Спосіб регулювання робочих параметрів активної зони ядерного реактора на воді під тиском

1. Спосіб регулювання робочих параметрів активної зони ядерного реактора на воді під тиском, причому згаданий ядерний реактор (8) включає в себе: активну зону (10), поділену на верхню частину та нижню частину, де виробляється теплова потужність; множину груп (Р1-Р5) керувальних стрижнів (40) для регулювання реактивності активної зони (10), причому кожна група може займати в активній зоні (10) множину положень введення, розподілених по висоті, причому вихідним є верхнє положення; засоби для введення кожної групи стрижнів (Р1Р5) по вертикалі у активну зону (10); первинний контур (30), пристосований для забезпечення циркуляції первинної охолоджувальної рідини через активну зону (10); засоби для регулювання концентрації щонайменше однієї сполуки-поглинача нейтронів ([В]) у первинній охолоджувальній рідині; засоби для вимірювання величин (FH, FB, ТВС, TBF, Q), які характеризують робочі умови в активній зоні реактора, який відрізняється тим, що згаданий спосіб регулювання включає: етап оцінювання ефективних значень (Tmoye, ˆ AOe, P maxc) робочих параметрів принаймні в залежності від виміряних величин (FH, FB, ТВС, TBF,Q); 2 (19) 1 3 5. Спосіб за п.3 або п.4, який відрізняється тим, що при застосуванні першого закону регулювання ˆ параметр ( P max), що характеризує можливість підняття потужності реактора (Рmах), регулюють з ˆ доведенням до його заданого значення ( P maxc) шляхом встановлення концентрації сполукипоглинача ([В]) у первинній охолоджувальній рідині, а при застосуванні другого закону регулювання ˆ згаданий параметр ( P max) регулюють з доведен ˆ ням до його заданого значення ( P maxc) шляхом переміщення груп стрижнів (Р1-Р5). 6. Спосіб за будь-яким із пп.3-5, який відрізняється тим, що згаданий перший етап включає стадію обчислення задаваного значення середньої температури первинної охолоджувальної рідини у активній зоні (Tmoyс) на основі характерного значення (Рс) потужності, що постачається в електричну мережу, яку живить реактор. 7. Спосіб за п.6, який відрізняється тим, що згаданий перший етап включає стадію розподілу груп стрижнів (Р1-Р5) на регулювальну підмножину (Рі), що забезпечує регулювання середньої температури первинної охолоджувальної рідини (Tmoy) у активній зоні, та малорухому підмножину (Н), яка головним чином забезпечує регулювання осьового розподілу потужності (АО), причому групи стрижнів малорухомої підмножини (Н) введені менше, ніж групи регулювальної підмножини (Рі). 8. Спосіб за п.7, який відрізняється тим, що малорухома підмножина (Н) стрижнів завжди розташована у верхній половині активної зони. 9. Спосіб за п.7 або п.8, який відрізняється тим, ˆ що параметр ( P max), який характеризує можливість підняття потужності реактора (Рmах), визначають принаймні на основі положень введення групи або груп стрижнів регулювальної підмножини (Рі), перший етап включає стадію обчислення задаваного положення (Zic) групи або груп стрижнів регулювальної підмножини (Рі) в залежності від заданої характеристики (Рmахс) можливості підняття потужності та виміряних значень (ТВС, TBF, Q). 10. Спосіб за п.9, який відрізняється тим, що етап регулювання за першим законом регулювання включає: стадію обчислення необхідних переміщень (dZi) групи або груп стрижнів регулювальної підмножини (Рі) в залежності від заданого значення (Tmoyс) та ефективного значення (Tmoye) середньої температури первинної охолоджувальної рідини у активній зоні реактора; та стадію модифікування положення або положень введення групи або груп стрижнів регулювальної підмножини (Рі) в залежності від обчислених переміщень (dZi) з метою регулювання середньої температури (Tmoy) первинної охолоджувальної рідини у активній зоні з доведенням її до заданого значення (Tmoyс). 11. Спосіб за будь-яким із п.9 та п.10, який відрізняється тим, що етап регулювання за першим законом регулювання включає: стадію обчислення необхідних переміщень (dZi) групи або груп стрижнів регулювальної підмножи 94897 4 ни (Рі) та необхідного переміщення (dZh) малорухомої підмножини (Н) в залежності принаймні від заданої характеристики (АОс) та ефективної характеристики (АОе) осьового розподілу теплової потужності; та стадію модифікування положення або положень введення групи або груп стрижнів регулювальної підмножини (Рі) та/або малорухомої підмножини (Н) в залежності від обчислених переміщень (dZi, dZh) з метою регулювання осьового розподілу теплової потужності (АО) з доведенням її до заданого значення (АОс). 12. Спосіб за п.11, який відрізняється тим, що коли середня температура (Tmoy) охолоджувальної рідини знаходиться у межах зони нечутливості навколо її заданого значення (Tmoyс), то регулювальна підмножина стрижнів (Рі) та малорухома підмножина (Н) переміщуються у протилежних напрямах із метою регулювання осьового розподілу теплової потужності (АО) з доведенням його до заданого значення (АОс). 13. Спосіб за будь-яким із пп.9-12, який відрізняється тим, що етап регулювання за першим законом регулювання включає: стадію обчислення концентрації сполукипоглинача ([В]) в залежності від заданого значення ˆ ˆ ( P maxc) та ефективного значення ( P maxе) параметра, що характеризує можливість підняття потужності реактора; та стадію встановлення концентрації сполукипоглинача ([В]) у первинній охолоджувальній рідині відповідно до обчисленого значення з метою регуˆ лювання параметра ( P max), що характеризує можливість підняття потужності реактора, з доведенˆ ням його до заданого значення ( P maxc). 14. Спосіб за будь-яким із пп.9-13, який відрізняється тим, що етап регулювання за другим законом регулювання включає: стадію обчислення необхідних переміщень (dZi) групи або груп стрижнів регулювальної підмножини (Рі) та необхідного переміщення (dZh) малорухомої підмножини (Н) в залежності від заданого (Tmoyс) та ефективного (Tmoye) значень середньої температури первинної охолоджувальної рідини у активній зоні та в залежності від заданого (Zlc) та ефективного (Zle) положень групи Р1; та стадію модифікування положення або положень введення групи або груп стрижнів регулювальної підмножини (Рі) та/або малорухомої підмножини (Н) в залежності від обчислених переміщень (dZi, dZh) з метою регулювання середньої температури (Tmoy) первинної охолоджувальної рідини у активній зоні з доведенням її до заданого значення (Tmoyс). 15. Спосіб за п.14, який відрізняється тим, що регулювальна підмножина (Рі) переміщується у першу чергу з метою регулювання середньої температури (Tmoy) первинної охолоджувальної рідини у активній зоні, а малорухома підмножина (Н) переміщується, коли регулювальна підмножина (Рі) досягає крайніх положень зони нечутливості, середина якої відповідає заданому положенню (Zic) цієї підмножини. 5 94897 6 16. Спосіб за будь-яким із пп.9-15, який відрізняється тим, що етап регулювання за другим законом регулювання включає: стадію обчислення концентрації сполукипоглинача ([В]) в залежності від заданого значення (АОс) та ефективного значення (АОе) характеристики осьового розподілу теплової потужності; та стадію встановлення концентрації сполукипоглинача ([В]) у первинній охолоджувальній рідині відповідно до обчисленого значення з метою регулювання характеристики осьового розподілу теплової потужності (АО) з її доведенням до заданого значення (АОс). 17. Спосіб за будь-яким із пп.9-16, який відрізняється тим, що етап регулювання за другим законом регулювання включає: стадію обчислення необхідного переміщення або переміщень (dZi) групи або груп стрижнів регулювальної підмножини (Рі) та необхідного переміщення малорухомої підмножини (Н) в залежності принаймні від заданих (Zic) та ефективних (Zie) характеристик положень введення групи або груп стрижнів регулювальної підмножини (Рі); та стадію модифікування положення або положень введення групи або груп стрижнів регулювальної підмножини (Рі) та/або малорухомої підмножини (Н) в залежності від обчислених переміщень (dZi, dZh) з метою утримання групи або груп стрижнів регулювальної підмножини (Рі) у межах зони нечутливості навколо заданого положення введення (Zic). 18. Спосіб за п.17, який відрізняється тим, що, коли середня температура охолоджувальної рідини (Tmoy) знаходиться у межах своєї зони нечутливості навколо заданого значення (Tmoyс), то регулювальну підмножину (Рі) та малорухому підмножину (Н) переміщують у протилежних напрямах із метою утримування групи або груп регулювальної підмножини (Рі) у межах згаданої зони нечутливості навколо заданого положення введення (Zic). 19. Спосіб за будь-яким із пп.7-18, який відрізняється тим, що групи стрижнів регулювальної підмножини (Рі) при варіюванні теплової потужності, що виробляється в активній зоні, вводять або витягають послідовно, причому дві групи, які послідовно вводять або витягають, займають відповідні положення введення, відділені одне від одного проміжком, який постійно є меншим від заздалегідь визначеного граничного значення. 20. Спосіб за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що спосіб регулювання є автоматичним. Винахід стосується в цілому способів керування ядерними реакторами. Більш конкретно, цей винахід стосується способу регулювання робочих параметрів активної зони ядерного реактора на воді під тиском, причому згаданий ядерний реактор включає активну зону, поділену на верхню частину та нижню частину, де виробляється теплова потужність; множину груп керувальних стрижнів для регулювання реактивності активної зони, причому кожна група може займати в активній зоні множину положень введення, розподілених по висоті, причому вихідним є верхнє положення; засоби для введення кожної групи стрижнів зверху вниз по вертикалі у активну зону до досягнення одного зі згаданих положень введення; первинний контур, пристосований для забезпечення циркуляції первинної охолоджувальної рідини через активну зону; засоби для регулювання концентрації щонайменше однієї сполуки-поглинача нейтронів у первинній охолоджувальній рідині; засоби для вимірювання величин, які характеризують робочі умови в активній зоні реактора. У патенті FR-2,493,582 описано спосіб, згідно з яким температура первинної охолоджувальної рідини автоматично регулюється шляхом переміщення груп керувальних стрижнів в залежності від споживаної потужності на турбіні, поточного значення температури та заданого значення температури. Осьовий розподіл теплової потужності (та нейтронної потужності) автоматично регулюється шляхом переміщення окремих груп, підібраних відповідним чином. Нарешті, параметр, що характеризує можливість підняття потужності реактора, регулюється оператором шляхом регулювання концентрації бору у первинній рідині шляхом додавання або чистої води, або концентрованого розчину бору. У цьому способі одна група керувальних стрижнів має постійно бути введеною у нижню частину активної зони з метою забезпечення регулювання осьового розподілу потужності. Ця вимога не може бути виконана, коли реактор працює на підвищеній потужності, оскільки в цьому випадку усі групи стрижнів розташовані у верхній частині активної зони. В такому разі оператори мають переключити систему автоматичного регулювання температури та осьового розподілу потужності за описаним вище способом на інший режим, який дозволяє автоматично регулювати тільки температуру. Це переключення вимагає стабілізації перехідного режиму - описаний вище спосіб регулювання активної зони не дозволяє автоматично регулювати потужність турбіни, коли групи стрижнів знаходяться у зоні переходу від одного режиму регулювання до іншого. У цій зоні неможливе функціонування реактора "з регулюванням частоти", оскільки таке функціонування полягає у модулюванні потужності турбіни, спрямованому на підтримання в електричній мережі, яку живить реактор, частоти 50Гц. У зв'язку з вищезазначеним, задачею цього винаходу є запропонування способу регулювання активної зони ядерного реактора, який забезпечує ефективне та автоматичне регулювання трьох вищезгаданих робочих параметрів (температура первинної охолоджувальної рідини, осьовий роз 7 поділ потужності, можливості підняття потужності реактора) на більш високому рівні робочої потужності реактора. Для вирішення цієї задачі пропонується спосіб регулювання робочих параметрів активної зони ядерного реактора на воді під тиском, який відрізняється тим, що він включає: - етап оцінювання ефективних значень робочих параметрів принаймні в залежності від виміряних величин; - етап вибору закону регулювання концентрації сполуки-поглинача та положень введення груп стрижнів, який вибирається з групи, що включає щонайменше перший та другий закони регулювання, які відрізняються один від одного; - етап регулювання робочих параметрів згідно з вибраним законом регулювання в залежності від заданих значень, що стосуються згаданих параметрів, та оцінених ефективних значень. Цей спосіб може також мати одну або кілька вказаних нижче характеристик, що розглядаються окремо або у будь-яких технічно можливих комбінаціях: - робочі параметри, що регулюють, включають щонайменше середню температуру первинної охолоджувальної рідини у активній зоні реактора, осьовий розподіл теплової потужності між верхньою та нижньою частинами активної зони та параметр, який характеризує можливість підняття потужності реактора, причому можливість підняття потужності відповідає тепловій потужності, яка може бути вироблена в активній зоні при швидкому піднятті груп стрижнів у положення, близьке до верхнього; - на етапі вибору перший закон вибирають, коли щонайменше одна група стрижнів знаходиться у положенні введення, нижчому від певного заздалегідь визначеного положення, а другий закон вибирають у протилежному випадку; - спосіб включає перший етап обчислення задаваних значень робочих параметрів принаймні в залежності від заданих параметрів керування реактором; - згаданий перший етап включає стадію обчислення задаваного значення середньої температури первинної охолоджувальної рідини у активній зоні реактора, виходячи з характерного значення потужності, що постачається в електричну мережу, яку живить реактор; - перший етап включає стадію розподілу груп стрижнів на регулювальну підмножину, що забезпечує регулювання середньої температури первинної охолоджувальної рідини у активній зоні реактора, та малорухому підмножину, яка головним чином забезпечує регулювання осьового розподілу потужності, причому групи стрижнів малорухомої підмножини введені менше, ніж групи регулювальної підмножини; - параметр, який характеризує можливість підняття потужності реактора, визначається принаймні на основі положень введення групи або груп стрижнів регулювальної підмножини, перший етап включає стадію обчислення задаваного положення групи або груп стрижнів регулювальної підмножини в залежності від заданої характеристики мо 94897 8 жливості підняття потужності та виміряних значень параметрів; - етап регулювання за першим законом регулювання включає: * стадію обчислення необхідних переміщень групи або груп стрижнів регулювальної підмножини в залежності від заданого значення та ефективного значення середньої температури первинної охолоджувальної рідини у активній зоні реактора та * стадію модифікування положення або положень введення групи або груп стрижнів регулювальної підмножини в залежності від обчислених переміщень із метою регулювання середньої температури первинної охолоджувальної рідини у активній зоні з доведенням її до заданого значення; - етап регулювання за першим законом регулювання включає: * стадію обчислення необхідних переміщень групи або груп стрижнів регулювальної підмножини та необхідних переміщень малорухомої підмножини в залежності від заданої характеристики та ефективної характеристики осьового розподілу теплової потужності та * стадію модифікування положення або положень введення групи або груп стрижнів регулювальної підмножини та/або малорухомої підмножини в залежності від обчислених переміщень із метою регулювання осьового розподілу теплової потужності відповідно до заданої характеристики; - етап регулювання за першим законом регулювання включає: * стадію обчислення концентрації сполукипоглинача в залежності від заданого значення та ефективного значення параметра, що характеризує можливість підняття потужності реактора та * стадію встановлення концентрації сполукипоглинача у первинній охолоджувальній рідині відповідно до обчисленого значення з метою регулювання параметра, що характеризує можливість підняття потужності реактора, з доведенням його до заданого значення; - етап регулювання за другим законом регулювання включає: * стадію обчислення необхідних переміщень групи або груп стрижнів регулювальної підмножини та необхідних переміщень малорухомої підмножини в залежності від заданого та ефективного значень середньої температури первинної охолоджувальної рідини у активній зоні та в залежності від заданого та ефективного положень групи Р1 та * стадію модифікування положення або положень введення групи або груп стрижнів регулювальної підмножини та/або малорухомої підмножини в залежності від обчислених переміщень із метою регулювання середньої температури первинної охолоджувальної рідини у активній зоні з доведенням її до заданого значення; - регулювальну підмножину переміщують у першу чергу з метою регулювання середньої температури первинної охолоджувальної рідини у активній зоні, а малорухому підмножину переміщують, коли регулювальна підмножина досягає крайніх 9 положень зони нечутливості, середина якої відповідає заданому положенню цієї підмножини; - етап регулювання за другим законом регулювання включає: * стадію обчислення концентрації сполукипоглинача в залежності від заданого значення та ефективного значення характеристики осьового розподілу теплової потужності та * стадію встановлення концентрації сполукипоглинача у первинній охолоджувальній рідині відповідно до обчисленого значення з метою регулювання характеристики осьового розподілу теплової потужності з його доведенням до заданого значення; - етап регулювання за другим законом регулювання включає: * стадію обчислення необхідних переміщень групи або груп стрижнів регулювальної підмножини та необхідного переміщення малорухомої підмножини в залежності від заданих та ефективних характеристик положень введення групи або груп стрижнів регулювальної підмножини та * стадію модифікування положення або положень введення групи або груп стрижнів регулювальної підмножини та/або малорухомої підмножини в залежності від обчислених переміщень із метою утримання групи або груп стрижнів регулювальної підмножини у межах зони нечутливості навколо заданого положення введення; - групи стрижнів регулювальної підмножини при варіюванні теплової потужності, що виробляється в активній зоні, вводять або піднімають послідовно, причому дві групи, які послідовно вводять або піднімають, займають відповідні положення введення, відділені одне від одного проміжком, який постійно є меншим від заздалегідь визначеного граничного значення. Інші характерні ознаки та переваги цього винаходу будуть зрозумілі з поданого нижче опису, який має ілюстративний, але в жодному разі не обмежувальний характер, із посиланнями на креслення, що додаються, на яких: - на Фіг.1 схематично представлені основні етапи способу за цим винаходом; - на Фіг.2 показана схема процесу, яка більш детально характеризує етапи двох законів регулювання, які реалізуються у способі, представленому на Фіг.1; - на Фіг.3А, Фіг.3В, Фіг.3С схематично показано переміщення груп регулювальних стрижнів у реакторі, керування яким здійснюється із застосуванням способу, представленого на Фіг.1 та Фіг.2, при переході заданої потужності від 100% номінального значення (Фіг.3А) до 50% номінального значення (Фіг.3В), а потім до 30% номінального значення (Фіг.3С); - на Фіг.4 схематично представлена логічна схема переміщень груп стрижнів відповідно до способу, представленого на Фіг.1 та Фіг.2, в залежності від різниці ∆Тmоу між ефективною середньою температурою первинної охолоджувальної рідини та заданою температурою (вісь абсцис; виражена у °С) та різницею ∆АО між поточним розподілом потужності та заданим розподілом потужності (вісь ординат; виражена у відсотках) 94897 10 відповідно до першого закону регулювання (щонайменше одна група стрижнів введена у нижню частину активної зони); - на Фіг.5A-5D схематично представлено переміщення груп стрижнів відповідно до першого закону регулювання з метою регулювання осьового розподілу потужності у різних випадках; - на Фіг.6А-6С схематично представлено положення регулювальних груп із метою регулювання можливості підняття потужності реактора для двох рівнів потужності (100% та 50%) та двох різних значень характеристики можливості підняття потужності (Рmах=100% та 70%); - на Фіг.7 схематично представлена логічна схема переміщень груп стрижнів у залежності від різниці ∆Тmоу між ефективною середньою температурою первинної охолоджувальної рідини та заданою температурою (вісь абсцис виражена у °С) та різницею ∆Z1 між ефективним положенням регулювальної групи P1 та заданим положенням (вісь ординат) відповідно до другого закону регулювання; та - на Фіг.8А та Фіг.8В схематично представлено переміщення регулювальних груп стрижнів відповідно до другого закону регулювання у різних випадках. Спосіб, схематично представлений на Фіг.1 та Фіг.2, призначений для регулювання активної зони ядерного реактора, а саме реактора на воді під тиском. Цей реактор 8, схематично показаний на Фіг.1, включає: - активну зону 10, яка включає в себе блоки з ядерним паливом; - корпус 20, всередині якого розташована активна зона 10 реактора; - парогенератор (не показаний на фігурах); - парову турбіну (не показану на фігурах), здатну приводити у рух генератор змінного струму, підключений до розподільчої електричної мережі; - первинний контур 30, який з'єднує корпус 20 із первинним боком парогенератора за схемою замкнутого циклу; - вторинний контур (не показаний на рисунках), який з'єднує вторинний бік парогенератора з турбіною за схемою замкнутого циклу. Активна зона 10 генерує змінну теплову потужність. Вона поділена на верхню та нижню частини. Первинний контур 30 здатен забезпечити циркуляцію через активну зону 10 первинної охолоджувальної рідини, яка містить, головним чином, воду та певну кількість розчиненого бору; ця рідина нагрівається внаслідок контакту з блоками ядерного палива, а потім віддає тепло при проходженні через парогенератор. Вторинний контур здатен забезпечити циркуляцію вторинної охолоджувальної рідини, яка містить, головним чином, воду; ця рідина випаровується у парогенераторі під впливом тепла, яке віддає первинна рідина. Пара приводить у рух турбіну, а потім конденсується та повертається у парогенератор. Генератор змінного струму постачає у мережу електричну потужність, яка варіює залежно від потреб мережі. Керування реактором здійснюється 11 таким чином, щоб забезпечувати безперервне узгоджування теплової потужності, яка постачається активною зоною, з електричною потужністю, якої потребує мережа, шляхом варіювання реактивності у активній зоні реактора. З цією метою реактор обладнаний такими засобами: - засобами для регулювання концентрації бору, розчиненого у первинній охолоджувальній рідині, шляхом введення у первинну рідину концентрованого розчину борної кислоти в разі необхідності підвищення згаданої концентрації або ж введення чистої води при необхідності зниження цієї концентрації; - регулювальними стрижнями 40 для регулювання реактивності активної зони (Фіг.1), кожний з яких може займати у активній зоні множину положень введення, розподілених по вертикалі, починаючи з верхнього положення; регулювальні стрижні 40 розподілені, наприклад, по п'яти групах Р1Р5, причому стрижні однієї групи переміщуються спільно; - засобами для вибіркового введення кожної з груп Р1-Р5 стрижнів у активну зону по вертикалі зверху вниз до досягнення одного з положень введення; - засобами для вимірювання величин FH та FB, які характеризують значення теплової потужності, яка генерується у верхній та нижній частинах активної зони, температури TBF первинної охолоджувальної рідини у холодній гілці 31 первинного контуру 30, тобто безпосередньо на вході активної зони, температури ТВС первинної охолоджувальної рідини у гарячій гілці 32 первинного контуру 30, тобто безпосередньо на виході активної зони, та витрати Q первинної охолоджувальної рідини у первинному контурі. Бор, розчинений у первинній рідині, поглинає нейтрони, які випромінюються блоками ядерного палива, таким чином, що реактивність активної зони 10 зменшується при підвищенні концентрації бору. У ядерному реакторі на воді під тиском кожний блок ядерного палива включає пакет труб значної довжини, які містять таблетки речовини, що зазнає радіоактивного ділення; ці труби звуться тепловидільними елементами. Тепловидільні елементи розташовані вертикально, паралельно один одному, та зібрані у блоки за допомогою поперечних з'єднувальних решіток. У деяких блоках кілька тепловидільних елементів замінені пустими трубами, що звуться напрямними трубами. Кожний регулювальний стрижень включає пучок труб, які містять речовину, що поглинає нейтрони. Ці труби мають таку саму довжину, як паливні блоки. Вони з'єднані одна з одною так, що утворюють пакет, що може переміщуватися по вертикалі як одне ціле. Кожний пакет може вводитися у напрямні труби паливних блоків так, що труби з поглинальною речовиною розташовуються у проміжках решітки тепловидільних елементів, які містять таблетки ядерного палива. Реактивність активної зони реактора знижується при введенні в неї регулювальних стрижнів. Що глибше, тобто далі від свого верхнього положення, розташова 94897 12 ний регулювальний стрижень, то нижчою є реактивність активної зони. Величинами, які характеризують значення теплової потужності, яка генерується у верхній та нижній частинах активної зони, є нейтронні потоки FH та FB відповідно у верхній та нижній частинах активної зони, які вимірюються за допомогою датчиків, розташованих в активній зоні на різних рівнях. Спосіб регулювання, представлений на Фіг.1, забезпечує автоматичне регулювання кількох робочих параметрів активної зони реактора в залежності від заданих значень, які задає оператор, що керує реактором, або визначаються зовнішніми умовами, наприклад, станом розподільчої електричної мережі. Параметри, що регулюються, включають принаймні середню температуру Тmоу первинної охолоджувальної рідини у активній зоні реактора, осьовий розподіл АО теплової потужності між верхньою та нижньою частинами активної зони та ^ параметр P max , який характеризує можливість підняття потужності реактора Рmах. Концентрація бору у первинній рідині та положення груп Р1-Р5 стрижнів модифікуються автоматично з метою регулювання робочих параметрів, без втручання операторів або при дуже незначному втручанні операторів, наприклад, з метою зміни заданих значень параметрів керування або для підтвердження команд на переміщення груп стрижнів або на модифікування концентрації бору, які видаються згідно зі способом регулювання. Можливість підняття потужності Рmах відповідає тепловій потужності, яка може бути розвинена в активній зоні при швидкому піднятті груп Р1-Р5 стрижнів у верхню частину активної зони, у положення, близьке до верхнього. Осьовий розподіл потужності АО визначається зі співвідношення: AO=(FH-FB)/(FH+FB) (1), де FH та FB - нейтронні потоки відповідно у верхній та нижній частинах активної зони. Температура Тmоу визначається зі співвідношення: Tmoy=(TBC+TBF)/2 (2). Задані параметри керування активною зоною включають величину Рс, яка характеризує потужність на виході вторинного контуру, яка має подаватися на турбіну, задану характеристику можливості підняття потужності реактора Рmахс та задану характеристику осьового розподілу АОс потужності між верхньою та нижньою частинами активної зони. Величиною, яка характеризує вторинну потужність Рс, є, наприклад, значення теплової потужності, яка постачається вторинним контуром реактора. За іншим варіантом можна використати як таку характеристику задане значення електричної потужності, яка постачається генератором змінного струму у мережу. Як видно з Фіг.1, спосіб регулювання включає: - перший етап 1 обчислення задаваних зна^ чень робочих параметрів (Тmоус, АОс, P max c ), в 13 94897 залежності від заданих параметрів керування реактором (Рс, АОс, Рmахс), які встановлюються оператором, та від ефективної первинної теплової потужності (Рре), яка постачається активною зоною у первинний контур; - другий етап 2 визначення ефективних значень величин (FH, FB), які характеризують значення теплової потужності, що генерується у верхній та нижній частинах активної зони, температур первинної охолоджувальної рідини у гарячій та холодній гілках (ТВС, TBF) та витрати первинної рідини (Q); - третій етап 3 оцінювання ефективних зна^ чень (Tmoye, AOe, P max e ) робочих параметрів принаймні в залежності від одержаних значень величин (FH, FB, ТВС, TBF, Q); - четвертий етап 4 вибору закону регулювання концентрації бору [В] та положень введення Z1-Z5 груп стрижнів Р1-Р5, причому закон регулювання вибирається з-поміж першого та другого законів регулювання, які відрізняються один від одного; - п'ятий етап 5 регулювання робочих параметрів відповідно до вибраного закону регулювання в залежності від заданих значень (Тmоус, АОс, ^ P max c ) цих параметрів та їх оцінених ефектив^ них значень Tmoye, AOe, P max e ). Ці етапи детально показано на Фіг.2. Перший етап 1 включає стадії 11-13, ілюстровані на Фіг.2. На стадії 11 обчислюється задаване значення середньої температури Тmоус первинної охолоджувальної рідини у активній зоні в залежності від заданого значення потужності Рс, яке вводить оператор. Для цієї мети використовується, наприклад, заздалегідь визначений графік, який дозволяє безпосередньо визначати значення Тmоус як функції Рс. На стадії 12 групи стрижнів Р1-Р5 розподіляються між регулювальною підмножиною Рі, яка забезпечує регулювання середньої температури Тmоу первинної охолоджувальної рідини у активній зоні, та неглибоко введеною в активну зону малорухомою підмножиною Н, яка забезпечує, головним чином, регулювання осьового розподілу потужності АО. Як показано на Фіг.3А-3С, кожна з груп стрижнів регулювальної підмножини Рі може переміщуватися окремо у координації з іншими з метою, зокрема, регулювання температури Тmоу. Ці групи стрижнів переміщуються до досягнення певних положень введення, які можуть бути різними для різних груп.Навпаки, групи малорухомої підмножини Р переміщуються спільно до досягнення певного положення введення, загального для всіх груп цієї підмножини. Застосування пакетів, що утворюють групи стрижнів, можна модифікувати з метою забезпечення мінімізації надлишкового послаблення, викликаного групою Р1 при роботі на номінальному режимі, а також забезпечення розподілу кількості кроків по сукупності пакетів. Малорухома підмножина Н завжди розташовується у верхній половині активної зони, що означає, інак 14 ше кажучи, що її положення введення завжди менше половини висоти активної зони. Коли реактор працює при потужності, близькій до номінальної, регулювальна підмножина Рі включає лише одну групу стрижнів (групу Р1 на Фіг.3А), а малорухома підмножина Н включає інші чотири групи. Навпаки, при низькій потужності реактора регулювальна підмножина Рі охоплює кілька груп стрижнів (три групи на Фіг.3С), а малорухома підмножина Н включає менше чотирьох груп. У поданому нижче тексті положення Zl, Z2... різних груп стрижнів підмножини Рі позначаються загальним символом Zi, а спільне положення груп стрижнів малорухомої підмножини Н - символом Zh. Задаване значення ^ параметра P max c ^ P max , який характеризує можливість підняття потужності Рmах реактора, обчислюється на стадії 13. ^ Параметр P max відповідає вектору, координатами якого є положення Zi введення груп стрижнів підмножини Рі. Він визначається за допомогою обчислювальної програми, виходячи з Рmах та первинної ефективної потужності Рре. Первинна ефективна потужність Рре визначається з формули Ppe=CQ(TBC-TBF) (3), де С - теплоємність первинної охолоджувальної рідини. Обчислювальна програма оцінює зміни первинної потужності, які можна одержати шляхом послідовного переміщення груп стрижнів підмножини Рі вгору або вниз, виходячи з ефективного стану активної зони (ефективної концентрації бору у первинній рідині, ефективного положення груп), згідно з процедурою послідовного введення, детально описаною нижче. Знаючи ефективну первинну потужність Рре та закон зміни первинної потужності в залежності від положень Zi, можна співвіднести вектор положень Zi зі значенням характеристики можливості підняття потужності Рmах. ^ Таким чином, задаване значення P max c відповідає задаваному значенню Zic положень введення груп стрижнів підмножини Рі. Значеннями Zic є теоретичні положення груп стрижнів підмножини Рі, які уможливлюють одночасно одержання первинної ефективної потужності, що дорівнює Рре, та можливість підняття потужності реактора, що дорівнює заданому значенню Рmахс. Нижче описано процедуру послідовного введення груп стрижнів підмножини Рі. Як показано на Фіг.3А-3С, задавані положення визначаються в розрахунку на послідовне введення груп стрижнів підмножини Рі у процесі варіювання потужності. Так, у випадку первинної ефективної потужності Рре, що дорівнює 100 % номінальної потужності (Фіг.3А), підмножина Рі включає лише групу стрижнів Р1, і для цієї групи Р1 визначено задане положення Zic незначного 15 94897 введення, а задані положення чотирьох інших груп Р2-Р5 відповідають верхньому положенню, і ці групи утворюють малорухому підмножину Н. В разі нижчої первинної потужності Рре, вибирається більш низьке задане положення Zic групи Р1. Якщо первинна потужність Рре нижче від порогового значення (наприклад, 80 %), проміжок між заданими положеннями груп Р1 та Р2 перевищує максимальне граничне значення (наприклад, 1/2 висоти активної зони), і група Р2 виводиться з підмножини Н і включається до складу регулювальної підмножини Рі. Задавані положення згаданих двох груп обчислюються з умовою підтримання заздалегідь визначеної постійної різниці введення А між ними (у вищезгаданому прикладі 50% висоти активної зони, у варіантах, яким віддається перевага, - у межах від 40% до 60% висоти активної зони) (див. Фіг.3В, де показано положення груп при заданій потужності 50% номінального значення). Якщо первинна потужність Рре нижче від іншого порогового значення (наприклад, 50% номінальної потужності), то різниця між задаваними положеннями групи Р2 та групи Р3 перевищує максимальне граничне значення (наприклад, 1/2 висоти активної зони), і група Р3 виводиться з підмножини Н і включається до складу регулювальної підмножини Рі (див. Фіг.3С, де показано положення груп при заданій потужності 30 % номінального значення). Задавані положення груп Р2 та Р3 обчислюються за умови підтримання заздалегідь визначеної постійної різниці введення, а між ними, у той самий час, групі Р1 приписують задане положення максимального введення. Таким чином, різниця між заданими положеннями груп Р1 та Р2 зменшується. На другому етапі 2 визначаються нейтронні потоки FH та FB у верхній та нижній частинах активної зони, температури ТВС та TBF первинної охолоджувальної рідини у гарячій та холодній гілках первинного контуру та витрата Q первинної охолоджувальної рідини у первинному контурі. Ці величини вимірюються за допомогою вимірювальної системи реактора або встановлюються, виходячи із сигналів вимірювальних пристроїв у трубопроводній системі реактора. На третьому етапі 3 оцінюються ефективні ^ значення Tmoye, AOe, P max e робочих параметрів ^ Тmоу, АО та P max . Ефективне значення характеристики осьового розподілу потужності АОе обчислюється за вищенаведеною формулою (1) як функція значень нейтронних потоків FH та FB, виміряних на другому етапі. Ефективне значення Tmoye температури Тmоу обчислюється за вищенаведеною формулою (2) як функція значень температур ТВС та TBF, виміряних на другому етапі. ^ Ефективне значення P max e параметра, що характеризує Рmах, обчислюється на основі ефективних положень введення Zie груп стрижнів регулювальної підмножини Рі та ефективної первинної потужності Рре. Ці положення Zie встановлюються, наприклад, за даними обчислювального пристрою, який керує засобами для введення груп 16 стрижнів. Потужність Рре обчислюється за вищенаведеною формулою (3) як функція значень температур ТВС та TBF та значення витрати Q у первинному контурі, виміряних на другому етапі. На четвертому етапі 4 вибирається перший закон регулювання, якщо щонайменше одна група стрижнів знаходиться у положенні введення, нижчому від заздалегідь визначеного положення Zref, а у протилежному випадку вибирається другий закон регулювання. Таким чином, другий закон регулювання застосовується у випадку, коли усі групи стрижнів Р1-Р5 знаходяться у верхній частині реактора, тобто коли реактор працює при потужності, близькій до номінальної. Перший закон регулювання застосовується, коли щонайменше одна група стрижнів знаходиться у нижній частині реактора, тобто коли реактор працює при потужності, нижчій від, наприклад, 90% номінальної потужності або при частковій потужності з групами стрижнів, розташованими у верхній частині активної зони. Етап 5 регулювання за запропонованим способом у випадку застосування першого закону регулювання представлено у лівій частині Фіг.2. Етап 5 регулювання із застосуванням першого закону регулювання включає модуль 51 регулювання температури Тmоу, модуль 52 регулювання осьового розподілу потужності АО та модуль 53 регулювання можливості підняття потужності Рmах. Модуль 51 регулювання Тmоу здійснює: - стадію обчислення необхідних переміщень dZi для усіх груп стрижнів регулювальної підмножини Рі в залежності від заданого значення Тmоус та ефективного значення Tmoye середньої температури первинної охолоджувальної рідини у активній зоні та - стадію модифікування положень Zi введення усіх груп стрижнів регулювальної підмножини Рі в залежності від переміщень dZi, обчислених на попередній стадії, з метою регулювання середньої температури Тmоу первинної охолоджувальної рідини у активній зоні з доведенням до заданого значення Тmоус. Модуль 52 регулювання розподілу потужності АО здійснює: - стадію обчислення необхідних переміщень dZh малорухомої підмножини стрижнів Н та необхідних переміщень dZi груп стрижнів регулювальної підмножини Рі в залежності принаймні від заданої характеристики АОс та ефективної характеристики АОс осьового розподілу теплової потужності та стадію модифікування положень Zi введення групи або груп стрижнів регулювальної підмножини Рі та/або малорухомої підмножини Н в залежності від обчислених переміщень dZi та dZh з метою регулювання осьового розподілу АО теплової потужності з доведенням до заданого значення АОс. Як вказано нижче, для обчислення переміщень підмножин Рі та Н використовується різниця між ефективним значенням Tmoye та заданим значенням Тmоус середньої температури первинної охолоджувальної рідини. 17 Крім того, перевага віддається переміщенню регулювальної підмножини Рі та малорухомої підмножини Н у протилежних напрямках з метою регулювання осьового розподілу теплової потужності АО таким чином, щоб не порушувалася температура первинної рідини Тmоу. Зокрема, це стосується випадку, коли значення Тmоу лежить у межах зони нечутливості навколо його заданого значення Тmоус. На Фіг.4 показано логічну схему переміщень груп стрижнів у різних випадках в залежності від різниці ∆Тmоу між ефективною температурою Tmoye та заданою температурою Тmоус та від різниці ∆АО між реальною характеристикою АОе осьового розподілу теплової потужності та її заданим значенням АОс. Заштрихована ділянка відповідає області, де кожний з параметрів АО та Тmоу знаходиться у межах зони нечутливості навколо відповідних заданих значень; в такому разі модулі регулювання температури Тmоу та розподілу потужності АО не передбачають жодного впливу на групи керувальних стрижнів. На фігурі показано, що якщо АО знаходиться у межах своєї зони нечутливості, а Тmоу виходить за межі своєї зони нечутливості, то регулювальна підмножина Рі переміщується за командою модуля регулювання Тmоу у напрямі, який забезпечує повернення значення Тmоу у межі зони нечутливості. Навпаки, якщо Тmoy знаходиться у межах своєї зони нечутливості, а АО виходить за межі своєї зони нечутливості, то модуль регулювання розподілу потужності видає команду на переміщення або підмножини Рі, або підмножини Н, залежно від знаку різниці температур. Наприклад, якщо ∆АО>L2 і значення ∆Тmоу є додатним (де ∆АО=АОе-АОс та ∆Tmoy=Tmoye-Tmoyc), то підмножина Н переміщується вниз. Це забезпечує зсув осьового розподілу потужності в напрямі до заданого значення та одночасне зниження Тmоу так, що ∆Тmоу стає від'ємним. Тоді виникає ситуація, при якій ∆АО>L2 і значення ∆Тmоу є від'ємним. В такому випадку модуль регулювання розподілу потужності переміщує підмножину Рі угору, як показано на Фіг.5А, компенсуючи таким чином переміщення підмножини Н униз стосовно до регулювання температури. Така сама ситуація має місце, коли ∆АО є від'ємним (дивись найнижчий рядок Фіг.4 та Фіг.5В). Навпаки, коли АО та Тmоу одночасно виходять за межі відповідних зон нечутливості, стратегія регулювання АО є іншою. Підмножина стрижнів Рі переміщується в залежності від знака різниці температури ∆Тmоу за командою модуля регулювання температури. Підмножина Н переміщується за командою модуля регулювання розподілу потужності таким чином, що АО зсувається в напрямі заданого значення, але це переміщення блокується, якщо воно має здійснюватися в напрямі, при якому відхилення Тmоу від заданого значення збільшиться. Таким чином, у випадку, коли ∆AO>L2 і ∆TmoyL2 та ∆Тmоу є додатним, група Р1 переміщується вниз. Наслідком цього є наближення групи Р1 до заданого положення, а також зниження Тmоу так, що ∆Тmоу стає від'ємним. Тоді модуль 94897 22 регулювання Рmах забезпечує переміщення підмножини Н угору, що компенсує переміщення групи Р1 униз відносно регулювання температури та осьового розподілу потужності (Фіг.8А). Аналогічна ситуація виникає, коли ∆Z1 є від'ємним (дивись нижній рядок Фіг.7 та Фіг.8В). Таким чином, коли середня температура Тmоу знаходиться у межах зони нечутливості навколо заданого значення Тmоус, то регулювальна підмножина стрижнів Рі та малорухома підмножина Н переміщуються у протилежних напрямах з метою утримування регулювальної підмножини у межах зони нечутливості навколо її заданого положення Zic. Слід зазначити, що при обчисленні переміщень підмножин Рі та Н враховується різниця між ефективним (Tmoye) та заданим (Тmоус) значеннями середньої температури. Описаний вище спосіб уможливлює керування режимами перехідної потужності. При таких режимах потужність, необхідна для турбіни, поступово змінюється від значення V1 до значення V2. У випадку, коли V1>V2, теплова потужність, яка відводиться із системи вторинним контуром, зменшується, і на першому етапі стає нижчою від теплової потужності, яку постачає активна зона реактора. Таким чином, температура Тmоу первинної охолоджувальної рідини підвищується, що спричиняє втручання модуля регулювання Тmоу 51 або 54, залежно від конкретних обставин. Цей модуль видає команду на переміщення груп керувальних стрижнів Р1-Р5 униз, що уможливлює наближення Тmоу до її заданого значення при підтриманні теплової потужності, яку постачає активна зона, на рівні, сумісному з потужністю, яка відводиться вторинним контуром. Застосування двох законів регулювання, відмінних один від одного, уможливлює здійснення ефективного та повністю автоматизованого регулювання трьох робочих параметрів реактора (температури первинної охолоджувальної рідини Тmоу, осьового розподілу теплової потужності АО, ^ параметра P max , який характеризує можливість підняття потужності реактора Рmах) при будьякому заданому рівні потужності, зокрема, при рівні до 100% номінальної потужності реактора. Можливість вибору закону регулювання в залежності від положення груп керувальних стрижнів дозволяє застосовувати два різні закони, з яких перший пристосований до ситуації, коли щонайменше одна група стрижнів введена у нижню частину активної зони, а другий - до ситуації, коли усі групи стрижнів знаходяться у верхній частині активної зони. Конкретний варіант здійснення винаходу, описаний вище, забезпечує деякі інші переваги, які охарактеризовано нижче. У всякому разі слід відзначити, що відповідні переваги є факультативними. При застосуванні обох законів регулювання параметр Тmоу регулюється шляхом розподілу груп керувальних стрижнів на регулювальну підмножину та малорухому підмножину, причому з метою регулювання Тmоу групи стрижнів регулюва 23 льної підмножини вводяться в активну зону послідовно. Також при застосуванні обох законів регулювання задане значення Рmах перетворюється у задане положення Zic регулювальної підмножини Рі, що уможливлює автоматичне керування цим параметром. При застосуванні першого закону осьовий розподіл потужності АО регулюється з доведенням до його заданого значення шляхом переміщення груп стрижнів Р1-Р5. Коли температура Тmоу знаходиться в межах своєї зони нечутливості навколо заданого значення Тmоус, підмножини Рі та Н переміщуються у протилежних напрямах. З іншого ^ боку, параметр P max , що характеризує можливість підняття потужності реактора Рmах, регулюється з доведенням до його заданого значення ^ P max c шляхом змін концентрації бору в первинній охолоджувальній рідині. Цей спосіб регулювання АО є ефективним тільки у випадку, коли щонайменше одна група керувальних стрижнів введення у нижню частину активної зони. Як наслідок, у ситуації, коли усі групи стрижнів знаходяться у верхній частині активної зони, тобто коли застосовується другий закон регулювання, способи регулювання осьового розподілу потужності АО та можливості підняття потужності реактора Рmах автоматично змінюються на зворотні. Величина АО регулюється з доведенням до її заданого значення шляхом варіювання концентрації бору. Підмножина Рі за нормальних умов залишається у межах своєї зони нечутливості, а підмножина Н залучається до процесу, коли підмножина Рі досягає межі своєї зони нечутливості. В усякому разі, коли Рі знаходиться за межами своєї зони нечутливості, параметр, який характеризує можливість підняття потужності реактора, регулюється з доведенням до його заданого значення шляхом переміщення груп стрижнів Р1-Р5. Коли температура Тmоу знаходиться в межах своєї зони нечутливості навколо заданого значення Тmоус, підмножини Рі та Н переміщуються у протилежних напрямах. Таким чином, регулювання АО залишається ефективним навіть у випадку, коли реактор 94897 24 працює при тепловій потужності, близькій до номінальної. Описаний спосіб регулювання уможливлює функціонування реактора з регулюванням частоти при підвищеній потужності без надмірного використання груп стрижнів Р1-Р5 шляхом надто частого їх переміщення. Слід зазначити, що процедура послідовного введення груп стрижнів підмножини Рі, при якій зберігається проміжок між положеннями двох груп, що послідовно вводяться, який дорівнює половині висоти активної зони, уможливлює утримування щонайменше однієї групи у нижній частині активної зони для додержання довготривалого періоду постійної потужності реактора. Спосіб описано для реактора, в якому пакети керувальних стрижнів розподілені на п'ять груп Р1Р5, але він може застосовуватися також для керування реактором, в якому кількість груп керувальних стрижнів більше або менше п'яти. Крім того, застосування другого закону регулювання описано для випадку, коли регулювальна підмножина включає тільки одну групу стрижнів. Проте другий закон регулювання можна застосовувати у випадках, коли регулювальна підмножина включає дві або більше груп. ^ При розгляді параметра P max , що характеризує можливість підняття потужності, можна брати до уваги не тільки положення Zi введення груп підмножини Рі, але також положення Zi введення малорухомої підмножини Н, яка в такому разі ^ утворює додаткову координату вектора P max . У ^ такому разі задане значення P max c встановлюється на стадії 13 шляхом "фіксації" параметра Zh у його ефективному положенні. При цьому положення Zic, пов'язані із заданим значенням ^ P max c , будуть залежати від ефективного положення Zh малорухомої підмножини Н. Спосіб, описаний вище, реалізується із застосуванням одного або кількох обчислювальних пристроїв, які керують автоматичними засобами модифікування концентрації бору та переміщення груп стрижнів. 25 94897 26 27 94897 28 29 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 94897 Підписне 30 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601