Учебное пособие, Томск: Изд-во Томского политехнического
университета, 2009. - 221с.
Пособие предназначено для студентов физико-технических специальностей, специализирующихся в разработке и эксплуатации аппаратуры и систем управления ядерных уран-графитовых реакторов. Современная система автоматического управления мощностью реактора претерпевает значительные изменения, связанные с необходимостью выполнения двух функций одновременно: управления средней, интегральной мощностью реактора и управления распределением этой мощности по пространству активной зоны. На первом этапе ставится задача автоматического управления распределением потока по высоте (для водоводяных реакторов) или по радиусу (для канальных уран-графитовых реакторов).
Системы автоматического управления мощностью современных ядерных реакторов значительно отличаются от систем, применяемых совсем недавно. Еще недавно технические регламенты категорически запрещали включение в одновременную работу двух и более каналов регулирования нейтронной мощности. Потребовалось время и усилия, чтобы в практику регулирования мощности реакторов вошло понятие локального автоматического регулятора (ЛАР), который может осуществлять управление мощностью определенного участка активной зоны, не мешая при этом другим таким же соседним регуляторам.
По существующей классификации систем эти системы относятся к многосвязным автоматическим системам регулирования (МСАР), состоящим из большого количества контуров регулирования, теория и практика которых находится еще в стадии становления.
Всем этим вопросам и посвящено настоящее учебное пособие, ориентированное на проектировщиков и эксплуатационников таких систем на российских энергетических ядерных реакторах. Первая глава посвящена краткому описанию существующих систем управления мощностью современных российских реакторов ВВЭР и РБМК. По этому вопросу существует большое количество литературы, но многие вопросы технической реализации систем остаются неосвещенными. Сведения, почерпнутые из технической документации и пособий для учебно-тренировочных центров атомных станций, окажутся полезными для всех категорий читателей. Во второй главе рассматриваются вопросы математического представления реактора, как объекта автоматического многосвязного управления. Глава ориентирована именно проектировщиков систем управления. Большее внимание уделено методам локальной кинетики и конечно-разностного, сеточного моделирования. Сеточные имитаторы, построение которых кратко описано во второй главе, являются до сих пор достаточно точным средством моделирования и проверки работоспособности систем управления мощности реактора в реальном времени в лабораторных условиях. Так как лабораторную проверку все описываемые алгоритмы проходили именно на сеточных имитаторах, то хотя бы бегло надо иметь представления об их построении. Третья глава полезна специалистам по автоматическому управлению и студентам старших курсов соответствующих специальностей. Она представляет собой краткий курс теории линейных многосвязных систем регулирования, особенно однотипных систем, состоящих из
одинаковых каналов автоматического регулирования. Именно к этому типу систем относится МСАР мощности реактора, если ее задачей является стабилизация равномерного распределения нейтронного потока. Эксплуатационники могут опустить этот материал, так же как и расчеты устойчивости многосвязных систем реактора в следующих главах. В четвертой главе описываются алгоритмы работы систем многосвязного регулирования реактора, в которых один канал регулирования выделен специально для регулирования средней мощности реактора в целом. Так как он по техническому насыщению полностью повторяет известную штатную систему регулирования нейтронной мощности реактора, то описывается только в виде структурных схем. Остальные каналы регулирования, работающие от более инерционных ВРК – датчиков, предназначены для регулирования мощности в каждой отдельной зоне управления. Для эксплуатационников и студентов соответствующих специальностей будет интересно рассмотреть результаты лабораторных и производственных испытаний данных систем, которые приведены в этой главе. Впервые в отечественной практике разработка и производственные испытания таких систем прошли в Томске. Пятая глава посвящена многосвязным системам регулирования мощности реактора, в которых нет специального канала регулирования средней мощности реактора. В отечественной литературе эти системы называют системами зонного регулирования. Здесь все однотипные локальные регуляторы одновременно выполняют обе задачи – управление средней мощностью реактора и ее распределением по активной зоне. В настоящее время эти системы являются единственными МСАР мощности реактора, реализованными в атомной энергетике России. Интерес для эксплуатационников представляют результаты лабораторных и производственных испытаний, показывающие их положительные стороны и недостатки.
Пособие предназначено для студентов физико-технических специальностей, специализирующихся в разработке и эксплуатации аппаратуры и систем управления ядерных уран-графитовых реакторов. Современная система автоматического управления мощностью реактора претерпевает значительные изменения, связанные с необходимостью выполнения двух функций одновременно: управления средней, интегральной мощностью реактора и управления распределением этой мощности по пространству активной зоны. На первом этапе ставится задача автоматического управления распределением потока по высоте (для водоводяных реакторов) или по радиусу (для канальных уран-графитовых реакторов).
Системы автоматического управления мощностью современных ядерных реакторов значительно отличаются от систем, применяемых совсем недавно. Еще недавно технические регламенты категорически запрещали включение в одновременную работу двух и более каналов регулирования нейтронной мощности. Потребовалось время и усилия, чтобы в практику регулирования мощности реакторов вошло понятие локального автоматического регулятора (ЛАР), который может осуществлять управление мощностью определенного участка активной зоны, не мешая при этом другим таким же соседним регуляторам.
По существующей классификации систем эти системы относятся к многосвязным автоматическим системам регулирования (МСАР), состоящим из большого количества контуров регулирования, теория и практика которых находится еще в стадии становления.
Всем этим вопросам и посвящено настоящее учебное пособие, ориентированное на проектировщиков и эксплуатационников таких систем на российских энергетических ядерных реакторах. Первая глава посвящена краткому описанию существующих систем управления мощностью современных российских реакторов ВВЭР и РБМК. По этому вопросу существует большое количество литературы, но многие вопросы технической реализации систем остаются неосвещенными. Сведения, почерпнутые из технической документации и пособий для учебно-тренировочных центров атомных станций, окажутся полезными для всех категорий читателей. Во второй главе рассматриваются вопросы математического представления реактора, как объекта автоматического многосвязного управления. Глава ориентирована именно проектировщиков систем управления. Большее внимание уделено методам локальной кинетики и конечно-разностного, сеточного моделирования. Сеточные имитаторы, построение которых кратко описано во второй главе, являются до сих пор достаточно точным средством моделирования и проверки работоспособности систем управления мощности реактора в реальном времени в лабораторных условиях. Так как лабораторную проверку все описываемые алгоритмы проходили именно на сеточных имитаторах, то хотя бы бегло надо иметь представления об их построении. Третья глава полезна специалистам по автоматическому управлению и студентам старших курсов соответствующих специальностей. Она представляет собой краткий курс теории линейных многосвязных систем регулирования, особенно однотипных систем, состоящих из
одинаковых каналов автоматического регулирования. Именно к этому типу систем относится МСАР мощности реактора, если ее задачей является стабилизация равномерного распределения нейтронного потока. Эксплуатационники могут опустить этот материал, так же как и расчеты устойчивости многосвязных систем реактора в следующих главах. В четвертой главе описываются алгоритмы работы систем многосвязного регулирования реактора, в которых один канал регулирования выделен специально для регулирования средней мощности реактора в целом. Так как он по техническому насыщению полностью повторяет известную штатную систему регулирования нейтронной мощности реактора, то описывается только в виде структурных схем. Остальные каналы регулирования, работающие от более инерционных ВРК – датчиков, предназначены для регулирования мощности в каждой отдельной зоне управления. Для эксплуатационников и студентов соответствующих специальностей будет интересно рассмотреть результаты лабораторных и производственных испытаний данных систем, которые приведены в этой главе. Впервые в отечественной практике разработка и производственные испытания таких систем прошли в Томске. Пятая глава посвящена многосвязным системам регулирования мощности реактора, в которых нет специального канала регулирования средней мощности реактора. В отечественной литературе эти системы называют системами зонного регулирования. Здесь все однотипные локальные регуляторы одновременно выполняют обе задачи – управление средней мощностью реактора и ее распределением по активной зоне. В настоящее время эти системы являются единственными МСАР мощности реактора, реализованными в атомной энергетике России. Интерес для эксплуатационников представляют результаты лабораторных и производственных испытаний, показывающие их положительные стороны и недостатки.