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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 2 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. 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.

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 3 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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 4 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: 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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 5 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: 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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 6 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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 7 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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 8 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 3 канал 2-го комплекта АКНП

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 9 Описание принятых допущений в расчетах (ТРАП-КС, ДКМ) Рис. 3 – Расчетная схема опускной части НКР Входной патрубок реактора2 Входной патрубок реактора1 Входной патрубок реактора 3 Входной патрубок 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 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)

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 10 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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 11 Сопоставление расчетных и экспериментальных данных стационарных состояний

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 12 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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 13 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; я группа ОР СУЗ; я группы ОР СУЗ Изменение положения групп ОР СУЗ (ТРАП-КС, ДКМ) 1 –ТРАП-КС; 2 – ДКМ Изменение объемного коэффициента неравномерности

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 14 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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 15 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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 16 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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 17 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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 18 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 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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 19 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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 20 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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 21 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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 22 Испытание 3 –Ложное срабатывание АЗ 1- 1-я группа (ДКМ, ТРАП-КС); я группы (ДКМ, ТРАП-КС); 3–10-я группа (ДКМ, ТРАП-КС); 4- 1-я группа (ИСПЫТАНИЕ); я-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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 23 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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 24 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 испытание; 2 – ТРАП-КС; 3- ДКМ Уровень в КД 1 – ТРАП-КС; 2- ДКМ Максимальная температура топлива

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 25 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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 26 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

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 27 Основные выводы по результатам расчета Сопоставление результатов расчета ТРАП-КС и ДКМ

5-я международная научно-техническая конференция Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР Май 2007 г., Подольск 28 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.