Допустимая скорость изменения нагрузки
Она определяется динамическими характеристиками основного оборудования, которые в совокупности и обусловливают маневренность энергоблока. Для блоков ВВЭР эта скорость может также зависеть от величины изменения текущего уровня мощности и того, как долго блок на нем работал. При рассмотрении режимов нормальной эксплуатации блоков АЭС [15] разбирались факторы, влияющие на переходные режимы (термомеханические напряжения, ксеноновые процессы и работоспособность твэлов) и было показано, как их воздействие, степень возможной опасности зависят от величины изменения нагрузки и соответственно изменения температуры, давлений и других параметров, скорости этого изменения и т.д.
Начнем с режимов нормальной эксплуатации. На разных этапах пуска скорость изменения нагрузки ограничивается каким-то из указанных факторов или их сочетанием.
Поскольку технологические параметры РУ ВВЭР-1000 и ВВЭР- 440, близкие к номинальным, достигаются еще до вывода реактора из подкритики в процессе разогрева, то при подъеме мощности блока должна, в первую очередь, строго выдерживаться допустимая скорость роста температуры металла узлов турбины. При уровнях мощности до примерно 30-50 % номинальной термомеханические напряжения в турбине являются основным фактором, ограничивающим скорость набора нагрузки блока. Допустимая скорость изменения мощности зависит от исходного теплового состояния и возможности обеспечить равномерность прогрева массивных узлов турбоагрегата. При плановых пусках турбин АЭС температура пара на входе в их первые ступени меняется от —100 до 270-280 °С, что и вызывает значительные термомеханические напряжения в узлах турбоагрегата.
Для обеспечения сохранения напряжений в допустимых пределах заводами-изготовителями турбин задаются обычно графики, определяющие скорость набора нагрузки и длительность выдержек при пуске из разных тепловых состояний. Пример такого графика для турбины К-220-44 при пуске ее из разных температурных состояний показан на рис. 7.3 [14]. Видно, что в начале процесса набора нагрузки скорость меньше, а вблизи полной мощности, когда прогрев практически завершен, возможно увеличение этой скорости до —1,5-2 % Аном/мин.
В диапазоне нагрузок 50-100 % допустимая скорость изменения мощности ВВЭР-1000 ограничивается, в первую очередь, необходимостью сохранения герметичности оболочек твэлов (табл. 7.1). Как видно из таблицы, эти ограничения в значительной мере связаны с предысторией работы блока. Поскольку эти ограничения бо-
Для выполнения требований по ограничению линейного энерговыделения в твэле предусмотрено выравнивание поля энерговыделения с использованием специальных алгоритмов. В частности, для обеспечения безопасных условий работы твэлов при пуске блока в регламент введено требование прекращения подъема мощности и выдержки на уровне 80±5 %о в течение не менее 3 ч. Этот уровень близок к номинальной мощности. На нем проходят процессы релаксации напряжений в твэлах. В то же время на нем при наиболее деформированном распределении энерговыделения не превышается максимально допустимая величина. В течение работы на этом уровне мощности предусмотрено гашение ксеноновых колебаний за счет перемещения 10-й (регулирующей), а также при необходимости 9-й групп ОР СУЗ при минимальном использовании борной системы. Алгоритмы и графики этих процессов подробно рассмотрены в [22].
Для ВВЭР-440 эти процессы не существенны. Ограничений, подобных указанным в табл. 7.1, в документации ВВЭР-440 нет. Скорость изменения нагрузки турбогенераторов блока ВВЭР-440 составляет 1 % ном/мин на турбину в начале и 3% в конце процесса набора мощности [14].
В процессе остановки блоков (на ППР или по другим причинам) параметры реакторной установки поддерживаются практически неизменными, но температура пара, поступающего на первую ступень ЦВД, значительно меняется. Поэтому на допустимую скорость разгрузки блока влияют именно термомеханические напряжения в турбине.
С другой стороны, малые по абсолютной величине изменения мощности блока приводят к малым же отклонениям удельных нагрузок и технологических параметров, соответственно к меньшим возможным напряжениям в оборудовании и оболочках твэлов, малым отравлениям или другим воздействиям на реактивность и т.д. Скорость процесса подъема или сброса мощности в этом случае может быть значительно выше.
В частности, как уже говорилось, проектом блока ВВЭР-1000 предусмотрена возможность быстрого подъема мощности на 20 %. В диапазоне 0-50 % такой подъем возможен в один прием со скоростью движения ОР СУЗ, а в диапазоне 50-100 % - за два приема: 10 % - выдержка 3 ч - еще 10 %.
Предусмотрена также возможность быстрого сброса нагрузки (ускоренной разгрузки блока - УРБ) в ряде ситуаций, в частности при отключении турбины от сети с переходом на собственные нужды. При этом мощность реактора снижается до 40 % за счет сброса выбранной группы ОР СУЗ, а мощность турбогенератора - прикрытием с максимальной скоростью регулирующих клапанов турбины.
В документации ВВЭР-440 такие режимы не рассматриваются.
