Здавалка
Главная | Обратная связь

Возмущение по расходу пара на ТА (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 РУ – АРМ-5, воздействующий на кластеры рабочей группы ОР-10 СУЗ с целью поддержания давления в главном паровом коллекторе паротурбинной установки (Режим «Т») с точностью 0.5 кг/см2. Графики изменения основных эксплуатационных параметров в период переходного процесса приведены на Рис. 6.

Как и в п. 6.2 перемещение регулирующих клапанов турбоагрегата на закрытие в течение нескольких секунд (график "G_sg") означает уменьшение проходного сечения для впуска пара или уменьшение массового расхода пара, поступающего на первую ступень турбины. Сокращение потребление пара турбоагрегатом влечет за собой снижение тепловой мощности всей паротурбинной установки (см. уравнение (6.1). Отсюда следует однозначный вывод: по завершении переходного процесса мощность реакторной установки станет ниже, обеспечивая энергетический баланс с паротурбинной установкой.

В парогенераторах снижение потребления пара ТА приводит к дисбалансу количеств генерируемого и отбираемого пара: производится больше, чем потребляется. Поэтому масса пара в ПГ начнет увеличиваться (накапливаться), а вместе с ней начнет расти и давление пара (см. график “Psg”). Одновременно с давлением начнется рост температуры насыщения, что вызовет снижение температурного напора и соответствующее сокращение теплового потока, передаваемого через трубчатку ПГ, от греющей среды – теплоносителя к нагреваемой – рабочему телу (см. уравнение (7.1). Снижение тепловой нагрузки ведет к сокращению количества производимого пара и снижению интенсивности его накопления в ПГ. Поэтому темп нарастания давления пара и температуры насыщения в парогенераторах начинает замедляться. Для прекращения роста давления и его стабилизации необходимо восстановление баланса между количеством пара, производимым в парогенераторах и количеством пара, отбираемым потребителями ПТУ. Однако в нашем случае требуется не просто остановить изменение давления в главном паропроводе, а вернуть его к прежнему, начальному значению. Это возможно только в том случае, если будет создан искусственный дисбаланс: должен быть создан недостаток пара в ПГ, чтобы возросшее в начале процесса давление начало снижаться. А до настоящего момента в ПГ присутствовал избыток пара. До настоящего момента ситуация в РУ полностью совпадала со сценарием переходного процесса на саморегулировании (без работы регулятора АРМ-5С).

По мере роста давления пара в ПГ в АРМ-5С («Т») будет преодолен предел зоны нечувствительности регулятора, и регулятор «обнаружит» отклонение регулируемой величины, давления в ГПК, от заданного значения. При этом АРМ-5С отправит управляющий сигнал на приводы (ШЭМы) ОР-10 СУЗ, которые приведут в движение 6 кластеров рабочей группы на опускание в активную зону реактора, ухудшая условия размножения нейтронов повышенным поглощением нейтронов(график "Нcr"). 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 имеемом (уже сниженном) потреблении пара ПТУ это приведет к возникновению требуемого дисбаланса в ПГ: теперь пара будет производиться меньше, чем его отбирают потребители ПТУ, что вызывает не стабилизацию, а понижение давления в парогенераторах и главном паровом коллекторе из-за постепенного снижения массы пара в ПГ (см. график "Psg").

Обеспечив требуемый искусственный дисбаланс генерации-потребления пара в ПГ и начало восстановления (т.е. снижение в данном конкретном случае) давления пара в ПГ и ГПК, регулятор АРМ-5С остановит перемещение рабочей группы кластеров СУЗ. Весь дальнейший процесс восстановления и стабилизации давления будет протекать уже без непосредственного участия самого регулятора АРМ-5С, а за счет свойств саморегулирования реакторной установки.

Итак, уменьшение подогрева теплоносителя в ЯР и вызванное им сокращение генерации пара приведет к падению давления в ПГ с относительно высоким темпом снижения. Однако, начавшееся снижение давления повлечет за собой снижение температуры насыщения и вызовет постепенное нарастание температурного напора между теплоносителем и котловой водой ПГ. Это означает, что одновременно с началом падения давления в ПГ начинает расти тепловой поток из первого контура во второй, а вместе с ним растет и количество генерируемого пара в ПГ. Увеличение генерации пара в данной ситуации ведет к сокращению величины дисбаланса «генерация-потребление» (разницы между количествами генерируемого и потребляемого пара). Естественно, что при этом темп падения давления в ПГ и ГПК замедляется, а при выравнивании «генерации-потребления», т.е. с ликвидацией дисбаланса – изменение давление вовсе прекращается, наступает его стабилизация. В практике эксплуатации АРМ-5С на АЭС с ВВЭР настройки регулятора выбраны таким образом, чтобы по завершению переходного процесса подобного описанному выше, точность восстановления давления в ПГ и ГПК была достаточно высокой, и давление после стабилизации находилось внутри «зоны нечувствительности» самого регулятора.

Вернемся к рассмотрению процессов, происходящих в ЯР. Особенностью данного режима является то, что на начальной фазе переходного процесса, до включения в работу АРМ-5С, повышение давления, температуры насыщения, сокращение температурного напора в ПГ вызывают поступление из парогенератора на вход в реактор все более горячего теплоносителя, что вызывает проявление плотностного эффекта реактивности с отрицательным знаком (ухудшение размножающих свойств активной зоны) – именно так все и происходит в режиме саморегулирования после воздействия на МУТ ТА. Однако, после включения в работу АРМ-5С и снижения тепловой мощности реактора из-за существенного снижения величины подогрева теплоносителя в активной зоне средняя температура теплоносителя, прекратив свой рост, начинает снижаться, а плотностной эффект реактивности при этом меняет знак и становится положительным. Как уже отмечено выше, снижение тепловой мощности реактора, вызванное отрицательной реактивностью, внесенной при опускании ОР-10 СУЗ, сдерживается совместным действием мощностного и плотностного температурных эффектов реактивности.

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 регулирующих клапанов турбогенератора на закрытие при работе регулятора АРМ-5С отметим его существенные особенности:

· Мощность реакторной установки снизилась до значения, избранного ВИУР в соответствии с указаниями НСБ (НСС);

· Мощность реакторной установки приведена регулятором в соответствие с тепловой мощностью паротурбинной установки изменением тепловой мощности реактора (путем ввода ОР-10 СУЗ в активную зону);

· 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 эффектами реактивности - с другой;

· Средняя температура теплоносителя в ходе процесса понизилась, так как снизилась величина температурного напора, соответствующая пониженной мощности ПТУ, при постоянной температуре насыщения в ПГ;

· Давление пара в ГПК возрастая в начале, восстановилось к концу переходного процесса до начального значения благодаря автоматическому управлению материальным балансом пара в ПГ регулятором АРМ-5С.

 

7. Заключение

Математическое моделирование теплогидравлических процессов в оборудовании ядерных энергетических установок АЭС является весьма перспективным направлением для целей обучения и адаптации оперативного персонала энергоблоков к условиям реальной эксплуатации АЭС. Широкое применение методов моделирования в сфере деятельности специалистов атомных станций ведет к глубокому пониманию особенностей технологических процессов, способствует росту культуры персонала ведущих подразделений АЭС и общему росту уровня безопасносной эксплуатации ядерных энергоблоков.

8. Перечень ссылок

1. Л. Д. Ландау, Е. М. Лившиц. Механика сплошной среды.,

Гостехиздат, 1954.

2. Разностные схемы газовой динамики. А. А. Самарский, Ю. П. Попов.,

М: Наука, 1975. - 351 с.

3. RELAP5/MOD3 Code Manual, Vol. 5, User's Guidelines. Prepared by

C. D. Fletcher, R. R. Schultz, INEL, Idaho Falls, 1995.

4. Е. П. Серов, Б. П. Корольков. Динамика парогенераторов. - 2-е изд.,

перераб.- М: Энергоиздат, 1981.- 408 с.

5. А. Н. Ривкин, В. А. Вукалович, А. М. Александров Таблицы теплофизических величин воды и водяного пара. М: Энергоиздат, 1980. - 500 с.

6. А. М. Букринский. Аварийные переходные процессы на АЭС с ВВЭР.-

М: Энергоиздат, 1982. - 142 с.

 

9. Перечень сокращений

АРМ - автоматический регулятор мощности реактора

АЭС - атомная электрическая станция

БЩУ - блочный щит управления энергоблоком

ВВЭР - водо-водяной энергетический реактор

ВИУР – ведущий инженер по управлению реактором

ГПК - главный паровой коллектор

КД - компенсатор давления 1-го контура

МУТ - механизм управления турбиной

НСБ - начальник смены блока

НСС - начальник смены станции (АЭС)

ОР - органы регулирования ядерного реактора

ПГ - парогенератор

ПТУ - паротурбинная установка

РТ - рабочее тело (рабочая среда 2-го контура)

РУ - реакторная установка

СУЗ - система управления и защиты реактора

ТА - турбоагрегат

ТГ - турбогенератор

ТН - теплоноситель 1-го контура

ЭГСР - электрогидравлическая система регулирования ТА

ЭЧСР - электрическая часть системы регулирования ТА

ЯР - ядерный реактор

ЯЭУ - ядерная энергетическая установка

 

 

Рис. 2 Режим саморегулирования. Перемещение ОР-10 СУЗ вниз

 

Рис. 3 Режим саморегулирования. Перемещение РК ТГ на закрытие

 

 

Рис. 4 Режим саморегулирования. Отключение ПВД

 

Рис. 5 Работа регулятора ЭГСР (ЭЧСР) в режиме «РД-1». Маневр

мощностью ЯЭУ АЭС перемещением ОР-10 СУЗ вниз

 

Рис. 6 Работа регулятора АРМ-5С в режиме «Т». Маневр мощностью

ЯЭУ АЭС перемещением регулирующих клапанов ТГ на закрытие







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.