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

164

до 1,18-1,20. Это является дополнительным резервом повышения мощности реактора после внедрения достаточно развитой системы внутриреакторных измерений, подтверждающей с необходимой точно­ стью в ходе эксплуатации реактора реализацию ожидаемых измене­ ний нейтронного поля. Эксплуатируемые в настоящее время уста­ новки ВВЭР-440 обеспечены температурным контролем воды на вы­ ходе большинства рабочих (неподвижных) кассет. Обработка ре­ зультатов измерений температуры в стаоильных условиях

на больших уровнях мощности позволяет сопоставить факти­

ческие данные эксплуатации с результатами расчетов. На основа­ нии этого сопоставления можно констатировать, что распределе­ ние мощности реактора по кассетам активной зоны описывается программами БИПР с погрешностью до 10%, при этом максимальное значение коэффициента неравномерности в мощности кассет совпа­ дает с расчетным значением с точностью +5%.Однако прямое исполь­ зование данных замера температур не позволяет получить опера­ тивную информацию о неравномерности тепловыделения с этой же точ­ ностью, так как на значения температур воды на выходе кассет вли­

Сопоставление расчетных и экспериментальных распределений

мощности по кассетам, проведенное для одного из эксплуатацион­

рис. 2.2-13.

Дальнейшее увеличение глубины выгорания топлива, планиру­ емое в реакторах ВВЭР-1000, повышает различие размножающих свой­ ств различных областей активной зоны и затрудняет сохранение до­ стигнутых в ВВЭР-440 значений неравномерности без применения специальных средств.

- расчет - измерение

Н о м е р а к а с с е т

Рис.2.2-12. Расчетная и измеренная неравномерность в мощности рабочих кассет К^,-

167

Ниже в таблице 2.2-2 приведет применительно к реактору ВВЭР-1000 значения коэффициентов неравномерности распределения мощности по кассетам, которые могут быть получены в одном из вариантов активной зоны при различных глубинах выгора­ ния и соответственно различных обогащениях топлива подпитки

(стационарный режим, три перегрузки за кампанию).

Указанные значения коэффициентов неравномерности при болнних выгораниях превышают значения, необходимые для реализа­ ции проектной мощности.

Наиболее простой способ снижения неравномерностейумень­ шение начальных размножающих свойств кассет за счет применения выгорающего поглотителя. Из результатов, приведенных на рис.

2.2-14,видно, что использование выгорающего поглотителя су­ щественно сникает коэффициент неравномерности, практически не изменяя продолжительности кампании топлива. Поэтому проектом предполагается в свежих кассетах подпитки расположить стержне­ вые (блокированные)выгорающие поглотители. Выгорающие поглоти-

Рис.2.2-14. Зависимость коэффициента неравномерности энерговыделения и глубины выгорания для стационарного режима ВВЭР-1000 от содержания бора в стержнях выгорающего

поглотителя.

169

тели будут располагаться в 12-ти трубочках кассетного пучка,

предназначенных для поглощающих элементов органов СУЗ.

В данном случае выгорающий поглотитель оказывается полез­ ным средством увеличения выгорания топлива (длительность кампа­ нии) из-за воздействия на неравномерность тепловыделения, в от­

личие от двух других случаев его применения в ВВЭР, когда он способствует увеличению компенсируемого запаса реактивности на выгорание (ВВЭР 1,2 и 3) и сохранению температурного коэффициен­ та реактивности в области отрицательных значений при борном ре­ гулировании (ВВЭР-440).

Одной из важных особенностей сильно уплощенного нейтронно­ го поля является его повышенная чувствительность к возможным из­

менениям размножающих свойств среды. Возмущения свойств чреваты

а

значительными отклонениями в распределении мощности, выходящими за рамки допустимых. В этой связи на первый план выступают пере­ ходные процессы на ксеноне-135, происходящие при изменениях мощно­ сти реактора, сопровождающихся перемещением стержней автоматичес­ кого регулирования и изменением пространственного распределения мощности.

Размеры реакторов ВВЭР (по сравнению с длиной миграции пейтронов) весьма велики , и поэтоглу в них могли оы создаться благоприятные условия для возникновения ксенонных колебаний мощ­ ности, особенно при уплощении нейтронного поля. Решающим стаби­ лизирующим фактором является большой отрицательный мощностной коэффициент реактивности, который эффективно уменьшает величину первичного возмущения свойств активной зоны от образования ксе­ нона-135 и существенно отодвигает границу неустойчивости, а также уменьшает возможные отклонения нейтронного поля в переходных про­ цессах.

170

В реакторе ЕВЭВ-440 проблемы ксенонных "качаний" мощно­ сти не возникает,так «як появляющиеся колебания носят аперио­ дический характер, а связанные с ними изменения неравномерно­ сти распределения мощности по радиусу и высоте активной зоны-

невелики.

Характерными размерами, определящими возможность появ­ ления ксенонных колебаний, являются радиус активной зоны и ее высота, причем "эффективный" раамер увеличивается с уплощением поля.

Напомним, что радиус активных зон всех реакторов ВВЭР

(кроме ВВЭР-2) составляет примерно 1,5 м, высота - 2,5 м (кроме ВВЭР-1000, у которого высота активной зоны - 3,5 м. Таким об­ разом,наиболее возможным является возникновение высотных ксенон­ ных колебаний и .практически ,только в реакторе ВВЭР-1000.

Баиболнпие деформации поля прггработе на номинальной мощ­ ности возникают в переходных процессах с умеренным снижением на­ грузки (до 40-50$) и последующим (через несколько часов) ее вос­ становлением до номинальной, причем в тех случаях, когда стерк-

ни регулирования занимают наиболее неблагоприятное положение по высоте активной зоны с точки зрения искажения распределения мощ­ ности. Примером такого искажения является режим, показанный на рис.2.2 - 15 . В целях уменьшения возмущений распределения мощ­ ности желательно в некоторых случаях путем иэяенения концентра­ ции борной кислоты привести стержни автоматического регулирова­ ния в крайнее нижнее положение и поддерживать их в этом положе­ нии в течение времени, пока реактор работает на пониженной мощ­ ности. Для обеспечения возможности выравнивания распределения мощности во всех режимах в проекте ВВЭР-1000 предусмотрены груп­ пы управляющих стержней половинной длины. Стратегия работы эти

172

стержней показана на рис.2.2 - 16 . Для выравнивания поля до­

статочно, чтобы уменьшение размножающих свойств активной зоны при введении этих стержней составляло 0,01 (при полной высоте их эффективность в единицах реактивности была бы 0,01). Целе­ сообразность такого способа подавления коенонных колебаний ха­ рактеризуется следующими цифрами: максимальный коэффициент вы­ сотной неравномерности поля для первой загрузки ВВЭР-1000 со -

ставляет 1,78; с использованием половинных стержней можно рас­ считывать добиться в переходных процессах значения этого коэффи­ циента не более 1,55; максимальное стационарное значение состав­ ляет 1,41. Следует подчеркнуть важность в этом процессе оптималь ного управления распределением мощности достаточно развитой си­ стемы внутриреакторных измерений, обеспеченной оперативной ма­ шинной обработкой результатов измерений, что и является состав­ ной частью системы управления ВВЭР-1000.

Рассмотренные выше неравномерности тепловыделения харак­ теризуют собой "макроподе", на которое накладывается "тонкая структура" - отклонения нейтронного поля и связанных с ним теп­ ловыделений от средних значений в данном районе. В ВВЭР имеет­ ся два основных источника "микронвравномерности", приводящие в некоторых случаях к очень существенным отклонениям тепловыделе­ ний от средних значений. Первый - связан с различием свойств от­ дельных топливных кассет, второй - с нарушениями монотонности решетки тепловыделяющих элементов и появлением различных водя­ ных полостей и областей с нониженным поглощением тепловых нейт­ ронов.

Первый источник характерен в первую очередь для активных зон с одинаковыми средними свойствами, какими являлись активные зоны ВВЭР-I и ВВЭР-2, (напомним, что мы огра -

Старям гртпдн АР (регуляторлоцкости)

Рис.2.2-16. Схема движения стержней управления ("У") для подавления простран­ ственных ксенонннх колебаний по высоте активной гоны.