Исследование азимутальных ксеноновых колебаний в активной зоне ВВЭР-1000

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

К числу периодических перераспределений мощности по объему активной зоны ВВЭР-1000 относятся наряду с аксиальными и диаметральными также и азимутальные ксеноновые колебания.

Азимутальные ксеноновые колебания могут быть инициированы последовательными (в направлении или против движения часовой стрелки):

- сбросами (погружениями) с последующим извлечением симметрично расположенных относительно центра активной зоны органов регулирования;

- последовательным извлечением по одному симметрично расположенному относительно центра активной зоны органу регулированиям (ОР) из погруженной в активную зону группы системы управления и защиты (СУЗ) реактора с выдержкой времени перед извлечением очередного ОР.

Исследования азимутальных ксеноновых колебаний в активной зоне ВВЭР-1000, включая распределение энерговыделения в объеме активной зоны реактора и его влияние на показания внезонных детекторов нейтронного потока во 2-ом рабочем диапазоне (РД-2) аппаратуры контроля нейтронного потока (АКНП) и мощность, отводимую от реактора петлями первого контура, нами выполнены дважды :в процессе ввода новых энергоблоков в эксплуатацию: впервые - на блоке №1 Ростовской АЭС при эффективном времени (Тэф) работы топливной загрузки (47.2 - 50.2) эффективных суток (эфф.сут.), затем - на блоке №3 Калининской АЭС при Тэф = (34.9 - 37.0) эфф.сут. Первая топливная загрузка блока №1 Ростовской АЭС состояла из усовершенствованных тепловыделяющих сборок (УТВС), а аналогичная топливная загрузка блока №3 Калининской АЭС - из альтернативных тепловыделяющих сборок (ТВСА).

Основные цели таких экспериментов состояли в подтверждении безопасности и устойчивости эксплуатации энергоблоков в исследуемых режимах и в получении данных для уточнения и верификации расчетных кодов, используемых для энергоблоков атомных станций с ВВЭР-1000. Кроме того представлял интерес в сравнении характеристик (в первую очередь, периода и постоянной времени затухания) этих колебаний с аналогичными характеристиками аксиальных и диаметральных колебаний.

В ходе исследований азимутальные ксеноновые колебания возбуждались поочередным погружением на 2 ч от верхних концевых выключателей (ВКВ) до нижних концевых выключателей (НКВ) отдельных органов регулирования 6-ой группы СУЗ по направлению хода часовой стрелки при неизменном положении остальных ОР. Регулирующая (№10) группа ОР СУЗ находилась в положении примерно 90%, что составляло 93.8% от низа активной зоны.

Мощность реактора поддерживалась в диапазоне (73 - 75) % Nном на блоке №1 Ростовской АЭС и в диапазоне (71 - 72) % Nном на блоке №3 Калининской АЭС изменением содержания бора в теплоносителе первого контура. Здесь Nном - номинальная мощность реактора (= 3000 МВт).

Рис. 1. Изменение относительных энерговыделений в кассетах с координатами 05-20, 05-38, 14-29, 11-20, 11-38 и 02-29 в процессе исследования азимутальных ксеноновых колебаний на энергоблоке №3 Калининской АЭС

В процессе исследований были зарегистрированы большие объемы нейтронно-физических и теплотехнических параметров реакторной установки (РУ) на интервале времени возбуждения колебаний и в течение примерно двух их периодов, которые затем были использованы в Российском научном центре «Курчатовский институт» для уточнения констант программного комплекса «КАСКАД».

Рис. 2. Изменение относительных энерговыделений в кассетах с координатами 06-19, 10-39, 04-37, 12-21, 02-27 и 14-31 в процессе исследования азимутальных ксеноновых колебаний на энергоблоке №3 Калининской АЭС

Изменения во времени ряда параметров, полученных в ходе экспериментальных исследований на блоке №3 Калининской АЭС представлены на рис. 1 - 7, а именно:

- на рис. 1 - зависимости от времени относительных энерговыделений (Кq()) в тепловыделяющих сборках (ТВС) с координатами 05-20, 02-29, 05-38, 11-38, 14-29 и 11-20, в которых погружались органы регулирования 6-ой группы СУЗ;

Рис. 3

азимутальный ксеноновый энерговыделение

- на рис. 2 - зависимости Кq() в ТВС с координатами 06-19, 02-27, 04-37, 10-39, 14-31 и 12-21, имеющих сборки датчиков прямой зарядки (ДПЗ) и расположенных рядом с кассетами, в которых погружались ОР 6-ой группы СУЗ;

- на рис. 3 - зависимости Кq() в ТВС с координатами 02-35, 04-33, 07-30 и 08-29 (соответственно ячейки № 7, 5, 2, 1 в секторе 600 ) расположенных на оси, соединяющей кассеты с координатами 08-29 и 02-35;

Рис. 4. Изменение относительных энерговыделений в кассетах с координатами 07-32, 05-38, 06-35 и 08-29 в процессе исследования азимутальных ксеноновых колебаний на энергоблоке №3 Калининской АЭС

- на рис. 5 - зависимости от времени относительной мощности реактора по различным каналам измерения в РД-2 АКНП (Nрд2i/Nрд2(), где Nрд2i - мощность реактора по данным i-го канала РД-2 АКНП (i = 2, 7, 12, 17, 22, 27),Nрд2 - средняя по всем каналам измерения мощность реактора в РД-2 АКНП);

Рис. 5. Изменение относительных мощностей ИК в РД-2 АКНП в процессе исследования азимутальных ксеноновых колебаний на энергоблоке №3 Калининской АЭС 1 - канал №2; 2 - канал №12; 3 - канал №22; 4 - канал №7; 5 - канал №17; 6 - канал №27

Рис. 6. Изменение отношений мощностей ИК в РД-2 АКНП к тепловой мощности реактора в процессе исследования азимутальных ксеноновых колебаний на энергоблоке №3 Калининской АЭС 1 - канал №2; 2 - канал №12; 3 - канал №22; 4 - канал №7; 5 - канал №17; 6 - канал №27

- на рис. 6 - зависимости от времени отношений мощности реактора по каналам измерения в РД-2 АКНП к его тепловой мощности (Nрд2i/N1к(), где N1к - мощность реактора, рассчитываемая по параметрам теплоносителя 1-го контура);

- на рис. 7 - зависимости от времени относительных подогревов теплоносителя в петлях первого контура (Тi/Т(), где Тi - подогрев теплоносителя в i-ой петле, Т - средний по петлям подогрев теплоносителя в реакторе).

Из анализа рис 1 - 4 следует:

- амплитуда колебаний относительного энерговыделения в ТВС по мере приближения к центру активной зоны уменьшается;

- в «центральной» ТВС (с координатами 08-29) колебания Кq отсутствуют;

- по радиусу активной зоны относительное энерговыделение изменяется во времени синхронно.

Вычисление характеристик «свободных» азимутальных ксеноновых колебаний (амплитуды А0, циклической частоты щ, периода Тхе = 2р/щ, постоянной времени затухания хе и индекса стабильности б = -1/хе) проводилось на основе аппроксимации экспериментальных данных следующей формулой:

х()=А0?ехр(-/хе)?sin(щt + ц0) + хст ,(1)

где х() - соответственно один из параметров Кq(), Nрд2i/Nрд2() или Тi/Т();

А0 - амплитуда колебаний параметра х();

xст - стационарное значение параметра х;

Рис. 7. Изменение относительных подогревов теплоносителя в петлях в процессе исследования азимутальных ксеноновых колебаний на энергоблоке №3 Калининской АЭС 1 - ДТ1/ ДТ; 2 - ДТ2/ ДТ; 3 - ДТ3/ ДТ; 4 - ДТ4/ ДТ

ц0 - начальная фаза колебаний (при = 0 - момент достижения параметра х() своего стационарного значения сразу же по окончании возбуждения исследуемых ксеноновых колебаний);

- текущее время.

Результаты выполненной аппроксимации зависимостью (1) изменений во времени Кq в ряде ТВС, относительной мощности реактора Nрд2i/Nрд2 по всем каналам измерения в РД-2 АКНП и относительных подогревов теплоносителя в петлях Тi/Т приведены в таблице 1. В данной таблице указаны также значения параметров, в области изменения которых исследовались «свободные» азимутальные ксеноновые колебания (после извлечения до ВКВ последнего из погружавшихся ОР 6-ой группы СУЗ), а именно:

Тэф - эффективное время работы первой топливной загрузки;

Nт - тепловая мощность реактора;

H10 - положение 10-ой группы ОР СУЗ в активной зоне;

Сбк - концентрация борной кислоты в реакторе;

Твх - температура теплоносителя на входе в реактор;

ДТ - подогрев теплоносителя в реакторе;

P1 - давление теплоносителя в 1-ом контуре.

По данным таблицы 1 средние значения периода и постоянной времени затухания колебаний составляют:

- по данным изменения во времени Кq (27.5 ± 0.5) ч и (19.4 ± 0.6) ч соответственно;

- по данным каналов измерения мощности реактора в РД-2 АКНП (27.3 ± 0.5) ч и (20.0 ± 0.6) ч соответственно;

- по данным изменения относительных подогревов теплоносителя в петлях 1-го контура (27.4 ± 0.5) ч и (19.7 ± 0.6) ч соответственно.

Аппроксимация зависимостью (1) результатов изменения во времени Кq, выполненных по программе БИПР-7А для Тэф = 40 эфф.сут. дают: TXe = 27.5 ч и фXe = 16.8 ч.

Таким образом, согласно эксперименту азимутальные ксеноновые колебания являются менее затухающими, чем это предсказывается результатами имитационных нейтронно-физических расчетов.

Результаты измерений на блоке №1 Ростовской АЭС представлены:

- на рис. 8 - зависимости от времени относительных энерговыделений в ТВС с координатами 02-23, 02-35, 08-41, 14-35, 14-23 и 08-17 (ячейка № 7 сектора симметрии 600);

Рис. 8

- на рис. 9 - зависимости от времени относительной мощности реактора по отдельным каналам ее измерения в РД-2 АКНП (здесь i = 1, 7, 11, 17, 21, 27);

- на рис. 10 - зависимости от времени относительных подогревов теплоносителя в петлях 1-го контура.

Рис. 9

Результаты вычислений параметров «свободных» азимутальных ксеноновых колебаний приведены в таблице 2. Согласно данной таблице средние значения периода и постоянной времени равны соответственно:

- (27.4 ± 0.5) ч и (20.4 ± 1.5) ч при расчете по зависимостям Кq();

- (27.3 ± 0.5) ч и (20.3 ± 1.5) ч при расчете по зависимостям Nрд2i/Nрд2();

- (27.4 ± 5.0) ч и (20.4 ± 1.0) ч при расчете по зависимостям Тi/Т().

Рис. 10

Из сравнения данных таблиц 1, 2 видно, что значения периода «свободных» азимутальных колебаний для блоков №3 Калининской АЭС и №1 Ростовской АЭС практически совпадают и равны примерно трем периодам полураспада ксенона-135. В принципе, и значения постоянной времени затухания данных колебаний для рассматриваемых активных зон в пределах погрешностей измерения также совпадают.

В заключение отметим, что значения периода всех имеющих место в активной зоне ВВЭР-1000 «свободных» ксеноновых колебаний (аксиальных, диаметральных и азимутальных), по крайней мере, в начале топливного цикла в пределах погрешности измерения (0.5 часа) совпадают.

По мере выгорания топливной загрузки увеличивается различие обогащения по урану-235 по высоте кассет, что является причиной перехода аксиальных ксеноновых колебаний из затухающих в незатухающие и даже расходящиеся. Последнее, безусловно, скажется и на периоде данных колебаний.

Таблица 1. Параметры «свободных» азимутальных ксеноновых колебаний (Калининская АЭС, блок №3, 1-ая топливная загрузка)

Таблица 2. Параметры «свободных» азимутальных ксеноновых колебаний (Ростовская АЭС, блок №1, 1-ая топливная загрузка)

Результаты исследований «свободных» азимутальных ксеноновых колебаний, полученные на блоках №1 Ростовской АЭС и №3 Калининской АЭС, рекомендуются для использования в верификации расчетных кодов, применяемых в обосновании безопасности эксплуатации атомных станций.

Размещено на Allbest.ru