FR2583207A1

FR2583207A1 - Procede pour controler la temperature du fluide de refroidissement d'un reacteur pour un fonctionnement suivant la charge d'une centrale nucleaire

Info

Publication number: FR2583207A1
Application number: FR8608134A
Authority: FR
Inventors: Tadakuni Hakata; Makoto Tooyama
Original assignee: Mitsubishi Atomic Power Industries Inc
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1985-06-06
Filing date: 1986-06-05
Publication date: 1986-12-12
Anticipated expiration: 2006-06-05
Also published as: FR2583207B1; JPH047960B2; DE3618871A1; JPS61280600A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE POUR CONTROLER UNE UNITE GENERATRICE DE PUISSANCE ELECTRIQUE NUCLEAIRE AYANT UN CALCULATEUR PRODUISANT UNE TEMPERATURE DE REFERENCE DU FLUIDE DE REFROIDISSEMENT DU REACTEUR ET UN SYSTEME DE CONTROLE PAR TIGE DE LA TEMPERATURE DU FLUIDE DE REFROIDISSEMENT A SA VALEUR DE REFERENCE ET AYANT UN SYSTEME DE CONTROLE DE LA CONCENTRATION EN BORE POUVANT AJUSTER LA CONCENTRATION EN ACIDE BORIQUE DANS CE FLUIDE. SELON L'INVENTION, ON PRODUIT LA TEMPERATURE DE REFERENCE POUR UN FONCTIONNEMENT STABLE EN FONCTION DE LA PUISSANCE DU TURBOGENERATEUR, ON PRODUIT LES LIMITES SUPERIEURE ET INFERIEURE DE LA TEMPERATURE DU FLUIDE DE REFROIDISSEMENT PENDANT LE CHANGEMENT DE CHARGE ET ON PRODUIT UNE TEMPERATURE PROGRAMMEE DU FLUIDE DE REFROIDISSEMENT DANS LES LIMITES SUPERIEURE ET INFERIEURE EN FONCTION DE LA DIFFERENCE ENTRE LA TEMPERATURE PROGRAMMEE ET LA TEMPERATURE DE REFERENCE POUR UN FONCTIONNEMENT STABLE; LE DESSIN JOINT MONTRE LES LIMITES DE LA TEMPERATURE PROGRAMMEE EN FONCTION DE LA CHARGE. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A L'INDUSTRIE NUCLEAIRE.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé pour contrôler la température du fluide de refroidissement d'un réacteur pour un système de réacteur à eau sous pression, qui est pourvu d'un système de contrôle par tige et d'un système de contrôle de la concentration en bore pour maintenir la criticalité et une température adéquate du fluide de refroidissement du réacteur.

Les réacteurs conventionnels à eau sous pression adoptent un programme primaire de température de référence du fluide de refroidissement où la température de référence varie en fonction de la puissance de la turbine. La figure 6 est une représentation graphique d'un programme conventionnel de température de référence pour la température moyenne du fluide de refroidissement d'un réacteur qui est une fonction linéaire de la puissance de la turbine.

Pendant un fonctionnement suivant la charge, la température moyenne du fluide de refroidissement du réacteur est contrôlée à une température de référence déterminée par la puissance de la turbine. Tout changement de puissance provoque des changements de la température du combustible et de la température du fluide de refroidissement, qui provoquent un changement de réactivité du fait des coefficients de température de la réactivité du combustible et du modérateur dans le noyau. Les perturbations du niveau de puissance provoquent également un changement du xénon présent dans le noyau qui est formé en tant que sous-produit de la réaction de fission et en même temps se dégrade. Le xénon a une très grande section transversale pour l'absorption des neutrons et, en réalité, empoisonne le réacteur.

Les constantes de temps pour les transitoires de xénon sont d'un ordre de plusieurs heures et le xenon a une grande influence sur le fonctionnement du reacteur.

Les changement de réactivité sont ajustés en contrô lant la position des tiges de contrôle et en contrôlant la concentration en bore dans le noyau. La capacité du réacteur à suivre les changements de la large est limitée par les capacités de contrôle des tiges et du système de contrôle de la concentration en bore. En fait, la capacité de suivre la charge est limitée en particulier à proximité de l'extrémité de la durée de vie du noyau du réacteur où l'allure possible de réduction de la concentration en bore est fortement réduite du fait de la faible concentration en bore présente dans le système du fluide de refroidissement du réacteur.

L'invention a pour but de prévoir un procédé de contrôle de la température du fluide de refoidissement du réacteur dans un réacteur à eau sous pression afin d'améliorer la perforance du contrôle et d'améliorer la capacité de suivre la charge du réacteur.

L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci appa raîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux desssins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels
- la figure 1 est un graphique montrant la température de référence du fluide de refroidissement du réacteur (température programmée en ordonnées) en fonction de la puissance, en abscisses, selon l'invention
- la figure 2 donne un schéma bloc des systèmes de contrôle du réacteur pour contrôler la température de référence du fluide de refroidissement du réacteur selon l'invention ;;
- la figure 3 est un graphique montrant une courbe typique des changements de puissance dans le réacteur, en ordonnées pour un fonctionnement suivant quotiennement la charge, le temps étant indiqué en abscisses.

- la figure 4 est un graphique montrant une variation idéale de la température du fluide de refroidissement du réacteur, en ordonnées, pendant une opération suivant la charge, où le réacteur est contrôlé de façon qu'aucun changement de la concentration en acide borique ne soit requis, la puissance étant indiquée en abscisses
- la figure 5 est un graphique montrant une variation typique de la température de référence de fluide de refroidissement du réacteur sur l'axe des ordonnées en fonction de la puissance (de la turbine) sur l'axe des abscisses qui est contrôlée par un autre procédé de l'invention ;
- la figure 6 est un graphique montrant un programme conventionnel pour contrôler la température de référence du fluide de refroidissement du réacteur sur l'axe des ordonnées en fonction de la puissance sur l'axe des abscisses.

La figure 1 est une représentation graphique d'une région typique d'un programme de température de la température de référence du fluide de refroidissement du réacteur se rapportant à cette invention, qui est montrée par la partie hachurée de la figure. Une limite supérieure de la région de température est prévue, car toute augmentation de la température du fluide de refroidissement du réacteur doit être contrôlée afin de ne pas dépasser un certain niveau pour maintenir une marge adéquate de sécurité du réacteur. Une limite inférieure est également établie pour maintenir la pression nécessaire de la vapeur au générateur de vapeur, car une réduction de la température du fluide de refroidissement du réacteur provoque une réduction de la pression de vapeur du générateur de vapeur.La température programmée du fluide de refroidissement du réacteur est variable et est déterminée pour être dans la région.

La figure 2 est un schéma d'un système typique de contrôle d'un réacteur à eau sous pression pour une opération suivant la charge qui utilise le programme de température variable se rapportant à cette invention dans la région montrée sur la figure 1. Le réacteur 1 fonctionne à un niveau de puissance Q, d'une température Tr du fluide de refroidissement du réacteur et d'une distribution AI de puissance du réacteur qui est la différence de puissance entre les moitiés supérieure et inférieure du noyau du réacteur. Un turbogénérateur est prévu et reçoit la puissance thermique produite dans le réacteur 1.Le signal Qt de puissance de la turbine est appliqué à un calculalteur 2 de température de référence, qui produit une température stable de référence du fluide de refroidissement du réacteur
Tref en fonction de la puissance Qt de la turbine comme le montre la figure 6.

Un calculateur 3 de programme de température reçoit la température de référence du fluide de refroidissement du réacteur Tref et d'autres signaux,si requis, et produit une température programmée du fluide de refroidissement du réacteur Tprog. La température de fluide de refroidissement du réacteur Tr et la température programmée Tprog sont introduites dans un additionneur-soustracteur 4, et un signal d'erreur de température Te = Tprog - Tr est calculé. La puissance Q du réacteur et la puissance Qt de la turbine sont introduites à un addtionneur-soustracteur 5 et la différence des puissances, calculée en comparant les deux puissances, est appliquée au contrôleur 6 du système de contrôle par tige, en même temps que le signal Te d'erreur de température. Le contrôleur du système de contrôle par tige contrôle la position des tiges de contrôle R pour ajuster la réactivité du réacteur par le mécanisme 7 d'entraînement des tiges de contrôle
La puissance Q du réacteur est appliquée à un calcu lateur 8 de distribution de puissance de référence qui produit une distribution de puissance de référence # Iref.

La distribution de puissance A I et la distribution de puissance de référence #Iref sont introduites à un additionneur-soustracteur 9, et l'écart entre AI et #Iref est calculé et appliqué à un contrôleur 10 de la concentration en bore. Le contrôleur calcule un signal de contrôle de concentration en bore Bc et la sortie du contrôleur 10 contrôle un système 11 de contrôle de l'acide borique pour ajuster la concentration en bore dans le réacteur 1.

Par ces systèmes de contrôle, la température du fluide de refroidissement du réacteur est maintenue proche de la température programmée du fluide de refroidissement du réacteur Tprog et la distribution de puissance AI est maintenue proche de la référence aîref pendant tous les transitoires du réacteur. Par conséquent, la température programmée du fluide de refroidissement du réacteur Tprog détermine la façon dont la température Tr du fluide de refroidissement du réacteur est contrôlée.

Approche analytique
Un changement de réactivité d'un réacteur ##(t) est déterminé par l'équation suivante
'(t) =oKq . aQ(t) +o( m . AT(t) + éXe(t) + A Pr(t) +C b . LB(t) .. (1)

= coefficient de réactivité de la puissance
(valeur négative) = coefficient de réactivité de la tempéra-
ture du fluide de refroissement (valeur
(négative) = coefficient de réactivé du Xénon (valeur
négative) = coefficient de réactivé de l'acide borique
(valeur négative)
r(t) = changement de réactivité par ajustement
de la position de la tige de contrôle,
en fonction du temps
AQ(t) = changement de la puissance du réac
teur, en fonction du temps
LT(t) = changement de la température primaire
du fluide de refroidissement dans le
réacteur, en fonction du temps
AXe (t) = changement du xénon présent, en fonction
du temps
AB(t) = changement de la concentration en acide
borique, en fonction du temps.

Le xénon accumulé dans le noyau a une section transversale très élevée pour l'absorption des neutrons et par conséquent empoisonne le réacteur, et réduit la réactivité.

Le xénon se forme en tant que sous-produit des produits de fission de dégradation dans le réacteur et la quantité accumulée dans le noyau peut être déterminée par l'enregistrement des changements de la puissance du réacteur que l'on exprime par
AXe (t) = fx(Q) (2)
où
fx(Q) = fonction des transitoires du xénon en
fonction de la puissance du réacteur
et du temps.

Par conséquent, la réactivité du réacteur est

Pendant un fonctionnement suivant la charge quotidiennement, la réactivité du réacteur peut être approchée de R(t) = 0, car le changement de puissance du réacteur lorsqu'on sult quotidiennement la charge est généralement très lent sauf lors des changements rapides de la charge rarement requis.

Par conséquent,

Dans l'équation (4), AT(t) est un changement de la température primaire du fluide de refroidissement dans le réacteur et est à peu près égale au changement de-la température programmée du fluide de refroidissement dans le réacteur Tprog pendant un fonctionnement suivant quotidiennement la charge. Il est apparent que les quantités d'ajustement de la position de la tige de contrôle et de la concentration en bore dans le réacteur sont réduites si le changement de la quantité du côté droit de l'équation (4) est réduit.En d'autres termes, la capacité de suivre la' charge peut être améliorée en déterminant T(t) de façon que le côté droit de l'équation (4) soit minimisé, c 'est-a-dire en déterminant Tprog pour répondre au changement de cux . fx(Q) + cru . AQ(t) dans la région permissible de la température programmée Tprog de la figure 1.

Selon la conception du réacteur, il peut être nécessaire d'ajuster les tiges de contrôle qui ont un grand effet sur la distribution de puissance en des positions préférables pour maintenir une distribution appropriée de la puissance du réacteur. La distribution de la puissance du réacteur est non seulement fonction de la position de la tige de contrôle mais également de la puissance du réacteur et de l'accumulation du xénon dans le noyau.Le changement de réactivité en ajustant la position de la tige de contrôle peut ainsi être restreint par une fonction de la puissance du réacteur, son histoire, etc
En effet,
A pr(t) & fr(Q) .... (5) où
fr(Q) = une fonction déterminée à partir de la puissance Q du réacteur et de son histoire pour déterminer la région permissible de la position de la tige de contrôle pour maintenir une distribution adéquate de la puissance du réacteur.

Si il y a une restriction à la position de la tige de contrôle par l'équation (5), la température programmée
Tprog doit être déterminée en diminuant le côté droit de l'équation (4) et en même temps -en considérant l'équation
(5).

On comprendra ainsi que la température programmée
du fluide de refroidissement du réacteur en fonction de la puissance du réacteur et du temps est préférable à une fonction de la puissance seulement telle qu'elle est couramment utilisée. La fonction optimale peut être déterminée en se basant sur les équations (2), (4) et
(5) par un processus d'optimisation décrit dans les descriptions qui précèdent.

Dans des opérations suivant quotidiennement la charge, le réacteur fonctionne à un niveau élevé de puissance pendant le jour et fonctionne à un niveau réduit de puissance pendant la nuit comme le montre la figure 3. La figure 4 montre un changement typique de la température du fluide de refroidissement du réacteur, que l'on calcule par le modèle mathématique du réacteur, en supposant que la position de la tige de contrôle est ajustée pour maintenir une distribution axiale équilibrée de la puissance du réacteur et que la concentration en acide borique dans le fluide de refroidisssement du réacteur n'est pas ajustée, pendant une opération typique suivant la charge quotidien nement de 100 % à 50 % et de 50 % à 100 % de la puissance nominale.Ce changement idéal de la température du fluide de refroidissement du réacteur pendant une réduction de charge de 100 % à 50 % de puissance représente un lieu dans le sens contraire des aiguilles d'une montre
Pendant une augmentation de la charge de 50 à 100 % de puissance, le lieu montre les mêmes caractéristiques. Sur la figure 4, a indique la variation de température optimale sans changement de la concentration en bore pendant une diminution de puissance de 100 % à 50 % (milieu de la durée de vie du noyau), b désigne la température à l'état stable et c désigne la variation de température optimale sans changement de la concentration en bore pendant une augmentation de puissance de 50 % à 100 %.

On peut voir, sur la figure, que la température programmée, qui est préférable du point de vue réduction de la charge dans la concentration en bore dans le réacteur et maintien d'une distribution adéquate de puissance du réacteur, est différente de la température courante de référence qui est uniquement fonction de la puissance. La température programmée idéale ne diminue pas avec la réduction de puissance et diminue très lentement à 50 % de puissance avec l'accumulation de la concentration en xénon dans le noyau et on peut voir une tendance semblable pour l'augmentation de la charge de 50 % à 100 %.

La température programmée souhaitable du réacteur, telle que décrite ci-dessus, peut également être réalisée par le système de contrôle montré sur la figure 2 par les procédés suivants selon l'invention.

On expliquera ci-arpès la façon dont la température programmée du fluide de refroidissement du réacteur est déterminée dans le calculateur 3 du programme de température de la figure 2.

1) Le programme de température de référence du fluide de refroidissement du réacteur pour une condition stable
est déterminé en fonction de la puissance de la turbine comme le montre la figure 6, de façon à pouvoir donner, au réacteur, des conditions appropriées de fonctionnement.

Pendant des conditions transitoires de fonctionnement suivant la charge cependant, la température de référence du fluide de refroidissement du réacteur est déterminée par la fonction suivante
- Tprog =ffffî (Tref - Tprog)dt 0 (6)
où
Tprog = température programmée du fluide de refroidissement du réacteur.

Tref = température de référence du fluide de refroidissement du réacteur pendant une condition stable.

fl = fonction de (Tref - Tprog)
E J désigne que la valeur à l'intérieur des crochets est retenue entre la limite supérieure et la limite inférieure.

fat = intégration par le temps
L'équation (6) a pour caractéristiquess que
Tprog suit Tref à une vitesse qui est fonction de la différence entreTprog et Tref, c'est-à-dire une fonction proportionnelle de Tprog - Tref, lorsque Tref change selon un changement de la charge.

Lorsque la puissance du réacteur est changée de 100 % à 50 % par une opération suivant quotiediennement la charge telle que montrée la figure 3, la température programmée du fluide de refroidissement du réacteur, qui est calculée par l'équation (6) et qui est limitée dans la zone montrée sur la figure 1, varie comme le montre la figure 5, qui a la forme souhaitable montrée sur la figure 4. Sur la figure 5, a désigne la licite supérieure, b la limite inférieure, c la température programmée pour un fonctionnement suivant la charge et d la température de référence pour un fonctionnement à l'état stable. Ainsi, avec la température programmée du fluide de refroidissement du réacteur déterminée par ce procédé, on peut s'attendre à une amélioration de la capacité du réacteur pour suivre la charge.

2) La variation de la température qui est montrée sur la figure 5 peut être réalisée approximativement par l'équation suivante.

Tprog = 1 . Tref .a (7)
1 + #s où
s : opérande de Laplace
7= constante de temps
L'équation ci-dessus force Tprog à suivre Tref avec un retard de t . La constante de temps T est déterminée de façon que le changement de Tprog ressemble au changement de la température sur la figure 6 et par conséquent sur la figure 4. La constante de temps est généralement de une à plusieurs heures, pour répondre à la constante de temps des transitoires du xénon.

Si la température programmée du fluide de refroidissement du réacteur pour un réacteur à eau sous pression est rendue variable et est déterminée par le procédé selon l'invention, la quantité d'ajustement de la position de la tige de contrôle et d'ajustement de la concentration en acide borique qu'il faut pour un fonctionnement suivant la charge sont toutes deux réduites et par conséquent les capacités d'un système de contrôle d'une tige de contrôle et d'un système de contrôle de la concentration en bore peuvent être relativement accrues pour améliorer les capacités de fonctionnement suivant la charge du réacteur.

De plus, le travail accompli par les mécanismes d'entrainement de tige de contrôle pour des opérations suivant la charge peut être amoindri ce qui étend la durée des mécanismes et les charges du système de contrôle de la concentration en bore sont également amoindri, donc la capacité du système peut être réduite avec réduction subséquente de l'eau traitée pour un fonctionnement suivant la charge.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour contrôler une unité génératrice de puissance électrique nucléaire ayant un calculateur qui produit une température de référence du fluide de refroidissement du réacteur et un système de contrôle avec tige de contrôle qui peut ajuster la position de tiges de contrôle dans le noyau du réacteur pour contrôler la température du fluide de refroidissement du réacteur à la température de référence du fluide de refroidissement du réacteur et ayant un système de contrôle de la concentration en bore qui peut ajuster la concentration en acide borique dans le fluide de refroidissement du réacteur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de

produire la température de référence du fluide de refroidissement du réacteur pour un fonctionnement stable en fonction de la puissance du turbogénérateur

produire une limite supérieure et une limite inférieure de la température du fluide de refroidissement du réacteur qui sont établies pour limiter la variation de la température du fluide de refroidissement du réacteur pendant une opération de changement de la charge

produire une température programmée du fluide de refroidissement du réacteur dans les limites supérieure et inférieure en fonction de la différence entre la température programmée du fluide de refroidissement du réacteur elle-même et la température de référence du fluide de refroidissement du réacteur pour un fonctionnement stable de façon que la température programmée du fluide de refroidissement du réacteur puisse suivre le changement de la température de référence du fluide de refroidissement du réacteur pour le fonctionnement stable ; et

positionner les tiges de contrôle pour ajuster la température du fluide de refroidissement du réacteur à la température programmée du fluide de refroidissement du réacteur pendant une opération suivant la charge du réacteur.

2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les tiges de contrôle précitées sont placées pour contrôler la température du fluide de refroidissement du réacteur à la température programmée qui est calculée en:

produisant la température de référence du fluide de refroidissement du réacteur pour un fonctionnement stable en fonction de la puissance du turbogénérateur

produisant les limites supérieure et inférieure de la température du fluide de refroidissement du réacteur qui sont établies pour limiter la variation de la température du fluide de refroidissement du réacteur pendant une opération de changement de la charge

produisant la température programmée du fluide de refroidissement du réacteur dans les confins des limites supérieure et inférieure de façon que la température programmée du fluide de refroidissement du réacteur soit déterminée pour suivre la température de référence pour un fonctionnement stable avec une constante de temps de retard de l'ordre de la constante de temps des transitoires de xénon dans le réacteur.

3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le changement futur de la charge peut être prédéterminé et la tige de contrôle est placée pour contrôler la température du fluide de refroidissement du réacteur à la température programmée qui est calculée en

formulant la concentration en xénon présente dans le noyau du réacteur

formulant l'équilibre des réactivités par le changement de puissance, le changement de la température du fluide de refroidissement du réacteur et le changement de la concentration en xénon dans le noyau du réacteur ;

formulant la position souhaitable de la tige qui peut maintenir une distribution adéquate de puissance du réacteur dans le noyau du réacteur ; et

déterminant la température programmée du fluide de refroidissement du réacteur à partir de la formule de façon que des changements de la réactivité provenant de l'ajustement de la position de la tige de contrôle et de l'ajustement de la concentration en acide borique dans le réacteur soientdiminuésou de façon que des changements de réactivité provenant de l'ajustement de la concentration en acide borique seul dans le réacteur soient diminués ou de façon que des changements attendus de la charge puissent être rendus maximum dans les limites de la capacité des tiges de contrôle et du système de contrôle de la concentration en bore.