Аникевич К.П. Автоматический регулятор мощности реактора (АРМ)

Подождите немного. Документ загружается.

Севастопольский национальный университет ядерной энергии

и промышленности

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств

АНИКЕВИЧ К.П.

Автоматический регулятор мощности реактора

(АРМ)

Севастополь

2005 г.

Введение

Учебное пособие по теме: «Автоматический регулятор мощности АРМ»

предназначено для проведения обучения студентов в части получения знаний

по оборудованию СУЗ: АРМ. Данное пособие предназначено для того, чтобы

дать необходимые начальные теоретические знания по оборудованию АРМ для

дальнейшего изучения работы оборудования и его технической эксплуатации.

Это пособие входит в дисциплины «Технические средства автоматизации»,

«Эксплуатация КСУ», «Системы автоматического управления и защиты» и

может быть использовано для подготовки и поддержания квалификации

оперативного и ремонтного персонала цеха ТАИ, а также оперативного

персонала БЩУ.

Пособие разработано на основании учебной, заводской и

эксплуатационной документации оборудования АРМ.

В данном пособии представлены сведения о назначении оборудования

АРМ и его основных и дополнительных функциях, а также их технических

характеристиках. Перечислены состав и размещение на энергоблоке АЭС

оборудования АРМ. Изложены устройство и принцип работы этого

оборудования. Перечислены входные и выходные сигналы, взаимосвязи с

другими элементами АСУ ТП энергоблока. Рассмотрены структурные и

частично принципиальные схемы АРМ. Описаны условия и режимы работы

этого оборудования. Рассмотрены вопросы по вводу в работу, выводу из

работы, а также эксплуатации оборудования АРМ.

1 АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ АРМ-5С

1.1 Назначение АРМ-5С

Стационарные режимы работы АЭУ не могут поддерживаться

самопроизвольно, так как в процессе работы установка неизбежно подвергается

различным возмущающим воздействиям. Эти возмущения могут быть как

внешние (изменения нагрузки энергосистемы), так и внутренние (плановые или

аварийные переключения оборудования АЭС и пр.). Поэтому АЭУ АЭС

должна быть снабжена системой регулирования, которая вырабатывает

управляющее воздействие на органы управления и таким образом

поддерживает АЭУ на заданном режиме работы. Одним из элементов системы

регулирования и является регулирующее устройство АРМ-5С.

Автоматический регулятор мощности реактора АРМ-5С является

составной частью системы регулирования мощности энергоблока совместно с

системой ЭГСР и устройством РОМ. Регулирующее устройство АРМ-5С

предназначено для поддержания мощности реактора в соответствии с

мощностью турбогенератора и стабилизации нейтронной мощности реактора на

заданном уровне.

Автоматический регулятор мощности реактора АРМ-5С относится к

системам нормальной эксплуатации, важным для безопасности (СНЭВБ),

классификационное обозначение 3Н по ОПБУ-2000.

АРМ-5С состоит из двух панелей, имеющих общее обозначение HQ-21.

Принцип работы АРМ-5С основан на непрерывном сравнении значений

текущего регулируемого параметра (нейтронная мощность реактора, давление

пара в главном паровом коллекторе 2-го контура) со значениями параметра,

записанными в регуляторе и являющимися для него заданием. АРМ-5С

воздействует на ОР СУЗ, приводя изменившийся параметр регулирования к

заданному значению.

Устройство АРМ-5С обеспечивает следующие режимы работы:

- режим астатического поддержания нейтронной мощности (режим «Н»);

- режим астатического поддержания теплотехнического параметра

воздействием на ОР СУЗ (режим «Т»);

- режим поддержания теплотехнического параметра по компромиссной

программе воздействием на ОР СУЗ (режим «К»);

- стерегущий режим поддержания теплотехнического параметра

воздействием на ОР СУЗ (режим «С»).

Для выполнения основных функций в комплект АРМ-5С входят два

регулятора: РРН и РРТ, каждый из которых состоит из трех независимых

каналов. Для повышения надежности и помехоустойчивости выходной сигнал

каждого регулятора формируется по мажоритарному принципу "два из трех",

т.е. воздействие от регулятора передается на ОР СУЗ только в том случае, если,

по крайней мере, два канала из трех выдадут сигнал на перемещение ОР СУЗ в

данном направлении.

Регулятор реактора по нейтронной мощности РРН предназначен для

стабилизации нейтронного потока в ректоре на заданном уровне со статической

точностью  2% от заданного значения (режим «Н») путем перемещения

органов регулирования реактора (кластеров). Если регулятор работает в этом

режиме, то поддержание давления пара перед турбиной при необходимости

осуществляется дистанционно или автоматически с помощью ЭГСР турбины.

Регулятор реактора по теплотехническому параметру РРТ предназначен

для стабилизации теплотехнического параметра (давление пара перед

турбиной) на заданном уровне со статической точностью 0,5 кгс/см

путем

воздействия на мощность реактора перемещением ОР (режим «Т»). Поскольку

основной причиной изменения давления пара перед турбиной являются

колебания мощности, данный регулятор поддерживает тепловую мощность

реактора в соответствии с требуемой мощностью турбины.

При работе устройства в режиме «С» осуществляется снижение мощности

реактора при увеличении значения давления по сравнению с заданным

значением. Зона нечувствительности регулятора РРТ для режима «С» - +1

кгс/см

. Увеличение мощности реактора при работе регулятора в этом режиме

не производится. Включение АРМ-5С в режим «С» осуществляется только из

режима «Т».

При работе устройства АРМ-5С в режиме «К» на уровнях мощности,

меньших некоторой тепловой мощности Q

, осуществляется поддержание

постоянного давления в паровых коллекторах, а при уровнях мощности

больших Q

, осуществляется поддержание постоянной температуры

теплоносителя в реакторе.

Примечание. В конструкции регулятора АРМ-5С режим стабилизации

давления пара с автоматическим изменением его заданного значения (режим

«К») в настоящее время не используется и в данном пособии не

рассматривается.

АРМ-5С поддерживает нейтронную мощность в диапазоне 3-110% Nном, а

давление во II-м контуре в диапазоне 57-67 кгс/см

Функциональная схема регулирования мощности энергоблока устройством

АРМ-5С показана на рисунке 1.

Кроме основных функций АРМ-5С выполняет следующие дополнительные

функции:

- по канальное суммирование и усреднение сигнала по текущей

нейтронной мощности реактора;

- сравнение входных сигналов по регулируемым параметрам с заданными

значениями;

- преобразование аналоговых сигналов в трехпозиционный дискретный

сигнал;

- автоматическая запись заданного значения регулируемого параметра

при включении АРМ-5С в работу;

- автоматическое переключение режимов работы;

- при возникновении определенных ситуаций на энергоблоке

осуществляет запрет работы АРМ-5С на увеличение или уменьшение

мощности реактора;

- при появлении сигнала ПЗ-1 АРМ-5С отключается от управления

реактором;

- выдача соответствующих сигналов в устройства, связанные с работой

АРМ-5С;

- выдача соответствующих сигналов на регистрацию о работе и режимах

АРМ-5С;

- выдача соответствующих сигналов в цепи световой и звуковой

сигнализации на панели АРМ-5С и БЩУ.

Технические характеристики АРМ-5С сведены в таблице 1

Таблица 1 Технические характеристики АРМ-5С

Напряжение питания АРМ-5С Однофазное 220В, 50Гц

от системы надежного питания

Потребляемая мощность 700 ВА

Входные сигналы:

- от комплекта АКНП (по текущему

значению нейтронной мощности)

От 0 до +5В

- от датчиков давления (по давлению

пара в ГПК)

От 0 до 5 мА постоянного

тока

Зона нечувствительности регулятора

PРН

±2% от Nном.

Зона нечувствительности регулятора

РРТ:

- для режима «Т»

- для режима «С»

±0,5 кгс/см

+1,0 кгс/см

Напряжение питания каналов АРМ-5С:

- схем логики

- операционных усилителей

+ 24 ±1В и - 24 ±1В

+ 12 ±0,5В и - 12 ±0,5В

Количество каналов 3

Режим работы длительный

Состав оборудования АРМ-5С

АРМ-5С состоит из трех независимых технологических каналов, выходные

сигналы которых объединены схемой «2 из 3-х». В каждый канал входят по

одному устройству РРН и РРТ, расположенных на панелях щита СУЗ HQ-21.

Блоки каждого регулятора располагаются в четырех каркасах (три собственно

регулятор и один - блоки питания).

Блоки У5, СН2, П6-1 относятся к каналу РРН. Блоки ЛГ, Д2, У6, СД-2, П6-

2, П6-3 - к каналу РРТ. Блоки БС, БЗ, БУР, УК8, ПУС-АРМ-5С являются

общими для КРРН и КРРТ.

Каждый технологический канал АРМ-5С имеет собственные блоки

питания, расположенные в отдельном каркасе. Блок БПС-12 питает

напряжением 12В все операционные усилители обоих регуляторов. Блок БП-

24 питает напряжением 24В схемы логики обоих регуляторов. Блок БЗ

предназначен для подачи соответствующего напряжения на блоки КРРН и

КРРТ, а также отключения каналов при снижении питающего напряжения.

Питание блоков питания каналов АРМ-5С осуществляется через

предохранители от 7ШПВ, 8ШПВ ,9ШПВ напряжением 220В, 50Гц.

Внешний вид одного технологического канала панели АРМ-5С показан на

рисунке 2.

Исходя из выполнения АРМ-5С основных функций, на его

соответствующие каналы регулирования должны поступать сигналы по

регулируемому параметру.

В каждый канал регулятора реактора по нейтронной мощности РРН

поступают аналоговые сигналы напряжения положительной полярности,

пропорциональные нейтронному потоку N от АКНП-СУЗ. Эффективная работа

АРМ-5С осуществляется на уровне мощности РУ более 5% номинальной, т.е.

при работе АКНП-СУЗ в диапазоне энергетическом (ДЭ). Измерение

нейтронной мощности в каждом канале ДЭ АКНП-СУЗ осуществляется двумя

ионизационными камерами. Далее сигнал с каждой ионизационной камеры

поступает поканально на соответствующую стойку УНО АКНП-СУЗ, где он

обрабатывается в БИК-03А1 и через УКЦ АКНП-СУЗ выдается на вход АРМ-

5С двумя сигналами. АКНП-СУЗ состоит из двух независимых аналогичных

комплектов, поэтому на каждый канал регулятора реактора по нейтронной

мощности РРН АРМ-5С поступают сигналы от четырех ионизационных камер

ДЭ. Распределение сигналов от АКНП по принадлежности к регулирующим

комплектам АРМ-5С осуществляется следующим образом. От измерителей

БИК-03А1 1, 4УНО-01А1 - к первому каналу АРМ-5С; от измерителей БИК-

03А1 2, 5УНО-02А1 – ко второму каналу АРМ-5С; от измерителей БИК-03А1 3,

6УНО-01А1 - к третьему каналу АРМ-5С. Эти сигналы поступают на блок У5

каждого канала АРМ-5С.

В каждый канал регулятора реактора по теплотехническому параметру

РРТ поступает токовый аналоговый сигнал по давлению пара в главном

паровом коллекторе 2-го контура. Эти сигналы поканально берутся с датчика

давления «Сапфир» и через блоки БР-Т в шкафу УКТС HQ-10 места 30, 33, 36

поступают на соответствующие входы АРМ-5С. Для первого канала АРМ-5С

канала РРТ сигнал берется с датчика позиция RC12P02B1, для второго канала -

RC12P02B2, для третьего канала - RC12P02B3. Сигнал по давлению пара в ГПК

поступает в блок У6 каждого канала АРМ-5С.

Кроме аналоговых сигналов в АРМ-5С поступают и дискретные сигналы

от соответствующих устройств для реализации запретов работы АРМ-5С, а

также для переключения режимов работы АРМ-5С.

Такие сигналы поступают от следующих систем:

- От АКНП-СУЗ через 1, 2 УКЦ от соответствующих реле ИУ, которые

контролируют значение нейтронной мощности – 102%Nном. и значение

периода разгона в ДЭ – Т<40 сек. Причем контакты этих реле собраны по схеме

«2 из 3-х ». Эти дискретные сигналы подаются в каждый канал АРМ-5С на

блок:

- БУР и УК8 по N>102% Nном.;

- УК8 по Т<40 сек. в ДЭ.

- От системы ПЗ из панели аварийных команд 3ПАК подаются сигналы в

каждый канал АРМ-5С на блок УК8 при появлении сигнала ПЗ-1 или ПЗ-2.

- От системы формирования ПЗ из шкафа УКТС через соответствующий

БГР-У подается сигнал по Ра.з.

<154 кгс/см

в каждый канал АРМ-5С на блок

УК8. Этот сигнал формируется от датчиков «Сапфир-22»: YC10P03B1 (1

канал), YC20P03B1 (2 канал), YC30P03B1 (3 канал), далее поступает в шкаф

УКТСна соответствующие блоки АДП-1. При достижении аналогового сигнала

уставки срабатывания АДП-1, через соответствующий БГР-У дискретный

сигнал подается в АРМ-5С.

- От системы ПЗ из панелей 7, 8, 9 ПШС в каждый канал АРМ-5С на блок

У5 подается дискретный сигнал шунтирования аналогового сигнала по

нейтронному потоку N, выведенного в проверку комплекта АКНП-СУЗ в том

случае, когда выведен в проверку один из комплектов АЗ.

Примечание. Указанный сигнал используется только на блоке №6 ЗАЭС.

АРМ-5С работает с оборудованием АСУ ТП энергоблока также с

помощью выходных сигналов. Выходные сигналы АРМ-5С используются в

СВРК, АСУТ-1000, СГИУ, а также поступают на БЩУ энергоблока на панель

HY-55.

В СВРК поступают поканально дискретные сигналы от АРМ-5С:

- информационный сигнал о воздействии «Б» или «М» от П6-1 и П6-2;

- информационный сигнал о текущем режиме работы АРМ-5С («АР»,

«Н», «Т», «С», «К») от блока БУР.

Эти сигналы поступают в измерительную систему математического и

программного обеспечения «Хортица» для решения соответствующих задач по

внутриреакторному контролю.

В АСУТ-1000 поступают с каждого канала АРМ-5С информационные

дискретные сигналы в стойку ЭГСР о текущем режиме работы АРМ-5С («АР»,

«Н», «Т», «С») от блока БС. Совместная работа АРМ-5С и ЭГСР представлена в

виде таблицы режимов (таблица 2).

Таблица 2 Режимы совместной работы АРМ и ЭГСР

Устройство Режимы работы

АРМ-5С включен в «АР» АРМ-5С выключен из «АР»

АРМ-5С Н Т С Н Т С

ЭГСР РД-1 РМ РМ РД-1 РД-1 РД-1

Примечание. При понижении давления в ГПК до 57 кгс/см

ЭГСР

автоматически переходит в режим РД-2, независимо от режима работы АРМ-

5С.

В СГИУ подаются дискретные сигналы (команда) воздействия на

управление ОР СУЗ «Б» или «М» от П6-1 или П6-2, в зависимости от

изменения регулируемого параметра и режима работы АРМ-5С. Сигнал

воздействия на управление ОР СУЗ выдается в СГИУ по схеме «2 из 3-х » с

помощью контактов выходных реле блоков П6-1 или П6-2. Этот сигнал

подается непосредственно на ту панель ПГУ, которая работает в данный

момент с АРМ-5С.

Выходные сигналы с АРМ-5С поступают также на БЩУ энергоблока на

панель HY-55 непосредственно на пульт управления автоматическим

регулятором - ПУС АРМ. Эти сигналы выдаются по схеме «2 из 3-х » и дают

световую информацию оператору – технологу:

- о текущем режиме работы АРМ-5С («Н», «Т», «С») от блока БС;

- о наличии в данный момент ЗАПРЕТА на «Б» или «М» от блока УК8;

- о наличии в данный момент ОТКЛОНЕНИЯ давления в ГПК «Б» или

«М» от блока П6-3 (только для режима «Т»);

- о наличии в данный момент ВОЗДЕЙСТВИЯ на управление ОР СУЗ «Б»

или «М» от П6-1 или П6-2.

Кроме световой сигнализации на панель HY-55 подается дискретный

сигнал на включение звуковой сигнализации при наличии команды воздействия

на управление ОР СУЗ «Б» или «М» от АРМ-5С в СГИУ. Причем звуковая

сигнализация команд «Б» или «М» отличаются между собой разной

тональностью.

В случае дистанционного изменения режима работы АРМ-5С («АР», «Н»,

«Т», «С») по решению оператора – технолога соответствующий дискретный

сигнал от ПУС АРМ поступает на блок БУР.

Управление регулятором при работе реактора осуществляется с помощью

коммутационных аппаратов, расположенных на БЩУ энергоблока на

оперативной панели HY-55, а также на пульте управления автоматическим

регулятором - ПУС АРМ. Для включения регулятора в работу или выключения

из работы на панели HY-55 применяются следующие элементы управления:

- кнопки выбора рабочего режима АРМ-5С («Н», «Т», «С») на ПУС АРМ;

- ключ выбора ПГУ для совместной работы с АРМ-5С на панели HY-55;

- на БВГ кнопки выбора группы ОР СУЗ (1-10, кроме 5группы), на

которую будут подаваться команды от АРМ-5С;

- ключ «АР» для включения и отключения ("горячий резерв") АРМ-5С на

панели HY-55.

Принцип работы АРМ-5С

1. Принцип действия канала регулятора по нейтронному потоку КРРН

Структурная схема канала регулятора по нейтронному потоку показана на

рисунке 3.

Сигналы, пропорциональные нейтронному потоку N от четырех

ионизационных камер ИК через аппаратуру контроля нейтронного потока

АКНП поступают на суммирующий усилитель ИС1. Усилитель ИС1 выполняет

также функции фильтра, подавляя высокочастотные помехи, поступающие от

ИК.

С усилителя ИС1 усредненный сигнал Nср поступает на вход усилителя Э1

с переменным коэффициентом усиления Ку, устанавливаемым управляемым

регистром УР. Выходной сигнал Ку*Nср подается на усилитель Э2, где из него

вычитается постоянное напряжение U

и на выходе образуется сигнал

разбаланса U

, равный:

= Ку • Nср – U

(1.1)

Поскольку в установившемся состоянии, когда Nср равно заданному

значению Nз, разбаланс на выходе Э2 равен нулю, имеем:

Ку • Nз – U

= 0 (1.2)

откуда:

Ку = U

/ Nз (1.3)

Подставляя (1.3) в (1.1), получим:

= (U

/Nз) • Nср – U

= U

(Nср - Nз)/Nз = U

• N/Nз , (1.4)

где N/Nз - относительное отклонение нейтронной мощности от заданного

значения.

Таким образом, сигнал на выходе усилителя Э2 пропорционален

относительному отклонению нейтронного потока от своего заданного значения

N/Nз с масштабным коэффициентом U

(В).

Применение сигнала относительного отклонения при регулировании

нейтронного потока по сравнению с сигналом абсолютного отклонения N

имеет следующие преимущества:

- на всех уровнях мощности регулятор имеет одну и ту же относительную

погрешность. Так если на уровне 100% номинальной мощности статическая

погрешность (зона нечувствительности регулятора) составляет  2% Nном., то

на уровне - 50% она составляет 1% Nном.;

- динамические свойства ядерного реактора таковы, что на любом уровне

мощности одно и то же перемещение регулирующего органа (изменение

реактивности) приводит к одному и тому же относительному изменению

мощности (N/Nз); поэтому качество переходных процессов, обеспечиваемых

регулятором на любом уровне заданной мощности, остается одинаковым

(оптимальным).

АРМ-5С на уровне мощности РУ более 5% Nном. в режиме «Н» работает

по абсолютному отклонению N равному 2% Nт.

Сигнал абсолютного отклонения (разбаланса) N инвертируется на

усилителе Э3 и поступает в пороговый блок П6-1. Блок П6-1 преобразует

аналоговый сигнал в трехпозиционный дискретный сигнал при наличии

абсолютного разбаланса на входе N, превышающего 2% заданного значения и

может работать в двух режимах:

- в режиме "работа" выходные сигналы П6-1 («Б» или «М»),

вырабатываемые при выходе сигнала абсолютного разбаланса N за пороговый

уровень, поступают на схему "два из трех". При совпадении сигналов не менее,

чем от двух каналов, формируется сигнал, вызывающий перемещение ОР СУЗ;

- в режиме "горячий резерв" выход блока П6-1 воздействует на

управляемый регистр УР блока СН2, ликвидируя разбаланс N путем

изменения коэффициента Ку и обеспечивая в любой момент времени

соответствие заданной Nз и фактической Nср мощности.

Регулятор по нейтронному потоку РРН АРМ-5С совместно с

исполнительным механизмом постоянной скорости реализует интегральный

закон регулирования.

2. Принцип действия канала регулятора по тепловому параметру КРРТ