книги из ГПНТБ / Сидоренко, В. А. Вопросы безопасной работы ВВЭР к 10-й годовщине пуска первого блока Нововоронежской атомной электростанции

133

реакторе с крупными органами компенсации реактивности очень под­ вижно,и это составляет самостоятельную проблему, обсуждаемую в следующем разделе.

Приведенная ниже таблица 2.1-6 иллюстрирует сказанное на примере изменения эффективности одной центральной КК в горячем реакторе ВВЭР-I. При различном положении органов СУЗ в активной зоне эффективность центральной КК меняется в 75 раз.

Таблица 2.1-6

-1 ■“

их перемещения в активной зоне. Эта задача наиболее громоздка в

134

условиях системы управления и защиты с разделенными функциями исполнительных органов, что осуществлено в реакторах ВВЭР-1

и ВВЭР-2.

Цри выборе назначения и последовательности движения орга­ нов СУЗ необходимо было иметь в виду следувдие требования:

- эффективность АЗ должна быть максимально возможной, и ■ не меньше доли запаздывающих нейтронов;

- эффективность груш компенсационных кассет, используе­ мых в режиме автоматических регуляторов (рабочий регулятор и резервный регулятор) должна быть достаточной для отработки зна­ чительных возмущений в реакторной установке (например, отключе­ ние турбины), но не быть чремерно большой, чтобы скоростная эффективность оставалась в безопасных пределах. Одновременно с этим эффективность автоматических регуляторов должна быть ста­ бильной во времени и возможно меньше зависеть от размещения в зоне поглотителей других органов СУБ, а эффективность рабочего и резервного регулятора должны быть близки между собой. Жела­ тельное значение эффективности группы АР составляет 0,01-0,02;

- неравномерность тепловыделения, возникавшая из-за дефор­ мации нейтронного:поля поглотителями КК должна оставаться в до­ пустимых пределах при работе реактора на больших мощностях. Это ограничение влияет как на выбор последовательности движения кас­ сет, так и на подбор груш. Большая эффективность групп КК вызы­ вает большие перекосы поля по высоте активной зоны, вследствие этого желательно, чтобы эффектишость группы не превышала

0,02-0,025; кроме этого кассеты, входящие в одну группу, должны располагаться в активной зоне симметрично, чтобы вызывать мини­ мальные искажения поля по азимуту.

135

Для иллюстрации выбора групп АР реактора ВВЭР-I в табли­

це 2.1-7 приведены эффективности симметричных групп из трех КК,

расположенных на разных расстояниях от оси активной зоны,при раз­

личном расположении поглотителей других КК в горячей реакторе.

136

Йз таблицы видно, что эффективность группы на четвертом и пятом радиусах большей частью мала, а на первом радиусе непосто­ янна. В наибольшей мере отвечают требованиям, предъявляемым к АР,группы, расположенные на втором и третьем радиусах. Преиму­ щество третьего радиуса в том, что здесь расположено две прак­ тически одинаковые группы. На этом основании было рекомендовано использовать в качестве испольнительных органов АР две группы по 3 кассеты, расположенные на радиусе 67,4 см. Все остальные КК должны быть объединены в группы, перемещающиеся в определен­ ной последовательности. В соответствии с перечисленными крите­ риями было организовано 6 групп КК от 3 до 6 кассет в каждой группе. Последовательность их извлечения показана на рис.2.1-6.

В системе управления с унифицированными исполнительными органами была осуществлена схема передачи функций АР от группы к группе по мере их извлечения из активной зоны. В целях неко­ торого выравнивания скоростной эффективности регуляторов по вы­ соте зоны предусмотрено одновременное движение двух групп на начальном и конечном участках движения (одна группа - на верх­ нем участке, другая - на нижнем участке , по 50 см каждый).

Требования к выбору груш и их последовательности в этом случае существенно упрощаются: в отсутствие борного регулирования не­ обходимо обеспечить близкую эффективность всех групп в желатель­ ном диапазоне и поддержание в допустимых рамках неравномерности нейтронного поля. При использовании борного регулирования на мощности в активной зоне остается одна группа, используемая в качестве АР; для этой цели должна быть выбрана группа подходя­ щей эффективности, обеспечивающая при своем движении в активной зоне минимальные деформации нейтронного поля. Остальные КК объеди­ няются достаточно свободно в группы близкой эффективности.

138

Характерной особенностью"сильных1'компенсирующих органов является резкое возрастание их максимальной дифференциальной эффективности по мере увеличения полной эффективности (из-за

оолшой неравномерности этой характеристики по высоте активной

зоны). На рис2.,1-7 показана зависимость дифференциальной эф­

фективности от высоты подъема при различной интегральной эффек­ тивности органов компенсации. Эта характеристика определяет вы­ бор безопасного значения рабочей скорости КК . В качестве реко­ мендуемого предела по условиям ядерной безопасности называется скорость введения реактивности, равная доле запаздываниях нейт­ ронов за 10 секунд. В реакторе ВВЭР-I максимальную эффективность имеет группа АР-1, работащая в режиме ручного управления при вы­ ходе в критическое состояние. Эта эффективность составляет в хо­ лодном реакторе 0,031; скорость перемещения групп АР при ручном управлении равна 0,3 см/сек; максимальная дифференциальная эф­

фективность такой группы равна 3,25.10-4 I/см, что при скорости

0,3 см соответствует максимальной скоростной эффективности около

Ю -4 1/сек. Средняя скоростная эффективность этой же группы со­

ставляет 3,7.10“^ I/сек. Эффективности остальных групп ниже это­ го значения в 2-4 раза, но скорость перемещения примерно на по­

рядок выше. В качестве дополнительной меры ядерной безопасности в реакторе ВВЭР-I был введен режим шагового перемещения органов

регулирования при ручном управлении. По прохождении заданного

шага происходит автоматическое отключение привода, осуществле­ ние следующего шага требует повторного нажатия ключа оператором.

Величина шага принята 2 см для кассет АР, 5 см - для кассет К и 12,5 см - для кассет АЗ. Опыт эксплуатации реактора показал избыточность этой защитной меры, и в последующих проектах ВВЭР шаговый режим движения КК не был предусмотрен.

Ш .IO4

\

Рис.2.1-7. Графики интегральных и дифференциальных характеристик органов СУЗ

( холодное состояние t = 20° ).

Следует остановиться еще на одном эксплуатационном процес­ се, в котором склонность активной зоны ВВЭР к проявлению "лока­

льной критичности" приводит к необходимости обеспечения специ­ альных мер ядерной безопасности, - процесс перегрузки топлива.

В разделе 1.4 настоящей работы обращалось внимание на опасность ошибочного извлечения поглотителя при перегрузке топлива или искажения картограммы перегрузки (непосредственное группирова­ ние свежего топлива в одном районе активной зоны). Там же описа­

ны меры контроля и защиты, обеспечившие ядерную безопасность

этих операций в разных проектах ВВЭР. Остановимся здесь на ко­ личественной стороне дела, характеризующей проявление локальной критичности.

На рис.2.1-8 приведена картограмма активной зоны ВВЭР-1,

где показано то расположение кассет перегрузочной аварийной за­ щиты, при котором были проведены измерения их эффективности во время физического пуска 1-го блока НВ АЭС.

Ферма ПАЗ имела три рабочих положения в активной зоне, каж­ дое из которых определяло разрешенную область перегрузки, обеспе­ ченную аварийной защитой на случай ошибочных действий. При ука­ занном положении фермы компенсирующей кассетой, наиболее удален­ ной от кассет ПАЗ в пределах зоны перегрузки, является КК в ячей­ ке 09-21. Была измерена эффективность ПАЗ при ошибочном извлече­ нии этой КК. Полная эффективность трех кассет ПАЗ оказалась рав­ ной около З Л О -®, а критические положения КК 09-21 при верхнем и нижнем положении кассет ПАЗ соответственно 1089 мм и 1180 мм,

т.е. перегрузочная аварийная защита может скомпенсировать переме­ щение КК менее, чем на 10 см после выхода в критическое состоя­ ние. Если одна из кассет ПАЗ не упадет, это значение уменьшается:

при расположении одной кассеты ПАЗ 15-19 наверху критическое поло-

Координата моста

g//7? 03 ой 05 06 ОТ-03 09 /<?«У 42 УЗ S4 /5S6У7 /в /S 20 2/ 22 25

тележки Координата

Рис.2.1-8. Картограмма первой загрузки ВВЬР-1.

Указано расположение фермы ПАЗ и соответствующая этому положению зона перегрузки.

142

хеше КК 09-21 -1126 мм.т.е. эффективность двух кассет ПАЗ состав-

О

ляет около 1,3.10 и перекрывает 37 мм перемещения КК.

Критерии ядерной с5езопасности перегрузочных операций еще не

оыли разработаны,и требование обеспечения эффективности АЗ "не ме­ нее доли запаздывающих нейтронов или половины от этого значения при несрабатывании одного исполнительного органа" формально не от­ носилось к этим операциям, где выход в критическое состояние мог быть только результатом ошибочных действий.

Поэтому основное внимание оыло обращено не на повышение эф­ фективности аварийной защиты при перегрузках (что было довольно затруднительно), а на уточнение процедуры перегрузки, уменшалцее вероятность ошибочных действий.

Для уточнения нормальной процедуры перегрузки компенсирущей кассеты были проведены специальные эксперименты по предваритель­ ному снижению размножающих свойств ячейки.примыкающей к перегружае­ мой КК. Цри взведенных кассетах ПАЗ из ячейки 09-19 была извлечена кассета 1,552-ного обогащения;система оказалаоь подкритичной на

0,0049+0,001 при полном извлечении КК 09-21.В аналогичных условиях извлечение из ячейки 09-23 кассеты с естественным ураном обеспечило критичность реактора при положении КК 09-21 на высоте 2020 мм. На основании этих измерений был рекомендован следующий порядок пере­ грузки компенсационных кассет в реактор: вначале извлекаются две соседние с КК касеты с ураном обогащения 1,5 или 2%, затем могут быть извлечены поглотитель и тепловыделяющая часть КК. Предусмот­ ренные конструкцией реактора перегрузочные поглощающие вставки мо­ гут при этом не устанавливаться в активную зону.

Для уменьшения вероятности ошибочного извлечения поглотиаеля КК вместо рабочей кассеты были введены различия в конструк­ ции захватов для этих изделий. В качестве дополнительной меры