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

143

страховки на первоначальном этапе освоения реактора ВВЭР-I был введен режим шагового перемещения штанги перегрузочного моста,

который приводил в соответствие располагаемую эффективность ПАЗ и приращение реактивности, которое может быть реализовано при непрерывном перемещении перегрузочной штанги в случае наложе­ ния как минимум двух ошибок в процедуре перегрузки. Кроме этого предусматривался реверс штанги по аварийному сигналу от систе­ мы ПСКЗ.

Как уде сказано в разделе 1.4, радикальным средством, упро­ стившим перегрузочные операции и повысившим их безопасность,яви­ лось ооеспечение глубокой подкритичности реактора в этом режиме при помощи раствора борной кислоты.

В заключение следует отметить, что последним шагом на пути сиздания равномерной системы компенсации избыточной реактивности в активных зонах ВВЭР явилось применение жидкостного борного ре­ туширования, которое является предметом обсуждения раздела 1.4.

144

2.2.НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ

Другим важным проявлением того же свойства уран-водных pas-

множащих решеток - малых длин миграции нейтронов - является большая чувствительность нейтронного поля к неоднородностям активной зоны. Результатом этого становится появление значи­ тельных неравномерностей тепловыделения, вызванных самыми раз­ личными причинами. Некоторые из этих неравномерностей просто являются второй стороной "локальной критичности", другие - свя­ заны главным образом с большой замедляющей способностью воды.

Эта особенность требует большого внимания от разработчиков ре­ актора, поскольку в иных случаях небольшой дефект конструкции активной зоны приводит к значительным эксплуатационным послед­ ствиям (снижению допустимой мощности реактора, повреждению топ­ лива и т.п.).

Основным и наиболее сильным источником неравномерности

тепловыделения в ВВ ЭР явились высокоэффективные органы регули­ рования. При обсуждении локальной критичности было обращено вни­ мание на резкое увеличение нейтронного поля в районе критичнос­

ти. Иллюстрацией может служить рис. 2.1-4 из предыдущего раз­

дела или рис.2.2-1и 2.2-2 , где показано нейтронное поле в реак­ торе с равномерными размножающими свойствами при извлечении од­ ного или трех поглотителей КК из 37. По мере уменьшения коли­ чества поглотителей в критическом реакторе эффект локальной кри­ тичности ослабевает и возможная неравномерность нейтронного по­ ля снижается. Одним из критериев оптимального группирования КК является получение возможно меньшей .неравномерности распределе­ ния мощности по кассетам реактора ("радиальной неравномерности").

Рис.2.2-1. Нейтронное поле в роакторе BB8P-I с равномерными свойствами при извлечении одного поглотителя из 37.

см) 150

Рис.2.2-2. Нейтронное поле в реакторе ВВЭР-I с равномерными свойствами при извлечении 3 поглотителей из 37.

147

На рас.2.2-3 приведен пример недопустимого размещения по­

глотителей в активной зоне ВВЭР-I, а на рис.2.2-4 пример при­ емлемого размещения, принятого в штатной последовательности движе­ ния КК.

В реакторе с равномерными свойствами с тем количеством по­ глотителей КК в зоне, которое остается при выходе на номинальную

мощность (в реакторе ЕВЭР-1 - 4,5 и 6 группы), удается поддер­ гивать максимальную неравномерность распределения мощности по кассетам в пределах 1,95-2,10 в зависимости от положения в ак­ тивной зоне групп автоматических регуляторов. В отдельные перио­ ды кампании неравно*ерность снижается, а с учетом неравномерно­ го проявления эффекта выгорания и других эффектов реактивности при эксплуатации 1-го блока ЕВАЭС удавалось поддерживать эту не­ равномерность длительные периоды в пределах 1,7-1,8.

Этому способствовало также то, что начиная с третьей пе­ регрузки стало внедрятьоя неравнсыерное размещение топлива по

активной зоне: производилась перестановка части топливных кассет после частичного их выгорания из периферийного района в централь­ ный. Такое снижение неравномерности по сравнению с проектным значением наряду с другими факторами (пересмотр допустимых пре­ делов теплового режима) позволило реализовать в реакторе боль­ шую тепловую мощность (до 1000 Мгвт) и позволило опробовать экс­ плуатацию 1-го блока НВ АЭС с электрической нагрузкой до 280 Мгвт.

В реакторе с неравномерными свойствами (с зонной загрузкой топлива и организацией центрального "плато") теми же органами регулирования удается поддержать обсуждаемую неравномерность в рамках 1,6. Так, например, в первой загрузке реактора 2-го блока НВ АЭС, рассчитанной на 180 эффективных суток,максимальное рас­ четное значение коэффициента неравномерности в распределении

PiЮ.-2.2-3. Недопустимое искажение нейтронного поля при извлечении центрального поглотителя в реакторе

ВВЭР-1.

150

мощности по кассетам составляет 1,53; в течение длительных перио­ дов ее удается поддержать ниже 1,45.

Радиальное распределение мощности помимо значительной не­ равномерности отличается подвижностью: максимальное значение по­ ля перемещается по объему активной зоны в обширной области при планируемом изменении положения поглотителей. Это затрудняет наи­ более экономное распределение расхода теплоносителя по кассетам,

исходя из обеспечения одинаковых тепловых условий (одинаково близ­ ких к предельным) работы тепловыделяющих элементов. На начальной стадии проекта ВВЭР (1957-1958 гг.)бшш сделаны попытки разрабо­ тать простой и надежный регулятор расхода воды в каждой кассете в соответствии с мощностью. К такому решению подталкивали тради­ ции канальных реакторов, обладавших этой возможностью. Основным параметром регулирования была температура воды на выходе из кас­ сет. В качестве одной из возможных конструкций рассматривался сильфонный терыорегулятор.

Помимо конструктивных трудностей создания надежного термо­ регулятора дальнейшее развитие этой системы приостановила труд­ ность другого характера. Рассматриваемое нами нейтронное поле в реакторе (условно его можно назвать "макрополе") имеет значитель­

ные градиенты дяжя в пределах отдельных кассет, так что неравно­ мерность тепловыделения в отдельных кассетах от "макрохода" нейт­ ронного поля может достигать 1,3. Перемешивание воды в кассетах ВВЭР невелико, так что неравномерность тепловыделения по сечению кассеты проявляется в результате в неравномерности подогрева вода в отдельных струях. Специальные исследования, проведенные примени­ тельно к кассетам ВВЭР-I, показали, что ход подогрева воды на вы­ ходе из пучка твэл уменьшается по сравнению с ходом тепловыделе­ ния в пучке не более, чем на 30$, т.е. коэффициент неравномерно-

151

схи тепловыделения 1,3 обусловит коэффициент неравномерности подогрева воды в струях данной кассеты 1,21 или более.

Цри столь значительной неравномерности тепловыделения в

отдельных кассетах оптимизируемое распределение расхода должно ориентироваться не на среднее тепловыделение в кассете, а на его даксимальное значение в поперечном сечении. 5 противном случае вусловиях активной зоны ВВЭР-I не может быть реализован тот ре­ зерв улучшения температурного режима наиболее горячих кассет,

который заложен в возможном перераспределении расхода (при воз­

можном уменьшении макошального подогрева теплоносителя в струе о 50° до 39° он остается неизменным). Таким образом, регулиру­ емым параметром в оптимальной конструкции регулятора должна быть не средняя температура на выходе кассеты, а максимальная

температура (выходная температура "горячей струи" в пучке твэл).

Разработка такого регулятора успеха не имела.

В то же самое время (1957 г.) был разработан и внедрен наиболее подходящий в условиях нестабильного поля тепловыделе­ ний опособ однозначного распределения (профилирования) расхода теплоносителя, названный профилированием по"кривой максимальг-

ных мощностей". Для выбранной последовательности перемещения поглотителей СУЗ в активной зоне производится расчетный анализ нейтронных полей и определяются максимальные значения мощности каждой кассеты, возможные в течение всего рабочего периода, при­ чем ориентироваться следует также на максимальное поле в сече­ нии кассеты. Огибающая этих максимальных значений -"кривая мак­ симальных мощностей" служит рекомендацией для распределения расхода. При таком распределении расхода в разных точках актив­ ной зоны в разное время кампании будут достигаться практически

152

одинаковые температурные условия работы твэл. На рис.2.2-5 при» ведена "кривая максимальных мощностей" 1-го блока НВАЭС и осу­ ществленное при пуске реактора профилирование расхода теплоно­ сителя по кассетам. Неравномерность распределения расхода ха­ рактеризуется коэффициентом 1,2. Обращает на себя внимание тот факт, что несмотря на отсутствие в ВВЭР-I специальных мер по вы­ равниванию нейтронного поля его нестабильность из-за влияния ор.

ганов регулирования вынуждает осуществлять довольно равномерное распределение теплоносителя.

Выравнивание нейтронного поля ВВЭР-I в ходе эксплуатации реактора сделало необходимым увеличить расход в периферийных ря­ дах кассет (удалив дроссельные шайбы на входе в кассеты) и тем самым еще более снизить неравномерность распределения расхода.

Осуществление специальных мер по выравниванию тепловыделения

(введение зонной загрузки и перестановок топлива) позволяет ре­ шить задачу уравнивания теплового режима всех кассет и твэл практически без профилирования расхода. Так,в реакторе ВВЭР-3

только в 60 периферийных кассетах установлены дроссельный шай­ бы, уменьшающие расход в них до 0,7 от расхода в недросселиро-

ванных кассетах. В результате коэффициент неравномерности рас­ хода составляет всего 1,053. В остальных реакторах ВВЭР профи­ лирование расхода исключено полностью, т.к. после введения бор­ ного регулирования были предприняты дальнейшие шаги по уплощенш нейтронного поля.

Большая эффективность органов регулирования является такм причиной сильного искажения осевого нейтронного поля и источни­ ком больших неравномерностей тепловыделения по высоте активной зоны.