Регулирование

При эксплуатации реакторов ВВЭР системы регулирования выполняют следующие функции:

· оперативное регулирование мощности, включая автоматическую разгрузку реактора при технологических нарушениях;

· выполнение аварийного останова (срабатывания аварийной защиты) при предельных технологических нарушениях;

· перевод и удержание в подкритике активной зоны реактора (при необходимости в любой момент кампании, при любых технологических параметрах);

· компенсация запаса реактивности на выгорание и других эффектов реактивности;

· вывод реактора на МКУ.

Оперативное регулирование мощности

Оперативное регулирование мощностиобеспечивает:

· поддержание стационарного уровня мощности реактора;

· плановый перевод реактора с одного уровня мощности на другой;

· автоматическую разгрузку реактора при технологических нарушениях.

Исполнительным органом во всех перечисленных режимах является управляющая группа СУЗ. В тех случаях разгрузки, когда не хватает эффективности регулирующей группы, ее действие усиливается другими группами ОР СУЗ.

В зависимости от технологического режима управление регулирующей группой осуществляется вручную, ключом управления или автоматически, через воздействие следующих средств автоматики:

· автоматический регулятор мощности АРМ;

· устройство разгрузки и ограничения мощности РОМ;

· сигналы ускоренной разгрузки УРБ и предупредительной защиты ПЗ-1,2 (ВВЭР-1000);

· сигналы аварийной защиты АЗ - II, АЗ - III, АЗ – IV(ВВЭР-440).

Движение регулирующей группы в активной зоне во всех режимах управления (за исключением сигнала АЗ – II ВВЭР-440) происходит с рабочей скоростью 20 мм/сек. Приоритетность действия сигналов и алгоритмы движения ОР СУЗ при действии каждого из них приведены ниже в табл. 7.

Выбор конкретных групп СУЗ по положению в зоне в качестве регулирующей зависит от выбранного топливного цикла. Поскольку топливный цикл постоянно совершенствуется, то на однотипных блоках с разными топливными циклами могут быть разные регулирующие группы.

Основные критерии выбора регулирующей группы – минимальное влияние на неравномерность энерговыделения при движении группы в зоне и оптимальная для регулирования - сопоставимая с мощностным эффектом, эффективность ~ 1 – 1,5 %.

Поддержание стационарного уровня мощности осуществляется совместной работой с регулирующей группой регулятора АРМ. АРМ включается в работу в режиме «N» - режиме поддержания постоянной нейтронной мощности. Управляющие сигналы по уровню мощности для АРМ в этом режиме формируются в АКНП, поэтому важно своевременно корректировать показания АКНП по СВРК, о чем говорилось ранее.

Перемещение регулирующей группы допускается в ограниченном по высоте рабочем интервале в верхней части зоны, причем величина допустимого интервала зависит от мощности. Это связано с тем, что наличие локальных поглотителей (в данном случае поглотителей регулирующей группы) в относительно однородной активной зоне значительно искажает нейтронное поле и соответственно увеличивает неравномерность энерговыделения. Наиболее жесткие требования к величине интервала предъявляются при работе реактора на номинальной и близких к номинальной уровням мощности: для ВВЭР-1000 ÷ 70 -95 % от низа активной зоны, для ВВЭР-440 – 40–80 % от низа. При пониженной мощности этот интервал расширяется, поскольку в этих режимах допускается увеличение неравномерности в соответствии с уровнем мощности реактора. При приближении ОР регулирующей группы к пределу интервала необходимо выполнить «борную» перекомпенсацию, т.е. увеличить или уменьшить концентрацию борной кислоты в теплоносителе для того, чтобы вернуть в оптимальное положение ОР регулирующей группы.

Плановый перевод реактора с одного уровня на другой может выполняться в зависимости от технологического режима, при ручном управлении регулирующей группой или при управлении группой АРМом в режиме «Т», в режиме поддержания давления во II – ом контуре. Принципиально, с достаточной степенью безопасности, можно на обоих типах реакторов использовать оба режима во всех случаях планового изменения мощности, но в конкретных переходных процессах один из них оказывается более технологичным. Поэтому в технологических регламентах в каждом случае, как правило, конкретизируется режим управления группой при изменении мощности.

Автоматическая разгрузка реактора имеет место в случаях технологических нарушений, связанных с отключением оборудования или отклонений технологических параметров от номинальных значений далее установленных эксплуатационных пределов, но когда возможна и допустима стабилизация параметров на более низком уровне мощности. Реактор разгружается через средства автоматики, действующие на регулирующую, а при необходимости, и другие группы СУЗ. При этом, чем значительнее отклонение, тем эффективнее действие СУЗ и глубже разгрузка.

При отключении основного оборудования, в случаях, когда возможна дальнейшая работа на пониженной мощности, разгрузка реактора осуществляется устройством разгрузки и ограничения мощности РОМ. РОМ разгружает реактор, воздействуя на регулирующую группу до заложенной в него уставки, которая выбрана в соответствии с состоянием основного оборудования до и после отключения. Абсолютная величина установки формируется на основании измерений нейтронной мощности в АКНП, причем после завершения переходного процесса по показаниям нейтронной мощности, РОМ проверяет правильность величины разгрузки по показаниям собственных термопар, установленных на петлях, т.е. на основании расчета мощности реактора по теплофизическим параметрам. Это делается в связи с тем, что при погружении в зону регулирующей группы распределение нейтронного потока в зоне и за ее пределами изменяется, что вносит значительную погрешность в АКНП, и соответственно конечную мощность разгрузки. Если величина мощности, рассчитанной по термопарам,

оказывается выше уставки, РОМ продолжает разгрузку уже на основании значений теплофизических параметров; если же разгрузка оказалась ниже уставки – РОМ отключается, параметры стабилизируются включением в работу АРМ в режиме «N».

В некоторых режимах отключения оборудования на блоках ВВЭР-1000, например при отключении турбогенератора от сети, эффективности регулирующей группы недостаточно, чтобы обеспечить скорость снижения мощности, исключающую достижение каким-либо теплофизическим параметром аварийной уставки. Чтобы исключить аварийный останов реактора в этих случаях используется дополнительно еще одна заранее выбранная группа, привода которой обесточиваются по сигналу отключения оборудования. Эта группа ОР СУЗ, обеспечивающая ускоренную разгрузку блока УРБ, падает в зону со скоростью действия АЗ за время ≤ 4 сек, при этом регулирующая группа работает с РОМ по снижению мощности до нужной уставки. Группу для УРБ выбирают таким образом, чтобы ее эффективность компенсировала ~ 0,5 Δ ρ_N и коэффициенты неравномерности при ее падении в зону не превысили допустимых значений.

При выходе за допустимые пределы значений тепло - и нейтронно - физических параметров мощность снижается действием АЗ и ПЗ разных родов.

Ниже в табл. № 8 приведены алгоритмы воздействия на СУЗ каждой из защит. Таблица для полноты дополнена описанной ниже аварийной защитой, действующей на останов и перевод в подкритику реактора. Сигналы в таблице приведены в порядке приоритета, начиная с наивысшего.

Табл. № 8

Аварийный останов

Аварийная защита (АЗ - ВВЭР-1000, АЗ-1-ВВЭР-440), действующая на останов реактора, осуществляется вводом отрицательной реактивности падающих под собственным весом (при обесточенных приводах) всех ОР СУЗ.

Эффективность аварийной защиты должна быть такой, чтобы при одном, застрявшем в верхнем положении самом эффективном органе, ее величины были бы достаточно для того, чтобы как минимум, скомпенсировать высвобождающиеся при аварийном сбросе мощности эффекты реактивности – мощностной и часть температурного – и обеспечить подкритику. Желательна компенсация большей части температурного эффекта. (Подробнее влияние эффективности АЗ на безопасность будет рассмотрено в главе «Вопросы безопасности»).

Скорость ввода поглотителей и соответствующая скорость снижения мощности должны в предусмотренных проектом нарушениях технологии обеспечить целостность ТВЭЛ.

Величина эффективности АЗ с учетом застревания наиболее эффективного ОР равная 5,5% установлена как минимально допустимая при номинальной мощности на ВВЭР-1000.

Аналогичная величина эффективности АЗ-1 для ВВЭР-440 обосновывается для каждого блока отдельно, в соответствии с его нейтронно-физическими характеристиками. На ВВЭР-440 с 37 ОР СУЗ она колеблется около 6%.

На ВВЭР-440 с 73 ОР СУЗ (НВАЭС бл. 3,4) эффективности АЗ-1 достаточно, чтобы скомпенсировать полностью с избытком мощностной и температурный эффекты. Эти блоки являются головными в серии ВВЭР-440, и в их проекте предполагалось, что эффективность механической СУЗ должна быть достаточной как для выполнения функции АЗ, так и для обеспечения нормативной подкритики в любом состоянии активной зоны независимо от системы борного регулирования. Чтобы удовлетворить последнему, более жесткому требованию, блоки и были оборудованы 73-ми ОР СУЗ. В дальнейшем по мере совершенствования борной системы регулирования, от этого требования отказались, как от избыточного. На Кольской АЭС все блоки оборудованы 37 ОР СУЗ.

Эффективность аварийной защиты с учетом застревания одного, наиболее эффективного ОР СУЗ.

Табл.9

При плановых операциях по воздействию на реактивность системой борного регулирования, как при вводе так и при выводе, независимо от состояния реактора АЗ (АЗ-1) должно быть взведено, т.е. ОР СУЗ должны быть на ВКВ и цепи управления АЗ в работе. Допускается в переходных режимах уменьшение эффективности АЗ в соответствии с мощностью реактора.

Борное регулирование

Перевод реактора в подкритическое состояние и поддержание подкритики, вывод реактора на минимально-контролируемый уровень мощности (МКУ), компенсация запаса реактивности на выгорание и других эффектов реактивности в переходных режимах производится с использованием борного регулирования. Изменение концентрации борной кислоты увеличивает или уменьшает сечение поглощения теплоносителя и вносит, соответственно отрицательную или положительную реактивность в активную зону.

В общем случае изменение концентрации описывается уравнением:

где - концентрация борной кислоты в подпитке;

с_о – начальная концентрация борной кислоты;

q – массовый расход водообмена;

m – масса теплоносителя I контура;

t – время водообмена.

Из приведенного соотношения легко рассчитываются интересующие на практике параметры борного регулирования:

· объем (массовый) водообмена qt для доведения концентрации борной кислоты до требуемой с_m

;

· время водообмена для доведения концентрации борной кислоты до с_m

;

· скорость изменения концентрации борной кислоты

;

· Скорость изменения реактивности

При изменении в течении водообмена параметров борного регулирования q и с_n, при расчетах следует процесс разбивать на временные интервалы, в течение которых они постоянны.

При останове реактора для ремонта с его разуплотнением или перегрузки концентрация борной кислоты поднимается до следующих значений, гарантирующих нормативную подкритику с учетом возможных ошибок при работе с топливом:

· ВВЭР-1000 – 16 г/кг;

· ВВЭР –440

(37 ОР СУЗ) –16 г/кг;

· ВВЭР- 440

(73 ОР СУЗ) – 12 г/кг.

Перевод реактора в подкритическое состояние выполняется увеличением концентрации борной кислоты в теплоносителе после снижения мощности реактора до МКУ. Увеличение концентрации производится осуществлением подпитки I контура раствором борной кислоты с концентрацией, значительно превышающей стояночные, ~ 40 г/кг.

В случае кратковременных (до нескольких суток) остановов ректора, без разуплотнения, расчет стояночной концентрации, чтобы избежать избыточного ее увеличения, выполняется с учетом текущего выгорания активной зоны и состояния реактора, в котором его планируется поддерживать во время останова.

Критерием при расчете является обеспечение 2%-ной подкритики при всех извлеченных ОР СУЗ, с консервативной оценкой всех высвобождающихся эффектах реактивности. При этом различают три возможных конечных состояний реактора в течение останова:

· холодное – с Т теплоносителя < 260ºC;

· горячее – с Т теплоносителя > 260ºC и предполагаемым временем останова >24 часов;

· горячее – с Т теплоносителя > 260ºC и предполагаемым временем останова < 24 часов.

Расчет стояночной концентрации может быть выполнен как с использованием программных средств, так и вручную, с использованием расчетных величин эффектов реактивности. В последнем случае искомая стояночная концентрация с_с равна:

с_с = с_т + Δ с, где: с_{т –} текущая концентрация бора перед остановом (перед снижением мощности);

Δ с - увеличение концентрации бора для компенсации высвобождающихся эффектов реактивности и создание 2%-ной подкритики.

Для конечного «холодного» состояния Δ с_х определяется из соотношения:

где: – эффективность погруженной в зону части регулирующей группы перед снижением нагрузки.

– коэффициент реактивности по концентрации борной кислоты при температуре теплоносителя 20⁰С.

Последнее выражение в скобках учитывает разницу эффективности борной кислоты при температуре номинальной и 20ºC.

Выражение для расчета Δ с_г для конечного «горячего» состояния легко получается из предыдущего. Очевидно, что в этом случае = 0, и исчезает выражение, учитывающее зависимость эффективности борной кислоты от температуры. Для случая с простоем более 24 часов, когда возможен распад Хе ниже стационарного уровня выражение приобретает вид:

В случае с простоем менее 24 часов концентрация Хе не опускается ниже стационарного уровня и поэтому эффект отравления в выражении Δ с_г не учитывается:

Рассчитанная в соответствии с приведенной методикой концентрация борной кислоты

обеспечит безопасную подкритику активной зоны. Поддержание заданной концентрации

обеспечивается постоянным оперативным контролем за ее величиной, и технологическим процессом, исключающим подачу в I контур теплоносителя с концентрацией борной кислоты ниже стояночной.

Вывод реактора на МКУ мощности выполняется системой борного регулирования путем снижения концентрации борной кислоты до критического значения за счет разбавления теплоносителя I контура «чистым» конденсатом.

Уравнение изменения концентрации борной кислоты при ее выводе можно получить из предыдущего общего уравнения, если задать нулевую концентрацию борной кислоты в подпитке. Тогда с_n = 0 и

Наибольший практический интерес при выходе на МКУ представляют оценка скорости вводимой реактивности и расчет объема водообмена для вывода реактора в критическое состояние.

Скорость изменения реактивности в нашем случае равна:

где:

Поскольку , и

Из полученного соотношения видно, что скорость вывода борной кислоты и, соответственно, скорость изменения реактивности зависят от текущей концентрации и расхода подпитки вывода.

Объем водообмена (массовый) при с_n=0 равен:

Оценим указанные величины для ВВЭР-1000. Поскольку скорость изменения реактивности изменяется в течение процесса вывода рассчитаем ее максимальное значение в начале вывода, и минимальное – при значениях концентрации, близких к критическому.

Для расчета примем:

· массовый объем теплоносителя I контура m ~300т;

· массовый расход подпитки в начале вывода q =50т/час;

в пусковом интервале q =10т/час;

· начальная концентрация борной кислоты c_о =16г/кг;

· критическая концентрация c _к =8г/кг;

· эффективность борной кислоты =2,1%

Подставляя указанные числовые значения в выражения для и qt и учитывая, что в начале водообмена c(t)=c_о, а вблизи критической концентрации c(t)=c_кр. Получаем:

т

При выходе на МКУ в условиях нестационарного отравления Хе из приведенных соотношений можно обосновать увеличенный расход «чистого» конденсата в пусковом интервале концентраций. В этом случае уменьшение концентрации должно, кроме обеспечения ввода положительной реактивности со скоростью 0,56%/час, компенсировать ввод отрицательной реактивности в результате растущего отравления Хе, которое происходит со средней скоростью –0,4%/час. Тогда суммарное изменение реактивности, связанное с выводом борной кислоты, должно составить:

= 0,56%/час + 0,4%/час = 0,96%/час

Используя выведенное выше выражение для получаем:

Конкретное значение концентрации с_{кр .} зависит от момента кампании. Примем условно

с_к =5г/кг, тогда

,

т.е. допустимый расход в пусковом интервале концентраций борной кислоты может быть увеличен до 30 т/час.

Компенсация всех эффектов реактивности, проявляемых на критическом реакторе, включая запас реактивности на выгорание осуществляется борным регулированием, поскольку положение СУЗ жестко регламентируется в связи с необходимостью обеспечения максимальной эффективности АЗ и минимального искажения энерговыделения активной зоны.

Оперативный запас реактивности, связанный с возможным перемещением регулирующей группы внутри рабочего диапазона незначителен и составляет ~ 0,5% для ВВЭР-1000 и ~ 1% для ВВЭР-440. Очевидно, что в процессе эксплуатации положение регулирующей группы периодически приближается к границам допустимого высотного интервала. В этом случае, для изменения положения регулирующей группы в сторону оптимального положения применяется борная перекомпенсация – вывод или ввод борной кислоты при фиксированных теплофизических параметрах реактора.

Поиск по сайту: