Giáo trình vận hành và bảo vệ an toàn vùng hoạt fomatted final

VẬN HÀNH VÀ ĐẢM BẢO AN TOÀN VÙNG HOẠT
TS. Trần Đại Phúc

DHEVN Hà Nội, 3/2014


MỤC LỤC
1. Mở đầu
1.1 Tổng quát
1.2. Những hạn chế bởi vùng hoạt
2. Tinh thể vùng hoạt
2.1. Các thông số cần dùng
2.2. Các phương pháp điều khiển vùng hoạt
3. Các phương pháp vận hành
3.1. Tiểu sử
3.2. Vận hành phương pháp «A »
3.2.1. Phương tiện và mục tiêu
3.2.2. Áp dụng với sự đòi hỏi của mạng lưới điện «load
following»
3.2.3. Áp dụng với phương pháp điều khiển qua «biến đổi tần
số» điện «frequency variation »
3.2.4. Các linh hoạt trong vận hành phương pháp «A»
2


MỤC LỤC
3.3. Vận hành theo phương pháp «G»
3.3.1. Mở đầu
3.3.2. Cấu tạo bộ điều khiển
3.3.3. Phân bố những bộ điều khiển trong vùng hoạt
3.3.4. Phương pháp và định nghĩa sự « bao chùm »

(overlapping)
3.3.5. Các phương pháp hành động
3.3.6. Đáp ứng tiêu chuẩn an toàn
3.3.7. Áp dụng với sự đòi hỏi của mạng lưới điện
« load following »
3.3.8. Áp dụng với sự điều khiển qua « biến đổi tần
số » điện « frequency variation »
3.3.9. Những linh hoạt của phương pháp « G »
3


MỤC LỤC
4. Phân tích an toàn với phương pháp «G»
4.1. Áp dụng với sự đòi hỏi của mạng lưới điện
«load
following »
4.1.1. Các đặc điểm
4.1.2. Các phương pháp tính toán
4.2. Áp dụng với sự điều khiển qua «biến đổi tần
số » điện
«frequency variation »
4.2.1. Tiêu chuẩn ECCS
4.2.2. Tiêu chuẩn DNB
4.2.3. Tiêu chuẩn UO2 bị cháy
4.2.4. Tiêu chuẩn PCI « tương tác cơ học giữa
viên nhiên liệu – thanh nhiên liệu»
4


I. MỞ ĐẦU

1.1. Nhiệm vụ NMDHN là cung cấp điện cho mạng
lưới điện cao thế
 Để đáp ứng lại sự thay đổi của công suất tiêu thụ

điện năng, NMDHN được điều khiển qua:
• Các HT điều khiển;
• Dùng Axit Boric;
• Nhiêt độ của HT1.

 Người ta gọi là «cách thức vận hành», là một

«biện pháp» dùng những phương tiện kể trên để
đảm bảo cung cấp đủ điện cho mạng lưới điện cao
thế và đồng thời vẫn đáp ứng các yêu cầu đối với
vùng hoạt của NMDHN.
5


I. MỞ ĐẦU
1.1. Nhiệm vụ NMDHN là cung cấp điện cho mạng
lưới điện cao thế
 Trước khi đề cập đến các cách thức vận hành, cần

đề cập đến những hiện tượng quan trọng trong
vùng hoạt:
• Chênh

lệch công suất «xung quanh trục»
(Power axial difference): ΔI;

•

Sự mất cân đối công suất «xung quanh trục»
(axial offset): AO;

• Công suất tối đa «xung quanh trục»: Q(z);
• Hê số «điểm nóng»: Fq
6


I. MỞ ĐẦU
1.2. Giới hạn kiểm soát trong vùng hoạt
 Vỏ bọc thanh nhiên liệu là «lớp che chắn an toàn

phóng xạ» đầu tiên; vì vậy mục tiêu chính của các
biện pháp kiếm soát của nhà máy điện hạt nhân là
không để xảy ra nứt gãy vỏ bọc thanh nhiên liệu
• Viên nhiên liệu (UO2) không được nóng chảy;
• Không được có hiện tượng «DNB» (Departure

from Nucleate Boiling) ở vỏ thanh nhiên liệu;
• Sự tương ứng giữa UO2 và vỏ bọc thanh nhiên

liệu (P.C.I), có thể gây «áp lực động học» lớn
cho vỏ bọc thanh nhiên liệu;
7


I. MỞ ĐẦU
1.2. Giới hạn kiểm soát trong vùng hoạt

 Công suất tuyến tính phải thấp hơn 590 W/cm tại

mỗi điểm trong vùng hoạt, như vậy mới đảm bảo
UO2 không bị nóng chảy;
 DNBR phải thấp hơn 1.3, như vậy đảm bảo không

xảy ra hiện tượng bốc hơi («dry-out» effect)
• Những tiêu chuẩn trên phải được đảm bảo trong

các tình trạng khẩn cấp 1 và 2.
• Không có bảo vệ P.C.I (nhưng trong đặc điểm kỹ

thuật vận hành: hạn chế tốc độ tăng công suất
sau một thời gian dài vận hành ở công suất
thấp).
8


I. MỞ ĐẦU
1.2. Giới hạn kiểm soát trong vùng hoạt
 Hãy coi như tình trạng vận hành bình thường là

điểm khởi đầu của một tai nạn.
 Để đáp ứng được các tiêu chuẩn an toàn sau khi

xảy ra tai nạn này: đối với tiêu chuẩn nhiệt độ của
vỏ thanh nhiên liệu phải < 1204°C;
 Phải hạn chế “công suất tuyến tính” theo chiều

cao (Qz) của vùng hoạt;

 Qz = thông lượng nhiệt cực đại ở các thanh nhiên

liệu tại ví trí z/thông lượng trung bình của tất cả
các thanh nhiên liệu.
9


I. MỞ ĐẦU
1.2. Giới hạn kiểm soát trong vùng hoạt
 Cuối cùng mục tiêu và điều kiện vận hành là:
•

Giữ vùng hoạt tới hạn và với công suất mong
muốn;

•

Giữ công suất trong vùng hoạt ổn định nếu
được;

• Hay là giữ công suất “xung quanh trục” ổn định

nếu được.
 Ta nên nhớ, các “biến thiên” của công suất theo

mặt cắt ngang vùng hoạt rất kém và có thể kiểm
soát được một cách rất thụ động trong thiết kế với
hệ số “radial pic” cho tất cả các tình trạng nghiêm
trọng

10


Dôi voi BTNLHN loai 17x17 (PWR Âu-My), BTDK gôm
co 24 thanh hât thu notron, lien kêt boi môt hê thông
duoc goi là “nhên” (xem hinh sau dây). Dôi.voi bo
TNLHN VVER, BTDK gôm co 17 thanh (xem hinh sau
dây).
Nhung thanh diêu khiên này chua nhung vât liêu hoac
kim loai hâp thu notron trong tât ca chiêu dài cua
chung, cho phep voi axit-boric, diêu chinh hoat dô cua
LPUHN tu công suât không cho toi công suât tôi cua
tâm lo. Chung con co chuc nang, bôi dap su biên dôi
cua hoat dô trong nhung qua trinh vân hành binh
thuong và cung câp môt khôi luong du tru “phan hoat
dô” co thê dua vào tâm lo bât cu luc nào dê nganh
chan giây truyên phân hach trong tâm lo.

11


 Nhung chat hâp thu notron thuong là B4C (boron

carbide) và hop kim SIC (Silver-Indium-Cadmium).
Nhung chat duoi hinh dang viên gôm (B4C) và thanh
(SIC) trong môt ông boc bang thep không ri. Chiêu cao
cua chung cho thây du rang chung o vi tri cao, chung
bao gio cung nam trong nhung ông dân cua BTNLHN.
 Nhiêu nhom BTDK dam bao nhung chuc nang nhu sau:
an ninh S (BTDK an ninh, BTDK dâp LPUHN), BTDK

diêu chinh công suât (nhom “nâu” “G” và “den” “B”)
voi chiêu cao và tôc biên dôi rât nhanh; nhung BTDK
diêu chinh nhiêt dô “R”. Tuy theo muc dô cua chung o
trong tâm lo, nhung BTDK “nâu” thuong o trong tâm
lo, con nhung BTDK “den” thuong chi rioi vào trong
tâm lo trong qua trinh dâp lo.
 Bang sau dây cho ta thây co câu cua cac BTDK o trong
LPUHN 900 MWe và 1300 MWe.
12


Chuc nang

Dac trung

900 MWe

1300 MWe

An Ninh
Vân hành/dâp lo

Sô BTDK
Chât hâp thu notron
Sô BTDK

17
SIC/B4C
24

28
SIC/B4C
24

Diêu chinh công
suât
Tôc dô cao
ΔP cao
Dap ung theo
mang luoi diên

Sô BTDK « G »
Chât hâp thu notron
Sô THT/BTDK
Sô BTDK « B »
Chât hâp thu notron
Sô THT/BTDK

12
SIC/Thep SS
8 + 16
16
SIC
24

12
SIC/Thep SS
8 + 12
16
SIC

24

Diêu chinh nhiêt

Sô BTDK « R »
Chât hâp thu notron

8
SIC

9
SIC/B4C

13


HT Bó thanh điều khiển:

14


HT Bó thanh điều khiển:

15


HT Bó thanh điều khiển:

16

HT Bó thanh điều khiển:

17


HT Bó thanh điều khiển:

18


Diêu chinh hoat dô tâm lo qua axit boric.


Phuong phap này chop hep phân bô môt cach dông dêu
cac chât hâp thu notron trong tâm lo. Nhung dich vu này
duoc dam bao boi hê thông CVCS (Chemical volume Control
System) : dich vu rât châm, cho nên su diêu khiên cua công
suât và nhiêt dô, trong luc ban dâu duoc thay thê boi nhung
BTDK ; dân dân khiaxit boric duoc diêu chinh môt cach ôn
dinh, nhung BTDK se tro lai vi tri cu cua chung.

Su làm dôc tâm lo qua axit boric co nhiêu uu diêm : hoà
dông chât hâp thu notron, không gây anh huong dên
phô notron , và do phô theo chiêu truc cua công suât
và nhiêt dô cua nhiên liêu trong tâm lo ; trai chung ta
không co thê vuot qua nông dô cua axit boric trong
nuoc cua hê thông so câp, boi vi hê sô làm châm cua
tâm lo se tro lên « duong » : duoi trang thai này, su
gia tang nhiêt dô cua nuoc làm mat do su gia tang cua

công suât, se dân dên su gia tang cua hoat dô và do do
se gia tang công suât lo hon. Cho nên nông dô tôi da
cua axit-boric duoc han chê o muc 1200 ppm
19


 Phuong phap diêu khiên hoat dô qua axit boric cho vài mêm

deo, nhung trai lai phuong phap tao ra nhiêu chât thai hoa
hoc ; Do do su giam công suât cua tâm lo dêu duoc thuc hiên
qua cach dua nhung BTDK vào tâm lo. Tuy theo muc dô công
suât thâp, nhung BTDK co thê rut lên khoi tâm lo và luc do
khôi dông bom axit-boric vào, phuong phap này se dân dên
dô chay dông dêu cua nhiên liêu.
Nhung chât dôc
 Do là nhung bo thanh dôc duoc dua vào trong chu ky dâu tiên
cua tâm lo, hoac là nhung thanh co chat dôc tu chay duoi
hinh dang viên gôm (UO2-Gd2O3) duoc dua vào cac
BTNLHN, dê tôi uu hoa hoat dô dôi voi chu ky dài, hoac là dê
cân bang phô công suât dôi voi cac chu ky quan ly nhiên liêu
hoac nhung BTNLHN moi duoc dua vào tâm lo.

20


Truong hop tâm lo moi
 Trong qua trinh cua chu ky thu nhât, nhung BTD duoc
dua vào cac BTNLHN không co BTDK. Chu ky thu
nhât tao ra môt ty lê hoat lon hon cac chu ky khac, boi
vi trong tâm cac BTNLHN dêu hoàn toàn moi. Nêu

axit boric là môt phuong tiên duy nhât dê diêu khiên,
hê sô làm châm cua nuoc làm mat se o muc “duong”;
do do co thê dân dên nhiêu tinh trang không an toàn
dôi voi vài tinh huong. Chuc nang cua nhung BTD ây
là dam bao hê sô nhiêt cua nuoc làm mat âm trong tât
ca thoi gian cua chu ky.
 Nhung thanh dôc gôm co chat bore duoi hinh dang
thuy tinh “pyrex”, voi dô giau borkhoang 12.5%
B2O3, duoi hinh dang môt ông voi duong kinh ngoài
8.5 mm và dô dây 0.5mm, duoc boc boi môt vo thep
304 và duoc do o trong boi môt ông thep cung loai.
Chiêu dài bao trum ca tâm lo.
21


 Su hâp thu notron cua B10 se tao ra khi hêli và giai toa môt

luong nhiêt. Khi hêli tao ra bi luu du trong thanh dôc và co
thê giam ap qua nhung ông dôi o trong thanh dôc; trai hanh
voi nhung thanh hâp thu notron, su bên vung cua chung duoi
anh huong cua chiêu xa không duoc quan mây, boi vi nhung
BTD này se duoc lây ra sau cuôi chu ky.
Truong hop keo dài chu ky nhiên liêu
 Su keo dài chu ky tu 12 thang cho dên 18 thang cua LPUHN,
se cân dung nhung BTNLHN co nhung thanh nhiêm dôc
(UO2-Gd2O3). Trong vài phân tâm lo (1/3 chang han), vài
thanh nhiên liêu co viên gôm UO2-Gd2O3 (UO2 voi dô làm
giau 8% Gd2O3). Su su dung gadolinium thay vi su dung axit
boric trong nuoc làm mat cua he thông so câp, là vi cung nhu
da nêu o trên, voi nông dô axit boric vuot qua muc cho phep,

môt phân se anh huong dên hê sô nhiêt cua nuoc làm mat và
phân khac se cân gia tang luong lithium trong nuoc làm mat
(diêu kiên dê duy pH), và do do se dân dên su gia tang cua
oxi-hoa hop kim zirconi.
22


 Nhung thâm dinh cho thây nhung dac trung cua gadolinium







không co anh huong gi mây dôi voi nhiên liêu UO2. Nhung
trai lai, su dân nhiêt cua gadolinium kem (Sn) hon dôi voi
UO2, và nhât là dôi void ô làm giau gadolinium cao. Dung
thê, gadolinium co nhiêu dac diêm rât thu vi:
Su hiên diên cua 2 dông vi tu nhiên co tiêt diên hâp thu rât
cao (Gd156 và Gd158) se phân ra duoi anh huong cua chiêu
xa thành 2 dông vi voi tiêt diên hâp thu rât kem (Sn) (Gd157
và Gd159), do do se dân dên môt anh huong du thua rât nho.
Môt sac xuât hâp thu, nghia là môt tôc dô hâp thu, voi phô
notron PWR, chung ta co thê gia tang chu ky nhiên liêu giua
1 và 2 nam;
Môt su mêm deo su dung, hiêu qua tôi uu bang cach chen vài
thanh nhiên liêu UO2-Gd2O3 vào vài BTNLHN, se không
dên su thay dôi tram trong cua phô công suât cua tâm lo;
Anh huong cua gadolinium dôi voi nhiên liêu UO2 không

nhiêu vê mat truyên nhiêt và hoa-ly, do do nhung thanh nhiên
liêu UO2-Gd2O3 co thê dung trong cac quan ly nhiên liêu
tiêu chuan hoa trong qua trinh chiêu xa và tai chê.

23


Tiêu chi lua chon nhung chat hâp thu notron

Nhung tiêu chi lua chon nhung chat hâp thu notron
là sau dây:
 Tiêt diên hâp thu notron kha tôt : it nhât 100 barn trung
binh dôi voi notron châm, 1 barn dôi voi notron nhanh
(1barn = 10-24 cm2). Bang sau dây cho ta thây nhung chat
co tiêt diên hâp thu cao. Tiêt diên cua nhung chat hâp
thu biên dôi voi nang luong cua notron và dong môt vai
tro rât quan trong trong su diêu khiên tâm lo. Dôi voi
dông vi B10, su diên tiêt diên môt cach dêu hoà trong
moi nang luong tu notron châm cho dên notron nhanh
so voi cac chat hâp thu khac, tiêt diên cua chung không
dông dêu và tuy thuôc nang luong cua notron. Do do,
B4C duoc dung môt cach rât trong cac loai LPUHN.
 Gia thành: Vât liêu thô và san suât, truc tiêp lê thuôc boi
tuôi tho (yêu tô quan trong trong gia thành);
24


 Nhung chat phân ra: chung cung là nhung chat hâp thu







notron (truong hop hafnium và europium), do do co thê
gia tan tuôi tho cua nhung BTDK; nêu môt khi duoc tao
ra (nhu truong hop B10) tuôi tho cua cac BTDK se
giam;
Tôc dô tu chay trong chu ky nhiên liêu: Chât hâp thu
notron tu chay (gadolinium);
Tuong ung hoa: Dôi voi vo boc và nuoc làm mat (trong
truong hop vo boc bi nut ne;
Dac diêm ly-hoa, co hoc, truyên nhiêt bên vung duoi anh
huong cua chiêu xa;
Dê dap ung voi nhung tiêu chi trên, SIC và B4C da duoc
dung hâu hêt trong cac loai LPUHN.

25