DE2013346C - System zur Regelung eines aus Druckwasser-Kernreaktor, Dampferzeuger und Turbogenerator bestehenden Kraftwerkes - Google Patents

Description

In F i g. 1 sind diei verschiedenen Regelungen für den Temperatur in einen Dampf film übergehen wurde,

das gesamte Kernkraftwerk dargestellt. Dabei besteht gemessen. Dieser errechnete Siededruck mni"uiw"

der nukleare Teil aus dem Reaktor R und der vorliegenden Betriebsdruck verglichen, wobei dann

Dampferzeuger-Primärseite D und der Dampfkraft- bei Unterschreiten eines vorgegebenen ^AD^°"

anlagenteil aus der Sekundärseite des Dampferzeu- S ebenfalls das Ansprechen derReaktorleistungsoegren-

gers D, der Turbine T mit dem über den als Dreh- zung ausgelöst wird.

zahlgeber dienenden Tachometerdynamo η ange- Die Wirkungsweise der Reaktorleistungsbegrenzung

kuppelten Generator G und dem Kondensator JC für einen speziellen StörfaU ist folgende: Die KeaKior-

von dem dns Speisewasser zum Dampferzeuger D leistung wird im Normalbetrieb der Generatorteisiung

zurückgeführt wird. to so nachgeführt, daß immer Dampf ausreichender

ribl id l Gli Qlität Verfügung steht P^ies£ AurgaDe *"~·

urückgeführt wird. to so nachgf,

Die Betriebsregelungen sind als Generatorleistungs- Qualität zur Verfügung steht P^ies£ AurgaDe *"~· regelung LR und Kühlmitteltemperaturregelung wie bereits geschildert, durch die Kuhlmitteuempe- KMTR dargestellt Mit der Generatorleistungsrege- raturregelung gelöst Diese Regelung kann jedocn lung wird die Abgabeleistung des gesamten Kraft- nicht feststellen, ob vom Reaktor eine zu 8«»°*^J^ werkes eingestellt Dieser Regler bedient sich der 15 samtleistung verlangt wird, weil z. B. Deι iuu> .0 hydraulischen Stellantriebe VR der Turbineneinlaß- Generatorleistung noch zusätzliche Dampfmengen, ventile als SteUgUeder. Die Reaktorleishing wird der wie z. B. Stützdampfentnahme fur 5>peisewasser-Generatorleistung mit der Kühlkreislauf-Verzögenmg behälter, Ausfall von Speisewasservorwärmern, femnachgeführt. Dazu ist es bei Druckwasserreaktoren öffnen eines Ventils der Umleitstation usw. entnomnicht notwendig, die Reaktorleistung selbst zu er- ao men werden. In allen diesen Fällen kann eine UDerfassen und zu regeln. Wegen der großen Wärme- lastung des Reaktors dadurch vermieden werden,^dau Speicherfähigkeit des Primärkühlkreislaufes ist es die Reaktorleistungsbegrenzung anspricht. Der Kegeivielmehr von Vorteil, die Kühlmitteltemperatur des eingriff führt die Reaktorleistung auf den Wert des Reaktors lastunabhängig auf einen Mittelwert kon- Generatorleistungssollwertes zurück und bewirtu aastant zu regeln. Dies geschieht mit der Kühlmittel- 15 mit bei zu großer Leistungsentnahme ein ADsinicen temperaturregelung KMTR, die sich über die Stab- des Friv hdampfdruckes.

steuerung STR der Steuerstäbe des Reaktors als Dieses Absinken des Fnschdamp druckes wird von

Stellglieder bedient. Die Kühlmitteltemperatur 0_k der Frischdampf-Minimaldruckregelung bemerKt die wird ab Mittelwert zwischen den Werten der »heißen« bei Unterschreiten eines lastabhängig vorgegebnen und »kalten« Leitung des Kühlmittelkreislaufes 3° Ansprechwertes eingreift und die ^Tu[°^mene™' zwischen dem Reaktor R und der Dampferzeuger- ventile so weit schließt, bis fer FnschdampfdrucK primärseite D ermittelt. ' durch Leistungsreduktion wieder diesem Betnebszu-

Mit diesen beschriebenen Regeleinrichtungen ist es stand entsprechende zulässige Werte angenommen nat. im wesentlichen möglich, alle garantierten Lastände- Durch dieses Eingreifen der ^R!fktorieistungsüe-

rungen — außer dem Lastabwurf — ohne Gefahr- 35 grenzung wird also zeitweise das Regelkonzept des dungswerte für die Anlage durchzuführen. Um jedoch Kernkraftwerkes umgekehrt. Es gibt dann nami cn auch Störfälle, wie beispielsweise das Versagen der der Reaktor die Leistung vor, und der «"^e™?r Betriebsregelungen, oder Störungen, für die die SteH- fährt die vorhandene Dampfmenge ab, wahrend Dem glieder der Betriebsregelung nicht wirksam genug sind Normalbetrieb der Generator eine p™^,

oder die sie nicht erkennen können, zu beherrschen, 40 Dampfmenge fordert und der Reaktor ™e«erH>raeohne daß der Reaktor abgeschaltet werden muß, ist rung durch die Regelung der mittleren Kunlmitteieine Grenzwertregelung vorgesehen, die zwischen temperatur nachkommt. „_Oi„„_of,_n

dem Arbeitsbereich dieser Betriebsregelung und An- Neben diesen beschriebenen Grenzwertregelungen

sprechwerten des Schutzsystems arbeitet. Diese kann als weitere Grenzwertregelung auch die uren-Grenzwertregelung besteht aus der Reaktorleistungs- 45 zahlregelung DR des Generators angesehen werden begrenzung RELEB, die über die Stabsteuerung direkt die bei Lastabwurf als Maximaldrehzahlregelung auf die Steuerstäbe einwirkt und einer Minimaldruck- arbeitet und auf die Turbinenventile VR einwirKi. regelung MIN, die parallel zur Generatorleistungs- Ferner ist bei sprungartigen Last änderungen oder regelung LR über die Öffnungsregler die Einlaß- Pumpenausfall der Einwurf einzelner Stabe in den ventile VR der Turbine steuert. 5» Reaktor über das Lastsprungerf assungsguedLA und

Dabei ist die Reaktorleistungsbegrenzung RELEB die Einzelstabeinwurfeinrichtung EjTR moglicn. abhängig von der Neutronenflußmessung. Der Neu- Als Sicherheit gegen zu hohen Dampfdruck_ ηι der

tronenfluß kann im Reaktorkern selbst örtlich oder Frischdampfleitung, etwa bei plötzlichem'Schließen gemittelt oder auch außerhalb des Reaktors als Ge- der Turbineneinlaßventile, können über eine Maxisamtmessung erfaßt werden. Stellt man nun den An- 55 maldruckregelung ΜΛ* die Ventile der Umleistation sprechwert dieser Regelung im Leistungsbetrieb über USt geöffnet werden, so daß der Frischdampf direkt den Neutronenflußmaximalwert für alle Betriebsfälle, in den Kondensator abströmt, so kann man sie als Grenzleistungsregelung des Reak- In F i g. 2 ist noch einmal in einem Schema eine

tors betreiben Zusammenstellung aller Regeleinrichtungen mit den

Eine weitere Möglichkeit zur Herleitung von An- «o Wirkungslinien des Zusammenarbeitens sowie die sprechwerten für die Reaktorleistungsbegrenzung ist Staffelung des Eingriffs mit J^^^SS. die Siedeabstandsmessung. Da bei Druckwasser- maßnahmen fur die verschiedenen Kraftwej^ksbere^he reaktoren in jedem Betriebsfall ein Filmsieden auf dargestellt. Dabei sind in Spalte A die^Maßnahmen den Hüllrohren der Brennstäbe vermieden werden im nuklearen Teil in Spalte B die Maßnahmen im muß, wird bei der Siedeabstandsmessung die Austritts- 65 Dampfteil und in ^SPfe C die im Turbo-^neratortei. temperatur des Kühlmittels aus dem Reaktor ge- zusammengestellt. Wenn ^m»^die?f .^"3JJ¹JfT_n messen und daraus der zugehörige Siededruck, d.h. weise von unten nach oben ^^ÄSSS! un3 der Druck, bei dem das Kühlmittel bei der herrschen- daraus die Staffelung der einzelnen Regelungs und

Schutzmaßnahmen. Zuerst sind in der untersten Reaktorleistung versucht dabei zunächst dem Soll-Zeile I die Anfahrregeleinrichtungen dargestellt, die wert der Generatorleistung zu folgen, wird jedoch sich aus Neutronenuflßregelung auf der Reaktorseite bei Erreichen des Reaktorleistungsbegrenzungssollsowie der Vordruckregelung mit Hilfe der entspre- wertes durch dessen Zusammenwirkung mit der chenden Minimal- und Maximaldruckregelungen auf 5 Minimaldruckregelung am Weitersteigen gehindert der Frischdampfseite zusammensetzt. Für den Turbo- und kann nur entlang der zulässigen Lastrampe und generator ist die Drehzahlregelung maßgebend. In dem jeweiligen Anstieg des Reaktorleistungsbegren-Zeile III sind die bereits erläuterten Betriebsrege- zungssollwertes erhöht werden. Damit erfolgt die lungen dargestellt, nämlich die Kühlmitteltemperatur- eingangs beschriebene Umkehr des Lastverhaltens des regelung mit der davon abhängigen Stabbankstel- io Kernkraftwerkes, wonach in diesem Falle der Reaktor lungsregelung im Zusammenwirken mit der Genera- dem Generator die zu erzeugende Leistung vorgibt, torleistungsregelung. Als Zusatzmaßnahmen für die ' bis der Reaktor an den gewünschten Generator-Betriebsregelung gelten nach Zeile IV der Einzel- leistungssollwert herangefahren ist und nunmehr die stabeinwurf zur schnellen Leistungsherabsetzung der Gesamtregelung wieder durch die Generatorleistungs-Reaktorleistung zusammen mit der Sollwertrück- 15 regelung übernommen wird.

stellung der Generatorleistung. In Zeile V sind die In Kurve b ist ein Leistungssprung von 15% ge-

Grenzwertregelungen dargestellt, die oberhalb der zeigt, der jedoch den Ansprechwert der Reaktor-Arbeitsbereiche der Betriebsregelungen liegen. Diese leistungsbegrenzung nicht erreicht, so daß die Reak-Grenzwertregelungen bestehen aus der Reaktor- torleistung unbehindert den neuen Sollwert anfahren leistungsbegrenzung, die zusammenarbeitet mit der 20 kann.

Frischdampf-Minimaldruckregelung, sowie der Maxi- In Kurve c ist eine Betriebsstörung durch fehler-

maldruckregelung bei Überdruck in der Frischdampf- haftes öffnen einer Umleitstation bei Vollast angeleitung und der Maximaldrehzahlregelung bei Über- nommen. Da durch direktes Ableiten von Frischdrehzahl des Generators. In der obersten Zeile VI dampf in den Kondensator dem Reaktor eine um sind die Schutzsysteme dargestellt, die im allgemeinen 25 33 % höhere Leistungsabgabe vorgetäuscht wird, verein Schnellabschalten von Reaktor und Turbine be- sucht der Reaktor dieser erhöhten Leistung nachzuwirken. Diese bestehen aus dem Reaktorschutz und fahren. Dabei erfolgt jedoch bei einer Erhöhung um dem damit zusammenwirkenden Turbogeneratorschutz 5°/o eine Begrenzung der Reaktorleistung durch die sowie dem Kondensatorschutz. Reaktorleistungsbegrenzung und gleichzeitig eine

Aus diesem Schema ist also klar ersichtlich, daß 30 Zurücknahme der Generatorleistung durch die Minidie erwähnten Betriebs- und Grenzfälle bei einem maldruckregelung, die die Einlaßventile der Turbine Kernkraftwerk mit dem beschriebenen System zur zurückstellt. Durch Begrenzung der Reaktorleistung Regelung sicher beherrscht werden können. und Inkrafttreten der Minimaldruckregelung wird

In Fig. 3 ist die Wirkungsweise des Regelungs- also ein Abschalten des Reaktors vermieden, da keine systems bei verschiedenen Störungen dargestellt. Da- 35 unmittelbare Gefahr besteht, sondern lediglich die bei ist in diesem Diagramm die Leistung P über der Umleitstation fehlerhaft angesprochen hatte,
jeweiligen Regelzeit t in Sekunden aufgetragen. Die Schließlich ist in Kurve d der gleiche Fall eines

gestrichelte Linie gibt dabei den Sollwert der Reak- fehlerhaften Ansprechens der Überproduktionsanlage torleistuEgsbegrenzung nRELEB« an, während die um ebenfalls 33 °.Ό — wie bei Kurve c gezeigt —, strichpunktierte Linie den Sollwert der Reaktor- 40 jedoch erfolgt hier das fehlerhafte öffnen bei einer Schnellabschaltung *RESA« angibt. P_R bedeutet die Leistung von 80%. Da hierbei der Ansprechwert Leistung des Reaktors R, P_a die Leistung des Gene- der Reaktorleistungsbegrenzung in einem größeren rators G und P₀ „,,, den Sollwert der Generator- Abstand über der Reaktor-Istleistung liegt, kann die leistung P_u. Dabei sei in diesem Dingramm ange- Reaktorleistung zunächst voll dem neu geforderten nommen, daß die Reaktorleistungsbegrenzung etwa 45 Leistungswert nachfahren, während durch Ansprebei 105 % und die Reaktorschnellschaltung etwa bei chen der Minimaldruckregelung die Generatorleistung 115% Leistung in Tätigkeit tritt. In der Kurve α ist und damit schließlich auch die Reaktorleistung zuzunächst eine Leistungsminderung mit einer zulässigen rückgenommen wird.

Lastabfahrtsrampe von 100 auf 40 % gezeigt, wobei Mit dieser beschriebenen Grenzwertregelung, die

der Sollwert von Reaktorleistungsbegrenzung und 50 zwischen Betriebsregelung nnd Schutzsystem arbeitet, Reaktorschnellabschaltung der Reaktorleistang und ist es also möglich, StörfaTle, die eine erhöhte Reakder Generatorleistang nachgefühlt werden. Nach Ein- torleistung fordern und bei deren Andauern normalerpendeln der geforderten Minderlast von 40% soll weise eine Reaktorschnellabschaltung herbeigeführt jetzt zum Zeitpunkt t_t ein Aufwärtslastsprung von würde, durch Einfahren von Steuerstäben diesen 50 % gefordert sein. Der Sollwert der Gesamtleistung 55 Leistungsanstieg zu begrenzen und im folgenden die des Kraftwerkes wird jedoch unzulässig schnell erhöht, Leistung so weit herabzusetzen, daß der Reaktorso daß die maximal zulässige Leistungsänderungs- fahrer bei zulässigen Betriebszuständen Gelegenheit geschwindigkeit des Reaktors überschritten wird. Die hat die Störung zn beseitigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Störungen. Größere Störungen werfen durch das vor- Patentansprüche: handene Schutzsystem so rechlzeitiig erkannt, daß durch sofortige Gegenmaßnahmen Schädigungen ver-

1. System zur Regelung eines aus Druckwasser- mieden werfen. Dieses Schutzsystem besteht aus dem kernreaktor, Dampferzeuger und Turbogenerator 5 Reaktorschutz und dem Turbogeneratorschutz; wobei bestehenden Kraftwerkes durch Turbineneinlaß- bei größeren Störungen im allgemeinen Turbine und ventile und Regelstäbe, bei dem die Regelung Reaktor abgeschaltet werfen müssen.

für den normalen Arbeitsbereich durch eine Be- Bekannt sind Grenzwertregelungen bei Kerntriebsregelung erfolgt, jedoch bei Unterschreiten reaktoranlagen, die erst wirksam werfen, wenn die eines einstellbaren Frischdampfdrucker, eine 10 zu regelnde Größe den Bereich der Betriebsregelung Drosselung der Turbineneinlaßventile eintritt und verläßt Bekannt ist auch eine Grenzwertregelung für bei Überschreiten eines bestimmten Frischdampf- Druckwasser-Kernreaktoren, die aus einer auf die druckes bzw. der vom Reaktor abgegebenen Turbineneinlaßventile einwirkenden Frischdampf-Leistung ein Turbogeneratortichutz bzw. ein Minhraldruckregelung besteht
Reaktorschutz snspricht, dadurch gekenn- 15 Es können jedoch auch »mittelgroße« Störanfälle zeichnet, daß bei Überschreiten eines Grenz- auftreten, wie z.B. durch ein unbeabsichtigtes Anwertes, der unterhalb der für das Ansprechen des sprechen einer Umleitetation, wodurch ein Teil des Reaktorschutzes maßgebenden Wertes der Reak- erzeugten Dampfes direkt in den Kondensator abgetorleistung liegt, ein Übergang von der Betriebs- blasen wird, durch einen Vorwärmer-Ausfall, durch regelung auf eine Grenzwertregelung erfolgt, die 20 Stützdampfentnahme od. ä., die von der normalen die abgegebene Reaktorleistung durch Ein- Betriebsregelung nicht erkannt oder vielleicht gerade wirkung auf die Regelstäbe auf einen zulässigen nicht me'.ir beherrscht werfen können, aber eigentlich Wert begrenzt. kein Abschalten des Reaktors rechtfertigen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Es besteht die Aufgabe, eine Grenzwertregelung zeichnet, daß die Reaktorleistungsbegrenzung in 25 zu schaffen, bei deren Ansprechen Zusatzmaßnahmen Wirkabhängigkeit von einer Neutronenflußmessung getroffen werfen, die die Wirkungsweise der Betriebssteht. regelungen unterstützen und dadurch die Zahl der

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Schnellabschaltungen vermindern.

zeichnet, daß die Reaktorleistungsbegrenzung in Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch ge-

Wirkabhängigkeit von einer Siedeabstandsmessung 30 löst, daß bei Überschreiten eines Grenzwertes, der

steht. unterhalb der für das Ansprechen des Reaktorschutzes

4. System nach Anspruch 2, dadurch gekenn- maßgebenden Werte der Reaktorleistung liegt, ein zeichnet, daß der Neutronenfluß aus Messungen Übergang von der Betriebsregelung auf eine Grenzinnerhalb des Reaktorkernes bestimmt wird. wertregelung erfolgt, die die abgegebene Reaktor-

5. System nach Anspruch 2, dadurch gekenn- 35 leistung durch Einwirkung auf die Regelstäbe auf zeichnet, daß der Neutronenfluß aus Messungen einen zulässigen Wert begrenzt.

außerhalb des Reaktors ermittelt wird. Diese Grenzwertregelung spricht also z. B. in einem

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bestimmten Abstand oberhalb des Bereiches an, der dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwertrege- von der normalen Betriebsregelung erfaßt wird, jedoch lung redundant ausgelegt ist. 40 vor dem Ansprechen des Schutzsystems. Beispielsweise bei Eintreten eines Störfalles, der erhöhte Reaktorleistung fordert und bei dessen Andauern

mit dem bisherigen Schutzsystem eine Reaktor-

schnellabschaltung herbeigeführt würde, soll diese 45 Grenzwertregelung durch Soforteinfahren von Steuerstäben diesen Leistungsanstieg begrenzen und im

Die Erfindung betrifft ein System zur Regelung folgenden die Leistung so weit herabsetzen, daß die eines aus Druckwasser-Kernreaktor, Dampferzeuger Störungen beseitigt werfen können,
und Turbogenerator bestehenden Kraftwerkes durch Die Reaktorleistungsbegrenzung kann dabei in

Turbineneinlaßventile und Regelstäbe, bei dem die 50 Wirkabhängigkeit von der Neutronenflußmessung Regelung für den normalen Arbeitsbereich durch eine stehen, und zwar entweder von örtlichen oder Mittel-Betriebsregelung erfolgt, jedoch bei Unterschreiten wert-Messungen innerhalb des Reaktorkerns oder eines einstellbaren Frischdampfdruckes eine Drosse- Messungen außerhalb des Reaktors,
lung der Tifcbineneinlaßventile eintritt und bei Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Reak-

Uberschreiteflpeines bestimmten Frischdampfdruckes 55 torleistungsbegrenzung in Wirkabhängigkeit von der bzw. der vojn Reaktor abgegebenen Leistung ein Siedeabstandsmessung zu stellen. Auch hierbei kön-Turbogeneratorschutz bzw. ein Reaktorschutz an- nen integrale oder örtliche Kriterien verwendet spricht. . werfen.

Bei Kernkraftwerken mit Druckwasser-Reaktoren An Hand einer schematischen Zeichnung sind Aufwird der Normalbetrieb durch Betriebsregelungen 60 bau und Wirkungsweise einer Regelung nach der sichergestellt. Diese Betriebsregelungen bestehen auf Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt
der Reaktorseite im wesentlichen aus der Kühl- F i g. 1 ein Prinzipschaltbild der Betriebs- und der

mitteltemperatur, und der Stabbankstellungsregelung, Grenzwertregelungen,

die auf die Stellung von Steuerstäben und auf Bor- Fig. 2 ein Schema über die Staffelung der ver-

zusatz und -entzug einwirken und auf der Turbinen- 65 schiedenen Regelungs- und Schutzsysteme und
seite aus der Generatorleistungsregelung, von der die Fig. 3 ein Diagramm mit Leistungsverlauf von

Turbinenventile verstellt werfen. Diese Regelein- Reaktor und Generator unter Einwirkung der Grenzrichtungen beherrschen auch kleinere betriebliche Wertregelungen.