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

Смонтировано 8 петель; по условиям эксплуатации восьмая петля Является полностью резервной.

58

1.3. ЦАНКНРКПНОСТЬ И РАЗВИТИЕ Ц Р И Ш Ш Ю В РЕГУЛИРОВАНИЯ АЭС с ВВЭР

Дополнительно к компактности и относительной простоте уст­

ройства, что обеспечивает хорошие экономические показатели,

А Х с ВВЭР обладают еще очень важной технической чертой - прос­

тотой управления и хорошей маневренностью.

Немаловажное значение для надежной и безопаоной работы реакторной установки имеет выбор наиболее пелесообразных прин­ ципов регулирования и определение целесообразных режимов эксп­ луатации АХ.

Как отмечено выше, уже на начальных стадиях разработки было обращено внимание на ценную способность реактора к само­ регулированию. Однако в ходе дальнейшего изучения было уточнено,

что полное саморегулирование мощности по нагрузке турбогенераторов может иметь лишь реактор с низкотемпературны­ ми или высокообогащенными тепловыделяющими элементами, обладаю­ щий достаточно малым мощностныы эффектом реактивности. Примером такого реактора являлся разрабатывавшийся на первом этапе реак­ тор с запальной структурой активной зоны (с"разнородным обога­ щением"). В таком реакторе изменения реактивности определяются главным образом свойствами высокообогащенных кассет, которые,

в свою очередь, имеют две важные особенности: малый резонансный захват в уране-238 (из-за относительно малого его содержания)

и достаточно высокая теплопроводность сердечника тепловыделяю­ щего элемента, выполненного из уран-алюыиниевой металлокерамики;

высокая теплопроводность твэлов обуславливает сравнительно низ­ кую их температуру и ее малое изменение при изменениях мощности,

59

в результате чего обеспечивается небольшая величина допплер-эф­ фекта в резонансном захвате. Высокотемпературная часть топлива -

двуокисные твэлы, формирующие кассеты с естественным ураном, дает малый вклад в изменения реактивности и несущественно увеличивает абсолютное значение мощноетного эффекта реактивности реактора.

При наличии достаточно большого (больше 10"^ на 1°С по аб­ солютной величине) отрицательного температурного коэффициента ре­ активности можно обойтись без регуляторов в реакторе для поддер­ жания его мощности в соответствии с изменяющейся нагрузкой

(регуляторы необходимы для отработки эффекта отравления и других эффектов реактивности). Уменьшение мощности турбогенератора со­ провождается уменьшением отбора пара из парогенераторов, в резуль­ тате чего давление в парогенераторах начинает расти из-за избы­ точного в начале процесса подвода тепла со стороны первого кон­ тура. Рост давления (и температуры насыщения) в парогенераторе уменьшает температурный напор в нем и, следовательно, отвод теп­ ла из первого контура, что при неизменной мощности реактора при­ водит к увеличению температуры первичного теплоносителя и появ­ лению отрицательной реактивности. Мощность реактора начинает уменьшаться; конечное равновесное состояние при нулевом мощност-

ном эффекте реактивности достигается при первоначальном значе­ нии температуры в первом контуре и мощности реактора, соответст­ вующей отбору тепла из парогенератора. Давление в парогенерато­ ре возрастает по мере повышения температуры насыщения, обеспечи­ вающего уменьшение температурного напора в парогенераторе соот­ ветственно новому значению мощности. При увеличении нагрузки про­ цесс идет соответствующим образом с противоположным изменением

60

параметров. Весь цроцесс имеет характер затухающих колебания;

постоянная времени процеоса определяется соотношением полной теплоемкости оиотемы (первый контур и парогенераторы) и тепло­ вой мощности, т.е. характерным временем разогрева или охлажде­ ния всей оиотемы; скорость затухания колебательного процеаоа определяется абсолютным значением температурного коэффициента реактивности. На рио.1.3-1 в качестве щшмера показаны измене­ ния параметров оиотемы в опиоанном процеосе саморегулирования для двух значений температурного коэффициента. Следует обратить шикание на то, что при наличии в уотройотве реактора запазды­ вания (сдвига во времени) между моментом изменения нейтронной мощности и моментом вызванного им изменения темпера­ туры теплоносителя, воздействующего на реактивность, возмож­

но появление неустойчивости (незатухающих колеоаний мощности)

в случае большой абсолютной величины отрицательного температур­ ного коэффициента реактивности.

Активная зона с "однородным обогащением".выполненная из двуокиси урана, обладает значительным отрицательным мощноотным эффектом реактивности, связанным о высокой рабочей температурой двуокиси урана и большим ее изменением при изменениях мощности,

что обусловлено крайне низким значением теплопроводности спечен­ ной двуокиси. Это свойство является чрезвычайно важным для бе-

зопасности водо-водяных реакторов, т.к. обеспечивает надежное ограничение мощности при любых возможных аварийных ситуациях.

В то же время значительный мощностной эффент ограничивает воз­ можности саморегулирования реакторной установки. В описанном выше процеосе уменьшения нагрузки турбогенератора конечное рав­ новесное соотояние устанавливается не при первоначальном значенш

62

температуры теплоносителя, а при том, которое обеспечивает в новых условиях обращение реактивности в нуль. Происходящее вслед за увеличением давления пара увеличение температуры воды в первом контуре вызывает (при отрицательном, как и прежде, температур­ ном коэффициенте по воде) уменьшение мощности, в результате чего уменьшается температура топлиеэ (ее превышение над темпера­

турой воды), и высвобождается положительная реактивность, ком­

пенсирующая отрицательную реактивность, связанную с увеличением температуры воды. Стабилизация процесса происходит при значении мощности, соответствующем ноесму значению нагрузки, а темпера­ тура первого контура возрастает до значения, обеспечивающего полную взаимную компенсацию температурного и мощностного эффек­ тов реактивности. Вслед за повышением температуры первичного теплоносителя происходит дополнительное возрастание давления пара (обеспечивающее необходимое для новой'мощности значение температурного напора). Величина повышения температуры воды в первом контуре определяется соотношением абсолютных значений температурного и мощностного коэффициентов реактивности. Процесс идет апериодически, поскольку постоянная времени реакторной установки (пс изменению температуры теплоносителя - порядка

50 сек) много больше постоянной времени тепловыделяющего элемен­ та (по изменению температуры двуокиси урана - порядка 5 сек).

Ка рис.1.3-2 для иллюстрации приведены кривые изменения парамет­

ров при саморе1улировании в режиме сброса нагрузки, полученные экспериментальным путем при проведении испытаний на мощности

63

Приведены результаты двух экспериментов при двух значениях температурного коэффициента, обусловленных разными значениями концентрации борной кислоты в теплоносителе.

Значительные отклонения давления пара в парогенераторе ,

а такие отклонения температуры первого контура, приводящие в свою очередь к отклонениям давления в первом контуре, могут вывести параметры установки за безопасные пределы и делают необходимым введение в работу регулятора мощности реактора.

В связи с этим возникает вопрос об оптимальном заноне регулиро­ вания. Как можно видеть на примере саморегулирования, изменение мощнооти и нагрузки связано с изменением всех основных парамет­ ров реакторной установки. .Задача состоит в том, чтобы,поддержи­ вая значения воех параметров в безопасных пределах, сохранять при изменениях режимов такое соответствие между ними, которое предъявляет наименьшие требования к оиотеме регулирования, е

наименьшей степени нагружает оборудование и достаточно удобно для контроля или ручного управления установкой эксплуатационным персоналом.

Для первых ВВЭР (I и 2) была разработана система регули­ рования при постоянной средней температуре воды в реакторе.

^Примененный закон регулирования обладает следующими достоинст­ вами:

-в максимальной степени используется саморегулируемость реактора, т.е. его стремление поддержать неизменной среднюю температуру теплоносителя при неизменной нагрузке, тем оамым уменьшается потребность в использовании регулятора и требования

вего эффективности;