double arrow

Программы регулирования АЭС с ВВЭР

Рассмотрим более детально две основные программы регулирования энергоблоков двухконтурных ЯЭУ АЭС с корпусными водо-водяными реакторами и с парогенераторами, генерирующими сухой насыщенный пар. Рассмотрим достоинства и недостатки возможных программ регулирования и область их применения.

Установки указанного типа нашли наибольшее распространение в отечественной стационарной энергетике и за рубежом (в США и ряде других стран). В СССР их история начинается с первого блока Нововоронежской АЭС (начало строительства - 1957 год, ввод в действие - 1964 год). В процессе развития ЯЭУ этого типа существенно менялись программы регулирования блоков и методы реализации программ.

Как уже отмечалось, в таких установках обычно предусматривают неизменный расход теплоносителя Gт = const. Рассмотрим для этого случая два возможных типа программы регулирования энергоблока:

а) программы с заданием температурного режима I контура по закону tтср = const;

б) программа с заданием температурного режима II контура tII = const (за счет поддержания давления пара по закону рII = const).

 

Если в ЯЭУ предусмотрен парогенератор сухого насыщенного пара с неявно выраженной экономайзерной зоной, то вся поверхность теплопередачи ПГ работает как испарительная поверхность. Для качественного рассмотрения вопроса температурный напор теплопередачи в парогенераторе можно представить как разность между средней температурой теплоносителя и температурой рабочего тела - температурой насыщения для принятого давления пара рII, т.е.

dt = tтср – tsII. (4.18)

 

Отсюда следует: при снижении мощности установки пропорциональное снижение температурного напора в парогенераторе dt (см. зависимость (4.17) Nпг = Nр = K×F ×(tтср – tsII)) может осуществляться следующим образом:

а) при поддержании постоянного давления пара рII (следовательно, и его температуры tII) должно произойти изменение средней температуры теплоносителя tтср по линейному закону;

б) при поддержании постоянной средней температуры теплоносителя tтcр орган регулирования подачи пара к турбоагрегату должен обеспечить такое изменение давление пара в паропроводе, чтобы обеспечивалось линейное изменение температуры пара tII.

Тогда указанные выше типы программ регулирования энергоблока принимают вид, показанный на рисунке 4.25.

Так как численное соотношение между давлением и температурой насыщения - величина переменная, то на рисунке 4.25 линейному изменению температуры насыщения tII соответствует криволинейный характер изменения давлений пара рII.

 

Рисунок 4.25 – Программа регулирования энергоблоков двухконтурных ЯЭУ, работающих на сухом насыщенном паре: а) – программа рII = сonst; б) – программа tтср= const

 

На ранней стадии развития двухконтурных ЯЭУ с водяным теплоносителем под давлением принималась программа регулирования при tтср = const. В частности, по такой программе предусматривалась работа системы регулирования первых двух энергоблоков Нововоронежской АЭС (1964—1969гг.). Достоинства такой программы регулирования сводятся к следующему:

- несмотря на значительный отрицательный температурный коэффициент реактивности, присущий ядерным ректорам с водой под давлением, при изменении мощности установки происходит незначительное изменение реактивности реактора. Это облегчает условия работы системы автоматического регулирования мощности реактора. Система регулирования в основном компенсирует только динамические изменения реактивности;

- при изменении мощности установки остается практически неизменным объем теплоносителя в I контуре. Поэтому компенсатор давления I контура должен в основном воспринимать только динамические изменения объема теплоносителя. Это значительно облегчает условия работы системы компенсации давления и ее регуляторов;

- при изменении мощности незначительно меняется температурный режим активной зоны, а также толстостенных корпусных конструкций ядерного реактора. Благодаря этому в корпусе реактора возникают умеренные термические напряжения даже при сравнительно быстрых изменениях мощности.

 


Как следует из изложенного, такая программа регулирования энергоблока обеспечивает наиболее благоприятные условия работы реактора и ППУ в целом. Поэтому в условиях недостаточного опыта эксплуатации двухконтурных ЯЭУ она безоговорочно принималась для таких энергоблоков АЭС на ранней стадии их развития.

 

Вместе с тем программа регулирования, основанная на законе tтср = const, обладает и существенными недостатками.

Как следует из рассмотрения этой программы (см. рисунок 4.25,б) с уменьшением мощности неизбежно должно расти значение температуры насыщения рабочего тела (так как пропорционально снижению мощности должен снижаться температурный напор в ПГ), а значит, и давление насыщения, т.е. давление пара. Мера повышения давления пара зависит от соотношения температур теплообменивающихся сред на номинальном режиме. Во всех реальных случаях это повышение давления может составить около 50% от номинального.

Например, для одного из возможных вариантов ЯЭУ с номинальными параметрами теплоносителя и рабочего тела tт1= 275оС, tт2 = 245оС,

tтср = (tт1 + tт2)/2 = (275 + 245)/2 = 260оС,

tII = 236оС давление пара повышается от 3,12 МПа (рs при tII = 236оС) до 4,69 МПа (рs при tII = 260оС), т.е. повышение давления составляет около 50% от номинального.

В рассмотренном примере приняты несколько заниженные номинальные параметры ЯЭУ, что было характерно для стационарной атомной энергетики на ранней стадии развития, когда применялись программы регулирования при tтср = const. С ростом номинальных параметров установки мера повышения давления пара несколько снизилась, но незначительно - до величины порядка 45%.

 

Повышение давления пара при снижении мощности установки резко усложняет условия работы оборудования II контура, утяжеляет его (растет расчетное давление парогенератора, паропровода, парораспределительного устройства турбоагрегата), повышает его стоимость, снижает надежность.

В порядке компромиссного решения вопроса для таких установок обычно идут на некоторое снижение начальных параметров теплоносителя и рабочего тела, что отрицательно сказывается на экономичности установки на номинальной мощности.

При снижении мощности экономичность резко снижается, так как давление свежего пара повышается, а давление пара перед соплами турбины должно снижаться по треугольнику Стодолы прямо пропорционально расходу пара (cм. зависимость (4.12)).

 

При этом давление пара перед сопловым аппаратом первой ступени pс для турбины с полным впуском пара в соответствии с известной формулой Стодолы изменяется примерно прямо пропорционально расходу пара на турбину Gт, т.е.

pс / pсном» Gт / Gтном; (4.12)

 

В связи с этим резко возрастает дросселирование пара на регулирующем паровом клапане, что снижает экономичность установки. Кроме того, увеличивается износ регулирующего клапана. За счет дросселирования пара обычно возрастает влажность пара на входе в ЦВД турбоагрегата, что усиливает эрозию лопаточного аппарата турбины и, таким образом, уменьшает его надежность. Повышение влажности в проточной части ЦВД снижает внутренний КПД турбины.

 

С учетом важности отмеченных недостатков от программы tтср = const в ее чистом виде в настоящее время отказываются.

На всех серийных отечественных АЭС перешли на программы регулирования рII = const (постоянное давление пара в паропроводе). Достоинства и недостатки этой программы противоположны достоинствам и недостаткам ранее рассмотренной программы.

 

К достоинствам программы рII = const можно отнести следующее:

- КПД цикла и внутренний КПД турбины выше. Причем эта программа позволяет увеличить номинальное давление пара до предельно возможного, поэтому КПД цикла выше не только на промежуточных режимах из-за уменьшения дросселирования пара, но и на номинальном режиме;

- условия работы для оборудования второго контура более простые, поэтому его надежность выше, а стоимость оборудования может быть снижена. Многие из устройств II контура работают при постоянном давлении пара и, следовательно, при постоянной температуре, что также благоприятно сказывается на надежности работы, на маневренных свойствах ПТУ.

 

Основные недостатки программы регулирования по закону рII = const следующие:

- при изменении мощности установки из-за изменения температурного режима ядерного реактора изменяется его реактивность. Это увеличивает нагрузку на систему управления реактором;

- изменение температурного режима реактора при изменении мощности вызывает увеличение термических напряжений в толстостенных конструкциях трассы I контура;

- с изменением мощности увеличивается нагрузка на систему компенсации давления I контура и ее регулятор;

- несколько ухудшаются динамические характеристики установки при значительных сбросах и набросах нагрузки на установку.

 

Многие из отмеченных недостатков могут быть частично скомпенсированы, если переходные режимы осуществлять растянутыми во времени. Hо это значит, что маневренные характеристики установки заведомо ухудшаются.

 

Сопоставление достоинств и недостатков обоих типов программ регулирования с учетом современного состояния стационарной атомной энергетики однозначно приводит к выводу, что предпочтение следует отдавать программе рII = const. Более того, на первом блоке Нововоронежской АЭС, на которой система регулирования построена по принципу tтср = соnst, для некоторого снижения отрицательных свойств этой программы в последующем были внесены изменения в регламент эксплуатации энергоблока. Суть их сводилась к тому, что регулирование по принципу tтср = const сохранялось в некотором узком диапазоне мощности. При выходе из этого диапазона с помощью задатчика средней температуры теплоносителя ее уставка переводилась на иной уровень (сниженный при снижении мощности). Весь диапазон возможного изменения мощности был поделен на несколько участков, для каждого из которых устанавливался свой уровень средней температуры теплоносителя. Принцип построения такой программы регулирования показан на рисунке 4.26.

При соответствующем подборе значений tтсрзадан для каждого диапазона мощности можно получить ступенчатое изменение параметров, достаточно близкое к программе рII = const. Ступенчатое изменение параметров ЯЭУ - это недостаток такого решения, но сохранение принципа работы программы по закону tтср = const несколько облегчает условия работы активной зоны. Кроме того, такая трансформация программы регулирования энергоблока позволила сохранить ранее разработанную систему регулирования с незначительными изменениями в ее составе.

 

Рисунок 4.26 – Программа регулирования энергоблока по принципу tтср= const при ступенчатом изменении уставки tтсрзадан (блок №1 НВАЭС)  

 

 


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: