Результаты опытной эксплуатации СВРД КНИТ2Т-5 на блоке 3 Калининской АЭС в течение 5, 6, 7 топливных кампаний

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

ООО НТП «ИНКОР»

Филиал концерна Росэнергоатом

Калининская АЭС

Результаты опытной эксплуатации СВРД КНИТ2Т-5 на блоке 3 Калининской АЭС в течение 5, 6, 7 топливных кампаний

В.Ф. Бай, Л.Н. Богачек, С.В. Макаров,

В.М. Чапаев, Е.В. Федоровых

С.П. Бобылев, Е.В. Колычева,

Ю.О. Осипов, В.М. Троценко

г. Москва, г. Удомля, Россия

введение

Система внутриреакторного контроля (СВРК) реакторных установок (РУ) ВВЭР-1000 основана на детекторах прямого заряда (ДПЗ), объединенных по 7 штук в сборки внуриреакторных детекторов (СВРД) и расположенных по высоте ТВС, и термоэлектрических преобразователях (ТП), расположенных на выходе из ТВС в сухих каналах блока защитных труб (БЗТ). Для наиболее распространенных РУ В-1000 (В-320, В-338) в состав СВРК входит 64 СВРД (КНИ) и 95 ТП. В настоящее время, из-за конструктивных особенностей ТВС и БЗТ, на большинстве блоков В-1000 показания 95 ТП имеют существенную систематическую погрешность (ПЭЛ-эффект). В связи с этим контроль температурного поля на выходе из ТВС осуществляется по анализу относительного изменения показаний ТП и энерговыделения в ТВС (по показаниям ДПЗ в КНИ) в течение кампании и носит качественный характер. При этом основную информацию об энерговыделении в ТВС СВРК получает по показаниям ДПЗ.

Наличие большого числа датчиков внутриреакторного контроля существенно усложняет конструкцию крышки реактора и уменьшает количество органов механической системы регулирования (ОР СУЗ) реактора, что в свою очередь усложняет эксплуатацию РУ ВВЭР-1000 в переходных режимах и при регулировании мощности энергоблока.

Учитывая, что в настоящее время разработаны и серийно производятся модификации СВРД, включающие до четырех термоэлектрических преобразователей, расположенных по высоте ТВС, представляется целесообразным использование ТП в составе СВРД для контроля температуры теплоносителя, что позволит отказаться от размещения ТП в сухих каналах БЗТ.

Опыт подобной замены имеется. В РУ ВВЭР-1000, В-428 , разработанной для Тяньваньской АЭС (Китай) были использованы СВРД КНИТ2Т-2, в состав которых вошли 7 ДПЗ и 3 ТП, расположенные по высоте ТВС. Это позволило увеличить количество ОР СУЗ с 61 (В-320) до 121 (В-428). Результаты работы СВРД.КНИТ2Т-5 на Тяньваньской АЭС представлены в [1].

При разработке проекта СВРК для блока 3 Калининской АЭС на начальном этапе предполагалось использовать СВРД.КНИТ2Т-5. Однако впоследствии было принято совместное решение (НИЦ «Курчатовский институт», ООО НТП «ИНКОР», ОАО «ОКБ Гидропресс», ОАО «Концерн Росэнергоатом, филиал ОАО «Концерн Росэнергоатом» «Калининская АЭС») о проведении опытной эксплуатации 4-х СВРД.КНИТ2Т-5 на 3-ем блоке Калининской АЭС.

При этом в период ПНР на 3-ем блоке Калининской АЭС были проведены работы, направленные на повышение точности определения расположения ДПЗ по высоте каждой ТВС. Точность измерения длин каналов энерговыделения составила ±1 мм [2].

Таблица 1

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Кроме того, данная задача и к началу 5-ой топливной кампании блока 3 Калининской АЭС была успешно решена проблема по устранению явления ПЭЛ-эффекта в показаниях ТП СВРК. Мощность ТВСА, вычисленная по данным ДПЗ и ТП, совпадала [3]. В таблице 1 приведены значения относительного энерговыделения (kq, kdt) в ТВСА, полученные по показаниям ДПЗ в КНИ и ТП СВРК соответственно. Красным цветом выделены ячейки активной зоны, в которых установлены КНИ и ТП СВРК.

В докладе использованы материалы отчета [4].

1. Результаты опытной эксплуатации СВРД.КНИТ2Т-5 на 3 блоке Калининской АЭС

1.1 Условия опытной эксплуатации СВРД. КНИТ2Т-5 во время 5, 6 и 7 топливных кампаний

В ППР-2009 четыре СВРД. КНИТ2Т-5 были установлены в активную зону блока 3. Координаты установки СВРД.КНИТ2Т-5 в активную зону, а также номера ячеек и КНИ, приведены в таблице 2.

Таблица 2

На рисунке 1 показано высотное расположение ТП СВРД.КНИТ2Т-5 относительно элементов конструкции ТВСА. На рисунке 2 приведены схемы головок ТВСА и ТВСА-PLUS.

В таблице 3 приведены значения высотных отметок (от нижнего края активной зоны) расположения датчиков СВРД. КНИТ2Т-5 в ячейках активной зоны блока для ТВСА. Для ТВСА-PLUS к данным, приведенным в столбцах 3-7 таблицы 2, необходимо прибавить 113 мм.

Пятая, шестая и седьмая топливные кампании имели следующие особенности:

1) Пятая топливная кампания - стационарная топливная кампания 4-х летнего топливного цикла с подпиткой 42 свежими ТВСА с длительностью топливной кампании 300-305 эффективных суток. Активная зона полностью состояла из ТВСА одинаковой модификации.

Рисунок 1. Высотное расположение ТП СВРД.КНИТ2Т-5 относительно элементов конструкции ТВСА

ТВСА Уровень нижней плиты БЗТ ТВСА-PLUS

Рисунок 2. Схемы головок ТВСА и ТВСА-PLUS

Таблица 3

СВРД.КНИТ2Т-5 были установлены в ТВСА второго и третьего года эксплуатации: три СВРД - в 12 орбиту симметрии в ТВСА второго года эксплуатации, одна СВРД - в 4 орбиту симметрии в ТВСА третьего года эксплуатации).

2) Шестая топливная кампания - первая топливная кампания по переводу активной зоны блока 3 на 18-ти месячный топливный цикл на базе ТВСА-PLUS.

Три СВРД.КНИТ2Т-5 были установлены в 12 орбите симметрии в ТВСА-PLUS первого года эксплуатации с бланкетами в нижней и верхней части ТВЭЛа из обедненного урана. Одна СВРД.КНИТ2Т-5 была установлена в 4 орбите симметрии в ТВСА второго года эксплуатации.

3) Седьмая топливная кампания - вторая переходная топливная кампания на 18 топливный цикл на базе ТВСА-PLUS.

Три СВРД.КНИТ2Т-5 были установлены в ТВСА-PLUS первого года эксплуатации с бланкетами в нижней и верхней части ТВЭЛа из обедненного урана.

На рисунке 3 представлены ячейки картограмм 5, 6, 7 топливных кампаний (12 орбита в секторе 30 симметрии) ближайшего окружения ТВСА (ТВСА-PLUS), в которых располагались СВРД КНИТ2Т-5.

Рисунок 3. Ячейки картограмм активной зоны ближайшего окружения ТВСА (ТВСА-PLUS) с СВРД.КНИТ2Т-5 в пятую, шестую и седьмую топливные кампании блока 3 Калининской АЭС

За время эксплуатации в 5 топливной кампании были отбракованы следующие ДПЗ в составе СВРД.КНИТ2Т: ДПЗ № 5 и № 7 в ячейке с координатами 08-25 по причине недостоверности результатов измерения фоновых токов, что не привело к исключению из обработки показаний остальных ДПЗ данной СВРД.

Остальные ДПЗ находились в работе и использовались для восстановления поля энерговыделения в течение всего периода эксплуатации.

1.2 Анализ показаний ТП-3 в СВРД.КНИТ2Т-5

Наибольший интерес представляют показания ТП-3 в составе СВРД.КНИТ2Т-5, установленного на входном участке ТВС на высоте ~114 мм от нижнего края топлива.

При анализе результатов эксплуатации СВРД.КНИТ2Т-2 на Тяньваньской АЭС (Китай) [1] было отмечено, что подогрев ТП-3 (разность между температурой, измеренной ТП-3 и средней температурой, определенной по показаниям петлевых ТС) для ТВС с одинаковым обогащением существенно различается. Отклонение значений подогрева ТП-3 от среднего по данным ТВС значения составляет 90-115%, в то время, как отклонения от среднего значения тока нижнего ДПЗ для этих же сборок, составляет 19-27%, а отклонения от среднего значения подогрева ТП-1а, расположенных на выходе из ТВС, - 10-15%. Как показано в [1], причиной анимального разброса подогрева ТП-3 является разброс величины расхода теплоносителя в нижней части канала СВРД, связанный с плохой воспроизводимостью гидродинамических условий на входе в канал ТВС.

Сомнения вызывает и целесообразность таких измерений. На рисунке 4 приведены отклонения петлевых температур от среднего значения в течение 5 кампании 3-го блока Калининской АЭС и изменение мощности РУ в течение 5 кампании. Из приведенных данных следует, что отклонения петлевых температур от среднего значения в номинальных режимах эксплуатации не превышают 0,7°С, что значительно меньше погрешности измерения ТП-3 СВРД.КНИТ2Т-5.

Рисунок 4. Отклонение от среднего значения петлевых температур теплоносителя на входе в реактор и изменение мощности РУ в течение 5 кампании блока 3 Калининской АЭС

В то же время, ТП-3 - это единственный датчик, который позволяет контролировать энерговыделение на входном участке ТВС, который из-за сложных граничных нейтронно-физических условий на входе в ТВС трудно поддается моделированию. С переводом активных зон ВВЭР-1000 на ТВС с увеличенной длинной топливного столба данная проблема только усложнилась [2]. При этом надо учитывать, тот факт, что длина поглощающих стержней ОР СУЗ осталась прежней. По этой причине длина неперекрытия топлива ОР СУЗ внизу активной зоны увеличилась на 113 мм. По этой причине контроль энерговыделения в этой части ТВС важен, поскольку погружение ОР СУЗ до нижних концевиков часто встречается при эксплуатации ВВЭР-1000.

На рисунках 5,6 и 7 приведены значения подогревов теплоносителя на начальном участке ТВСА и ТВСА-PLUS с бланкетами по показаниям ТП-3 в 5, 6, 7 кампаниях для ячеек активной зоны 13-24 и 03-34, расположенных в одной орбите симметрии (12 для 30 градусной симметрии активной зоны).

Рисунок 5. Изменение подогрева теплоносителя на входном участке ТВСА второго года эксплуатации в течение 5 топливной кампании. Глубина выгорания ТВСА (13,2-29,3) МВт·сут/кгU

Рисунок 6. Изменение подогрева теплоносителя на входном участке ТВСА-PLUS первого года эксплуатации в течение 6 топливной кампании

Глубина выгорания ТВСА (0 - 23,3) МВт·сут/кгU

Рисунок 7. Изменение подогрева теплоносителя на входном участке ТВСА-PLUS первого года эксплуатации в течение 7 топливной кампании. Глубина выгорания ТВСА (0 - 21,3) МВт·сут/кгU

внутриреакторный температурный безопасность тепловыделяющий сборка

Из анализа подогревов теплоносителя на начальном участке ТВС за три кампании следует:

1) В течение всех кампаний наблюдается увеличении подогрева на начальном участке ТВС.

2) В пятую топливную кампанию наблюдается максимальный темп роста подогрева на начальном участке ТВСА. По оценке темп роста энерговыделения находится в интервале 0,0084-0,018^°С /(МВт·сутки работы РУ).

3) Для ТВСА-PLUS первого года эксплуатации с бланкетами в течение первых 300 суток (до глубины выгорания 12-13 МВт·сутки/кгU) темп роста энерговыделения составляет ~ 0,003°С/(МВт·сутки работы РУ). С ростом глубины выгорания темп роста энерговыделения увеличивается, приближаясь к величине 0,006 С /(МВт·сутки работы РУ).

4) В седьмую топливную кампанию в ячейках активной зоны 03-34 и 13-24 подогревы на начальном участке ТВСА-PLUS по показания ТП-3 практически совпали.

5) При переводе РУ в любой момент кампании в режим горячего останова (ГО), показания ТП-3 СВРД.КНТ2Т-5 совпадают с показаниями ТП СВРК.

6) При последующем выводе РУ на номинальную мощность показания ТП-3 выходят на те значения, которые были зафиксированы до останова в режим ГО.

7) В пятую топливную кампанию, в начале кампании на номинальной мощности, величина расчетного подогрева (по ПТК СВРК) и измеренного по ТП-3 в каждом СВРД.КНИТ2Т-5, установленном в четыре ячейки активной зоны с ТВСА совпадали.

8) В шестую, седьмую топливные кампании исходное значение подогрева на начальный момент увеличивалось и составляло ~5 и ~ 6,5°С соответственно.

9) При общем подогреве на ТВС равном 38-40°С, подогрев на начальном участке длиной 113-150 мм составляет 5-8°С, что по мощности соответствует 15-20% от мощности ТВС. Это свидетельствует о значительном всплеске энерговыделения на этом участке. На рисунках 8 и 9 приведены показания ТП-3 СВРД.КНИТ2Т-5 в переходных режимах с отключением блока 3 от сети и с наложением отказа, отключения ГЦН с последующим срабатыванием АЗ и переходом РУ в режим естественной циркуляции теплоносителя (ЕЦТ) и при проектной работе автоматики блока 3 с переходом РУ на пониженный уровень мощности. Из рисунков видно, что ТП-3 адекватно отработали в этих режимах. При срабатывании защиты радиационное излучение в активной зоне уменьшается ~ в 100 раз. При этом показания ТП-3 не изменяются, что свидетельствует об отсутствии существенного влияния радиационного разогрева на показания ТП. На показания ТП-3 СВРД.КНИТ2Т-5 влияет только изменение величины мощности в ТВС, изменение температуры теплоносителя на входе в реактор и гидродинамические условия в месте установки ТП.

Рисунок 8. Изменение показаний ТП-3 СВРД.КНИТ2Т-5, установленной в ТВСА (ячейки 13-24 и 03-34) и ТП СВРК на холодных нитках в переходном режиме при отключении блока 3 от сети

Отключились ГЦН, сработала АЗ, УПЗ, блок перешел в режим ЕЦТ (12.09.2009, 5-я топливная кампания)

Рисунок 9. Изменение показаний ТП-3 СВРД.КНИТ2Т-5, установленной в ТВСА (ячейки 13-24 и 03-34) и ТП СВРК на холодных нитках в переходном режиме при отключении блока 3 от сети

Разгрузка бока прошла по проекту со сбросом группы УПЗ (19.01.2011, 6-ая топливная кампания)

Анализ приведенной информации подтверждает адекватность показаний ТП-3 в СВРД.КНИТ2Т-5 и целесообразность использования ТП-3 для контроля энерговыделения в нижней части активной зоны. Увеличение расстояния от низа активной зоны до ТП-3 до 250 мм (что соответствует длине ДПЗ) позволит улучшить условия гидродинамики в области размещения ТП-3 и, тем самым, повысить точность измерений.

1.3 Анализ показаний ТП-1а и ТП-1б в СВРД.КНИТ2Т-5

На рисунках 10-15 приведены показания ТП-1а и ТП-1б в СВРД.КНИТ2Т-5, установленных в ячейки 13-24 и 03-34, в течение 5, 6 и 7 топливных кампаний. Из рисунков следует, что в 5-ю топливную кампанию в ТВСА имело место хорошее совпадение показаний ТП-1б с расчетом по ВУ СВРК, которому также соответствуют показания ТП СВРК на выходе из ТВС в данной орбите.

В 6-ю и 7 кампании для ТВСА-PLUS показания ТП-1а и ТП-1б стали одинаковыми. Проведенный анализ конструкции ТВСА-PLUS показал, что в центральном направляющем канале (ЦНК) ТВСА-PLUS в районе головки ТВС отсутствуют перфорационные отверстия, вследствие чего среднесмешанный поток теплоносителя из области головки ТВСА-PLUS не попадает на ТП-1б.

Для устранения этого эффекта необходимо провести модернизацию ЦНК ТВСА. Кроме того, использование СВРД.КНИТ2Т-5 для ТВСА в ТВСА -PLUS смещает ТП-1б вниз относительно ЦНК в ТВСА -PLUS, что также приводит к неадекватным показаниям ТП-1б. Для эффективной работы ТП-1а и ТП-1б необходимо провести разработку индивидуальных СВРД.КНИТ2Т с учетом индивидуальных длин каналов энерговыделения БЗТ и конструкции ТВС.

При испытании 4-х СВРД.КНИТ2Т-5 в начальном этапе 5 кампании были зафиксированы разные показания в зависимости от расположения ТП-1б относительно перфорационных отверстий в районе головки ТВС [5].

Рисунок 10. Показания ТП-1а и ТП-1б в ТВСА (ячейка 03-34) в течение 5-ой топливной кампании

Рисунок 11. Показания ТП-1а и ТП-1б в ТВСА (ячейка 13-24) в течение 5-ой топливной кампании

Рисунок 12. Показания ТП-1а и ТП-1б в ТВСА (ячейка 03-34) в течение 6-ой топливной кампании

Рисунок 13. Показания ТП-1а и ТП-1б в ТВСА (ячейка 13-24) в течение 6-ой топливной кампании

Рисунок 14. Показания ТП-1а и ТП-1б в ТВСА (ячейка 03-34) в течение 7-ой топливной кампании

Рисунок 15. Показания ТП-1а и ТП-1б в ТВСА (ячейка 13-24) в течение 7-ой топливной кампании

2. Анализ показаний ТП в составе СВРД.КНИТ2Т-5 в переходных режимах

В переходных режимах работы реактора существенное значение имеет инерционность ТП, которая определяется качеством теплового контакта горячего спая термопары ТП с измеряемой средой.

Тепловой контакт горячего спая термопары ТП СВРК с теплоносителем осуществляется через сталь общей толщиной около 3 мм и неконтролируемый зазор посадочного гнезда. В то время, как горячий спай ТП в СВРД прикреплен к внутренней стенке чехла и тепловой контакт с теплоносителем осуществляется через сталь толщиной около 1 мм. Очевидно, что такой контакт более надежен и обеспечивает меньшую инерционность ТП. На рисунке 16 приведены показания ТП СВРК и ТП СВРД.КНИТ2Т-5 (ячейка 03-34), для которой оптимальным образом были подобраны места установки ТП по высоте ТВС, во время отключения блока от сети с наложением обесточивания всех ГЦН в пятую топливную кампанию. Из рисунка видно насколько хорошо фиксируют ТП СВРД.КНИТ2Т-5 этот режим по сравнению со штатными ТП СВРК, размещенными в сухих каналах БЗТ.

Рисунок 16. Показания ТП КНИТ2Т-5, установленной в ТВСА (03-34) и ТП СВРК в переходном режиме при отключении блока 3 от сети(12.09.2009, 5 топливная кампания

Выводы

В процессе опытной эксплуатации СВРД.КНИТ2Т-5 на 3 блоке Калининской АЭС было установлено:

1. Данный тип СВРД работоспособен - характеристики всех датчиков, установленных в СВРД соответствуют Техническим условиям.

2. ТП-3 СВРД.КНИТ2Т-5 не может быть использована, как измеритель температуры на входе в ТВС без радикального изменения гидродинамических условий в этой области. Среднее значение температуры, вычисленное по датчикам петлевого контроля, в большинстве режимов работы РУ ВВЭР-1000 с более высокой точностью определяет эту температуру. При большом рассогласовании режима работы петель РУ, целесообразно вводить корректировки с учетом работы [6].

3. ТП-3 целесообразно использовать для измерения мощности на входном участке ТВС. Для этого необходимо увеличить до 250 мм расстояние от нижнего края топлива до горячего спая ТП-3, что улучшит условия теплообмена и уменьшит погрешность измерений.

4. ТП-1а и ТП-1б могут быть использованы для измерения температуры на выходе из ТВС. По показаниям ТП-1а и ТП-1б в ТВСА можно сделать вывод о неравномерности температурного поля по сечению ТВСА в твэльном пучке на выходе из активной зоны на всей высоте газового объема ТВЭЛа. В районе ЦНК, с установленным в нем чехлом СВРД температура теплоносителя на номинальной мощности на 4-5°С ниже средней температуры на выходе из ТВСА.

5. Показания ТП-1а и ТП-1б в ТВСА-PLUS указывают на необходимость проведения проверки правильности изготовления перфорации в ЦНК в районе головки ТВС.

6. При испытаниях ТВСА с перемешивающими решетками (ПР) ТП-1а и ТП-1б могут служить хорошим инструментом по проверке эффективности работы ПР при реакторных испытаниях, а также могут вести контроль состояния ПР при эксплуатации этих ТВСА. Важность этой функции СВРК сложно переоценить, поскольку увеличение мощности РУ до 110% планируют на базе ТВС с ПР.

7. Для эффективной работы СВРД.КНИТ2Т-5 необходимо индивидуальное изготовление данных СВРД с учетом типа ТВС, точного знания длин каналов ЭВ БЗТ.

8. В переходных режимах ТП СВРД.КНИТ2Т-5 практически безинерционны и могут эффективно использоваться для защит и блокировок.

9. Использования СВРД типа СВРД.КНИТ2Т-5 в модернизированных СВРК могут существенно повысить надежность и безопасность эксплуатации ТВС в активных зонах.

Список используемой литературы

1. Отчет ООО НТП «ИНКОР», Документ ШПИС.410219.001Д, Отчет по результатам эксплуатации сборок внутриреакторных детекторов СВРД.ШПИС.418260.001 ТУ на АЭС «Тяньвань», Москва, 2010 г..

2. Аннотационный отчет, Российский научный центр "Курчатовский Институт" Институт ядерных реакторов, Отделение исследований ВВЭР. Обоснование применения по СВРК-М для контроля активной зоны при эксплуатации топливных циклов повышенной длительности и мощности. По теме: «Участие в модернизации технического проекта реакторной установки для энергоблоков с ВВЭР-1000 с обоснованием безопасной эксплуатации на уровне мощности 104% от номинальной при работе в 18-ти месячном топливном цикле», Инв. №32/1-9-309 от 24.07.09, Москва, 2009 г.

3. Доклад ОКБМ, Калининской АЭС, НИЦ «Курчатовский институт»на МНТК-7 «Результаты эксплуатации ТВСА с улучшенным контролем выходной температуры на Калининской АЭС», сб. докладов МНТК-7, г. Подольск, 2011.

4. Отчет ООО НТП «ИНКОР», Документ ШПИС.410219.001Д, Отчет по результатам эксплуатации сборок внутриреакторных детекторов СВРД.ШПИС.418260.001 ТУ на Калининской АЭС, Москва, 2012 г.

5. Доклад Калининской АЭС, НИЦ ОАО «ИНКОР» на МНТК-7 «Анализ температурных полей в ТВСА в стационарных и переходных режимах с отключением одного ГЦН по эксплуатационным параметрам и показаниям опытной сборки КНИ2Т» авторов А.Н. Лупишко, С.В. Макаров, Л.Н. Богачек, В.Ф. Бай, К.А. Шенбергер (Калининская АЭС, Удомля, Россия); М.Г. Мительман (ОАО «ИНКОР», Москва, Россия), Сб тезисов докладов МНТК-7, г. Подольск, 2011 год.

6. Доклад ОАО «Атомэнерго» Нововоронежский филиал, Ростовская АЭС, НИЦ «Курчатовский институт» на МНТК-7 «Исследование температуры теплоносителя на входе в активную зону при вводе в эксплуатацию энергоблока №2 Ростовской АЭС» авторов Ю.В. Саунин, А.Н. Добротворский, А.В. Семенихин НВ АТЭ, Нововоронеж, Россия, М.В. Тарасов, В.В. Вдовюк, С.Е. Смирнов Ростовская АЭС, Ростов, Россия, А.И. Ковель, А.Е. Калинушкин, Ю.М. Семченков НИЦ «Курчатовский институт» Сб тезисов докладов МНТК-7, г. Подольск, 2011 год.

Размещено на Allbest.Ru