DE2206234A1

DE2206234A1 - Verfahren zum betrieb eines fluessigkeitsgekuehlten leistungsreaktors und dazu dienender regelkreis

Info

Publication number: DE2206234A1
Application number: DE2206234A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Aleite; Heinz-Wilhelm Dipl Ing Bock
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-02-10
Filing date: 1972-02-10
Publication date: 1973-08-23
Also published as: FR2171391A1; DE2206234C3; GB1417914A; FR2171391B1; AT328576B; DE2206234B2; IT978875B; CH551067A; ATA88273A

Description

Verfahren zum Betrieb eines flüssigkeitsgekühlten Leistungsreaktors und. dazu dienender Regelkreis.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines flüssigkeitsgekühlten Leistungsreaktors mit einem Lastfolgeprogramm für einen vom Reaktor gespeisten Generator,, Für den Betrieb des Reaktors ist es wichtig, daß die Erwärmung der Kühlflüssigkeit möglichst gleichmäßig erfolgt. Kommt es nämlich zum sogenannten Filmsieden der Kühlflüssigkeit, für die üblicherweise Wasser verwendet wird, so ändert sich abrupt der Wärmeübergang zur Kühlflüssigkeit. Deshalb können auch an sich örtliche Überhitzungen schnell zu größeren Schaden führen. Aus diesem Grunde hat man bisher Betriebstemperaturen gewählt, die nennenswert unterhalb des durch das FiImsieden gegebenen Temperaturwertes lagen, obwohl man im Prinzip eine möglichst hohe Temperatur des Kühlmittels wünschte, um einen guten Leistungsgrad zu erhalten.

Den vom Reaktor gespeisten Generator regelt man im allgemeinen von der elektrischen Seite her, d.h. so, daß er eine gewünschte Leistung, z.B. entsprechend einem durch das elektrische Hetz vorgegebenen Belastungsdiagramm, liefert. Aus diesem Lastfolgeprogramm des Generators ergeben sich dann die Regelwerte für den Reaktor. Zusätzlich wurde bisher durch eine Abschaltung des Generators der Fall berücksichtigt, daß die gewünschte elektrische Leistung Überhitzungen im Leistungsreaktor verursacht hatte.

Die Erfindung sucht einen neuen Weg für das eingangs genannte Verfahren, um eine günstigere Leistungsausbeute zu ermöglichen. Erfindungsgemäß wird der Generatorleistungssollwert in Abhängigkeit vom Filmsiedegrenzwert begrenzt. Dies bedeutet, daß der elektrische Generator dem Lastfolgeprogramm, das durch das Netz vorgegeben ist, nicht mehr absolut, sondern

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nur noch bis zu einer gewissen Grenze folgt. Die Grenze kann für einen gegebenen Leistungsreaktor je nach den Betriebaumständen verschieden hoch liegen. Sie wird u.a. durch den Zustand der Brennelemente, durch vorgegebene Flußerhöhungen, Vergiftungen od.dgl. bestimmt. In jedem Pail wird eine Verringerung der Generatorleistung vorgenommen, wenn der Filmsiedegrenzwert mindestens örtlich annähernd erreicht ist. Auf diese Weise kann man die Leistungsausbeute des Reaktors verbessern, weil einmal das vollständige Abschalten des Generators wegfällt. Vor allen Dingen aber gestattet die Erfindung deshalb, weil die Begrenzung unmittelbar durch das wesentliche Kriterium, nämlich dem Filmsiedegrenzwert selbst, gegeben ist, eine Verringerung des Abstandes zwischen Arbeitstemperatur und der Temperatur, bei der mit Filmsieden zu rechnen ist. Praktisch kann also die Kühlmitteltemperatur im Reaktor erhöht werden. Der für die Leistungsverringerung maßgebende Filmsiedegrenzwert kann aus Meßwerten am Reaktor gebildet werden. Zu diesem Zweck kann man z.B. die Temperatur an verschiedenen Stellen des Reaktorkerns oder an einzelnen Brennelementen oder in Brennstäben durch bekannte Wärmefühler oder ähnliche Temperaturmeßgeräte feststellen» Dabei kann es unter Umständen schon genügen, einige wenige, besonders kritische Stellen zu überwachen. Erforderlichenfalls sind Druck und Durchsatz des Kühlmittels zu berücksichtigen.

Die Erfindung läßt sich aber auch so verwirklichen, daß der Filmsiedegrenzwert anhand einer Nachbildung des Reaktors gewonnen wird. Die Nachbildung wird von einem Rechner geliefert, der als Analogrechner speziell für einzelne oder alle Funktionen ausgebildet ist, die bei der Ermittlung des Filmsiedegrenzwertes berücksichtigt werden müssen. Man kann aber auch Digitalrechner oder hybride Rechner .einsetzen. Im einfachsten Fall kann man eine eindimensionale Nachbildung mit vorzugsweise linearer Interpolation der aus der örtlichen Leistung abgeleiteten Temperatur verwendet» Für genauere Bestimmungen der Temperaturwerte kann man mehrere eindimensionale Nachbildungen zusammensetzen. Besonders günstig ist

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es, wenn die !fachbildung anhand von Meßwerten korrigiert wird. Unter Umständen kann man für die Verwirklichung der Erfindung auch einen ohnehin vorhandenen Schutzrechner mitbenutzen, der sonst nur zur Abschaltung des Reaktors Signale gibt. Gibt man diesem Schutzrechner einen verringerten Ansprechwert, so kann er mit diesem bei geeigneter Auskopplung eine Verringerung der Generatorleistung ansteuern, bevor eine Abschaltung des ganzen Reaktors erforderlich wird_o Der hierfür notwendige zusätzliche Aufwand ist denkbar gering« Die Schaltung hat den Charakter einer Schutzschaltung.

Eine zur Ausübung des. Verfahrens vorteilhafte Regeleinrichtung umfaßt mithin einen'einem Reaktor zugeordneten Rechner, dessen Ausgang mit einem Sollwertgeber eines vom Reaktor als Primärquelle gespeisten Generators verknüpft ist, und eine in an sich bekannter Weise von der Generatorleistung abhängige Regeleinrichtung für die Reaktorleistung, wobei das normalerweise gelieferte Sollwertsignal unterhalb einer vom Rechner vorgegebenen Schwelle liegt. Der Rechner kann insbes. mit Temperatur-Meßsonden verbunden sein, die dem Kern des Reaktors zugeordnet sind.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur ein Ausführungsbeispiel beschriebene Die Figur zeigt in schematischer Darstellung mit den üblichen Symbolen einen Druckwasserreaktor mit zugehörigen Regelsystemen.

Der Druckwasserreaktor 1 mit dem Kern 2 enthält Steuerstäbe 3, die von einem steuerbaren Antrieb 4 gefahren werden« Im Kern 2 sind ferner Temperatur-Meßsonden 5 vorgesehen, an die Meßleitungen 6 angeschlossen sind.

Mit dem Reaktor 1 ist ein Dampferzeuger 10 über eine vom Reaktor 1 sun? Dampferzeuger führende leitung 11 verbunden. In einer Rückleitung 12 sitzt eine Kühlmittelpumpe 13 mit der durch der. Pfeil angedeuteten Förderrichtung„ Das. Kühlmittel ±m Pri^T-ärV^-?:l3 1·'- i^t Wasser, vobei der zum Primärkreis

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- 4 - VPA 72/9410 gehörende Druckhalter nicht dargestellt ist.

Der Sekundärkreis des Dampferzeugers 10 führt über eine leitung 15 mit einem Hauptventil 16 zu einer Turbine 17, an deren Ausgang ein Kondensator 18 angeschlossen ist. Die Rückleitung des Speisewassers vom Kondensator 18 zum Dampferzeuger ist nicht dargestellt»

Parallel zum Ventil 16 und der Turbine 17 ist ein Ventil 20 vorgesehen, durch das im Notfall Dampf unmittelbar in den Kondensator 18 geleitet werden kann.

Die Turbine 17 treibt unter Zwischenschaltung eines Tachometergenerators 22 einen dreiphasigen Drehstromgenerator 23, der ein elektrisches Netz 24 speist.

Im normalen Betrieb wird das dargestellte Kernkraftwerk mit einem flüssigkeit sgekühlt en leistungsfaktor dadurch gesteuert, daß die mit Thermometern 25 ermittelte Kühlwassertemperatur^_K, die als Mittelwert zwischen den Werten der leitungen 11 und 12 verarbeitet wird, über einen Umsetzer 26 auf den Antrieb der Steuerstäbe 3 einwirkt, so daß diese mehr oder weniger tief in den Kern eintauchen. Dadurch soll die Leistung des Reaktors 1 in Anpassung an den leistungsbedarf der Turbine so beeinflußt werden, daß die Kühlmitteltemperatur im Primärkreis 14 praktisch konstant bleibt.

Die leistung des Generators 23 wird von einem Sollwertgeber nach den Bedürfnissen des elektrischen Netzes 24 bestimmt„ Allerdings kann der Leistungssollwert des Generators 23 nicht beliebig groß werden, denn er ist gemäß der Erfindung durch den sogenannten Filmsiedegrenzwert des Reaktors 1 begrenzt. Damit ist gemeint, daß die Temperaturfühler 5 zusammen mit weiteren Meßsonden, z.B. einer Neutronenflußsonde 38, einem Drehzahlgeber 40 der Kühlmittelpumpe 13, einer Druckmeßdose 39 uswe, in einem Rechner 31 ein Signal zur Verringerung des Generatorleistungssollwertes hervorrufen, wenn

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auf Grund z.B. der Temperaturverteilung im Reaktor damit zu rechnen ist, daß eine möglicherweise nur örtliche Überhitzung zu einem Filmsieden führt. Die örtliche Überhitzung wird also dann unterbunden, wenn das als Primär-Kühlmittel im Reaktor vorhandene Wasser nicht mehr in Form von Blasen, sondern als ein die Kühlmittelleitungen umgebender Film zu sieden droht, weil dann die Wärmeabfuhr schlagartig kleiner werden würde, so daß Zerstörungen die Folge wären (DNB = Departure from nucleate boiling).

Bei der Erfindung wird der Fall des Filmsiedegrenzwertes im Rechner 31 'aus den Temperatur-Werten der Sonden 5 bestimmt« Das daraus abgeleitete Signal wird auf den Sollwertgeber 30 des Generators 23 gegeben, so daß die Generatorleistung unabhängig von den Anforderungen des elektrischen Netzes 24 gesenkt wird. Eine darauf folgende Änderung der Kühlmitteltemperatur "$jr ändert die Stellung der Steuerstäbe 3 im Sinne einer Leistungserniedrigung und beseitigt dadurch die Gefahr einer Örtlichen überhitzung.

Unterhalb der strichpunktierten Linien 35 ist eine Variante der Erfindung gezeigt. Der Rechner 36, der über Leitungen 6 an zahlreiche meßbare Werte des Reaktors angeschlossen ist, umfaßt dabei ein Modell 37 zur Nachbildung des Reaktors 1 in den für den Filmsiedegrenzwert wesentlichen Daten. Diese Nachbildung kann aber an sich auch weitestgehend ohne Übertragung der tatsächlichen Temperaturwerte ein Signal für das Erreichen des Filmsiedegrenzwertes liefern, wenn sie als analoge Nachbildung des Reaktors 1 oder anhand von anderen geeigneten Meßgrößen als Abbild des Reaktorkerns 2

das Temperaturverhalten genügend genau nachbilden kann. Zu geeigneten Meßgrößen gehören z.B. die Neutronenflußdichte oder die Stellung der Steuerstäbe 3 oder eine Berücksichtigung der Reaktorleistung als Integral über die Betriebszeit des Kerns. Man kann aber auch eine an den vorgenannten Werten abgeleitete Nachbildung im Kern 2 des Reaktors 1 in Übereinstimmung mit der Variante des Ausführungsbeispiels durch Temperaturmessungen korrigieren, um zu einem genauen

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Überblick über den Filmsiedegrenzwert zu kommen.

Anhand der Nachbildung im Modell 37 wird der Sollwert in der Regeleinrichtung 30 wiederum wie beim vorgenannten Ausführungsbeispiel so begrenzt, daß im Reaktor kein Filmsieden eintreten kann. Dabei gelingt es mit der Erfindung,den Arbeitspunkt des Reaktors näher an den genannten Grenzwert heranzubringen, so daß die Reaktorleistung durch eine im ganzen erhöhte Kühlmitteltemperatur gesteigert werden kann«

10 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

- 7 VPA 72/9410 Patentansprüche 2206234

ΐΛ Verfahren zum Betrieb eines flüssigkeitsgekühlten Leistungsreaktors mit Lastfolgeprogramm für einen vom Reaktor gespeisten Generator, dadurch gekennzeichnet, daß der Generatorleistungssollwert in Abhängigkeit rom Pilmsiedegrenzwert begrenzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filmsiedegrenzwert aus Meßwerten am Reaktor gebildet wird·
3. Verfahren necli Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pilmsiedegrenzwert anhand einer Nachbildung des Reaktors gewonnen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die Verwendung einer eindimensionalen Nachbildung mit vorzugsweise linearer Interpolation der aus der örtlichen Leistung abgeleiteten Temperatur.
5. Verfahren nach Anspruch 4» gekennzeichnet durch die Verwendung mehrerer eindimensionaler Nachbildungen.
6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbildung anhand von Meßwerten korrigiert wird,,
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutzrechner mit verringertem Ansprechwert eine Verringerung der Generatorleistung ansteuert.
8. Regeleinrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß einem Reaktor (1) ein Rechner (31) zugeordnet ist, dessen Ausgang mit einem Sollwertgeber (30) eines vom Reaktor als Primärquelle gespeisten Generators (23) verknüpft ist, daß in an sich bekannter Weise eine von der Generatorleistung abhängige Regeleinrichtung (25,26,3,4) für die Reaktorleistung vorgesehen ist, und daß das von einem vom

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Generator (23) gespeisten Netz (24) gelieferte Sollwertsignal unterhalb einer vom Rechner (31) vorgegebenen Schwelle liegte
9. Regeleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner mit Meßsonden (5,38,39) verbunden ist, die dem Kern(2)des Reaktors (l) zugeordnet sind.
10. Regeleinrichtung nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (36) ein elektronisches Modell (37) zur Nachbildung der für den Filmsiedegrenzwert wesentlichen Parameter des Reaktors umfaßt„

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