Комплексная методика определения физических и динамических характеристик реакторов РБМК-1000 (стр. 6 )

Приложение Г

(обязательное)

Системы контроля подкритичности (СКП-К, СКПиП)

На энергоблоках с реакторами РБМК-1000, оборудованных КСКУЗ, в качестве средств контроля плотности потока нейтронов в диапазоне от заглушенного состояния до 0.1 % от номинальной мощности используются системы контроля подкритичности СКП-К и/или СКПиП, использующие малогабаритные внутриреакторные камеры деления.

СКП-К создавалась на всех энергоблоках с реакторами РБМК-1000 как дополнение к штатной СУЗ для повышения точности и достоверности контроля реактора в состояниях подкритичности и пуска, а также для измерений нейтронно-физических характеристик реакторов РБМК. После внедрения КСКУЗ СКП-К передаёт всю информацию в ВИ СКУЗ (располагая собственной станцией отображения, может работать и автономно)

СКПиП является частью временной СУЗ (СУЗ-В), предназначенной для контроля и защиты реактора на длительных остановах, с существенными изменениями состава активной зоны (массовая замена каналов, стержней СУЗ) или переводом управления со старой СУЗ на КСКУЗ. После передачи управления на КСКУЗ и демонтажа СУЗ-В подсистема СКПиП передаёт всю информацию в стойки СКУЗ и сети данных ВИ СКУЗ. Данные СКПиП могут быть использованы в качестве дополнительной информации с целью анализа возможности использования СКПиП для измерения НФХ.

Г.1 Система контроля подкритичности "Кентавр" (СКП-К)

Г.1.1 СКП-К представляет собой комплекс аппаратных и программных средств, предназначенных для измерения плотности потока нейтронов в активной зоне реактора РБМК-1000 в подкритическом и критическом состояниях [12].

Г.1.2 СКП-К используется для экспериментального определения физических и динамических характеристик реактора, а также при выводе реактора в критическое состояние, как дополнительная к штатной пусковой аппаратуре.

Г.1.3 СКП-К обеспечивает:

-  измерение в статическом и динамическом режимах распределений плотности потока нейтронов по объему активной зоны от глубокой подкритичности до 0,5% номинального уровня мощности, т. е. в диапазоне 1·102 ¸ 2·1011 н/см2×с;

-  вычисление реактивности (подкритичности) реактора в диапазоне от - 25 bэф до + 1 bэф;

-  вычисление и непрерывный контроль подкритичности остановленного реактора и в процессе вывода его в критическое состояние;

-  регистрацию и представление информации о текущих значениях относительной мощности, скорости (периоде) ее изменения и реактивности;

-  формирование предупредительных и блокирующих сигналов на извлечение стержней СУЗ при недопустимых значениях скорости (периода) нарастания плотности потока нейтронов в активной зоне;

-  определение эффективности стержней СУЗ, эффектов обезвоживания КМПЦ и КОСУЗ и других эффектов реактивности;

-  функциональное и тестовое диагностирование собственных технических средств системы.

По результатам приемочных испытаний головного образца СКП-К, проведенных на 1-ом блоке Курской АЭС в 2002 году, система принята в эксплуатацию.

Г.1.4 Система состоит из трех независимых широкодиапазонных каналов контроля подкритичности (ШК) и рабочей станции отображения (РСО).

ШК СКП-К обеспечивает обработку сигналов нейтронных датчиков в импульсном, флуктуационном и токовом режимах. ШК СКП-К испытаны на утверждение типа, внесены в Госреестр средств измерения под № и имеют сертификат Госстандарта РФ № 000. В каждом из трех каналов системы предусмотрена возможность сбора и обработки сигналов от шести нейтронных датчиков (количество датчиков может быть уменьшено до четырех), представление получаемой информации на показывающих приборах, передачу ее на РСО и формирование сигналов на блокировку взвода стержней СУЗ.

Состав системы:

-  подвеска ионизационной камеры деления (ПИК) от 12 до 18 шт.;

-  блок обработки сигналов камер (БОСКшт.;

-  блок индикации и сигнализации (БИС) - 3 шт.;

-  рабочая станция отображения (РСО) - 1 шт.

Г.1.5 Подвески ионизационных камер деления (ПИК-5мт, ПИК-В, ПИК-В-1, ПИК-В 2к ) [13] устанавливаются в центральную гильзу ТВС сб.49. Блоки обработки сигналов камер [14] располагаются в центральном зале или в ближайшем к нему обслуживаемом помещении. Блоки индикации и сигнализации [15] и рабочая станция отображения размещаются на БЩУ в зоне внимания ВИУРа.

Выходные сигналы тока, пропорциональные плотности потока нейтронов в местах размещения камер, по линиям связи (пары свитых экранированных кабелей) передаются от ПИК на входы БОСК-6. БОСК-6 обеспечивает аналоговую и цифровую обработку сигналов от всех шести камер, формирование цифровых пакетов данных и передачу зарегистрированной информации в БИС и в РСО.

Г.1.6 БИС обеспечивает:

-  прием и обработку зарегистрированной информации от БОСК-6;

-  ввод-вывод внешних аналоговых и дискретных сигналов от штатной аппаратуры СУЗ;

-  формирование сигналов предупредительной, аварийной (звуковой и световой) сигнализации;

-  формирование во внешние цепи дискретных сигналов блокировки на извлечение стержней СУЗ;

-  индикацию на табло основных измеряемых сигналов и вычисляемых параметров;

-  обмен данными с РСО.

Г.1.7 Рабочая станция отображения управляет процессом обмена данными с блоками БОСК-6 и БИС, а также выполняет функции сбора и обработки информации, сигнализации, отображения текущего состояния реактора, формирования и хранения архивов данных [16].

Передача данных между БОСК-6, БИС и РСО осуществляется по независимым каналам последовательной связи с интерфейсом RS-485 и конфигурацией соединения «точка-точка» или «моноканал». Информационные массивы по каждому из трех каналов контроля СКП-К содержат:

-  сигналы тока (сигналы относительной физической мощности реактора), пропорциональные плотности потока тепловых нейтронов в местах размещения камеры, в диапазоне от 10-13 А до 2·10-4 А (индивидуально по каждой камере и их среднего или максимального значения);

-  величины периода - времени изменения токов камеры в "e" раз, вне диапазона от минус 1 с до плюс 1 с (индивидуально по показаниям каждой камеры, его минимальное значение и значение по среднему сигналу камер);

-  величины скорости относительного изменения токов камеры, в диапазоне от минус 1 с-1 до плюс 1 с-1 (индивидуально по показаниям каждой камеры);

-  величины реактивности в диапазоне от минус 25 bэф до плюс 1,0 bэф (вычисляется индивидуально по показаниям каждой камеры и по их среднему току);

-  сигналы скорости счета импульсов тока в диапазоне от 1 до 105 имп/с (индивидуально по каждой камере).

На рисунке Г.1 показана структурная схема СКП-К, предназначенной для использования на энергоблоках РБМК, оснащенных системой КСКУЗ. СКП-К в данной структуре передает всю информацию в сеть вывода информации КСКУЗ (ВИ КСКУЗ) по оптоволоконным линиям связи через интерфейсные преобразователи ADAM-4541. РСО в данной структуре может дублировать расчетные и информационные функции рабочих станций КСКУЗ; штатным средством отображения информации СКП-К на БЩУ является оперативная рабочая станция физических измерений (ОРС-Ф).

 

Рис. Г. 1 Структурная схема системы контроля подкритичности СКП-К

Г.2. Система контроля подкритичности и пуска (СКПиП)

Г2.1 Как и весь комплекс КСКУЗ, СКПиП выполнена двухкомплектной. В каждый комплект входят 6 сборок внутриреакторных датчиков и аппаратурная стойка 1(2)ЦОУ-В. Для вывода информации на рабочие станции и в сети ВИ СКУЗ предназначена стойка КИ-В.

Г2.2 Каждая стойка ЦОУ-В имеет трехканальную структуру и организована таким образом, что любой отказ в одном канале не влияет на работоспособность остальных каналов. В каждой стойке ЦОУ-В расположены:

- блоки входных усилителей БВУ.3 – шесть блоков, каждый блок принимает сигналы от одного датчика;

- компьютеры первичного преобразования КПП – три компьютера, каждый преобразует сигналы двух блоков БВУ.3 (от двух датчиков) в цифровой код;

- компьютеры центральной обработки КЦО – три параллельно работающих компьютера, каждый получает информацию от трёх КПП своего комплекта и от трёх КПП другого комплекта, то есть от всех 12 датчиков. На основе этой информации КЦО вырабатывают:

·  сигналы, отражающие нейтронную мощность в местах установки датчиков;

·  сигналы, отражающие периоды изменения нейтронной мощности в местах установки датчиков;

·  сигнал, отражающий среднюю нейтронную мощность по шести датчикам комплекта;

·  сигнал, отражающий "реактивность" в местах установки датчиков;

·  сигнал реактивности по среднему сигналу всех 12 датчиков СКПиП;

·  дискретные сигналы ПС-С - для передачи в стойки 1 и 2 комплектов СКУЗ;

Г.2.3 Каждая стойка ЦОУ-В передаёт всю технологическую и диагностическую информацию через последовательные оптоволоконные линии связи по интерфейсу RS-232 в стойку КИ-В, от которой эта информация поступает в сети ВИ СКУЗ, а также на автономные средства отображения - ОРС СУЗ-В. Дискретные сигналы запретов поступают непосредственно в стойки 1, 2, 3 ФУ первого комплекта и в стойки 1, 2, 3 ЦОУ У второго комплекта СКУЗ.

Г.2.4 В каждой подвеске датчиков СКПиП РБМ-К9 Сб.245 размещаются пять (ранее - три) чувствительных секций с шагом по высоте 70 см, причём центральная секция располагается на уровне центра активной зоны реактора. Сигналы секций суммируются. Таким образом, подвеска выдает сигнал:

·  в импульсном режиме от 1 до 106 имп/с ;

·  в токовом режиме от 0,2 до 200 мкА.

Сигнал каждого датчика линейно преобразуется в цифровой нормированный сигнал в имп./с, пропорциональный количеству актов деления в секунду, фиксируемых датчиком. Затем цифровой нормированный сигнал преобразуется в сигнал, пропорциональный значению нейтронной мощности в месте установки датчика. Такт преобразования соответствует 60 мс.

По каждому датчику СКПиП по специальным алгоритмам вырабатывается сигнал установившегося периода. Сигнал установившегося периода по каждой подвеске сравнивается с уставкой 60 с, и при достижении уставки вырабатываются дискретные сигналы ПС-С, используемые для запрета вывода стержней СУЗ.

Эти дискретные сигналы в составе каждого комплекта по логике "3 из 6" формируют сигнал ПС в комплекте СКПиП.

Реактивность контролируется путем программной обработки по специальному алгоритму как индивидуальных, так и среднего сигнала всех 12-ти датчиков СКПиП (двух комплектов).

Г.2.5 Диапазоны и характеристики контролируемых параметров

Г.2.5.1 СКПиП обеспечивает измерение значения нейтронной мощности в относительных единицах (N) в диапазоне от 10-10 до 10-1 % Nном. с относительной погрешностью не более 11%. При этом предел относительной погрешности преобразования в цифровой код скорости счета датчиков в импульсном режиме составляет:

·  в диапазоне от 1 до 10 имп/с - не более 10%,

·  в диапазоне от 10 до 102 имп/с - не более 2%,

·  в диапазоне от 102 до 106 имп/с - не более 0,5%,

с преобразованием (с учетом чувствительности датчиков) цифрового кода в сигналы мощности в диапазоне от 10-10 до 10-4 % Nном., с относительной погрешностью не более 0,5%.

Г.2.5.2 СКПиП обеспечивает обработку токовой составляющей сигнала датчиков в цифровой код с линейным преобразованием постоянного входного тока от 10-7 до 10-4 А в сигнал мощности в диапазоне от 10-4.до.10-1 % Nном.; относительная погрешность преобразования не более, определенной по формуле:

d=% ,

где: Vtek - текущее значение входного сигнала;

Vmax - максимальное значение входного сигнала.

Г.2.5.3 СКПиП обеспечивает измерение периода нарастания (спада) относительного значения нейтронной мощности во всем диапазоне её измерения. При этом значения периода вычисляются в пределах ( -80...-400) с, (+400...+10) с. при относительной погрешности не более ± 10 %.

СКПиП обеспечивает вычисление реактивности реактора в пределах от минус 15 до плюс 0,8 bэфф с относительной погрешностью ± 5%, во всём диапазоне измерения нейтронной мощности.

На рис. Г.2 представлена структурная схема СКПиП, её связи со стойками КСКУЗ и ВИ СКУЗ.

На рис. Г.3 представлены графически диапазоны измерения нейтронной мощности (плотности потока нейтронов) всеми датчиками и каналами КСКУЗ, включая подвески датчиков СКПиП.

Рис. Г.2. Структурная схема СКПиП, её связей со стойками СКУЗ и ВИ СКУЗ

.

Продолжение приложения Г

Рис. Г.3. Диапазоны работы нейтронных датчиков КСКУЗ, включая датчики СКПиП

Приложение Д

(обязательное)

Требования к порядку извлечения стержней СУЗ при выводе реактора в критическое состояние

Порядок извлечения стержней СУЗ при выводе реактора в критическое состояние устанавливается РД ЭО 1.1.2.08.0175 и определяется на основании нейтронно-физического расчета по программам, установленным на АЭС и депонированным в ФЭП НФР РБМК в соответствии с РД-03-34. Для проведения измерений НФХ на физическом уровне мощности должна быть рассчитана единая последовательность извлечения стержней СУЗ для вывода реактора в критическое состояние при различных состояниях КМПЦ и КОСУЗ. Выбор порядка извлечения стержней определяется из условия профилирования поля энергораспределения при минимизация коэффициента неравномерности распределения плотности потока нейтронов (Kr ≤ 3.5)

Для расчета порядка извлечения стержней СУЗ при выводе реактора в критическое состояние при сокращении времени простоя после внепланового останова программы должны учитывать нестационарное «отравление» 135Хе [9]. Минимальное время простоя реактора в зависимости от уровня мощности в момент заглушения определено РД ЭО 1.1.2.08.175.

Расчетный порядок извлечения стержней СУЗ может быть использован для вывода реактора в критическое состояние только при условии полного соответствия реальной загрузки и других характеристик активной зоны исходным данным, при использовании которых этот порядок подготовлен.

При пуске энергоблока после останова с расхолаживанием используется интегрированная в КСКУЗ система СКПиП. Она служит для контроля периода реактора и формирования запрета на извлечение стержней СУЗ при снижении периода до 60 сек.

Приложение Е

(обязательное)

Измерения реактивности и подкритичности реактора

Е.1 Метод ввода извлеченных стержней СУЗ в критический реактор

Основным способом измерения величины вводимой реактивности (подкритичности) является метод ввода извлеченных стержней СУЗ в критический (скомпенсированный) реактор. При этом предполагается, что подкритичность численно равна реактивности, вносимой при вводе стержней СУЗ.

Реактивность определяется в результате обработки сигналов датчиков нейтронного потока по модели обращенного решения уравнений "точечной" кинетики (ОРУК).

В модели "точечной" кинетики предполагается, что поток нейтронов в реакторе Ф(r, E,t) можно представить в виде произведения двух функций:

-  амплитудного фактора N(t), определяющего нестационарное поведение потока нейтронов;

-  форм-функции j(r, E), не зависящей от времени.

В случае учета нескольких делящихся нуклидов, присутствующих в выгоревшем топливе (235U, 238U,239Pu,241Pu), указанные уравнения имеют вид:

) +1,

(Е.1)

,

где: i – номер группы запаздывающих нейтронов (i = 1…6);

k - номер делящегося нуклида (k =1 … 4);

- время генерации нейтронов;

G(t)- эффективная мощность собственного источника нейтронов, при вычислении реактивности обычно полагают G(t) = G = const.

аik - доля з. н. i-ой группы, генерируемых при делении k-го нуклида, в полном числе нейтронов, генерируемых всеми делящимися нуклидами:

- эффективная доля з. н., определяемая по формуле

(Е.2)

где

- табличная величина доли з. н. в полном числе нейтронов, генерируемых при делении k-го нуклида;

аik - табличная величина доли з. н. i-ой группы в полном числе з. н., генерируемых при делении k-го нуклида (аik =1);

- доля нейтронов, генерируемых при делении k-го нуклида, в полном числе нейтронов, генерируемых всеми делящимися нуклидами, определяется через парциальные сечения деления по формуле

. (Е.3)

Остальные использованные обозначения - общеприняты.

Для вычисления реактивности используют аппаратуру и ПО КСКУЗ, СКП-К, СКПиП или аналого-цифровые реактиметры (ЦВР).

Е.2 Учет полного набора делящихся нуклидов топлива

Важным моментом для получения надежного экспериментального результата по подкритичности является обработка сигналов нейтронных датчиков по модели ОРУК с учетом полного набора делящихся нуклидов топлива. В СКП-К, СКПиП и реактиметре ЦВР-10 обработка сигналов нейтронных датчиков реализуется с учетом набора констант запаздывающих нейтронов для нуклидов 235U, 238U, 239Pu и 241Pu. В этой аппаратуре в качестве набора констант запаздывающих нейтронов (а) используются данные, рекомендованные в [10].

В уравнение точечной кинетики должны входить величины долевого вклада каждого нуклида в полное число нейтронов, генерируемых всеми учитываемыми делящимися нуклидами. Значения этих долей для различного вида топлива в зависимости от глубины выгорания, рассчитанные в соответствии с соотношением (Е.3) на модели однородной решетки [1] для "горячего" состояния реактора, приведены в таблице Е.1.

1 Величины долевого вклада отдельных нуклидов в генерацию нейтронов деления (, %) и значения bэф для ячейки реактора РБМК-1000 при различной энерговыработке топлива с обогащением 2% и 2,4% и эрбиевого топлива с обогащением 2,6% и 2,8%

тип топливной ячейки	k	нуклиды	Энерговыработка, МВт×сут/кгU
0	5	10	15	20	25	30
ТВС, 2,0%	1	U-235	95,48	70,71	55,94	43,77	33,62	20,04	4,25
2	Pu-239	0	23,85	35,66	43,60	49,17	57,03	65,88
3	U-238	4,52	4,65	4,98	5,45	6,02	6,83	7,81
4	Pu-241	0	0,79	3,42	7,18	11,19	16,10	22,06
-		0,00722	0,00612	0,00556	0,00518	0,00495	0,00453	0,00411
ТВС, 2,4%	1	U-235	95,92	75,49	62,51	51,73	41,59	29,59	15,19
2	Pu-239	0	19,77	30,53	38,01	44,11	51,26	59,77
3	U-238	4,08	4,21	4,50	4,90	5,43	6,14	7,09
4	Pu-241	0	0,53	2,46	5,36	8,87	13,01	17,95
-		0,00718	0,00627	0,00577	0,00541	0,00512	0,00478	0,00439
ЭТВС, 2,6%	1	U-235	95,76	75,44	62,51	51,75	41,62	29,62	15,22
2	Pu-239	0	19,75	30,53	38,03	44,16	51,34	59,87
3	U-238	4,24	4,28	4,50	4,86	5,35	6,02	6,94
4	Pu-241	0	0,53	2,46	5,36	8,87	13,02	17,97
-		0,00719	0,00628	0,00577	0,00541	0,00511	0,00477	0,00438
ЭТВС, 2,8%	1	U-235	95,68	75,40	62,48	51,74	41,62	29,63	15,24
2	Pu-239	0	19,72	30,51	38,03	44,18	51,38	59,95
3	U-238	4,32	4,35	4,55	4,87	5,33	5,96	6,82
4	Pu-241	0	0,53	2,46	5,36	8,87	13,03	17,99
	-		0,00721	0,00628	0,00577	0,00541	0,00510	0,00476	0,00436

В качестве единицы измерения реактивности используется эффективная доля запаздывающих нейтронов bэф - средневзвешенное с парциальными сечениями генерации значение величин bk по k делящимся нуклидам топлива: