DE3021222A1

DE3021222A1 - Verfahren zur aenderung des betriebsbereiches eines siedewasserreaktors

Info

Publication number: DE3021222A1
Application number: DE19803021222
Authority: DE
Inventors: Kazuyori Doi; Takashi Kiguchi; Naoyuki Yamada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-06-06
Filing date: 1980-06-04
Publication date: 1980-12-11
Also published as: US4382059A; SE8004047L; JPS55162096A; JPS6116036B2

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsänderung im Betrieb eines Siedewasserreaktors.

Die Leistungsänderung eines Siedewasserreaktors,der nachstehend auch als BWR bezeichnet wird, kann dadurch realisiert werden, daß man eine Betätigung der Kontrollstäbe oder eine Änderung des Spaltzonendurchflusses vornimmt. Die Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang mit den Leistungsänderungsvorgängen beschrieben, die im wesentlichen mit dem Spaltzonendurchfluß zusammenhängen. Zwischen diesem Spaltzonendurchfluß und der Wärmeleistung ist ein zulässiger Betriebsbereich vorgegeben. Der zulässige Betriebsbereich ist definiert durch eine minimale Pumpengeschwindigkeitslinie der Umwälzpumpengeschwindigkeit, eine APRM Stabblockkontrolllinie durch die thermische Beschränkung eines Brennelementes, eine Linie minimaler Leistung bezogen auf die Pumpenkavitation und eine 100 %-Pumpengeschwindigkeitslinie der Umwälzpumpengeschwindigkeit. Während der Leistungsänderung tritt eine Änderung bei der Konzentration eines Spaltproduktes oder Xenon auf. Da die Konzentrationsänderung von Xenon zu einer beträchtlichen Änderung der Reaktivität führt, muß der Spaltzonendurchfluß sehr stark geändert werden, um die Wärmeleistung nach der Änderung konstant zu halten. Die Änderung des Spaltzonendurchflusses unter der Voraussetzung geringer Leistung wirft kein Problem auf, da sie in einer Richtung liegt, die vom begrenzenden Wert wegweist.

Bei der Situation der Rückkehr zu einer hohen Leistung besteht die Möglichkeit, daß die Leistung aus dem zulässigen Betriebsbereich herausgeht. Bei dem herkömmlichen Betriebsverfahren hat man den Zustand, ob eine den Betrieb begrenzende Bedingung verletzt ist oder nicht, auf der Basis von analytischen Ergebnissen einer vom Rechner unabhängigen

030050/09

Berechnung oder der Betriebserfahrungen des Bedienungsmannes unter Verwendung von Leistungsflußdiagrammen beurteilt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Leistungsänderungs-Betriebsverfahren anzugeben, das leicht und ohne irgendein Erfordernis von rechnerunabhängigen analytischen Ergebnissen oder Betriebserfahrungen beurteilen kann, ob der Spaltzonendurchfluß unmittelbar nach der Rückkehr zur hohen Leistung oder bei Aufrechterhaltung der hohen Leistung die Betriebsbegrenzungsbedingung verletzt, wenn die Leistung geändert wird, und das einen derartigen Leistungsänderungspegel liefern kann, der die Betriebsbegrenzungsbedingung im Falle der NichtVerletzung nicht verletzt.

Der Kern der Erfindung beruht auf dem Konzept der Änderung des Leistungspegels in Übereinstimmung mit dem zulässigen Betriebsbereich a^.£ der Xenon-Jod-Karte. Der zulässige Betriebsbereich im Leistungs-Durchfluß-Diagramm der vom Siedewasserreaktor BWR erhalten wird, wird so ausgelegt, daß er dem in der Xenon-Jod-Karte entspricht. Der änderbare Leistungspegel, der innerhalb des zulässigen Betriebsbereiches liegt, wird aus der Relation zwischen den derzeitigen Xenon- und Jod-Konzientrationen und dem zulässigen Betriebsbereich in der Xenon-Jod-Karte bestimmt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Figur 1 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Betriebsbegrenzungsbedingung im Leistungs-Durchfluß-Diagramm;
Figur 2 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der

Änderungen der Spaltzoneneigenschaften bei einer Leistungsänderung;
Figur 3 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Leistungs- und Durchflußorte bei der Leistungsänderung;

030050/0934

Figur 4 eine grafische Darstellung zur Erläuterung von

einem Xenon-Jod-Diagramm;
Figur 5 eine grafische Darstellung zur Erläuterung, wie der zulässige Betriebsbereich im Xenon-Jod-Diagramm bestimmt wird;

Figur 6 eine grafische Darstellung zur Erläuterung eines

Beispiels von derartigen zulässigen Betriebsbereichen; und in
Figur 7 ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung.

In Figur 1 bezeichnen eine Linie ab_ eine Linie minimaler Pumpgeschwindigkeit der Umwälzpumpengeschwindigkeit, eine Linie cd eine APRM Stabblockkontrollinie durch die thermische Begrenzung eines Brennelementes, eine Linie e_f eine Linie minimale Leistung bezogen auf die Pumpenkavitation und eine Linie cjh eine 100 %-Pumpengeschwindigkeitslinie der Umwälzpumpengeschwindigkeit. Wie bereits erwähnt, ist der zulässige Betriebsbereich von diesen Linien umgeben bzw. durch sie begrenzt. Andererseits bezeichnet eine Kurve xj_ eine Durchflußsteuerungslinie, die eine Leistungsänderung angibt, wenn der Spaltzonendurchfluß in einem bestimmten Kontrollstabmuster geändert wird. Bei der Änderung des Kontrollstabmusters wird die Durchflußsteuerungslinie gegenüber der genannten Linie _ij_ parallel in eine Linie k_l verschoben.

Während der Leistungsänderung tritt, wie in Figur 2 dargestellt, eine Änderung bei der Konzentration vom Spaltprodukt oder Xenon auf. Da die Konzentrationsänderung von Xenon zu einer beträchtlichen Änderung der Reaktivität führt, muß sich der Spaltzonendurchfluß sehr stark ändern, um die Ausgangsleistung nach der Änderung konstant zu halten. Die Änderungen der Spaltzoneneigenschaften zu diesem Zeitpunkt sind in Figur 2 dargestellt, und die Orte der Wärmeleistung, die kurz auch als Leistung bezeichnet werden, und die Spaltzonendurchflußgeschwindigkeiten sind in einem Leistungs-Durchlfußdiagramm in Figur 3 dargestellt. Zusätzlich zu dem Spaltzonendurchlfuß und der Leistung wird daneben

030050/0934

die Xenonkonzentration als Parameter in Figur 2 verwendet. Die Orte A-B-C-D-E-F-G, die in Figur 2 und 3 auftauchen, geben die Änderungsvorgänge an. Die Änderung des Spaltzonendurchflusses unter der Voraussetzung niedriger Leistung bzw. die Orte B-C-D werfen kein Problem auf, da diese in einer Richtung stattfinden, die vom Grenzwert weg gerichtet ist. Bei dem Fall der Rückkehr zu einer hohen Leistung bzw. bei den Orten E-F-G kann aber andererseits der Spaltzonendurchfluß möglicherweise die Betriebsbegrenzungsbedingung bei der Rückkehr zu hoher Leistung gemäß der Bedingung oder dem Punkt D kurz vor seiner Rückkehr verletzen. Wenn beispielsweise die Leistung von einem Punkt D¹, der sich an einem Ort befindet, bevor der Spaltzonendurchfluß den Punkt D in Figur 2 erreicht, erhöht wird, so wird die Betriebsbegrenzungsbedingung bei einem Punkt E' verletzt. Wenn andererseits die Leistung von einem Punkt D", der erreicht wird, wenn für lange Zeit mit niedriger Leistung gearbeitet wird, durch einen Punkt E" erhöht wird, so wird die Betriebsbegrenzungsbedingung bei einem Punkt F¹ verletzt, der ein Punkt minimalen Durchflusses nach der Rückkehr zu hoher Leistung ist.

Gemäß der Erfindung wird ein Leistungsänderungs-Betriebsverfahren angegeben, das in der Lage ist, ohne das Erfordernis von rechnerunabhängigen analytischen Ergebnissen oder Betriebserfahrungen die erforderlichen Änderungen durchzuführen. Dies soll nachstehend näher erläutert werden.

Wie oben bereits angegeben, kann die Änderung des Spaltzonendurchflusses nach der Rückkehr zur hohen Ausgangsleistung so eingestellt werden, daß sie der Übergangsänderung der Xenon-Konzentration linear entspricht. Damit sind die Grenzwerte für den Spaltzonendurchfluß, d.h. die oberen und unteren Grenzwerte, bei der Rückkehr zu hoher Leistung durch die Grenzwerte der Xenon-Konzentration bestimmt. Die Ubergangsänderungen bei' den Xenon- und Jod-Konzentrationen sind durch die nachstehenden charakteristischen Differentialgleichungen definiert:

030050/0934

Ht ^{= Y}i^Ef^p "¹I^{1 (1);}

und

f|^ = γ „Σ .Ρ + λ_τ1 - A_vXe - 6_vXeP (2),

Qu Λ Χ Χ Λ Λ

wobei

λ ης -1 O C

Xe und I: Mittlere Konzentrationen von Xe und I bei Σ^: Mittlerer makroskopischer Spaltungsquerschnitt bei der Spaltzone;

P: Mittlere Wärmeleistung bei der Spaltzone;

135 135
λ und λ : Zerfallskonstanten von Xe und I ;

135 135
γ_χ und γ : Anzahl von Xe und I , die bei jeder Spaltung

erzeugt werden.

Die beiden Gleichungen (1) und (2) werden verwendet, um die Übergangsänderungen der Xenon- und Jod-Konzentrationen nach der Leistungsänderung für verschiedene Anfangswerte zu bestimmen, und die so bestimmten Übergangsänderungen werden in das Xenon-Jod-Diagramm eingetragen. Ein Beispiel eines Xenon-Jod-Diagramms für die erreichte Ausgangsleistung von 100 % ist in Figur 4 dargestellt. Aus dieser Figur läßt sich folgendes entnehmen: Wenn der Zustand unmittelbar vor der Rückkehr zur hohen Leistung auf der Kurve H mit dem Punkt J bezeichnet ist, d.h. einer Xenon-Konzentration Xo und
einer Jodkonzentration Io, so ändern sich die Xenon- und Jod-Konzentrationen nach der Rückkehr zu hoher Leistung, d.h. einer Leistung P = 100 %, längs der Kurven H. Genauer gesagt ist dies so zu verstehen, daß die Jod-Konzentration monoton zunimmt, während die Xenon-Konzentration einmal abnimmt und dann monoton zunimmt, bis sie einen Gleichgewichtspunkt E bei der Ausgangsleistung von 100 % erreicht. Dabei impliziert der Gleichgewichtspunkt den Zustand, wo Xenon und Jod ausgeglichen sind. Hierbei werden die Grenzwerte der Xenon-Konzentration, die den Grenzwerten des Spaltzonendurchflusses, deren oberer Grenzwert U der Linie gh in Figur 3 entspricht und deren unterer Grenzwert L der Linie cd entspricht, des Spaltzonendurchflusses nach der Rückkehr zur

030050/0934

hohen Leistung (100 %) bestimmt und in das Xenon-Jod-Diagramm eingetragen, wie es in Figur 5 dargestellt ist.

Der obere Grenzwert U der Xenon-Konzentration impliziert den Grenzwert, unterhalb dessen der Spaltzonendurchfluß unmittelbar nach der Rückkehr zu hoher Leistung von 100 % die Linie cjh in Figur 3 nicht verletzt bzw. überschreitet. Andererseits impliziert der untere Grenzwert L der Xenon-Konzentration den Grenzwert, bis zu dem der minimale Spaltzonendurchfluß nach der Rückkehr zur hohen Leistung von 100% die Linie c_d in Figur 3 nicht verletzt bzw. überschreitet. Infolgedessen läßt sich der zulässige Betriebsbereich, in dem der Spaltzonendurchfluß bei Rückkehr zu hoher Leistung sich zwischen den Grenzwerten bewegt, durch den schraffierten Bereich beschreiben, der durch die genannten beiden oberen und unteren Grenzwerte, durch die Xenon-Jod-Orte oder Kurven M tangential zum unteren Grenzwert und durch die gerade Linie N definiert ist, die eine solche Grenzlinie impliziert, bei der kein Xenon und Jod vorhanden sein darf.

Wenn die Xenon- und Jod-Konzentrationen unmittelbar vor der Rückkehr zu hoher Leistung innerhalb dieses Bereiches liegen, so verletzt der Spaltzonendurchfluß die Betriebsbegrenzungsbedingung auch nach der Rückkehr zum Leistungszustand von 100 % nicht. Mit den vorstehend beschriebenen Vorgängen wird der zulässige Betriebsbereich aus dem Xenon-Jod-Diagramm bei den verschiedenen Änderungen der Endleistung bestimmt und in das Diagramm eingetragen. Ein Beispiel ist in Figur 6 dargestellt. In dieser Figur sind die zulässigen Betriebsbereiche Q, R, S und V für die Leistungen P = 100 %, 90 %, 80 % bzw. 70 % dargestellt. Das Verfahren zur Verwendung des Diagramms bei einer Leistungsänderung wird nachstehend erläutert. Die Gleichungen (1) und (2) werden verwendet, um die Xenon- und Jod-Konzentrationen in jedem Augenblick durch eine Realzeitoperation zu bestimmen. Unmittelbar vor der Rückkehr zu hoher Leistung werden die Xenon- und Jod-Konzentrationen in diesem Augenblick mit dem zulässigen Betriebsbereich gemäß Figur 6 verglichen. Dann kann leicht beurteilt

0300S0/0934

werden, daß die Rückkehr zu einer Leistung von 100 % vorgenommen werden kann, wenn die Konzentrationen innerhalb des Bereiches Q liegen, daß die Rückkehr zu einer Leistung von 90 % erfolgen kann, wenn die Konzentrationen innerhalb des Bereiches R liegen, usw.

Obwohl bei der obigen Beschreibung der zulässige Betriebsbereich im Xenon-Jod-Diagramm bestimmt wird, wobei das Kontrollstabmuster als konstant vorgegeben wird, können ähnliche Verfahren auch dann verwendet werden, wenn sich die Ausgangsleistung darüber hinaus aufgrund der Kontrollstabbetätigung ändert, indem man den zulässigen Betriebsbereich in dem Xenon-Jod-Diagramm für jedes Kontrollstabmuster bestimmt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Figur 7 näher erläutert. Ein Wärmeleis tvings-Rechner 3 berechnet die Wärmeleistung P in jedem Augenblick durch die Verwendung der Wärmeausglexchsdaten, die aus der Spaltzone 2 einer Reaktor-Druckkammer 1 erhalten werden. Ein Xenon-Differentialgleichungs-Rechner 4 berechnet die Xenon- und Jod-Konzentrationen unter Verwendung der berechneten Leistung P auf der Basis der obigen Gleichungen (1) und (2). Dann werden die so berechneten Xenon- und Jod-Konzentrationen einer Bildschirm-Anzeigeeinrichtung 5 zugeführt, so daß die Xenon-Konzentrationen in Ordinatenrichtung und die Jod-Konzentrationen in Abszissenrichtung eingegeben werden. Dabei stellt eine Einrichtung 7 zur Erzeugung der Xenon-Jod-Diagramme derartige Xenon-Jod-Diagramme her, welche von verschiedenen Anfangswerten ausgehen, und zwar unter Verwendung der Endleistung als Parameter auf der Basis der Gleichungen (1) und (2) und führt die Werte einer Einrichtung 9 für den zulässigen Betriebsbereich zu.

Ferner hat ein Xenon-Grenzwert-Rechner ein Ausgangs-Durchfluß-Diagramm und verwendet ein Signal £ des Kontrollstabmusters von einer Kontrollstab-Antriebseinrichtung 6, und berechnet daraus die oberen und unteren Grenzwerte

0300S0/0934

der Xenon-Konzentration, die unter Verwendung der Endleistung als Parameter bestimmt werden, und führt die berechneten Grenzwerte der Einrichtung 9 für den zulässigen Betriebsbereich zu. In Abhängigkeit von diesen Eingangssignalen bestimmt die Einrichtung 9 für den zulässigen Betriebsbereich denjenigen zulässigen Betriebsbereich, der dem Diagramm in Figur 6 entspricht, und führt ihn der Bildschirm-Anzeigeeinrichtung 5 zu. Infolgedessen beurteilt der Bedienungsmann, ob die erforderliche Leistungsänderung aus dem auf der Bildschrim-Anzeigeeinrichtung 5 dargestellten zulässigen Betriebsbereich und aus den Relationen zwischen den Xenon- und Jod-Konzentrationen realisiert werden kann oder nicht, so daß er einen solchen Leistungswert für den Fall der NichtVerletzung bestimm-en kann, der die Betriebs-Grenzbedingung nicht überschreitet. Der Spaltzonendurchfluß und damit die Wärmeleistung können dadurch gesteuert werden, daß man die Geschwindigkeit der Umwälzpumpe 11 über eine Bedienungskonsole 10 ändert. Der Bedienungsmann kann somit die Leistungsänderung in schnell ansprechender Weise durchführen. Wenn die erforderliche Leistungsänderung höher ist als die erreichbare Leistung, so kann ein sichererer Betrieb des Siedewasserreaktors realisiert werden, indem man die Leistung bis hinauf zum Grenzwert allmählich erhöht, die Änderungen von Xenon- und Jod-Konzentrationen abwartet und die Leistung weiter steigert, wenn Spielraum geschaffen ist.

Zusammenfassend wird somit ein Verfahren zur Leistungsänderung eines Siedewasserreaktors angegeben, bei dem der zulässige Betriebsbereich aus dem Zusammenhang zwischen den Xenon- und Jod-Konzentrationen bestimmt, die vorliegenden Konzentrationen mit dem zulässigen Bereich verglichen und der Spaltzonendurchfluß so gesteuert wird, daß die Konzentrationen nach der Änderung innerhalb deszulässigen Bereiches liegen.

030050/0934

Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE

SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS FINCK

MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÜNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-8OOO MÖNCHEN 95

HITACHI, LTD. 4. Juni 19 80

DEA-25 197

Verfahren zur Änderung des Betriebsbereiches eines Siedewasserreaktors

PATENTANS PRUCH

Verfahren zur Leistungsänderung eines Siedewasserreaktors, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

(a) Berechnen der Xenon- und Jod-Konzentrationen bei unter-5 schiedlichen Wärmeleistungen,

(b) Berechnen und Speichern der Xenon- und Jod-Konzentrationen entsprechend den zulässigen Betriebsbereichen, welche durch den Zusammenhang zwischen dem Spaltzonendurchfluß und

der Wärmeleistung bestimmt sind, 10 (c) Berechnen der Xenon- und Jod-Konzentrationen aus den vom

Siedewasserreaktor erhaltenen momentanen Wärmeleistung, (d) Vergleichen der gemäß Verfahrensschritt (c) erhaltenen momentanen Konzentrationen mit den zulässigen Konzentrationen aus dem Verfahrensschritt (b), und

030050/0934

ORIGINAL INSPECTED

(e) Steuern des Spaltzonendurchflusses gemäß den Konzentrationsdifferenzen, die gemäß dem Verfahrensschritt (d) erhalten sind.

030050/0934