WER tipusu reaktorok INCORMER reaktoron b e l ü l i ellenőrző rendszere és a reaktor diagnosztikai célokra történő f e l használásának lehetősége. Stefan Hwasewski Magfizikai Kutató Intézet Reaktorfizikai Osztálya Swierk, Lengyelország Annotáció Az előadás ismerteti a Magfizikai Kutató Intézet, valamint az Automatizálási és Méréstechnikai Ipari Intézet által közösen kidolgozott W E R tipusu reaktorok reaktoron belüli méréseire szolgáló INCORMER rendszert, A rendszerben az információk gyűjtésére és feldolgozására standart KAMAK berendezések szolgálnak* Az előadás tartalmazza a rendszer funkcionális leirásátf készülékbázisát, ezen belül speciálisan a reaktoron belüli érzékelők, termoelemek és emiszsziós detektorok jelű feldolgozására szolgáló készülékek leirását, valamint a rendszer soft~ware-jét. A rendszer készülékbázisának felhasználásával javasolt, /ellenőrzést is nyert/ a W E R tipusu reaktorok zaj és reaktivitás diagnosztikai vizsgálata. Ezeket a vizsgálatokat hasznos az INCORMER rendszer funkciói közé felvenni. Az előadás alapját a Magfizikai Kutató Intézet, valamint az Automatizálási és Méréstechnikai Ipari Intézet munkatársai által végzett tudományos munkák képezik. Mivel az INCORMER rendszer kidolgozásával kapcsolatos publikációk többsége csak belső közleményekben jelent meg, ezért ezekre a szerző nem hivatkozik. Az INCOERMER rendszer kidolgozásában részt vettek: 3. Batko, 3. Bouzsik, A . Gadomski, K. Grothus, T. Zelinski, E. Kubovski, D. Kacnzsák, C. Latek, A. Mikulski, K. Hamyslovski E. Stanslicki* E. Topa, és K. Oablonski a Magkutató Intézet-
bői, B. Kusmezs, A. Libura és K, Stefanski az Automatizál á s i és Méréstechnikai I p a r i Intézetből. I. Bevezetés, Az INCORMER rendszert szovjet műszaki adatszolgáltatás alapján a lengyel Magfizikai Kutató Intézet, valamint az Automatizálási ás Méréstechnikai Ipari Intézet szovjet szakértőkkel szorosan együttműködve dolgozta ki. A rendszer kidolgozásának bázisául szolgáló egyezmény szerint a reaktor szállitója az aktiv zónát érzékelő fejekkel és mérőműszerekkel látja el. A rendszer határa az órzékelőfejek kimenőjeléig terjed, s az alábbi funkcionális egységeket foglalja magában: - Vanadium vagy rádium emitteres neutrondetektor által mért neutron fluxus, háttér kompenzáló vezetékkel /vagy anélkül/ ellátott mérőkábel. - Földelt vagy szigetelt bekötéssel ellátott króm-aluminium termoelem által mért reaktor zóna hőmérséklet. - Szabályzórudak helyzete. - Főkeringtető szivattyúk fordulatszáma. - Primerkör nyomása. - Nyomáskülönbség a reaktor ki- és bemenetén. - Primerköri hütőviz /hőhordozó/ hőmérséklete a reaktor bemenetén, - Hőhordozó hőmérsékletkülönbsége a reaktor ki- és bemenetén. - Bórsav-koncentráció* - 300 digitális jelet adó mérőpont. - 2 -
A felsorolt funkconális egységek érzékelőfejei és mérőműszerei csatlakoznak a megfelelő erősítő, normalizáló és átalakitó berendezésekhez, ahonnan a jelek a számítógépekbe jutnak. A számitógépeken feldolgozott információ kikerül a perifériális egységekre. Lengyelországban kidolgozott rendszer, mely magában foglalja a mérőapparátust, a számitógép rendszert a megfelelő soft-ware-relj feltételezés szerint információs rendszerként működik az első időszakban, s az alábbi adatokkal látja el a reaktor operátort: 1. Hivásra: - a teljesítménysűrűség aktiv zóna térfogat szerinti elosztását, - forráskrizisig meglévő hőfluxus tartalékot, - az aktiv zóna fűtőanyag mérlegét, - a mért paraméterek kombinációját az operátor által kért formában. 2. Figyelmeztető és üzemzavari jelzések: - meghatározott határok átlépése egyes paraméterek vagy a paraméterek egy csoportja által, - a reaktor nem üzemszerű működésének jelzése, - a reaktor más berendezéseitől jövő figyelmeztető . vagy üzemzavari jelzések fellépése esetén. A figyelmeztető jelekhez tartoznak az aktiv zóna zaj és reaktivitás diagnosztikai jelzései is. 3. Naplózás: a/ Post morten a reaktor működéséről és az operátor tevékenységéről az üzemzavari jelzés belépését megelőző. 25, s azt követő 5 percben. - 3- -
b/ Figyelmeztető jel belépése esetén információ a jel eredetéről, s az operátor tevékenységéről. c/ Periodikus naplózás: - a generált teljesitmény átlagolt elosztásáról, - a szabályzórudak helyzetéről, - az abszolút nyomásokról és nyomáskülönbség értékekről, - minden hurok hőhordozó forgalmáról, - reaktor fűtőanyag összetételéről, - afütőanyag kiégésszint eloszlásáról, - általános teljesitmény jellemzőkről, d/ Az 1. sz. pontban felsorolt információkat az operátor naplózás alakjában is kérheti. 4, A rendszeroperátor bármely pillanatban információt kaphat a rendszer állapotáról. Az INCORMER rendszer egészét az alábbi részekre lehet bontani: - érzékelőegység, - számitógépek, - információ kivitel. Az INCORMER rendszer szerkezeti sémája az 1. sz. ábrán látható. A rendszer legspecifikusabb része az érzékelőket magában foglaló egység, ezért ezt részletesebben tárgyaljuk. A rendszer speciális soft-ware-jét csak általában jellemezzük. A rendszer további elemei nem különböznek egy tipikus, számitógéppel ellátott információgyűjtő és feldolgozó rendszer elemeitől.
- 4 -
Mivel a kidolgozott INCORMER rendszer érzékelőegységének bemenő jel időtartalma és mennyisége nincs korlátozva, igy a rendszer a bemenő jelek mennyiségének megfelelő bővitése és programátalakitás után alkalmazható az egész atomerőmű információs adatfeldolgozó rendszereként. 2. Az INCORMER rendszer érzékelő egysége Az INCORMER rendszer érzékelő egysége standart KAMAK műszerekből épül fel. A reaktoron belüli hőmérséklet ás neutron fluxus mérés specifikussága miatt komplett mérővonal kidolgozása szükséges a bemenőjeltől kezdve a KAMAK információs csatornájáig bezárólat. A többi standart analóg jel a HH 0,005 V + 5 V intervallumban mozgó feszültség jellé kerül átalakításra, melynek következtében komputron egységen és analógdigitális átalakítón keresztül a KAMAK kazetta digitális interface-ére kapcsolható. Digitális bemenőjelek az optikai izolációs blokkon keresztül, mely különböző jelszinteken történő működésre méretezett, a KAMAK kazetta interface-nek regisztráló blokkjára kerülnek. A bemenőjelek differenciája a számitógépre jut direkt hivó vagy letapogató üzemmódban. A kidolgozott rendszer az analóg bemenetek hivásának maximális frekvenciáját 1 sec" -ben állapította meg. Digitális bemenetek hivása max. 4 msec pontossággal regisztrálódik. Az érzékelő egység tervezésénél törekedtünk az egység működéséhez szükséges utasítások számának, csökkentésére, s ezáltal a számitógép tehermentesítésére.
- 5 -
iTurblna, ,
_ generátor
\Q6I-'} fejlesztő-
." Mérőműszer ,
Adatgyűjtő
Mágneslemezek
• * - *
Számítógépek
I
1
1. sz. rajz A rendszer szerkezeti sémája. Gőzfejlesztő — az atomerőmű gőzfejlesztő berendezése, i - display, 2 - somyomtató, 3 - input-output egység
- 6 -
2,1 Neutronérzákelő jelek mérése, A neutronérzókelő jelek mérésére szolgáló berendezést a Magkutató Intézet Reaktor Automatizálás Osztálya dolgozta ki. A mérővonal blokksémáját a 2. sz. ábra tartalmazza. A blokk alapeleme az áramerősség-frekvencia átalakitó, A neutronérzékelő minden csatornája /effektus és háttércsatorna/ a megfelelő átalakítóhoz csatlakozik. Frekvencia jelek, galvanikus izoláló blokkon keresztül, a műszer digitális részéhez csatlakoznak, ahol megtörténik az impulzusok számlálása oly módon, hogy a méréseredmény megfelel az emitter nettó áramának. Számláláskor olyan időintervallumot használ a műszer, mely a hálózatfrekvencia függő, s igy megszünteti a hálózati frekvencia zavaró hatását. A neutronérzékelő áramerősségmérőjének digitális blokkja 16 érzékelő jeleit regisztrálja. Az első elgondolások feltételezték a frekvencia jelre történő átmenetet. Gazdasági meggondolásoktól vezéreltetve a kidolgozott rendszer áramerősség jelekre történő átmenetet tartalmaz, A műszer digitális egységét a Központi Időgenerátor irányitja /KIG/, A KIG generálja a hálózati frekvenciával szinkronizált impulzus-szekvenciát, mely a műszer mérési folyamatát inditja, valamint meghatározza azt az időintervallumot, melyben az átalakitók segitségóvel megtörténik az impulzusszámlálás, A műszer a mérési folyamat befejezése után LAM jelzést ad. A rendszer számitógépes kiszolgálása csak a kész mérési eredmények levételére korlátozódik. A számitógép képes megváltoztatni a műszer üzemmódját, így elvégezhető a műszer helyes működésének ellenőrzése.
- 7 -
Neutron detektorok
Áramerősség—jel kapcsoló
Analóg egység
Áramerősség-frekvencia átalakító
Calvanikus izoláció
J
L
Reverzív számláló Központi Időgenerátor jelei
Átkapcsoló irányítása
1
•i\
Digitális egység
Regiszter átkapcsold
1 \
•.
1
1
.'
•
'm
m
m
Regiszterek hi
KAMAK bemenő csatornái
2. sz. rajz Neutron detektorok áramerősségét mérő műszer blokk sémája
- 8 -
2.2 Termoelemjelek mérése A "MERA-PIAP" műszer az Automatizálási és Méréstechnikai Ipari Intézetben került kidolgozásra. A műszer két egységből áll: az analóg egység tartalmazza a termoelem jelerősitőjót és a feszültségfrekvencia átalakítót; a digitális egység pedig számláló szerkezetet és buffer regisztert tartalmaz. A műszer digitális egységét KIG impulzusok irányítják, s Így az átalakítóból jövő jelek időintervallumai kapcsolatban állanak a hálózati frekvenciával. Számitógép feladata csak u méréseredmények leolvasására korlátozódik. A műszer a mérés befejeztót LAM szignállal jelzi. A számítógép át tudja kapcsolni a műszert kalibrálási üzemmódra. A mérőműszer 8 müszerblokkból tevődik össze. Ezek a müszerblokkok a hőmérsékletmérő alrendszer alapvető elemei. A műszer blokk sémája a 3. sz, ábrán látható.
- 9 -
Termoelemek
A
A
A
A
A
A
A
A
A termoelemek hidegelemeinek hőmérséklet stabilize— tora
Analóg egység
Feszültség erősitő és a feszültségfrekvencia átalakító
i
i
!
i
i
i
i
! i
i
I
i
I
I
! !
Galvanikus szigetelés
Központi Id6generátor»» jelei
S z á m l á l ó k
J J l
E
í
KAMAK bemenő csatornája
3. sz. ábra Termoelemek jelfeszültségét mérő műszer blokk sémája
-
10 -
Digitális egység
Eredmény regiszter
2.3 Analóg jelek mérése. Mint az előadás elején emlitésre került a rendszer egyes műszereitől jövő jelek feszültségi impulzus alakjában kerülnek regisztrálásra. Hőmérséklet érzékelő ellenállást termoelemekröl, nyomásórzékelö potenciométerekről vagy a standart áramerősség jelátalakitó ellenállásáról levett feszültségek relékapcsolók segitségével kapcsolódnak a feszültség kódátalakitókhoz, majd ezt követően a KAMAK csatlakozó csatornájához. A kidolgozott és a POLON cég által gyártott KAMAK /!/ irányitásu relé kapcsolók és a KAMAK 701 /!/ tipusu analógnumerikus átalakitók segitségével lehetséges másodpercenként 20, _+ 0,05 v + _+ 5 v intervallumban mozgó analóg jel mérése, A műszerek le tudják sorrendben tapogatni az analóg bemenőjeleket. A soron következő mérés befejezése után az átalakitó, a mérés befejezését jelző szignált generál, 2.4 A rendszer mérőegysógének felépitése. A POLON cég által kidolgozott és gyártott INTEL 8080 mikroprocesszor alkalmazása a KAMAK 180 vezérlő blokkjában jelentősen leegyszerüsiti az információ gyűjtést, s az előzetes feldolgozást. Minden adagyüjtŐ KAMAK egység tartalmaz védelemmel ellátott tároló memóriát, a digitális egység vezérlő blokkjában. A vezérlő blokk az információgyűjtés, majd a kapott információk előzetes feldolgozása után azokat a számitógép rendszerbe továbbitja. Egyes KAMAK egységek reaktor diagnosztikai célokat szolgálnak. Mivel ezen egységek INTEL 8080 tipusu mikroprocesszorai nem képesek elegendő müveletet elvégezni, a diagnosztikai számitásokhoz szükséges
11 -
"on-line" üzemmódban Így az egységek KAMAK 130 vagy KAMAK 131 /!/ tipusu vezérlő blokkokkal vannak ellátva, A KAMAK 130 egy sor neutrondetektor /jelenleg csak ilyen detektorok állnak rendelkezésre az aktiv zóna diagnosztikai méréseihez/ jel mérését elvégezni, majd a jelek tartalmazta információt /a reaktoron belüli ellenőrzés függvény rendszeréhez szükséges információt/ átadja a számitógépeknek és feldolgozza a móróseredmnyeket a diagnosztikai algoritmusa alapján. A feldolgozó is eredményét szintén továbbítja a számítógépekhez. Az INCORMER.rendszer érzékelő egységének blokk sémája a;4. sz. ábrán^található;
- 12 -
P
Hőmérséklet mérővonal an-j'i'"j része
Termoelamek
Hőmérséklet mérővonal digitális része
Hőmérséklet mérővonal digitális része
Neutrondetektor jel mérővonal digitális része Neutron— detektorok
Neutrondetektor jel mérövonal analóg része
X
j
j
j
j
-J ra
Analóg-digitális átalakító és irányító kommutátor
1 o
S
:2
Kommutátor blokk
Analóg jelek
S
J
I u
t
Optikai izolációs blokk
Digitális jelek
Zaj diagnosztikai egység Áramerősség-frekvencia átalakító
Ü
Reaktor diagnosztikai egység
Diagnosztikai információ out-put berendezése
4. sz. ábra. A rendszer érzékelőegységének blokk sémája 1 2 3 4 5
-
KAMAK 180 irányítóblokk KAMAK 130 /131/ irányítóblokk Memória blokk • Számitógép kapcsolt blokkja Információ ont—put interface - 13
-
IS V)
3. Aktiv zóna diagnosztika.
3.1 Zaj diagnosztika. A reaktor zaj analizis területén az INCOMER rendszer műszerei segítségével végzett kutatási munkák eredményei alapján elmondhatjuk, hogy lehetőség kinálkozik a reaktor zaj diagnosztika alkalmazására az INCORMER rendszer funkcionális részeként. Ennek érdekében létre lett hozva egy KAMAK 130 /!/ irányitó blokkal ellátott KAMAK egység, melynek leirása megtalálható & szakirodalomban /3/. Az egység képes normál idő üzemmódban 8 vagy 16 neutron-detektor jelét mérni, s azt feldolgozni. A feldolgozás eredményeként a berendezés az alábbi információkat adja: -
középérték, a mért változó minimális és maximális értéke, a mért változó szórásnégyzetének átlaga, valószinüség eloszlás, valószinüség eloszlás maximumai, egy megadott érték előfordulási száma.
A kapott értékek összehasonlitódnak a megadott korlátokkal, s azok átlépése esetén a műszer figyelmeztető jelet ad. Méréseredményeket továbbitani lehet a számítógépekhez részletes elemzés elvégzése céljából. 3.2 Az aktiv zóna reaktivitás diagnosztikája. Mint az INCORMER rendszer műszereivel a "Kozloduj" Atomerőmű II. blokkján, az erőmű személyzetével közösen végzett utolsó mérési eredmények mutatják, a reaktor reaktivitását meg lehet határozni a ródium emissziós neutrondetektor / 4 / jelek analizise alap- 14 -
ján. Az aktiv zóna különböző pontjaiban mért neutron fluxuxok analíziséből megállapítható a reaktor egészének reaktivitása / 5 / . A fenti módon kapott eredmény összehasonlítható más neutrondetektorok segítségével kapott reaktivitás értékkel. Bizonyos hibahatáron túli eltérések az adott hely eltérő reaktivitását mutatják a reaktor egészének reaktivitásához képest. Az eltérés nagysága és koordinátája számitógépes kiértékelés után kimenő információként a megfelelő perifériális egységre kerül. 4. A rendszerben alkalmazott, programcsalád. A programcsalád szerkezeti sémája az 5. sz. ábrán látható.
- 15 -
Adat gyűjtő program
Diagnosztikai adat gyűjtő és faldolgozó programok
Adat rögzítés az üzemzavari naplózás részére Mágr r-^j lemez Adatok a reaktor üzemeléséről
Átalakítás fizikai paraméterekre
Mágneses lemez Energiatermelés eloszlási számítás
Adat gyűjtő a reaktor üzemelésről
Tartalékok számítása Adatok a reaktor anyagairól és geometriájáról
Post morten program
Az adott korlátok túllépését kereső program
RendszervezérlO program
INCORMER rendszer programcsaládjának szerkezete 5. sz. ábra
-
16 -
A rendszer információt az adat gyűjtő program által kiszolgált érzékelő egységtől kap. Ez az információ lináris alakban jut a gépbe és determinálja az érzékelő által generált jelet. Ehhez az információhoz sok esetben hozzá adódik a mérővonal állapotát meghatározó információ. A jelek összessége alkotja az X-zel jelölt elsődleges információt. A következő programblokk átalakitja az X vektort egy sor fizikai paraméterré: hőmérséklet, nyomás, neutron fluxus, szabályzórudak helyzete, stb. Ezt a paramétersort mért fizikai paramétereknek nevezzük és y*nal jelöljük. Sok esetben az átalakítás egyszerű aritmetikus operáció lesz, más esetekben, igy pl. neutron fluxus neutron detektor áramából történő meghatározása esetén bonyolultabb számitást és többleti információt kivan a reaktor állapotáról és üzemeltetésének időbeni lefolyásáról. Legnehezebb feladat az energia termelés térbeni eloszlásának meghatározása. Ahhoz, hogy ezt meghatározhassuk, szükség van olyan programra, amely az y-ból nyer információt. Ebből az információból viszonylag könnyen megkapható pl: a kiégéseloszlás, reaktivitás mérleg, fűtőanyag mérleg, stb. Az energia termelés eloszlásának birtokában kiszámíthatjuk a forráskrizis fellépéséig és a fűtőanyag megolvadásáig meglévő tartalékot. Ennek érdekében megtörténik a legjobban terhelt fütőanyagelem köteg kiválasztása, majd a megfelelő paraméterek segítségével végrehajtódik a számítás. Az x, y vektorok kiválasztott értékei és természetesen az energiatermelés eloszlásának adatai, valamint a forráskrizisig és a fűtőanyag megolvadásáig meglévő tartalékokról az információk képezik a program bemenő adatait, mely program ellenőrzi az előre megadott határértékek átlépését. Az előre megadott határértékek átlépése esetén a program figyelmeztető jelet ad és tájékoztatást a figyelmeztető jelet kiváltó okról. - 17 -
Az aktív zóna fizikai számításainak elvégzéséhez és más stámltásokhoz, valamint fügőanyag átrakás megszervezéséhez szükséges a reaktor üzemelés időbeni lefolyásának ismerete és a reaktor kezdeti anyag, illetve geometriai paramétere. Ezeket az információkat az egyik mágneses lemez tárolja. Az információk gyűjtését speciális program végzi és szintén külön program szervezi az adatok beolvasását a mágneses lemezről* 1
Külön mágneses lemezre kerülnek a post morten-hez szükséges adatok. Erre a szalagra csak az x vektortól jövő információ kerül* Reaktor leállás esetén az adat gyűjtés még 5 percig folytatódik, majd válogatás után feldolgozást nyernek a kapott adatok és post-morten formájában kiadásra kerülnek. A soft-ware önálló részét alkotja diagnosztikai program. Az analizisok eredménye átkerül a számitógép rendszerhez, mely értékeli a kapott információt és kiviszi a megfelelő perifériális egységre. Az információ kivitelt operativ out-put program szervezi* 5. A számitógép és a rendszer out-put egysége. Oelenleg még nincs kiválasztva az INCORMER rendszer számitógépének tipusa. Felmerült a MERA-400, POP-11 és R-10 típusok alkalmazásának lehetősége. A rendszer laboratóriumi kisérleteit és a mérővonalat kiszolgáló program kidolgozását TPA-1001 és MERA-302 tipusu számitógépeket végezzük. A teljes rendszernek megközelitőleg 64 kbyt-os, 16 vagy 24 bite, nem nagyobb mint 1,5 msec műveleti gyorsaságú operatiy memóriával rendelkező számitógépre van szüksége. Szükség van két mágnesen lemezre is, mint már emiitettük a soft-ware leirásánál. - 18 -
A rendszer működéséhez szükséges off-line üzemmódban egy nagy számítógép is. Információ kivitel alfa-numerikus display-ken keresztül történik. A reaktor operátor előtt 4 display áll, melyekre szükség esetén kihivhatók a megfelelő információk. Figyelmeztető vagy üzemzavari jel automatikusan megjelenik valamelyik display-en. A naplózást sornyomtató végzi, napi, valamint havi gyakorisággal. Információt operátori utasitásra a sornyomtató is közöl. Minden figyelmeztető és üzemzavari jel naplózásra kerül az operátor tevékenységével együtt. A rendszer operátor rendelkezésére egy display és egy sornyomtató áll. A nagy számitógépen végzendő számitásokhoz szükséges in-put, out-put információk továbbitását a rendszer operátor lyukkártyán vagy lyukszalagon végezheti. 6, összefoglalás. Oelen előadás csak nagyon vázlatosan ismerteti az INCORMER rendszer felépitési elvét. Mint az előadásban már emlitésre került, folyik a rendszer egyes egységeinek laboratóriumi kipróbálása, s egyidejűleg folyik az ipari gyártásra történő felkészülés is. A rendszer konkrét formát az adott megrendelő atomerőmű követelményeinek megfelelően ölt. Minden atomerőmű rendelkezik specifikus vonásokkal, s ezektől függ a rendszer végleges technikai megoldása. Az INCORMER rendszer gyártását és szállítását a POLON cég végzi. - 19 -
Irodalom: 1. POLON cég KAMAK katalógus, 1978. 2. A.T.Mikulski, Some recent developments in reactor noise analysis at Swiert. Progress in Nuclear Energy vol.i No. 2-4 pp# 701-706, Pergamon Press 1977. 3. A.T.Mikulski, On line noise analysis in amplitude domain using CAMAC blocks. II. informal Meeting on Reactor Noise Analysis Rossendorf /DDR/ 1978. 4. 3. Bouzsiki; Atomereaktor reaktivitásának meghatározása ródium emissziós neutron detektor jelek elemzése alapján. Publikáció a Nukleonika c, folyóiratban jelenik meg. 5. S.Hwaszevski: Az atomreaktor teljes reaktivitásának meghatározása. Kernenergie 22,45 /1979/.
- 20 -
