Белозеров В.И., Жук М.М., Гераскин Н.И. Аварийные и переходные режимы на АЭС с реактором ВВЭР-1000

Причины и идентификация события. Причиной возникнове-

ния исходного события может быть неисправность в системе управления ОР СУЗ или ошибка оператора.

Этот режим относится к режимам с нарушением нормальных условий эксплуатации, и приводит к кратковременному увеличению мощности реактора.

Анализ безопасности любого режима выполняется обычно на основе проверки выполнения приёмочных критериев.

Критерии оценки безопасности. Перечень критериев приведён в табл. 1.1.1. При этом для режимов с нарушением условий нормальных эксплуатации требуется выполнение критериев 1–8. Для аварийных режимов необходимо рассмотрение критериев 9–10, однако может не требоваться выполнение критериев 3, 6, 7.

Таблица 1.1.1

1Давление в системе теплоносителя первого контура и паропроводах парогенераторов не должно превышать расчетное значение на 15 %, то есть давление теплоносителя первого и второго контуров не должно превышать 20,24 и 9,02 МПа, соответственно

2Исходное событие не может привести к более серьезной обстановке (проектная авария не приведет к более тяжелой аварии без дополнительного отказа)

3Отсутствие повреждения твэлов

4Система теплоносителя первого контура поддерживается в безопасном состоянии, т.е. обеспечивается кратковременное и длительное охлаждение активной зоны реактора

5Давление в системе теплоносителя первого контура и паропроводах ПГ поддерживается ниже допустимых проектных пределов с учетом возможных хрупких разрушений и изменений вязкостных свойств

6Непревышение предела безопасной эксплуатации по количествуи величине дефектов твэлов - 1 % твэлов с дефектами типа газовая неплотность и 0,1 % твэлов, для которых имеет место прямой контакт теплоносителя и ядерноготоплива. Радиально-усредненная энтальпия топливной таблетки не должна превышть 586 Дж/г (140 кал/г) при любом аксиальном расположении в стержн

7Минимальный коэффициент запаса до кризиса теплоотдачи должен быть не менее 1,0 с доверительной вероятностью не менее 95 %

8Топливные таблетки не плавятся даже локально

11

Окончание табл. 1.1.1

9Должны удовлетворяться следующие условия аварийного охлаждения активной зоны:

а) максимальная температура оболочки твэл, достигаемая в ава-

рийных условиях, не должна превышать 1200 С; б) глубина локального окисления оболочки не должна превышать

18 % от первоначальной толщины оболочки; в) доля прореагировавшего циркония не должна превышать 1 %

его массы в оболочках твэлов; г) расчетное изменение геометрии активной зоны (деформация

оболочки и разгерметизация твэлов) таковы, что зона имеет возможность послеаварийного расхолаживания;

д) плавление стержней СУЗ не допускается даже локально. Перемещение стержней СУЗ в реакторе не должно нарушаться из-за возможных деформаций в топливных сборках, стержнях СУЗ и внутриреакторных устройствах;

е) взаимодействие между различными компонентами ТВС не должно приводить к плавлению этих компонентов;

ж) должно быть достигнуто такое безопасное состояние активной зоны, при котором созданы условия для поддержания реактора в подкритичном состоянии, его расхолаживания после аварии, а также для демонтажа активной зоны и внутриреакторных устройств

10Радиально усредненная энтальпия топливной таблетки в любой точке по оси теплонапряженного твэла не должна превышать 840 и 963 Дж/г для облученного и свежеготоплива

При анализе принято первоначальное положение извлекаемой регулирующей группы ОР СУЗ на высоте 75 % от низа активной зоны.

При анализе учитывается срабатывание аварийной защиты реактора по уровню нейтронной мощности. Предполагается, что регуляторы и технологические защиты/блокировки (ТЗБ) – АРМ, РОМ, ПЗ-1 и ПЗ-2 неработоспособны, как следствие данного нарушения, но остальные основные системы и оборудование функционируют нормально.

Неуправляемая группа органов регулирования двигается вверх, вызывая увеличение реактивности и мощности реактора, а, следовательно, повышение температуры теплоносителя и давления в первом контуре. При достижении уставки на срабатывание аварийной защиты реактора движение неуправляемой группы прекращается, и она вместе с остальными группами органов регулирования падает вниз.

12

Уровень в компенсаторе давления снижается, давление теплоносителя первого контура снижается, срабатывают ТЭНы в компенсаторе давления. Уровень в компенсаторе давления регулируется системой подпитки-продувки в соответствии с уставкой регулятора уровня для текушего уровня мощности. Давление первого контура в результате работы ТЭНов в компенсаторе давления возрастает до номинального значения, достигается стабилизация параметров первого контура. Во втором контуре, после срабатывания аварийной защиты, закрываются стопорные клапаны турбины, давление в ГПК поднимается до уставки на срабатывание БРУ-К. Давление во втором контуре стабилизируется на уровне давления регулирования БРУ-К. При работе на номинальной мощности питательная вода в парогенератор подаётся основными питательными

насосами с температурой питательной воды 220,0 C, после срабатывания аварийной защиты температура питательной воды снижа-

ется до 160,0 C.

В режиме неуправляемое извлечение регулирующей группы, при работе в подкритическом состоянии при пуске, в исходном состоянии в работе находятся два ГЦН.

О теплотехнической надежности активной зоны в ходе переходных процессов. В качестве критерия теплотехнической надежности активной зоны в режимах с увеличением энерговыделения и уменьшением расхода теплоносителя принято отношение допустимого (критического, рассчитанного по экспериментальным зависимостям) теплового потока qкр к реальному тепловому потоку q (непосредственно снимаемому с поверхности). Оно берется для максимально теплонапряженного твэла с учетом неравномерностей тепловыделений по высоте активной зоны реактора. Надежность охлаждения твэл считается обеспеченной, если наименьшее значение этого отношения (так называемого коэффициента запаса до кризиса теплообмена) составляет не менее 1,00 с учетом разброса экспериментальных данных, составляющего примерно 25 %.

Минимальное значение коэффициента запаса до кризиса теплообмена в активной зоне при неуправляемом извлечении группы ОР СУЗ будет не меньше допустимого значения.

13

На рис. 1.1.1 и 1.1.2 в общей временной шкале показано изменение параметров первого и второго контуров при неуправляемом извлечении органов регулирования на первых секундах процесса.

Результаты детального расчета каждого из значимых параметров во время переходного процесса приведены на рис. 1.1.3–1.1.9.

Минимальный запас до кризиса теплообмена для варианта 1 составляет не менее 1,27.

При моделировании процесса хронологическая последовательность событий приведена в табл. 1.1.2.

Рассмотрение кривых изменения максимальной температуры топлива показывает, что максимальная температура топлива не

превышает 1730 С, а давление первого и второго контуров не превышает, соответственно, значений 16,3 и 6,7 МПа.

14

16

17

H, м

3

2

18

Таблица 1.1.2

Хронологическая последовательность событий

Таким образом, отсутствует плавлениетоплива и превышениедавления первого и второго контуров выше 115 % от расчетного, не превышается радиально-усреднённая энтальпия топлива более 586 Дж/г. Минимальный запас до кризиса не менее 1,27 с доверительной вероятностьюнеменее95 %, отсутствуют повреждениятвэла.

19