(pwr) nuclear power plant

ELEKTRÝK -ELEKTRONÝK - BÝLGÝSAYAR MÜHENDÝSLÝÐÝ 10. ULUSAL KONGRESÝ
BORSSELE NÜKLEER GÜÇ SANTRALI’NDA BİRİNCİ DEVRE
POMPALARININ TİTREŞİM ANALİZİ VE NÖTRON AKISINA TESİRİ
B. BARUTÇU1, S. ŞEKER2, E. AYAZ2, E. TÜRKCAN2
1
Enerji Enstitüsü, “İstanbul Teknik Üniversitesi, İTÜ”,
Elektrik Mühendisliği Bölümü, “İstanbul Teknik Üniversitesi, İTÜ”,
80626, Maslak, İstanbul, Türkiye
2
1
e-posta: barutcu@nukleer.itu.edu.tr
2
e-posta: ayaz, seker, eturkcan@elk.itu.edu.tr
Anahtar sözcükler: Borssele Nükleer Güç Santralõ (PWR), gürültü analizi, soğutma pompasõ titreşimi
ÖZET
Bu çalõşmada Hollanda-Borssele Reaktörü’nde 2001
yõlõ Eylül ayõnda kullanõlmaya başlanan iki yeni işaret
işleme ve analiz sistemine ilişkin verilerin
kullanõlmasõyla, reaktör soğutma pompalarõnõn
titreşimi ve bunun nötron akõsõyla ilişkisi
incelenmiştir.
1. GİRİŞ
Borssele Nükleer Güç Santralõ’nda (Basõnçlõ Sulu
Reaktör, 480 MWe, Siemens/KWU) 2001 yõlõ içinde
tamamlanan ve 28. kalbin işletime alõndõğõ Eylül 2001
tarihinden itibaren kullanõlmaya başlanan yeni işaret
işleme sistemiyle, reaktörün birinci devre soğutma
suyu pompalarõndaki titreşimler ve bunun nötron akõsõ
üzerindeki tesirleri incelenmiştir. Bu amaçla reaktör
kalbinin etrafõnda bulunan nötron detektörleri ve
soğutma suyu pompalarõ üzerinde bulunan titreşim
sensörlerinin işaretleri analiz edilmiştir.
2. GÜÇ SANTRALI, İŞARET İŞLEME
VE ANALİZ SİSTEMİ
Hollanda’nin Zeeland eyaletinde Westerschelde
yakõnlarõnda kurulmuş olan 480 MWe gücündeki
Basõnçlõ Sulu Borssele Reaktörü (KCB) NV
Electriciteits-Productiemaatschappij Zuid-Nederland
(EPZ) firmasõ tarafõndan işletilmektedir. Siemens/
KWU tarafõndan 1968 – 1973 yõllarõ arasõnda yapõmõ
tamamlanan Borssele reaktörü 24 yõl boyunca 80%
güçte işletilmiştir. 1997 yõlõnõn ilk yarõsõnda dünyanõn
en iddialõ nükleer yeniden yapõlanma projesi başarõyla
sonuçlandõrõlarak güç santralõ 98 - 99’da ortalama
91% güçte çalõşmaya başlamõştõr [1].
Yeni santralõn işaret işleme sistemi iki alt sistemden
oluşmaktadõr [2]:
a) Santralõn DC işaretlerini (maksimum 96 işaret) 10
örnek/s hõzla işleyen MR sistemi, santralda meydana
gelen geçici durumlarõn analizi ve kaydõnõn tutulmasõ
için kullanõlõr.
b) 32 AC/DC işareti 64 örnek/s hõzla işleyen MS
Sistemi, gürültü analizi için kullanõlõr.
Her iki sistem de National Instruments donanõm ve
LABVIEW yazõlõmõ kullanõlõp, işaretler bir bölgesel
ağ üzerinde sürekli gözlenebilmektedir. Bu çalõşmada
MS sistemi tarafõndan santralõn sürekli çalõşmasõ
sõrasõnda kaydedilen 32 sensörün işaretleri
kullanõlmõştõr. İşaret işleme sistemi Şekil-1’de
görülmektedir.
KCB
DC (96Ch)
MR Sistemi
AC/DC (32Ch)
MS Sistemi
ADC
16 Bit
İşaret
Koşullandõrma
YG-Kazanç-AG
ADC
16 Bit
PC –MR İşaret
İzleme
LAN
PC-Gürültü Analizi
ŞEKİL 1 - EPZ Borssele Nükleer Güç Santralõ’nõn işaret işleme sistemi
67
ELEKTRÝK -ELEKTRONÝK - BÝLGÝSAYAR MÜHENDÝSLÝÐÝ 10. ULUSAL KONGRESÝ
TABLO 1 – MS Sistemi işaret listesi
Ch
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
İşaret Kodu
YQ032T006
YA001T095
SP010E001
YX003X082
YX003X062
YX003X072
YX003X052
YQ023X011
YQ023X015
YQ023X016
YA001P001
YA002P001
YD001V016
YD001V018
YD001V005
YD001V017
İşaret
Soğutucu Kalp Çõkõş Sõcaklõğõ
Soğutucu Kalp Giriş Sõcaklõğõ
Reaktör Gücü
Kalp Dõşõ Nötron Detektörü (50° cw)
Kalp Dõşõ Nötron Detektörü (140° cw)
Kalp Dõşõ Nötron Detektörü (230° cw)
Kalp Dõşõ Nötron Detektörü (320° cw)
Kalp İçi Nötron Detektörü
Kalp İçi Nötron Detektörü
Kalp İçi Nötron Detektörü
Birincil Pompa Basõncõ (Çevrim-1)
Birincil Pompa Basõncõ (Çevrim-2)
Titreşim Düşey Elektrik Motoru
Titreşim Aksiyel Volan
Titreşim Radyal Volan (90° cw)
Titreşim Aksiyel sõzdõrmazlõk elemanõ
3. BİRİNCİL DEVRE SOĞUTMA SUYU
POMPALARININ TİTREŞİMİ VE
REAKTÖR KALBİNDEKİ
TİTREŞİMLERE ETKİLERİ
Reaktör güçte iken gürültü ölçümünde ilgilenilen
temel büyüklükler kalp dõşõ ve kalp içi nötron
detektörleri, õsõlçiftler, birincil devre basõnç sensörleri
ve soğutma suyu pompalarõnõn titreşimleridir. En
önemli hedef, reaktörün işletilmesi sõrasõnda kalbin
2
Birim
°C
°C
MW
V
V
V
V
V
V
V
bar
bar
mm/s
mm/s
mm/s
mm/s
Ch
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
İşaret Kodu
YD001V010
YD001V015
YD001V013
YD001V006
YD001V009
YD001V011
YD002V016
YD002V018
YD002V005
YD002V017
YD002V010
YD002V015
YD002V013
YD002V006
YD002V009
YD002V011
İşaret
Titreşim Radyal (90° cw) sõz. el.
Titreşim Yatay Elektrik Motoru
Titreşim Radyal Elektrik Motoru
Titreşim Radyal Volan
Titreşim Radyal sõz. el.
Titreşim Radyal Dolaşõm Pompasõ
Titreşim Düşey Elektrik Motoru
Titreşim Aksiyel Volan
Titreşim Radyal Volan (90° cw)
Titreşim Aksiyel sõz. el.
Titreşim Radyal (90° cw) sõz. el.
Titreşim Yatay Elektrik Motoru
Titreşim Radyal Elektrik Motoru
Titreşim Radyal Volan
Titreşim Radyal sõz. el.
Titreşim Radyal Dolaşõm Pompasõ
davranõşlarõnõ anlayabilmek için ölçme teknikleri ve
analiz metotlarõnõ geliştirmektir [3]. Son IAEA
İstanbul Toplantõsõ’nda [4] birincil devre soğutma
suyu pompalarõnõn titreşimlerinin incelenmesi için
periyodik ölçümler yapõlmasõ şiddetle tavsiye
edilmiştir. Borssele Reaktörü’nün bakõm onarõm
grubu tarafõndan da aynõ talepte bulunulmuştur.
Bunun için Tablo-1’de gösterilen 20 işaret, bakõm
onarõm grubu tarafõndan seçilmiş ve MS Sistemi
tarafõndan sürekli olarak kaydedilip analiz edilmiştir.
2
10
10
-2
-2
10
10
V16
V15
-6
10
2
-6
0
10
20
30
10
10
2
0
10
20
30
20
30
20
30
20
30
10
20
Frekans (Hz)
30
10
-2
-2
10
10
V18
V13
-6
ÖGSY (mm/s)2/Hz
10
2
-6
0
10
20
30
10
10
2
0
10
10
-2
-2
10
10
V5
V6
-6
10
2
-6
0
10
20
30
10
10
2
0
10
0
10
10
-2
-2
10
10
V17
V9
-6
10
2
-6
0
10
20
30
10
10
2
10
-2
-2
10
10
V10
V11
-6
10
-6
0
10
20
Frekans (Hz)
30
10
0
ŞEKİL 2 – Birincil devre soğutma pompasõ titreşim sensörleri.
Düz çizgi: Birincil devre soğutma pompasõ 1, Kesikli çizgi: Birincil devre soğutma pompasõ 2
68
Birim
mm/s
mm/s
mm/s
mm/s
mm/s
mm/s
mm/s
mm/s
mm/s
mm/s
mm/s
mm/s
mm/s
mm/s
mm/s
mm/s
ELEKTRÝK -ELEKTRONÝK - BÝLGÝSAYAR MÜHENDÝSLÝÐÝ 10. ULUSAL KONGRESÝ
10
K alp D õşõ Nötron D etektörleri
-3
P2 (6)
10
BP1
-4
BG2
N1
V1 (7)
NÖG S Y (1/H z)
10
N2
0
-5
0
0
180
KALP
Çevrim 2
Çevrim 1
N4
N3
BG1
10
10
10
10
BP2
P1 (5)
-6
-7
82
62
72
52
-8
-9
0
5
10
15
20
25
30
Frekans (Hz)
ŞEKİL 3 – Kalp dõşõ nötron detektörlerinin
normalize öz güç spektral yoğunluklarõ
İki birincil devre pompasõnõn titreşim işaretlerinden
çok ilginç sonuçlar elde edilmiştir: Her iki pompanõn
titreşim karakteristikleri hemen hemen aynõdõr ve
verilen titreşim kriterlerine göre titreşimlerin mutlak
değerleri “müsaade edilebilir” olarak tanõmlanan
bölgeye düşmektedir. Koherenslerden de çeşitli
bilgiler elde edilmektedir. Örneğin kalp içi ve kalp
dõşõ nötron detektörü işaretlerinin koherenslerinden 11
numaralõ kalp içi nötron detektörünün çalõşmadõğõ
görülmektedir. İzleme sistemin doğruluğu açõsõdan
kalp içi ve kalp dõşõ nötron detektörleriyle birlikte
basõnç ve titreşim işaretlerinin koherensleri de
izlenmelidir. Şekil 4’te bütün bu işaretler arasõndaki
ana koherensler görülmektedir. Gerçek zamanda
yapõlan analiz esnasõnda bütün koherens ve faz
fonksiyonlarõ hesaplanmõştõr. Şekil 4’ten aşağõdaki
sonuçlar çõkarõlabilir:
(a) Kalp dõşõ nötron detektörleri arasõnda 9.2 Hz’de
görülen yüksek koherens reaktivite etkisinden
kaynaklanmaktadõr
(yine
bu
frekansta
aralarõndaki faz da sõfõr olmaktadõr).
(b) Kalp içi nötron detektörlerinin koherenslerinden
11 numaralõ kalp içi detektörün bozulmuş olduğu
görülmektedir.
(c) Kalp dõşõ nötron detektörleriyle birincil devre
basõnç sensörleri arasõndaki koherenslerde,
birincil devrenin girişiyle çõkõşõ arasõndaki basõnç
farkõndan kaynaklanan 9.2 Hz’deki reaktivite
etkisi baskõndõr.
(d) İki birincil devre pompasõnõn işaretleri 6.5 Hz’de
yüksek korelasyon gösterir.
(e), (f) ise her bir pompanõn basõnç işaretiyle aynõ
pompanõn titreşim işaretleri arasõndaki koherensleri
göstermektedir. Bu etkiler Borssele Reaktörü’nün
fiziksel benchmark testinde verilmiştir [5-7].
K alp Dõş õ Nötron Detek törleri
K alp Dõş õ Nötron Detek törü 82 - K alp İç i Nötron Detek törleri
1
1
K oherens
0.6
0.4
0.2
0
11
15
16
0.8
K oherens
82-62
82-72
82-52
62-72
62-52
72-52
0.8
0.6
0.4
0.2
0
5
10
15
20
25
0
30
0
K alp Dõş õ Nötron Detek törleri 82,62 - B as õnç S ens örleri
1
20
25
30
0.4
Bas õnç Y A 1P 01-Y A 2P 01
0.2
0.6
0.4
0.2
0
5
10
15
20
25
0
30
0
B irinc il Devre Pom pas õ 1 B as õnç - Titreş im S ens örleri
5
10
15
20
25
30
B irinc il Devre P om pas õ 2 B as õnç - Titreş im S ens örleri
1
1
0.6
0.4
0.2
P 2-Y D1V 03
P 2-Y D1V 15
P 2-Y D2V 03
P 2-Y D2V 15
0.8
K oherens
P 1-Y D1V03
P 1-Y D1V15
P 1-Y D2V03
P 1-Y D2V15
0.8
K oherens
15
0.8
K oherens
K oherens
0.6
0
10
1
82-Y A 1P 1
82-Y A 2P 1
62-Y A 1P 1
62-Y A 2P 1
0.8
0
5
B irinc il Devre P om pas õ 1-2 B as õnç S ens örleri
0.6
0.4
0.2
0
5
10
15
20
Frek ans (Hz )
25
30
0
0
5
10
15
20
Frek ans (Hz )
25
30
ŞEKİL 4 – Çeşitli sensörler arasõndaki koherens ilişkileri
69
ELEKTRÝK -ELEKTRONÝK - BÝLGÝSAYAR MÜHENDÝSLÝÐÝ 10. ULUSAL KONGRESÝ
5. SONUÇLAR
Reaktör tanõsõ için kurulan yeni sistem, tatmin edici
bir şekilde çalõşmaktadõr. Birincil devre soğutma suyu
pompalarõ üzerindeki titreşim sensörlerinin işaretleri
belirli güvenlik değerlerinin altõnda kaldõğõndan bu
anlamda, soğutma suyu pompalarõ güvenli çalõşma
bölgesinde çalõşmaktadõrlar. Reaktörün genelinde
birincil devre suyunun giriş-çõkõş basõnçlarõ arasõndaki
farktan doğan 9.2 Hz’deki global frekans bileşeni
hem nötron detektörlerinde, hem de titreşim ve basõnç
sensörlerinde kendini göstermektedir.
TEŞEKKÜR
Yazarlar NV-EPZ Borssele Nükleer Güç Santralõ
yöneticilerinin ilgisine ve özellikle verdikleri destek
için bakõm-onarõm grubundan Ing. P. Stok, J.
Brevoord ve P. Tange’a teşekkürlerini sunarlar.
KAYNAKLAR
[1] Gruhl H.H., Kalverboer C. (1997), Backfitting
Borssele.
NUCLEAR
ENGINEERING
INTERNATIONAL.
[2] Türkcan E., Winkelman A., Brevoord J., Stok P.
70
(2001), Trend Monitoring and Noise Signal
Processing System for Borssele NPP, ANNUAL
MEETING ON NUCLEAR TECHNOLOGY,
Dresden, May, paper 606.
[3] Türkcan E. (1982), Review of Borssele PWR
Noise
Experiments,
Analysis
and
Instrumentation, PROGRESS IN NUCLEAR
ENERGY 9, 437.
[4] IAEA-IWG-NPPCI-98/2,
(1998),
Working
Material: Diagnostic Systems in Nuclear Power
Plants, Proceedings of a Technical Committee’
Meeting Organized by the International Atomic
Energy Agency (IAEA) in Co-operation with
Turkish Atomic Energy Authority (TAEK), June,
Istanbul/Turkey.
[5] Türkcan E. (1984), Borssele Reactor Data
Physical Benchmark Test "Comparision of
Results", NEACRP-L-282.
[6] Türkcan E. (1985), On-line Monitoring of a PWR
for Plant Surveillance by Noise Analysis,
PROGRESS IN NUCLEAR ENERGY 15, 365.
[7] Türkcan E. (1986), ECN Petten’s On-line
Monitoring of NPP via Noise Analysis,
NUCLEAR EUROPE, 6/86’, 39.