DD269933A1

DD269933A1 - Verfahren zum ermitteln von reaktivitaetskoeffizienten im normalbetrieb

Info

Publication number: DD269933A1
Application number: DD88313533A
Authority: DD
Inventors: Hartwig Abel; Ulrich Kunze; Wolfgang Timpf
Original assignee: Energiewerke Nord Gmbh
Priority date: 1988-03-10
Filing date: 1988-03-10
Publication date: 1989-07-12
Also published as: DD269933B3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Reaktivitaetskoeffizienten von Druckwasserreaktoren im Normalbetrieb der Reaktoranlage. Ziel und Aufgabe sind, ein Verfahren zum Ermitteln von Reaktivitaetskoeffizienten von Druckwasserreaktoren im Normalbetrieb der Reaktoranlage zu schaffen, um den Nachweis der Gewaehrleistung der nuklearen Sicherheit der Reaktoranlage fuehren zu koennen und damit letztlich die Wirtschaftlichkeit des Kernkraftwerkes zu erhoehen. Dies wird dadurch geloest, dass als die fuer die Bestimmung von Reaktivitaetskoeffizienten notwendige Stoerung des Reaktorzustandes die normalen Schwankungen der Frequenz des Elektroenergienetzes verwendet werden.

Description

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Vorfahren zum Ermitteln von Reaktivitätskoeffizienten im Normalbetrieb

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Reaktivitätskoeffizienten von Druckwasserreaktoren im Normalbetrieb der Reaktoranlage.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Ermittlung von Reaktivitätskoeffizienten insbesondere auch bei voller Leistung der Reaktoranlage ist eine für den sicheren Reaktorbetrieb wichtige Voraussetzung, da die Reaktivitätskoeffizienten die Wirkung der inhärenten Sicherheit eines Kernreaktors quantitativ beschreiben, indem beispielsweise bei Temperaturerhöhung eine Drosselung der Kettenreaktion schon allein durch die Ausnutzung physikalischer Gesetzmäßigkeiten erreicht wird.

Üblicherweise werden Reaktivitätskoeffizienten während des Anfahrens des Reaktors bei minimal kontrollierbarer Leiatiirig bestimmt. Dafür werden zunächst die Wirksamkeiten der Steuerstäbe bei zwei Temperaturniveaus gemessen und der Reaktivitätskoeffizisnt der Moderatortemperatur anschließend aus der Kompensation des aus der Aufwärmung des Moderators resultierenden Moderatortemperatureffekts durch das dafür notwendige Verfahren der Steuerstäbe ermittelt.

Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß es nur bei minimal kontrollierbarer Leistung des Reaktors, also nicht bei Normelbetrieb, angewendet werden kann.

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Bin während des Normalbetriebes einsetzbares Verfahren zu;·.'. Bestimmen von Reaktivitätskoeffizienten wird in der DE-OS 32 38 522 "Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Reaktivitätsbilanz des Core eines Kernreaktors zur Diagnose von Reaktivitätsstörungen" vorgeschlagen, bei dem außer direkten auch indirekte Meßwerte nach einem rekursiven rarameter-Schätzverfahren zur überwachung dor Reaktivitätsbilanz benutzt weiden. Nachteilig an der beschriebenen Methode 1st, daß keine Aussagen über dio Art der für die Messung der Reaktivitätskoeffizienten notwendigen Reaktivitätsstörungen vorgenommen wird. Es muß deshalb angenommen werden, daß dafür von außen Betriebsparameter verändert werden müssen oder so lange gewartet werden muß, bis durch eine merkliche Abbrandvergrößerung das ursprüngliche Reaktivitätsgleichgewicht gestört wurde. Dadurch muß entweder in den Normalbetrieb des Reaktors eingegriffen werden oder es muß soviel Zeit verstreichen, bis ein merklicher Abbrand eingetreten ist.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Erhöhung des Niveaus der nuklearen Sicherheit und Wirtschaftlichkeit von Druckwasserreaktoren durch die Ermittlung von Reaktivitätskoeffizienten im Normalbetrieb., d.h„ ohne Eingriff in den Reaktorbetrieb..

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ermitteln von Reaktivitätskoeffizienten von Druckwasserreaktoren im Normalbetrieb der Reaktoranlage zu schaffen, ohne spezielle Versuche vornahmen zu müssen, um dan Nachweis der Gewährleistung der nuklearen Sicherheit der Reaktoranlage führen zu können und damit letztlich die Wirtschaftlichkeit des Kernkraftwerkes zu erhöhen und insbesondere Reaktivitätsstörungen zu diagnostizieren.

Für die 3rmit⁺lung von Reaktivitätskoeffizienten ist stets eine Störung des Zustandes der Spaltzone erforderlich. Erfindungsgemäß werden - im Gegensatz zur üblichen bewußten Veränderung dieses Zustandes - die Auswirkungen der immer vorhandenen sonst

eigentlich störenden Schwankungen der Netzfrequenz des Elektro~ energieversorgungsnetzes genutzt.

Dazu wird die Netzfrequenz parallel zu den relevanten Betriobsparametern: mittlere Moderatortemperatur, Kühlniittelaufwärmung in der Spaltzone, Druck im Primärkreislauf, Regelstabstellung und Neutrouenflußniveau in der Spaltzone periodisch registriert. Erfindungsgemätt wird genutzt, daß eine zufallige Änderung der Netzfrequonz infolge der Net zfrequem abhängigkeit der Drehzahl der Hauptumwälzpumpen eine gleichartige Änderung ». >r Kühlmittelförderung durch die Spaltzone des Kernreaktors hervorruft. Diese Änderung dxsv Kühlmittelförderung ist die vorausgesetzte Störung des Spaltzonenzustandes. Durch sein eigenes Regelverhalten bzw. durch die Reaktion der Reaktorsteuerxmg auf diese Störung geht der Reaktor wieder in einen stabilen Zustand über. Dabei hat eine Veränderung von mindestens zwei der Betriebsparameter: mittlere Moderatortemperatur, Kühlmittelaufwärmung in der Spaltzone, Druck im Primärkreislauf, Regelstabstellung oder Neutronenflußniveau in der Spaltzone stattgefunden, da im stabilen Zustand die Reaktivität Null ist, so daß die mit den genarjiten Betriebsparametern gekoppelten Reaktivitätseffekte, die durch die Störung hervorgerufen wurden, sich gegenseitig kompensieren.

Erfindungsgemäß werden dementsprechend die periodisch erfaßten Meßwerte beobachtet und nach Auftreten von meßbaren Netzfrequenzänderungen die dazu erfolgten Betriebsparameteränderungen bestimmt. Aus dor Kenntnis der sich gegenseitig kompensierenden Reaktivitätseffekte werden danach aus den Verhältnissen der Betriebsparameteränderungen die daraus resultierenden Verhältnisse der Reaktivitätskoeffizienten bezüglich der gemessenen Betriebsparameter ermittelt. Aus der Kenntnis eines Reaktivitätskoeffizienten werden aus diesen Verhältnissen anschließend die anderen bestimmt.

Zur Verbesserung der Genauigkeit der Parameter ist es zweckmäßig, die beschriebenen Verfahrensschritte mehrfach nacheinander auszuführen und die Reaktivitätskoeffizienten einer statistischen Mittelung zu unterwerfen.

Au&führungsbeiBpiel

Die Erfindung soll nachstehend an f*nem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Im Beispiel wird ohne Einschränkung der Allgemeingültigkeit der Fall betrachtet, daß die Netzfrequenzänderung nicht mit einer Änderung der Regelatabposition oder des Drucks im Primärkreislcat'f einhergeht, so daß nur Reaktivitätse^fekte bezüglich Moderatortemperatur und Reaktorleistung wirksam werden. Es gilt allgemein für eine Reaktivitätsänderung a Q ^Δ? - ^ΓΤ_Μ *^TM ^{+ r}Q *^{Q + Γ}ρ ^{ΔΡ + r}h ^Ah

mit ·Γ_Μ als Moderatortemperatur, Q als Keaktorleistung, ρ als Druck im Primärkreislauf und h als Höhenposition der Steuerorgane sowie Δ als Zeichen für die Änderung des Betriebsparameters und Γ*. als Reaktivitätskoeffizient bezüglich Änderung der Größe i (i steht für T_M, Q, p, h)

In diesem speziellen Beispiel sind Δρ = 0 und Ah = 0 , so daß

zu verwenden ist.

Ändert sich die gemessene Netzfrequenz f auf den Wert oc*f (oc - dimensionsloser Parameter, ot«l), so ändert sich infolge der Netzfrequenzabhängigkeit der Drehzahl der Hauptumwälzpumpen der Kühlmitteldurchsatz durch die Spaltzone m in oc m . Gleichzeitig sind die Kühlmittelauf wärmung in der Spaltzone t-, bzw. t₂ und die mittlere Modoratortemperatur T_M1 bzw. T_M2 vor bzw. nach der Netzfrequenzänderung zu messen

Somit bestimmt man nach

(« - c · m t mit c als spezifischer Wärmekapazität des Kühlmittels aus Q^ = c m t^, und

Q₂ = c m t₂ · oc

die Reaktorleistung vor und nach Netzfrequenzänderung.

Da der Reaktor sowohl vor als auch nach der Netzfrequenzänderung kritisch ist, also Δ§ » O gilt, erhält man mit

AT_M = T_M2 - T_M1 und AQ = Q₂ - Q₁ für die Reaktivität skoeffizienten

⁰ =· ^ΓΤ_Μ ^(ΤΜ2 -

und weiter

bzw.

T - - !T, m— bzw. f. « - β—^k—

Q ¹M₂ ¹Ml ¹M ¹M^ ¹Ml

ui>d kann so den Reaktivitätskoeffizienten der Moderatortemperaxux¹ exinitteln.

Ändert sich auch der Druck iin Primärkreislauf und die Höhenposition der Regelstäbe, so sind mindestens zwei bzw. drei Netzfrequenzänderungen zu erfassen, bevor die Reaktivität,Mkoeffizi snten bestimmt werden, wobei rechentechnisch in analoger Weise unter Zuhilfenahme des Algorithmus zur Lösung von linearen Gleichungssystemen vorzugehen ist.

Claims

Patentanspruch

1. Verfahren zum Ermitteln von Reaktivitätskoeffizienten von Druckwasserreaktoren im Normalbetrieb, gekennzeichnet dadurch, daß als für die Bestimmung von Reaktivitätskoeffizienten notwendige Störung des Reaktorzustandes die normalen Schwankungen der Frequenz des Slektroenergienetzes verwendet werden, indem periodisch die Netzfrequenz gemeinsam mit den Betriebsparrmetern: mittlere Moderatortemperatur, Druck ir. Primärkreislauf, Kühlmittelaufwärmung in der Spaltzone, Regelelementpositionen und Nevtronenflußniveau in der Spalt zone gemessen werden, wobei die Meßwerte der Netzfrequomz so lange mit dem ersten Meßwert verglichen werden, bis eine meßbare Änderung der Netzfrequenz festgestellt wird und dann von den mit dem ersten Meßwert und dem Meßwert nach festgestellter Änderung der Netzfrequenz gemeinsam registrierten Betriebsparametern die jeweilige Betriebsparameteränderung bestimmt wird, so daü daraus die Verhältnisse der Reaktivitätskoeffizienten der sich gegenseitig im Normalbetrieb des Reaktors kompensierenden durch die Netzfrequenzänderung ausgelösten Reaktivitätseffekte ermi.telt werden«
2. Verfahren zum Ermitteln von Reaktivitätskoeffizienten von Druckwasserreaktoren im Noranlbetrieb nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das im Punkt 1 beschriebene Verfahren /jur Reaktivitätskoeffizientenermittlung mehrfach nacheinander angewendet wird und die dabei erhaltenen Reaktivitätskoeffizienten einer statistischen Mittelung zur Bestimmung von mittleren Reaktivitätskoeffizienten verwendet werden, wobei die mittleren Reaktivitätskoeffizienten die zu ermittelnden sind.