Спосіб і пристрій для контролю рівня рідини у гідрорезервуарі

Реферат: Спосіб контролю рівня рідини (F) у гідрорезервуарі, зокрема для контролю рівня охолоджувального засобу у корпусі (4) реактора, охолоджуваного водою під тиском, згідно з яким, з використанням виміряної різниці температур (DT) між підігрівним термоелементом (НТ) і непідігрівним термоелементом (UHT), встановленими у гідрорезервуарі, роблять висновок про зниження рівня (10) рідини нижче висоти встановлення підігрівного термоелемента (НТ), має бути вдосконалений таким чином, щоб при незначних витратах на обладнання і пристрої регулювання досягалось особливо надійне формування сигналу тривоги з коротким часом спрацьовування, як тільки контрольований рівень рідини знизиться нижче критичного значення. Для цього згідно з винаходом передбачено, що безперервно контролюють часову характеристику різниці температур (DT) на наявність суттєвого, зокрема стрибкоподібного, зростання протягом часового інтервалу попередньо заданої тривалості (Δt), що передує поточному моментові (t0) часу вимірювання, причому сигнал тривоги формують, як тільки зміна (ΔDT) різниці температур (DT) протягом часового інтервалу досягне або перевищить попередньо задане граничне значення. UA 101368 C2 (12) UA 101368 C2 UA 101368 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до способу контролю рівня рідини у гідрорезервуарі, зокрема контролю рівня охолоджувального засобу у корпусі атомного реактора, охолоджуваного водою під тиском, згідно з яким з використанням виміряної різниці температур встановлених у гідрорезервуарі підігріваного термоелемента і відповідного йому непідігріваного термоелемента можна зробити висновок про зниження рівня рідини нижче висоти встановлення підігріваного термоелемента. Крім того, винахід стосується електронного блоку обробки і керування для здійснення способу, а також пристрою для контролю рівня рідини, що містить такий блок обробки і керування. Вимірювальні пристрої або зонди рівня наповнення, в яких з використанням створюваної підігріваним термоелементом термонапруги можна зробити висновок про рівень заповнення резервуару рідиною, використовуються зокрема в атомних станціях, оскільки вони порівняно з вимірювальними пристроями, базованими на інших принципах вимірювання, майже не чутливі до радіоактивного випромінення і тому навіть у разі аварії з підвищеними рівнями радіації можуть функціонувати надійно. Такі вимірювальні пристрої використовуються, наприклад, у корпусах атомних реакторів, охолоджуваних водою під тиском, щоб там – зокрема під час пуску і зупинки і у разі нештатних експлуатаційних ситуацій – контролювати рівень охолоджувальної рідини, що тече первинним контуром атомної станції над тепловидільними елементами. Принцип вимірювання використовує різні характеристики теплопередачі, що виникають при передачі тепла від нагрівального елемента до оточуючого рідкого охолоджувального засобу з одного боку і до газо- чи пароподібного середовища з іншого боку. Доки нагрівальний елемент оточений рідким охолоджувальним засобом, створюване ним тепло швидко відводиться, завдяки чому навіть у його безпосередньому оточенні температура лише незначною мірою перевищує температуру, яка встановилася б за відсутності нагрівання. Якщо під час регулярної експлуатації або внаслідок аварії реактора складеться ситуація, що зумовлено експлуатаційними умовами чи внаслідок втрати тиску у первинному контурі рівень рідини у корпусі реактора знизиться нижче висоти встановлення нагрівального елемента, його тепер оточуватиме пароподібний охолоджувальний засіб і умови теплопередачі погіршаться. Внаслідок цього температура в оточенні нагрівального елемента зросте, що може бути зареєстровано розміщеним поруч з нагрівальним елементом термометром чи вимірювальним датчиком температури. Завдяки їх конструктивній міцності і експлуатаційній надійності як вимірювальні датчики температури використовуються, як правило, термоелементи, що виробляють термонапругу, в основному пропорційну температурі. Зазвичай кілька підігріваних термоелементів встановлюють на певній відстані один від іншого на носії у вигляді стрижня чи труби або у/на довгій вимірювальній трубі, зануреній у рідину, рівень якої підлягає контролю, а всередині труби прокладено живильні і сигнальні провідники, необхідні для підведення струму до нагрівальних елементів і для передачі сигналів до зовнішнього блоку обробки. Таким чином, датчики, розміщені на різній висоті чи в точках вимірювання, уможливлюють здійснення цифрової, дискретної у просторі індикації рівня рідини у резервуарі, причому (локальна) розподільна здатність залежить від кількості термодатчиків на контрольованому діапазоні рівнів. Вимірювальний пристрій такого типу відомий, наприклад, із DE 10 2006 025 220 A1. При цьому поряд із підігріваними термоелементами, використовуваними як первинні датчики сигналів, всередині вимірювальної трубки встановлені також непідігрівані термоелементи, які формують опорний сигнал для відповідного первинного сигналу. Таким чином при обробці температурної інформації і визначеного на її базі рівня заповнення можна також враховувати часові зміни температури рідини чи довкілля. Без такого технічного рішення, наприклад, зростання чи зниження температури рідини могло б бути помилково сприйнято за зміну рівня рідини або дійсна зміна рівня рідини могла б бути "прихована" одночасною зміною температури рідини. Зазвичай при обробці виміряних сигналів визначають різницю температур між підігріваним термоелементом і відповідним йому непідігріваним (опорним) термоелементом. Сигнал тривоги формується, коли різниця температур досягає певного попередньо заданого значення, яке більше не може бути сплутане з нормальними флуктуаціями температури реакторного середовища, а надійно сигналізує, що рівень рідини опустився нижче монтажної висоти підігріваного термоелемента у гідрорезервуарі. Таким чином, для формування сигналу тривоги або використовують інформацію про температуру підігріваного і відповідного непідігріваного термоелемента (опорна температура) і формують сигнал різниці температур у електронному блоці обробки, або таким чином з’єднують між собою підігріваний і непідігріваний термоелементи, що результуючий сигнал безпосередньо відображає різницю температур між ними. 1 UA 101368 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В контексті атомної техніки це означає: завдяки такому використанню диференціального вимірювання температури зміни температури охолоджувального засобу у реакторі при пуску і зупинці чи раптові зміни температури внаслідок надзвичайних підвищень потужності чи так званих окремих холодних струменів рідини не впливають або принаймні майже не впливають на різницю температур, оскільки підігріваний і відповідний непідігріваний термоелементи зазнають цих змін у однаковій мірі. Правда, сказане дійсне строго лише при ідеалізованому розгляді. На практиці мають бути враховані ефекти другого порядку: До них належить передовсім той факт, що без активного регулювання нагрівального струму різниця температури між підігріваним і непідігріваним термоелементами з підвищенням оточуючої температури, тобто при зростанні температури засобу охолодження реактора, зменшується. Це зумовлено крім іншого тим, що зі зростанням температури середовища у гідрорезервуарі сильніше (ззовні) нагріваються також нагрівальний провід з призначеними для нагрівання термоелементів нагрівальними елементами чи нагрівальними зонами (ділянками нагрівального проводу з підвищеним опором). Внаслідок цього підвищується опір нагрівального проводу і при незмінній напрузі у нагрівальному елементі протікає менший струм. В результаті зменшується теплова потужність нагрівального елемента, оскільки вона пропорційна квадратові 2 струму, що протікає в ньому (P=R*I ). Це означає: оскільки з одного боку у разі відсутності регулювання нагрівального струму різниця температур між оточеними рідиною підігріваним і непідігріваним термоелементами збільшується зі зростанням температури рідини, але з іншого боку з міркувань простоти встановлюють зазвичай одне, стале порогове значення різниці температур для формування сигналу тривоги, зі зростанням температури рідини збільшується необхідне для формування сигналу тривоги зростання температури підігріваного термоелемента, зумовлене зниженням рівня рідини і переходом у парову фазу внаслідок зміни характеристики теплопередачі. Якщо необхідне для досягнення порогового значення підвищення температури надто велике, це може призвести до неприпустимого збільшення часу спрацьовування, яке більше не відповідає вимогам безпеки. Крім того, зменшення нагрівального струму при одночасному підвищенні оточуючої температури веде до зменшення перепаду сигналу при зниженні рівня рідини нижче монтажної висоти підігріваного термоелемента. Це означає, що у найнесприятливішому випадку сигнал тривоги взагалі не буде сформований. Для компенсації описаних ефектів були розроблені спосіб і відповідний вимірювальний пристрій, в яких струм у нагрівальному проводі регулюють таким чином, що він навіть при підвищенні експлуатаційної температури не зменшується або навіть дещо зростає, завдяки чому саме у високотемпературному діапазоні час реакції системи, тобто час формування сигналу тривоги, зменшується. На практиці завдяки застосуванню такого регулювання нагрівального струму різниця температур ("Delta-T") між підігріваним і відповідним непідігріваним термоелементом у рідині майже стала, тобто не залежить від температури. Інакше кажучи: регулювання нагрівального струму забезпечує майже горизонтальну характеристику на діаграмі, що відображає залежність різниці температур між підігріваним і відповідним непідігріваним термоелементами у рідині від температури рідини ("Delta-T від T"). Завдяки цьому стає можливим встановлення одного єдиного граничного значення різниці температур між підігріваним і непідігріваним термоелементами, - при перевищенні якого формується сигнал тривоги, який надійно сигналізує, що рівень рідини знизився нижче підігріваного термоелемента, - яке дійсне для усього допустимого діапазону температур контрольованої рідини (засобу охолодження реактора), - і яке забезпечує прийнятний час спрацьовування системи. Одначе поряд із очевидними перевагами метод регулювання нагрівального струму має також і недоліки: Суттєвий недолік полягає у тому, що система регулювання нагрівального струму за несприятливих обставин може вийти з ладу. У разі можливого виходу з ладу системи регулювання нагрівального струму характеристика залежності різниці температур між підігріваним і непідігріваним термоелементами від робочої температури знову несприятливо змінилася б. У разі застосування в атомних установках це означає: якщо після такого виходу з ладу під час експлуатації для зменшення часу спрацьовування або для забезпечення формування сигналу тривоги вручну збільшити нагрівальний струм, це призведе до формування сигналу тривоги при зупинці реактора, хоча в дійсності рівень охолоджувального засобу не знижується (хибна тривога). В залежності від можливо реалізованих блокувань таке хибне формування 2 UA 101368 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 сигналу тривоги могло б призвести до автоматичного запуску живильних насосів високого тиску і тим самим до небажаного підвищення тиску в первинному контурі з наступним спрацьовуванням запобіжних клапанів. З огляду на таку поведінку установки вимірювальну систему можна експлуатувати не при всіх робочих температурах з нагрівальною потужністю, розрахованою на максимальну робочу температуру, що було б бажаним з точки зору досягнення значного перепаду сигналу у разі спрацьовування. Поряд з цим існують також інші проблеми: якщо частини нагрівального проводу омиваються холоднішою рідиною, це призводить до зменшення нагрівального струму і тим самим поряд із зменшенням різниці температур між підігріваним і непідігріваним термоелементами також до зменшення перепаду сигналу. Це має значення тому, що використовувані зараз системи регулювання реєструють зміну температури рідини лише опосередковано за зміною опору нагрівального елемента. При такому опосередкованому регулюванні нагрівальний елемент має бути виконаний із матеріалу, питомий опір якого суттєво залежить від температури, тому що це є передумовою стабільної роботи системи регулювання. Ця обставина значною мірою впливає на проектування зонду, оскільки використовуваний нагрівальний провід повинен мати необхідні параметри. Це може викликати значні витрати на пристрій узгодження між власне вимірювальним зондом і блоком обробки. Тому задачею винаходу є розробка способу і відповідного пристрою для контролю рівня рідини, які при незначних витратах на апаратне обладнання і техніку автоматичного регулювання забезпечують особливо надійне формування сигналу тривоги з незначним часом спрацьовування як тільки контрольований рівень рідини знизиться нижче критичного значення. Стосовно способу задача вирішена тим, що постійно контролюють зміну різниці температур в часі на наявність суттєвого, зокрема стрибкоподібного зростання протягом часового інтервалу попередньо заданої тривалості, який передує поточному моменту часу обробки, причому сигнал тривоги формують, як тільки зміна різниці температур протягом часового інтервалу досягне або перевищить попередньо задане граничне значення. Винахід виходить із міркування, що оцінка виміряної різниці температур між підігріваним і непідігріваним термоелементами має здійснюватися послідовно з метою якомога ранішого виявлення порівняно крутих чи стрибкоподібних фронтів у різницевому сигналі, щоб зниження рівня рідини виявити ще на початку. На відміну від реалізованого досі вимірювального принципу, згідно з яким сигнал тривоги чисто і просто формують у разі, якщо виміряна різниця температур коли-небудь перевищить один раз встановлене (глобальне) граничне значення, згідно з винаходом як вирішальний критерій вибрана зміна різниці температур протягом часового інтервалу попередньо заданої тривалості. Якщо значення різниці температур зобразити у вигляді графіка залежності від часу, то релевантний для обробки сигналу часовий інтервал або "часове вікно" рухається разом із кривою, що "прописується" у напрямку осі часу, тобто постійно обновлюється. Тривалість часового інтервалу вибирають таким чином, що вона в основному у порядку величини узгоджується з часовою шкалою контрольованих процесів, тобто з тривалостями змін рівня рідини і викликаних ними динамічних змін температури термоелементів збігається або дещо менша. Більш того, вимірювальний принцип орієнтований на контроль у реальному масштабі часу. Тому кінцевий момент часу релевантного для обробки часового інтервалу збігається в основному з моментом обробки, який у свою чергу в основному збігається з моментом часу, для якого сформовано останнє виміряне значення різниці температур між підігріваним і непідігріваним термоелементами. У особливо переважній формі виконання для множини періодично розміщених один за іншим моментів часу вимірювання визначають послідовність різниць температур, причому для поточного моменту часу обробки формують значення різниць між останнім визначеним елементом послідовності і усіма його попередниками, моменти часу вимірювання яких лежать в межах часового інтервалу попередньо заданої тривалості, і причому сигнал тривоги формують у разі, якщо принаймні одне із значень різниці температур досягне чи перевищить попередньо задане граничне значення. Причому процес обробки за принципом ітераційної процедури повторюють для кожного моменту часу вимірювання. Такий варіант способу з дискретними часовими інтервалами особливо придатний для застосування у цифровому блоці електронної обробки, зокрема в рамках цифрової системи керування безпекою атомної установки. При цьому відрізки часу між окремими моментами часу вимірювання доцільно вибирати коротшими, ніж тривалість часового інтервалу, релевантного для обробки. Завдяки описаному виду формування різниць між елементами послідовності вимірювального ряду особливо ретельно виявляються стрибкоподібні зміни різниці температур 3 UA 101368 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 між підігріваним і непідігріваним термоелементами. У екстремальному випадку навіть один відповідний стрибок сигналу між двома сусідніми часовими інтервалами (момент часу обробки і безпосередньо попередній момент часу вимірювання) привів би до негайного формування сигналу тривоги. З іншого боку, навіть не таке різке зростання різниці температур веде до формування сигналу тривоги, якщо лише перевищується встановлене граничне значення для зміни протягом попередньо заданого інтервалу обробки. При застосуванні в умовах атомних установок попередньо заданий часовий інтервал між двома безпосередньо сусідніми моментами часу вимірювання лежить особливо переважно в діапазоні від 50 мс до 1000 мс, зокрема в діапазоні від 100 мс до 350 мс. Тривалість часового інтервалу, релевантного для процесу обробки, становить переважно від 30 с до 100 с, зокрема близько 50 с. Це приблизно відповідає значенням часу, протягом якого зазвичай закінчуються теплові перехідні процеси в термоелементах та їх оточенні після зниження рівня охолоджувального засобу у корпусі реактора, охолоджуваного водою під тиском, нижче підігріваного термоелемента. Якщо, наприклад, часовий інтервал між наступними один за іншим моментами часу вимірювання становить 250 мс, а релевантний для обробки часовий інтервал становить 50 с, для окремого процесу обробки у блоці обробки має бути здійснене проміжне запам’ятовування 200 виміряних сигналів для різниць температур між підігріваним і непідігріваним термоелементами. Це проміжне запам’ятовування здійснюють переважно у модулі пам’яті, що працює за принципом "першим зайшов – першим вийшов" (First-in-First-out (FIFO)). При цьому – як у зсувному регістрі – вміст модуля пам’яті з кожним тактом зміщувався на одну комірку пам’яті і вивільнену комірку займало останнє отримане виміряне значення. У разі, коли формування різниці температур між підігріваним і непідігріваним термоелементами здійснюють лише у пристрої обробки, а не створюють відповідний диференційний сигнал за рахунок відповідної схеми з’єднання термоелементів, може бути передбачене проміжне запам’ятовування окремих сигналів обох поставлених у відповідність один іншому термоелементів. Формування різниці сигналів обох термоелементів здійснюють у блоці обробки, причому також здійснюють проміжне запам’ятовування окремих значень температури підігріваного і непідігріваного термоелементів, щоб уникнути необхідності знову вираховувати їх кожного разу при формуванні різниць значень між наступними один за іншим у часі елементів послідовності (хоча останнє принципово також можливе). У переважній формі виконання передбачене ступінчасте формування сигналу тривоги, при якому для кожного процесу обробки попередньо задають множину різних граничних значень, при досягненні чи перевищенні яких формують різні повідомлення тривоги, в залежності від обставин із різними реакціями на них. Наприклад, можуть бути сформовані попередження при виникненні певних попередньо заданих порівняно невеликих стрибків різниці температур, щоб привернути увагу оператора на можливу проблему. Іншими словами може бути передбачене введення готовності до тривоги, за якою можуть настати стани тривоги з різною тяжкістю чи пріоритетом. Крім того, може бути передбачена відміна сформованого сигналу тривоги чи стану готовності до тривоги у разі, коли рівень рідини у контрольованому резервуарі після початкового зниження знову зростає. У першому варіанті, який може бути застосований при використанні з регулюванням або без регулювання нагрівального струму, сигнал тривоги дезактивують, якщо після його формування протягом попередньо заданого часового інтервалу фіксують зменшення різниці температур між підігріваним і непідігріваним термоелементами на попередньо задану величину. Тобто, і у даному разі визначальною є зміна виміряного значення протягом певного часового інтервалу. У другому варіанті, який доцільний лише при наявності регулювання нагрівального струму, сформований сигнал тривоги дезактивують, якщо після його формування фіксують зменшення різниці температур до попередньо заданого незалежно від температури порогового значення або нижче. Альтернативно у третьому варіанті вимірюють температуру і тиск рідини, рівень заповнення якої контролюють, і сформований сигнал тривоги дезактивують, якщо після його формування фіксують зменшення різниці температур між підігріваним і непідігріваним термоелементами до попередньо заданого в залежності від поточної температури і/або поточного тиску порогового значення або нижче. Стосовно пристрою поставлена задача вирішена у електронному блоці обробки і керування, використовуваному у пристрої контролю рівня рідини у гідрорезервуарі, який має 4 UA 101368 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - сигнальні входи для виміряних сигналів відповідних підігріваного і непідігріваного термоелементів, а також віднімальний модуль, який із виміряних сигналів формує диференційний сигнал, характеристичний для різниці температур обох термоелементів, - або альтернативно один сигнальний вхід для диференціального сигналу схеми з підігріваним і непідігріваним термоелементом, - модуль обробки, що містить засоби для постійного контролю різниці температур на наявність суттєвого, зокрема стрибкоподібного зростання протягом часового інтервалу попередньо заданої тривалості, який передує поточному моменту часу обробки, - а також засоби для формування сигналу тривоги, як тільки зростання різниці температур протягом часового інтервалу досягає або перевищує попередньо задане граничне значення. При цьому електронний блок обробки і керування є складовою пристрою для контролю рівня рідини у гідрорезервуарі, зокрема для контролю рівня охолоджувального засобу у корпусі атомного реактора з охолодженням водою під тиском, який містить принаймні один підігріваний термоелемент і відповідний йому непідігріваний термоелемент, під’єднані до блоку обробки і керування. Відповідна винаходові концепція порівняно із досі відомими чи використовуваними концепціями має цілий ряд переваг: 1. Відсутність необхідності у горизонтальній характеристиці різниці температур Як було сказано у вступній частині опису, досі було необхідним досягнення у рідкій фазі приблизно однакової різниці температур між підігріванимі відповідним непідігріваним термоелементами, незалежної від робочої температури. Завдяки новому методу обробки відпадає необхідність у горизонтальній, паралельній осі часу характеристиці різниці температур, оскільки беруться до уваги лише зміни різниці температур протягом певного часового проміжку, наприклад, протягом останніх 50 секунд. 2. Вихід з ладу системи регулювання нагрівального струму не становить проблеми Для випадку, коли передбачена система регулювання нагрівального струму, єдина вимога до нагрівального струму полягає у тому, щоб він був розрахований таким чином, що навіть при максимальній робочій температурі ще забезпечувався достатньо високий перепад напруги (зміна різниці температур) протягом досить короткого проміжку часу, коли рівень рідини знижується нижче підігріваного термоелемента. Якщо система регулювання нагрівального струму спроектована таким чином, що при її виході з ладу нагрівальний струм набуває свого значення, передбаченого для максимальної робочої температури (максимальна припустима напруга), то функціонування системи вимірювання рівня рідини не порушується навіть при виході з ладу системи регулювання нагрівального струму. 3. Можлива відмова від активного регулювання нагрівального струму Завдяки новому виду обробки сигналів в принципі можлива також експлуатація нагрівального елемента для підігріваного термоелемента завжди з напругою, передбаченою для максимальної робочої температури. Можна зовсім відмовитися від активного регулювання без загрози хибних тривог при пуску і зупинці установки. Прикладена до нагрівального елемента стала напруга при охолодженні реактора внаслідок зменшення опору нагрівального елемента веде до зростання струму. Внаслідок цього зростає різниця температур між підігріваним і непідігріваним термоелементами, що досі могло викликати хибну тривогу. Одначе при застосуванні нового методу обробки сигналу цей ефект більше не створює проблем, оскільки це збільшення різниці температур не має стрибкоподібного характеру. Крім того, завдяки зростанню нагрівального струму час спрацьовування стає коротшим, а перепад сигналу більшим. За відсутності активного регулювання матеріал нагрівального проводу між нагрівальними елементами може бути оптимізований таким чином, щоб він мав якомога менший опір і споживання енергії системою вимірювання знижувалося. При цьому більше немає потреби звертати увагу на необхідну досі певну залежність опору нагрівального проводу від температури, яка була необхідна для забезпечення стабільного регулювання. На противагу цьому тепер залежність опору усього нагрівального проводу від температури має бути якомога меншою, щоб струм при низьких температурах не зростав. У разі, коли кілька термоелементів нагріваються одним і тим же нагрівальним проводом, при застосуванні нового способу обробки сигналів калібрувати можна лише найгірше реагуючий термоелемент при максимальній температурі. Інші термоелементи не обов’язково калібрувати точно, оскільки горизонтальна характеристика різниці температур більше не потрібна. Це є особливою перевагою для проектування вимірювальних зондів, у яких кілька термоелементів нагріваються одним нагрівальним проводом і одночасне забезпечення горизонтальних характеристик для усіх виміряних різниць температури є складною задачею. 5 UA 101368 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 4. При потребі можливе спрощене регулювання нагрівального струму При бажанні не повністю відмовлятися від регулювання нагрівального струму в залежності від робочої температури (наприклад для економії енергії) можна уникнути проблеми наявних систем регулювання нагрівального струму з окремими холодними струменями рідини шляхом встановлення залежності нагрівального струму від середньої температури рідини. Тепер це стало можливим без негативних наслідків на підставі менш жорстких вимог до характеристики різниці температур і, тим самим, до значення нагрівального струму. 5. Зменшений час спрацьовування Досі, незважаючи на застосування систем регулювання нагрівального струму і тим більше при їх виході з ладу, при різних робочих температурах для формування сигналу тривоги необхідні різні значення збільшення різниці температур між підігріваними і непідігріваними термоелементами. Оскільки при новому методі обробки сигнал тривоги завжди формується тоді, коли різниця температур протягом певного часового інтервалу збільшиться на певне попередньо задане значення, для усіх значень робочих температур час спрацьовування скорочується до найкоротших значень, навряд чи досяжних при існуючих методах обробки. 6. Гнучкі індивідуальні граничні значення і оптимальні значення часу реагування У поєднанні з цифровою архітектурою системи у разі потреби для кожної пари термоелементів просто і швидко можуть бути визначені чи параметризовані індивідуальні граничні значення (стрибки різниць температур), які враховують особливості їх виготовлення. Крім того, завдяки застосуванню вільно програмованої автоматизованої системи, яка також взаємодіє або обмінюється інформацією з іншими керуючими пристроями, граничні значення можуть бути оптимізовані в залежності від робочої температури і від тиску у первинному контурі. 7. Ступінчасті сигнали тривоги Можливість формування ступінчастих сигналів тривоги та їх переваги уже були описані вище. 8. Узгодження і коментування сигналів тривоги Шляхом використання наявної у цифровій системі захисту реактора інформації сигнали зондів рівня рідини можна обробляти також у залежності від відхилень реакторної установки від нормальної роботи (наприклад, вихід з ладу насосів для охолоджувального засобу, зміни тиску у первинному контури і т.ін.). Якщо система захисту реактора фіксує такі відхилення і з попередніх експериментів чи обчислень або на підставі експлуатаційного досвіду відомо, що ці відхилення можуть мати вплив на вимірювання рівня заповнення рідини, то відповідним чином сконфігурована автоматична експертна система через відповідні зв’язки може узгодити граничні значення для вимірювання рівня рідини або прокоментувати сформовані сигнали. При виникненні таких надзвичайних експлуатаційних ситуацій коментарі автоматично виводяться на монітор системи контролю поряд із сигналами попередження і тривоги, завдяки чому усуваються хибні інтерпретації людиною-оператором. Наведені вище переваги поки що не залежать від конкретних конструкцій вимірювальних зондів, що містять підігрівані і непідігрівані термоелементи, і можуть бути реалізовані окремо шляхом відповідного конфігурування чи програмування електронного блоку обробки і керування. Крім того, виникають також інші переваги, якщо спеціальне виконання адаптувати до наявних умов і можливостей при обробці сигналів. Як уже було сказано, передбачений спосіб обробки сигналів послаблює вимоги до регулювання нагрівального струму або й зовсім робить його не обов’язковим. Завдяки цьому відпадає необхідність у витратному калібруванні характеристики нагрівального струму, особливо складному у випадку, коли один і той же нагрівальний провід використовується для нагрівання кількох термоелементів у одному вимірювальному зонді. Тепер за допомогою одного й того ж нагрівального проводу може бути здійснене підігрівання кількох термоелементів без втрати якості вимірювання. Завдяки цьому при тих же вимогах до надлишковості зменшуються витрати на прокладання проводів всередині зонду або при тих же витратах на прокладання проводів може бути реалізована більша кількість точок вимірювання, що важливо для підвищення розрізняльної здатності вимірювання рівня рідини. Таке покращення розрізняльної здатності по висоті уможливлює краще спостереження поведінки рівня рідини у часі, а також краще передбачення майбутньої поведінки, наприклад, шляхом екстраполяції отриманих раніше даних. Додатково при поєднанні інформації про швидкість зниження рівня рідини (наприклад через зміну швидкості зниження) з простими фізичними моделями динаміки рівня заповнення і у разі потреби з іншими виміряними даними системи захисту реактора можна зробити висновок про величину витікання або про ефективність контрзаходів. 6 UA 101368 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Узагальнюючи, можна сказати, що новий метод обробки при тій же конструкції вимірювальних зондів уможливлює передовсім: - відмову від регулювання нагрівального струму або спрощення необхідного обладнання; - скорочення часу спрацьовування; - оптимізацію часу спрацьовування в залежності від температури чи тиску; - ступінчасті сигнали попередження; - оцінку і коментування сигналів зондів при перехідних процесах; - зниження вірогідності хибних тривог; - зниження споживаного струму. Відповідним чином модифікована конструкція зонда разом із новим методом обробки сигналів уможливлює: - більшу кількість точок вимірювання на одиницю висоти; - прогнозування поведінки рівня рідини; - висновки про величину витікання. Крім того, завдяки запропонованим змінам спрощується під’єднання блоку обробки до вимірювальних зондів різних виробників і виникає менше проблем з інтерфейсами. Нижче приклад виконання винаходу детальніше пояснюється з використанням фігур. На них схематично зображено: фіг. 1. Вид збоку на пристрій для контролю рівня рідини у корпусі реактора, охолоджуваного водою під тиском, з кількома парами підігріваних і відповідних їм непідігріваних термоелементів; фіг. 2. Приклад часової характеристики різниці температур між підігріваним і непідігріваним термоелементами під час процесу зниження рівня рідини при робочій температурі близько 115 °С; фіг. 3. Приналежна часовій характеристиці різниці температур згідно з фіг. 2 таблиця, записи якої ілюструють переважний спосіб обробки для контролю рівня рідини і формування сигналу тривоги; фіг. 4. Інший приклад часової характеристики різниці температур між підігріваним і непідігріваним термоелементами під час процесу зниження рівня рідини при робочій температурі близько 330 °С; фіг. 5. Відповідна характеристиці згідно з фіг. 4 оціночна таблиця. Схематично зображений на фіг. 1 пристрій 2 для вимірювання рівня рідини служить для контролю рівня охолоджувальної рідини F у корпусі 4 детальніше не представленого атомного реактора, охолоджуваного водою під тиском. Пристрій 2 містить три виконані у вигляді вимірювальних списів вимірювальні трубки 6, які при монтажі вимірювального пристрою 2 зверху крізь отвори у кришці 8 вводяться всередину корпуса 4 реактора і під час роботи атомного реактора принаймні частково занурені у охолоджувальну рідину F. Висота рівня або рівень заповнення над дном корпуса на фіг. 1 позначена позиційним позначенням Н, причому зрозуміло, що може бути використаний і інший опорний рівень. Над поверхнею 10 рідини знаходиться пароподібне охолоджувальне середовище, простіше – пара D. Три вимірювальні трубки 6 пристрою 2 орієнтовані вертикально і встановлені у корпусі 4 реактора на відстані одна від іншої; таким чином, вони паралельні одна до іншої і не дотикаються одна до іншої. Кожна із трьох вимірювальних трубок 6 на нижньому кінці має герметично закритий циліндричний корпус 12, виконаний із водонепроникного, стійкого до тиску і корозії матеріалу з доброю теплопровідністю. У прикладі виконання для цього використано високоякісну сталь. У внутрішній порожнині 14 кожної вимірювальної трубки 6 встановлено кілька термоелементів (heated thermocouples). Вимірювальна трубка, позначена як "Трубка 1", містить два підігріваних термоелементи, а саме встановлений на висоті h1 підігріваний термоелемент HT1 і розміщений над ним на висоті h2 підігріваний термоелемент HT3. Вимірювальна трубка, позначена як "Трубка 3", містить три підігріваних термоелементи, а саме встановлений на висоті h1 підігріваний термоелемент HT2, розміщений над ним на висоті h3 підігріваний термоелемент HT4 і встановлений на висоті h4 підігріваний термоелемент HT5. При цьому дійсний вираз h4>h3>h2>h1. Крім того, у внутрішній порожнині 14 трубки 1 і трубки 3 встановлені нагрівальні елементи (heating elements), а саме HE1 у трубці 1 і HE2 у трубці 3. Нагрівальні елементи виконані у вигляді нагрівальних проводів, прокладених поруч із термоелементами HT1 і HT3, а також HT2, HT4 і HT5 відповідно, причому нагрівальні проводи мають розміщені поблизу цих термоелементів нагрівальні зони, за допомогою яких нагрівається безпосереднє оточення. Як нагрівальні елементи HE1 і HE2, так і термоелементи HT1 і HT3 та HT2, HT4 і HT5 прилягають до внутрішньої стінки відповідного теплопровідного корпуса 12. Нагрівальні проводи, а також сигнальні і живильні проводи, необхідні для підведення струму і передачі 7 UA 101368 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 сигналів термоелементів, прокладені у внутрішній порожнині 14 вимірювальної труби до розміщеного поза кришкою 8 корпусу 4 реактора приєднувального адаптера 16. Через приналежні трубці 1 і трубці 3 приєднувальні адаптери 16 (з яких на фіг. 1 зображений лише адаптер трубки 3) термоелементи HT1 – HT5 з’єднані із зображеним лише схематично електронним блоком 18 обробки і керування, який у свою чергу з’єднаний з іншими компонентами системи захисту реактора, зокрема з формувачем сигналу тривоги (не зображений). Формувач сигналу тривоги може бути інтегрований також до блоку 18 обробки і керування. Вимірювальна трубка 6, позначена як "Трубка 2", у своїй внутрішній порожнині 14 містить п’ять непідігріваних термоелементів (unheated thermocouples), з яких два розміщені на висоті h 1 (UHT1 і UHT2) і по одному на висоті h2, h3 і h4 (а саме UHT3, UHT4 і UHT5). Непідігрівані термоелементи UHT1 – UHT5 також мають безпосередній контакт з внутрішньою стінкою теплопровідного корпусу 12 і для передачі сигналів через не зображений приєднувальний адаптер з’єднані із зовнішнім стаціонарним блоком 18 обробки. У трубці 2 не передбачено жодного нагрівального елемента чи подібного засобу. Для цілей обробки сигналів і визначення рівня рідини об’єднуються підігріваний термоелемент (датчик первинного сигналу) і розміщений на такій же висоті але у іншій вимірювальній трубці непідігріваний термоелемент (датчик опорного сигналу). Для обробки сигналів у блоці 18 обробки утворено п’ять пар термоелементів від HT1, UHT1 до HT5, UHT5, що на фіг. 1 схематично показано лініями, що обрамлюють комплементарні термоелементи. За термонапругою кожного термоелемента визначають температуру, що панує у місці його встановлення. Крім того, для кожної пари від HT1, UHT1 до HT5, UHT5 визначають різницю температур між підігріваним і непідігріваним термоелементом. Принцип дії підігріваного і непідігріваного термоелементів та їх застосування для вимірювання рівня рідини для прикладу пояснюються на парі датчиків сигналів HT5, UHT5. На фіг. 2 початкова точка відображає режим роботи реактора з рівнем Н заповнення корпусу 4 реактора з неушкодженим контуром охолодження при температурі близько 115 °С (наприклад, під час пуску, при якому підвищення температури охолоджуючого засобу становить близько 1030 градусів на годину). Поки рівень рідини F перебуває над висотою встановлення підігріваного термоелемента HT5 (H>h4), тепло, створюване нагрівальним елементом HE2 в оточенні термоелемента HT5, порівняно ефективно відводиться від стінки корпуса 12 і передається охолоджувальній рідині F. Оскільки до корпусу реактора постійно надходить нова, тобто порівняно холодна охолоджувальна рідина F (відкрита система у смислі термодинаміки), температура стінки в оточенні підігріваного термоелемента HT5 порівняно з непідігріваним термоелементом UHT5 зростає незначною мірою. Тобто представлена на фіг. 2 як функція часу t різниця температур Delta-T між підігріваним термоелементом HT5 і непідігріваним термоелементом UHT 5 становить близько нуля (точніше – близько 5 градусів). Це значення помітно не змінилося б навіть тоді, якби при тому ж рівні Н охолоджувальної рідини F у корпусі 4 реактора її температура (глобально) змінилася, наприклад, зросла, оскільки ця зміна стосувалася б обох термоелементів HT5, UHT5 однаковою мірою. Так само можливо наявні ефекти температурного розшарування у корпусі реактора, тобто градієнти температури у вертикальному напрямку, теж не грають ролі, оскільки обидві відповідні точки вимірювання розміщені на однаковій висоті, а саме у даному випадку h 4. Картина зміниться, коли у – тут прийнятий довільно – момент часу t=100 с рівень Н охолоджувальної рідини F знизиться нижче значення h4 (H