DE1948913A1

DE1948913A1 - Einrichtung zur Regelung von Druckwasser-Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1948913A1
Application number: DE19691948913
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl-Ing Aleite; Heinz-Wilhelm Dipl-Ing Bock; Hans Dipl-Chem Dr Rer N Maerkl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-09-27
Filing date: 1969-09-27
Publication date: 1971-04-08
Also published as: FR2063037B1; GB1302685A; NL7012700A; ES384008A1; FR2063037A1; BE755919A; CH508966A; AT311505B

Description

Einrichtung zur Regelung von Druckwasser-Kernreaktoren

Bei Druckwasserreaktoren wird im allgemeinen mit einer Steuerstabbank die Reaktorleistung so gesteuert, daß die mittlere Kühlmitteltemperatur einem vorgegebenen Sollprogramm folgt. Dabei wird unter einer "Bank" die Gesamtzahl aller die gleiche Aufgabe erfüllenden Steuerstäbe verstanden. Diese Steuerstabbank wird durch die sog. Stabreaktivitätsregelung in einem leistungsabhängig vorgegebenen Arbeitsbereich gehalten. Bei Einhaltung dieses Programms kompensieren die Stäbe gerade die Temperaturrückwirkungen der Reaktivitätskoeffizienten von Brennstoff und Kühlmittel.

Die Reaktivitätsrückwirkungen der entstehenden Spaltprodukte, wie Abbrand, stationäre und vom Lastzyklus abhängige Xenon- und Samariumvergiftungen, werden in der Regel durch Veränderung der Borsäurekonzentration im Kühlmittel kompensiert. Die Verwendung von Borsäure zur Kompensation dieser Reaktivitätsrückwirkungen führt jedoch am Abbrandende einer Kernbeladung zu sehr großen Wasseraustauschmengen und an den Auslegungsgrenzen des Borzusatz- und -entzugssystems bei Lastzyklusbetrieb zu unzulässigen örtlichen Leistungsspitzen im Kern.

Es ist zwar schon versucht worden, mit der vorhandenen Leistungs-Steuers tabbank sowohl die Leistungsänderung als auch die instationäre Xenonvergiftung auszuregeln. Dies hat sich jedoch aus folgenden Gründen als nicht durchführbar erwiesen:

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Nach, einer Leistungserniedrigung, bei der die oben erwähnte Leistungs-Steuerstabbank in den Kern eingefahren ist, baut sich eine instationäre Xenonvergiftung auf. Um diese auszugleichen, wird vom Leistungsregler die Eintauchtiefe der Leistungs-Steuerstabbank wieder vermindert. Die Eintauchtiefe kann dadurch, bei Teillast geringer sein als zuvor bei Vollast. Dieses Hochfahren der Stabbank bedingt jedoch., daß das Flußmaximum bei Teillast in die obere Kernhälfte wandert und schon bei Teillast die Xenonvergiftung in der oberen Kernhälfte teilweise abgebrannt wird, während in der unteren Kernhälfte wegen der weiteren Erniedrigung der Leistungsdichte die örtliche Xenonvergiftung verstärkt wird. Bei dieser räumlichen Verteilung der Xenonvergiftung wird nun durch weiteres Ziehen der Leistungs-Steuerstab-"bank die Gesamtleistung wieder erhöht. Dadurch entsteht jedoch eine große Flußspitze in der oberen Kernhälfte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung zu schaffen, mit der auftretende instationäre Xenon- und Samariumvergiftungen kompensiert werden können, mit der aber auch gleichzeitig das Borsäuresystem entlastet werden kann.

Die Erfindung besteht dabei darin, daß zusätzlich zur Leistungs-Steuer stabbank eine gesonderte Xenon-Steuerstabbank vorgesehen ist. Dabei ist es möglich, daß die Xenon-Steuerstabbank in mehrere, einzeln einfahrbare Teilbänke aufgeteilt ist.

Mit dieser zusätzlichen Xenon-Steuerstabbank, deren Einzelstäbe denen der Leistungs-Steuerstabbank entsprechen können, die jedoch fast über die Gesamthöhe des Kernes fahren, ist eine Kompensation der zyklusabhängigen Komponenten der Xenon- und Samariumvergiftung möglich. Dadurch können die aufzubereitenden Borsäure- und Zusatzwassermengen nennenswert herabgesetzt werden, so daß durch das Borsystem nur noch die täglichen Reaktivitätsverluste durch den Abbrand kompensiert werden müssen.

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Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Funktionsweise der Einrichtung nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen

Pig. 1 einen Reaktorkern mit den verwendeten Steuerstabbänken, Fig. 2 ein Schaubild für die Wirkungsbereiche der einzelnen Steuerstabbänke und die

Fig. 3a bis 3c Diagramme über den Einsatz der Xenon-Steuerstabbank bei einem bestimmten Lastzyklus.

Nach Fig. 1 sind in den Reaktorkern 1 eine Leistungs-Steuerstabbank L, eine Teillängen-Steuers tab/bank T und eine Xenon-Steuerstabbank X eingefahren. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist jedoch jeweils nur ein einziger Stab mit dem zugehörigen Antrieb dargestellt.

Dabei besteht die Leistungs-Steuerstabbank L aus sog. "schwarzen" Stäben, d.h. Stäben, die fast alle in sie eindringenden Neutronen absorbieren. Diese L-Bank ist auch bei geringen Teillasten im allgemeinen nur in den oberen Bereich des Kernes eingefahren.

Die Teil-Steuerstabbank T besteht aus Steuerstäben, die nur auf einer Teillänge mit Absorbermaterial belegt sind. Sie dienen dazu, um auf Grund von Innenmessung des Neutronenflusses im Reaktorkern die Leistungsverteilung über den Kern zu verbessern.

Die Xenon-Steuerstäbe X sind wie die Leistungs-Steuerstäbe L aufgebaut, können jedoch auch sog. "graue" Stäbe mit einem geringeren Absorptionsvermögen sein und fahren über die gesamte Kernhöhe. Um radiale Flußverzerrungen zu vermeiden, sollen sie möglichst gleichmäßig über den Kernquerschnitt verteilt sein.

In Fig. 2 ist der Wirkungsbereich der einzelnen Steuerstabgruppen näher dargestellt. Dabei ist in dem Schaubild auf der

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Abszisse die Leistung P in Prozent und auf der Ordinate nach unten die Kernhöhe K. bzw. die auszugleichende Reaktivitätsänderung' j> aufgetragen. Die Leistungs-Steuerstabbank L überstreicht dabei bei entsprechender Leistungsänderung den eingezeichneten Bereich, wobei zusätzlich eine Reaktivitätsreserve in Form einer Anfangseintauchtiefe H der Leistungs-Steuerstabbank vorgesehen ist, um die zur Regelung notwendige Steuerstabbankwirksamkeit zu erreichen. Unter Anfangseintauchtiefe versteht man die Solleintauchtiefe der leistungsregelnden Stabbank bei Vollast. Sie beträgt bei frisch beladenem Kern etwa 15 bis 20 fo der aktiven Kernhöhe, kann jedoch bei zunehmendem Abbrand verringert werden, da die Wirksamkeit infolge der ge-'änderten Flußverteilung größer wird.

Die Xenon-Steuerstäbbank X fährt im angegebenen Bereich X. Die damit verbundene Funktion wurde bei den bisher üblichen Regelungen durch Änderung der Bprsäurekonzentration wahrgenommen. Die Borsäurekonzentration kann jetzt auf einen mittleren Wert eingestellt werden, der lediglich entsprechend den täglichen Reaktivitätsverlusten durch Abbrand nachgeregelt werden muß. Die Regelsignale, die bisher dazu benutzt wurden, Zusatzwasser oder Borsäure in den Hauptkühlmittelkreislauf einzuspeisen, dienen jetzt dazu, die Xenon-Steuerstabbank anzusteuern. Dabei ist jedoch darauf zu achten, daß die Xenon-Steuerstabbank bei den erforderlichen Fahrbewegungen in ihrem Stellbereich im aktiven Kern verbleibt.

Am Beispiel eines vorgegebenen Lastzyklusses nach Fig. 3a soll die Arbeitsweise der Xenon-Steuerstabbank X näher erläutert werden: Dabei wird zunächst von einer konstanten Leistung P = 100 fo nach dem Diagramm 3s ausgegangen, bei dem sich Reaktivität j> nach der ausgezogenen Linie und Xenonvergiftung Xe nach der gestrichelten Linie im Diagramm nach Fig. 3b in entsprechenden Gleichgewichtszuständen auf konstanten Werten befinden. Bei

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einer entsprechenden Leistungsverminderung auf etwa 50 $> vermindert sich die !Reaktivität durch Ansteigen der Xenonvergiftung, wie aus Fig. 3b deutlich zu ersehen ist. Durch entsprechendes Ziehen der X-Steuerstabbank kann die zunehmende Xenonvergiftung ausgeglichen werden. Bei einem plötzlichen Leistungsanstieg steigt die Reaktivität wieder an und kann sogar einen positiven Wert annehmen, wie das ebenfalls aus dem Diagramm zu ersehen ist. Das bedeutet, daß die Xenon-Steuerstabbank praktisch voll eingefahren werden muß. Nach einem bestimmten Zeitraum stellt sich dann jedoch wieder ein Gleichge- ι wichtszustand ein. \

\ Es ist jedoch auch möglich, die Xenon-Steuerstabbank X in mehrere \ Teilbänke aufzuteilen, die entsprechend der jeweiligen Xenonver- ' giftung einzeln betätigt werden. Auf der rechten Seite im Diagramm nach Pig. 3b ist der Wirkungsbereich der einzelnen Xenon-Steuerstabteilbänke X₁ bis X^ aufgetragen, wobei jede Teilbank bei vollem Eintauchen jeweils nur den angegebenen Bereich ausregeln kann. In dem Schaubild nach Fig. 3c sind entsprechend dem Verlauf der Xenonvergiftung nach Pig. 3b die Stellung der einzelnen Teilbänke im Kern zu verschiedenen Zeitpunkten erläutert. Als Bezugslinie dient dabei die Kernoberkante K und die Kernunterkante K₁₁. An der Stelle I sind bei vorhandenem stationären Zustand die Xenon-Steuerstabteilbänke X-. bis X.

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ganz eingefahren, während die Teilbank X₅ ausgefahren ist, wie das aus dem Wirkungsbereich der einzelnen Teilgruppen nach Fig. 3b rechts leicht abzulesen ist. Bei Ansteigen der Xenonvergiftung am Punkt II wird beispielsweise die Teilbank X, ganz ausgefahren, während die Teilbank X, bis zur Hälfte angehoben wird. Beim Maximum der Xenonvergiftung am Punkt II sind die Teilbänke X₂ bis X^ ganz ausgefahren, während lediglich die Teilbank X₁ eingefahren ist. Nach dem plötzlichen Lastanstieg nach Fig. 3a und einer evtl. auftretenden positiven Reaktivität sind entsprechend dem jeweils vorliegenden Wert alle oder zu-

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mindest die ersten vier der Teilbänke voll eingefahren, während die Teilbank Xr bis zur halben Kerntiefe abgesenkt ist. Am Punkt V hat sich dann der stationäre Gleichgewichtszustand wieder, eingestellt, so daß dort eine Teilbankstellung entsprechend Punkt I vorliegt.

Es ist denkbar, daß für die Leistungs- und die Xenon-Steuerstabbank verschiedene "schwarze¹¹ oder "graue" Stäbe verwendet werden, jedoch scheint es erstrebenswert, möglichst gleiche Stäbe für die beiden Steuerstabbänke zu verwenden. Das hat den Vorteil, daß die Folgen verschiedenen örtlichen Abbrandes durch Wechseln der Stabfunktionen vermieden oder wenigstens nennenswert gemildert werden können.

3 Patentansprüche
3 Figuren

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Claims

- 7 - ELA. 69/122 Patentansprüche

1.) Einrichtung zur Regelung von Druckwasser-Kernreaktoren unter Verwendung einer Ieistungaabhängig einfahrbaren Steuerstabbank und einer chemischen Trimmung durch Borsäure, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Leistungs-Steuerstabbänk (L) eine gesonderte Xenon-Steuerstabbank (X) zur Kompensation instationärer Xenon- und Samariumvergiftungen vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Xenon-Steuerstabbank in mehrere, einzeln einfahrbare Teilbänke aufgeteilt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Punktionen der Leistungs-Steuerstäbe und der Xenon-Steuerstäbe bei gleichartigem Aufbau austauschbar sind. .

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L e e r s e ί t e