DE19922476A1

DE19922476A1 - Verfahren zur Regelung des Reaktorsystem-Druckes durch Modulation der Reaktorkern-Leistung

Info

Publication number: DE19922476A1
Application number: DE19922476A
Authority: DE
Inventors: Douglas Gill Carroll; Eugene Charles Eckert; Lamont Hallner Youngborg; Nabil Akram Tamer
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1999-05-15
Publication date: 1999-11-25
Also published as: JPH11352284A; US6198786B1; SE9901718L; SE9901718D0

Abstract

Ein Verfahren zum Regeln des Systemdruckes in einem Energieerzeugungssystem (8) mit einem Turbinen-Generator (14) und einem SWR (10), das die thermische Leistung des Kernes (12) des Reaktors moduliert, während die Hauptturbinen-Regelventile (22) in einer konstanten stationären Position gehalten werden, wird beschrieben. Die thermische Leistung des Kernes (12) kann eingestellt werden durch Einstellen der Regelstab-Dichte innerhalb des Reaktorkernes (12) oder durch Einstellen der Strömungsrate durch den Reaktor (10), was durch Modulieren der Geschwindigkeit von Umwälzpumpen (40) variabler Frequenz oder durch Modulieren von Umwälzströmungs-Regelventilen (44) erfolgen kann. Das Verfahren schließt das Übertragen des Energieerzeugungssystems von der normalen Druckregelung durch Modulation der Turbinen-Regelventile (22) zur Druckregelung durch Modulation der thermischen Leistung des Kernes (12) ein. Zusätzlich schließt das Verfahren das Modifizieren der Schließ-Vorspannung der Umgehungs-Ventile (54) und der Leistungsregelungs-Vorspannung ein, um die Varianzen der Druckregelung durch Modulation der Leistung des Kernes (12) über die normale Druckregelung anzupassen. Liegen Druck-Transienten außerhalb vorbestimmter Sicherheitsbereiche, dann sorgt das Verfahren für die Übertragung der System-Druckregelung zurück zur standardgemäßen Druckregelung durch Modulation der Turbinen-Regelventile (22).

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Verfah ren zum Regeln des Druckes eines Reaktorsystems für eine Kernenergieanlage und mehr im besonderen auf das Regeln des Reaktorsystem-Druckes eines Siedewasserreaktors (SWR) durch Modulation der Reaktorkern-Leistung.

Hintergrund der Erfindung

Ein konventioneller SWR schließt einen Druckbehälter ein, der einen in zirkulierendes Kühlmittel, d. h. Wasser, das Wärme vom Kernbrennstoff entfernt eingetauchten Kern brennstoffkern enthält. Das Wasser siedet zur Erzeugung von Dampf zum Antreiben eines Dampfturbinen-Generators zur Er zeugung elektrischer Energie. Der Dampf wird dann konden siert und das Wasser in einem geschlossenen Kreislaufsystem zum Druckbehälter zurückgeführt. Leitungskreisläufe tragen das erhitzte Wasser oder den Dampf zu Dampfgeneratoren und Turbinen und das rückgeführte Wasser oder Speisewasser zu rück zum Druckbehälter, der den Kernbrennstoff enthält.

Der SWR schließt mehrere konventionelle Kreislauf-Re gelsysteme ein, die verschiedene individuelle Operationen des SWR aufgrund von Anforderungen regeln. So regelt, z. B., ein Kontrollstab-Antriebsregelsystem (CRDCS) die Position der Regelstäbe innerhalb des Reaktorkernes und regelt da durch die Stabdichte innerhalb des Kernes, die die Reakti vität darin und die abgegebene Leistung des Reaktorkernes bestimmt. Ein konventionelles Umwälzströmungs-Regelsystem (RFCS) wird zur Regelung der Kernströmungsrate benutzt, das die Beziehung von Dampf zu Wasser im Kern ändert und so zur Änderung der abgegebenen Leistung des Reaktorkernes benutzt werden kann. Diese beiden Regelsysteme arbeiten in Verbin dung miteinander zur Regelung der abgegebenen Leistung des Reaktorkernes zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt, und sie legen dadurch die elektrische Leistungsabgabe der Elektri zität erzeugenden Anlage fest. Ein Turbinen-Regelsystem (TCS) regelt die Dampfströmung vom SWR zur Turbine auf der Grundlage der Druckregelung oder des Leistungsbedarfes.

Der Betrieb dieser Systeme sowie anderer konventionel ler Systeme wird unter Benutzung verschiedener Überwa chungs-Parameter des SWR geregelt. Einige Überwachungs- Parameter schließen die durch RFCS bewirkte Kernströmung und Strömungsrate, Reaktorsystemdruck, welches der aus dem Druckbehälter an die Turbine abgegebene Dampfdruck ist, der an der Reaktorkuppel oder am Einlaß zur Turbine gemessen werden kann, Neutronenfluß oder Kernleistung, Speisewasser temperatur oder -strömungsrate, Dampfströmungsrate zur Turbine und verschiedene Statusanzeigen der SWR-Systeme ein. Viele Überwachungs-Parameter werden direkt durch kon ventionelle Sensoren gemessen, während andere, wie die Kernwärmeleistung, konventionell unter Benutzung gemessener Parameter errechnet werden. Die Signale von den konventio nellen Sensoren und die errechneten Parameter werden in ein Notfall-Schutzsystem eingegeben, um ein sicheres Ausschal ten der Anlage sicherzustellen, den Reaktor von der äußeren Umgebung zu isolieren, falls erforderlich, und das Überhit zen des Reaktorkernes während irgendeines auftretenden Not falles zu verhindern.

Die konventionelle Druckregelung des SWR erfolgt durch automatisches Einstellen der Position der Regelventile der Hauptturbine oder durch den Dampf zur Turbine durchlassende Strömungs-Regelventile. Das Regelsystem muß den Sicher heitsabstand der Regelventilposition unterhalb weit offener Ventile (VWO) halten, um eine angemessene Reaktordruck-Re gelung zu schaffen, sollte der Druck aus irgendeinem Grunde ansteigen. Steigt der Reaktordruck, dann werden die Dampf zugangs-Regelventile über die ursprüngliche Position hinaus geöffnet, was den Reaktorsystemdruck zu seinem erwünschten Wert zurückführt. Ein konventionelles Druck-Regelsystem muß der Sicherheitsabstand in der Dampfströmung zwischen dem normalen erwünschten Betriebspunkt der den Dampfzugang ge stattenden Strömungs-Regelventile, verglichen mit der Dampfströmung, wenn die Strömungs-Regelventile für den Dampfzugang weit offen sind, etwa 3% der Nenndampfströmung betragen, um eine angemessene Leistungsfähigkeit aufrecht zuerhalten.

Die Hauptturbinen-Regelventile werden durch ein Druck- Regelsystem und Ventil-Servosystem geregelt, die die Regel ventile für die Einlaßströmung zur Turbine positionieren. Die Anlage weist auch mehrere Dampf-Umleitungsventile auf. Diese Umleitungsventile werden für das Anfahren der Anlage und zum Umleiten von zu viel Dampf benutzt, sollte sich die Notwendigkeit ergeben. Der Druckregler nutzt den System druck als eine Eingabe und den Druck-Einstellwert als die zweite Eingabe. Jedes der Hauptturbinen Regelventile wird typischerweise durch eine Regelventil-Servoschleife gere gelt, die einen Strömungsbedarf an den Ventilposition- Bedarfscharakterisierer und die tatsächliche Ventilposition als Eingaben an die Regelventil-Servoschleife aufweist. Die Umleitungs-Ventile werden typischerweise durch eine ähnli che Servoschleife geregelt. Die Umleitungs-Ventile, und in einigen Fällen die Haupt-Regelventile, sind gemäß den An forderungen des Dampfströmungsbedarfes in einer geplanten Reihenfolge geöffnet.

Die gegenwärtige Druckregelung eines SWR-Reaktorsy stems erfordert, daß die Hauptturbinen-Regelventile die Position ändern oder modulieren, um den Reaktorsystemdruck aufrechtzuerhalten. Wie oben erwähnt, schließen sich die Regelventile bei fallendem Reaktordruck, um den Reaktorsy stemdruck wieder auf den erwünschten Wert zu bringen, oder umgekehrt öffnen sich die Regelventile bei steigendem Reak torsystemdruck, um den Reaktorsystemdruck auf den er wünschten Wert abzusenken. So werden, z. B., bei vielen SWR- Anlagen die Hauptturbinen-Ventile in einem vollen Bogen be trieben, d. h., alle Turbinenströmungs-Regelventile bewegen sich zusammen mit einer mittleren Position nahe 50% von vollständig offen. Die Regelventil-Modulation erfolgt um diese mittlere Ventilposition herum. Wird ein Betrieb bei einer Ventilposition von mehr als etwa 60% versucht, dann wird das Druckregelsystem weniger wirksam, und ein statio närer Betrieb der Anlage kann üblicherweise nicht beibehal ten werden. Andere SWR-Anlagen werden in einem Teilbogen betrieben, bei dem die Turbinen-Regelventile in einer ge planten Reihenfolge geöffnet werden. Bei einem Teilbogen- Modus wird die konventionelle Druckregelung bei voller Leistung in erster Linie dadurch bewerkstelligt, daß alle Turbinen-Regelventile bis auf eines weit offen sind. Das letzte Turbinen-Regelventil moduliert bei einer teilweise offenen Position, typischerweise etwa 30% von weit offen. Werden die Hauptturbinen-Regelventile nahe ihrer Position bei voller Leistung betrieben, d. h., 50% offen in einem vollen Bogen, dann leiten die Turbinen-Regelventile weniger Dampfströmung zur Hauptturbine, als wären die Ventile für den gleichen Systemdruck weit offen, und als ein Ergebnis wird weniger elektrische Energie erzeugt. Es wäre er wünscht, eine SWR-Anlage unter Bedingungen zu betreiben, die die erzeugte elektrische Leistung maximieren und doch den Reaktorsystemdruck innerhalb akzeptabler Grenzen hal ten.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese und andere Aufgaben können gelöst werden durch ein Verfahren zum Regeln des Systemdruckes in einem Ener gieerzeugungssystem mit einem Turbinen-Generator und einem SWR, das die thermische Leistung des Kernes des Reaktors moduliert, während die Hauptturbinen-Regelventile in einer konstanten stationären Position gehalten werden. Die kon stante stationäre Position kann weit offen sein, doch kann sie irgendeine Position sein, die größer ist als 75% von weit offen. Die thermische Leistung des Kernes kann einge stellt werden durch Einstellen der Regelstab-Dichte inner halb des Reaktorkernes. Alternativ kann die thermische Lei stung des Kernes eingestellt werden durch Einstellen der Strömungsrate durch den Reaktor, was durch Modulieren der Geschwindigkeit von Umwälzpumpen variabler Frequenz oder durch Modulieren von Regelventilen für die Umwälzströmung erfolgen kann.

Das Verfahren schließt das Übertragen von der normalen Druckregelung des Energieerzeugungssystems durch Turbinen- Regelventilmodulation zur Druckregelung durch Modulation der thermischen Leistungs Kernes ein. Zusätzlich schließt das Verfahren das Modifizieren der Schließ-Vorspannung des Umleitungs-Ventils und der Leistungsregelungs-Vorspannung ein, um die Varianzen von der Druckregelung der Kernlei stungs-Modulation gegenüber normaler Druckregelung anzupas sen. Liegen Druck-Transienten außerhalb vorbestimmter Si cherheitsbereiche, dann sorgt das Verfahren für die Über tragung der Systemdruck-Regelung zurück zur Standard-Druck regelung durch Turbinen-Regelventilmodulation.

Das oben beschriebene Verfahren gestattet den Betrieb der Hauptturbinen-Regelventile von SWR-Anlagen weit offen, während der Reaktorsystemdruck innerhalb akzeptabler Gren zen gehalten wird. Das Betreiben der Regelventile weit of fen gestattet der Anlage die Erzeugung einer höheren Ener gieabgabe ohne Vergrößern der Turbine oder des Generators.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm der Grundteile eines Energieerzeugungssystems, das einen Turbinen-Genera tor und einen SWR enthält.

Fig. 2 ist ein schematisches Fließdiagramm eines En ergieerzeugungssystems mit einem SWR mit Druckregelung durch Modulation der thermischen Leistung des Kernes.

Fig. 3 ist ein schematisches Regeldiagramm der Druck regelung durch Kernleistungs-Modulation für einen SWR.

Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Prozent der Nennleistung in Abhängigkeit von der Kernströmung, das das Gebiet des Betriebes eines SWR mit der Druckregelung durch Kernleistungs-Modulation zeigt.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm der Grundteile eines Energieerzeugungssystems 8. Das System schließt einen SWR 10 ein, der einen Reaktorkern 12 enthält. Wasser 14 wird unter Nutzung der thermischen Leistung des Reaktorker nes 12 zum Sieden gebracht, passiert eine Wasser/Dampf- Phase 16 und wird Dampf 18. Dampf 18 strömt durch Rohre in einem Dampfströmungspfad 20 zu einem Turbinenströmungs-Re gelventil 22, das die in die Dampfturbine 24 eintretende Menge des Dampfes 18 regelt. Dampf 18 wird zum Antreiben der Turbine 24 benutzt, die ihrerseits den elektrischen Generator 26 antreibt, der elektrische Energie erzeugt. Der Dampf 18 strömt zu einem Kondensator 28, wo er in Wasser 14 umgewandelt wird. Das Wasser 14 wird durch die Speisewas serpumpe 30 durch Rohre in einem Speisewasserpfad 32 zurück zum Reaktor 10 gepumpt. Das oben beschriebenen System wird allgemein als ein System mit einer geschlossenen Schleife bezeichnet.

Die unten folgenden Gleichungen zeigen die grundlegen den Beziehungen zwischen der Erzeugung von Energie im Reak torkern Q, der Dampf-Strömungsrate ω_s, der Speisewasser- Strömungsrate ω_FW, dem Reaktorsystemdruck P_s stromaufwärts des Turbinen-Regelventils 22, dem Druck P_cv stromabwärts des Turbinen-Regelventils 22 und dem Druck P_c im Kondensa tor 28. Typischerweise wird der Druck P_c im Kondensator 28 als null angesehen. Auch ändert sich die Strömungscharakte ristik C_v des Hauptturbinen-Regelventils von einem relativ geringem Wert bis zu einem großen Wert, wenn sich das Re gelventil 22 von einer nahezu geschlossenen Position zu seiner weit offenen Position ändert. Der Strömungskoeffi zient der Turbine 24 ist als C_T ausgedrückt, der als rela tiv konstant für kleine Änderungen in der Dampfströmung angesehen werden kann. Typischerweise ist die Dampf-Strö mungsrate ω_s gleich der Speisewasser-Strömungsrate ω_FW, wenn es keine signifikanten anderen Wasserquellen in das Reaktorsystem und keine Lecks aus dem Reaktorsystem gibt. Die folgenden Gleichungen beschreiben die grundlegenden Beziehungen im stationären Zustand, wobei sekundäre Varia blen, wie Wärmeverluste, Pumpenergie und Leckströmungen ig noriert sind. Die grundlegenden Gleichungen für die System druck-Regelung durch Hauptturbinen-Regelventil-Modulation und Kernleistungs-Modulation sind unten entwickelt:
Die Dampfströmung ω_s ist eine Funktion der Position C_v des Turbinen-Regelventils 22, und der Druckabfall über das Regelventil 22 ist der Unterschied zwischen dem Systemdruck P_s und dem Druck P_cv stromabwärts des Strömungs-Regelven tils 22, was ausgedrückt werden kann als:

Die Dampfströmung durch das Turbinen-Regelventil 22 und die Turbine 24 sind gleich, wenn es keine Nebenströ mungspfade zwischen dem Turbinen-Regelventil 22 und dem Turbineneinlaß gibt. Die Dampfströmung ω_s ist eine Funkti on des Turbinenströmungs-Koeffizienten C_T, und der Druck unterschied zwischen dem Druck P_cv stromabwärts des Turbi nen-Regelventils 22 und dem Druck P_c des Kondensators 28 kann mit Bezug auf den Systemdruck P_s als null angesehen werden. Der Ausdruck ist:

ω_s = C_t.(P_cv - 0) Gleichung 2

Die Gleichungen 1 und 2 können zum Errechnen des Sy stemdruckes P_s aus dem Strömungskoeffizienten C_v des Turbi nen-Regelventils 22, des Turbinen-Strömungskoeffizienten C_T und des Druckes P_cv stromabwärts des Turbinen-Regelventils 22 kombiniert werden.

Die thermische Leistung Q des Reaktorkernes 12 ist et wa proportional der Dampfströmung ω_s. Die Proportionali täts-Konstante K setzt diese beiden Parameter in Beziehung. Die Gleichung für die Reaktorkern-Leistung ist:

Q = K.ω_s Gleichung 4

Durch Kombinieren der Gleichungen 2 und 4 kann die thermische Leistung Q des Kernes 12 ausgedrückt werden als:

Q + K.C_T.P_cv Gleichung 5

Aufgelöst nach dem Druck stromabwärts des Turbinen strömungs-Regelventils 22 wird die Gleichung:

Durch Kombinieren der Gleichungen 3 und 6 kann der Sy stemdruck P_s bestimmt werden in Abhängigkeit von der ther mischen Leistung Q des Kernes 12, der Konstanten K, die die Kernleistung mit der Dampfströmung in Beziehung setzt, des Koeffizienten C_v des Hauptturbinen-Strömungs-Regelventils und des Turbinenströmungs-Koeffizienten C_T:

Für die Variable, die den Systemdruck P_s für ein kon ventionelles Verfahren der Reaktordruck-Regelung durch Mo dulation des Turbinenströmungs-Regelventils regelt, wird Gleichung 7 umgeformt zu:

Die Ausdrücke

sind für konstante Reaktor leistung relativ konstant. Diese Gleichung zeigt, daß der Reaktorsystemdruck P_s proportional dem Umgekehrten des Qua drates des Strömungskoeffizienten C_v des Turbinen-Regelven tils ist, der linear proportional der Position des Turbi nen-Regelventils 22 ist, wie oben erläutert. Schließt das Turbinenströmung-Regelventil 22 aufgrund einer Abnahme des Reaktorsystemdruckes, dann nimmt die Dampfströmung aufgrund dieser Änderung der Position des Strömungs-Regelventils ab, was die Dampfströmungsrate verringert, und dies verursacht eine Zunahme des Reaktorsystemdruckes auf einen erwünschten Wert und umgekehrt.

Für die Variable, die den Systemdruck P_s für das Ver fahren der Reaktordruck-Regelung durch Modulation der Reak torleistung Q gemäß der vorliegenden Erfindung regelt, wird Gleichung 8 umgeformt zu:

Die Ausdrücke

sind für konstante Dampfströmung relativ konstant. Diese Gleichung zeigt, daß der Reaktorsystemdruck P_s proportional dem Quadrat der Kernleistung Q für den Ausdruck ist, der den Strömungskoef fizienten C_v für das Regelventil einschließt, und linear mit der Leistung für den Ausdruck, der den Turbinenkoeffi zienten C_T einschließt. Die Leistung Q wird tatsächlich durch Änderungen in der Kontrollstabdichte im Reaktorkern oder durch Änderungen der Strömung durch den Reaktorkern geändert. Nimmt die Regelstabdichte ab oder die Strömung durch den Reaktorkern aufgrund einer Abnahme des Reaktor systemdruckes zu, dann nimmt die Kernleistung zu, was dazu führt, daß der Reaktorsystemdruck zu dem erwünschten Wert hin zunimmt und umgekehrt.

Fig. 2 ist ein schematisches Fließdiagramm, das die Druckregelung des Energieerzeugungssystems 8 durch Modula tion der thermischen Leistung des Kernes gemäß einer Aus führungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie oben beschrieben, schließt das Energieerzeugungssystem 8 den SWR 10 ein, der Dampf 18 erzeugt. Der Dampf 18 strömt vom SWR 10 durch den Dampfpfad 20 zu dem und durch das Turbinen-Re gelventil 22 zur Turbine 24 und dann zum Kondensator 28, wo Dampf wieder in flüssiges Wasser 14 umgewandelt wird. Flüs siges Wasser 14 strömt dann durch den Speisewasser-Strö mungspfad 32 zurück zum SWR 10. Der Kondensatorwasser-Strö mungspfad 60, der die Pumpe 58 aufweist, verbindet den Kon densator 28 mit der Wärmesenke 62. Kondensatorwasser wird durch die Pumpe 58 vom Kondensator 28 zur Wärmesenke 62 und zurück zum Kondensator 28 in einem eine geschlossene Schlaufe bildenden Strömungspfad 60 gepumpt. Die Turbine 24 treibt den elektrischen Generator 21 an, der elektrische Energie erzeugt. Das Umleitungsventil 54 gestattet das di rekte Strömen von Dampf vom SWR 10 unter Umgehung der Tur bine 24 zum Kondensator 28.

Ein Regelstab-Antrieb 34 und ein Regelstab-Regler 36 ändern die Regelstab-Dichte innerhalb des Kernes 12 des SWR 10 zur Variierung oder Modulierung der thermischen Ab gabe aus dem Kern 12. Durch den Kern 12 umgewälztes Wasser wird auch zur Regelung der thermischen Abgabe benutzt. Eine Umwälzpumpe 40 pumpt Wasser durch Rohre in einem Umwälz- Strömungspfad 42. Typischerweise ist die Umwälzpumpe 40 ei ne Pumpe variabler Geschwindigkeit, die für die Regelung und Modulation der Strömungsrate des Umwälzwassers sorgt. Ein Strömungs-Regelventil 44 zur Regelung der Umwälz-Strö mungsrate befindet dich ebenfalls im Umwälz-Strömungspfad 42. Der Umwälz-Regler 38 regelt die Geschwindigkeit der Umwälzpumpe 40 und die betriebsmäßige Öffnungsposition des Strömungs-Regelventils 44.

Ein Drucksensor 46 mißt den Dampfdruck im Strömungs pfad 20. Die Betriebspersonal-Regelstation 50 steht in Ver bindung mit einem Druckregler 48, einem Turbinenventil-Reg ler 52 und einem Regler 64 für die thermische Kernleistung.

Bei dem Modus der Modulation des Turbinen-Regelventils wird der System-Dampfdruck zuerst durch Messen des Dampf druckes im Dampfpfad 20 mit dem Drucksensor 46, der den Wert in den Druckregler 48 eingibt, geregelt. Ein Druck- Nennwert wird in den Druckregler 48 durch die Bedienungs person in der Betriebspersonal-Regelstation 50 eingegeben. Ist der Druck höher oder geringer als der Einstellungswert des Druckes, dann wird ein Signal zum Turbinenventil-Regler 52 geschickt, der seinerseits ein Signal zum Hauptturbinen- Regelventil 22 schickt, das dieses öffnet oder schließt. Das Öffnen des Turbinen-Regelventils 22 läßt mehr Dampf in die Turbine 24 und verringert somit den Systemdruck. Das Schließen des Turbinen-Regelventils 22 erzeugt einen höhe ren Druck im System.

Eine SWR-Energieerzeugungsanlage kann mehr als ein Turbinen-Regelventil 22 aufweisen. Typischerweise gibt es vier Turbinen-Regelventile 22 im System, die entweder im vollen Bogenmodus betrieben werden, bei dem sich alle Ven tile zusammen bewegen, oder in einem Teilbogen-Modus, bei dem ein oder mehrere Ventile moduliert werden, und die übrigen Ventile in einer vollständig offenen Position blei ben.

Wird ein Sicherheits-Drucknennwert des Systems über stiegen, dann wird ebenfalls ein Signal zum Umgehungs-Ven til 54 geschickt, um dieses zu öffnen, und Dampf direkt unter Umgehung der Turbine 24 zum Kondensator 28 zu leiten und dadurch den Systemdruck abzusenken. Die Umwälzströ mungs-Regelung 38 sendet ein Signal entweder zur Umwälzpum pe 40 variabler Geschwindigkeit oder zum Regelventil 44 zur Regelung der Umwälzströmungsrate und hält dadurch eine kon stante thermische Abgabe aus dem Kern 12 aufrecht. Der Kon densator 28 wird dadurch betrieben, daß Kondensatorwasser thermische Energie aus dem Dampf 12 entfernt, der aus der Turbine 24 kommt, wodurch der Dampf 18 in Wasser 14 umge wandelt wird. Das Kondensatorwasser wird durch eine Kon densatorpumpe 58 durch Rohre in einem Strömungspfad 60 in einer geschlossenen Schleife vom Kondensator 28 zu einer Wärmesenke 62 und zurück zum Kondensator 28 gepumpt. Die Wärmesenke 62 entfernt die Wärmeenergie aus dem Kondensa torwasser, bevor dieses zum Kondensator 28 zurückgeführt wird.

Typischerweise wird die Änderung von der konventionel len Druckregelung durch Regelventil-Modulation, wie sie oben beschrieben ist, zur Druckregelung durch Modulation der thermischen Leistung des Kernes durch die Bedienungs person an der Bedienungspersonal-Regelstation 50 der Anlage bewirkt. Die Änderung zur Kernleistungs-Modulation wird je doch automatisch bewirkt, wenn vorbestimmte erforderliche Parameter erfüllt sind.

Der Dampfdruck im Dampfströmungspfad 20 wird durch den Drucksensor 46 gemessen, der ein Eingangssignal zum Druck regler 48 und zum Regler 64 für die thermische Leistung des Kernes schickt. Der Druckregler 48 schickt ein Signal zum Turbinenventil-Regler 52, der seinerseits ein Signal zu den Hauptturbinen-Regelventilen 22 schickt, um diese zu einer konstanten Position zu öffnen. Die Regelventile 22 sind üb licherweise weit offen, doch können sie auch auf irgendeine andere konstante Einstellung gesetzt werden. Die Regelven tile 22 werden typischerweise auf mindestens 75% der weit offenen Stellung gesetzt.

Um die thermische Leistung des Kernes zu moderieren, kann der Regler für die thermische Leistung des Kernes ent weder die Kernleistung durch Moderieren der Regelstabdichte innerhalb des Reaktors oder durch Moderieren der Umwälzwas ser-Strömungsrate durch den Reaktor 12 regeln. Um die Re gelstabdichte zu moderieren, wird ein Signal vom Regler 64 für die thermische Leistung des Kernes zum Regler 36 für den Regelstabantrieb geschickt. Der Regler 36 für den Re gelstabantrieb bringt den Regelstabantrieb 34 dazu, die Regelstäbe entweder zu heben oder abzusenken, und dadurch die Regelstabdichte im Reaktorkern 12 zu ändern oder zu modulieren. Die thermische Leistung der Kernes ist umge kehrt proportional der Regelstabdichte. Nimmt die Regel stabdichte zu, dann nimmt die thermische Leistung ab und umgekehrt, nimmt die Regelstabdichte ab, dann nimmt die thermische Leistung des Kernes zu.

Um die Umwälz-Strömungsrate zu moderieren, sendet der Regler 64 für die thermische Leistung ein Signal zum Regler 38 für die Umwälzströmung. Der Regler 38 veranlaßt dann die Pumpe 40 variabler Geschwindigkeit zur Änderung der Ge schwindigkeit, so daß die Umwälz-Strömungsrate moduliert wird. Alternativ sendet der Regler 38 ein Signal zum Um wälz-Regelventil 44, um die offene Position des Ventiles 44 zu modulieren und dadurch die Umwälz-Strömungsrate des Was sers durch den Reaktorkern 12 zu modulieren. Das Modulieren der Umwälzwasser-Strömungsrate moduliert die Abgabe thermi scher Leistung aus dem Reaktorkern.

Fig. 3 ist ein schematische funktionales Regel-Block diagramm, das die Druckregelung eines Energieerzeugungs systems 8 durch Modulation der thermischen Leistung des Kernes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vor liegenden Erfindung veranschaulicht. Fig. 3 zeigt Funkti onsblöcke für einen angezeigten Systemdruck 200, einen Dampfleitungs-Drucksensor 202, eine Einstellung 204 für einen Druck-Einstellwert und eine Additinschaltung oder einen Kompensator 206. Diese Funktionsblöcke sind typi scherweise in einer konventionellen Druckregelfunktion ein geschlossen, die ein Dampfströmungs-Bedarfssignal an das Turbinen-Regelsystem 210 liefert. Wie im Stande der Technik bekannt, kann das Turbinen-Regelsystem 210 eine die Ventil position charakterisierende Einrichtung, einen Ventilposi tions-Regler, eine Einrichtung zum Wandeln eines elektri schen Signals in eine hydraulische Strömung, einen Hydrau likzylinder, Strömungs-Regelventile, einen Sensor für die Ventilposition und eine hydraulische Leistungseinheit ein schließen. Das Turbinen-Regelsystem 210 schließt auch einen Funktionsblock 212 zur Einstellung einer Turbinen-Lastgren ze und einen Funktionsblock 214 zur Erhöhung der Vorspan nung zum Schließen eines Umleitungsventiles ein. Erhöht sich der Druck über den Einstellpunkt 212 der Turbinen- Lastgrenze, und liegt die Erhöhung über der Umleitungs-Ver schlußvorspannung, dann öffnen sich die Umleitungsventile und führen Dampf direkt zum Kondensator.

Fig. 3 zeigt auch die Funktionsblöcke des Leistungs reglers 220, der Leistungsregelungs-Fehlerlogik 230, der Einrichtung 232 zum Anschalten der Leistungsregelung, des Neutronenflusses 234 und der Leistungsregelungs-Vorspannung 240. Die Funktionsblöcke für das Regelsystem 250 für die Umwälzpumpe variabler Geschwindigkeit, das Regelsystem 254 für die Ventilposition zur Regelung der Umwälzströmung und das Regelsystem 260 für die Regelstab-Position sind auch dargestellt.

Während des Betriebes wird der Dampfdruck in der Lei tung 200 durch den Drucksensor 202 gemessen, der ein Signal zur Additionsschaltung oder dem Kompensator 206 sendet, der den Druck mit dem Druck-Einstellwert 204 vergleicht. Dann wird ein Signal zum Turbinen-Regelsystem 210 und zur Addi tionsschaltung 208 geschickt. Wird die Kernleistungs-Rege lung 232 angeschaltet, dann wird die Leistungsregelungs- Fehlerlogik 230 aktiviert. Die Leistungsregelungs-Fehler logik 230 überwacht das Leistungs-Regelungssystem 220 auf Regelsystem-Fehler, Position der Umleitungsventile, Niveau des Neutronenflusses 234 und die Betriebsparameter des Lei stungs-Regelsystems 220 auf akzeptable Werte. Liegt eine Variable außerhalb der Toleranz oder befindet sich eine Re gelsystem-Hartware in einem fehlerhaften Zustand, dann ge stattet die Leistungsregelungs-Logik 230 den Übergang zum Kernleistungs-Modulationsmodus nicht. Arbeitet die Anlage im Leistungsregelungs-Modus dann schaltet die Fehlerlogik 230 automatisch zurück zum Turbinen-Regelventil-Modulati onsmodus, um einen akzeptablen Systemdruck aufrechtzuer halten. Ist der Leistungsregelungs-Modus 232 angeschaltet, dann fügt eine Leistungsregelungs-Vorspannung ein Einstel lungs-Signal zur Additionsschaltung 208 hinzu, die auch den Wert der Turbinen-Lastgrenze 212 empfängt. Diese Signale werden mit dem Druck-Fehlersignal von der Additionsschal tung 206 addiert. Das Regelsignal von der Additionsschal tung 206 ist ein Eingangssignal für den Leistungs-Regler 220, der, z. B., ein proportionaler plus integraler Regler sein kann. Das vom Leistungs-Regler 220 abgegebene Signal wird einem der Leistungsregelungs-Systeme zugeführt, das entweder das System 250 für die Umwälzpumpe variabler Ge schwindigkeit, das System 254 für die Position des Umwälz strömungs-Regelventils oder das Regelsystem 260 für die Regelstab-Positon sein kann.

Fig. 4 veranschaulicht eine Betriebsbeziehung zwi schen den Prozent der Nennleistungs des Reaktorkernes und den Prozent der Kern-Nennströmung für einen SWR. Das Be triebsgebiet einer konventionellen Druckregelung 300 durch Turbinen-Regelventilmodulation hat eine Obergrenze an der Linie 310, die die Betriebs-Leistungsgrenze für den Regel ventil-Modulationsmodus darstellt.

Das Betriebsgebiet der Druckregelung 320 durch Modula tion der thermischen Leistung des Kernes hat eine untere Grenzlinie 330. Die Linie 330 beruht auf einer akzeptablen Systemstabilität und einem Verhalten der Anlage während ei nes vorübergehenden Zustandes während des Überganges vom Modus der Modulation der thermischen Leistung des Kernes zum Modus der Modulation des Turbinen-Regelventils. Die obere Grenzlinie 340 des Gebietes 320 repräsentiert die ma ximale Leistung, die mit der Druckregelung durch Modulation der thermischen Leistung erzeugt wird. Wie in Fig. 4 dar gestellt, ist die durch einen SWR erzeugte maximale Lei stung unter Benutzung der Druckregelung durch Modulation der thermischen Leistung größer als bei Benutzung der Druckregelung durch Modulation des Turbinen-Regelventils.

Aus der vorhergehenden Beschreibung verschiedener Aus führungsformen der vorliegenden Erfindung wird deutlich, daß die Aufgaben der Erfindung gelöst werden. Obwohl die Erfindung detailliert beschrieben und dargestellt wurde, sollte klar sein, daß dies beispielhaft geschehen ist und nicht als Einschränkung verstanden werden soll. Der Umfang der Erfindung soll daher nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt werden.

Claims

1. Verfahren zum Regeln des Systemdruckes in einem Energieerzeugungssystem (8) mit einem Turbinen-Generator (24) und einem Siedewasserreaktor (10), wobei der Siedewas serreaktor (10) einen Druckbehälter einschließt, der einen Kernbrennstoffkern (12), Regelstäbe und ein Regelsystem (38) für die Umwälzströmung enthält, wobei das Energieer zeugungssystem (8) derart konfiguriert ist, daß die Wärme energie des Kernes Wasser (14) in Dampf (18) umwandelt, um den Turbinen-Generator (24) anzutreiben, der elektrische Energie erzeugt, und Dampf (18) in Wasser (14) zurück umge wandelt wird und zum Siedewasserreaktor (10) in einer ge schlossenen Schleife zurückgeführt wird, wobei der Turbi nen-Generator (24) Hauptturbinen-Regelventile (12) ein schließt, um den Dampfzugang zum Turbinen-Generator (24) zu regeln, wobei das Verfahren die Stufen umfaßt:
Einstellen der Hauptturbinen-Regelventile (22) auf ei ne konstante stationäre Position und
Regeln des Systemdruckes, so daß er sich innerhalb ei nes vorbestimmten Bereiches befindet, durch Einstellen der thermischen Energie des Kernes (12) des Reaktors.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Einstellen der Hauptturbinen-Regelventile (22) auf eine konstante sta tionäre Position die Stufe des Einstellens der Turbinen-Re gelventile (22) auf eine weit offene Position umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch worin das Einstellen der Hauptturbinen-Regelventile (22) auf eine konstante sta tionäre Position die Stufe des Einstellens der Turbinen-Re gelventile (22) auf eine Position umfaßt, die größer ist als 75% von weit offen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Einstellen der thermischen Leistung des Kernes (12) die Stufe des Ein stellens der Regelstab-Dichte innerhalb des Reaktorkernes (12) umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Einstellen der thermischen Leistung des Kernes (12) die Stufe des Ein stellens der Strömungsrate des Umwälzwassers durch den Re aktorkern (12) umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, worin das Einstellen der Strömungsrate des Umwälzwassers durch den Reaktorkern (12) weiter die Stufe des Einstellens der Eingabe an das Regelsystem (38) für die Umwälzströmung umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, weiter umfassend die Stufe des Einstellens der Umwälzwasser-Strömung durch Modu lieren einer Umwälzpumpe (40) variabler Geschwindigkeit.

8. Verfahren nach Anspruch 6, weiter umfassend die Stufe des Einstellens der Umwälzwasser-Strömung durch Modu lieren des Regelventils (44) für die Umwälzwasser-Strömung.

9. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend die Stufe des automatischen Modifizierens der Verschluß-Vor spannung des Umleitungsventils (54) und der Leistungsregel- Vorspannung, um die Modulation der Reaktorkern(12)-Leistung anzupassen.

10. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend die Stufe der Übertragung der Systemdruck-Regelung von der Druckreglung durch Modulation der Leistung des Kernes (12) zur Druckregelung durch Modulation das Turbinen-Regelven tils (22), wenn Druck-Transienten außerhalb eines vorbe stimmten Bereiches liegen.