DE2446247A1 - Verfahren zur leistungsregelung eines druckwasserreaktors - Google Patents

Description

• Verfahren zur Leistungsregelung eines Druckwasserreaktors Zusatz zu Patent 2 007 564 (VPA 70/9402) Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsregelung eines Druckwasserreaktors mit mehreren verstellbaren Steuerstäben, die in zwei Gruppen unterschiedlich verstellbar sind, wobei die eine Gruppe (L-Bank) nur bei schnellen und großen Laständerungen mit der anderen Gruppe (D-Bank) bewegt wird, sonst aber eine Eintauchtiefe zwischen etwa 8 bis 2096 der Kernhöhe aufweist, während die andere Gruppe (D-Bank) z.B. in Teilgruppen zwischen dieser Eintauchtiefe und 100% der Kernhöhe verstellt wird, um die bei Laständerung auftretenden Brennstofftemperaturrückwirkung auf die Reaktivität zu kompensieren. Dieses im Hauptpatent 2 0o7 564 angegebene Verfahren ergibt den Vorteil, daß Ungleichheiten zwischen der Leistungserzeugung im oberen Teil des Kerns und der im unteren Teil weitgehend vermieden werden, weil die als L-Bank bezeichnete eine Gruppe der Steuerstäbe im Normalbetrieb nur eine geringe Eintauchtiefe aufweist, die die axiale Flußverteilung nur geringfügig stört, während die andere Gruppe (D-Bank) nur wenige Steuerstäbe zu umfassen braucht, so daß auch von ihr keine nennenswerte Verzerrung der axialen Leistungsverteilung herrhhren kann. Mit den großen und schnellen Laständerungen, bei denen zum Beispiel von der Kuhlmitteltemperaturregelung auch die Steuerstäbe der L-Bank bewegt werden, sind dabei Änderungen von etwa 10 MW/min oder mehr gemeint.
• Ziel der Erfindung ist es, als weitere Ausbildung der Erfindung des Hauptpatents die durch Steuerstäbe verursachten radialen Ungleichförmigkeiten der Leistungsverteilung im Reaktorkern weitgehend zu vermeiden und die Steuerstabschrittzahlen bei Lastzyklusbetrieb zu verringern. Dieses Ziel er raicht man dadurch, daß man nach geringfügiger Verstellung der Steuerstäbe ur Einleitung einer Lastände g die Eintauchtiefe der D-Bank insgessmt kleiner als der Laständerung entsprechend vorgibt und so die gewünschte Laständerung vorwiegen unter Ausnutzung der durch die Leistungsänderung hervorgerufenen Änderung der Xenonvergiftung d durch zuletzlich geringfügiges Einspeisen von Borsäure oder Deionat ins Druckwasser bewirkt.
• Bei der Erfindung wird also das Eigenverhalten des von Stauerstäben beeinflußte Reaktorkerns einerseits und die bei Druckwasserreaktoren ohnehin übliche sogenannte "Borsäureregelung" mit dezu herangezogen, mit noch weniger Steuerstabreaktivität als bisher auszukommen, und zwar entweder in der Weise, daß Steuerstäbe geringerer Reaktivitäten eingesetzt werden oder aber die vorhandenen Reaktivitäten der Steuerstäbe durch we; niger tiefes Einf@hren in den Reaktorkern weniger wirksam gemacht werden. Die verringerte Steuerstabreaktivität führt naturgemäß weniger zu Verzerrungen der Leistungsverteilung, insbesondere auch zu kleineren radialen Ungleichförmigkeiten0 Bei Rechnungen und Versuchen hat sich gezeigt, daß die beim Betrieb wirksam werdenden Stabreaktivitäten mit der Erfindung um bis zu 1/3 verkleinert werden können, wobei die erzielten Leistungsänderungen (Lastrampen) durchaus im technisch interessanten Bereich bleiben. Die Dopplerbank braucht dann in einer besonderen Ausgestaltung der Stellungs-Sollwert-Vorgabe nach dem Hauptpatent nur noch in einem relativ eng begrenzten Raum bewegt zu werden0 Ihr Fahrweg kann gegebenenfalls auch in einer Reaktorzone mit niedrigem Niveau der Leistungsdichte, zum Beispiel am oberen Kernrand liegend Damit ergibt sich neben einer Verringerung der Steuerstabbetitigung> die die mechanischen Beanspruchungen und den Verschleiß der Steuerstäbe vorteilhaft klein hält, ein Fahrprinzip mit minimaler Belastung der Brennelemente durch lokale Leistungsänderungen.
• Zur Beendigung der erfindungsgemäßen Leistungsverringerung, diemit Hilfe der Xenonvergiftung bewirkt wird, kann durch Ausfahren von Steuerstäben die Leistung kurzfristig angehoben oder wenigstens die Leistungsverringerung gestoppt werden.
• AuBerdem sollte dann die weitere Xenonvergiftung durch verstärkte Einspeisung von Deionat, also durch Verringerung des Borsäuregehalts im Kühlwasser, kompensiert werden.
• Eine Ausführungsform der Erfindung ist, den Sollwert der Dopplerbank-Stellung leistungsänderungsabhängig zu verstellen. Damit ist gemeint, daß der Sollwert der Eintauchtiefe je nach der vom Reaktor geforderten Leistungsänderungsgeschwindigkeit in einem Bereich zwischen einem oberen Wert und einer Funktion einer Lastrampe mit zum Beispiel 10% pro Ninute liegt, wie im folgenden noch näher erlsutert'wird.
• Zur Erläuterung der Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei ist in Fig. ein Regelungsschema eines Druckwasser-Leistungsreaktors dargestellt, für den in Fig. 2 Kennlinien der D-Steuerstabbank-Stellung aufgeführt sind. Fig. 3 zeigt in mehreren einander zugeordneten Kurven den zeitlichen Verlauf von Reaktorleistung, Xenonvergiftung, D-Steuerstabbank-Stellung und Borsäure und Deionateinspeisung in den ReaktorkWhlkreislauf zur Borsäure konzentrationsänderung, um den Grundgedanken der Erfindung deutlich werden zu lassen.
• In Fig. 1 ist ein Druckwasser-Leistungsreaktor von zum Beispiel 1000 MWe durch seinen Reaktordruckbehälter 1 angedeutet, an dem in einem Primärkreis 2 ein Dampf erzeuger 3 und eine Kühimittelpumpe 4 angeschlossen sind die in Reihe wom Druckwasser durchflossen werden. Die Leistung des vom Reaktordruckbehälter 1 umsohlossenen Redstorkerns 5, doho die darin freigesetzte Wärme, wird durch Steuerstäbe 6 geregelt, die in drei unterschiedlichen Gruppen 7, 8 und 9 vorgesehen sind. Unter den Steuerstabgruppen sind die für den Normalbetrieb vorgesehenen maximalen Fahrwege der Steuerstäbe angedeutet.
• Zur Regelung der Reaktorleistung wird die ai Kühlwassertemperatur mit den Thermometern 11 und 12 ermittelt, deren Meßwerte einem Gerät 13 zur Mittelwertbildung zuzuführen sind. Ferner ist am Reaktorkern 5 eine Sonde 16 angedeutet, die zur Messung der Reaktorleistung über den augenblicklichen Neutronenfluß dient.
• Für die aus den Meßwerten abzuleitenden Fahrbefehle für die Verstellung der Steuerstäbe 6 ist nach dem Hauptpatent als übergeordnetes Fahrprogramm vorgesehen, daß die zum Beispiel 50 Steuerstäbe 9 der sogenannten L-Bank im Normalbstrieb nur im oberen Fünftel des Kerns 1 verstellt- werden Die bei Laständerungen auftretenden Temperaturrückwirkungen des Bre stoffs kompensiert man durch die Verstellung der 12 Stäbe der D-Bank, die über die gesamte Kernhöhe verfahrbar sind.
• Die Stäbe 7 gehören zu einer sogenannten X-Bank und sollen Rückwirkungen der Xenonvergiftung aufnehmen. Sie werden ebenfalls über die gesamte kernhöhe verstellt, und zwar im wesentlichen nur so, daß sie ganz ein oder ausgefahren sind. Die X-Bank umfaßt zum Bespiel vier Steuerstäbe.
• Die Leistung des Reaktorkerns 5 läßt sich ferner durch Borkonzentrationsänderung des Reaktorkühlmittels beeinflussen.
• Zu diesem Zweck wird mit einer Pumpe 20 entweder Borsäure aus dem Vorratsbehälter 21 in den Reaktorkühlkreislauf 2 eingespeist oder aus einem Behälter 23 sogenanntes Deionat, d.h.
• reines Wasser ohne Borsäure. Unter Umständen kann auch eine Mischung von beiden mit einer wählbaren, aber dann festen Konzentration eingespeist werden.
• In Fig. 2 ist auf der Abszisse die Reaktorleistung in Prozent aufgetragen. Die Ordinate zeigt, wie auf der rechten Seite des Schaubilds angedeutet ist, im oberen Teil die Eintauchtiefe der L-Bank in den Reaktorkern 5 in einem Bereich zwischen 0 und 15% der Kernhöhe. Der untere Teil der Ordinate ist für die Eintauchtiefe der D-Bank vorgesehen, die zwischen 0 und 300 der Kernhöhe beträgt. Der Wert 300% bedeutet dabei, daß drei Teilbänke, die Je vier Stäbe aufweisen, voll eingefahren sind. Dies ist bei Nullast des Reaktors der Fall.
• Man erkennt, daß die sogenannte L-Bank 9 einen Stellungssollwert im Bereich von zum Beispiel 5% aufweist (Gerade 25), der mit einem geringen Totband 26 unabhängig von der Reaktorleistung eingehalten wird.
• Für die D-Bank 8 ist die Funktion des Stellungssollwertes einstellbar zwischen einem von der Reaktorleistung unabhängigen Wert (Gerade 28 mit Totband 29) und einem lastabhängigen Wert (Gerade 30 mit Totband 31). Der Stellungssollwert wird in Abahängigkeit von der gewünschten Leistungsänderung verstellt, und zwar gilt der obere Wert (Gerade 28) für den Betrieb ohne Leistungsänderungen, während der untere Wert (Gerade 30) für Leistungsänderungen von ca. 10% pro Minute vorgesehen ist. Im Rahmen des durch die jeweils gültigen Gebiete gegebenen Bereichs wird so die D-Bank zum Beispiel anhand der punktierten Linie 34 verfahren werden, um ein bestimmtes Betriebsverhalten zu erreichen.
• In Fig. 3 ist jeweils über der Zeitachse t als Abszisse auf der Ordinate die augenblicklich gewünschte Leistung, das Maß der Xenonvergiftung, die Stellung der D-Bank (8) in Form der Eintauchtiefe in den Reaktorkern (5) und die Einspeisung von Deionat (positiv) oder Borsäure (negativ) aufgeführt, die sich als Reaktivitätsänderung bemerkbar macht. Man entnimmt der Kurve 38, daß die Last von 100% im Zeiptunkt t1 mit einer Lastrampe von beispielsweise 2% pro Minute bis auf 60% Last abgesenkt wird. Dieser Wert wird im Zeitpunkt t2 erreicht. Zur Zeit t3 wird mit der gleichen Lastrampe die Leistung wieder auf 100% hochgefahren, die bei t4 erreicht ist.
• Zur Erreichung der für das vorgenannte Lastfahrprogramm (38) erforderlichen Leistungsänderungen werden die Steuerstäbe 8 aber nur geringer als der eigentlichen Leistungsänderung entsprechend verstellt. Nan benutzt erfindungsgemäß die bei der Leistungsverringerung auftretende Xenonvergiftung (Kurve 40) zur Absenkung der Leistung des Reaktorkerns (5) und die Verringerung der Xenonvergiftung bei Leistungssteigerung zur Erhöhung der LastO Deshalb braucht , wie die Kurve 41 zeigt, die D-Bank zum Absenken der Last im Zeitraum zwischen t1 und t2 nur geringfügiger als bisher üblich eingefahren zu werden Danach wird die verringerte Leistung weitgehend durch die erhöhte Xenonvergiftung eingehalten, Zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 führt dann das usfahren der D-Bank g8) aus nur wenig eingefahrenem Zustand zur Leistungssteigerung auf 100%, weil nun die relativ starke Wirkung des Xenonausbrands ausgenutzt wird.
• Die Kurve 43 zeigt, wie durch geeignete Einspeisung von Borsäure und Deionat, die auch nur in geringen Mengen erforderte lich sind, die D-Bank-Fahrweise erreicht wird. Dazu ist zu bemerken, daß Deionat und Borsäure fein verteilt und gleichmäßig über den gesamten Reaktorkern 1 wirksam werden, also die Symmetrie im Reaktorkern nicht stören. Damit wird auch von dieser Seite das der Erfindung zugrunde liegende Ziel einer noch weiteren Vergleichmäßigung der Leistungsverteilung über den Reaktorkern unterstützt.
• 2 Patentansprüche 3 Figuren

Claims (2)

1. PatentansDrUche 1 I Verfahren zur Leistungsregelung eines Druckwasserreaktors mit mehreren verstellbaren Steuerstäben, die in zwei Gruppen unterschiedlich verstellbar sind, wobei die eine Gruppe (L-Bank) nur bei schnellen und großen Laständerungen mit der anderen Gruppe (D-Bank) bewegt wird, sonst aber eine Eintauchtiefe zwischen etwa 8 bis 20% der Keruhöhe aufweist, während die andere Gruppe (D-Bank) zwischen dieser Eintauchtiefe und 100% der Kernhöhe verstellt wird, um die bei Laständerung auftretende BrennstofftemperaturrAckwirkung auf die Reaktivität zu kompensieren, nach Patent 2 007 564, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verstellung der Steuerstäbe zur Laständerung die Eintauchtiefe der D-Bank kleiner als der Laständerung entsprechend vorgegeben wird und daß so die gewünschte Laständerung vorwiegend unter Ausnutzung der durch die Leistungsänderung hervorgerufenen Änderung der Xenonvergiftung und in geringerem Maße durch Steuerstabbewegung und durch Einspeisen von Borsäure oder Deionat in das Druckwasser bewirkt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellungs-Sollwert-Funktion der Dopplerbank leistungsänderungsabhängig mit dem Sollwertsteller für die Generator-Leistungs-Sollwert-Änderung verstellt wird.