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

64

- обеспечиваются наиболее стабильные температурные условия

эксплуатации оборудования первого контура, что безусловно повы­

шает его надежность;

- облегчаются требования к системе компенсации объема и

поддержанию рабочего давления первого контура.

С другой стороны, при уменьшении нагрузки возрастает давление пара; это заставило выполнить парогенераторы на давление,сущест­ венно превышающее номинальное и равное давлению насыщения при средней температуре в первом контуре. Вторим проявлением этого же недостатка является увеличение перепада давления на дроссель­ ных клапанах турбины при малых нагрузках.

При разработке системы регулирования, работающей по указан­

ному закону, особо были исследованы и оптимизированы два прин­ ципиальных вопроса. Первый - касался формирования управляющего сигнала для автоматического регулятора реактора.

Система автоматического регулирования мощности реактора

предусматривала работу как в режиме поддержания мощности в соот­

ветствии с нагрузкой (регулирование по средней температуре),

так и в режиме поддержания заданной мощности, что практически может быть полезно при малых (неэнергетических) уровнях мощ­ ности. По этой причине в схеме регулирования имелся элемент,

устанавливающий величину "заданной" мощности - задатчик мощнос­ ти, и первоначальный вариант системы регулирования по средней температуре был разработан с использованием этого традиционного элемента (задатчика мощности) в качестве промежуточного зЕена между собственно автоматическим регулятором и блоком, вырабаты­ вающим сигнал изменения средней температуры (сигнал изменения средней температуры Еызывал движение задатчика мощности).

65

В ходе исследований и разработок было показано, что интегри­ рующий элемент, каким является задатчик мощности, по существу представляет собой искуссственно созданное дополнительное инер­ ционное звено в цепи регулирования и при неправильной настройке параметров регулятора может стать источником неустойчивости процесса регулирования. Оптимальным является непосредственное воздействие сигнала от изменений средней температуры на автомати­ ческий регулятор реактора. Креме того, для уменьшения инерцион­ ности регулятора в схему регулирования был введен опережающий импульс об изменений нагрузки, фиксирующий изменение давления пара; тем самым был констатирован еще один недостаток системы регулирования по средней температуре - ее инерционность, и был сделан первый шаг к регулированию по давлению пара.

Второй вопрос касался принципа работы собственно-автомати­ ческого регулятора реактора. В основу первоначальной разработки был положен традиционный принцип пропорционального регулирова­ ния: скорость воздействия на реактивность регулятора пропорцио­ нальна величине отклонения регулируемого параметра (первоначаль­ но - отклонение фактической мощности от заданной, устанавливае­ мой задатчиком мощности). Для реализации этого принципа была разработана схема электропитания привода регулятора, обеспечи­ вающая переменную скорость его движения в активной зоне в про­ цессе регулирования.

Изучение объекта регулирования, его способности к саморе­ гулированию показало прежде всего полезность значительной зоны нечувствительности регулятора. В пределах зоны нечувствительнос­ ти изменение параметров реакторной установки происходит за счет

66

процессов саморегулирования, '.сем самым малые Еозыущепия стаби­ лизируются без участия автоматического регулятора, что облег­ чает работу регулятора и делает режим работы реактора белое стабильным. В этих условиях, когда вмешательство регулятора связывается лишь со значительными возмущениями, становятся не­ нужными малые скорооти воздействия на процесс, принцип пропор­ ционального регулирования вырождается. В результате в качестве оптимального для е о д о - е о д я н ы х реакторов был признан релейный принцип регулирования с постоянной скоростью движения органа регулирования и с достаточно большой зоной нечувствительности.

Заложенная е закон регулирования первых ВВЭР избыточность давления пара при малых нагрузках, усугубляется еще тем, что при малых нагрузках даже номинальное давление пара является избыточным, поскольку турбина допускает эксплуатацию на "сколь­ зящих" параметрах. Это обстоятельство было впоследствии исполь­ зовано при разработке регламента эксплуатации 1-го блона КВАЭС;

автоматическое регулирование осуществлялось при постоянной сред,

ней температуре, нс значение задаваемой средней температуры при работе на пониженных уровнях мощности устанавливалось су­ щественно ниже номинальной. Таким образом закон регулирования трансформировался в следующей: поддержание в процеооб эксплуа­ тации давленая пара вблизи номинального (за счет снижения опе­ ратором задаваемой средней температуры по мере уменьшения ра­ бочего уровня мощности) и автоматическое регулирование установ­ ки при постоянной средней температуре первого контура.

Снижение средней температуры при пониженных нагрузках весьма полезно по той причине, что при этом облегчаются темпе­ ратурные условия активной зоны и увеличиваются значения допус-

67

тиыой тепловой мощности при эксплуатации станции в неноминаль­ ных условиях по составу оборудования (количество работающих насосов, состояние системы электроснабжения собственных нужд а т.п.). Тем самым обеспечивается улучшение коэффициента ис­ пользования АЗС при соблюдении требований безопасности.

Увеличение тепловой мощности блоков ВВЭР происходит прак­ тически при неизменном объеме и, следовательно, неизменной теплоемкости циркуляционного контура. В то же время при оди­ наковом относительном уменьшении мощности реактора в переход­ ном процессе, вызываемом сбросом нагрузки, абсолютное значение остающегося тепловыделения больше в реакторе большей номиналь­ ной мощности. Это означает, что удельное количество тепла, иду­ щее на разогрев контура в переходном процессе увеличивается по мере роста номинальной мощности, и, чтобы поддерживать откло­ нения параметров в неизменных пределах, необходимо усиливать систему регулирования.

Очень быстрое снижение мощности реактора в режиме автома­ тического управления наталкивается на трудности выполнения тре­ бований здерной безопасности. Большая скоростная эффективность органов автоматического управления чревата возможностью быст­ рого неконтролируемого введения положительной реактивности и потому не допускается. Также были отклонены возможные вариан­ ты схемных решений, обеспечивающие реализацию большой скорост­ ной эффективности только в сторону уменьшения реактивности,

поскольку практически не удается исключить возможность ошибоч­ ных случаев ускоренного введения положительной реактивности.

Использование для целей быстрого снижения мощности возможности

68

ускоренного движения органов регулирования в режиме аварийного сброса практически не обеспечивает целенаправленное управление процессом. Все это сделало необходимым внедрение в схему регу­ лирования блока устройств быстрого оброоа избыточного пара в конденсатор турбины при большом сбросе нагрузки и поставило пе­ ред конструкторами турбины задачу обеспечить прием конденсаторои возможно большего количества острого пара в подобных режимах.

На случай невозможности направить пар в конденсатор турбины были предусмотрены редукционные устройства сброса пара е атмос­ феру. Таким образом редукционные устройства для сброса избыточ­ ного пара стали одним из важных средств автоматического регули­ рования блока.

На дальнейшую трансформацию закона регулирования блоков ВВЭР решающее влияние оказали возможности создания парогенера­ торов увеличенной паропроизгодительности на повышенноерабочее давление пара. При разработке такого парогенератора возникли трт ности увеличения расчетного давления, необходимого при регули­ ровании реакторной установки по средней температуре;:удовлетво­ рял требованиям прочности парогенератора только закон регули­ рования, обеспечивающий небольшие отклонения давления пара Еыше

номинального (47 ата). Реализация е атоматическом режиме опи­ санного выше регламента эксплуатации 1-го блока (регулирование)

по изменяемым уровням средней температуры при колебаниях дав­ ления пара вблизи номинального значения) затруднительна из-за необходимости дискретного изменения задаваемой средней темпера1

туры. В то не время, как уже.было отмечено, использование в ка­ честве регулируемого параметра непосредственно давления пара улучшает быстродействие системы регулирования. Все это предоп­ ределило использование в последующих проектах ВВЭР регулиро-

69

е э н и я мощности блока по закону постоянного давления пара е парогенераторах. Основным недостатком такого закона остается переменность температуры первого контура при изменениях наг­ рузки. Одновременно повышаются требования к эффективности ре­ гулятора реактора, так как при уменьшении мощности приходится компенсировать не только реактивность, высвобождающуюся из-за отрицательного мощностного эффекта, но и реактивность от умень­ шения температуры теплоносителя (при отрицательном температур­ ном коэффициенте). Однако это повышение требований не становит­ ся существенным из-за введения в схему регулирования редукцион­ ных устройств, обеспечивающих при сбросах нагрузки допустимость достаточно медленного снижения тепловой мощности.

Непостоянство температуры первого контура не позволяет считать принятый закон регулирования блока оптимальным. Отход от него определяется возможностью работы парогенераторов при давлении выше номинального. Современные тенденции дают основа­ ние считать, что оптимальное решение нооит компромиссный харак­ тер: регулирование вблизи номинальной мощности 1е зоне наибо­ лее вероятных изменений нагрузки) по закону поддержания постоян­ ной средней температуры в первом контуре, и переход при меньших уровнях мощности к закону поддержания постоянного давления пара. Положение точки изменения закона регулирования должно зависеть от возможного увеличения давления пара в парогенерато­ рах и от ожидаемого диапазона частых уменьшений нагрузки.

Естественно, что предполагаемое в этом промежуточном за­ коне некоторое увеличение температуры первичного теплоносителя

вобласти малых нагрузок ухудшает тепловой режим активной зоны

вэтой оо.лсти и снижает допустимые уровни мощности.

На рис. 1 . 3 - 3 приведены схемы изменения параметров установки при уменьшении мощности для разных рассмотренных законов регулирования.

Опыт эксплуатации шести 6л о к о е с НВЭР показал, что уп­ равление реактором и изменение мощности установки происходит чрезвычайно просто при любом примененном законе регулирования,

Возможная скорость изменения мощности ограничивается практи­ чески Есегда допустимыми скоростями изменения нагрузки турбо­ генератора. Редкими исключениями могут быть случаи эксплуата­ ции реактора с нулевым запасом реактивности при прохождении

"йодной ямы" или в конце кампании. Также возможностями турбо­ генератора определяется возможная скорость набора нагрузки

всостоянии горячего резерва.

Внаибольшей мере ограничивает мобильность станции при глубоких изменениях режимов (остановка с расхолаживанием, пущ из холодного состояния) допустимая скорость разогрева и охлаж­

дения корпуса реактора, которая лежит е диапазоне 20-30°/час.

Несколько сокращает время пуска из холодного состояния воз­ можность (после предварительного разогрева установки и полу­ чения достаточного давления пара) попутного разогрева паропро­ водов и турбины и пуск турбогенератора на скользящих парамет­ рах. Этот режим пуска был практически сразу внедрен на турбо­ генераторах мощностью 70 Мвт 1-го и 2-го блоков НВАЭС,но пока еще не отработан заЕодом-изготовителем для турбины 220 Мвт применительно к АЭС с реактором ВВЭР-440.

Дополнительное сокращение времени пуока установки (на ве­ личину масштаба часа) после длительной стоянки может быть по­ лучено за счет ускорения выхода в критическое состояние при