 |
|
Возмущение перемещением ОР СУЗ (маневр мощностью РУ).
Настоящий режим предусмотрен Технологическим Регламентом безопасной эксплуатации энергоблока как один из двух основных способов планового изменения мощности энергоблоков с ВВЭР-1000. При этом в работе находится основной регулятор турбоагрегата, воздействующий на регулирующие клапаны турбогенератора с целью поддержания заданного давления в главном паровом коллекторе паротурбинной установки (Режим «РД-1» для ЭЧСР или ЭГСР). Графики изменения основных эксплуатационных параметров в период переходного процесса приведены на Рис. 5.
Как и п. 6.1 переходный процесс начинается с перемещения вниз рабочей группы ОР СУЗ реактора при дистанционном управлении ею (график "Нcr"). Автоматический регулятор мощности реактора АРМ-5С отключен. За 10 секунд кластеры рабочей группы опускаются на 20 сантиметров в активную зону реактора, ухудшая условия размножения нейтронов повышенным поглощением нейтронов. Снижение эффективного коэффициента размножения нейтронов в ЯР менее 1.0 (или реактивности ЯР ниже нуля) приводит к сокращению числа делений ядерного топлива в объеме активной зоны, т.е. к снижению тепловой мощности реактора (график "Nrct"). Температура топливных сердечников твэл (график "Tfue") начинает снижаться с одновременным сокращением температурного напора между ядерным топливом и теплоносителем. Последнее означает, что величина теплового потока с поверхности твэл в теплоноситель в активной зоне начинает убывать. В соответствии с величиной текущего теплового потока будет меняться и подогрев теплоносителя в активной зоне, что отразится как на температуре теплоносителя на выходе из ЯР, так и на средней температуре теплоносителя в активной зоне реактора (график "Tave").
Как отмечалось ранее, понижение температуры топливных сердечников будет также причиной проявления в этой ситуации мощностного эффекта реактивности ( доплер-эффекта ), связанного с изменением вероятности резонансного захвата замедляющихся нейтронов в уране-238. В данном случае снижение температуры урана вызовет сужение "резонансных пиков" сечения захвата урана-238, и соответствующе понижение вероятности захвата замедляющихся нейтронов. Большее число нейтронов будет замедляться до тепловой энергии. Их станет больше в каждом последующем поколении нейтронов. Можно говорить о росте коэффициента размножения нейтронов в ЯР благодаря положительному вкладу мощностного эффекта в суммарный запас реактивности ядерного реактора. В результате темп спада мощности ЯР замедляется (см. график "Nrct").
С небольшим отставанием на время транспорта тепла через газовый зазор и оболочки твэл вслед за мощностным температурным эффектом вступит в действие и плотностной эффект реактивности. Снижение величины подогрева теплоносителя в обсуждаемой ситуации ведет к понижению средней температуры замедлителя в активной зоне реактора и повышению его плотности. При этом среднее расстояние между молекулами воды в активной зоне становится меньше. Несмотря на связанный с этим явлением рост поглощения нейтронов водой, более мощным фактором в данной ситуации оказывается улучшение замедляющих свойств размножающей среды, уменьшение средних пространственных смещений нейтронов в процессе замедления и, как следствие, снижение вероятности утечки замедляющихся нейтронов. Благодаря этому число замедлившихся тепловых нейтронов в каждом последующем поколении будет расти. Итогом конкуренции факторов, сопровождающих изменение температуры теплоносителя в активной зоне ЯР станет появление положительной реактивности в ЯР вследствие действия плотностного эффекта реактивности. Таким образом, с началом ввода в активную зону подвижных поглотителей рабочей группы начинается снижение мощности РУ и, связанное с этим, противодействие такому снижению благодаря совместному влиянию двух температурных эффектов реактивности: мощностного и плотностного.
Через промежуток времени, обусловленный транспортным запаздыванием в "горячих нитках" главного циркуляционного трубопровода, более холодный теплоноситель с выхода реактора окажется в теплообменных трубках парогенераторов. Температурный напор между теплоносителем и рабочим телом при этом понизится, что означает сокращение тепловой нагрузки парогенератора и соответствующее снижение количества генерируемого пара. При неизменном потреблении пара турбиной это приведет к понижению давления в парогенераторах и главном паровом коллекторе из-за возникшего дисбаланса массы между убылью и прибылью и постепенного снижения массы пара в ПГ (см. график "Psg"). Начавшееся снижение давления пара в ПГ повлечет за собой снижение температуры насыщения.
До настоящего момента ход обсуждаемого переходного процесса в ЯЭУ, включая теплогидравлические и ядерно-физические явления во всех элементах оборудования практически полностью соответствовал режиму саморегулирования РУ, описанному в п. 6.1. Теперь же следует обратить внимание на различие этих режимов, обусловленное работой автоматического регулятора ЭГСР (ЭЧСР). Зона нечувствительности последнего в режиме «РД-1» составляет 0.1 кг/см2. Это значит, что при снижении давления в ГПК и в ПГ на указанную величину от заданного значения регулятор включится в работу и для восстановления давления в ГПК начнет прикрывать регулирующие клапаны турбогенератора. Тем самым снижается потребление пара из парогенераторов, нарушенный в ПГ материальный баланс между производством и потреблением пара начинает восстанавливаться. Как показано в пп. 6.1, 6.2 восстановление баланса массы пара в парогенераторах, т.е. равенство между количеством генерируемого и количеством отбираемого на турбину пара, обеспечивает постоянство массы пара в ПГ, а значит и постоянство давления в ПГ и ГПК. Однако в данном случае дела обстоят несколько иначе: регулятор должен не просто прекратить изменение давления в ГПК и стабилизировать его. Регулятор обязан вернуть давление в ГПК к своему прежнему значению. Для этого давление в ГПК придется повышать. Такая задача может быть решена только при одном условии: материальный баланс в ПГ опять должен быть нарушен. Подъем давления возможен приращением массы пара в ПГ, когда количество генерируемого пара превышает количество потребляемого. До включения в работу регулятора все было наоборот: количество потребляемого пара превышало количество генерируемого.
Отсюда следует важный вывод: для восстановления давления в ГПК регулятор ЭГСР (ЭЧСР) должен снизить потребление пара турбиной до величины меньшей, чем фактически генерируется в ПГ. И лишь с возрастанием массы пара в ПГ вследствие искусственно созданного дисбаланса массы и с достижением заданного давления в ГПК - начать приоткрывать регулирующие клапаны ТГ для устранения материального дисбаланса в парогенераторах и прекращения изменения давления. Поэтому по окончании переходного процесса давление в ГПК будет таким же, как и до его начала.
Постоянство давления пара в ГПК при любых маневрах мощностью ЯЭУ энергоблоков с ВВЭР с применением регуляторов ТА ЭГСР (ЭЧСР) либо АРМ-5С есть пример технической реализации «программы регулирования ЯЭУ с постоянным давлением во 2-м контуре». Следует заметить, что такая программа регулирования ЯЭУ обеспечивает практически постоянство температуры насыщения рабочего тела в ПГ на любом уровне мощности энергоблока а также линейный характер изменения температур теплоносителя на входе и выходе из активной зоны ЯР (см. Рис.4).
Вернемся к рассмотрению процессов, происходящих в ЯР. Из сказанного выше следует, что избранная для ВВЭР программа регулирования оказывает весьма щадящее воздействие на ЯР и его активную зону, поскольку температура насыщения в ПГ при всех маневрах мощностью поддерживается почти неизменной. Это означает, что резкие изменения температуры теплоносителя на входе в ЯР при работе регуляторов как в сторону понижения, так и в сторону увеличения просто исключаются. В режимах саморегулирования РУ (см. пп. 6.1, 6.2) такое свойство ЯЭУ не обеспечивается.
В обсуждаемом режиме маневра мощностью РУ стабилизацию мощности реактора следует ожидать, конечно же, с наступлением баланса составляющих его запаса реактивности, когда сумма реактивностей, внесенных ОР СУЗ, мощностным и плотностным температурными эффектами реактивности станет равной нулю, т.е. произойдет их взаимная компенсация. Иначе говоря, как только при снижении температур ядерного топлива и теплоносителя суммарная положительная реактивность обоих температурных эффектов сравнялась по абсолютной величине с отрицательной реактивностью, внесенной рабочей группой ОР СУЗ, так с этого момента ЯР стал критичен, а его мощность перестала изменяться и стабилизировалась.
Подводя итоги обсуждения режима с возмущением перемещением ОР СУЗ при работе регулятора ЭГСР (ЭЧСР) отметим его существенные особенности:
· Мощность реакторной установки снизилась до значения, избранного ВИУР в соответствии с указаниями НСБ (НСС);
· Мощность паротурбинной установки приведена регулятором в соответствие с тепловой мощностью РУ изменением количества потребляемого из ПГ пара (путем прикрытия регулирующих клапанов);
· Стабилизация мощности РУ наступила при достижении нулевой реактивности после взаимной компенсации реактивностей, внесенных рабочей группой ОР СУЗ с одной стороны а также плотностным и мощностным температурными эффектами реактивности - с другой;
· Средняя температура теплоносителя в ходе процесса понизилась, так как снизилась величина температурного напора, соответствующая пониженной мощности РУ, при постоянной температуре насыщения в ПГ;
· Давление пара в ГПК понизившись в начале, восстановилось к концу переходного процесса благодаря автоматическому управлению материальным балансом пара регулятором.