Сертифицированное распределительное устройство для АЭС является важнейшим звеном цепи распределения энергии
РЕНАТО ПИККАРДО, АННУНЦИО РЕГАНТИНИ, ДАВИДЕ КАТТАНЕО, ЛУЧИАНО ДИ МАЙО - Атомная электростанция должна быть в состоянии справляться с огромным количеством энергии при условии абсолютной безопасности. Всеми функциями системы нужно управлять с абсолютной надёжностью и гарантированной работоспособностью. Используемое оборудование должно в течение длительного времени не снижать работоспособности из-за экстремально высокой температуры, давления, влажности, радиации и вибрации, включая землетрясения. Концерн АББ разработал UniGear zS1, сертифицированное распределительное устройство среднего напряжения, которое соответствует всем важнейшим требованиям.Люди, работающие над проектами атомной энергетики, знают, что внимание к деталям и использование только сертифицированного оборудования крайне важны: никогда нельзя запускать АЭС, пока не будет проверен и сертифицирован каждый компонент системы безопасности станции. Детальные параметры сертификации указаны в стандартах IEEE США * и европейской МЭК ** .
Квалификационный процесс
Каждый поставщик комплектующих для цепи безопасности атомной электростанции (АЭС) должен пройти определённый квалификационный процесс, цель которого состоит в том, чтобы проверить и сертифицировать стопроцентную надёжность компонентов системы.
Система должна быть в состоянии бесперебойно функционировать во время так называемого умеренного землетрясения (ОВЕ), или, в случае очень сильного землетрясения, она должна отключить реактор.
Часть оборудования АЭС, возможно, должна будет работать в самых тяжёлых условиях. Именно поэтому основная цель квалификационного процесса состоит в том, чтобы проверить работоспособность в различных и чётко определённых экологических условиях. Критический сценарий - возможное землетрясение: система должна быть в состоянии бесперебойно функционировать во время так называемого умеренного землетрясения (OBE) или, в случае очень сильного землетрясения, она должна отключить реактор; этот случай известен как «максимальное расчётное землетрясение, требующее отключения реактора» (SSE). Дополнительным требованием является проверка функциональных возможностей каждого компонента в самых сложных условиях окружающей среды в плане температуры /влажности и после теплового /радиационного процесса старения.
В соответствии со стандартами как IEEE, так и МЭК, для оценки компонентов систем могут применяться следующие методы (по отдельности или вместе):
- Типовые испытания: Объектом типовых испытаний является выборочный образец оборудования, включая интерфейсы, подвергающиеся серии испытаний, моделирующих влияние различных механизмов старения в нормальном режиме эксплуатации.
- Производственный опыт: Эксплуатационные данные по испытываемому оборудованию или по оборудованию схожего дизайна, успешно работавшему в известном рабочем режиме, могут применяться при квалификационных испытаниях другого оборудования в таких же или менее суровых условиях.
- Анализ: Квалификация с помощью анализа требует логической оценки или математической модели оборудования.
Снижение работоспособности с течением времени наряду с экстремальными высокими температурой, давлением, влажностью, радиацией и вибрацией, может ускорить отказы прошедшего квалификационный отбор оборудования, обусловленные общими причинами. В связи с этим необходимо установить расчётный срок службы оборудования с существенными механизмами старения. Расчётный срок службы - это промежуток времени до наступления проектного события, при котором оборудование доказало своё соответствие требованиям проекта для определённого режима работы [1].
Климатические квалификационные испытания (цикличное влажное тепло)
Цель климатических квалификационных испытаний состоит в том, чтобы доказать, что распределительное устройство продолжает выполнять свои функции обеспечения безопасности до, во время и после изменения влажности и температурных условий окружающей среды. В ходе таких испытаний определяется пригодность оборудования в условиях высокой влажности, совмещённой с циклическими температурными изменениями и образованием конденсата на поверхности проверяемого оборудования. В распределительных устройствах среднего напряжения (MV) конденсат, образовавшийся во время температурно-влажностных циклов, может ухудшить изоляционные свойства.
Экспертно-консультационный центр концерна АББ, расположенный в г. Дальмине, Италия, предоставил несколько образцов распределительного устройства среднего напряжения для АЭС Европы: Тиханж и Дуль в Бельгии, Чернавода в Румынии, Оскарсхамн в Швеции и Лейбштадт в Швейцарии.
Квалификационные испытания сейсмического влияния и воздействия воздушного транспорта
Стандарты МЭК 60980 [2] и IEEE 344 [3] представляют два основных образца для сейсмических квалификационных испытаний безопасности электрического оборудования АЭС. Эти стандарты не определяют спектры ответа, поскольку они могут варьироваться в зависимости от географического района и конструкции здания. Следовательно, такие спектры, как правило, определяются в технической проектной документации. Сейсмические испытания с помощью акселерометра обычно состоят из трёхосных независимых многочастотных испытаний, проводимых на базе регистрации ускорений во времени (графики ускорения в качестве функции времени), искусственно синтезированных из конкретно требуемого спектра ответа (RRS). RRS принимает во внимание характеристики географического района и несущую конструкцию здания рис. 1. Метод акселерограмм считается наилучшим способом моделирования сейсмической нагрузки во время квалификационных испытаний оборудования.
Во время сейсмических испытаний моделировались следующие землетрясения:
OBE/S1: землетрясение порождает ускорение, при котором узлы, предназначенные для бесперебойной работы АЭС без риска для общественной безопасности, сохраняют свою функциональность.
SSE/S2: землетрясение порождает ускорение, при котором определённые конструкции, системы и компоненты, необходимые для сохранения целостности защитного барьера теплоносителя реактора под давлением, а также возможность отключения реактора и его поддержания в безопасном остановленном состоянии, сохраняют свою функциональность.
2 Цикл климатических испытаний АЭС в г. Дуль
Квалификационные испытания на электромагнитную совместимость (EMC)
Оборудование должно также пройти квалификационные испытания для того, чтобы обеспечить полную безопасность в случае высокой электромагнитной нагрузки в случае аварийных ситуаций. Два типа испытаний, воспроизводящих фактическую конфигурацию контрольно-измерительных приборов и автоматики (КИПиА), установленных на оборудовании первичной цепи, включая проводку, осуществляются на всём имеющемся оборудовании.
Испытания на помехоустойчивость: Квалификационные испытания на электромагнитную совместимость (EMC) проводятся с целью сверить уровень помехоустойчивости оборудования к электромагнитным возмущениям в широком диапазоне частот.
Испытание на объём излучения: Электромагнитные излучения, испускаемые и проводимые проводкой на каждом блоке электрического оборудования, замеряются по широкому спектру. Всесторонние испытания на работоспособность осуществляются для всех функций КИПиА, таких как функции защиты или управления, интегрированные в одну единицу оборудования. Процесс квалификационных испытаний программного обеспечения проводится в соответствии со стандартами МЭК, специально разработанными для АЭС; они указаны в МЭК 60780 [4].
Ответ концерна АББ
В распоряжении концерна АББ имеются оборудование, опыт и технические средства обеспечения соответствия требованиям, предъявляемым к АЭС. Экспертно-консультационный центр концерна АББ, расположенный в г. Дальмине, Италия, предоставил несколько образцов распределительного устройства среднего напряжения для АЭС Европы: Тиханж и Дуль в Бельгии, Чернавода в Румынии, Оскарсхамн в Швеции и Лейбштадт в Швейцарии. Для участия в каждом из этих проектов изделия АББ прошли скрупулёзные квалификационные испытания. Это процесс подтвердил работоспособность оборудования в случае сейсмических событий и в суровых условиях окружающей среды.
4 Пример числовой оценки конструкции, использованной при аналитических сейсмических квалификационных испытаниях
3 Проведение сейсмических испытаний на UniGear zS1 во время квалификационных испытаний АЭС в г. Дуль
5 Пример усиленной деформации конструкции UniGear zS1
Распределительное устройство среднего напряжения является одним из наиболее важных звеньев в цепи распределения энергии. Распределительное устройство UniGear ZS1 производства концерна АББ представляет собой сочетание консолидированных решений и инновационных компонентов от АББ.
Помимо собственных изделий, лабораторий и «ноу-хау», концерн АББ также может положиться на специализированное партнёрство с расположенными поблизости современными лабораториями, оборудованными, к примеру, трёхмерным вибростендом; кроме того, АББ может обратиться к группе экспертов по конструкциям для сейсмических событий. Моделирование сейсмических событий при помощи программного обеспечения может обеспечить множество преимуществ для проектов в области ядерной энергетики, так как не требуется ни один опытный образец; следовательно, достигаются более сжатые сроки выполнения графика и снижаются расходы.
В 2009 году компания Areva NP, лидер в области проектирования, материально-технического снабжения и строительства (EPC) АЭС, подтвердила, что Экспертно-консультационный центр концерна АББ удовлетворяет условиям «разработки и производства распределительного устройства среднего напряжения для АЭС».
Распределительное устройство среднего напряжения UniGear zS1
Распределительное устройство среднего напряжения является одним из наиболее важных звеньев в цепи распределения энергии. Концерн АББ разработал распределительное устройство UniGear
ZS1 с целью соответствия требованиям всех заказчиков. Uni-Gear ZS1 представляет собой сочетание консолидированных решений и инновационных компонентов от АББ. Распределительное устройство среднего напряжения подходит для установки в закрытом помещении. Металлические перегородки отделяют ячейки одну от другой и части, находящиеся под напряжением, закрыты воздушной изоляцией. Диапазон аппаратуры для распределительного устройства UniGear ZS1 является самым комплектным из числа всех имеющихся на рынке: он включает вакуумные и газовые автоматические выключатели и вакуумные контакторы с плавкими предохранителями.
Промышленное применение
Сейсмостойкий выключатель 27
АЭС Дуль является одной из двух крупных атомных электростанций Бельгии. Бельгийская энергетическая корпорация Electrabel, входящая в концерн GDF SUEZ, является её крупнейшим участником. В 2009 году концерн АББ поставил распределительное устройство среднего напряжения, состоящее из 18 панелей Uni-Gear ZS1 с номинальными значениями 12 кВ / 1600 A / 50 кА, оснащённое изолированными выключателями АББ HD4 SF6. Оборудование АББ применяется для распределения энергии, вырабатываемой дизельными аварийными генераторами. Поставленное оборудование было протестировано в соответствии со стандартами IEEE 323 и 344 и техническим заданием заказчика, включавшим требование о проведении климатических и сейсмических испытаний рис. 2.
Опытное распределительное устройство было идентифицировано таким образом, чтобы включать все характеристики поставляемого оборудования. Программа квалификационных испытаний была проведена на этих опытных образцах рис. 3, что позволило достичь успешных результатов.
Помимо собственных изделий, лабораторий и «ноу- хау», концерн АББ также может положиться на специализированное партнёрство с самыми современными лабораториями.
Другой крупной бельгийской станцией является АЭС в городе Тиханж. Основным участником при строительстве АЭС также выступила бельгийская энергетическая компания Electrabel. АЭС оборудована тремя реакторами с охлаждением водой под давлением (PWR) и имеет общую мощность 2985 мегаватт, что составляет 52 процента от всей энергии, производимой бельгийскими АЭС. Концерн АББ заменил 344 выключателя производства фирмы CEM Gardy на выключатели HD4 SF6. Теперь АЭС оснащена 354 автоматическими выключателями (из них 35 запасных) и 34 тележками VT (из них семь запасных). Тележка VT - это часть оборудования, в которой трансформаторы напряжения (VT) установлены на выдвижные тележки. В соответствии с требованиями контракта, замена всех автоматических выключателей и тележек VT должна завершиться в течение 2010 г.; работы на АЭС проводились два года подряд во время плановых отключений на обслуживание. Процесс квалификационных испытаний был задуман в два этапа. Промышленные и ядерные испытания основывались на стандартах МЭК и IEEE для аппаратуры и распределительных устройств среднего напряжения, а также на технических заданиях заказчика. Сейсмические испытания проводились согласно стандартам IEEE в лабораториях компании CESI-ISMES (Италия).
Распределительное устройство zS1
АЭС в городе Оскарсхамн является одной из десяти в Швеции. Имея три реактора, станция удовлетворяет примерно 10 процентов общего спроса на электроэнергию в Швеции, и в её реакторах применяется технология реактора с кипящей водой (BWR).
В 2009 году концерн АББ поставил четыре распределительных устройства среднего напряжения, каждое из которых включает семь панелей UniGear ZS1 с номинальными значениями 12 кВ / 1600 A / 50 кА, оснащённые выключателями АББ HD4 SF6. Как и в городе Дуль, оборудование концерна АББ применяется для распределения энергии, выработанной дизельными аварийными генераторами, при этом поставленное оборудование прошло квалификационные испытания в соответствии со стандартами IEEE 323 и IEEE 344, а также техническим заданием заказчика, требующим проведения квалификационных испытаний.
Сейсмические квалификационные испытания распределительного устройства среднего напряжения проводились как аналитическим, так и практическим методом. Оба испытания проводились в сотрудничестве с лабораториями компании CESI-ISMES, расположенными всего лишь в нескольких километрах от завода концерна АББ, выпускающего распределительные устройства среднего напряжения рис. 4, рис. 5.
Модернизация существующих АЭС
В ходе замены устаревшего оборудования осуществлялся монтаж современных комплектующих (первичных переключающих устройств и технологий цифровой защиты/управления) в существующих установках среднего напряжения. Целью данной модернизации была замена только компонентов, с истекшим сроком службы.
Поскольку автоматические выключатели управляют током отключения и током замыкания, в отличие от других компонентов распределительного устройства, являющихся статичными, в большинстве случаев именно автоматические выключатели больше всего подвержены старению. Следовательно, автоматические выключатели находятся в заведомо более уязвимом положении, и наилучшим выходом является их замена новыми устройствами.
Концерн АББ уже провёл замену выключателей, как своих собственных, так и изготовленных фирмами-конкурентами. Самые дорогостоящие работы были произведены на АЭС Тиханж, где АББ заменила 344 выключателя CEM Gardy на выключатели HD4 SF6.
Ренато Пиккардо, Аннунцио Реджантини,
Давиде Каттанео, Лючиано Ди Майо
Компания АББ Power Products, изделия среднего
напряжения, Дальмине, Италия
renato.piccardo@it.abb.com
annunzio.regantini@it.abb.com
davide.cattaneo@it.abb.com
luciano.di_maio@it.abb.com
Литература
- IEEE 323 Стандарт IEEE для квалификационных испытаний оборудования класса 1E для АЭС.
- IEEE 344 Рекомендуемые практики проведения сейсмических квалификационных испытаний оборудования класса 1E для АЭС.
- МЭК 60780 АЭС - Электрооборудование систем безопасности - квалификационные испытания.
- МЭК 60980 Рекомендуемые практики проведения сейсмических квалификационных испытаний электрооборудования систем безопасности АЭС.
Дополнительная литература
EN 61000- выпуск 4 Электромагнитная совместимость - Методики испытаний и измерений.
Заглавный рисунок
Сейсмографы применяются как для записи реальных землетрясений, так и для мониторинга испытаний на вибростенде.
*Институт инженеров по электротехнике и электронике
**Международная Электротехническая Комиссия
Источник: AББ
