Reaktorn reagerar
Om man tittar på reaktorn som en processkomponent, ser man att den stora mängden instrumentering runt den är av traditionell typ, till exempel givare för tryck, differentiellt tryck och temperatur. Men de mätsystem som är kopplade till själva härden är mycket specifika för kärnkraften. Man mäter reaktiviteten, alltså neutronsönderfallet, i form av antalet neutroner som kan detekteras. Aktiviteten i reaktorn är bara ett annat ord för dess utvecklade effekt, och den processen övervakas tillsammans med temperatur och tryck. Det är den informationen som avgör om man ska stänga av reaktorn eller fortsätta driften.
– Differenstrycket mellan inneslutningens in- och utsida kontrolleras också för att man ska se till att inneslutningen är intakt och att all radioaktivitet hålls inne. Avvikelser från normaltillståndet stänger av reaktorn genom att det automatiska styrsystemet skjuter in de borhaltiga styrstavarna för att bromsa reaktiviteten, säger Björn Holmén.
Kylsystemets uppgift är att föra bort överskottsvärme från härden så att den förblir kyld. Det finns två separata kylsystem. Det primära systemet ingår i den så kallade ångcykeln, och används för reaktorns drift, när ångan går via turbinen och vidare till kondensorn och sedan pumpas tillbaka till reaktorn.
"Avvikelser från
normaltillståndet stänger
av reaktorn"
Det andra är det säkerhetsrelaterade systemet som används för att kyla bort resteffekt när ångan inte går till turbinen. Styrningen är tämligen konventionell. Man mäter temperaturer och tryck samt pumpar in vatten så att härden alltid är under ytan. Det är viktigt att temperaturen faktiskt sjunker kontinuerligt och att resteffekten hålls under kontroll.
– Ångan från reaktorn blåses in genom turbinens pådragsventiler och turbinen börjar rotera, berättar Björn Holmén.
Ångan går genom högtrycksturbinen och kommer ut i andra änden och går vidare till lågtrycksturbinerna som sitter på en och samma axel, den så kallade turbinsträngen. Turbinen roterar med ett fast varvtal som motsvarar frekvensen på nätet dit generatorn är ansluten.
En viktig aspekt kring turbinen är vibrationer som kan bli mycket besvärliga, så den måste balanseras före starten. Man mäter vibrationerna under drift för att se att de håller sig inom tillåtna värden. I annat fall måste man minska den uttagna effekten och i värsta fall stänga av anläggningen.
De fyra turbinerna vid Forsmarks kärnkraftverk sitter på samma axel, turbinsträngen. Den vita turbinen närmast är högtrycksturbinen som får ånga direkt från reaktorn, medan de tre bakom är lågtrycksturbiner som tar hand om kvarvarande energi i ångan.
Ingen centraldator
Upplägget när man konstruerar styrsystem för högt tillförlitliga och säkra anläggningar som kärnkraftverk är lite annorlunda än man kanske först tänker sig. Det finns ingen ”centraldator” som styr hela anläggningen. ABB:s system 800xA For Power Generation, som arbetar enligt metoden distributed control system (dcs), består av flera controllers som har egen intelligens att sköta sin del av anläggningen och anpassa sig efter de övriga styrenheterna i anläggningen.
800xA For Power Generation är uppbyggt i tre nivåer: i/o-nivå, controller-nivå och operatörsgränssnitt. Controller-nivån körs med ett realtidsoperativ för att man ska få kända, repeterbara responstider. Ovanpå det finns en applikationsnivå med program som ofta är uppbyggda med funktionsblocksprogrammering för att användarna enkelt ska förstå den funktion som man byggt upp. Operatörsterminalerna, som ansluter till controllern använder oftast Windows, Unix eller Linux operativsystem.
(klicka för större bild)
Systemskissen visar att kärnkraftverket är indelat i tre helt separata nätverk. Ytterst finns kontorsnätverket som inte har någon egentlig förbindelse med driftnätverket. Systemservrarna hämtar information från controller-enheterna och lämnar information till operatörerna, och skickar order den motsatta vägen, via styrnätet. Controller-enheterna styr via olika industribussar eller direkt i/o verkets alla ställdon, sensorer och motorer.
– Här krävs oftast ännu högre funktionalitet, men den exakta timingen är inte viktig eftersom det är operatörens aktiviteter styr vad som ska göras, säger Björn Holmén.
Ger man till exempel controllern som sköter reaktorns effekt order om att öka från 0,9 till 1,2 gigawatt, gör den det och sedan är det upp till övriga delars styrsystem att följa med eller protestera om det inte går. De enda centrala serverarna som finns är pgim (power generation information manager), som arbetar med mätvärdesinsamling, historik och sköter beräkningar av stödfunktioner till operatörerna, till exempel verkningsgradsberäkningar. Det var den maskinen som förr kallades blockdatorn, när den var den enda datorkraft man hade i kraftverken.
En controller för montage på europaskena. Den större enheten är själva datorn, medan de smala med gul front är i/o-enheter. Utgångarna, på de gröna plintarna nedtill, ansluts till drivdon som sedan får driva till exempel frekvensomriktare och magnetventiler. Nätverksuttagen nedtill går till de fältbussar som driver nätverksanslutna periferienheter.
