КРОСС-ВЕРИФИКАЦИЯ РАСЧЕТНЫХ КОМПЛЕКСОВ ТРАП-КС, ДКМ И КОРСАР/ГП ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ НА ДЕЙСТВУЮЩИХ ЭНЕРГОБЛОКАХ С ВВЭР-1000 презентация

Подольск, 2007

Г.В.Алехин, С.А.Курбаев, М.А.Быков, С.И.Зайцев, Ю.В.Беляев
ФГУП ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия
Ю.А.Мигров, В.Г.Коротаев, О. В.Кувшинова
ФГУП НИТИ им. Александрова, Сосновый Бор, Россия

Постановка задачи

Целью настоящей работы является проведение расчетного анализа выбранных динамических испытаний на действующих энергоблоках с ВВЭР-1000, сопоставление результатов расчета по различным кодам между собой и результатами проведенных испытаний, выявление причин отклонения результатов, анализ влияния выбранных методических допущений.
Сопоставление результатов расчета с экспериментальными данными, полученными на действующих энергоблоках, является одним из важнейших элементов проверки способности кода правильно моделировать основные процессы, происходящие в реакторной установке в стационарных и переходных режимах.
В настоящем докладе представлены результаты расчета динамических испытаний по программным комплексам ТРАП-КС , ДКМ и КОРСАР/ГП, включающих модели пространственной кинетики и неполного перемешивания в реакторе.

Для проведения расчета выбраны результаты трех испытаний на 6 блоке АЭС «Козлодуй» во время освоения номинального уровня мощности
1 Отключение двух из четырех ГЦН на мощности 90% от номинальной в момент кампании 172 эфф. суток.
Режим сопровождается снижением расхода теплоносителя, срабатыванием
УРБ по сигналу отключения двух ГЦН, работой РОМ и стабилизацией
на пониженном уровне мощности
2 Подключение ГЦН петли к трем работавшим на мощности
30% от номинальной в момент кампании 172 эфф. суток.
Режим сопровождается быстрым увеличением расхода теплоносителя,
несимметричным расхолаживанием активной зоны и увеличением
мощности реактора. После подключения ГЦНА производилось
извлечение 9-й группы ОР СУЗ оператором.
3 Ложное срабатывание АЗ во время сброса электрической нагрузки до уровня собственных нужд (50 МВт) в момент кампании 179 эфф. суток
Режим сопровождается неодновременным падением ОР СУЗ. Вначале
происходит срабатывание УПЗ по фактору сбросу электрической
нагрузки, затем через 2,3 – 2,8 с ложным срабатыванием АЗ.
В результате увеличения давления второго контура происходит открытие
БРУ-К и БРУ-А.

Описание рассмотренных динамических тестов

Описание ПК ТРАП-КС

ТРАП-97

КАМЕРА-В2

КАМАЗ

Расчет параметров параметров первого и второго контуров

Расчет тепдлогидравлической обстановки в напорной и сборной камерах реактора с учетом неполного перемешивания теплоносителя

Расчет теплогидравличсекой обстановки в активной зоне реактора с учетом трехмерных эффектов в покассетном приближении

Моделируется:
компенсатор давления;
система впрыска и отбора теплоносителя;
4 петли (ГЦН),
парогенератор,
горячая нитка и холодная нитки

Моделируется:
опускной участок напорной камеры;
подъемный участок напорной камеры;
сборная камера реактора

ПМ КАРТА +ПМ КАНАЛ
КАРТА-Расчет нейтронно-физических процессов в трехмерном двухгруппововом диффузионном приближении. Использует ПК САПФИР и САПФИР_RC для подготовки констант и расчета стационарного состояния в процессе выгорания
ПМ КАНАЛ –расчет теплогидравлических процессов в каналах активной зоны

Описание ПК ДКМ

Динамика-97

КАМЕРА-В2

МАЗ-3

Расчет параметров параметров первого и второго контуров

Расчет тепдлгидравлической обстановки в напорной и сборной камерах реактора с учетом неполного перемешивания теплоносителя

Расчет теплогидравличсекой обстановки в активной зоне реактора с учетом трехмерных эффектов в покассетном приближении

Моделируется:
компенсатор давления;
система впрыска и отбора теплоносителя;
4 петли (ГЦН),
парогенератор,
горячая нитка и холодная нитки

Моделируется:
опускной участок напорной камеры;
подъемный участок напорной камеры;
сборная камера реактора

Для решения уравнений кинетики в трехмерном покассетном приближении может применяться библиотека аппроксимационных коэффициентов, применяемая для кодов БИПР-7 или БИПР-7А

Описание ПК КОРСАР/ГП

Модели для расчета параметров первого и второго контура

ПМ КАРТА - Расчет нейтронно-физических процесса в трехмерном двухгруппововом приближении.

Корсар
точечная модель кинетики

Добавлены модель учета неконденсируемых газов в 1 контуре и модули, разработанные ФГУП ОКБ «Гидропресс»
ПМ КАМЕРА-В2-расчет процессов в камерах реактора с учетом неполного перемешивания
ТВЭЛ-2, ТВЭЛ-3 – расчет состояния твэлов в активной зоне

ОПИСАНИЕ ПРИНЯТЫХ ДОПУЩЕНИЙ В РАСЧЕТАХ

Нодализационная схема первого и второго контура (ТРАП-КС, ДКМ) одинакова
Система теплоносителя реактора – 4 расчетные петли
Горячий трубопровод петли – 2 расчетных объема
Горячий холодный коллектор ПГ – 1 расчетный объем
Парогенератор по 1 контуру и холодный трубопровод петли–5 расчетных объемов
Соединительный трубопровод между комепнсатором давления и 1 контуром – 3 расчетных объема
Разбиение активной зоны (ТРАП-КС, ДКМ, КОРСАР/ГП) :
По высоте активной зоны – 20 участков +1 необогреваемый входной и выходной участки
Твэлы по радиусу активной зоны – 10 участков
Активная зона (ТРАП-КС, ДКМ, КОРСАР/ГП) - многоканальная модель со 163 шестигранными каналами, в 51 канале (ТРАП-КС, ДКМ) проводится расчет состояния наиболее теплонапряженных твэлов в приближении «горячей струи»)
ТРАП-КС – расчет с 6 точками на ТВС в плане с использованием МККД и библиотеки констант ПК САПФИР и расчета выгорания по ПК САПФИР_RС
ДКМ-расчет с 1 точкой на ТВС в плане с использованием МККД и библиотеки коэффициентов аппроксимации кода БИПР-7
КОРСАР/ГП – расчет с 6 точками на ТВС в плане с использованием конечно-разностного метода с использованием библиотеки констант ПК САПФИР и расчета выгорания по ПК САПФИР_RС
Расчет неполного перемешивания:
ТРАП-КС, ДКМ – учитывается, КОРСАР/ГП –не учитывается (идеальное межпетлевое перемешивание в реакторе)
Модель расчета показаний в каналах АКНП (ТРАП-КС, ДКМ, КОРСАР/ГП для испытания №2) – включена в расчет
Изменение положения 9-й и 10-й групп ОР СУЗ в процессе выгорания - принята приближенно по результатам актов динамических испытаний на уровнях мощности 50, 75 и 100% от номинальной

Описание принятых допущений в расчетах

Расчетная схема активной зоны
(ТРАП-КС, КОРСАР/ГП)

Изменение средней мощности реактора в процессе выгорания

1- 9-я группа; 10-я группа
Изменение положения 9-й и 10-й групп ОР СУЗ

Схема расположения каналов АКНП

1 канал 1-го комплекта АКНП

3 канал 2-го комплекта АКНП

Описание принятых допущений в расчетах (ТРАП-КС, ДКМ)

Рис. 3 – Расчетная схема опускной части НКР

1

2

3

1

4

8

7

6

5

Входной

п

атрубок

реактора

№2

Входной

п

атрубок

реактора

№

1

Входной

патрубок

реактора

№3

Входной

п

атрубок

реактора №4

Канал опускного

участка

(кольцевая

часть НКР

)

Шахта

реактора

Корпус

реактора

Направление

течения

теплоносителя

Нулевая ось

Схема опускной части НКР (ТРАП-КС, ДКМ)

Расчетная схема СКР (ТРАП-КС, ДКМ)

Разбиение опускной части НКР
Число участков разбиения в опускной части НКР: По сечению – 20 По высоте – 8
Расположение входных патрубков и выравнивание аксиальных скоростей на 1 участке. Отсутствие азимутального смещения потоков теплоносителя
Разбиение подъемной части НКР
163 шестигранных канала с 5 участками разбиения по высоте. На последнем участке проводится расчет поперечных расходов

Разбиение СКР
На 1 участке выделена область с шестигранной геометрией, где проводится расчет поперечных расходов
Число участков разбиения по высоте области с секторной геометрией – 10; Число секторов – 20
Выходные патрубки расположены на 3 участке по высоте
На участках с 3 по 10 проводится расчет поперечных расходов
В центральной части может быть выделена область с перемешанным теплоносителем между секторами (учтена при расчете теста 2 по ПК ДКМ в одном из вариантов)

Исходное состояние - мощность реактора, давление 1 контура, расход, подогрев теплоносителя 1 контура в соответствии с результатами испытаний
Изменение положения групп ОР СУЗ – по ланным испытаний
Отравление реактора:
Испытание 1 и 3 – стационарное отравление для исходного уровня мощности
Испытание 2 (подключение ГЦН) – стационарное отравление , соответствующее уровню мощности 100% Nном
Расчет остаточного тепловыделения – стандарт MS ISO 10645/92
Используемые расчетные схемы:
Расчет испытаний 1-3 (ТРАП-КС, ДКМ) – полноконтурная схема
Расчет испытаний 1-2 (КОРСАР/ГП) – полноконтурная схема)
Расчет испытаний 3 (КОРСАР/ГП) – расчет поведения активной зоны, граничные условия – ТРАП-КС)
Расход пара на турбину – определяется из предположения, что ЭГСР поддерживает текущее значение давления в ГПК, определенное по данным динамических испытаний
Расход подпитки и продувки – при расчете испытания 2 (подключение ГЦН петли) не учитывалась, для испытаний 1 и2 задается приближенной функцией от времени
Изменение расхода питательной воды – задается приближенной функцией от времени с учетом данных испытаний
Инерционность сигнала измерения плотности потока нейтроногв в каналах АКНП :
ТРАП-КС – не учитывается; ДКМ – учитывается
Изменение частоты вращения ГЦН:
Испытание 1 с отключением двух ГЦН – определяется путем расчета по факту исчезновения напряжения
Испытание 2 (подключение ГЦН) – изменение частоты вращения ГЦН задается от времени с учетом экспериментальных данных по изменению частоты вращения подключаемого ГЦН)

ОПИСАНИЕ ПРИНЯТЫХ ДОПУЩЕНИЙ В РАСЧЕТАХ

Сопоставление расчетных и экспериментальных данных стационарных состояний

Испытание 1- отключение двух ГЦН

1 – ДКМ (основной вариант 1); 2 –испытание Распределение усредненного по сечению энерговыделения по высоте в момент t=0 c. Стационарное отравление реактора

1 – ДКМ (вариант 2); 2 –испытание Распределение усредненного по сечению энерговыделения по высоте в момент t=0 c. Нестационарное отравление реактора

1 – Испытание; 2 –КОРСАР; 3 – ТРАП-КС; 4 - ДКМ
Частота вращения ГЦН2

1 –КОРСАР; 2 – ТРАП-КС; 3 - ДКМ
Перепад давления на реакторе

Испытание 1- отключение двух ГЦН

1 – испытание; 2 – КОРСАР; 3 – ТРАП-КС, 4 -ДКМ Давление в ГПК

1 –КОРСАР; 2 – ТРАП-КС; 3-ДКМ Расход теплоносителя через активную зону

1 – 1-я группа ОР СУЗ; 2- 10-я группа ОР СУЗ; 3 -2—9-я группы ОР СУЗ
Изменение положения групп ОР СУЗ (ТРАП-КС, ДКМ)

1 –ТРАП-КС; 2 – ДКМ
Изменение объемного коэффициента неравномерности

Испытание 1- отключение двух ГЦН

1 – КОРСАР; 3 – ТРАП-КС, 4 -ДКМ Относительная мощность реактора

1 –КОРСАР; 2 – ТРАП-КС; 3-ДКМ Относительная плотность потока нейтронов

1 – Испытание; КОРСАР; 3 – ТРАП-КС, 4 -ДКМ Показания АКНП 1 комплекта

1 – Испытание; КОРСАР; 3 – ТРАП-КС, 4 -ДКМ Показания АКНП 2 комплекта

Испытание 1- отключение двух ГЦН

1-2 – испытание; 3 - КОРСАР; 4 – ТРАП-КС, 5 -ДКМ Давление над активной зоной

1 – испытание; 2 –КОРСАР; 3 – ТРАП-КС; 4-ДКМ Уровень в КД

1 – Испытание; 2- ТРАП-КС; 3 -ДКМ Температура термопары в холодной нитке петли 1 с отключаемым ГЦН

1 – КОРСАР; 2 – ТРАП-КС, 3 –ДКМ Температура теплоносителя в холодной нитке петли 1 с отключаемым ГЦН

Испытание 1- отключение двух ГЦН

1-ТРАП-КС;2 -ДКМ Минимальный запас до кризиса теплообмена (DNBR)

1 –ТРАП-КС; ДКМ Максимальная линейная нагрузка на твэл

1 – ТРАП-КС; 2- ДКМ Распределение энерговыделения по высоте ТВС 79. Момент времени t=0 c

1 – ТРАП-КС; 2- ДКМ Распределение энерговыделения по высоте ТВС 143. Момент времени t=0 c

Испытание 1- отключение двух ГЦН

1-ТРАП-КС;2 –ДКМ Распределение энерговыделения по высоте ТВС № 97. Момент времени t=0 с

1 – ТРАП-КС; 2- ДКМ (вариант 2); 3 – ДКМ (вариант 1); 4 – ДКМ (вариант 3) Относительная мощность реактора

1-ТРАП-КС;2 –ДКМ Распределение энерговыделения по высоте ТВС № 97. Момент времени t=300 с

1 – ТРАП-КС; 2- ДКМ Распределение энерговыделения по высоте ТВС 143. Момент времени t=300 c

Испытание 2 -Подключение ГЦН к трем работавшим

1-испытание; 2 – КОРСАР; 3- ТРАП-КС;2 –ДКМ Перепад давления подключаемого ГЦН

1 – КОРСАР; 2 – ТРАП-КС; 3- ДКМ Температура теплоносителя в холодной нитке петли №2 с подключаемым ГЦН

1-1-8-я группы ОР СУЗ; 2-9-я группа ОР СУЗ; 3 – 10-я группа ОР СУЗ Положение групп ОР СУЗ, принятое в расчете по данным испытания

1- испытание; 2 – КОРСАР; 3 – ТРАП-КС; 4- ДКМ Температура термопары в холодной нитке петли №2 с подключаемым ГЦН

Испытание 2 -Подключение ГЦН к трем работавшим

Распределение температуры теплоносителя на входе в активную зону. Момент времени -16 с. ДКМ

1 – испытание; 2 – КОРСАР; 3 – ТРАП-КС; 4- ДКМ Показания АКНП 1 комплекта

Распределение Kq в активной зоне. Момент времени – 16 с. ДКМ

1- испытание; 2 – ТРАП-КС; 3- ДКМ Показания АКНП 2 комплекта

Испытание 2 -Подключение ГЦН к трем работавшим

1 – испытание; 2 – КОРСАР/ГП; 3 – ТРАП-КС; 4 – ДКМ Показания термопары в горячей нитке петли №1

1 – ТРАП-КС; 2- ДКМ Изменение минимального запаса до кризиса теплообмена (DNBR)

1 – ТРАП-КС; 2 – ДКМ Максимальная линейная нагрузка на твэл

1 – ТРАП-КС; 2- ДКМ Максимальная температура топлива

Испытание 2 -Подключение ГЦН к трем работавшим

1 – ТРАП-КС; 2 – ДКМ Распределение усредненного по сечению энерговыделения по высоте активной зоны. Момент времени 0 с

1 – ТРАП-КС; 2- ДКМ Распределение энерговыдекления по высоте ТВС №97. Момент времени – 300 с

1- КОРСАР; 2 – ТРАП-КС; 3- ДКМ Относительная мощность реактора

1 – ТРАП-КС; 2 – ДКМ Распределение усредненного по сечению энерговыделения по высоте активной зоны. Момент времени 300 с

Испытание 3 –Ложное срабатывание АЗ

1- 1-я группа (ДКМ, ТРАП-КС); 2 -2-9-я группы (ДКМ, ТРАП-КС); 3–10-я группа (ДКМ, ТРАП-КС);
4- 1-я группа (ИСПЫТАНИЕ); 5- 2-9я-группы (ИСПЫТАНИЕ); 6 – 10-я группа (ИСПЫТАНИЕ)
Положение групп ОР СУЗ (ТРАП-КС, ДКМ)

1 – КОРСАР; 2 – ТРАП-КС; 3- ДКМ Относительная мощность реактора

Положение 1-й группы ОР СУЗ
КОРСАР/ГП

1 - испытание; 2 – ТРАП-КС; 3- ДКМ Показания АКНП 1 комплекта

Испытание 3 –Ложное срабатывание АЗ

1- испытание; 2 – КОРСАР; 3 – ТРАП-КС; 4- ДКМ Давление в ГПК

1 – испытание; 2- ТРАП-КС; 3-ДКМ Показания АКНП в промежуточном диапазоне

1 - испытание; 2 – ТРАП-КС; 3- ДКМ Показания АКНП 2 комплекта

1- испытание; 2 – КОРСАР; 3 – ТРАП-КС; 4- ДКМ Давление над активной зоной

Испытание 3 –Ложное срабатывание АЗ

1 – ТРАП-КС; 2- ДКМ Максимальная линейная нагрузка на твэл

1 – испытание; 2- -ДКМ Температура теплоносителя по показаниям термопары в петле №2

1 - испытание; 2 – ТРАП-КС; 3- ДКМ Уровень в КД

1 – ТРАП-КС; 2- ДКМ Максимальная температура топлива

Испытание 3 –Ложное срабатывание АЗ

1 – ТРАП-КС; 2- ДКМ Распределение энерговыделения по высоте ТВС №79. Момент времени 0 с

1 – ТРАП-КС; 2- ДКМ Распределение энерговыделения по высоте ТВС №97. Момент времени 0 с

1 – ТРАП-КС; 2- ДКМ Распределение усредненного по сечению энерговыделения по высоте Момент времени 300 с

1 – ТРАП-КС; 2- ДКМ Распределение энерговыделения по высоте ТВС №97. Момент времени 300 с

Основные выводы по результатам расчета

ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ДАТЧИКОВ:
МОЩНОСТЬ ПО АКНП – 2%; ТЕМПЕРАТУРА В ПЕТЛЯХ - 2°С; ДАВЛЕНИЕ 1 И 2 КОНТУРА- 1 АТА;
УРОВЕНЬ В КД – 150 ММ; ПЕРЕПАД ДАВЛЕНИЯ НА РЕАКТОРЕ – 0,1 АТА;
ПЕРЕПАД ДАВЛЕНИЯ НА ГЦН – 0,2 АТА

1) Основной разброс экспериментальных и расчетных параметров лежит в пределах, обусловленных погрешностью измерения во время испытаний, различиями реальных и расчетных теплогидравлических характеристик и оборудования петель

2) Отклонения в определении некоторых параметров (давление в 1 контуре и уровень в КД) связаны с отсутствием экспериментальных данных по изменению расхода подпитки-продувки

3) Отклонения по различным ПК средней мощности реактора и показаний нейтронного потока по АКНП не превышают 6% Nном. Отклонения в изменении средней мощности реактора в начальный период процесса после срабатывания УРБ между ПК ТРАП-КС и ДКМ с одной стороны и ПК КОРСАР/ГП с другой стороны связаны с отличиями в задании изменения от времени положения падающей 1-й группы УПЗ

Основные выводы по результатам расчета Сопоставление результатов расчета ТРАП-КС и ДКМ

Заключение

Результаты расчета по ПК ТРАП-КС, ДКМ и КОРСАР/ГП проведенных на 6 блоке АЭС «Козлодуй» трех испытаний показывают, что основные расчетные параметры РУ качественно и, в большинстве случаев, количественно правильно описывают процессы, происходящие в РУ. Отклонения от экспериментальных значений в большинстве случаев можно объяснить погрешностью измерения параметров РУ.
Отклонения в определении некоторых параметров (в частности, давления первого контура) связаны с недостатком приведенных в актах испытаний информации.
Отклонения в пределах ~10% в определении локальных параметров между ТРАП-КС и ДКМ при расчете наиболее теплонапряженных твэлов вероятно связаны с использованием различной константной базы и методической погрешностью расчета физических характеристик.