Материал: Лескин С.Т., Шелегов А.С., Слободчук В.И. Физические особенности и конструкция реактора ВВЭР-1000

•при останове реактора на перегрузку по выработке запаса реактивности на выгорание из зоны выгружается только часть ТВС, имеющих максимальное выгорание;

•оставшиеся в зоне ТВС переставляются с тенденцией «больше выгорание – ближе к центру»;

•на периферийный ряд устанавливаются свежие ТВС. Также некоторая часть, в зависимости от выбранного топливного цикла, устанавливается в отдаленные от периферии ряды, но отдельными единицами, в окружении выгоревших;

•в так называемых стационарных загрузках, которые следуют за первыми одной-двумя переходными, используются ТВС одного типа обогащения. В переходных загрузках выгорание моделируется применением ТВС меньшего обогащения.

Очевидно, что, перемещая ближе к центру, в сторону увеличения нейтронного потока Φ выгоревшие ТВС с меньшим сечением

деления Σf, мы уменьшаем энерговыделение ~ Σf Φ центрального района, чем добиваемся снижения неравномерности.

В некоторых загрузках в отдельные ячейки периферийного ряда устанавливаются выгоревшие ТВС при сохранении общего числа загружаемых свежих. Такая установка имеет другой, более тонкий физический смысл. Компоновку зоны она усложняет, поскольку приводит к энергетической разгрузке периферийных ТВС, относительное энерговыделение которых Kq менее единицы, и нагружает и без того нагруженный центр. Но следует обратить внимание на то, что выгоревшие ТВС устанавливаются в районе максимального всплеска тепловых нейтронов, т.е. максимальной утечки быстрых. В результате снижается градиент быстрых нейтронов на границе активной зоны, соответственно снижается утечка быстрых нейтронов из зоны и как бы получается их экономия в целом. Это реально увеличивает Кэф. и запас реактивности на выгорание.

Длительность кампании увеличивается примерно на двое эффективных суток.

В настоящее время наиболее широко используются топливные циклы, при которых при перегрузке выгружается одна треть или одна четверть зоны. Естественно, что для обеспечения необходимой длительности кампании в случае выгрузки меньшей части

16

зоны используются ТВС подпитки с большим обогащением. Данные по топливным циклам сведены в табл. 1.5.

Из таблицы следует, что в применяемых в настоящее время топливных циклах длительность работы загрузки составляет около 280 эффективных суток. При КИУМ, с которым эксплуатируются реакторы ВВЭР (0,75−0,8) такая длительность образует годовой цикл. Поэтому топливные циклы называются трехили четырехгодичными. Однако сейчас прорабатываются циклы с увеличенным до ~ 350 эф. сут временем работы загрузки, что позволит резко увеличить КИУМ.

1.4. Управление ядерным реактором

При эксплуатации реакторов ВВЭР системы регулирования выполняют следующие функции:

•оперативное регулирование мощности, включая автоматическую разгрузку реактора при технологических нарушениях;

•выполнение аварийного останова (срабатывания аварийной защиты) при предельных технологических нарушениях;

•перевод и удержание в подкритике активной зоны реактора (при необходимости в любой момент кампании, при любых технологических параметрах);

•компенсация запаса реактивности на выгорание и других эффектов реактивности;

•вывод реактора на МКУ.

Система управления и защиты ВВЭР-1000 состоит из двух подсистем:

1) «механическая» система управления служит для компенсации быстрых эффектов реактивности, связанных с изменением состояния реактора и перевода его в подкритическое состояние;

17

2) «жидкостная» система регулирует мощность реактора изменением концентрации борной кислоты в теплоносителе первого контура для компенсации медленных изменений реактивности и его останова.

Зависимость эффективности систем регулирования от температуры

Изменение эффективности механических СУЗ определяет зави-

симость от температур двух нейтронно-физических характеристик:

1)уменьшение микроскопического сечения поглощения σа поглотителя.

Оно уменьшает эффективность поглотителей, но незначительно, поскольку сечение поглощения всех материалов активной зоны, включая топливо, уменьшается по одному закону, т.е. относительное количество нейтронов, захваченных поглотителем, практически не меняется;

2)увеличение площади миграции нейтронов М2. Оно увеличивает эффективность поглотителей, поскольку как бы увеличивается эффективный радиус действия поглотителя, и это увеличение весь-

ма значительно, поскольку М2 при росте температуры с 20 °С до номинальной увеличивается примерно в 1,5 раза.

В результате полная эффективность механических СУЗ ВВЭР с ростом температуры с 20 °С до номинала увеличивается на

25−40 %.

Наличие борной кислоты в замедлителе несколько уменьшает эффективность СУЗ. Это связано с общим «ужесточением» нейтронного спектра. Для рабочих параметров и при увеличении концентрации борной кислоты с нуля до максимальной рабочей это уменьшение составляет около 5 %.

Изменение эффективности борной кислоты в зависимости от температуры теплоносителя практически целиком определяется изменением макроскопического сечения поглощения бора-10 Σa = σaρ, где ρ − объемная концентрация ядер бора-10. При росте

температуры оба сомножителя уменьшаются.

Уменьшение первого сомножителя, микроскопического сечения σа, слабо влияет на эффективность по тем же причинам, что и в случае описанном выше.

18

Объемная концентрация ядер бора ρ уменьшается с ростом

температуры пропорционально уменьшению плотности воды. Практически в этой пропорции уменьшается и эффективность борной кислоты. Этот эффект уже описывался выше, когда рассматривалась зависимость температурного эффекта от концентрации борной кислоты. При изменении температуры теплоносителя в рабочем интервале (табл. 1.6) от 20 °C до номинальной, эффективность борной кислоты падает примерно на 20 % .

Таблица 1.6

Эффективность систем регулирования (1 загрузка бл. 1 РоАЭС, 1 загрузка бл. 4 НВАЭС)

Оперативное регулирование мощности

Оперативное регулирование мощности обеспечивает:

•поддержание стационарного уровня мощности реактора;

•плановый перевод реактора с одного уровня мощности на другой;

•автоматическую разгрузку реактора при технологических нарушениях.

Исполнительным органом во всех перечисленных режимах является управляющая группа СУЗ. В тех случаях разгрузки, когда не хватает эффективности регулирующей группы, ее действие усиливается другими группами ОР СУЗ.

В зависимости от технологического режима управление регулирующей группой осуществляется вручную, ключом управления или автоматически, через воздействие следующих средств автоматики:

•автоматического регулятора мощности АРМ;

•устройства разгрузки и ограничения мощности РОМ;

19

• сигналов ускоренной разгрузки УРБ и предупредительной защиты ПЗ-1,2 (ВВЭР-1000).

Движение регулирующей группы в активной зоне во всех режимах управления (за исключением сигнала АЗ – II ВВЭР-440) происходит с рабочей скоростью 20 мм/с. Приоритетность действия сигналов и алгоритмы движения ОР СУЗ при действии каждого из них приведены в табл. 1.7.

Выбор конкретных групп СУЗ по положению в зоне в качестве регулирующей зависит от выбранного топливного цикла. Поскольку топливный цикл постоянно совершенствуется, то на однотипных блоках с разными топливными циклами могут быть разные регулирующие группы.

Основные критерии выбора регулирующей группы – минимальное влияние на неравномерность энерговыделения при движении группы в зоне и оптимальная для регулирования, сопоставимая с мощностным эффектом эффективность 1÷1,5 %.

Поддержание стационарного уровня мощности осуществляется совместной работой с регулирующей группой регулятора АРМ. АРМ включается в работу в режиме «N» − режиме поддержания постоянной нейтронной мощности. Управляющие сигналы по уровню мощности для АРМ в этом режиме формируются в АКНП, поэтому важно своевременно корректировать показания АКНП по СВРК, о чем говорилось ранее.

Таблица 1.7 Приоритетность действия сигналов и алгоритмы

движения ОР СУЗ