Технологическая схема блоков с реакторами ВВЭР описана в § 2.3.
Статические программы регулирования. На всех современных блоках с реакторами ВВЭР расход теплоносителя первого контура не регулируется. Его изменение возможно путем отключения одной или нескольких петель, что производится только на блоках средней мощности, имеющих большое число петель (ВВЭР-440), если известно, что мощность блока должна быть по требованиям энергосистемы существенно понижена на длительное время (не менее нескольких суток). В большинстве режимов блоки работают с постоянными расходами при изменении мощности в широких пределах. Поэтому рассмотрим программы регулирования при постоянном расходе. В первых блоках ВВЭР, в частности на блоке I НВАЭС, применяется программа с постоянной средней температурой в первом контуре tcр (рис. 9 2,а). По этой программе температура на выходе реактора растет с ростом мощности, а на входе падает, а среднее значение этих температур сохраняется приблизительно постоянным так как [см. (9.3)] перепад между температурой теплоносителя на выходе парогенератора tBX и температурой насыщения второго контура должен возрастать при увеличении количества передаваемой теплоты, температура и давление второго контура падают с ростом мощности блока. При 100%-ной мощности давление равно номинальному (на рис. 9.1,а 3,2 МПа). Описанная программа наиболее благоприятна для первого контура, так как по ней для изменения мощности реактора требуется внести наименьшую реактивность и обеспечиваются стабильные температурные условия для первого контура, что повышает надежность работы его оборудования. При работе блока по этой программе объем теплоносителя первого контура постоянен, вследствие чего уменьшаются требуемые размеры компенсаторов объема и облегчается работа их систем регулирования. Недостатком программы является необходимость повышения давления второго контура при сниженных мощностях. Для программы, показанной на рис. 9.2,а, это повышение составляет 1,6 МПа, что вызывает необходимость утяжеления оборудования второго контура. При этом термический КПД цикла остается низким на всех мощностях, так как на номинальной мощности давление пара, поступающего на турбину, ниже допускаемого по условиям работы второго контура, а на пониженной мощности, когда давление пара велико, КПД также низок из-за значительного перепада давления на регулирующих клапанах, что, кроме того, увеличивает их износ. Указанные недостатки привели к тому, что на практике при снижении мощности на длительный срок заданное значение средней температуры tcР снижалось вручную. Помимо облегчения условий работы оборудования второго контура это уменьшает температуру в активной зоне, что повышает безопасность работы реактора.
В последующем на блоках с реактором типа ВВЭР-440 была принята программа с постоянным давлением пара во втором контуре (рис. 9.2,6). Это позволило при том же расчетном давлении второго контура повысить давление пара в номинальном режиме и термический КПД блока. Поскольку давление (и температура) во втором контуре постоянно, оборудование второго контура практически не накладывает ограничений на скорость изменения мощности. Кроме того, исследования систем регулирования и маневренности блоков ВВЭР показали целесообразность регулирования их мощности по импульсу давления второго контура, так как этот параметр быстрее изменяется при колебаниях мощности сети, чем температура первого контура. При использовании этого импульса системы, поддерживающие постоянное давление, оказываются более простыми по структуре, а следовательно, и надежными. Недостатком программы с постоянным давлением является существенное изменение температуры на выходе из реактора при колебаниях нагрузки (приблизительно в 4 раза большее, чем по программе 9.2,а), что ограничивает маневренные возможности блока Также требуется большая эффективность органов регулирования реактора для компенсации реактивности, возникающей при изменении средней температуры контура. Одновременно повышаются требования к системе управления компенсатором объема, так как на переменных нагрузках объем теплоносителя первого контура сильно меняется. Несмотря на то что скорость изменения мощности на современных блоках ВВЭР лимитируется в основном не реактором, а турбогенератором, а современные компенсаторы объема успешно справляются с поддержанием давления первого контура, стремление преодолеть указанные недостатки привело к разработке компромиссных программ.
Одна из таких программ изображена на рис. 9 2,в В этой программе х ростом мощности средняя температура растет, но медленнее, чем по программе 9 2,6, а температура и давление пара падают, но медленнее, чем по программе 9.2,а. При этом облегчаются условия работы как первого (по сравнению с рис. 9.2,6), так и второго (по сравнению с рис. 9.2,а) контура. Другим примером компромиссной программы является программа, в которой на малых мощностях блок работает по программе t2=const, а при больших — на программе tcp=const (рис. 9.2,г, д). Мощность, при которой совершается переход с одной программы на другую, зависит от предельно допускаемого давления в парогенераторах и от ожидаемого диапазона частых снижений нагрузки. Преимущество программы рис. 9 2,г, д перед программой рис 9.2,в заключается в том, что вблизи номинальной мощности первый контур работает по оптимальной для себя программе tCp=const.
Все рассмотренные программы предназначены для блоков, работающих с барабанными парогенераторами, генерирующими насыщенный пар. Их особенностью -является постоянство поверхности теплообмена и коэффициента теплопередачи в парогенераторе на всех уровнях мощности. Именно это обстоятельство вызывает необходимость увеличения разности —U пропорционально мощности блока. В настоящее время разрабатываются блоки с прямоточными парогенераторами, предназначенными для выработки слабо перегретого пара. В таких парогенераторах условия теплообмена в основных зонах — экономайзерной, испарительной и пароперегревательной — существенно различны, поэтому, меняя соотношение длин этих зон (например, путем изменения подачи питательной воды в парогенератор), можно менять средний коэффициент теплоотдачи и передавать различные количества тепла из первого контура во второй при постоянной разности tвх—t2 (рис. 9 2,е). При этом возникает необходимость регулирования дополнительного параметра — температуры перегретого пара или температуры теплоносителя первого контура на выходе из парогенератора.
Рис 9 2 Программы регулирования энергоблоков с реакторами ВВЭР а — д — программы блоков с барабанными парогенераторами (а — tcp=const, б — t2=const, в,
д — компромиссные программы), е — программа блока с прямоточным парогенератором,----------------------------------- температура, давление
Система регулирования мощности блоков.
Для реализации выбранной программы может регулироваться один из следующих параметров: 1) плотность нейтронного потока в реакторе; 2) давление во втором контуре; 3) средняя температура первого контура.
Как отмечалось в гл. 6, поддержание нейтронного потока не обеспечивает постоянство тепловой мощности. Поэтому требуется вводить коррекцию по тепловому параметру (каскадное регулирование). На рис. 9.3 показаны каскадные схемы с корректировкой по давлению во втором контуре (а) и по средней температуре в первом контуре (б). Обе схемы предназначены для работы в регулирующем режиме.
В обеих схемах управление мощностью реактора осуществляет стабилизирующий регулятор 2, получающий импульс от ионизационной камеры 1 и воздействующий на положение регулирующих стержней 3. Задатчик 4 регулятора 2 получает сигнал от корректирующего регулятора давления пара второго контура 5 (рис. 9.3,а) или регулятора средней температуры теплоносителя первого контура 8 (рис. 9 3,6). Для приведения в соответствие электрической мощности, вырабатываемой блоком, и мощности, требуемой энергосистемой, используется регулятор частоты вращения турбины 12, перемещающей регулирующие клапаны турбины 10 при отклонении частоты от номинального значения. Работа схем протекает следующим образом. При изменении, например увеличении, частоты в энергосистеме клапаны турбины прикрываются, что вызывает подъем давления второго контура. В схеме рис. 9.3,а изменение давления воспринимается манометром 6 и регулятором давления 5, изменяющем задание регулятору нейтронного потока 2. Последний перемещает регулирующие органы реактора так, чтобы его мощность, а следовательно, и выходная температура теплоносителя первого контура несколько снизились Это вызывает уменьшение генерации пара, и давление возвращается к прежнему уровню при новом положении регулирующих клапанов. Точное приведение в соответствии мощности реактора и турбины осуществляется за счет интегральной составляющей в законе регулирования регулятора давления 5.
Рис. 9 3 Каскадные схемы регулирования нейтронного потока энергоблоков с реакторами ВВЭР с коррекцией по тепловому параметру (режим статического регулирования частоты)
а — регулирование t2, б — регулирование tср
В схеме рис. 9.3,б повышение давления пара второго контура приводит к увеличению температуры теплоносителя первого контура, что воспринимается термометрами 9 и регулятором 8. Регулятор 8 уменьшает мощность реактора, снижая температуру теплоносителя на выходе из реактора и возвращая таким образом среднюю температуру первого контура к прежнему значению. Уменьшение температурного перепада между первым и вторым контурами обеспечивается в результате того, что увеличивается давление второго контура. Изменение заданной температуры (рис. 9.3,6) или давления (рис. 9 3,а) производится воздействием на задатчики 7. Изменение мощности, которая вырабатывается блоком при номинальной частоте сети, производится перемещением синхронизатора турбины 11, вследствие чего производится открытие или закрытие клапанов при неизменной частоте сети.
Описанные схемы обеспечивают статическое регулирование частоты сети, при котором отклонение мощности блока должно быть пропорционально отклонению частоты сети. Коэффициент пропорциональности определяется степенью неравномерности регулятора турбины (см. §86).
На рис 9 4 показаны схемы регулирования, предназначенные для работы по программам в базисном режиме, в котором мощность блока (в статике) постоянна и не зависит от отклонений частоты сети. На рис. 9 4,а показана схема, реализующая программу t2=const, а на рис. 9 4,6 — схема, реализующая программу tCp=const. Отличие их от схем рис. 9 3 заключается в том, что регулятор давления 5 или температуры 8 действует не на мощность реактора, а на расход пара на турбину путем перемещения синхронизатора 11 (1—4 те же, что и на рис. 9.3 и 9.4). При использовании схемы рис. 9 4 возмущения по частоте сети также приводят к перемещению клапанов турбины 10 за счет работы регулятора частоты вращения 12, что вызывает изменение давления второго контура. В схеме рис. 9.4,а отклонение воспринимается регулятором давления 5, который, воздействуя на синхронизатор 11, перемещает клапаны в прежнее положение, что приводит к стабилизации давления на прежнем уровне. В схеме рис. 9.4,6 изменение давления второго контура приводит к изменению средней температуры первого контура, что вызывает реакцию регулятора 8. При этом мощность реактора остается неизменной Электрическая мощность генератора в первый момент после нанесения возмущения несколько изменяется за счет аккумулирующей способности блока (см. рис. 2.3), а затем возвращается к прежнему уровню.
Изменение заданной мощности блока производится воздействием на задатчик 4, а заданного давления (или заданной температуры) — на задатчик 7. В схемах рис 9 4 нарушение пропорциональности между током камер 1 и тепловой мощностью реактора может привести к изменению мощности (несмотря на то, что регулятор 2 будет поддерживать постоянный сигнал камер), что вызовет изменение мощности турбогенератора в результате работы регуляторов 5 или 8. Поэтому оператору необходимо следить за тепловой мощностью блока и вносить необходимую коррекцию.
Описанные схемы представляют собой наиболее простые варианты схем регулирования, применявшиеся на первых блоках с реакторами ВВЭР и реализующие программы регулирования (tCp=const или t2=const). В процессе изучения этих систем было обнаружено, что регулирование теплового параметра путем воздействия на задатчик нейтронного потока увеличивает инерционность в цепи регулирования, снижает скорости переходного процесса и может стать источником неустойчивости процесса регулирования.
Рис. 9 4 Схемы регулирования энергоблоков с реакторами ВВЭР со стабилизацией нейтронного потока (базисный режим):
а — регулирование плотности нейтронов и давления во втором контуре, б — регулирование плотности нейтронов и средней температуры второго контура
Поэтому предпочтительнее непосредственное воздействие регулятора теплового параметра на регулирующие стержни реактора. Импульс по нейтронному потоку сохраняется как вспомогательный (см. гл. 6). При этом безопасность рабjты блока не снижается. Кроме того, оказалось возможным относительно быстро менять мощность блока. Все эти соображения привели к тому, что дальнейшее развитие систем управления ВВЭР происходило по следующим направлениям 1) регулирование с непосредственным воздействием по тепловым параметрам на регулирующие органы реактора; 2) использование в качестве основного регулируемого параметра давления пара перед турбиной, что ускоряет реакцию блока на изменение частоты сети; 3) использование сигналов по мощности генератора и частоте сети для улучшения динамики переходных процессов и возможности астатического регулирования частоты сети; 4) создание всережимных систем, рассчитанных на работу в стационарных, пусковых и аварийных режимах.
Рис 9 5 Схема всережимного регулирования энергоблока с реактором ВВЭР (программа р2=const)
На блоках с реакторами типа ВВЭР широко используется регулирование по программе p2=const с непосредственным воздействием по давлению на регулирующие органы. Принцип такого регулирования показан на рис. 9.5. Регулятор давления 2, получающий импульс от манометра 6 и исчезающий импульс от ионизационных камер 1, воздействует на привод регулирующих стержней 3 (подробно схема такого регулятора описана в § 6.3).
Описанная схема способна обеспечить статическое регулирование частоты в нормальных режимах. Для управления в более широком диапазоне режимов, а также для возможности астатического регулирования обычно имеется еще ряд регуляторов, также показанных на рис. 9.5. Астатическое регулирование частоты системы (см. гл. 2) обеспечивается регулятором 9, получающим задание от регулятора мощности энергосистемы 10. Регулятор 9 распределяет нагрузку между турбогенераторами блока с учетом относительных приростов расхода теплоты и имеющихся ограничений мощности турбогенераторов и скорости ее изменения. Сигнал ограничения мощности турбогенераторов вырабатывается устройством 11 на основании данных о числе работающих главных циркуляционных насосов и состоянии других агрегатов. Сигнал заданной мощности турбогенератора N3 поступает из регулятора 9 на электрогидравлическую систему регулирования турбины (ЭГСР) 12, в которой путем сравнения заданной N3 и действительной мощностей турбогенератора вырабатывается сигнал рассогласования, управляющий - через РЧВ 7 приводам клапанов турбины 8 (см. § 8.6). Кроме того, в функцию системы 12 входит ограничение мощности турбины по сигналам ручного задатчика, давления в камере регулирующей ступени турбины 13, технологических защит и других параметров Быстрое статическое регулирование частоты осуществляется частотным корректором 14, изменяющим заданную мощность турбогенератора в зависимости от отклонения частоты сети; корректор представляет собой статическое звено с регулируемыми зонами нечувствительности и насыщения. В такой схеме кроме основного регулятора давления 2 имеется регулятор 5, осуществляющий регулирование путем воздействия на регулирующие клапаны 8 через ЭГСР 12. Регулятор 5 включается при работе регулятора 2 в режиме поддержания постоянной плотности нейтронного потока, при срабатывании защитных систем реактора, снижающих мощность на заданное значение, а также обеспечивает разгрузку турбины при снижении давления пара перед ней ниже заданного предела (4—4,2 МПа, см. § 8.6, рис. 8.20). При аварийных повышениях давления автоматически включается регулятор максимального давления 4, управляющий пропуском пара в конденсатор турбины (БРУ-К). Время полного открытия клапана БРУ-К—3,5 с.
Описанная система обеспечивает участие блока в астатическом регулировании мощности системы путем изменения мощности в диапазоне от 50 до 100% со скоростью до 2%/мин (это ограничение скорости задается регулятором 9), а также участие в статическом регулировании частоты системы путем быстрых изменений мощности до 5% номинальной со скоростью до 20%/мин.
Рис 9. 6. Схемы регулирования энергоблоков с реакторами ВВЭР, предназначенные для работы по компромиссным программам (режим астатического регулирования частоты)
а — схема, реализующая программу рис. 9 2,г, б — схема, реализующая программу рис 9 2,в
На рис. 9.6,а изображена схема, реализующая компромиссную программу (см. рис. 9.1,2). Она имеет регулятор средней температуры теплоносителя первого контура 8, работающий от термометров 9 и непосредственно воздействующий на приводы регулирующих стержней 3. Изменение давления пара во втором контуре воспринимается манометром 6 и через регулятор 5 (с помощью задатчика 10) меняет заданное значение средней температуры, поддерживаемое регулятором 8, а следовательно, и мощность реактора таким образом, чтобы восстановить прежнее значение давления. С точки зрения статики регулирования система при этом работает аналогично системам, изображенным на рис. 9.3,а и 9.5 поддерживая постоянное давление пара второго контура. Однако задатчик 10 имеет ограничение, благодаря которому это воздействие передается только при малых значениях мощности. Начиная с некоторой мощности, регулятор 8 поддерживает постоянную среднюю температуру, т. е. регулятор давления 5 фактически выключается из работы и схема работает аналогично изображенной на рис. 9.3,6 (выбор одноконтурной, рис. 9.5. а, или каскадной, рис. 9.3,6, схемы регулирования средней температуры оказывает влияние лишь на динамику переходных процессов). Таким образом, при малых мощностях система поддерживает t2= const, а на больших — tCp=const, осуществляя компромиссную программу. В этой схеме, как и на рис. 9.5, имеется регулятор мощности блока 14, который получает импульс по действительной мощности блока Nд, а также импульс заданной мощности N3 от регулятора мощности энергосистемы 15 и воздействует на синхронизатор турбины 11, что позволяет осуществлять как статическое, так и астатическое регулирование частоты.
Для работы по компромиссной программе, показанной на рис. 9.2,в, может быть использована схема рис 9.6,6, аналогичная схеме рис. 9.3,а, но отличающаяся тем, что заданное значение температуры, поддерживаемое регулятором 8, меняется при изменении мощности блока. Это воздействие осуществляется через статический регулятор 9, выходной сигнал которого пропорционален давлению в камере регулирующей ступени турбины, а, следовательно, и ее мощности. В качестве входного сигнала регулятора 10 могут быть использованы и другие параметры: активная мощность генератора или расход пара на турбину. В некоторых схемах для уменьшения колебаний давления теплоносителя первого контура в регулятор мощности вводится дополнительный импульс по скорости изменения давления через дифференциатор 16 (рис. 9.6,б).
Кроме основных регуляторов, управляющих мощностью блока, на блоках ВВЭР имеются локальные регуляторы, поддерживающие вспомогательные параметры — уровень в барабанных парогенераторах, давление и уровень в компенсаторах объема, давление и уровень в деаэраторах, уровни в конденсаторах турбины и регенеративных подогревателях, давление на напоре питательных насосов и т. д. Схемы регулирования этих параметров, общие для блоков различных типов, были описаны в гл 8.
