DE2206234B2 - Verfahren zum Betrieb eines Druckwasserreaktors hoher Leistungen und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einer Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren ist aus dem VGB-Kernkraftwerksseminar 1970, S. 24-31 und 58 bekannt.

Ferner ist in dem älteren Patent 20 13 346 ein System zur Regelung eines Kraftwerkes geschützt, das aus einem Druckwasserreaktor mit Dampferzeuger und Turbogenerator besteht und als Stellglieder Turbineneinlaßventile und Regelstäbe besitzt Das System hat eine Betrifibsregelung und daneben einen Turbogeneratorschutz bzw. einen Reaktorschutz, der bei bestimmten Dampfzuständen anspricht

Kennzeichnend für das ältere Patent ist dMJ bei Oberschreiten eines Grenzwertes, der unterhalb des für das Ansprechen des Reaktorschutzes maßgebenden Wertes der Reaktorleistung liegt ein Obergang von der Betriebsregelung auf eine Grenzwertregelung erfolgt die die abgegebene Reaktorleistung durch Einwirkung auf die Regelstäbe auf einen zulässigen Wert begrenzt Diese Reaktorleistungsbegrenzung kann auch in Wirkabhängigkeit von einer Siedeabstandsmessung stehen. Der Generator muß dann bei sinkender Reaktorleistung wegen des Absinkens der mittleren Kühlmitteltemperatur und des damit verringerten Frischdampfdruckes über die Frischdampf-Minimaldruckregelung gleichfalls seme Leistung zurückfahren. Dieses Abfahren von Reaktor und Generator geht so weit wie der Siedeabstand kleiner als sein vorgegebener Mindestwert ist Für ein Ausführungsbeispiel ist noch angegeben, daß die Reaktorleistung auf den Wert des Generatorleistungssollwertes zurückgeführt wird. Damit ist vorausgesetzt daß der Generatorleistungssollwert einen vorhersehbaren und für den Reaktor geeigneten Wert hat wie dies zum Beispiel im Konstantlastbetrieb zu erwarten ist

Die vorliegende Erfindung geht von der bei modernen Kernkraftwerken gewünschten Fahrweise aus, daß nämlich der vom Reaktor gespeiste Generator von der elektrischen Seite geregelt wird, damit er die gewünschte Leistung entsprechend einem durch das elektrische Netz vorgegebenen Belastungsdiagramm liefert Für den Fall, daß dabei die im Hinblick auf den Filmsiedegrenzwert zulässige Reaktorleistung überschritten wird, will man mit der Generatorregelung aber nicht auf das Absinken von Kühlmitteltemperatur- und Frischdampfdruck warten. Es stellt sich deshalb die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Einrichtung zu dessen Durchführung anzugeben, mit denen die beim bekannten Verfahren erforderlichen Schnellabschaltungen vermieden werden und eine den Reaktor schonende Betriebsweise sichergestellt ist. Erfindungsgemäß ist bei dem eingangs genannten Verfahren vorgesehen, daß der Leistungssollwert des Generators in Abhängigkeit vom Filmsiedegrenzwert begrenzt wird. Dies kann schon bei einem Ansprechwert erfolgen, der vor dem Schutz- und auch den·, bisherigen Grcnzwert-Rcgclungs-Wcrt liegt, weil man sofort und direkt den Generatorleistungssollwert absenkt.

Bei der Erfindung ist die Arbeitsweise des Kernkraftwerkes nicht nur gegenüber den zum Beispiel aus dem Buch »VGB-Kernkraftwerks-Seminar 1970«, Seiten 24 bis 31 bekannten Regelungen verbessert bei denen der Reaktor für den Fall des Filmsiedegrenzwertes vollständig abgeschaltet wird. Vielmehr gibt sich auch gegenüber der Leistungsbegrenzung nach dem älteren Patent noch die Möglichkeit einer größeren Leistungsausbeute und vor allen Dingen eine besser optimierte, ruhigere Fahrweise. Die Regelung kann eine Verringerung des Abstandes zwischen der Arbeitstemperatur und der Temperatur ermöglichen, bei der mit Filmsieden zu rechnen ist. Praktisch kann dann die Kühlmittel-

temperatur 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.

Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich aber auch so verwirklichen, daß der Filmsiedegrenzwert anhand einer Nachbildung des Reaktors in den für den Filmsiedegrenzwert wesentlichen Daten (z.B. Neutra- \s nenflußdichte, Kühlwassertemperatur und -druck) 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 FaI! kann man eine eindimensionale Nachbildung mit vorzugsweise linearer Interpolation der aus der örtlichen Leistung abgeleiteten Temperatur verwenden. Für genauere Bestimmungen der Temperaturwerte kann man mehrere eindimensionale Nachbildungen zusammensetzen. Besonders günstig ist es, wenn die Nachbildung anhand von Meßwerten korrigiert wird. Unter Umständen kann man für die Verwirklichung der so 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. Der hierfür notwendige zusätzliche Aufwand ist denkbar gering. Die Schaltung hat den Charakter einer Schutzschaltung.

Eine zur Durchführung des Verfahrens vorteilhafte Einrichtung 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 Regelvorrichtung 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 so sind.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur ein Ausführungsbeispiei beschrieben. Die Figur zeigt in schematischer Darstellung mit den üblicher. Symbolen einen Druckwasserre- « aktor 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 w> angeschlossen sind,

Mlit dem Reaktor 1 i.st ein Dampferzeuger 10 über eine vom Reaktor 1 zum Dampferzeuger führende Leitung 11 verbunden. In einer Rückleitung 12 sitzt eine Kühlmittelpumpe 13 mit der durch den Pfeil angedeute- f>^r> ten Förderrichtung. Da.. Kühlmittel im Primärkreis 14 ist Wasser, wobei der zum Primärkreis gehörende Druckhalter nicht dargestellt ist.

Der Sekundärkreis des Dampferzeugers 10 führt über eine Leitung 15 mit einem Hauptventil 18 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 flüssigkeitsgekühlten Leistungsreaktor dadurch gesteuert daß die mit Thermometern 25 ermittelte Kühlwassertemperatur τκ, die als Mittelwert zwischen den Werten der Leitungen H und 12 verarbeitet wird, über einen Umsetzer 26 auf den Antrieb 4 der Steuerstäbe 3 einwirkt so daß diese mehr oder weniger tief in den Kern eintauclün. Dadurch soll die Leistung des Reaktors 1 in Anpasijng an den Leistungsbedarf der Turbine 14 so beeinflußt werden, daß die Kühlmitteltemperatur im Primärkreis 14 praktisch konstant bleibt

Die Leitung des Generators 23 wird von einem Sollwertgeber 30 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 Temperaturfühlers zusammen mit weiteren Meßsonden, z. B. einer Neutronenflußsonde 38, einem Drehzahlgeber 40 der Kühlmittelpumpe 13, einer Druckmeßdose 39 usw., in einem Rechner 31 ein Signal zur Verringerung des Generatorleistungssollwertes hervorrufen, wenn auf Grund z. B. der Temperaturverteiiung 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 klpiner werden würde, so daß Zerstörungen die Folge wären (DNB = Departure from nucleate boiling).

Bei der Erfindung wird der FaI! 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 Ei je darauf folgende Änderung der Kühlmitteltemperatur τ κ ändert die Stellung der Steuerstäbe 3 <m 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 mit zahlreichen Meßwerten des Reaktors gespeist wird, umfaßt dabei ein Modell 37 zur Nachbildung des Reaktors 1 in den für den Fi'msiedegrenzwert wesentlichen Daten. Diese Nachbildung kann aber an sich auch weitestgehend ohne Übertragung der tatsächlichen Ternpenturwerte 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 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Betrieb eines Druckwasserreaktors für hohe Leistungen mit einem von diesem gespeisten Generator, der betriebsmäßig im Lastfolgeprogramm nach einem Generatorleistungssollwert geregelt wird, wobei die Reaktorleistung Ober die Kühlmitteltemperaturregelung nachgeführt und in Abhängigkeit vom Filmsiedegrenzwert begrenzt ι ο wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungssollwert des Generators in Abhängigkeit vom Filmsiedegrenzwert begrenzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filmsiedegrenzwert anhand einer is Nachbildung des Reaktors in den für den Filmsiedegrenzwert wesentlichen Daten (zum Beispiel Neutronenflußdichte, Kühlwassertemperatur und -druck) gewonnen wird

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dafii eine eindimensionale Nachbildung des Reaktorkerns mit vorzugsweise iinearer interpolation der aus der örtlichen Leistung des Reaktorkerns abgeleiteten Brennstabtemperatur verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere eindimensionale Nachbildungen verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbildung anhand von Meßwerten korrigiert wird. ^o

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schutzrechner, der zum Abschalten des Reaktors be> einem bestimmten, für eine Überlastung des Reaktors kennzeichnenden Ansprechwert dient, bei eines* demgegenüber ^J5 verringerten Ansprechwert zur Vermeidung des Filmsiedens eine Verringerung des Generatorleistungssollwertes ansteuert.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ■"> gekennzeichnet, daß dem Druckwasserreaktor (1) ein Rechner (31) zugeordnet ist, der zur an sich bekannten Ermittlung des Filmsiedegrenzwertes mit Meßsonden (5, 38, 39) verbunden ist, daß der Ausgang des Rechners (31) mit einem Sollwertgeber (30) eines von dem Reaktor (1) als Primärquelle gespeisten Generators (23) verknüpft ist, daß in an sich bekannter Weise eine von der Generatorleistung abhängige Regelvorrichtung (25, 26, 3, 4) für die Reaktorleistung vorgesehen ist und daß der Rechner (31) in Abhängigkeit vom Filmsiedegrenzwert eine obere Grenze für das Sollwertsignal bildet, das ein von dem Generator (23) gespeistes elektrisches Netz (24) dem Sollwertgeber (30) des Generators (23) liefert.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner ein elektronisches Modell (37) zur Nachbildung der für den Filmsiedegrenzwert maßgebenden Parameter des Reaktors (1) umfaßt.