Электростанции
Навигация
- Меню сайта
Роль температурного эффекта реактивности
|
Водо-водяные реакторы. Мощностной и температурный коэффициенты реактивности в реакторах этого типа отрицательны. На структурной схеме их отражают отрицательные обратные связи, охватывающие звено — математическую модель активной зоны. Наличие этих связей создает свойства положительного саморегулирования, что делает реактор устойчивым объектом регулирования. Следует, однако, учитывать, что наряду с этим безусловно положительным эффектом случайные отклонения температуры теплоносителя сами могут быть возмущениями реактивности.
Температурный эффект реактивности открывает дополнительные возможности управления реактором [89]. Снижение средней температуры теплоносителя в первом контуре высвобождает положительную реактивность и, если нет никаких воздействий на регулирующие органы реактора, увеличивает его нейтронную и тепловую мощность. Техническим средством управления средней температурой теплоносителя первого контура является изменение давления пара во втором контуре (скользящее давление пара). Средняя температура Ц теплоносителя в первом контуре определяется балансом между подводом теплоты в активной зоне реактора и отводом теплоты Q из первого контура во второй в парогенераторах, причем в равновесных режимах
Q = kF (h - ts),
где k — коэффициент теплопередачи; F — суммарная поверхность теплообмена парогенераторов; ts — температура насыщения во втором контуре, однозначно определяемая давлением пара р0.
Если каким-либо образом понизить давление во втором контуре, то в соответствии с формулой (7.5) изменится тепловой поток Q, что нарушит тепловой баланс первого контура. Если при этом отсутствуют управляющие воздействия на реактор, то увеличение отвода теплоты из первого контура вызовет понижение средней температуры теплоносителя в нем. Это выведет реактор в надкритический режим и будет увеличивать нейтронный поток в активной зоне реактора. Совместным использованием в той или иной пропорции изменения давления пара во втором контуре, перемещения управляющих стержней реактора и изменения концентрации борной кислоты может быть реализован любой закон изменения мощности реактора. Это позволяет рассматривать изменение давления пара во втором контуре как дополнительный способ управления реактором.
Влияние изменения давления на мощность реактора и турбины противоположно. Понижение давления пара без использования других регулирующих воздействий увеличивает нейтронную и тепловую мощность реактора и уменьшает мощность турбины. Возникающее противоречие может быть решено двумя способами. Первый из них связан с повышением мощности турбины открытием ее регулирующих клапанов. Так реализуют нередко применяемую программу регулирования блока с постоянной средней температурой теплоносителя в первом контуре. Второй способ преодоления противоречивого влияния понижения давления пара на мощность турбины и реактора — уменьшение мощности реактора опусканием стержней СУЗ или повышением содержания борной кислоты в теплоносителе первого контура. Таким путем реализуют программу регулирования блока с постоянным положением регулирующих клапанов турбины. Обычно теплоэнергетики, говоря о скользящем давлении пара, имеют в виду именно этот частный случай его применения. При такой программе регулирования понижение давления во втором контуре создает дополнительный оперативный запас реактивности, который в некоторых практически важных эксплуатационных ситуациях может быть эффективно использован для повышения экономичности и улучшения маневренных свойств энергоблока.
Канальные реакторы. Наличие кипящего теплоносителя в технологических каналах реактора связано с изменением в них объемного паросодержания <р при изменениях мощности. Это приводит к изменению реактивности реактора, определяемому паровым коэффициентом реактивности. Исследованиями, проведенными на реакторе РБМК-1000 128], установлено, что в процессе эксплуатации паровой коэффициент реактивности меняется не только по величине, но и по знаку: отрицательный в начале эксплуатации, он становится с течением времени положительным. При этом обратная связь, отражающая влияние парового эффекта реактивности в структурной схеме регулирования реактора, из отрицательной становится положительной, что ухудшает динамические характеристики реактора как объекта регулирования. Частично этот эффект ослабляется влиянием давления на реактивность, поскольку с ростом давления объемное паросодержание уменьшается. Этот эффект был подтвержден испытаниями реактора РБМК-1000, проведенными ЛПИ и ЛАЭС 1891. В одной из серий этих испытаний при выведенном регуляторе давления «до себя» давление пара снижали открытием паросбросных устройств, перепускающих пар в конденсатор, минуя турбину. Регулятор мощности реактора, задание которому оставалось неизменным, воздействием на стержни СУЗ компенсировал возникшие при снижении давления отклонения реактивности. Коэффициент реактивности, найденный по перемещению стержней, составил р. = —1,24-10Г3 МПа"1.
Дополнительные проблемы регулирования мощности реакторов этого типа обусловлены тем, что в процессе эксплуатации с течением времени уменьшается доля запаздывающих нейтронов [28]. Причина этого — выработка определенной части энергии изотопом 230Ри, образуемым в процессе работы реактора при поглощении нейтронов ядрами 238U. При делении же ядер 239Ри выход запаздывающих нейтронов оказывается значительно меньшим, чем при делении ядер основного горючего 236U (см. табл. 3.2). Снижение I приводит к уменьшению периода реактора, а также уменьшает предельно допустимые по условию мгновенной критичности отклонения реактивности.
Теплота от замедлителя нейтронов — графитовой кладки реактора отводится к технологическим каналам реактора и частично к каналам СУЗ посредством промежуточного теплоносителя, в качестве которого используют азотно-гелиевую смесь, продуваемую через специально организованные зазоры между графитом и технологическими каналами. В процессе эксплуатации реактора температура графита trp может изменяться. Это изменяет его замедляющие свойства, энергетический спектр нейтронов и, в конечном счете, реактивность реактора, определяемую температурным коэффициентом реактивности графита dp/dtrp. Исследованиями, выполненными на ЛАЭС [28], установлено, что реактор РБМК-1000 имеет положительный температурный коэффициент реактивности графита dp/dtrр= 4-Ю"6 К . Эффект, связанный с изменением температуры графита, может быть использован для регулирования мощности реактора [28]. Если, например, повысить концентрацию азота в азотно-гелиевой смеси, уменьшится коэффициент теплоотдачи от графита и соответственно повысится его температура. При этом реактор перейдет в надкритический режим, увеличивая нейтронную и тепловую мощность. Поскольку концентрация азота изменяется равномерно по всей активной зоне, азотно-гелиевое регулирование реактора не вносит искажений в ранее достигнутое распределение энерговыделения по активной зоне. Сочетание его с перемещением стержней СУЗ позволяет реализовать разные программы регулирования реактора, в том числе программу с неизменной температурой графита.