a correction of the signal of a neutron flux probe, which is dependent on the size of the difference, is carried out. The correction of the signal can be connected in the same way to all axially distributed probes of a fuel assembly or in different
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schiedlicher Größe, wobei die Abstufung nach Erfahrungswerten vorgenommen werden kann oder aus den Werten der Aufwärmung ermittelt wird.different sizes, the gradation according to empirical values can be made or is determined from the values of the warm-up.
Für einen Kernreaktor zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man vorteilhaft von einem Reaktorkern ausgehen, der aus länglichen Brennelementen zusammengesetzt ist und eine deren Länge entsprechende axiale Ausdehnung und einen annähernd kreisförmigen Querschnitt aufweist, und mit einer Meßeinrichtung für die örtliche Verteilung der Reaktorleistung, die in einem Brennelement axial verteilte Neutronenflußsonden und zusätzliche Temperaturmeßgeräte, vorzugsweise Thermoelemente, zur Ermittlung der Erwärmung eines den Reaktorkern in Längsrichtung der Brennelemente durchströmenden Kühlmittels umfaßt.For a nuclear reactor for carrying out the method according to the invention one can advantageously start from a reactor core, which is composed of elongated fuel elements and a whose length has a corresponding axial extent and an approximately circular cross-section, and with a measuring device for the local distribution of the reactor power, which in a fuel element axially distributed neutron flux probes and additional temperature measuring devices, preferably thermocouples, to determine the heating of the reactor core in the longitudinal direction comprising coolant flowing through fuel assemblies.
Nach der weiteren Erfindung wird dieser Reaktorkern so ausgebildet, daß mehrere Temperaturmeßgeräte am Ausgang eines Brennelements redundant angeordnet und mit einer Auswertungsschaltung verbunden sind, daß die Neutronenflußsonden mit einer Integrierschaltung verbunden sind, daß Integrierschaltung und Auswertungsschaltung mit einem Summierglied verbunden sind, an das auch eine der Eingangstemperatur des Kühlmittels zugeordnete Temperaturmeßeinrichtung angeschlossen ist, und daß das Summierglied mit einem den Ausgängen der Neutronenflußsonden zugeordneten Korrekturglied erstens unmittelbar und zweitens über ein schwellwertabhängiges Schaltglied verbunden ist.According to the further invention, this reactor core is designed so that several temperature measuring devices at the outlet of a fuel assembly are arranged redundantly and connected to an evaluation circuit that the neutron flux probes with a Integrating circuit are connected, that integrating circuit and Evaluation circuit are connected to a summing element that is also one associated with the inlet temperature of the coolant Temperature measuring device is connected, and that the summing element with one of the outputs of the neutron flux probes associated correction element is connected firstly directly and secondly via a threshold value-dependent switching element.
Das Schaltglied kann mit einer Signaleinrichtung verbunden sein, mit der das Erreichen eines Schwellwertes gemeldet wird. Zusätzlich oder anstelle dessen kann das Schaltglied aber auch den Ausgang einzelner oder aller Neutronenflußsonden im Korrekturglied blockieren.The switching element can be connected to a signaling device with which the reaching of a threshold value is reported. In addition or instead of this, the switching element can also be the output of individual or all of the neutron flux probes block in the correction link.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beillegenden Zeichnung ein stark schematisiertes Ausführungsbeispiel beschrieben.For a more detailed explanation of the invention is based on the enclosed Drawing a highly schematic embodiment described.
Der Reaktorkern eines an sich bekannten Druckwasser-Kernreak-The reactor core of a known pressurized water nuclear reactor
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tors für zum Beispiel 1300 MWe ist durch ein einziges Brennelement 1 angedeutet, das einen quadratischen Querschnitt mit 23 cm Kantenlänge und eine gesamte Länge von ca. 4,5m aufweist und in Richtung des Pfeils 2 von unten nach oben von dem zur Kühlung dienenden Druckwasser normalerweise mit konstantem Durchsatz durchströmt wird. Das Brennelement 1 enthält gleichmäßig über seine Länge verteilt eine Vielzahl von Neutronenflußsonden 3» zum Beispiel 6 Stück, deren Ausgangsleitungen mit 4 bezeichnet sind. Vorteilhaft können η,β-Detektoren bekannter Bauweise verwendet werden.tor for example 1300 MWe is through a single fuel assembly 1 indicated, which has a square cross-section with 23 cm edge length and a total length of approx. 4.5 m and in the direction of arrow 2 from bottom to top of the pressurized water used for cooling, normally with a constant throughput is flowed through. The fuel assembly 1 contains a plurality of neutron flux probes distributed uniformly over its length 3 »for example 6 pieces, the output lines of which are marked 4. Η, β detectors can advantageously be known Construction are used.
Im Kopf 5 des Brennelementes sitzen drei Thermoelemente 6 als Temperaturmeßeinrichtungen in redundanter Anordnung, d.h. so, daß lokale Ungleichmäßigkeiten, die innerhalb des Querschnittes des Brennelements denkbar sind, von ihnen nicht erfaßt werden.In the head 5 of the fuel assembly there are three thermocouples 6 as temperature measuring devices in a redundant arrangement, i.e. that local irregularities that are conceivable within the cross section of the fuel assembly are not covered by them will.
Die Ausgänge der Thermoelemente 6 sind mit einer Auswertungsschaltung 7 verbunden. Sie kann für die dargestellten drei Thermoelemente 6 eine 2-v-3-Auswertungsschaltung bekannter Art sein. Damit wird ein zuverlässiger Temperaturwert gewonnen, der über eine Leitung 8 auf ein Summierglied 9 gegeben wird. Das Summierglied 9 wird gleichzeitig von nicht weiter dargestellten Thermoelementen über eine Leitung 10 mit der Eintrittstemperatur des Kühlmittels am unteren Ende des Brennelements beaufschlagt. Statt dieser Eintrittstemperatur kann auch ein außerhalb des Reaktorkerns vorliegender unterer Kühlmitteltemperaturwert, etwa in den Kühlkreisschleifen als Bezugswert benutzt werden. Durch die mit dem Vorzeichen angedeutete Differenzbildung wird damit die für die Wärmeleistung des Brennelements charakteristische Aufwärmspanne für den durch das Brennelement 1 strömenden Teil des Primärkühlmittels gewonnen. Das Summierglied 9 kenn als integrierte Halbleiterschaltung ausgeführt sein.The outputs of the thermocouples 6 are connected to an evaluation circuit 7. You can for the three depicted Thermocouples 6 a 2-v-3 evaluation circuit of a known type be. In this way, a reliable temperature value is obtained, which is sent to a summing element 9 via a line 8. The summing element 9 is simultaneously not shown by thermocouples via a line 10 with the inlet temperature of the coolant applied to the lower end of the fuel assembly. Instead of this inlet temperature, a Lower coolant temperature value outside the reactor core, for example in the cooling circuit loops as a reference value to be used. The formation of the difference indicated by the sign thus becomes the one for the thermal output of the fuel assembly characteristic warm-up span for the part of the primary coolant flowing through the fuel assembly 1. The summing element 9 can be designed as an integrated semiconductor circuit.
An die Ausgangsieituagen 4 der Neutronendetektoren 3 ist eine aus elektronischen Bauelementen in bekannter Weise, zum Bei-At the output positions 4 of the neutron detectors 3 is a from electronic components in a known manner, for
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spiel in integrierter Bauweise hergestellte Integrierschaltung 12 angeschlossen. Sie bildet aus den Meßwerten der Neutronenflußsonden 3, die für die lokale Leistung kennzeichnend sind, das Integral der Leistungsentwicklung über das Brennelement 1, das mit der durch die Erwärmung ausgedrückten Leistungszufuhr zum Kühlmittel übereinstimmen muß. Deshalb kann diese Leistung mit der im Summlerglied 9 ermittelten zu einem Vergleich herangezogen werden, mit dem die Integrierschaltung über eine Leitung 13 verbunden ist.game in an integrated design integrating circuit 12 connected. It forms from the measured values of the neutron flux probes 3, which are characteristic of the local power, the integral of the power development over the fuel assembly 1, which must correspond to the power supply to the coolant expressed by the heating. Therefore this can Power with that determined in the summing element 9 can be used for a comparison with which the integrating circuit is connected via a line 13.
Die Differenz zwischen dem mit den Thermoelementen 6 bestimmten Leistungswert und dem Leistungswert der Neutronendetektoren 3 steht an der Ausgangsleitung 14 des Summiergliedes 9 zur Verfügung. Sie beaufschlagt einmal ein Schaltglied 15 mit der angedeuteten Schwellwertcharakteristik, die zum Beispiel Abweichungen von ί 2 - 5% entspricht.The difference between the power value determined with the thermocouples 6 and the power value of the neutron detectors 3 is available on the output line 14 of the summing element 9. It acts once on a switching element 15 with the indicated threshold value characteristic, which corresponds , for example, to deviations of ί 2-5%.
An das Schaltglied 15 sind Korrekturglieder 16 angeschlossen, die zugleich über die Ausgangsleitungen 4 der Leistungsverteilungsdetektoren 3 unmittelbar gespeist werden. Ferner sind die Korrekturglieder über eine Leitung 18 unmittelbar mit der Ausgangsleitung 14 des Summiergliedes 9 verbunden. Die Korrekturglieder 16 geben ihrerseits über Ausgangsleitungen 19 die gewünschten Nutzsignale der Leistungsdichte, d.h. der Leistungsverteilung über das Brennelement 1.Correction elements 16 are connected to the switching element 15 and at the same time via the output lines 4 of the power distribution detectors 3 are fed directly. Furthermore, the correction elements are directly connected to the via a line 18 Output line 14 of the summing element 9 connected. The correction links 16 for their part provide the desired useful signals of the power density, i.e. the power distribution, via output lines 19 over the fuel assembly 1.
Beim Betrieb des Reaktors wird im Normalfall die Differenz der Leistungswerte, die im Summierglied 9 ermittelt wird, zur Korrektur der Signale der einzelnen Neutronenflußsonden 3 über die Länge des Brennelements 1 benutzt, sofern die Differenz unterhalb eines mit dem Schaltglied 15 festgelegten Grenzwertes liegt. Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen gleichen Grenzwert für alle Korrekturglieder 16. Sollte jedoch die Leistungsabweichung den Wert von zum Beispiel 10% überschreiten, so wird die Neutronenflußmessung durch ein Blockieren der Meßleitungen in den Korrekturgliedern 16 insgesamt abgeschaltet. Mithin können keine falschen Messungen etwaDuring the operation of the reactor, the difference between the power values, which is determined in the summing element 9, is in the normal case Correction of the signals of the individual neutron flux probes 3 over the length of the fuel assembly 1 used, provided the difference lies below a limit value established with the switching element 15. The embodiment is an equal limit value for all correction terms 16. However, if the power deviation is, for example, 10% exceed the neutron flux measurement by a Blocking of the measuring lines in the correction elements 16 switched off altogether. Hence, no wrong measurements can be made
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an die Ausgangsleitungen 19 angeschlossene Schutzsysteme, überwachungseinrichtungen oder dergleichen falsch anregen.Protective systems and monitoring devices connected to the output lines 19 or suggest the like incorrectly.
An das Schaltglied 15 ist beim Ausführungsbeispiel eine Signaleinrichtung 20 angeschlossen. Sie macht das Personal in einer für den Reaktor vorgesehenen Warte darauf aufmerksam, daß bei der Leistungsmessung Unstimmigkeiten vorliegen, damit schnellstens nach Reparaturmöglichkeiten gesucht werden kann.A signaling device is attached to the switching element 15 in the exemplary embodiment 20 connected. It notifies the personnel in a control room provided for the reactor that at There are discrepancies in the performance measurement so that repair options can be searched for as quickly as possible.
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