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

52

1.2.3. удаддчеаае. цйВДййтдл.др9дааолйтедьдййти

ооттшj&wmmmz

Как уже подчеркивалось, для обеспечения оптимальных компо­ новочных и строительных решение увеличение мощности блока долж­ но сопровождаться увеличением мощности и производительности основного оборудования. Стремление уменьшать удельные капиталь­ ные затраты в серийных установках и рационально использовать производственные мощнооти заводов-изготовителей приводит к то­ му, что тенденция укрупнения оборудования приобретает самостоя­ тельный характер, вне связи с увеличением мощности блока. Элект­ рическая мощность АЭС, обеспечиваемая одной циркуляционной пет­ лей первого контура, включающей парогенератор и ГЦН, составляет:

Выше уже обращалось внимание на вынужденное несоответствие мощности блока и мощности петли в реакторной установке ВВЭР-440,

Более современный и экономичный вариант установки такого уровня мощности должен обслуживаться двумя петлями. Такая разработка

(ВВЭР-500) базируется на основное оборудование, создаваемое для реактора ВВЭР-1000.

53

Укрупнение оборудования безусловно требует существенного

повышения его надежности, а это в свою очередь позволяет перес­ мотреть некоторые основы, закладываемые в принципиальную схему

установки, компоновку оборудования и способы обеспечения ре­ монта.

Опыт, накопленный по всем установкам ВВЭР, позволяет рас­

считывать на такое повышение надежности и подтверждает целесо­ образность упрощений компоновочных решений и принципиальной схемы.

Напомним, что в первом реакторе ВВЭР каждая петля разме­

щается в отдельном боксе, который кроме того разделен на от­ дельные отсеки, выгораживающие основное оборудование: парогене­

ратор, насосы, задвижки. На втором блоке НВАЭС каждый бокс со­ держит по две петли, а блок ВВЭР-440 имеет объединенный бокс

с шестью петлями и с выгородкой ("палубой") для электроцривод-

ной части Щ Н и приводов главных задвижек. Такое изменение принципа компоновки не ухудшило условий обслуживания и не ока­ зало отрицательного влияния на надежность блока в целом.

Следующим шагом в создании простой и компактной установки должен стать отказ от главных запорных задвижек в петлях реак­

торных установок ВВЭР-1000 и ВВЭР-500. Головная установка

I

ВВЭР-1000 на 5-м блоке НВАЭС выполняется с задвижками на петлях,

что оправдано именно для первой установки, в которой полезно иметь дополнительные возможности маневрирования, ожидая пони­ женную надежность головных образцов оборудования в отличие от серийных. Подтверждением такой позиции может служить пп/т

освоения бессальниковых насосов на I-м блоке НВАЭС.

55

2)реакторная установка ВВЭР-440;

3)реакторные установки ВВЭР-1000 и ВВЭР-500.

Промежуточное место занимает реакторная установка ВВЭР-3 2-го блока НВАЭС. В этой установке были внедрены все основные усовер­ шенствования активной зоны, разработанные для серийного реактора средней мощности и использованные затем в установке ВВЭР-440. Что­ бы не задерживать практическую проверку этих решений, атомная электростанция и реакторная установка были укомплектованы в основ­ ном оборудованием, разработанным для 1-го блока и рассчитанным практически на те же параметры.

Второе поколение реакторных установок ВВЭР было положено в основу первой крупной серии атомных электростанций, поскольку их удовлетворительные экономические показатели сделали эти станции вполне конкурентоспособными со станциями на обычном топливе прак­ тически во всех районах европейской территории Союза.

Основные показатели АЭС трех поколений сравниваются ниже в таблице 1.2-4. Там же приведены показатели трех американских уста­ новок: первой промышленной электростанции "Янки-I", головной стан­ ции средней мощности "Сан-Онофр" и типовой установки фирмы "Вестин-

гауз" мощностью 1165 Мвт.эл.(нетто). Можно видеть, что характери­ стики активных зон отечественных реакторов находятся на уровне зарубежных или опережают их.Первый блок НВАЭС в год его пуска был самой мощной атомной электростанцией в мире. Обращает на себя вни­ мание тот факт, что зарубежные станции используют турбогенераторы значительно большей мощности, что позволяет реализовывать монобло­ ки реактор - турбина.

Смонтировано 8 петель; по условиям эксплуатации восьмая петля Является полностью резервной.

58

1.3. ЦАНКНРКПНОСТЬ И РАЗВИТИЕ Ц Р И Ш Ш Ю В РЕГУЛИРОВАНИЯ АЭС с ВВЭР

Дополнительно к компактности и относительной простоте уст­

ройства, что обеспечивает хорошие экономические показатели,

А Х с ВВЭР обладают еще очень важной технической чертой - прос­

тотой управления и хорошей маневренностью.

Немаловажное значение для надежной и безопаоной работы реакторной установки имеет выбор наиболее пелесообразных прин­ ципов регулирования и определение целесообразных режимов эксп­ луатации АХ.

Как отмечено выше, уже на начальных стадиях разработки было обращено внимание на ценную способность реактора к само­ регулированию. Однако в ходе дальнейшего изучения было уточнено,

что полное саморегулирование мощности по нагрузке турбогенераторов может иметь лишь реактор с низкотемпературны­ ми или высокообогащенными тепловыделяющими элементами, обладаю­ щий достаточно малым мощностныы эффектом реактивности. Примером такого реактора являлся разрабатывавшийся на первом этапе реак­ тор с запальной структурой активной зоны (с"разнородным обога­ щением"). В таком реакторе изменения реактивности определяются главным образом свойствами высокообогащенных кассет, которые,

в свою очередь, имеют две важные особенности: малый резонансный захват в уране-238 (из-за относительно малого его содержания)

и достаточно высокая теплопроводность сердечника тепловыделяю­ щего элемента, выполненного из уран-алюыиниевой металлокерамики;

высокая теплопроводность твэлов обуславливает сравнительно низ­ кую их температуру и ее малое изменение при изменениях мощности,

59

в результате чего обеспечивается небольшая величина допплер-эф­ фекта в резонансном захвате. Высокотемпературная часть топлива -

двуокисные твэлы, формирующие кассеты с естественным ураном, дает малый вклад в изменения реактивности и несущественно увеличивает абсолютное значение мощноетного эффекта реактивности реактора.

При наличии достаточно большого (больше 10"^ на 1°С по аб­ солютной величине) отрицательного температурного коэффициента ре­ активности можно обойтись без регуляторов в реакторе для поддер­ жания его мощности в соответствии с изменяющейся нагрузкой

(регуляторы необходимы для отработки эффекта отравления и других эффектов реактивности). Уменьшение мощности турбогенератора со­ провождается уменьшением отбора пара из парогенераторов, в резуль­ тате чего давление в парогенераторах начинает расти из-за избы­ точного в начале процесса подвода тепла со стороны первого кон­ тура. Рост давления (и температуры насыщения) в парогенераторе уменьшает температурный напор в нем и, следовательно, отвод теп­ ла из первого контура, что при неизменной мощности реактора при­ водит к увеличению температуры первичного теплоносителя и появ­ лению отрицательной реактивности. Мощность реактора начинает уменьшаться; конечное равновесное состояние при нулевом мощност-

ном эффекте реактивности достигается при первоначальном значе­ нии температуры в первом контуре и мощности реактора, соответст­ вующей отбору тепла из парогенератора. Давление в парогенерато­ ре возрастает по мере повышения температуры насыщения, обеспечи­ вающего уменьшение температурного напора в парогенераторе соот­ ветственно новому значению мощности. При увеличении нагрузки про­ цесс идет соответствующим образом с противоположным изменением

60

параметров. Весь цроцесс имеет характер затухающих колебания;

постоянная времени процеоса определяется соотношением полной теплоемкости оиотемы (первый контур и парогенераторы) и тепло­ вой мощности, т.е. характерным временем разогрева или охлажде­ ния всей оиотемы; скорость затухания колебательного процеаоа определяется абсолютным значением температурного коэффициента реактивности. На рио.1.3-1 в качестве щшмера показаны измене­ ния параметров оиотемы в опиоанном процеосе саморегулирования для двух значений температурного коэффициента. Следует обратить шикание на то, что при наличии в уотройотве реактора запазды­ вания (сдвига во времени) между моментом изменения нейтронной мощности и моментом вызванного им изменения темпера­ туры теплоносителя, воздействующего на реактивность, возмож­

но появление неустойчивости (незатухающих колеоаний мощности)

в случае большой абсолютной величины отрицательного температур­ ного коэффициента реактивности.

Активная зона с "однородным обогащением".выполненная из двуокиси урана, обладает значительным отрицательным мощноотным эффектом реактивности, связанным о высокой рабочей температурой двуокиси урана и большим ее изменением при изменениях мощности,

что обусловлено крайне низким значением теплопроводности спечен­ ной двуокиси. Это свойство является чрезвычайно важным для бе-

зопасности водо-водяных реакторов, т.к. обеспечивает надежное ограничение мощности при любых возможных аварийных ситуациях.

В то же время значительный мощностной эффент ограничивает воз­ можности саморегулирования реакторной установки. В описанном выше процеосе уменьшения нагрузки турбогенератора конечное рав­ новесное соотояние устанавливается не при первоначальном значенш