Приложение
к Решению № КЛНАЭС
АДАПТИРОВАННЫЕ ДЛЯ ЭНЕРГОБЛОКОВ 1,2 КАЛИНИНСКОЙ АЭС У-АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ЭНЕРГОВЫДЕЛЕНИЯ РЕАКТОРА
Для внедрения адаптированных У-алгоритмов на 1,2 энергоблоках необходимо принять следующие изменения:
- кроме 10 и 5 групп ОР СУЗ для управления полем энерговыделения дополнительно использовать 9 и 8 группы ОР СУЗ;
- перенести передачу движения при движении групп ОР вниз с 20% на 50% высоты активной зоны;
- расчёт офсета производить как
, где NB и NН – текущие значения мощности верхней и нижней половин активной зоны, соответственно; N=NB + NН;
- при управлении полем энерговыделения использовать, описанные ниже алгоритмы.
Контроль энерговыделения.
Энерговыделение активной зоны характеризуется скалярными величинами и массивами чисел – распределениями. Распределения задаются по ячейкам активной зоны (j) или (i, j), где i – номер ТВС, j – номер высотного слоя (от низа активной зоны).
Параметры энерговыделения:N – текущая мощность реактора (предоставляется СВРК).
Nном – номинальная мощность реактора (3000 МВт).
Nпов – повышенная мощность реактора (3120 МВт).
Nдоп – мощность реактора, максимально-допустимая при текущем состоянии оборудования.
Qlijk – максимальное линейное энерговыделение в j слое k твэл i ТВС, Вт/см (предоставляется СВРК).
Qlijkдоп – максимально допустимое значение линейного энерговыделения в j слое k твэл i ТВС, Вт/см (предоставляется СВРК).
Kvij – относительное энерговыделение в ячейке (i, j) активной зоны, равное отношению мощности энерговыделения в данной ячейке к средней мощности (предоставляется СВРК).
Kvijдоп – максимально допустимое значение Kvij на мощности Nдоп (предоставляется СВРК для каждой ячейки активной зоны1).
Kv = maxKvij – коэффициент неравномерности распределения энерговыделения по объёму активной зоны (предоставляется СВРК).
Kqi – относительная мощность энерговыделения i ТВС, равная отношению её мощности к средней мощности ТВС (предоставляется СВРК).
Kq = maxKqi – коэффициент неравномерности распределения энерговыделения по ТВС (предоставляется СВРК).
Kqдоп – максимально допустимое Kq на мощности Nдоп.
АО – мгновенный аксиальный офсет, отвечающий текущему распределению ксенона (предоставляется СВРК)
,
где NB и NН – текущие значения мощности верхней и нижней половин активной зоны, соответственно; N=NB + NН.
АО* – равновесный аксиальный офсет, отвечающий равновесному (стационарному) распределению ксенона (предоставляется СВРК, см. ниже п.3).
Ограничение интегральной мощности энерговыделения активной зоны:N ≤ Nдоп
Ограничение относительного энерговыделения на мощности N≤Nдоп:
Qlijk ≤ Qlijkдоп,
Kvij ≤ ψ⋅Kvijдоп,
Kq ≤ ψ⋅Kqдоп,
где ψ=1/(0.83⋅N/Nдоп+0.17).
Функция ψ задаёт консервативную зависимость предельных значений Kvij и Kq от текущей мощности реактора (см. ниже п.3 и рисунок 4).
Управляющие воздействия. Движение органов регулирования (ОР). ОР могут перемещаться с рабочей скоростью 2 см/с, индивидуально или в составе групп ОР (рисунок 1), а также падать под действием силы тяжести. Минимальный шаг перемещения ОР – 2 см. При движении с рабочей скоростью предельное верхнее и нижнее положения ОР находятся соответственно на верхнем (ВКВ) и нижнем (НКВ) концевых выключателях, при падении ОР нижнее предельное положение – на нижнем жёстком упоре (НЖУ). На рисунке 2 показано расположение ВКВ, НКВ, НЖУ относительно активной зоны. Изменение положения ОР в индивидуальном и групповом режимах обеспечивает изменение мощности и распределения энерговыделения. Извлечение/погружение ОР обеспечивает увеличение/снижение мощности реактора и увеличение/снижение мощности ТВС, в которых перемещаются ОР, и их ближайшего окружения, а также увеличение/снижение локальной мощности энерговыделения участков топливных элементов (твэл/твэг) вблизи нижней границы поглощающих стержней ОР. При движении группы ОР СУЗ от ВКВ вниз значение офсета уменьшается. При достижении некоторой точки, расположенной обычно ниже середины активной зоны, движение группы вниз приводит к увеличению офсета. Эта точка называется «точкой переворота офсета». Её расположение может зависеть от топливной загрузки и момента выгорания топливной кампании. Таким образом, движение нижней границы поглощающих стержней ОР в направлении этой точки уменьшает значение офсета, движение в направлении от неё увеличивает значение офсета. Наличие эффекта «переворота офсета» следует учитывать при управлении ксеноновыми процессами. В ручном и автоматическом режимах обеспечивается перемещение одной группы без передачи движения и перемещение групп с передачей движения. Передача движения происходит на 50% или 100% высоты активной зоны (топливного столба) соответственно при движении групп вниз или вверх. В условиях нормальной эксплуатации для управления используются четыре «управляющие» группы с номерами: 5, 8, 9, 10 (рисунок 1). При движении управляющих групп должна сохраняться следующая последовательность: Н8≥Н9≥Н10. Использовать 5 группу допускается при нахождении 8, 9 групп ОР СУЗ на ВКВ. Допускается снижение мощности реактора за счёт погружения групп ОР СУЗ в штатной последовательности без ограничения их конечного положения, после чего в течение 12 часов все погруженные группы, кроме группы 10, должны быть извлечены на ВКВ, а группа 10 переведена в допустимый интервал положений (рисунок 3). Для подавления аксиальных ксеноновых колебаний при работе на постоянном уровне мощности допускается погружение управляющих групп, на время не более 12 часов, с соблюдением ограничений: H8≥90%, H9≥80%, H10≥70% или Н5≥60% при условии, что H8=ВКВ, H9=ВКВ, H10≥70%. По сигналу АЗ-3 обеспечивается автоматическая разгрузка реактора последовательным погружением групп с передачей движения. Для подавления или предупреждения ксеноновых колебаний допускается погружение одного ОР, принадлежащего управляющей группе, на время не более 6 часов. По сигналу УРБ обеспечивается ускоренная автоматическая разгрузка реактора за счёт падения группы УРБ. По сигналу АЗ-1 обеспечивается остановка реактора за счёт падения всех групп. Водообмен.Уменьшение или увеличение концентрации борной кислоты в теплоносителе первого контура (водообмен) соответственно вводом дистиллята или концентрата борной кислоты (концентрата) обеспечивает соответственно увеличение или снижение мощности реактора при незначительном воздействии на распределение энерговыделения. В ходе кампании эффективность воздействия ввода дистиллята снижается до нуля (поскольку находится в прямой зависимости от концентрации борной кислоты в теплоносителе).
При условии поддержания постоянной мощности реактора перемещение группы ОР должно компенсироваться изменением концентрации борной кислоты или движением другой группы ОР. В последнем случае группы должны перемещаться в противоположных направлениях, при этом меняется дистанция групп – расстояние по вертикали между нижней границей поглотителя ОР.
Информационная поддержка оператора. Оператор использует специальные средства информационной поддержки на основе предоставляемых на мониторах СВРК данных о текущем состоянии и предыстории реактора. В составе СВРК работает программа ИР (Имитатор Реактора), обеспечивающая функции расчётного контроля и прогнозирования состояния реактора. Ориентированные на управление энерговыделением активной зоны форматы представления информации на мониторах СВРК содержат:- графики изменения мощности реактора, мгновенного и равновесного значений офсета, прогнозируемого офсета, положения групп ОР, расчётной и измеренной концентрации борной кислоты в теплоносителе, прогнозируемой критической концентрации борной кислоты в теплоносителе; численные текущие значения прогнозируемой скорости ввода в первый контур дистиллята/концентрата для компенсации ксеноновых процессов отравления/разотравления; численные текущие значения положения управляющих групп ОР, средней входной температуры и подогрева теплоносителя в активной зоне, реактивности, значения Kv и Kq; профиль высотного распределения мощности энерговыделения (значения Kvij - средние и максимальные по активной зоне, а также по отдельным ТВС) и его предельно-допустимые значения; картограммы распределения мощности энерговыделения – Kqi и Kvij; фазовые диаграммы (Kq-мощностная, Kv-мощностная, офсет-мощностная, офсет-офсетная); текстовые сообщения (подсказки, рекомендации, предупреждения).
- текущее значение реактивности (глубина подкритичности); текущее значение пусковой концентрации борной кислоты; текущее значение критической концентрации борной кислоты.
- выгорание ксенона – рост реактивности после подъёма мощности (концентрация 135Xe уменьшается за счёт поглощения нейтронов); отравление – уменьшение реактивности непосредственно после снижения мощности или после подъёма мощности и достижения максимума реактивности в ходе выгорания ксенона (концентрация 135Xe увеличивается за счёт распада ядер 135I); разотравление – рост реактивности после достижения минимума в ходе отравления в результате снижения мощности (распад ядер 135Xe).
Начальное возмущение офсета. Положительное или отрицательное приращение офсета (в результате перемещения групп ОР или изменения мощности) возбуждает соответственно восходящую или нисходящую фазу колебаний. Если внесено возмущение офсета в фазе с уже существующими колебаниями, то это увеличивает их интенсивность.
Уменьшение мощности. Уменьшение мощности при неизменном положении ОР СУЗ вызывает начальное увеличение офсета и восходящую фазу колебаний. Если увеличение офсета скомпенсировано погружением группы ОР СУЗ, то начальная фаза ксеноновых колебаний определяется исходной формой высотного распределения йода. Непосредственно после снижения мощности доминирует процесс распада йода и увеличения концентрации ксенона, поэтому для исходного стационарного состояния с отрицательным/положительным значением офсета снижение мощности возбуждает восходящую/нисходящую фазу ксеноновых колебаний. При исходном наличии ксеноновых колебаний снижение мощности ведёт к увеличению их интенсивности (максимально – в точках перегиба временного графика офсета (АО=АО*), минимально – в точках экстремума).
Увеличение мощности. Увеличение мощности при неизменном положении ОР СУЗ вызывает начальное уменьшение офсета и нисходящую фазу колебаний. Непосредственно после увеличения мощности доминирует процесс выгорания ксенона, поэтому фаза ксеноновых колебаний определяется начальным изменением офсета: отрицательное или положительное приращение офсета возбуждает соответственно нисходящую или восходящую фазу ксеноновых колебаний.
Диаметральные ксеноновые колебания. Несимметричное увеличение Kqi в отдельной группе ТВС и снижение Kqi в диаметрально противоположной части активной зоны, при постоянной мощности реактора и отсутствии движения ОР, свидетельствует о наличии диаметральных ксеноновых колебаний. Основные причины возникновения диаметральных ксеноновых колебаний:- несимметричное перемещение ОР, в частности, падение одного ОР или извлечение ранее упавшего ОР; отключение или включение ГЦН.
На пониженной мощности отравление компенсируют извлечением групп, изменением дистанции групп поддерживается значение офсета ~АОниж. При необходимости вводят дистиллят или концентрат.
Подъём мощности выполняют за счёт извлечения групп: группы с номерами меньше 10 извлекаются полностью, группа 10 – до положения не выше предельно допустимого. Если извлечение групп не обеспечило подъём мощности до необходимого значения, дальнейшее увеличение мощности выполняют за счёт процесса выгорания ксенона или ввода дистиллята. При работе на 100% (104%) мощности поддерживают исходное значение офсета AOисх.
Оптимальное управление в отношении изменения локальной тепловой нагрузки на твэлы обеспечивается в том случае, если фазовая точка офсет-мощностной диаграммы возвращается в исходное положение. Управление распределением энерговыделения. Предупреждение и устранение превышения предельно допустимых значений параметров Kvij, Qlijk, Kq.Текущие значения параметров Kvij и Qlijk в каждом высотном слое контролируют с помощью специальных форматов СВРК. При увеличении Kvij или Qlijk до предельно допустимых значений выполняют следующие действия:
- для предупреждения превышения предельных значений Kvij и Qlijk в верхней половине активной зоны, выполняют действия по уменьшению офсета (пп. 2.1.3, 2.3); если предельные значения превышены, то снижают мощность до достижения допустимых значений (предпочтительно погружением управляющих групп в верхнюю половину активной зоны); для предупреждения превышения предельных значений Kvij или Qlijk в нижней половине активной зоны, выполняют действия по увеличению офсета (пп. 2.1.3, 2.3); если предельные значения превышены, то снижают мощность до достижения допустимых значений (предпочтительно вводом концентрата).
Текущие значения Kq контролируют с помощью специальных форматов СВРК. При увеличении Kq до предельно допустимых значений выполняют следующие действия:
- если ТВС с максимальной мощностью находятся/не находятся в пределах первого/второго окружения ТВС с ОР СУЗ рабочей группы, то для предупреждения превышения предельных значений Kq погружают/извлекают рабочую группу в пределах допустимого диапазона за счёт ввода дистиллята/концентрата; если предельные значения Kq превышены, то снижают мощность до достижения допустимых значений.
Если прогнозируется возможность превышения предельно допустимых значений параметров Kvij и Qlijk в ходе диаметральных ксеноновых колебаний, то погружением одного ОР, ближайшего к i ТВС и принадлежащего одной из управляющих групп, предотвращают превышение предельно допустимых значений параметров и обеспечивают подавление колебаний. Движение ОР компенсируют движением управляющей группы или водообменом. Погруженный ОР может находиться в активной зоне не более 6 часов. Погружение ОР допускается в том случае, если в активной зоне нет ОР, не принадлежащих управляющим группам.

Рисунок 1. Распределение ОР СУЗ по группам

Рисунок 2. Положение относительно активной зоны концевых и промежуточных
выключателей (см) и текущего положения ОР (НОР)

Рисунок 3. Допустимые и рекомендуемые положения рабочей группы ОР СУЗ
в стационарных состояниях реактора

Рисунок 4. Ограничение относительного энерговыделения (Kvij) в зависимости от мощности реактора (N)

Рисунок 5. Kq-мощностная и Kv-мощностная диаграммы

Рисунок 6. Офсет-офсетная диаграмма
1 Массив Kvij доп рассчитывается в рамках подготовки Отчёта по подтверждению безопасности текущей топливной загрузки и устанавливается в альбоме НФХ. Результаты расчёта вводятся в СВРК, где обеспечивается контроль ограничений Kvij.


