Опыт увеличения выгорания и совершенствование топливоиспользования на энергоблоках Калининской АЭС с ТВСА Песков Р.А., Романов А.И., Самойлов О.Б. (ОКБМ) Павловичев А.М., Павлов В.И., Спиркин Е.И. (РНЦ КИ) Лупишко А.Н., Макаров С.В., Чапаев В.М. (Клн АЭС) Семнадцатый симпозиум АЕR по физике и безопасности реакторов ВВЭР Ялта, Украина сентября 2007 г

БАЗОВАЯ КОНСТРУКЦИЯ ТВСА  ТВСА – первая ТВС с жестким каркасом, не нагруженным осевой силой, с уменьшенным усилием протаскивания твэл через ДР, чтобы ослабить воздействие твэл на каркас в терморадиационных процессах.  Каркас образован 15 циркониевыми ДР и 6 угловыми пластинами-уголками,которые скреплены с хвостовиком и приварены контактной точечной сваркой к ДР  В 1998 году ОКБМ совместно с ОАО МСЗ, ВНИИНМ и РНЦ КИ была завершена разработка технического проекта ТВСА для реактора ВВЭР  Внедрение ТВСА в активную зону 1 блока КлнАЭС выполнено в г. ( т.к.),как мера борьбы с искривлением ТВС. Размещение примерно равномерно 36 и 60 свежих ТВСА в 15 и 16 топливных кампаниях уменьшило прогибы ТВС до ~6мм (зазоры между ТВС до ~ 5мм). В последующем максимальные значения прогибов и зазоров не превышали 5мм.  В 2002 году ТВСА переведена в промышленную эксплуатацию на КлнАЭС. В настоящее время ТВСА эксплуатируется на 3-х энергоблоках Калининской АЭС, на энергоблоках 5 и 6 АЭС Козлодуй и на 12-ти энергоблоках ВВЭР-1000 АЭС Украины. Общее количество изготовленных ТВСА составляет более шт.

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ БАЗОВОЙ КОНСТРУКЦИИ ТВСА новая таблетка 7.6 / 1.2 мм в старой оболочке твэл 9.1 / 7.73мм головка с трубками термоконтроля антивибрационный нижний узел разборность антидебрисный фильтр (опция) ДР Уголок Хвостовик Головка В г. проводилось усовершенствование базовой конструкции ТВСА ( 6 уголков, 15 ДР ), направленное на повышение эксплуатационных характеристик и надежности. Усовершенствованные ТВСА эксплуатируются, начиная с 19 топливной загрузки.

Повышенная устойчивость каркаса ТВСА к формоизменению обеспечивает сохранение в процессе эксплуатации теплогидравлических и нейтронно-физических характеристик, а также нормальное функционирование ОР СУЗ. Это позволило повысить эффективность топливоиспользования путём внедрения 4- годичного топливного цикла с 42 ТВСА подпики с УГТ (Zмах =4.4%).Поэтапно реализованы следующие мероприятия: -начиная с 17загрузки вместо борных СВП применяются твэги (уран-гадолиниевое топливо) -начиная с 18загрузки вместо широких уголков (72мм) применяются узкие(52мм), -начиная с 18загрузки внедрены непрофилированные по обогащению пучки твэл при повышении максимального обогащения до 4.4%, -в ППР-2001 успешно проведены испытания по увеличению скорости вертикального перемещения ТВСА в активной зоне и бассейне выдержки,что экономит 3-4 сутки в работе по перегрузке топлива ВНЕДРЕНИЕ ЧЕТЫРЁХГОДИЧНОГО ТОПЛИВНОГО ЦИКЛА

ЧЕТЫРЕХГОДИЧНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ ЦИКЛ ХарактеристикаЗначение Время работы реактора между перегрузками-борная кампания, эфф. сут. 300 Количество ТВС в комплекте подпитки 42 Среднее( максимальное) обогащение топлива подпитки, % 4,3 (4,4) Максимальная глубина выгорания топлива в выгружаемых ТВСА (в твэле), МВт·сут/кгU 55.0(61.4) Эксплуатационный ресурс ТВСА,эфф. час Максимальная мощность ТВСА ( твэлов), относительные единицы 1.35( 1.50) Расход природного урана, г/ МВт·сут 199 Максимальное значение линейной нагрузки твэлов с учетом инженерного коэффициента запаса, Вт/см 448

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТВСА НА БЛОКЕ 1 КАЛИНИНСКОЙ АЭС Блок 1Количество ТВСА в активной зонеМаксимально достигнутое в ТВСА выгорание, МВт.сут/кгU Годы эксплуатации Номер кампании 1 год 2 год а 3 года 4 года 5 лет 6 лет 7 лет Всего После 1 года После 2 года После 3 года После 4 года После 5 года После 6 года После 7 года 1999 – ,218, – ,914,930,233, – ,128,940,744, – ,129,829,841,541,550,151, – ,333,043,143,152,154,856, ,646,651,152,652,658,358, ,815,832,044,244,255,855,853,453,456,256,261, ,717,730,945,345,355,358,958,957,857,8

ОПЫТ ПОВЫШЕННОГО ВЫГОРАНИЯ ТОПЛИВА В ТВСА  Более 100 ТВСА выгружены в топливных кампаниях 1 блока КлнАЭС после 4-х лет эксплуатации с выгоранием МВТ сут/кг U. 55ТВСА с узким уголком отработали 4 года (18-22 топливные загрузки) с выгоранием МВТ сут/кгU  Начиная с 2002 года проводились ресурсные испытания ТВСА на 5, 6 и 7 лет эксплуатации. Достигнуты следующие результаты : 12 ТВСА выгружены после 5 кампаний с выгоранием МВТ сут/кгU, из них 3 ТВСА с узким уголком с выгоранием 59 МВТ сут/кгU 8 ТВСА выгружены после 6 кампаний с выгоранием 54-58,3 МВТ сут/кгU 1 ТВСА отработала 7 топливных кампаний : - достигнуто среднее выгорание топлива в ТВСА- 62 МВТ сут/кг -максимальное выгорание топлива для твэла - 71 МВт сут/кгU; - эффективное время работы на номинальной мощности ~ эфф.ч. - календарное время работы – ч.

МОДЕРНИЗАЦИЯ ТВСА  Успешность испытаний ТВСА на 5 и 6 лет работы определила разработку ТВСА нового поколения ТВСА-5М и ТВСА-АЛЬФА с повышенным ресурсом (до эфф.ч.) и повышенным выгоранием- до 68 МВт сут/кгU по ТВСА и 72 МВт сут/кгU по твэлам  В конструкции этих ТВСА использованы высокоточные циркониевые ДР арочного типа, обеспечивающие повышение изгибной жёсткости ТВС  ТВСА-5М –модернизация усовершенствованной базовой конструкции ( 15ДР высотой 20 мм ),ТВСА-АЛЬФА - ТВС нового поколения ( 8ДР высотой 35мм )  Технический проект ТВСА-5М с таблеткой 7,6/1,2мм разработан в 2005г., ТВСА- АЛЬФА с таблеткой 7,6/1,2мм - в 2006 г.( обогащение до 4,95% ) Наряду с этим проект предусматривает использование твэл с утонённой оболочкой 9.1/ 7.93мм с таблеткой 7,8мм/0мм. Максимальное обогащение на этапе испытаний ограничено 4,7%, выгорание твэла до 67 МВт сут/кгU  Ресурные испытания ТВСА-5М и ТВСА-АЛЬФА проводятся на 1блоке КлнАЭС с 2003г. (19 топливная кампания). В настоящее время в активной зоне находится более 70ТВСА-5М и 70 ТВСА-АЛЬФА разного времени работы  Перевод в промышленную эксплуатацию ТВСА-5М с таблеткой 7,6/1,2мм намечен на 2008 г.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТОПЛИВОИСПОЛЬЗОВАНИЯ НА КлнАЭС 1. Мероприятия по повышению топливоиспользования в 19-22загрузках 1энергоблока повышение среднего обогащения подпитки (мах. обогащение до 4,95%) дальнейшее снижение утечки (12 периферийных ТВС заменены выгоревшими) кампания увеличена до эфф.сут (выгорание выгруж..ТВС до 50 МВт сут/кгU) Значение Киум в среднем по топливным кампаниям составило 0, ТВСА нового поколения ТВСА-5М и ТВСА-АЛЬФА) предназначены для топливных циклов 5×1год и 3×1,5 года. Преимущество топливного цикла 5х1 год : -снижение потребления ТВС на единицу энерговыработки, -снижение расхода природного урана, -повышение Киум за счёт увеличения кампании и сокращения времени ППР. 3. Интерес к циклу 3×1,5 года связан с возможностью заметного роста Киум Внедрение цикла эффективно при использовании в ТВСА - 5М ( ТВСА -АЛЬФА ) таблеток 7,8/ 0мм с обогащением до 4,95%, что позволит уменьшить подпитку до 60 ТВСА при длительности кампании~500эфф. сут. 4. Объём выполненных работ обеспечил основу последовательного развития конструкции ТВСА, повышение её потребительских качеств, реализацию гибких и экономичных топливных циклов, отвечающих запросам потребителей.

ПЯТИГОДИЧНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ ЦИКЛ С ТВСА-5М (ТВСА- АЛЬФА) ХарактеристикаЗначение Размер таблетки: наружный / внутренний диаметры, мм 7,6 / 1,2 Количество ТВСА в комплекте подпитки 36 Длительность работы реактора между перегрузками, эфф. сут Среднее ( максимальное ) обогащение топлива подпитки, % 4,83 (4,95) Эксплуатационный ресурс ТВСА, эфф. час Максимальная глубина выгорания топлива в ТВСА ( в твэле), МВт·сут/кгU 58( 65 ) Максимальная расчётная мощность ТВСА (твэл), относит. единицы 1,4 (1,6) Расход природного урана,г / МВт·сут 188 Максимальное значение линейной нагрузки твэлов с учетом инженерного коэффициента запаса, Вт/см 448

ТВСА НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ – ТВСА-АЛЬФА 6 уголков 8 дистанционирующих решеток арочного типа высотой 35мм обогащение по U235 – до 4.95% ( 1этап-4.7% ) разборность конструкции антивибрационная решетка уменьшение гидравлического сопротивления антидебрисный фильтр (опция)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ УСПЕШНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТВСА ПОДТВЕРЖДАЕТ РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И НАДЕЖНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ К 2007 ГОДУ 21 ТВСА ОТРАБОТАЛА 5 ТОПЛИВНЫХ ЦИКЛОВ, 8 ТВСА – 6 ЦИКЛОВ И ПРОВЕДЕНЫ УНИКАЛЬНЫЕ, ДЛЯ РЕАКТОРА ВВЭР-1000, ИСПЫТАНИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ТВСА В ТЕЧЕНИИ 7 ТОПЛИВНЫХ ЦИКЛОВ ДОСТИГНУТО МАКСИМАЛЬНОЕ ВЫГОРАНИЕ ТОПЛИВА: ДЛЯ ТВСА – 62 МВТ СУТ/ КГ U; ДЛЯ ТВЭЛА - 71 МВТ СУТ/ КГ U ОСВОЕН 4-Х ГОДИЧНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ ЦИКЛ (42 ТВСА ПОДПИТКИ,ТАБЛЕТКА 7.6/1.2 ) МАКС. ОБОГАЩЕНИЕ 4.4%) С ВЫГОРАНИЕМ ТОПЛИВА В ТВСА ДО 55 МВТ СУТ/КГU ВНЕДРЯЕТСЯ 5-ТИ ГОДИЧНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ ЦИКЛ (36 ТВСА ПОДПИТКИ, МАКС. ОБОГАЩЕНИЕ 4.95%) С ВЫГОРАНИЕМ ТОПЛИВА В ТВСА ДО 65 МВТ СУТ/ КГU ИМЕЕТСЯ ВОЗМОЖНОСТЬ РЕАЛИЗАЦИИ 18 МЕСЯЧНОГО ТОПЛИВНОГО ЦИКЛА (3х1.5 ГОДА) НА БАЗЕ ТВСА НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИЯ ТВСА, ОСНОВАННАЯ НА ЖЕСТКОМ УГОЛКОВОМ КАРКАСЕ, НЕ НАГРУЖЕННОМ ОСЕВОЙ СИЛОЙ, ЯВЛЯЕТСЯ НАИБОЛЕЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ДЛЯ ГЕКСАГОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ АКТИВНОЙ ЗОНЫ РЕАКТОРА ВВЭР-1000 ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ, РЕАЛИЗОВАННЫЕ В РАЗВИТИЕ КОНСТРУКЦИИ ТВСА, СООТВЕТСТВУЮТ МИРОВЫМ ТЕНДЕНЦИЯМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТОПЛИВА