И.А.Буданов - Анализ аварии с потерей теплоносителя
1. 1. Основные цели лабораторного практикума
Основной целью лабораторного практикума является выполнение
расчетного анализа проектных аварий на реакторе ВВЭР-1000 с помощью
аналитического Тренажёра Оперативного Моделирования Аварийных
Ситуаций «ТОМАС». Моделируются следующие виды аварий:
- авария с потерей теплоносителя;
- авария с обесточиванием АЭС;
- реактивностная авария;
2. Общая информация об аналитическом тренажёре
Тренажёр Оперативного Моделирования Аварийных Ситуаций «ТОМАС»
разработки ОАО ВНИИАЭС – аналитический симулятор, позволяющий
моделировать нормальные, переходные и аварийные режимы работы АЭС с
ВВЭР-1000 (В-320). В качестве прототипа выбран блок 4 Балаковской АЭС.
Аналитический симулятор включает в себя:
1) Математическую модель энергоблока, которая описывает нейтронно-
физические, гидродинамические и логические процессы в оборудовании
и системах управления АЭС;
2) Графическую систему моделирования, управления и визуализации,
которая позволяет осуществлять управление моделью и представлять
результаты её работы.
1
2. 3. Краткое описание математической модели блока ВВЭР-1000
Ниже приводятся системы АЭС, моделируемые с помощью аналитического
тренажёра ТОМАС
1) CR – активная зона
Нейтронно-физическая модель активной зоны обеспечивает описание нейтронно-
физических процессов в активной зоне реактора в режимах пуска, нормальной
эксплуатации, изменениях мощности и останове блоке, а также при авариях,
сопровождающихся быстрым вводом реактивности, потерей теплоносителя, в том
числе без срабатывания аварийной защиты реактора.
2) ED – система электроснабжения собственных нужд
Конфигурация электроснабжения собственных нужд выполнена в виде
упрощённой схемы распределения питания блока с реактором ВВЭР-1000. Модель
содержит все основные функции и режимы нормальной работы электроснабжения
собственных нужд.
3) MS – второй контур
Модель паро-питательного тракта разработана с помощью кода Compressible
Mixture Solver (CMS) для теплогидравлической сети с двухфазной сжимаемой
средой.
4) OV – система герметичных помещений
Система герметичных помещений включает в себя герметичные помещения,
локализующую арматуру, бассейн выдержки ОЯТ. Изменения теплофизических
параметров парогазоводяной смеси в объёмах герметичной оболочки
моделируется с помощью кодогенератора CMS.
5) RC – системы безопасности и основные регуляторы блока
Система RC моделирует защиты и блокировки первого контура, регулирование
мощности реактора, давления в первом и втором контурах, уровень в
компенсаторе давления, уровень рабочего тела в парогенераторах, а также
систему регулирования турбины.
6) SI – система аварийного охлаждения активной зоны
Система SI моделирует гидроаккумуляторы и насосы системы САОЗ.
7) ТН – первый контур
Теплогидравлическая модель первого контура реакторной установки разработана
на основе кода RETACT с исходным набором данных, соответствующих блоку-
прототипу.
2
3. Симулятором моделируются следующие системы защиты:
Аварийная защита реактора действует при появлении сигнала «АЗ». Аварийная
защита осуществляется падением всех групп ОР до крайнего нижнего положения за 4
секунды.
Действие предупредительной защиты 1-го рода осуществляется при появлении
сигнала «ПЗ-1». Защита осуществляется последовательным движением вниз всех групп
ОР в определённой последовательности, начиная с регулирующей группы, со скоростью
2см/с, до снятия сигнала «ПЗ-1».
Ускоренная предупредительная защита (ускоренная разгрузка блока) действует
при появлении сигнала «УРБ» и осуществляется быстрым частичным снижением
мощности реактора путём сброса одной группы ОР.
4. Стационарное состояние
Расчёт аварийных режимов производился со стационарного состояния блока ВВЭР -1000
со следующими параметрами:
Таблица 4.1. Параметры стационарного состояния
Параметр Значение
Мощность РУ, МВт 3016
Давление над активной зоной, бар 159
Максимальная температура оболочки ТВЭЛ, К 601,7
Температура теплоносителя в петле №1, 0 C
- на входе в петлю 319,6
- на выходе из петли 290,0
Температура теплоносителя в петле №2, 0 C
- на входе в петлю 319,6
- на выходе из петли 290,0
Температура теплоносителя в петле №3, 0 C
- на входе в петлю 319,6
- на выходе из петли 290,1
Температура теплоносителя в петле №4, 0 C
- на входе в петлю 319,6
- на выходе из петли 290,0
Расход теплоносителя в петле, кг/с
-в петле №1 4477,3
-в петле №2 4476,9
-в петле №3 4476,8
-в петле №4 4477,3
Уровень в КД, м 9,2
Давление в парогенераторах, бар
- ПГ №1 63,4
- ПГ №1 63,3
- ПГ №1 63,4
- ПГ №1 63,4
3
4. 5. Авария с потерей теплоносителя
5.1 Исходное событие:
Течь 12% из горячего трубопровода петли №4
5.2 Путь протекания аварийного процесса:
Зависимости теплогидравлических параметров для 12% течи из горячего трубопровода
приводятся на рис. 5.1-5.14. Последовательность событий в аварийном режиме
приведена в таблице 5.1
Таблица 5.1 События в ходе аварийного процесса при потере теплоносителя
Время, с Событие
3,07 а) Давление в контайменте больше 1,3 бар
б) Давление в реакторе меньше 137 бар при мощности больше 75%
в) Срабатывание АЗ-1
г) Отключение двух противоположных ГЦН из 4-х
д) Отключение двух смежных ГЦН из 4-х
е) Два смежных из 4-х ГЦН при мощности больше 42%
ж) Два из 4-х ГЦН при мощности больше 75%
4,01 а) Разность температуры насыщения в любой нитке меньше 10 0 C
5,07 а) 1 из 2-х ГЦН при мощности больше 5%
б) Давление в реакторе меньше 137 бар и температура в горячей нитке
больше 260 0 C
5,07 -11,07 Периодическое включение/выключение всех сигналов.
Периодичность – 1с.
11,07 а) Снижение перепада на любом ГЦН за время меньше 5 секунд
б) Уровень в компенсаторе давления меньше 4,6 м
29,07 Закрытие СРК при мощности больше 75%
31,07 Отключение 2-х ТПН из 2-х
115,07 Давление в парогенераторе меньше 45 бар и t в горячей нитке больше
200 0 C , и разница температуры насыщения в 1 и 2-м контуре больше
75 0 C
4
5. 3E+09
2,5E+09
2E+09
N, W
1,5E+09
1E+09
500000000
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
time, s
5.1 Тепловая мощность реактора, Вт
160
140
120
100
Р, бар
80
60
40
20
0
0 200 400 600 800 1000
t, s
5.2 Давление над активной зоной, бар
5
6. 65
60
55
50
45
P, бар
40
35
30
25
20
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
t, s
5.3 Давление во 2-м контуре, бар (показаны 4 петли)
600
550
500
Т, К
450
400
350
300
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
t, s
5.4 Максимальная температура поверхности ТВЭЛ, К
6
7. 350
300
250
200
t, 0с
150
100
50
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
t, s
5.5 Температура в горячем/холодном трубопроводе 1-й петли, 0 C
350
300
250
200
t, 0с
150
100
50
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
t, s
5.6 Температура в горячем/холодном трубопроводе 2-й петли, 0 C
7
8. 350
300
250
200
t, 0с
150
100
50
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
t, s
5.7 Температура в горячем/холодном трубопроводе 3-й петли, 0 C
350
300
250
200
t, 0с
150
100
50
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
t, s
5.8 Температура в горячем/холодном трубопроводе 4-й петли, 0 C
8
10. 10
9
8
7
6
L, m
5
4
3
2
1
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
t, s
5.11 Уровень в КД, м
250000
230000
210000
190000
170000
M, kg
150000
130000
110000
90000
70000
50000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
t, s
5.12 Масса теплоносителя в 1-м контуре, кг
10
11. 300
250
200
Gге, kg/s
150
100
50
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
t, s
5.13 Расход из гидоёмкостей 1-й – 4-й петли, кг/с
5000
4500
4000
3500
3000
G, kg/s
2500
2000
1500
1000
500
0
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
t, s
5.14 Расход теплоносителя в петлях 1-4, кг/с
11
12. 5.3 Анализ протекания аварии с потерей теплоносителя
В начальный момент времени происходит открытие течи, что приводит к
снижению давления над активной зоной (рис. ) до давления, определяемого
температурой насыщения. После вскипания теплоносителя давление падает медленнее.
При снижении давления над активной зоной ниже уставки срабатывает сигнал аварийной
защиты, мощность реактора резко снижается (рис. ). Уровень в КД на стадии
разгерметизации падает. При снижении давления происходит отключение насосов,
первый контур переходит в режим естественной циркуляции, расход теплоносителя в
петлях снижается (рис. ).
При снижении давления в первом контуре ниже 11 МПа срабатывает САОЗ ВД
(рис.) и начинается стадия повторного заполнения активной зоны. При дальнейшем
снижении давления срабатывает пассивная часть САОЗ (рис.). Начиная с Х секунды
суммарный расход САОЗ компенсирует расход в течь, и масса теплоносителя в перовом
контуре начинает увеличиваться (рис. ). Температура оболочки ТВЭЛов (рис. ) и
теплоносителя (рис. Х-Х) снижается на протяжении всего аварийного процесса. Характер
кривых давления в парогенераторах (рис. Х-Х) обусловлен характером кривой давления в
первом контуре.
Заключение
За расчетный промежуток времени температура оболочки ТВЭЛ не вышла за рамки
максимального проектного предела повреждения ТВЭЛ 1200 0 C .
12
