Глава двадцать первая РЕЖИМЫ РАБОТЫ АЭС
Виды режимов работы
Под эксплуатацией оборудования АЭС понимается работа оборудования на всевозможных режимах после его монтажа. Поэтому режимы работы в первую очередь подразделяются на пусконаладочные и эксплуатационные.
В пусконаладочных режимах проводится первичное опробование всех систем, обкатка оборудования, физический и энергетический пуски блока с целью выявления технологических, проектных и монтажных дефектов и соответствия основных параметров принятым техническим решениям.
При пусконаладочных работах штатные системы контроля добавляются дополнительными временными системами для получения более полной информации о работе оборудования.
При физическом пуске снимаются основные нейтронно-физические характеристики реактора, проверяется работа системы управления и защиты, ее эффективность.
При энергетическом пуске исследуются физические, теплофизические, теплогидравлические характеристики реактора, основные характеристики всего тепломеханического оборудования, опробование и наладка всех систем управления, в том числе и в аварийных ситуациях. Для этого вызывают специальное срабатывание аварийных защит.
Пусконаладочные работы проводятся по специально разработанной программе персоналом станции совместно с разработчиками основного оборудования, представителями проектных, монтажных и наладочных организаций.
После завершения пусконаладочных работ и пробной эксплуатации оборудования на номинальном режиме блок передается в постоянную эксплуатацию. Номинальный режим работы — это работа блока на номинальной мощности. Эксплуатационные режимы подразделяются на режимы нормальной эксплуатации и аварийные. Режимы нормальной эксплуатации включают в себя стационарные (установившиеся) и нестационарные (динамические) режимы.
В стационарных режимах параметры блока остаются постоянными, в нестационарных режимах они изменяются.
Основными эксплуатационными режимами являются стационарные. Динамические режимы связаны с переходными процессами при изменении уровня мощности, с пусками и остановами блока, с различного рода аварийными ситуациями. В настоящее время АЭС, в основном, работают в базисном режиме, когда заданный уровень мощности блока остается постоянным в течение длительного времени. Однако с удельным ростом мощностей на АЭС в общем энергетическом балансе страны возникает необходимость в переменном режиме (режиме регулирования), когда изменение значения мощности следует за суточным графиком электрических нагрузок. В регулируемом режиме станция работает не на номинальной мощности (нёноминальный режим).
Аварийные режимы связаны с нарушениями нормальной работы оборудования, с изменениями тех или иных параметров сверх допустимых пределов.
В качестве основных аварийных режимов на АЭС принимаются:
- непредвиденные сбросы и набросы электрических нагрузок;
- полное обесточивание станции (потеря напряжения на шинах собственных нужд);
- незапланированное изменение реактивности вследствие неконтролируемого положения кассет СУЗ реактора, изменение концентрации жидкого поглотителя (борной кислоты);
- резкое сокращение расхода теплоносителя через активную зону или отдельные технологические каналы;
- появление течей на оборудовании или трубопроводах реакторного контура;
- нарушение герметичности твэлов и увеличение радиоактивности теплоносителя сверх нормируемых величин;
- нарушение плотности главных паропроводов.
Наибольшей нестационарностью обладают режимы пуска и останова блока. Эти режимы характеризуются большим количеством переключений в технологической схеме, включением и отключением отдельного оборудования. В настоящее время для осуществления этих режимов широко применяют управляющие вычислительные машины.
Режимы регулирования мощности АЭС с ВВЭР
Одной из важных задач регулирования является поддержание соответствия между мощностью реактора и турбин. Из соотношения (11.2) видно, что снимаемая с активной зоны реактора мощность может регулироваться как за счет изменения расхода, так и за счет изменения температуры теплоносителя на входе и выходе из реактора. Для АЭС с ВВЭР характерен постоянный расход теплоносителя через активную зону. Если принять удельную теплоемкость теплоносителя постоянной в малых пределах изменения температуры теплоносителя, то при постоянном расходе мощность реактора и разность температур tx'—tx" связаны линейно. Для определения зависимостей V и tr" от мощности реактора необходимо принять определенную программу изменения параметров. Для АЭС с ВВЭР возможны различные программы регулирования:
- Средняя температура теплоносителя tTCp в первом контуре остается постоянной:
(21.1)
Такая программа регулирования была принята на первом блоке Нововоронежской АЭС (рис. 21.1).
Рис. 21.1. Программа регулирования с постоянной средней температурой теплоносителя в первом контуре
Рис. 21.2. Программа регулирования с постоянным давлением и температурой насыщения во втором контуре
Достоинством этой системы является постоянство объема теплоносителя в первом контуре при постоянном значении tT, ср, а следовательно, и уменьшение объема компенсатора давления. Она наиболее благоприятна для первого контура. Но эта схема в дальнейшем не получила распространения из-за значительного изменения давления во втором контуре ро. Действительно, передаваемая мощность из первого контура Qp во второй пропорциональна разности температур tт.ср—10. При постоянстве tТСр при снижении нагрузки на турбину должна уменьшаться и Qp, а это возможно только за счет роста to, а значит и р0. Как видно из рис.
- при всех нагрузках на турбину тепловая экономичность цикла будет низкой. При малых нагрузках на турбину избыточное давление будет теряться в регулирующих клапанах турбины, а при больших нагрузках, вплоть до номинальных, давление Ро будет ниже допустимого по условиям работы второго контура. Таким образом, тепловая экономичность цикла будет невысокой.
- Давление во втором контуре Ро и температура насыщения U остаются постоянными, а температуры теплоносителя изменяются (рис. 21.2).
На рис. 21.2 представлен график изменения температуры теплоносителя и рабочего тела. Такая схема регулирования принята на АЭС с ВВЭР-440. Эта программа наиболее благоприятна для работы второго контура и менее благоприятна для работы первого контура. Постоянство р0 позволяет повысить КПД цикла, однако, с увеличением мощности при постоянстве ро необходимо увеличивать £Т.СР. Это приводит к росту реактивности, избыток которой должен быть компенсирован системой СУЗ. Кроме того, изменение fT. ср усложняет работу компенсатора давления и увеличивает его объем.
- Компромиссная программа с умеренным изменением средней температуры теплоносителя tT cp и давления во втором контуре Ро (рис. 21.3). Эта схема характеризуется одновременным, но меньшим, чем в первом и втором случаях, изменениями параметров 1-го и 2-го контуров. Уменьшаются температурные напряжения в металле, благодаря чему могут допускаться большие скорости изменения нагрузки. Такая схема применена на некоторых зарубежных АЭС, в частности, в США.
Рис. 21.3. Компромиссная программа регулирования с умеренным изменением средней температуры теплоносителя и давления во втором контуре
Рис 21.4. Компромиссная программа регулирования с поддержанием ро=const при малых нагрузках и /T.cp=const при больших нагрузках
- Компромиссная программа с постоянным давлением во втором контуре при малых нагрузках на турбину и с постоянной средней температурой теплоносителя tT, ср в первом контуре при больших нагрузках (рис. 21.4).
Преимуществом такой схемы регулирования является постоянство tт.ср при больших, вплоть до номинальных, значениях нагрузки, что облегчает условие работы оборудования первого контура. Эта схема реализована на ряде АЭС в ФРГ.
Регулирование мощности реактора происходит за счет перемещения исполнительных органов системы управления и защиты реактора. Для улучшения динамических характеристик регулирования используется также сигнал нейтронного флюенса в реакторе.
Сигналам несоответствия между производимой и потребляемой энергосистемой мощностями служит частота сети или скорость вращения электрогенератора. Эти величины поддерживаются постоянным путем воздействия регулятора на регулирующий клапан турбины, изменяя расход пара.
В системах АЭС приходится контролировать и регулировать ряд других величин, влияющих на надежную и безопасную работу установки, например, уровни воды в компенсаторе давления, в парогенераторе, в деаэраторе, в водяных емкостях ПВД и ПНД, конденсаторах, сепараторе СПП и ряде других величин.
