Диапазон допустимых мощностей
Не рассматривая сейчас, как и в случае ВВЭР, возможность повышения мощности блоков и фактические достижения в этом направлении в соответствии с реализуемой с 2007 г. программой, констатируем, что допустимый диапазон мощностей блоков РБМК-1000 находится между максимальной допустимой мощностью и нагрузкой технического минимума.
Первая величина для блока в целом определяется количеством включенного в работу основного оборудования (ГЦН и турбогенераторов). При работе с неполным комплектом оборудования максимально допустимая мощность понижается в соответствии с проектом.
Последняя величина, как уже упоминалось, определяется характеристиками и возможностями основного технологического оборудования - реактора, турбогенератора(ов) и парогенераторов.
Максимально допустимая мощность блока
В технологических регламентах четко оговаривается максимальная мощность, на которой может работать РУ и блок при неполном комплекте включенного в работу оборудования.
Блоки РБМК-1000 могут работать в энергетическом режиме при включенных в работу двух и трех ГЦН в каждой петле. Максимальные мощности РУ в этом случае:
В случае отключения одной из турбин мощность блока снижается до 50 % Лном.
Проводится работа по обоснованию и обеспечению безопасного подъема максимальной допустимой мощности РУ блоков РБМК- 1000, а также улучшению технико-экономических характеристик турбоагрегатов (в частности, улучшению работы сепараторов- пароперегревателей и повышению внутреннего КПД цилиндров низкого давления).
Нагрузка технического минимума
Так же, как и случае ВВЭР, нагрузка технического минимума для блока РБМК определяется характеристиками и возможностями основного технологического оборудования - реактора и турбогенераторов, а также контура МПЦ, фактически играющего роль парогенератора. Напомним (подробнее см. [15]), чем определяется минимальная нагрузка (мощность) для каждого вида оборудования.
Допустимый минимум мощности реактора
Положение с допустимым минимумом мощности реактора РБМК-1000 отлично от рассмотренного выше (см. гл. 7) ВВЭР.
Из-за больших размеров активной зоны (высота 7 м, диаметр 11,8 м) цепная реакция в одной части зоны слабо связана с реакцией в других частях. По этой причине малые пространственные перераспределения реактивности (например, из-за движения стержней СУЗ) могут вызвать значительные перераспределения энерговыделения по объему зоны. Свой вклад в нестабильность нейтронного поля вносит и положительная обратная связь реактивности с мощностью, обусловленная изменением концентрации ксенона и вызывающая колебания распределения мощности по объему зоны. Отсюда следует необходимость контроля и регулирования распределения энерговыделения по объему зоны.
С этой целью в РБМК предусмотрено две независимых, дополняющих друг друга системы регулирования мощности [10, 50]. Одна - традиционная, обеспечивающая поддержание общей мощности реактора. Она включает в себя три независимых АР’а и получает сигналы от датчиков, расположенных вне активной зоны в баке боковой биологической защиты. Один из комплектов этой системы включается при мощности 0,3 % номинальной, два других комплекта работают, начиная с 5 %. Вторая система - регулирования локальной мощности - предназначена для контроля и регулирования распределения энерговыделения по активной зоне. Она включает в себя локальные автоматические регуляторы (ЛАР), каждый из которых поддерживает постоянной мощность в своем секторе зоны [28]. ЛАР’ы получают сигналы от внутризонных датчиков системы физического контроля распределения энерговыделения (СФКРЭ). Система ЛАР начинает устойчиво работать на уровне мощности выше 15-20 % Уном.
Таким образом, на малых уровнях мощности, когда система СФКРЭ еще не работает, контроль и регулирование осуществляются только регуляторами общей мощности, не учитывающими распределение энерговыделения по объему активной зоны. Оператор в этих условиях «полагается при управлении реактором более на опыт и интуицию, чем на показания приборов» [50]. При пуске ра- зотравленного реактора, когда поле энерговыделений достаточно равномерно и предсказуемо, это еще приемлемо; при снижении мощности и серьезном искажении формы нейтронного поля из-за развивающегося неравномерного ксенонового отравления - нет. Это одна из причин из-за чего минимальная мощность, на которой разрешено эксплуатировать реактор РБМК, ограничена.
Другая причина - нестабильность теплогидравлического режима на малых уровнях мощности, связанная с относительно малым паросодержанием теплоносителя в зоне и поэтому с относительно большим изменением его при малых изменениях режима (по сравнению с состоянием реактора при работе его на полной мощности). Паросодержание же через положительный паровой эффект существенно влияет на реактивность и распределение энерговыделения.
Важно также, что влияние вводимой реактивности заметно различается для состояний зоны, когда в ней находится большое число дополнительных поглотителей и (или) частично погруженных стержней СУЗ, и для зоны в рабочем состоянии, когда большая доля поглотителей из нее удалена. В последнем случае вклад, вносимый паровым эффектом реактивности, оказывается относительно большим и существенным для безопасности. Именно эти явления проявили себя во время аварии на Чернобыльской АЭС, произошедшей при работе реактора на малой (~ 6 %) мощности.
Чтобы исключить возможность небезопасных режимов, в технологический регламент блоков РБМК-1000 после этой аварии было внесено ограничение запрещающее работу реактора при снижении мощности до уровня меньше 700 МВт(т). При случайном опускании мощности из-за действий автоматики или оператора ниже этого значения реактор немедленно глушится сбросом стержней аварийной защиты или опусканием вниз всех стержней СУЗ приводами без остановок.
Требование, естественно, не распространяется на режим пуска блока, когда (как предусматривает регламент) реактор длительное время работает на мощности до 160 МВт (тепл.). Безопасность в этом режиме обеспечивается за счет наличия в зоне значительного количества погруженных стержней СУЗ и практического отсутствия влияния ксенонового отравления. А на следующей предусмотренной регламентом пуска стационарной ступени мощности - 700 МВт (тепл.) - уже могут и должны быть включены системы СФКРЭ и локального регулирования.
Таким образом, минимально допустимый энергетический уровень мощности собственно реактора с точки зрения его стабильной, хорошо контролируемой и безопасной работы для блоков РБМК- 1000 составляет ~ 22 % (700 МВт (тепл.) или около 200 МВт (эл.)).
Допустимый минимум нагрузки турбин
Фактором, определяющим технический минимум нагрузки для паровых турбин РБМК (К-500-65) так же, как и турбин ВВЭР, является разогрев выхлопных патрубков ЦНД при низких расходах пара. Не повторяя изложенное выше, укажем, что величина технического минимума нагрузки турбин составляет тоже 30 % Лном, а учитывая, что на блоке две турбины, минимум нагрузки блока из-за турбин был бы ~15 % Лном.
Допустимый минимум нагрузки КМПЦ
Контур многократной принудительной циркуляции в РУ РБМК играет роль парогенератора (ПГ). По своим свойствам контур с многократной циркуляцией аналогичен контуру с естественной циркуляцией. Поэтому он не налагает никаких ограничений на минимум нагрузки и отводит от активной зоны необходимое количество тепла в предусмотренных режимах принудительной или естественной циркуляции.
Таким образом, минимальный допустимый энергетический уровень мощности, на котором в принципе может работать стабильно блок РБМК, составляет 700 МВт (тепл.). Этот уровень определяется собственно реактором.
