РАБОТА РЕАКТОРА ВВЭР-440 ПРИ УМЕНЬШЕНИИ ЧАСТОТЫ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ

Али Башарат, Иванов В. А.

СПбГТУ, г. Санкт-Петербург


Когда все электростанции работают уже на максимальных уровнях мощности и не имеется никакого резерва активной  мощности, чтобы увеличить мощность для частотного регулирования, любая дополнительная загрузка на электрической системе уменьшит частоту в энергосистеме. Из-за уменьшения частоты в энергосистеме уменьшится частота вращения главных циркуляционных насосов (ГЦН) и питательных насосов (ПН). Это приводит к уменьшению расходов через реактор и питательной воды в парогенератор. В этом случае, имеется единственная возможность, чтобы управлять частотой — это отключение некоторых из потребителей, что является нежелательной опцией. Таким образом, возникает вопрос: может ли реактор продолжать работать с уменьшенной частотой в энергосистеме? Была сделана попытка, найти ответ на этот вопрос.

Для изучения анализа динамических процессов в первом и втором контуре атомной электростанции с реактором ВВЭР-440 была разработана математическая модель. Система дифференциальных уравнений решалась при помощи метода Эйлера. В качестве первого шага был выполнен анализ только для реактора с использованием: (а) комбинированной программы регулирования (с постоянной средней температурой теплоноситель Tср-1 в первом контуре при 80-100 % номинальной мощности) и (б) программы регулирования с постоянным начальным давлением во втором контуре p-II. Было сделано допущение, что уровень воды в парогенераторе поддерживается постоянным. Насосы ГЦН-317 моделировались как главные циркуляционные насосы, вращающиеся асинхронными двигателями, у которых частота вращения изменяется фактически пропорционально изменению частоты питающего тока [1]. Производительность ГЦН, вследствие отсутствия статического противодавления, зависит от вращательной частоты линейно [2]. Таким образом, при уменьшении частоты сети от 50 до 45 Гц, расход через реактор уменьшается примерно на 10-11 %.

Поскольку ясно, что с уменьшением расхода теплоносителя Tср-1 увеличивается, чтобы сохранять Tср-1 постоянной согласно программе регулирования: (а) регулятор нейтронной мощности уменьшает мощность реактора примерно на 0.6 % (когда fc уменьшается от 50 до 45 Гц). Это может увеличивать дефицит активной мощности в системе. В то же время согласно, программе (б), нейтронная мощность в первый момент уменьшается из-за отрицательного коэффициента реактивности, а затем увеличивается почти до номинального значения, чтобы поддержать p-II. Давление p-II сначала уменьшается в результате уменьшения теплоты, передаваемой от первого контура ко второму, которая, в свою очередь, уменьшается из-за уменьшения расхода теплоносителя. В обоих случаях температура на выходе реактора увеличивается примерно на 1.5° C, а на входе в реактор – уменьшается примерно на 1-1.5° С.

Для определения температуры различных участков тепловыделяющего элемента (твэла) и теплоносителя, движущегося через канал, активная зона реактора была условно разделена по высоте на 20 участков. Критический тепловой поток на длине канала зависит от коэффициента объемной неравномерности тепловыделения Kv и понижения частоты сети Dfc. Чтобы исследовать изменение критических и фактических тепловых потоков по высоте тепловыделяющего элемента и изменение запаса до кризиса теплообмена по мощности nзп, были сделаны расчеты с различными значениями Kv (от 2 до 3) и Dfc (от 0 до 5 Гц). Коэффициент запаса определен как

nзп  = MIN[ qkp(z) / qф(z) . kмех . k ],

где MIN-функция, дающая минимальное значение параметров, qkp(z) – критический тепловой поток по высоте твэла, qф(z)- фактический тепловой поток по высоте твэла, kмех – коэффициент запаса для возможных механических отклонений твэла, k – коэффициент запаса для недостаточной изученности. Применительно к реактору ВВЭР-440 оба коэффициента принимаются равными 1,1.

Для вычисления критических тепловых потоков использовалась корреляция Осмачкина [3]. Результаты расчетов показали, что снижение частоты до 45 Гц, имеет очень малый эффект на nзп. При падении частоты до 45 Гц и при коэффициенте неравномерности Kv меньшем или равным 2.8, то nзп больше 1.28 – рекомендованного значения для безопасной эксплуатации реактора ВВЭР-440 [4]. Это означает, что реактор может работать с уменьшенной частотой в энергосистеме на номинальной мощности. Эффект уменьшенного расхода теплоносителя до некоторой степени минимизирован уменьшением температуры теплоносителя на входе в реактор. Из-за существования противодавления на конденсатных и питательных насосах, снижение частоты может вызвать серьёзное уменьшение расхода теплоносителя во втором контуре, так как уменьшение расходов этих насосов будет большим по сравнению с насосами первого контура.

Литература

  1. Зимин В. И., Регулирование скорости вращения электродвигателей. – М: Военное издательство, Министерства обороны СССР, 1962, с. 59.
  2. Айрапетян Г. А., Айрапетян Ю. И. Исследование режимов энергосистем с АЭС при снижении частоты и работе АЧР// Электричество, № 11, 1974.
  3. Овчинников Ф. Я., Семенов В. В. Эксплуатационные режимы ВВЭР. – М: Энергоатомиздат. – 1988, с. 121-122.
  4. Иванов В. А. Эксплуатация АЭС. СПб: Энергоатомиздат, 1994, с. 259.