1.5 Основные объекты управления аэс с ввэр-1000

Реактор ВВЭР-1000 (рис. слева) предназначен для получения тепловой энергии за счет цепной реакции деления ядер U²³⁵. Реактор представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд, внутри которого размещается активная зона и внутрикорпусные устройства. В верхней части корпуса имеется восемь патрубков диаметром 850 мм: нижние четыре патрубка служат для ввода теплоносителя в реактор от каждой из четырех петель, а верхние четыре патрубка – для отвода теплоносителя. В активной зоне, размещенной в шахте 5 размещается ядерное топливо – 163 тепловыделяющих сборки с диоксидом урана UO₂. Конструкция активной зоны ВВЭР-1000 обеспечивает отрицательный коэффициент реактивности как по температуре топлива и теплоносителя, так и отрицательный коэффициент по мощности, т.е. в ВВЭР-1000 присутствуют только отрицательные обратные связи. Главное преимущество реактора ВВЭР перед РБМК состоит в большей безопасности. Это о пределяется тремя причинами:

1) реактор ВВЭР не имеет положительных обратных связей, т.е. в случае потери воды 1-го контура и прекращения охлаждения активной зоны, реакция деления затухает, а не разгоняется, как в РБМК;

2) активная зона ВВЭР не содержит горючего вещества (графита), которого в активной зоне РБМК содержится ≈2 тыс. тонн;

3) реактор ВВЭР имеет защитную оболочку, не допускающую выхода радиоактивности за пределы АЭС даже при разрушении корпуса реактора; выполнить единый защитный колпак для РБМК невозможно из-за большой разветвленности труб реакторного контура.

Корпус ВВЭР состоит из цилиндрического сосуда и крышки 3, притягиваемой к сосуду шпильками 2. В сосуде подвешивается шахта 5, представляющая собой тонкостенный сосуд с уплотнением 6 и системой отверстий, обеспечивающих направленное движение теплоносителя внутри реактора. Теплоноситель (вода) с давлением 160 кгс/см² и температурой 289 ⁰С поступает по четырем патрубкам в кольцевое пространство между корпусом и шахтой и движется вниз между ними. На этой стадии вода выполняет функцию отражателя нейтронов. Дно шахты имеет многочисленные отверстия, через которые вода попадает внутрь шахты, где располагается активная зона, состоящая из шестигранных ТВС. В активной зоне, за счет реакторной теплоты, теплоноситель нагревается до температуры 322 ⁰С и через выходные патрубки направляется к парогенераторам, в которых отдает полученное тепло воде 2-го контура.

Плавное управление мощностью реактора осуществляется с использованием жидкого замедлителя (борное регулирование), который добавляется в теплоноситель 1-го контура в процессе эксплуатации. Концентрация борной кислоты может изменяться в пределах 0-16 г/кг. При концентрации 0 г/кг воздействие на мощность реактора минимально, а при концентрации 16 г/кг происходит интенсивное снижение мощности. Более быстрое управление цепной реакцией производится с помощью органов СУЗ. В состав реактора ВВЭР-1000 входит 61 орган СУЗ, которые разделены на 10 групп. Перемещение органов СУЗ через активную зону осуществляется с помощью приводов ШЭМ – чем глубже опущен орган СУЗ в активную зону, тем интенсивнее воздействие на мощность. Достоинством жидкостного регулирования является то, что введение борной кислоты не искажает поля энерговыделения в активной зоне, т.к. бор (основной поглотитель тепловых нейтронов) равномерно распределен в циркулирующей воде 1-го контура. Управление мощностью с помощью органов СУЗ обеспечивает неравномерное энерговыделение в активной зоне и потому при нормальной эксплуатации не используется. Механическая часть СУЗ рассчитывается только на температурный эффект и после выхода реактора на рабочий режим, практически полностью выводится из активной зоны. В зоне остаются только стержни, выполняющие роль оперативного регулирования (10-ая группа СУЗ, состоящая из 6 стержней), суммарная эффективность которых сравнительно невелика, и искажения профиля плотности потока нейтронов за счет органов регулирования сводятся к минимуму. Таким образом, ядерный реактор является основным объектом управления и помимо управления мощностью, нужно также контролировать множество других параметров – это температура воды на выходе из ТВС, положение органов СУЗ внутри реактора, уровень и давление теплоносителя в реакторе, химический состав воды, плотность нейтронного потока, распределение энерговыделения по активной зоне. Ниже приведены основные характеристики ВВЭР-1000 и уставки некоторых управляемых параметров.

Реактор оснащен сборками внутриреакторных детекторов (СВРД) типа КНИ-5Б и/или ИНК-7, обеспечивающими контроль за распределением энерговыделения по объему активной зоны. В дальнейшем планируется дополнить СВРД термоэлектрическими преобразователями для контроля температуры теплоносителя на выходе из ТВС.

Парогенератор ПГВ-1000 предназначен для выработки сухого насыщенного пара. По конструкции он горизонтальный, однокорпусный с теплообменной поверхностью погруженного типа и встроенными в корпус сепарационными устройствами (рис. слева). Парогенератор представляет собой горизонтальный испаритель, с общей поверхностью теплообмена 6115 м², с U-образным трубным пучком из нержавеющих трубок. Концы трубок завальцованы в двух вертикальных коллекторах. Нагретый в реакторе теплоноситель поступает во входной коллектор, распределяется по трубкам и, пройдя через них, отдает свою теплоту воде 2-го контура, находящейся в межтрубном пространстве. Образующийся при нагреве питательной воды насыщенный пар, проходя из парового пространства парогенератора через жалюзийный сепаратор, подвергается сушке и затем через патрубки поступает в паровой коллектор. Для нормальной работы парогенераторной установки нужно контролировать следующие параметры: давление, температуру, влажность пара, уровень питательной воды в парогенераторе, расход питательной воды через ПГ и т.д. Ниже приведены основные характеристики ПГВ-1000 и уставки управляемых параметров.

Главный циркуляционный насос ГЦН‑195М предназначен для создания циркуляции теплоносителя в ГЦК и отвода тепла из активной зоны реактора. ГЦН представляет собой вертикальный центробежный одноступенчатый насос, состоящий из корпуса, выемной части, электродвигателя и вспомогательных систем (рис. слева). ГЦН снабжен антиреверсным устройством, служащим для предотвращения проворачивания вала насоса при обратной циркуляции теплоносителя. Электродвигатель вертикальный, асинхронный, трехфазный переменного тока. Вал двигателя соединяется с валом насоса с помощью торсионно-зубчатой муфты. На валу электродвигателя имеется маховик. Маховик необходим для обеспечения выбега ГЦН при его обесточении в течение времени, достаточного для разгрузки реактора до допустимого уровня мощности, соответствующего числу оставшихся в работе ГЦН. В системе АЭС с реактором ВВЭР-1000 циркуляция теплоносителя в нормальной эксплуатации принудительная (т.е. ГЦН непрерывно прокачивает воду через 1-ый контур со скоростью 10 м/с). Большая протяженность 1-го контура, составляющая для каждой петли более 46 м, значительная скорость теплоносителя и стремление к компактности размещения оборудования приводят к значительным сопротивлениям, преодоление которых за счет естественной циркуляции возможно только при малом давлении - это и используется в аварийных ситуациях и при плановом расхолаживании. Естественная циркуляция теплоносителя достигается за счет особого размещения оборудования 1-го контура: реактор (источник теплоты) находится ниже парогенераторов (охладителей) (рис. 1.17). Нагреваясь в реакторе за счет остаточного тепла, теплоноситель становится легче и вытесняется более холодным теплоносителем из холодных ниток к выходным патрубкам реактора. Охлаждаясь в ПГ, трубчатка которых расположена выше реактора, теплоноситель становится тяжелее и вновь опускается в холодные нитки.

Рис. 1.17 Размещение основного оборудования 1-го контура

Таким образом, при нормальной эксплуатации используется принудительная циркуляция воды с включенными ГЦН. В аварийных ситуациях, в случае неработающих ГЦН и низком давлении 1-го контура, используется естественная циркуляция, что позволяет проводить расхолаживание реактора и снизить риск расплавления ТВС из-за недостаточного отвода тепла от активной зоны. Для нормальной работы ГЦН нужно контролировать следующие параметры: ххххххххххх. Ниже приведены основные характеристики ГЦН-195М и уставки управляемых параметров.

Система компенсации давления предназначена для поддержания давления в 1-ом контуре в допустимых пределах в стационарном режиме и для ограничения колебаний давления в переходных и аварийных режимах. Система компенсации давления включает паровой компенсатор давления, бак барботер, арматуру и соединительные трубопроводы. Основным элементом системы является паровой компенсатор давления (рис. слева), состоящий из вертикального цилиндрического сосуда, нижняя часть которого заполнена водой и соединена с «горячей» ниткой ГЦК. Давление в компенсаторе и, следовательно, в 1-ом контуре создается и регулируется паровой подушкой, заполняющей верхнюю часть сосуда. Вода в компенсаторе подогревается электрическими нагревателями до температуры насыщения. При изменениях давления в 1-ом контуре компенсатор выравнивает его за счет фазовых переходов пара в жидкость и наоборот. Регулируемыми параметрами являются давление и уровень воды в компенсаторе. Регулятор давления воздействует на клапаны впрыска или на регулирующий автотрансформатор электронагревателей. В случае быстрого увеличения давления в 1-ом контуре предусматривается непосредственный сброс теплоносителя в паровое пространство по специальному трубопроводу аварийного расхолаживания из холодной нитки ГЦТ.