ÝTÜ TRIGA MARK-II REAKTÖRÜNDE ÞEBEKE FREKANSI ETKÝSÝNÝN DALGACIK ANALÝZÝYLE FÝLTRELENMESÝ

Transkript

1 ÝSTANBUL ÜNÝVERSÝTESÝ MÜHENDÝSLÝK FAKÜLTESÝ ELEKTRÝK-ELEKTRONÝK DERGÝSÝ YIL CÝLT SAYI : 1- : 1 : 1 ( ) ÝTÜ TRIGA MARK-II REAKTÖRÜNDE ÞEBEKE FREKANSI ETKÝSÝNÝN DALGACIK ANALÝZÝYLE FÝLTRELENMESÝ FILTERING THE FUNDAMENTAL FREQUENCY EFFECT RELATED TO ELECTRIC POWER NETWORK FOR ITU-TRIGA MARK-II NUCLEAR REACTOR BY WAVELET ANALYSIS APPROACH Bura BARUTÇU 1 Serhat ªEKER 1 ÝTÜ Nüleer Enerji Enstitüsü, 866, Masla, Ýstanbul ÝTÜ Eletri-Eletroni Faültesi Eletri Mühendisliði Bölüü, 866, Masla, Ýstanbul 1 e-posta: barutcu@nuleer.itu.edu.tr seer@el.itu.edu.tr ABSTRACT In this research, data acquisition studies for signals fro the neutron detectors and fuel thero -couples of ITU TRIGA MARK-II nuclear reactor was ipleented. Also, spectral properties related to the data were exained using frequency and tie-frequency doain techniques. Fundaental frequency coponent at 5 Hz of electric power networ and its haronics were reoved fro the original signals by wavelet analysis approach. Key Words : TRIGA MARK II Nuclear Reactor, frequency doain analysis, Wavelet Analysis ÖZET Bu çalýþada ÝTÜ apüsünde bulunan TRIGA MARK-II tipi nüleer reatörde, güvenli analý nötron detetörleri ve yaýt sýcalýðý tero -çiftine iliºin veriler toplanara freans ve zaan-freans taný bölgesi analizleri gerçeleþtiriliþtir. Ayrýca 5 Hz'li þebee freansý etisi dalgacý analizi teniði ile filtreleniþtir. Anahtar sözcüler: TRIGA MARK-II Nüleer reatör, freans taný bölgesi analisi, Dalgacý Analizi 1. GÝRÝÞ Alýþýlageliþ nüleer reatör ontrol ve uanda sistelerinde detetör ve duyarlý eleanlarýndan alýnan elet-risel iþaretler lasi ölçe anallarý ile deðerlendirilete ve buralardan ontrol iþaretleri üretiletedir. Bu arada gereli görülen deðiþenlerin bilgisayara atarýlara deneti aa-cýyla ullanýlasý geçiþ senelerde ullanýlan yöntelerdendir. Bilgisayar tenolojisinin geliºesine paralel ola-ra, iþaretlerin doðrudan iroiþle-cilerde iºlenere bilgisayara atarýla-sý ve esas ontrol ve uanda iºlevinin erezi bilgisayar sisteinde yapýla-sý yeni yönte ve tasarý olanalarý getiretedir [1]. Klasi ölçe siste-inde yapýlan ölçeler ve bilgisayar sisteinde yapýlan ölçeler her an arþýlaþtýrýlýp birbirlerine göre denetii yapýlara istenilen yolda reatör ont-rolu yapýlabilecetir []. Bu anladai bir bilgisayar sistei ile verilerin depolanasý ve isteneyen bir iþlete duruunda gereli para-etrelerin endiliðinden izlenesini de saðlayabilecetir [3,4]. Bu çalýþada bilgisayar desteli bir ölçe düzeni urulara, ÝTÜ-TRIGA MARK-II Reatöründe bulunan sen-sörlerin cevap ve arateristilerini incelee, ontrol çubularýnýn deðer-lerini belirlee ve reativite hesabý yapa aacýyla bir dizi iþaret iþlee çalýþasý yapýlýþtýr. Bu çalýþalar sýrasýnda alýnan iþaretlerde, þebee freansý etisinin ço büyü olduðu görülüþtür. Toplanan veriler üzerin-dei þebee freansý etisini filtre-lee için ise dalgacý analizi ya-laþýý ullanýlýþtýr.

2 136 ÝTU Triga Mar-Ii Reatöründe ªebee Freansi Etisinin Dalgaci Analiziyle Filtrelenesi Pulse Sf Ch1 Sf Ch SF ªeil-1: ÝTÜ TRIGA MARK-II Reatörünün Kalbi.ÝTÜ TRIGA MARK-II REAKTÖRÜ VE KONTROL MEKANÝZMASI ÝTÜ TRIGA (Training Research Isotop Production General Atoics) MARK-II Reatörü % zenginleºtiriliº UZr-H 1.6 yaýtlý açý havuz tipi bir deney reatörüdür. UZr-H 1.6 yaýt-larý sayesinde TRIGA, darbe yapýlabi-len deney reatörlerindendir. Süreli çalýþada 5 W, darbeli çalýþada MW güce çýar. Üç ontrol çubuðuyla ontrol edilir. Bunlar darbe çubuðu (transient rod), güvenli çubuðu (safety rod) ve ayar çubuðudur (regulating rod). Reatörün içinde, güvenli analýndai opanze ola-yan nötron detetörleri ile geniº bant analýndai opanze nötron detetö-rü ola üzere 3 nötron detetörü ayrýca B-halasýndai bir yaýtta bir tero - çift ve suyun sýcalýðýný ölçen üç tero -çift ola üzere topla 7 sensör bulunatadýr. ÝTÜ TRIGA MARK-II Reatörünün albi ºeati olara ªeil- 1 de görületedir. 3. VERÝ TOPLAMA SÝSTEMÝ Deneyde, veriler Keithley DAS-16 ADC artýyla, artýn yazýlýý ullanýlara bilgisayara atarýlýþtýr. DAS 16, 1 bit, 16 anal, -5,5 V; -1,1 V; -5 V ve -1 V gerili aralýðýnda data alabilen Hz li bir analog digital çeviricidir. Kullanýlan bilgisayar ise Pentiu MMX, 64 MB ra e sahip bir PC dir. Sistein ºeati görünüü ªeil- de veriliº-tir. ÝTÜ TRIGA MARK-II TR RG Log N TR SF RG Fuel TR-rod SF-rod RG-rod Rabbit Inst. Fuel C. Bea T. Graphite Source 4. VERÝLERÝN ALINIÞI ÝTÜ TRIGA MARK-II reatörün-de yapýlan iþaret iþlee çalýþalarýnda, reatör güce çýaren, sabit güçte çalýþýren ve sýfýr güce düþeren güvenli analý nötron detetörlerin-den ounan %-Güç deðerleri ve B-halasýndai yaýtýn tero -çiftinden alýnan yaýt sýcalýðý deðerleri 1 örne/s örnelee hýzýyla er saniyeli gruplar halinde aydedil-iºtir. Darbeli çalýþa duruunda ise yaýt sýcalýðý ve darbe güç deðerleri örne/s örnelee hýzýyla 1 ar saniyeli gruplar halinde aydediliº-tir. Bu iþaret iþlee çalýþasýnda iþaretler Keithley DAS- 16 ADC artý ile bilgisayara atarýlýþtýr. 5. ÝÞARET ANALÝZÝ Ýþaretlerde görülen gürültünün aynaðýný ve etisini görebile için iþaretlere freans taný bölgesinde baýlalýdýr. 1 Hz örnelee frean-sýyla örneleniþ olan darbeli çalýþa iþaretlerinin ÖGSY larý (Öz-Güç Spetral Yoðunluðu), Þeil-3 te yaýt sýcalýlarý ve Þeil-4 te darbe güç deðerleri ola üzere veriliþtir (þeilde T sýcalý ( C), P güç (MW), indisler ise 1-5. darbe datalarýný gösteretedir). Her ii ÖGSY gru-bunda da 5 Hz þebee freansýnýn ve haronilerinin ço basýn olduðu görületedir. Bu nedenle 1 Hz le örnelenen süreli çalýþa iþaretleri üzerindei þebee fereansý etisini filtrelee için de dalgacý analizi ullanýlýþtýr. APSD (Fuel Teperatures) (db) T1 T T3 T4 T5 %-Pwr LHD Fuel Tep. %-Pwr RHD MW/sec Keithley DAS frequency (Hz) ªeil-: Ýþaret Ýþlee Sisteinin ªeati Görünüü ªeil-3: Yaýt sýcalýlarýnýn ÖGSY larý

3 ÝTU Triga Mar-Ii Reatöründe ªebee Freansi Etisinin Dalgaci Analiziyle Filtrelenesi 137 ta sayýlar üesinin eleanlarýný oluþturur. Bu duruda ayrýlaþtýrýlýþ ana dalgacý 8 6 P1 P P3 P4 P5 t nb a = / ψ,n( t ) a ψ (4) a APSD (Powers) (db) DALGACIK ANALÝZÝ L (R) sonlu enerjili iþaretler için bir vetör uzayýný göstere üzere, x(t), L (R) uzayýnda tanýlanan bir iºaret olsun. Burada R gerçel sayýlar üesidir. Bu duruda sonlu enerjili iºaretler x(t) dt < (1) baðýntýsýný saðlarlar ve x(t) nin süreli dalgacý dönüºüü de * CWT x(a,b) = W (a,b) = x(t)ø (t) dt ø x frequency (Hz) ªeil-4: Darbe güç deðerlerinin ÖGSY larý a, b () olara tanýlanýr. Ýntegral içindei ψ a,b (t) fonsiyonu ise, noralize ediliº olara 1/ t b ø a, b(t) = a ø (3) a ºelinde verilebilir. Burada ψ(t) baz fonsiyonu ya da ana dalgacýðý, * sebolü op les eþleniði ve a, b paraetreleri ise a,b R, a ola üzere sýrasýyla geniºlee ve ötelee paraetrelerini gösterir. Süreli geniº-lee ve ötelee paraetreleri yerine, a = a, nb b = a þelindei ayrý paraetreleri tanýlaa üündür. Burada a, b sabit sayýlar olup, a >1, b > oþullarýný saðlarlar. Ayrýca, n sayýlarý da, Z haline gelir ve ayrý dalgacý dönü-ºüü * DWTψ x(,n ) = x(t ) ψ,n ( t ) dt (5) ile verilir. a, b ýn uygun seçiiyle ana dalgacý ailesi L (R) nin ortonoral bazýný oluþturur. a ve b ýn uygun seçileri a = ve b =1 deðerleri için dalgacý dönüºüü, diadi-ortonoral dalgacý dönüþüü adýný alýr. Bu durudai ortonoral bazýn öneli özellilerinden birisi ise a ve b ýn yuarýdai gibi seçiiyle, iþareti farlý zaan ve freans çözünürlülü ölçelere ayrýþtýrayý saðlayan ve ço çözünürlülü iþaret ayrýþtýra denilen algoritanýn ullanýlabilesidir. Bu çalýþadai uygula-anýn ana onusunu oluºturan ço çözünürlülü iºaret ayrýþtýrasý ise aþaðýdai gibi þu þeilde verilir: c (n), fizisel bir ölçe cihazýndan ayde-dilen bir ayrý zaan iþareti olsun. Bu iþaret, yalaþý ve detay gösterii denilen ii ayrý freans aralýðýna ayrýþtýrýlabilir. Bu anlada ço çözü-nürlülü iºaret ayrýþtýra teniði ullanýlara ölçe-1 de ayrýþtýrýlýþ iºaretler c 1 (n) ve d 1 (n) olur. Bu duruda c 1 (n), orijinal iþaretin yalaþý versiyonunu ve d 1 (n) de, iºaretin dalgacý dönüþüü forun-dai detay gösteriliini oluþturur. Bunlar sýrasýyla ( n ) h( n )c ( ) c = 1 (6) d 1( n ) g( n)c( ) (7) = olara tanýlanýrlar. Burada h(n) ve g(n), c (n) i, c 1 (n) ve d 1 (n) e ayrýþtýran birleþi filtre atsayýlarýdýr. Bir sonrai ölçe ayrýþtýrýlasýnda ise, yine c 1 (n) iºareti teel alýnýr. Bu duruda ölçe- dei ayrýþtýrýlýþ iºarete iliºin ya-laþý ve detay atsayýlarý ise ( n ) h( n )c ( ) c = 1 (8) d ( n ) g( n )c1 ( ) (9) = ile verilebilir. Böylece daha yüse seviyelerdei ölçe ayrýþtýralarý da benzer yolla sürdürülebilir. Ço çözünürlülü iþaret ayrýþtýra teniði-nin ii ölçeðe göre gerçe-leºtirilesi ªeil-5 tei gibi gösterilebilir [5].

4 138 ÝTU Triga Mar-Ii Reatöründe ªebee Freansi Etisinin Dalgaci Analiziyle Filtrelenesi h(n) c 1 (n) h(n) c (n) c (n) g(n) d (n) g(n) d 1 (n) ªeil-5: c (n) nin ölçeðe ayrýþtýrýlasý 7. UYGULAMA ÝTÜ TRIGA MARK-II Reatörü Ýþaret Ýþlee Çalýþasý sýrasýnda alýnan: 1) s boyunca, 45 W ta süreli çalýþa, ) s boyunca, 5 W arasýnda deðiþi güçlerde alternatif çalýþa iþaretlerinde þebee freansý etisini filtrelee için dalgacý analizi yapýlýþtýr. Bunun için 1 Hz le örneleniº olan iºaret -yuarýda anlatýldýðý gibi- önce yarýya ve sonra bu yarýlardan ili terar yarýya bölünüºtür. ªeil-6 da, yapýlan dalgacý analizinin prensip þeasý görületedir: c (n) -5 Hz -.5 Hz.5-5 Hz c 1 (n) -1.5 Hz Hz d 1 (n) c (n) d (n) ªeil-6: Reatör iþaretlerinin ii ölçeðe ayrýþtýrýlasý ªeil-7 de 45 W ta 1 Hz le örnelenen s li çalýþa iþ areti-nin dalgacý analiziyle filtreleniþ ve filtreleneiº hali görületedir Tie (s) (Fs=1 Hz) Açýça görülebildiði gibi, dalgacý analizi iþarette görülen þebee freansý etisini süzete olduça baþarýlýdýr. Þeil-8 de yuarýdai iþaretin. ila 3. s ler arasý büyütülere, filtrelen-iº iºaretle filtreleneiº iºaret birlite gösteriliºtir. Burada görülen filtreleniþ iþaret asýl iþaretin -1.5 Hz arasýndai freanslarý taþýyan bileþenidir Tie (s) (Fs=1 Hz) ªeil-7: 45 W ta süreli çalýþa iþaretinin dalgacý analiziyle filtreleniº ve filtreleneiº hali Tie (s) (Fs=1 Hz) ªeil-8: 45 W ta süreli çalýþa iþaretinin dalgacý analiziyle filtreleniº ve filtreleneiº hallerinin. ila 3. s ler arasýnda birlite gösterii

5 ÝTU Triga Mar-Ii Reatöründe ªebee Freansi Etisinin Dalgaci Analiziyle Filtrelenesi 139 ªeil-9 da reatörün 3 ontrol çubuðu-nun ayrý ayrý soulup çýarýlasýyla -5 W arasýnda güçlerde çalýþtýrýl-asý suretiyle alýnan ( s, 1 Hz) iþaretin endisi ve filtreleniº hali görületedir: SONUÇLAR Tie (s) (Fs=1 Hz) Tie (s) (Fs=1 Hz) ªeil-9: -5 W arasýnda güçlerde iþaret ve filtreleniº hali REFERANSLAR [1] Er, Þ., Alsan, S., Araþtýra Reatörlerinde Bilgisayar Te-elli Kontrol ve Kuanda Sisteleri, Nüleer Enerji ve Sanayi Ýþbirliði Sepozyuu Bildiri Kitabý, ÝTÜ NEE, Ei [] Nuclear Power Plant Control and Instruentation, IAEA, 197. [3] Application of on-line coputers to nuclear reactors, European Nuclear Energy Agency, [4] Nuclear Power Plant Control and Instruentation, IAEA, [5] Santoso, S., Powers, E. J., ve diðerleri, Power Quality Assessent via Wavelet Transfor Analysis, IEEE Transections on Power Delivery, Cilt 11, No., s , Nisan 1996 Filtreleniþ ve filtreleneiþ iþaretler incelendiðinde dalgacý analizinin, þebee freansý etisini filtreleede baþarýlý olduðu görületedir. Dalga-cý analiziyle filtreleenin noral filtreleeye üstünlüðü filtrelee sonucunda gerçe iºaretin aybola-asý ºelinde yorulanabilir. Bu anlada orijinal iºaretlerin alt bant-larýndan ayný iþaretlerin yeniden azanýý olaylýla saðlanabilir. Dolayýsýyla orijinal bilgi orunuþ olur. Bu çalýþada ÝTÜ TRIGA MARK-II nüleer reatörünün güven-li analý nötron detetörleri ve yaýt sýcalýðý tero -çiftine iliºin freans taný bölgesi analizleri gerçeleþtiriliºtir. Konsoldai tü eletroni devrelerin beslee aynalarýnýn þebee üzerinden olasý ve topralaanýn orta olasýndan dolayý nötron detetörleri ve tero -çiftten gelen veriler üzerinde 5 Hz li uvvetli bir gürültü gözleniºtir. Bu isteneyen etinin ortadan aldýrýlasý için iþaret-ler zaan-freans taný bölgesinde dalgacý analizi yalaþýýyla filtrele-nere daha düzgün sonuçlar elde ediliºtir. Bu anlada, yapýlan bu çalýþa, reatör onsolundai bilgisa-yar desteli ölçe sistei için de yeni olanalar yaratacatýr. TEªEKKÜR Yazarlar, deneysel verinin saðlandýðý ÝTÜ Nüleer Enerji Enstitüsü ne, ÝTÜ TRIGA MARK-II Reatörü Müdürü Prof. Dr. Hasbi YAVUZ a ve ÝTÜ TRIGA MARK-II reatöründe yapýlan veri toplaa iºlei sýrasýndai deðerli yardýlarýndan dolayý Sn. Erdinç TÜRKCAN a teºeür ederler.