- •В. М. Зенов введение в моделирование и анализ
- •5. Особенности реализации моделей энергооборудования.
- •6. Анализ некоторых результатов моделирования.
- •6.1 Возмущение перемещением ор суз (саморегулирование ру).
- •6.2 Возмущение по расходу пара на та (саморегулирование ру).
- •6.3 Возмущение по температуре пв (саморегулирование ру).
- •6.4 Возмущение перемещением ор суз (маневр мощностью ру).
- •6.5 Возмущение по расходу пара на та (маневр мощностью ру).
6.4 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 придетсяповышать. 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.