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

Рис.2.2-1. Нейтронное поле в роакторе BB8P-I с равномерными свойствами при извлечении одного поглотителя из 37.

см) 150

Рис.2.2-2. Нейтронное поле в реакторе ВВЭР-I с равномерными свойствами при извлечении 3 поглотителей из 37.

147

На рас.2.2-3 приведен пример недопустимого размещения по­

глотителей в активной зоне ВВЭР-I, а на рис.2.2-4 пример при­ емлемого размещения, принятого в штатной последовательности движе­ ния КК.

В реакторе с равномерными свойствами с тем количеством по­ глотителей КК в зоне, которое остается при выходе на номинальную

мощность (в реакторе ЕВЭР-1 - 4,5 и 6 группы), удается поддер­ гивать максимальную неравномерность распределения мощности по кассетам в пределах 1,95-2,10 в зависимости от положения в ак­ тивной зоне групп автоматических регуляторов. В отдельные перио­ ды кампании неравно*ерность снижается, а с учетом неравномерно­ го проявления эффекта выгорания и других эффектов реактивности при эксплуатации 1-го блока ЕВАЭС удавалось поддерживать эту не­ равномерность длительные периоды в пределах 1,7-1,8.

Этому способствовало также то, что начиная с третьей пе­ регрузки стало внедрятьоя неравнсыерное размещение топлива по

активной зоне: производилась перестановка части топливных кассет после частичного их выгорания из периферийного района в централь­ ный. Такое снижение неравномерности по сравнению с проектным значением наряду с другими факторами (пересмотр допустимых пре­ делов теплового режима) позволило реализовать в реакторе боль­ шую тепловую мощность (до 1000 Мгвт) и позволило опробовать экс­ плуатацию 1-го блока НВ АЭС с электрической нагрузкой до 280 Мгвт.

В реакторе с неравномерными свойствами (с зонной загрузкой топлива и организацией центрального "плато") теми же органами регулирования удается поддержать обсуждаемую неравномерность в рамках 1,6. Так, например, в первой загрузке реактора 2-го блока НВ АЭС, рассчитанной на 180 эффективных суток,максимальное рас­ четное значение коэффициента неравномерности в распределении

PiЮ.-2.2-3. Недопустимое искажение нейтронного поля при извлечении центрального поглотителя в реакторе

ВВЭР-1.

150

мощности по кассетам составляет 1,53; в течение длительных перио­ дов ее удается поддержать ниже 1,45.

Радиальное распределение мощности помимо значительной не­ равномерности отличается подвижностью: максимальное значение по­ ля перемещается по объему активной зоны в обширной области при планируемом изменении положения поглотителей. Это затрудняет наи­ более экономное распределение расхода теплоносителя по кассетам,

исходя из обеспечения одинаковых тепловых условий (одинаково близ­ ких к предельным) работы тепловыделяющих элементов. На начальной стадии проекта ВВЭР (1957-1958 гг.)бшш сделаны попытки разрабо­ тать простой и надежный регулятор расхода воды в каждой кассете в соответствии с мощностью. К такому решению подталкивали тради­ ции канальных реакторов, обладавших этой возможностью. Основным параметром регулирования была температура воды на выходе из кас­ сет. В качестве одной из возможных конструкций рассматривался сильфонный терыорегулятор.

Помимо конструктивных трудностей создания надежного термо­ регулятора дальнейшее развитие этой системы приостановила труд­ ность другого характера. Рассматриваемое нами нейтронное поле в реакторе (условно его можно назвать "макрополе") имеет значитель­

ные градиенты дяжя в пределах отдельных кассет, так что неравно­ мерность тепловыделения в отдельных кассетах от "макрохода" нейт­ ронного поля может достигать 1,3. Перемешивание воды в кассетах ВВЭР невелико, так что неравномерность тепловыделения по сечению кассеты проявляется в результате в неравномерности подогрева вода в отдельных струях. Специальные исследования, проведенные примени­ тельно к кассетам ВВЭР-I, показали, что ход подогрева воды на вы­ ходе из пучка твэл уменьшается по сравнению с ходом тепловыделе­ ния в пучке не более, чем на 30$, т.е. коэффициент неравномерно-

151

схи тепловыделения 1,3 обусловит коэффициент неравномерности подогрева воды в струях данной кассеты 1,21 или более.

Цри столь значительной неравномерности тепловыделения в

отдельных кассетах оптимизируемое распределение расхода должно ориентироваться не на среднее тепловыделение в кассете, а на его даксимальное значение в поперечном сечении. 5 противном случае вусловиях активной зоны ВВЭР-I не может быть реализован тот ре­ зерв улучшения температурного режима наиболее горячих кассет,

который заложен в возможном перераспределении расхода (при воз­

можном уменьшении макошального подогрева теплоносителя в струе о 50° до 39° он остается неизменным). Таким образом, регулиру­ емым параметром в оптимальной конструкции регулятора должна быть не средняя температура на выходе кассеты, а максимальная

температура (выходная температура "горячей струи" в пучке твэл).

Разработка такого регулятора успеха не имела.

В то же самое время (1957 г.) был разработан и внедрен наиболее подходящий в условиях нестабильного поля тепловыделе­ ний опособ однозначного распределения (профилирования) расхода теплоносителя, названный профилированием по"кривой максимальг-

ных мощностей". Для выбранной последовательности перемещения поглотителей СУЗ в активной зоне производится расчетный анализ нейтронных полей и определяются максимальные значения мощности каждой кассеты, возможные в течение всего рабочего периода, при­ чем ориентироваться следует также на максимальное поле в сече­ нии кассеты. Огибающая этих максимальных значений -"кривая мак­ симальных мощностей" служит рекомендацией для распределения расхода. При таком распределении расхода в разных точках актив­ ной зоны в разное время кампании будут достигаться практически

152

одинаковые температурные условия работы твэл. На рис.2.2-5 при» ведена "кривая максимальных мощностей" 1-го блока НВАЭС и осу­ ществленное при пуске реактора профилирование расхода теплоно­ сителя по кассетам. Неравномерность распределения расхода ха­ рактеризуется коэффициентом 1,2. Обращает на себя внимание тот факт, что несмотря на отсутствие в ВВЭР-I специальных мер по вы­ равниванию нейтронного поля его нестабильность из-за влияния ор.

ганов регулирования вынуждает осуществлять довольно равномерное распределение теплоносителя.

Выравнивание нейтронного поля ВВЭР-I в ходе эксплуатации реактора сделало необходимым увеличить расход в периферийных ря­ дах кассет (удалив дроссельные шайбы на входе в кассеты) и тем самым еще более снизить неравномерность распределения расхода.

Осуществление специальных мер по выравниванию тепловыделения

(введение зонной загрузки и перестановок топлива) позволяет ре­ шить задачу уравнивания теплового режима всех кассет и твэл практически без профилирования расхода. Так,в реакторе ВВЭР-3

только в 60 периферийных кассетах установлены дроссельный шай­ бы, уменьшающие расход в них до 0,7 от расхода в недросселиро-

ванных кассетах. В результате коэффициент неравномерности рас­ хода составляет всего 1,053. В остальных реакторах ВВЭР профи­ лирование расхода исключено полностью, т.к. после введения бор­ ного регулирования были предприняты дальнейшие шаги по уплощенш нейтронного поля.

Большая эффективность органов регулирования является такм причиной сильного искажения осевого нейтронного поля и источни­ ком больших неравномерностей тепловыделения по высоте активной зоны.

Рис.2.2-5 Кривая наксииальных иощностой и распределение расхода теплоносителя в активной зоне ВВЭР-1.

154

На рис.2.2-6 приведена зависимость высотной неравномерно­ сти (в активной зоне с однородными размножающими свойствами) от высоты извлечения органов компенсации различной эффективности.

Максимальное реализуемое значение коэффициента неравномерности возрастает примерно линейно с увеличением эффективности и мохет достигать довольно больших значений. По этой причине еще на на­ чальной стадии проекта был отклонен вариант одновременного пере­ мещения в активной зоне всех органов компенсации (или поочеред­ ное их перемещение с поддержанием на одном уровне по высоте). При суммарной эффективности всех КК в горячем реакторе ВВЭР-I около

0,15 максимальное значение высотного коэффициента неравномерно­ сти превышает 3,5.

При использовании в рабочем режиме групп КК с эффективно­ стью в диапазоне 0.01-0,02 удается оставить дополнительное иска­ жение высотного поля (увеличение неравномерности сверх того зна­ чения, которое определяется свойствами активной зоны без погло­ тителей) в рамках 5-15% (в среднем по активной зоне).

Наиболее сложные случаи возникают при одновременном пре­ бывании в промежуточном положении различных групп АР и КК. Чтобы избежать в некоторых ситуациях чрезмерного увеличения высотной неравномерности, следует ограничить интервал стабильного положе­ ния групп кассет автоматического регулятора. Выход кассет АР из рабочей зоны должен происходить только в режимах уменьшения мощ­ ности, когда возможное увеличение высотной неравномерности не приведет к увеличению абсолютного значения тепловых нагрузок теп-

ловнделяпцих элементов. Рабочее положение АР в реакторе ВВЭР-1

установлено 190 см от низа. Предельное значение коэффициента высотной неравномерности, заложенное в проектные характеристики ВВЭР-I, составляет для кассет максимальной тепловой мощности 1,77.

Относительная высота извлечения

Рио.2.2-6. Зависимость коэффициента высотной неравномерности тепловыделения от высоты извлечения органов регули­ рования различной эффективности.

(Эффективность группы органов регулирования при

156

Основной путь получения приемлемого значения высотной не­ равномерности, используемый в других ВВЭР - выбор оптимального положения регулирувдей группы по высоте активной зоны. Умерен­ ное искажение нейтронного поля должно сочетаться с достаточной для отработки возникающих возмущений режима дифференциальной эффективностью ре1улятора. В реакторе ВВЭР-440 рекомендуемый ин*-

тервал рабочего положения группы автоматического регулятора (по­ следней группы в штатной последовательности) 150-200 ом,'>йредпо-

чтительным является положение в районе 200 см от низа активной зоны. В этом интервале дифференциальная эффективность составля­ ет около 5.10"^ 1/см, а скоростная эффективность (рабочая ско­ рость перемещения - 2 см/сек) - около 10“^ I/сек. Значения высот­ ной неравномерности тепловыделения, измеренные в реакторе 3-го олока НВ АЭС в период энергопуска,представлены ниже в таблице

2.2-1. В таблице приведены значения высотной неравномерности тепловыделения в двух кассетах при различном положении по высо­ те 12-й группы А Ш . Одна из кассет (14-39) расположена непосред­ ственно рядом с компенсирущей кассетой 12-й группы, другая