автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Моделирование энергоблока АЭС при аварийных изменениях частоты в системе электропоставок для собственных потребностей

РГБ

КИЇВСйШІ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСШ7Т ' На правах рукопису

од

5-СЬІІ №Г}/.

БАРДЙГ' ЄВГЕН ІВАНОВИЧ

уда 621.ЗІІ.018.782.3.311.25

МОДШВАННЯ ЕНЕРГОЕЛСКА АЕС ПРИ АВАРІЙНИХ ЗМІНШАЩіЯХ ЧАСТОТИ ' Б СИСТЕМІ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ • ВЛАСНИХ ПОТРЕБ

Спеціальність 05.14.02 - Електричні станції (електрична частина), ' мережі, електроенергетичні системи та

' управління-ними

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук

КИЇВ 1994

Дисертація є рукописом.

Робота виконана на кафедрі електричних станцій факультету електроенерготехніки та автоматики Київського політехнічного інституту.

Науковий керівник - доктор технічних наук,

професор Костерев М.В.

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, с.н.с.,

лауреат премії ім. С.А.Лебедева НАН України Авраменко В.М.

- кандидат технічних наук, доцент Лосицький Ю.0.

Провідна організація - Національний Диспетчерський Центр електроенергетики України

- Захист дисертації відбудеться "Л6" 1994 р.

0 і5* год. СЮ%&. на засіданні спеціалізованої Ради к 068.14.05 по присудженню вченого ступеня кандидата технічних наук в Київському політехнічному інституті (корпус 20,' ауд. ^3 ).

Відгуки на автореферат у двох примірниках, засвідчених печатко® установи, просимо надіслати за адресою: 252056, м. Київ-56, проспект Перемоги, 37, КПІ, Вченому секретарю.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Київського політехнічного інституту. ■

Автореферат розіслано " _ 1994 р.

Вчений секретар спеціалізованої рада к.т.н., професор

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Акт^альність^ПЕоблеми. Характерною особливістю сучасного розвитку електроенергетики с подальше нарощування генеруючих потужностей, в тому числі і за рахунок спорудження атомних електростанцій (АЕС). '

В теперішній час частка атомних електростанцій в світовому виробництві електроенергії складає близько 16 %. В 1993 році на АЕС України було вироблено близько 75,2 млрд. кВт/г електроенергії, що складає III % від запланованого і 32,9 % від загальної виробки електроенергії на Україні. Складна паливна кон"кктура, що склалася в останні роки, змушує в умовах України і надалі орієнтуватися в вирішенні енергетичної кризи на введення нових потужностей на АЕС.

Після аварій на АЕС Тримайл-Айленд в США та на Чорнобильській АЕС істотного значення набули питання забезпечення безпеки АЕС, особливо при запроектних аваріях, ідо мають дуже малу очікувану частоту і надзвичайно небезпечні наслідки.

Специфіка виробництва електроенергії на АЕС, пов"язана в першу чергу з необхідністю гарантованого розхолоджування реактора при всіх аварійних режимах, потребує забезпечення високої надійності електропостачання власних потреб (ВП), По даним бюлетеня МАГАТЕ імовірність втрати зовнішнього електропостачання та, як наслідок цієї події, імовірність розплавлювання активної зони, мають найбільші значення.

В зв"язку з цим важливого значення набувають питання аналізу поведінки енергоблоків АЕС при збуреннях в електроенергетичній системі (ЕЕС) та на АЕС, які викликають втрату зовнішнього електропостачання ВП, оцінки живучості енергоблоків після втрати живлення ВП. Підставою для висновку про живучість енергоблоків1в таких режимах е розрахунки електромеханічних перехідних’процесів в системі ВП. Разом . з тим, існуючі методи моделювання і математичні моделі енергоблоків, які розроблені для аналізу динамічних режимів ТЕС та АЕС, не враховують ряд особливостей проходження перехідних процесів на АЕС, найбільш важливою з яких є сильна взаємозалежність процесів в технологічній та електричній частинах станції.

Достовірні розв"язання численних задач (як на рівні проектування, так і в процесі експлуатації) енергоблоків АЕС можна одержати, використавши системний підхід щодо дослідження динамічних режимів АЕС. Застосування системного підходу потребує розробки нових математичних моделей енергоблока, відображуючих процеси в усіх його

ланках (системі ВП, технологічній та електричній частинах). Це дає можливість в цілісному вигляді розглядати різні по своїй фізичній суті внутрішньоблочні процеси при широкому спектрі збурень і, отже, приймати більш обгрунтовані рішення.

. Мета і завдання досліджень. Мета роботи полягає в розвитку методів моделювання перехідних процесів атомних енергоблоків при збуреннях,що викликають істотні змінювання частоти в системі ВП електростанції. Для досягнення поставленої мети в роботі вирішувались -наступні-наукові-завдання:---------------------------------------------

формулювання поняття живучості енергоблока відповідно до класу процесів, що розглядаються в роботі;

розробка комплексних математичних моделей енергоблока для аналізу процесів при аварійному зниженні частоти в ЕЕС, спільному вибігу турбогенератора і двигунів ВП, живленні електроприймачі в ВП від автономних джерел живлення (дизель-генераторів);

дослідження спільних фізичних закономірностей в електротехнічному, теплотехнічному та реакторному устаткуванні;

реалізація розроблених моделей та алгоритмів в програмному забезпеченні, яке дає можливість аналізувати динамічні процеси в енергоблоці при аварійному зниженні частоти на шинах ВП.

Методи досліджень. В основу досліджень покладені методи моделювання руху динамічних систем, теорія живучості і цифрове моделювання. Достовірність одержаних по моделям результатів зумовлена порівнянням результатів натурних та машинних експериментів, позитивним досвідом експлуатації програм в ряді організацій.

Основнх_полояення1_які_вшосяться_на_захист:

1. Комплексна математична модель динаміки енергоблока з реакто^ ром ВВЕР.

2. Математичні моделі для дослідження поведінки енергоблока АЕС і ЕЕС при аварійних змінюваннях частоти в системі. Математична модель енергоблока для розрахунку спільного вибігу турбогенератора з механізмами ВП. Математична модель динаміки автономної системи надійного живлення енергоблока.

3. Метод оцінки живучості енергоблока при втраті зовнішнього електропостачання ВП.

4. Фізичні закономірності, що зумовлені взаємовпливом процесів в технологічній і електричній частинах енергоблока при аварійному зниженні частоти в ЕЕС, спільному вибігу турбогенератора АЕС з механізмами ВП, аварійних перехідних процесах в автономній системі надійного живлення при зобні їхньому обезструмленні.

- з -

5. Комплекс алгоритмів і. програм розрахунку динамічних процесів в енергоблоках АЕС при збуреннях в електричній частині станції та ЕЕС.

Наукова новизна роботи:

І. Розвиток методів моделювання перехідних процесів енергосистем відповідно до процесів, які викликають істотні змінювання частоти на шинах ВП атоглшх енергоблоків, для вивчення яких запропонована комплексна математична модель енергоблока з реактором ВВЕР.що дао томливість спільно розглядати процеси в електричному і технологічному устаткуванні,

'2. Математичні моделі процесів при аварійних зниженнях частоти в ЕЕС,спільному вибігу турбогенератора з двигунами ВП, автономному електропостачанні системи ВП від дизель-генераторів. Моделі враховують процеси в технологічному устаткуванні, що дао можливість в більш повному об"смі враховувати взаємовплив процесів різної фізичної природи. •

3. Розвиток основ теорії живучості АЕС в частці визначення показника живучості відповідно до процесів, що розглядаються в роботі.

4. Фізичні закономірності, виявлені на основі розрахункових досліджень і що зумовлені взаємовпливом технологічної та електричної частин енергоблоків АЕС при: аварійному зниженні частоти в ЕЕС з АЕС, вибігу турбогенератора енергоблока АЕС з механізмами ВП, перехідних процесах в автономній системі надійного живленій при втраті зовнішнього електропостачання станції.

Практична_цінні^сть полягає в розвитку методології моделювання та дослідження перехідних процесів в енергоблоках АЕС, що дало можливість створити комплекс програм розрахунку динаміки енергоблока АЕС при аварійному зниженні частоти в ЕЕС, вибігу турбогенератора з механізмами ВП та ступінчастому наборі навантаження на дизель-генератор. Застосування розроблених моделей і програм в проектних і дослідних організаціях, а такон на діючих АЕС дозволяє приймати при проектуванні та експлуатації АЕС більш обгрунтовані технічні рішення при оцінці працездатності енергоблоків і допустимості ряду аварійних режимів при збуреннях в електричній частіші станції і ЕЕС, координації дій та уставок технологічної та сротт.аварійної системної автоматики, а також зв"язати перехідні процеси в електричній і технологічній частинах станції.

Р£&ЗІ22ЦІ2_Еоботи. Результати досліджень, наведених в дисертації е частиною виконаних в КЛІ робіт при особистій участі автора, спрямованих на рішення пріоритетних науково-технічних проблем відповідно до завдання Комплексної програми Г1ТП країн-членів РЕВ до

2000 року, 3-го пріорітетного напрямку "Прискорений розвиток атомно.!' енергетики" (проблема 3.1.4., завдання 2.4.2), Рішення урядово! комісії по ліквідації наслідків на Чорнобильській АЕС (Л 355 від 03.02.87. (завдання М 28), Галузевої науково-дослідної програми Міненерго СРСР (проблема 80.02.12, завдання 02), Координаційного плану Аїї України на 1281-1985 роки (шифр 1.0.6.2.5.3) !га інших.

Отримані в роботі результати впроваджені в науково-дослідних, проектних та експлуатаційних організаціях, в тому числі:

результати досліджень динамічних процесів і оцінки живучості Рівненської АЕС передані ВНДІАЕС Мінатоменерго Росії;

результати виконаних розрахунків перехідних процесів Чорнобильської АЕС використовуються в МІФІ при розробці проектної доку-ментаці ї на математичне та програмне забезпечення повномасштабного тренажору УТП Чорнобильської ЛЕС;

математичні моделі і програмні' модулі динаміки енергоблока з ВНЕР впроваджені в ІЕД НАІІ України, ВНДІЕ, Київському філіалі інституту "Укренергомережапроект”.

Основні положення і результати дослідаень дисертаційної роботи використовуються в учбовому процесі при організації практичних і лабораторних робіт, в курсовому і дипломному проектуванні.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 8 робіт, в тому числі' одна брошура.

Ап2обадія_роботи. Основні результати дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на наступних Всесоюзних та республіканських науково-технічних конференціях, семінарах і нарадах: Всесоюзній науковій конференції "Моделювання електроенергетичних систем" (Баку,І982, Каунас,1991), Всесоюзній науково-технічній нараді "Питання стійкості і надійності енергосистем" (Душанбе,ІЗ89), Всесоюзній науково-технічній конференції "Проблеми нелінійної електротехніки" (Київ,1984).Всесоюзній науково-технічній нараді "Дослідження тривалих перехідних процесів енергосистем" (Новосибірськ,1982).Республіканській конференції "Сучасні проблеми енергетики" (Київ,1985), Республіканському семінарі -Управління режимами електроенергетичних систем в уїло в ах неповної інформації" (Київ ,1980) .Республіканській науково-технічній конференції молодих вчених (Київ,1979).

Стр2кту2а_і__дбсяг_2обдти. Дисертаційна робота складається із встуцу, п"яти розділів, висновку, викладених на 224 сторінках і включаючих 28 ілюстрацій, список літератури із 166 найменувань на 17 стор. і додатків на 40 стор.

' ЗМІСТ РОБОТИ У_вступ£ обгрунтована актуальність проблемі, сформульовані

мета і задачі досліджень, відображено її наукову новизну та практичну цінність, положення, що виносяться на захист, наводяться відомості про апробацію, публікації, впровадження результатів досліджень і структуру роботи.

наведена загальна характеристика сучасного стану проблем. Специфічні особливості технологічного режиму АЕС, пов"язані в першу чергу з наявністю залишкових тепловиділень, великими питомими енерговиділеннямн в активній зоні, важкими наслідками аварій потребують забезпечення надійності функціонування всіх підсистем енергоблока, які гарантують ядерну і радіаційну безпеку, зсобливо системи БП. Разом з тіш, інтенсивність виникнення аварії з втратою живлення ВП і зв"язана з ним імовірність розплавлювання активної зони мають найбільші значення в порівнянні з іншими подіями, які призводять до порушення безпечної роботи реактора.

В цих умовах ■ загострюються- проблема збереження власних потреб зтанції, а також живучості енергоблоків АЕС після втрати зовнішнього елекгропостачання.безпосередггьо зв"язаної з безпекою реактора. Найбільш прийнятним методом одержання кількісних характеристик для зцінки рівня живучості енергоблока АЕС е імітаційне моделювання, ше дозволяє відобразити основні стадії динамічного процесу та враховувати активність АЕС. '

На основі фактологічного аналізу взаємодії.електричної частини АЕС і ЕЕС з технологічною частиною станції, зарубіжного і вітчизняного досвіду експлуатації атомних станцій виявлено великий взаємовплив процесів в технологічній та електричній підсистемах АЕС. Існуючі на цей час методи моделювання і математичні моделі енергоблоків АЕС не в повній мірі враховують цю обставину.Прийняття достовірних рішень задач, що виникають при проектуванні і експлуата-дії АЕС погребує системного підходу щодо вивчення процесів в енер-гоблоці АЕС і розробки комплексних математичних моделей його дпна-ліки, адекватно описуючих процеси в електричній та технологічній частинах станції.

З одного боку, враховуючи специфіку виробництва енергії на АЕС, доцільно в математичній моделі врахувати широке коло фізичних явищ

і їх детальний опис, а з іншого - бажано мати-достатньо повну і від--юсно просту модель, яка дозволяс одержувати .достовірні результати. Іля розв'язання цієї суперечності при побудові комплексної моделі в роботі прийняті слідуючі принципи: декомпозиціл атомного енергобло-са на підсистеми; доцільна повнота математичної моделі, яка визначається в залежності від характеру задачі, що розв"язусться;едність іатематичної моделі та інформаційних процесів; поділ рухів об"скта

- 6,-

по тешу проходження процесів.

Для визначення показника живучості атомного енергоблока після втрати зовнішнього електропостачання БП, запропоновано метод,суть якого полягас в наступному. •

Визначення. АЕС зберігав живучість відносно (X' у -,Т < В )

якщо для кожного х;сх і{гі(ік(&к))\єг

при всіх

/ Є Т має місце:

6 (іу , З-’і'ґ , І) От/Ь,

де X* - підмножина початкових допустили станів станції; £*■ -

множина збурень,які надходять із зовнішнього середовища у випадкові моменти часу; /г - структура АЕС, яка визначається сукупністю елементарних підсистем М5 , що утворюють єдину систему у відповідності з вибраною топологією; £ - деяка функція, оцінююча сту-

пінь збереження живучості; 3тіп ~ значення функції в , яке визначає гранично-допустимий стан АЕС з точки зору живучості.

Це визначення вимагає, щоб структура і фазові координати не досягли деякого мінімального рівня, при якому ще забезпечуються умови функціонування АЕС. Оскільки в роботі оцінка живучості енергоблока проводиться для режимів, що виникають після втрати зовнішнього електропостачання, показник живучості буде визначатись тільки працездатністю енергетичної підсистеми. Враховуючи те, що електроустаткування ВП, після втрати зовнішнього джерела живлення повинно забезпечити аварійне розхолоджування реактора, показник кивучості енергетичної підсистеми За.р. має таку змістовну практовку. Цей показник повинен бути зв"язаний з працездатністю мінімального числа електроустаткування,яке у відповідності з технологічним регламентом по експлуатації реактора, повинно забезпечити реетм аварійного розхолоджування реактора.

Функція стану електродвигуні в,яка характеризує рівень

його працездатності з точки зору участі в забезпеченні режиму аварійного розхолоджування, визначається виразами:

ff.fr)-Й* ™^іг(Ур>к)<0.Р т р о, яхт$р(Ур,к)ьО.

Де//> (Ур - деякі характеристичні функції, які описують обмеження на здатність електроустаткування виконувати задані функції,

Л - числові величини.які характеризують відхилення режимних параметрів електроустаткування, - рівень працездатності елек-

троустаткування .нормований відносно заданої характеристики.

Значення Тунісці ї в , яке визначає гранично-допустимий стан енергоблока АЕС з точки зору живучості після втрати живлення ВП, мо#на визначити:

В тіп ~ і (норм) ■ (/. V).

де ^ і (норм) - рівень працездатності електродвигунів, які забезпечують необхідну по технологічному регламенту продуктивність механізмів л режимі аварійного розхолоджування; f г І/ ~ частота і напруга на ішшах БП. .

,£ВШШ_Шзділ присвячений побудові комплексної математичної моделі енергоблока АЕС, яка відображує його динаміку при широкому спектрі збурень,що виникають як в ЕЕС, гак і на АЕС.Необхідність моделювання різноманітних аварійних процесів,що виникають на АЕС, потребує побудови деякої множини моделей електричних та технологічних елементі в,які-б з достатньою повнотою і достовірністю відображували специфічні властивості енергоблока АЕС при аналізі конкретного динамічного процесу.

Для відтворення процесів в енергоблоці АЕС відповідно з прийнятими принципами розроблена комплексна математична модель,яка описує стан технологічної та електричної підсистем і містить моделі процесів в елементах різної природи: нейтронно-фізичні процеси в реакторі; теплофізичні процеси в реакторі.парогенераторі і турбіні; гідродинамічні процеси в циркуляційному контурі;електромеханічні процеси в електричній частіші енергоблока.

Модель електричної підсистеми енергоблока описує стан генераторів з системою збудження і автоматичним регулятором збудження (АРЗ), асинхронних двигунів БП, електричної мережі.

Побудовані математичні моделі синхронних і асинхронних машин змінного струму базуються на рівняннях Іїарка-ІЬрєва в формі ЕРС, які с загально прийнятні в практиці проведення розрахунків електромеханічній перехідних процесів. Достатність повноти математичних моделей синхронних генераторів, асинхронних двигунів ВП досягається наявністю набору моделей: /V/ - модель синхронного генератора, в якій не враховуються електромагнітні перехідні процеси статорних обмоток; М* - модель,в якій не враховуються перехідні процеси в демпферних обмотках; /У/ - модель синхронного генератора, в якій приймається незмінність ЕРС; , М\ . Мд ~ відповідно моделі двигуні в,в яких враховуються перехідні процеси в двох обмотках на роторі, одній обмотці на роторі і без врахування перехідних процесів в роторних контурах.

В моделі електричної мережі описуються процеси в трансформато-

pax, ідо подані її-образною схемою заміщення, лініях електропередач, також поданих П-образною схемою заміщення і кабелях. Навантаження подано постійною провідністю та асинхронними двигунами.

Найбільш повне відображення процесів, що відбуваються в технологічній частині енергоблока, може дати модель, яка описує просторову залежність параметрів. При дослідженні аварійних перехідних процесів в EEC з АЕС, а також вивченні взаємодії електричної та технологічної підсистем АЕС при збуреннях в EEC, найбільш істотна динаміка інтегральних параметрів енергоблока (нейтронна потужність реактора, тиск і рівень в парогенераторі, витрати теплоносія і живильної води, температура теплоносія на виході із активної зони). Це пов"язано насамперед з тіш, що на змінювання інтегральних параметрів енергоблока реагуе аварійний захист реактора, системи технологічного захисту блока, системи регулювання і від інтегральних параметрів залежить потужність турбіни та моменти опору механізмів ВП, які в значній мірі впливають на проходження перехідних процесів в EEC. При прийнятих в роботі припущеннях і з врахуванням вищевикладених міркувань,для побудови моделі технологічної частини станції можна використати метод зосереджених параметрів,реалізація якого потребує розбиття кожного елемента енергоблока на ділянки зосередження з незалежними від просторових координат параметрами.

Побудована на основі цього підходу модель технологічної підсистеми енергоблока АЕС містить моделі таких процесів: Мк - модель нейтронно-фізичних процесів в реакторі, МТр -модель теплофізичних процесів в активній зоні реактора, Млі ~ модель теплофізичних процесів в парогенераторі (першій контур), Мпг - модель теплофізичних процесів у другому контурі парогенератора, Мцк - модель динамічних процесів в циркуляційному контурі, /іт - модель динамічних процесів в турбіні.

Зазначені моделі динаміки процесів в основних елементах технологічного устаткування доповнені моделями основних регуляторів: Мцр - автоматичний регулятор потужності реактора, Мрхв - регулятор живильної води, Мєрі/ - швидкодіючий регулятор тиску в паровому колекторі, М'рт - модель системи регулювання турбіни, Мрдс -модель регулятора тиску перед турбіною, МрЯ - модель регулятора потужності турбіни.

Запропонована комплексна модель енергоблока АЕС s базовою (еталонною) при обгрунтуванні і отриманні на її основі модифікованих моделей,які відтворюють конкретну режимну ситуацію на АЕС та в ЕЗС. '

В третьому розділі розглядаються питання комплексного моделю-

- з -

ваїшя динаміки енергоблока АЕС з реакторами ВЗЕР при аварійних змінюваннях частоти в системі. На основі еталонної комплексної моделі для моделювання поведінки енергоблока при змінюваннях частоти в ЕЕС побудована модель,яка складається із моделей технологічного устаткування станції і сїїстєші ВИ з досить докладним відтворенням динаміки змінювання внутрішніх параметрів енергоблока та його систем регулювання.При розв"язанні численних задач,пов"язаних з розрахунком динамічної' частотної характеристики енергосистеми, коли . енергоблоки АЕС,нарівні з блоками ТЕС.розглядаються в моделі ЕЕС як окремі елементи складної багатомашинної системи,повна модель енергоблока ЛЕС е надлишковою.В цьому випадку немае наобхідності відображати в моделі докладно змінювання внутрішніх параметрів енергоблока, а досить відобразити в моделі динаміку змінювання найбільш істотних з точки зору взаємовпливу в перехідних режимах ЕЕС та АЕС параметрів (потужностей реактора та турбіни,витрати теплоносія). З цією метою в роботі обгрунтована і побудована спрощена математична модель енергоблока АЕС для врахування реакції технологічного устаткування ЛЕС,що має важливе значення при виборі уставок АЧР. Ця модель містить у собі такий набір моделей окремих елементів енергоблока:

МРЛЕС__ и ^ и ^ и мо и и МС' и м^с и М" и

де мі - модель нейтронно-фізічних процесів В реакторі, Мтр -модель теплофізичних процесів в активній зоні реактора, Мяг - модель теплофізичних процесів в парогенераторі, МСцН - модель динамічних процесів в циркуляційному контурі, Мст - модель процесів в турбіні, м% ~ модель системи регулювання турбіни,МРіЄ , Мри - моделі регуляторів тиску перед турбіною і потужності турбіни, Мвл ~ модель системи власних потреб.

Відповідно з даними моделями розроблено програмний модуль РАЕС, в якому реалізовані повна та спрощена моделі енергоблока АЕС,призначений для аналізу тривалих перехідних процесів на АЕС і в ЕЕС з АЕС, що супроводжуються аварійним змінюванням частоти. Програмний модуль РАЕС зістикований з програмою моделювання та аналізу тривалих перехідних процесів в складних енергосистемах (ЇЇАТП).розробленої в КПІ і Київському філіалі інституту "Укренергомережапроект".Оцінка досто- . вірності моделі енергоблока АЕС проводилась шляхом порівняння натурних експериментів з результатами розрахунків по програмі РАЕС,а також з розрахунками,що отримані по моделі ВТІ.

І. Порівняння з натурними експериментами,які проводились на Рівненській ЛЕС (збурення вносились переміщенням груп регулювальних кесст реактора - першій дослід і переміщенням регулювальних клапанів

. - 10 -однісг із турбін в сторону закриття - другий дослід) та ІІововоро-неаській АЕС (збурення вносилось закриттям регулювальних клапанів турбіни і дії регулятора потужності реактора АНІ - третій дослід). Порівняння результатів показало,що якісні картшщ процесів збігаються. Максимальні середньодвадратичиі відхилення складають для нейтронної потугшості реактора 10,3;,' (перший дослід),для потужності турбіни,II,2 % (другий дослід) і для тиску в парогенераторі 2,4 % (третій дослід).

2. Порівняння результатів розрахунків,виконаних по запропонованій моделі енергоблока ЛЕС з ЕВЕР і по моделі ВТІ.Розглядався динамічний процес енергоблока з реактором ЕВЕР-1000 при скиненні навантаження на 20 % шляхом закриття регулювальних клапанів турбіни. Порівняння результатів .отриманих по цш моделям, показує збіг якісних картин процесі в.Середньоквадратичні відхилення осноьннх параметрів складають: для тиску пару в парогенераторі ІЗ,І і, для середньої, темпера тури теплоносія 17,3 %,для нейтронної потушгості реактора 4,14 %.

Виконаний в роботі якісний аналіз, обчислювальні експерименти дали можливість описати фізичну картину процесів при аварійному зниженні частоти в ЕЕС, виявити основні закономірності проходження цього режиму, які зумовлені взаємовпливом електричної та технологічної частин АЕС. Показано, що такі процеси на АЕС в значній мірі залежать від типу ядерної паровиробляючої установки, конструктивних , та динамічних характеристик окремих елементів енергоблока, а також динамічних властивостей конкретної енергосистеми, що визначають рівень, швидкість і тривалість зниження частоти. Були такой виконані багатоваріантні дослідно-промислові розрахунки перехідних процесів при небалансах активної потужності б енергосистемі, що містить Рівненську АЕС. ■

Четвертий розділ присвячений моделюванню процесів при вибігу турбогенератора з механізмами власних потреб. Дійовим способом з точки зору електропостачання власних потреб АЕС в аварійних режимах е використання режиму спільного вибігу турбогенератора з механізмами ЕП. Найбільш ефективно використання даного режиму в умовах аварійного розхолоджування і зовнішньому обезструмленні станції,коли ' необхідно до запуску резевних дазрел аивлення (дизель-генераторів)

8берегти в роботі відповідальні насосні агрегати ВП.

На основі аналізу особливостей електричної частини АЕС, схемних рішень Ш АЕС, характерних особливостей проходження режиму вибігу турбогенератора виявлено найбільш суттєві фактори,врахування яких необхідно при поДудові моделі цього процесу, обгрунтована не-

обхідність моделювання процесів в технологічній частіші станції. Завдання аналізу даного режиму зводиться до розрахунку внутрішньо-блочного процесу автономної ЕЕС, с.о супроводжується істотним одночасним зниженням частоти і напруги. Для моделювання цього процесу на основі повної моделі енергоблока АЕС побудована математична модель ПВИБ , яка містить моделі окремих елементів.модифікованих для відображення процесів пріг глибоких зниженнях частоти і напруги;

^вис ~

мт и Мрг и Мсі и мАРЗ им*АЫ имЕМ, .

де м7 , МРТ - моделі динамічних процесів в турблні і її системі регулювання, М%ш - модель генератора, Марз - модель системи збудження генератора з АРЗ, М*а - модель асинхронного двигуна,

Мем - модель електричної мережі.

Відповідно з даною моделлю розроблена програш РВАЕС, яка зістикована з комплексною програмою розрахунку динаміки технологічної частини ЛЕС з РЗПК. (розробка НДКІЕТ). Достовірність моделі енергоблока АЕС для розрахунку вибігу турбогенератора провірялась порів- _ нянням експериментальних характеристик з розрахунковими. Порівняння результатів розрахунку та натурного експерименту показало, що максимальне середньоквадраткчне відхилення не перевищує 9,3 %, що свідчить про правильність і достатню для'практичних цілей точність відображення моделлю реальних процесів вибігу турбогенератора енергоблока АЕС з механізмами власних потреб. На основі численних обчислювальних експериментів' та дослідно-про»яісловзга розрахунків були установлені фізичні закономірності проходження процесів при вибігу турбогенератора, що обумовлені взаємовпливом технологічної та електричної частин станції.

ї_£"5І£М2_Шзйілі розглядаються питання комплексного моделювання процесів при автономному живленні елеятроприймачів ВП. Характерной особливістю автономних систем електропостачання АЕС є сумірність установлених потужностей джерела живлення і навантаженння.що призводить до того, що пускова потужність двигунів значно перевищує потужність джерела. В результаті в теперішній час на діючих АЕС застосовується пуск навантаження ступіняии, який характеризується великою тривалістю (декілька хвилин) і супроводжується значними коливанням: частоти і напруги.

Для оцінки живучості енергоблока АЕС після втрати зовнішнього електропостачання, визначення факторів, що справляють першорядний епллв на процеси пуску двигунів на дизель-генератор, а такоя складу

черг навантаження, що пускаються і інтервалів часу між ними,потрібні досить точні розрахунки параметрів технологічної та -електротехнічної підсистем системи надійного живлення АЕС в аварійних режимах. Існуючі на сьогоднішній час моделі автономних систем електропостачання АЕС орієнтовані головним чином на опис процесів-в електричній підсистемі і дуже приблизно моделюють динаміку технологічного устаткування, що не завади допустимо. Разом з тим динамічними властивостями технологічної підсистеми в значній мірі визначаються показники якості електроенергії в автономній системі електропостачання АЕС. Ця обставина підтверндуе необхідність розробки повної моделі технологічної частини (дизеля з системами регулювання) системи надійного живлення енергоблока АЕС, 3 цією метою розроблена достатньо докладна модель дизеля , яка описує стан власне дизеля, палив-

но подавальної апаратури, компресора, газової турбіни, впускного та випускного колекторів, а також модель системи регулювання дизеля Мра , які разом з моделлю електричної підсистеми становлять комплексну математичну модель системи надійного живлення енергоблока АЕС. Побудована комплексна модель автономної системи надійного живлення енергоблока АЕС М нж має вигляд (рис. І):

и МІ им*ыимю и МІ имЕ„,

^ /

де Мси - модель генератора, Млрл - модель системи збудження генератора в АРЗ, - модель електричної мережі.

Відповідно з комплексной моделлю М Их розроблена програма РАЕС-НЕ, яка дозволяє проводити розрахунки електромеханічних перехідних процесів при ступінчастому пуску від дизель-генератора навантаження НІ АЕС з різними типами реакторів.

Для перевірки достовірності розробленої комплексної моделі були виконані контрльні розрахунки при накиданні навантаження на дизель-генератор та порівняння розрахункових перехідних процесів з експериментальними для .дизеля ІІД45. Порівняння результатів розрахунку частоти обертання дизель-генератора (О з результатами експерименту показує задовільній їх збіг (середньоквадратичне відхилення не перевищує 5 %)'. Були такоа виконані багатоваріантні дослідно-промислові розрахунки перехідних процесіч в автономних системах надійного еиблєння енергоблоків АЕС з р'акт^ами ВВЕР-1000 при зовнішньому обезструмленні та аваріях в технологічній частині станції.

На основі виконаних розрахунків показана істотна залежність перехідних процесів від динамічних властивостей дизель-генератора.встановлені основні фізичні закономірності проходження процесів, що

. Рис. І. Структурна схема моделі автономної системи надійного живлення енергоблока АЕС.

обумовлені взаїїі.ювшшвои в технологічній та електричній частинах АЕС, а також обгрунтовані і одержані спрощені моделі дизель-генератора з системою регулювання.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

В дисертаційній роботі здійснено нове ріиення актуального, завдання - комплексного моделювання атомного енергоблока прн істотних змінюваннях частоти в системі електропостачання ВП для оцінки живучості енергоблока при збуреннях в ЕЕС та електричній частині отан-ції, що має важливе народногосподарське значення.

При цьому отримано такі основні результати:

1. Запропоновано, обгрунтовано та реалізовано системний підхід содо моделювання перехідних процесів енергоблоків АЕС при глибоких згйтованнях частоти в системі ВИ, що дало можливість в цілісному вигляді розглядати динаміку технологічної та електричної частіш АЕС.

На основі даного підходу запропонована комплексна математична модель енергоблока з реактором ВВЕР. .

2. Сформульовано поняття живучості енергоблока при істотних зниженнях частоти в системі ВП і метод її оцінки.

3. Дія аналізу динаміки енергоблока при аварійних змінюванії;;::; частоти в ЕЕС розроблена математична модель енергоблока,які; враховує процеси в системі ВП та технологічній частіші станції, и.о дпе можливість в конкретних умовах аналізувати вплив процесів в ЕЕС на поведінку технологічного устаткування ЛЕС. Побудована такок спрощена штематична модель енергоблока для врахування реакції технологічного устаткування АЕС, що має ванливе значення при виборі уставок АЧР.

4. Розроблена математична модель енергоблока ЛЕС для дослідження процесів вибігу турбогенератора 2 механізмами власних; потреб. Моделювання динаміки всіх елементів виконано з врахуванням специфіки проходження цього реіаіму: моделі електричних елементів орієнтовані для роботи в умовах істотного змінювання частоти та напруги, процес розглядається на тривалому інтервалі часу (декілька хьіілпк), динаміка технологічної частини враховується повною моделлю турбіни, враховано змінювання різноманітних видів втрат.

5. Розроблена комплексна математична модель автономної системі надійного гаївлення енергоблока АЕС, яка дао можливість дослідити аварійні перехідні процеси на АЕС при зовнішньому обезструмленні з врахуванням динаміки технологічного устаткування (дизель-гснератоііа з системою регулювання). Така модель дозволяє виконувати точні розрахунки режимів ступінчастого пуску навантаження па дизель-генератор і на цій основі здійснювати більш достовірну оцінку швучості станції при аваріях в електричній частині ДЕС.

6. На основі обчислювальних експериментів встановлені фізичні закономірності взаємовпливу процесів в технологічній та електричній частинах атомних енергоблоків при аварійному гншвенні частоти в ЕЕС, спільному вибігу турбогенератора АЕС з механізмами власних потреб та ступінчастому пуску навантаження на дизель-генератор в автономній системі надійного живлення при зовнішньому обезструмленні станції

7. Моделі і методи дослідження аварійних режимів енергоблока реалізовані в програмному забезпеченні,яке дозволяє дослідити процеси середньої тривалості та тривалі внутрішньоблочні перехідні процеси на АЕС і впроваджені в раді дослідних та проектних організацій.

. основні пташці! по темі дисертації

І. Барднк Е.Е., Костерев Н.В. Нелинейные математические модели атомных электростанций дія исследования электромеханических переходных процессов в энергосистемах // Тез. докл. Всесоюзн.научн.-техн. конф. Проблемы нелинейной электротехники. 4.2. - Киев, Наукова думка, 1984. - С. 92-94.

Костерсв П.З., Г-ардпк Е.И. і.іодель энергоблока одноконтур-гоіі АЭС с каиальными реантораш кипящего типа для анализа устопчи-іостп энергосистемы при больших лозілущешіях // Техническая электро-щпшиа. - ІТ-80. I. - С. 70-75. ■

3. Костерсв Н.ІЗ., Еапдик Е.ІІ., Яновский В.II. Методы и алгоритмы гастроешія локальних с-истом управления рехшаші энергосистем с АЗС.

- Киев, общество "Знание", УССР, 11-81. - 24 с.

4. Костерсв II.В., Дошісюк П.Л., Бардли Е.И. Моделирование дина-лпческих процессов в системе собстзсшшх нунд АЗС // Тез. докл.

ІУ Республиканской научи.-техн. конф. Современные проблеми энергетики. - Клев, 15ЭД Ш Украину, И'85. - С. 54-56.

5. Костерей II.Б., Еардкк Б.И. Модель энергоблока АЭС при решении задач координации действия агрегатной л снстешоЛ автоматики // Тез. докл. Респ. сешшара Управление режима,ни электроэнергетике ск::х систем в условиях неполно:; информации. - Киев, ИЭД АН УССР, КБО. - С. 33-34.

6. Модежровзико розшюв работа АЗС для исследования электро-

механических переходных процессов в элелтроэнергетических системах // Тез. докл. Зсесоюэн. няучн.-коіф Моделирование электроэнергетических систем. - Баку: АЗ и нейтехш, 1982. - С. 237-238.

7. Костсрез Н.В., Яновский В.П., Бардок Е.И. Комплекс програш

моделирования динамки электростанций при возмущениях в энергосистеме // Тез. докл. Зеесокгн. научн.-техн. ссвец, Вопросы устойчивости и надежности энергосистеын СССР,-душаябе; НТОЭ и ЭП.198Э.- С.83-84.

8. Костерен К.В., Зардик Е.И. .Алексаков А.Н. Комплекс програш

расчета динакнкк энергосистем с АХ в аварийных режимах // Тез.

докл. X Зсесоюзн. научн. конб. Моделирование электроэнергетических сястзй.- Каунас; ЛОТПЭ АН Лигвк, 1901. - С. 102-104.