DE2007564C3

DE2007564C3 - Verfahren zur Leistungsregelung eines Druckwasserreaktors

Info

Publication number: DE2007564C3
Application number: DE2007564A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. Aleite; Heinz-Wilhelm Dipl.-Ing. Bock; Hans Dr.Rer.Nat. Maerkl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-02-19
Filing date: 1970-02-19
Publication date: 1973-10-18
Also published as: FR2080625B1; BE760096A; GB1341131A; JPS5147837B1; FR2080625A1; SE363919B; DE2446247A1; DE2007564A1; DE2007564B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsregelung eines Druckwasserreaktors mit mehreren verstellbaren Steuerstäben, die in zwei Gruppen unterschiedlich verstellbar sind. Solche Gruppen werden auch als Bank bezeichnet. Sie umfassen die Gesamtzahl aller die gleiche Aufgabe erfüllenden Steuer-Stäbe. Aufgabe einer sogenannten »leistungsregelnden« Bank ist normalerweise, als Stellglied der Kühlmitteltemperaturregelung die Reaktivitätsrückwirkungen von Brennstoff und Kühlmitteltemperatur zu kompensieren. Bei Druckwasserreaktoren soll die mittlere Kühlmitteltemperatur im allgemeinen einem vorgegebenen Sollprogramm folgen.

In dem Buch von Schultz »Control of Nuclear Reactors and Power Plants« 1961 wird die Regelung von Kernreaktoren unter Berücksichtigung von deren Temperaturkoeffizienten auf den Seiten 26 und 27 an Hand von stark vereinfachten Reaktormodellen behandelt. Danach ist die Stellung von Steuerstäben mit neutronenabsorbierendem Material entweder unabhängig von der Leistung konstant, sofern es sich nicht um Ausgleichsvorgänge handelt, oder aber sie variiert proportional zur Reaktorleistung. Außerdem heißt es zur automatischen Reaktorregelung auf Seite 175, daß ein Reaktor viele Steuerstäbe enthalten kann, die einzeln oder in Gruppen betätigt werden können.

Große Gruppen sollen dabei sehr langsam bewegt und zum Trimmen benutzt werden. Näheres über die Stellung dieser Stäbe, die zum Ausgleich von Abbrand und Vergiftungen dienen, ist jedoch nicht gesagt.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1244 30" - -_s ferner bekannt, für alle Regelfunktionen in _t· _Jm Druckwasserreaktor Absorberstiibe gleie.vr r. -\- siruktion zu verwenden. Diese Stäbe werden b, ..„-r Betätigung in zyklischer Folge vertauscht, so d;. ._ir jeden Betatiiunssvoreang eine neue Stabgrup;v ,.-sammen^stdit wird. Hiermit wird eine Vergleu: . ßiüung des Nemronenilusses über den Reakto;_v..rschnitt. d.h. in raJi.^er Richtung, also quf zur ·■■■■:■-richtung der AbMirber^abe. angestrebt. Erford,· .h ist dazu jedoch eine ins einzelne gehende Pro- ;-mierunn odei eine örtlich sehr fein verteilte Au- ,·- tung son lsi- und Sollwcrtgrößen. so daß die Ar-- ;-dung digitaler 'IVcIi;:ik als zweckmäßig angeg. η

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, die F^:.,; verteilung auch irf Führrichtimg der Steuerstäbe ::·-,-1-lichst gleichmäßig zu gestalten. Dabei wird voraii-;,--setzt, daß die Leistungsregelung keinen großen A; ·.-wand erfordert und daß die Flußverteilung in rad;.i:, r Richtung (über den Rcrnquerschnitt) nicht un/uLis^ verzerrt wird.

Daseriindungsgemai.Se Verfahren zur Leistung·.: egelung eines Druckwasserreaktors mit mehreren \i.istellbaren Steuerstaben, die in zwei Gruppen unterschiedlich verstellbar sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß die eine Gruppe (L-Bank) nur bei Laständerungen mit der anderen Gruppe (D-Bank) bewegt wird, sonst aber eine Eintauchtiefe zwischen etwa 8 bis 20*3 der Kernhohe aufweist, während die andere Gruppe (D-Bank) zwischen dieser Eintauch tiefe und 100% der Kernhohe verstellt wird, um die bei Laständerung auftretende Brennstofftemperatur rückwirkung auf die Reaktivität zu kompensieren.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung bleibt die eine Gruppe der Steuerstäbe praktisch ständig so weit außerhalb des Kerns, daß sie keine Verzerrung der Fiußverteilung verursacht. Di? zum Ausgleich der durch die Brennstofftemperatur bedingten Reaktivitätsänderungen verstellte zweite Gruppe bewegt sich zwischen der Stellung dieser ersten Gruppe und der Unterkante des Kerns über die gesamte Kernhohe, wodurch Ungleichheiten zwischen der Flußverteilung im oberen Teil des Kerns und der im unteren Teil weitgehend vermieden werden.

Zur weiteren Vergleichmäßigung des Neutronenflusses im Sinne der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe trägt es bei, wenn die Steuerstäbe der beiden Gruppen untereinander austauschbar sind. Hierdurch kann man vermeiden, daß an einzelnen Steuerstabpoiitionen, die der voll in den Kern eintauchenden Gruppe (D-Bank) zugeordnet sind, wegen ständigen oder häufigen Eintauchens ein zu geringer Abbrand eintritt.

Besonders günstig läßt sich die Erfindung dadurch verwirklichen, daß die Anzahl der Steuerstäbe der anderen Gruppe (D-Bank) jeweils derart gewählt wird, daß allein mit den gewählten Steuerstäben bei einer Eintauchtiefe von 100 % die Kompensation bewirkt wird. Hierbei ist die axiale Flußverteilung, d, h. die Leistungsdichte in Fahrrichtung der Steuerstäbe, so gleichmäßig wie möglich gemacht, weil die Steuerstäbe nur entweder praktisch außerhalb des Kerns oder vollständig im Kern stehen.' Diese Vergleichmäßigung in axialer Richtung bleibt gemäß der weiteren Erfindung auch in einem besonderen Fall erhalten, der durch zusätzliche Steuerstäbe kompliziert ist. In diesem Fall wird eine weitere Gruppe von Steuer-

stiiben zur Ausregelung von Xenon-Vergiftungen verwendet, wobei diese Steuerstäbe ein geringere:, Absorptionsvermögen als die Steuerstäbe der beiden anderen Gruppen aufweisen und auch hei Vollast über die gesamte Kernhöhe fahren.

An Hand einer schematischen Zeichnung sind Wirkungsweise und Fahrprogramme der einzelnen Steuerstabbäiike nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Reaktorkern mit den verschiedenen ^ verwendeten Steuerstabbänken,

Fig. 2 ein Schaubild über die Wirkungsbereiche der einzelnen Steuers'.abbänke und die

Fig. 3a bis 3c Diagramme fi^; die Fahrweise der Steuerstabbänke L und D bei einem bestimmten ¹S Lastzyklus.

Nacii Fig. 1 >ind in den Reaktorkern 1 eine Leistungs-Steucrstabbank L, eine die Dopplerrückwirkung kompensierende Bank, die Doppler-Steuerstabbank D, und eine Xenon-Steuerstabbank A" eingefahren. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist jedoch jeweils nur ein einziger Stab jeder Bank dargestellt.

Dabei besteht die Leistungssteuerstabbank L aus sogenannten »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 Kerns eingefahren.

Die Doppler-Steuerstabbank D besteht ebenfa'is aus schwarzen Stäben. Die Xenon-Steuerstabbank X ist im allgemeinen aus sogenannten »grauen« Stäben mit einem geringeren Absorptionsvermögen aufgebaut und kann auch bei Vollast über die gesamte Kernhöhe fahren, um Xenonvergiftungen auszuregeln, ohne daß sie die Neutronenflußverteilung unzulässig verändert.

Zur Erläuterung der Fahrweise der Doppler-Steuerstabbank D wird insbesondere auf das Diagramm nach Fig. 2 verwiesen. Dabei ist auf der Abszisse die Leistung P in Prozent und auf der Ordinate nach unten die Kernhöhe ausgehend von der Kernoberkante K₀ bis zur Kernunterkante K_u aufgetragen. Die Leistungs-Steuerstabbank L weist dabei eine Eintauchtiefe H_n auf, die von etwa 20 % bis auf etwa 8 % der Kernhöhe mit steigendem Abbrand abnimmt. Die Doppler-Steuerstabbank D, die aus einer Teilbank der Leistungs-Steuersiabbank L bestehen kann, soll die bei Lastzyklusbetrieb auftretende Rückwirkung der Breiinstofftemperaturänderung kompensieren.

Dabei sei von einem Lastzyklusbetrieb zwischen 1Oo und V)^rr der Vollast ausgegangen. Die Anzahl .kr Stäbe dieser D-Bank ist jeweils so gewählt, daß sibe! der angenommenen Mindestlast (40 ^c't) voll in de.: Reaktorkern eintaucht, um die genannte Rück«;:- kuna zu kompensieren, indem sie über die g.n.r Kernhöhe gleichmäßig absorbiert. Dabei ist es ai^_;; möglich, daß bei einer höheren Mindestlast eine -..--rinscie Anzahl von Stäben für Doppler-Steuersi.;.· bank D gewählt wird, die dann ebenfalls voll y. .-taucht. D"urch diese zusätzliche Möglichkeit, die /.···! der jeweils verwendeten Stabe der Doppler-Steu stabbank D zu variieren, die dann jeweils voll eint.-··;-chen. wird eine Ungleichförmigkeit der axialen Fl₁ .'■ verteilung, bei Teillasten weitgehend vermieden.

In derMFig. 3a bis 3c ist die Fahrweise der L- i,..J der D-Bank bei einem vorgegebenen Lastzyklus umgestellt. Das Leistungsdiagramm ist in Fig. 3a ^ zeigt. Ausgehend von einer Lotung P = 100 °/t <,. ii zu einem Zeitpunkt r, die Leistung auf 40 % abgesciki und zum Zeitpunkt r, wieder auf 100% erheb; werden. Im Diagramm nach Fig. 3b ist die Eintauchtiefe L_h der Leistungs-Steuerstabbank L und ::i Fir 3c die Eintauchtiefe D_f der Doppler-Steuerstabbank D zwischen Kernoberkante K₀ und Kernunterkante K₁₁ dargestellt. Durch die zunächst ansteigende Kühlmitteltemperatur im Reaktorkreislauf erhalten zunächst vom Kühlmiiteltemperaturregler gleichzeitig die Steuerstäbe der L-Bank und der D-Bank Einfahrlvfehl, um eine ausreichende Stabwirksamkeit zu erhalten. Dabei ist ein Miteinfahren der L-Bank zunächst erforderlich, da die D-Bank zu langsam arbeitet. Nach hinreichender Ausregelung der Kühlmitteltemperatur erhält die L-Bank wieder Auffahrbefehl bis zu ihrem alten Aibeitspunkt, während die D-Bank die Kompensation allein übernommen hat. Bei einem erneuten Leistungsanstieg zum Zeitpunkt t₂ von 40% auf 100% Last fährt die D-Bank wieder in ihre Vollaststellung, die dem Arbeitspunkt der L-Bank entspricht, zurück.

Da die Stäbe der D-Bank bei Vollast sich wieder in der »schwarzen« Leistungssteuerstabbank befinden und damit fast ganz aus dem Kern ausgefahren sind, wird die Vollast-Leistungsverteilung im Kern durch sie nicht zusätzlich gestört.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Stäbe der Doppler-Steuerstabbank D in größeren Zeitabständen gegen die Stäbe der Leistungs-Steuerstabbank L austauschbar sind, um unterschiedliche Abbrandeffekte zu vermeiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

2 564 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Leistungsregelung eines Druckwasserreaktors mit mehreren verstellbarer. Steuerstäben, die in zwei Gruppen unterschiedlich verstellbarsind, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Gruppe (L-Bank) nur bei Laständerungen mit der anderen Gruppe (D-Bank) bewegt wird, sonst aber eine Eintauchtiefe zwischen etwa ^lu 8 bis 21) ⁰⁷C der Kernhohe aufweist, während die andere Gruppe (D-Bank) zwischen dieser Eintauchtiefe und 100 °7c der Kernhohe verstellt wird, um die bei Laständerung auftretenden Brennstofftemperaturrückwirkungauf die Reaktivität zu kompensieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstäbe der beiden Gruppen untereinander austauschbar sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Steuerstäbe der anderen Gruppe (D-Bank) jeweils derart gewählt wird, daß allein mit den gewählten Steuerstäben bei einer Eintauchtiefe von 100 % die Kompensation bewirkt wird. ^a5

4. \ erfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Gruppe von Steuerstäben zur Ausregelung von Xenon-Vergiftungen verwendet wird, wobei diese Steuerstäbe ein geringeres Absorptionsvermögen als die Steuerstäbe der beiden anderen Gruppen aufweisen und auch bei Voi.ast über die gesamte Kernhohe fahren.