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

Не превышается предел безопасной эксплуатации по количеству и величине дефектов твэлов, поскольку не происходит дополнительного повреждения твэл (выполняются приёмочные критерии приведённые выше).

Проведённый анализ показал, что исходное событие не будет приводить к более серьёзной обстановке. Рассматриваемый режим не переходит в аварийный, так как приемочные критерии для этого режима выполняются.

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

Проверка выполнения критерия 5 проводится в соответствии со специальной методологией.

Заключение к разд. 1.1. Результаты проведенного расчетного анализа показывают, что в режиме неуправляемого извлечения группы ОР СУЗ выполняются приёмочные критерии для рассматриваемого режима, в том числе по отсутствию кризиса теплообмена, отсутствию плавления топлива и непревышению давления первого и второго контуров 115 % от расчетного.

1.2. Выброс органа регулирования СУЗ при разрыве чехла привода

Под выбросом регулирующего органа из активной зоны реактора понимают внезапное быстрое перемещение регулирующего органа (кластера СУЗ) из начального положения в крайнее верхнее. Такая ситуация может реально возникнуть в результате разрыва защитного чехла механизма перемещения органа по периметру из-за возникающего при этомперепада давленияна элементах привода ОР СУЗ.

Рассматриваемый режим относится к категории проектных аварий. В соответствии с требованиями ПБЯ анализ режима проводится с учетом возможного наложения обесточивания АЭС в наиболее неблагоприятный момент времени.

Критерии оценки безопасности. Обоснование безопасности РУ в данном режиме проводится на основе анализа выполнения приемочных критериев для аварийного режима, приведенных в табл. 1.1.1, при этом, как указывалось ранее, не требуется выполнения критериев 3, 6, 7.

20

N, отн. ед.

t, с

Рис. 1.2.1. Мощность тепловыделений и тепловой поток. Выброс ОР СУЗ с уровня мощности 104 % от номинальной

P, 107 Па

t, 102 с

Рис. 1.2.2. Давление в активной зоне и КД

21

Cв, г/кг

t, 102 с

Рис. 1.2.3. Концентрация бора в активной зоне

G, 102 кг/с

t, 102 с

Рис. 1.2.4. Расход теплоносителя из течи

22

n, отн. ед.

t, 10–1 с

Рис. 1.2.5. Минимальный запас до кризиса теплообмена

T, 102 С

t, с

Рис. 1.2.6. Температуры топлива и оболочек твэл в активной зоне. Выброс ОР СУЗ с уровня мощности 104 % от номинальной

23

H, м

t, 102 с

Рис. 1.2.7. Уровни в ПГ.

Выброс ОР СУЗ с уровня мощности 104 % от номинальной

R, 10–1 отн. ед.

t, с

Рис. 1.2.8. Реактивность выброшенного ОР СУЗ и а.з. Выброс ОР СУЗ с уровня мощности 104 % от номинальной

24

Последовательность событий и работа систем. Исходным со-

бытием исследуемой аварии является разрыв чехла привода СУЗ, из-за чего возникает перепад давления на элементах привода, под действием которого происходит выброс ОР СУЗ. В результате разрыва чехла происходит истечение теплоносителя в «течь» через сечение, соответствующее эквивалентному диаметру 58 мм. В результате ввода положительной реактивности происходит кратковременное увеличение мощности реактора.

Ванализе рассматривается четыре варианта протекания режима

свыбросом ОР СУЗ. В вариантах 1–3 рассмотрены режимы с выбросом ОР СУЗ с различным количеством работающих в исходном состоянии ГЦН и максимально-допустимыми для данных состоя-

ний уровнями мощности реактора. В варианте 4 рассмотрен случай выброса ОР СУЗ с низкого уровня мощности порядка 1% от номинальной. Режимы с выбросом ОР СУЗ на низких уровнях мощности характеризуются наиболее высоким значением эффективности выброшенного ОР СУЗ. Однако выброс ОР СУЗ с максимальновозможного уровня мощности происходит при максимальной нагрузке на ТВЭЛ, поэтому этот случай будет наиболее тяжелым с точки зрения состояния активной зоны ВВЭР-1000.

По сигналу снижения периода разгона реактора менее 10 с или превышения заданного значения нейтронного потока через 0,1 с с начала аварии достигается уставка сигнала на срабатывание аварийной защиты.

После срабатывания аварийной защиты и снижения мощности реактора до уровня остаточных тепловыделений (после 10 с с момента начала аварии).

Хронологическая последовательность событий режима с выбросом ОР СУЗ для варианта 1 представлена в табл. 1.2.1.

Аварийный режим с выбросом ОР СУЗ исследуется с наложением обесточивания АЭС в момент времени, совпадающий с моментом разрыва чехла привода. Наложение обесточивания АЭС в момент разрыва чехла приводит к наиболее неблагоприятному ходу развития аварии. В результате обесточивания АЭС происходит выбег ГЦН, отключаются ТПН, не работают впрыск в КД, ТЭН и система подпитки-продувки. Осуществляется запуск систем безопасности. Интервал времени, в течение которого орган СУЗ выбрасывается из активной зоны, рассчитан исходя из максимального пере-

25

пада давления, возникающего при разрыве чехла привода СУЗ, и составляет 0,1 с.

Таблица 1.2.1

Хронологическая последовательность событий с выбросом ОР СУЗ с уровня мощности 104 % от номинальной

0Все системы РУ работают нормально, поддерживая параметры первого и второго контуров в допустимых пределах. В исходном состоянии работают четыре ГЦН. Уровень мощности реактора 104 % от номинальной. Происходит разрыв чехла привода СУЗ, начинается выброс ОР СУЗ и истечение теплоносителя из-под крышки реактора. В этот же момент времени происходит обесточивание АЭС, вследствие чего не работают впрыск в КД, подпитка первого контура, ПВД, ТЭН и БРУ-К. Отключаются ТПН и происходит запуск систем безопасности

0,1 ОР СУЗ полностью выброшен из активной зоны. В этот момент относительная мощность энерговыделений достигает максимального значения 1,7 от исходного значения. Достигаются сигналы на срабатывание АЗ по увеличению уровня нейтронного потока выше 107% от номинального значения и снижению периода разгона менее 10 с. Консервативно, срабатывание АЗ принято по сигналу обесточивания АЭС через 1,7 с

0,5 Достижение кризиса теплообмена для наиболее теплонапряженных твэлов

1,7 Срабатывает АЗ по сигналу обесточивания АЭС. ПС СУЗ начинают опускаться в активную зону

5,7 ПС СУЗ введены в активную зону

6,7 Происходит закрытие стопорных клапанов турбины, отключаются ПВД

15 Начало открытия БРУ-А

120 АПЭН начинают подавать водув ПГ

500Начало подачи борного раствора от насосов аварийного впрыска бора в первый контур

1800 Окончание расчета

При превышении энтальпии топлива свыше 586 Дж/г или достижения кризиса теплообмена принимается возможность повреждения твэлов в активной зоне и определяется их количество. Отсутствие кризиса теплообмена в ТВС принимается в случае, если запас до кризиса теплообмена не менее 1,0 с доверительной вероятностью не менее 95 %.

26

Параметры РУ в исходном состоянии принимаются с учетом наиболее неблагоприятных отклонений в пределах погрешности измерения и точности регулирования.

На рис. 1.2.8 представлены результаты расчета характеристик режима выброса ОР СУЗ с максимально-допустимой мощности реактора в исходном состоянии 104 % от номинальной.

В результате выброса ОР СУЗ через 0,1 с с начала аварии происходит быстрое увеличение нейтронного потока и энерговыделения в активной зоне. Ограничение мощности в начальный период аварии в основном происходит за счет обратных связей по температуре топлива. В варианте работы на номинальной мощности в течение первой секунды аварии в наиболее теплонапряженных твэлах возникает кризис теплообмена и происходит значительный рост температуры оболочки. Обесточивание АЭС в начале аварии приводит к более неблагоприятному с точки зрения повреждения твэлов развитию аварии.

Через 0,1 с после выброса достигается сигнал на срабатывание АЗ по сигналу увеличения допустимого уровня нейтронного потока и снижения периода разгона менее 10 с. Кроме того, должны достигнуться уставки по превышению локального энерговыделения и снижению минимального запаса до кризиса теплообмена в активной зоне, предусмотренные в проекте системы защиты. Срабатывание АЗ по всем этим уставкам в проведенном расчете консервативно не учитывается.

Срабатывание АЗ через 1,7 с с начала аварии по сигналу обесточивания АЭС приводит к снижению максимальной температуры топлива и оболочки твэлов в течение первых 10 с аварии. Дальнейший характер аварии идентичен ее протеканию для течи первого контура с диаметром трубопровода 58 мм. В результате истечения теплоносителя из-под крышки реактора происходит снижение давления первого контура. При снижении давления первого контура ниже значения, при котором начинается подача борного раствора в первый контур на 200–500 с «течь» первого контура становится компенсируемой.

К 1800 с процесса достигается относительная стабилизация параметров и оператор может приступить к расхолаживанию реакторной установки.

27

Результаты проведенного анализа с точки зрения имеющихся последствий по отношению к приемочным критериям. Из рассмотрения полученных результатов следует, что давление первого и второго контура не превышает 115 % от расчетных значений, составляя соответственно 0,87 и 1,0 от расчетных давлений первого и второго контуров.

Авария не приводит к более тяжелой аварии без дополнительного отказа. Работа ОР СУЗ после срабатывания аварийной защиты, АПЭН и насосов аварийного впрыска бора обеспечивает подкритичность реактора и длительное охлаждение активной зоны. Таким образом, через 1800 с c начала аварии оператор может произвести расхолаживание реакторной установки и ввод борной кислоты до стояночной концентрации. Для ввода борного раствора через 1800 с оператор может также использовать систему дополнительного ввода бора. При отсутствии обесточивания АЭС для ввода борного раствора может использоваться система подпиткипродувки.

Максимальная температура оболочек не превышает 780°С. Локальная глубина окисления для наиболее опасного варианта с выбросом ОР СУЗ не превышает 0,06 % от первоначальной толщины, а масса прореагировавшего циркония не превышает 1,7 г, что составляет не более 0,000007 % от общей массы циркониеых оболочек в активной зоне.

Максимальная температура топлива не превышает 2300°С, а радиально-усредненная энтальпия топлива 550 кДж/кг. Следовательно, плавление топлива отсутствует, а радиально-усредненная энтальпия топлива не достигает порогового значения 586 Дж/г.

Таким образом, приемочные критерии 1, 2, 4, 8–10, приведенные в табл. 1.1.1, выполняются.

Количество твэлов, которое может быть повреждено из-за возникновения кризиса теплообмена, оценено исходя из распределения неравномерности энерговыделения Kq в кассетах активной зоны после выброса по данным нейтронно-физических расчетов. Результаты проведенного анализа показывают, что кризис теплообмена в вариантах 1 возможен для каналов, в которых радиальный коэффициент неравномерности превышает 1,57. Количество твэлов, в которых возможно повреждение из-за кризиса теплообмена, не превышает 933 для варианта работы на номинальной мощности.

28

Максимальные значения теплогидравлических параметров, на основе которых определяется выполнение установочных критериев, приведены в табл. 1.2.2.

Заключение к разд. 1.2. Из результатов анализа следует, что в рассмотренном режиме обеспечивается выполнение требуемых приемочных критериев, указанных в табл. 1.1.1. и характеризующих безопасность АЭС.

1.3. Нарушение в системе борного регулирования или ошибка оператора, приводящие к увеличению объема

теплоносителя или снижению концентрации бора в первом контуре

Причиной возникновения исходного события может быть неисправность в системе управления подпиткой-продувкой или ошибка оператора в результате чего в первый контур подаётся теплоноситель, не содержащий борной кислоты (чистый конденсат).

Этот режим относится к режимам с нарушением нормальных условий эксплуатации, и приводит к увеличению неравномерности энерговыделениявактивнойзонеиувеличениюдавленияпервогоконтура.

При анализе процесса должны быть рассмотрены следующие варианты:

1)разбавление бора без увеличения массы теплоносителя в первом контуре, Kr = 1,5;

2)аналогичный варианту 1, с Kr =1,6;

29