Файл: Сидоренко, В. А. Вопросы безопасной работы ВВЭР к 10-й годовщине пуска первого блока Нововоронежской атомной электростанции.pdf

128

телями АЗ увеличится на 1,1809-1,1743=0,0066, т.е. располагаемая компенсирупцая способность органов СУЗ, которая может быть исполь­ зована для компенсации всех рабочих эффектов реактивности возра­ стает на 0,0066-0,0022=0,0044, что обеспечивает увеличение дли­ тельности периода между перегрузками (при использовании выгораю­ щих поглотителей) около 10/5. Если же посчитать, что в нормальной активной зоне эффективность первых трех касоет АЗ 0,0075 недоста­ точна для обеспечения начальной защиты реактора, и для этого необ­ ходим взвод оледувдих трех кассет АЗ,(а значение аналогичной эф­ фективности в уменьшенной активной зоне 0,0096 - достаточно), то результирующее увеличение располагаемой компенсирующей способно­ сти из-за уменьшения размеров активной зоны возрастет еще больше

(еще на 1,1743-1,1639=0,0114).

В то же время увеличение критического коэффициента размноже­ ния в горячем реакторе с 1,014 до 1,0441 (на 0,0027) означает сокращение примерно на 3$ глубины выгорания топлива принятого обогащения.

Характерно, что увеличение суммарной компенсирующей способ­ ности системы полностью реализуется в увеличении компенсирующей способности шести кассет АЗ, первыми извлекаемыми из активной зо­ ны. Действительно, компенсирующая способность всей системы в нор­ мальной активной зоне составляет 1,1832-1,0317=0,1515, в уменьшен­ ной зоне 1,1921-1,0339=0,1582, т.е. увеличение составляет 0,0067.

Соответствующие значения компенсирующей способности шести кассет АЗ : 1,1832-1,1639=0,0193 и 1,1921-1,1661=0,026; увеличение сос­ тавляет также 0,0067. Таким образом, если для обеспечения безопас­ ности пуска необходим предварительный взвод всех шести кассет АЗ,

никакого полезного повышения располагаемой компенсирующей способ­

129

ности для компенсации рабочих эффектов реактивности не произой­ дет. Этот факт оказался решающим в окончательной оценке полезно­ сти сокращения размеров активной зоны. Необходимость же предпус­ кового взвода всех шести кассет АЗ (точнее, необходимость перво­ начального взвода трех центральных кассет АЗ, что приводит ка­

чественно к тому же результату) выявилась при дальнейшем изуче­

нии вопроса.

Эксперименты, выполненные со штатной загрузкой реактора на физическом стенде и при физическом пуске реактора 1-го блока НВАЭС, позволили уточнить уменьшение эффективности аварийной

защиты при застревании в верхнем положении одной из взведенных кассет АЗ. Выяснилось, что при первичном взведении трех перифе­ рийных кассет АЗ застревание одной из них недопустимо снижает реализуемую эффективность аварийной защиты. Цри взведении цент­ ральной тройки аналогичное снижение эффективности оказывается в допустимых пределах.

Этот результат представляет собой еще одно проявление"локаль­ ной критичности": малое взаимодействие ячеек с повышенными раз­ множающими свойствами, расположенных далеко друг от друга в ак­ тивной зоне, в результате чего каждая из симметрично расположен­ ных однотипных ячеек практически полностью определеяет изменение реактивности реактора, и суммарное изменение реактивности реак­ тора из-за изменения сврйств всех ячеек мало отличается от эффек­ та одной ячейки. К этому проявлению мы еще вернемся несколько ни­ же.

По результатам экспериментального изучения характеристик активной зоны ее проектные размеры оыли оставлены оез изменения.

Важным и весьма опасным проявлением локальной критичности является высокая эффективность первой взводимой компенсационной

130

кассеты. Физически эквивалентной является противоположная экс­ плуатационная ситуация: опускание последней КК ; застревание в верхнем положении одной КК в меру ее высокой эффективности уменьшает компенсирующую способность всей системы и может за­ труднить заглушение реактора.

Эффективность взвода центральной КК в холодном реакторе ВВЭР-I составляет (в единицах реактивности) 0,039 при суммар­ ной эффективности всей системы 0,141, В реакторе с неоднородны­ ми свойствами эффективность первой взводимой кассеты определя­ ется не ее геометрическим расположением в активной зоне, а свой­ ствами расположенных рядом кассет. На рис.2.1-5 прнведепа кар­ тограмма загрузки реактора ВВЭР-440 с 37 органами CJ3, Наиболь­ шую эффективность имеют компенсирующие кассеты, расположенные в ячейках 71 и 100 ; в холодном реакторе она составляет 0,064 (практически эта эффективность проявляется в глубоко подкрити­ ческом состоянии). В то же время эффективность центральной кас­ сеты, расположенной в зоне плато, составляет 0,011.

При использовании универсальных органов управления естест­ венным и обязательным требованием к конструкции их приводов яв­ ляется требование возможности аварийного сброса из любого проме­ жуточного положения по высоте. Переход в критическое состояние при извлечении КК может произойти при движении любой из кассет

(или группы кассет), в том числе и первой (при столь высокой эффективности первого извлечения), а аварийная защита должна быть обеспечена в любых условиях. В то же время при нарушении регламента пуска наиболее эффективным средством прекращения не­ нормального процзсса является сброс органа управления, вызвав­ шего это нарушение; в этих условиях исключены любые возможные

ячейка 100

132

несоответствия в эффективностях различных органов.

Применительно к ВВЭР такое требование к приводам аварий­ ной защиты является желательным и в случае СУЗ с разделенными функциями, поскольку существует много реальных возможностей вы­ хода в критическое состояние при подъеме кассет.АЗ. Отсутствие этой возможности в конструкции привода АЗ делает необходимыми специальные меры обеспечения подкритичности, достаточной для предпускового взвода аварийной защиты.

Как уже упоминалось в первой части, в ходе эксплуатации 1-го бло­ ка НВ АЭС увеличивалась продолжительность периода между пере­ грузками за счет уменьшения подкритичности перегруженной актив­ ной зоны. Возможность безопасного проведения пусковых операций обеспечивалась введением в первый контур раствора борной кисло­ ты. Начиная с первого реактора ВВЭР недостаточность компенсиру-

щ е й способности системы в холодном состоянии в случае застре­ вания КК в верхнем положении также компенсируется введением бср-

ной кислоты.

Дальнейшее проявление рассматриваемого свойства активных зон ВВЭРсильная зависимость эффективности отдельных органов СУЗ от взаимного расположения в активной зоне других органов.

Качественно это определяется тем, что поглотитель нейтронов,

перемещагацийся в зоне "критичности', т.е. в районе активной зо­ ны с максимальным нейтронно-статистическим весом, имеет сущест­ венно большую эффективность, чем поглотитель вдали от этой зоны.

Особенность водо-водяных реакторов состоит в том, что район по­ вышенной эффективности" может быть очень мал, может формировать­ ся самим рассматриваемым органом регулирования и может очень оыстро изменить свое положение в результате малых изменений в расположении других органов регулирования. Нейтронное поле в

133

реакторе с крупными органами компенсации реактивности очень под­ вижно,и это составляет самостоятельную проблему, обсуждаемую в следующем разделе.

Приведенная ниже таблица 2.1-6 иллюстрирует сказанное на примере изменения эффективности одной центральной КК в горячем реакторе ВВЭР-I. При различном положении органов СУЗ в активной зоне эффективность центральной КК меняется в 75 раз.

Таблица 2.1-6

-1 ■“

их перемещения в активной зоне. Эта задача наиболее громоздка в

134

условиях системы управления и защиты с разделенными функциями исполнительных органов, что осуществлено в реакторах ВВЭР-1

и ВВЭР-2.

Цри выборе назначения и последовательности движения орга­ нов СУЗ необходимо было иметь в виду следувдие требования:

- эффективность АЗ должна быть максимально возможной, и ■ не меньше доли запаздывающих нейтронов;

- эффективность груш компенсационных кассет, используе­ мых в режиме автоматических регуляторов (рабочий регулятор и резервный регулятор) должна быть достаточной для отработки зна­ чительных возмущений в реакторной установке (например, отключе­ ние турбины), но не быть чремерно большой, чтобы скоростная эффективность оставалась в безопасных пределах. Одновременно с этим эффективность автоматических регуляторов должна быть ста­ бильной во времени и возможно меньше зависеть от размещения в зоне поглотителей других органов СУБ, а эффективность рабочего и резервного регулятора должны быть близки между собой. Жела­ тельное значение эффективности группы АР составляет 0,01-0,02;

- неравномерность тепловыделения, возникавшая из-за дефор­ мации нейтронного:поля поглотителями КК должна оставаться в до­ пустимых пределах при работе реактора на больших мощностях. Это ограничение влияет как на выбор последовательности движения кас­ сет, так и на подбор груш. Большая эффективность групп КК вызы­ вает большие перекосы поля по высоте активной зоны, вследствие этого желательно, чтобы эффектишость группы не превышала

0,02-0,025; кроме этого кассеты, входящие в одну группу, должны располагаться в активной зоне симметрично, чтобы вызывать мини­ мальные искажения поля по азимуту.

135

Для иллюстрации выбора групп АР реактора ВВЭР-I в табли­

це 2.1-7 приведены эффективности симметричных групп из трех КК,

расположенных на разных расстояниях от оси активной зоны,при раз­

личном расположении поглотителей других КК в горячей реакторе.