Эксплуатация АЭС - Принципы построения и структура систем безопасности

ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИСТЕМ БЕЗОПАСНОСТИ ЭНЕРГОБЛОКОВ АТОМНЫХ СТАНЦИЙ 23.1. Принципы построения и структура систем безопасности ЭБ АЭС
Системы безопасности атомной станции предназначены для защиты персонала и населения от внешнего и внутреннего облучения, а окружающей среды - от загрязнения радиоактивными веществами в пределах допустимых норм в условиях нормальной эксплуатации и во всех аварийных ситуациях, включая запроектную аварию.
Для выполнения указанных целей системы безопасности должны обеспечить: аварийную остановку реактора в любых возникающих аварийных ситуациях;
поддержание реакторной установки в подкритичном состоянии; аварийный отвод тепла;
удержание реактивных продуктов в предусмотренных зонах при любых аварийных режимах;
уменьшение последствий запроектных аварий.
Надежность систем безопасности обеспечивается высокой избыточностью (резервированием) для выполнения требуемых функций, а также высоким качеством изготовления, монтажа и эксплуатации. В качестве руководящего принципа при выборе кратности резервирования обычно используется принцип единичного отказа. Кратность резервирования в СБ должна быть такой, чтобы несмотря на единичный отказ функция безопасности была выполнена. Единичный отказ постулируется в любом элементе любой СБ, но одновременно только один (проектные аварии).
Если в процессе развития аварии число независимых отказов СБ будет больше одного (запроектные аварии), то последствия такой аварии могут быть тяжелыми. Хотя вероятность таких событий и мала. Поэтому требования к надежности СБ предъявляются очень высокие.

Системы безопасности атомных станций в соответствии с их функциональным назначением разделяются на защитные, локализующие, обеспечивающие и управляющие.
Структура систем безопасности энергоблока с ВВЭР-1000. Перечень СБ, составленный на основании проекта энергоблока АЭС, следующий.

Защитные системы безопасности.

1. Системы аварийного охлаждения активной зоны реактора (САОЗ): "активная" часть САОЗ; "пассивная" часть САОЗ - система гидроаккумуляторов.
2. Система аварийного впрыска бора высокого давления.
3. Система аварийной подпитки высокого давления.
4. Система аварийной подачи питательной воды в парогенераторы.
5. Система защиты первого контура от превышения давления.
6. Система защиты второго контура от превышения давления.
7. Система удаления парогазовой смеси из первого контура.

Обеспечивающие системы безопасности.

1. Резервная дизель-электрическая станция.
2. Система аварийного электроснабжения.
3. Система технической воды группы " А".
4. Вентиляционные системы:
1. Рециркуляционная система охлаждения помещений САОЗ.
2. Рециркуляционная система охлаждения помещений трубопроводов САОЗ и проходок в днище герметичной оболочки.
3. Рециркуляционная система охлаждения помещений КИП и A I, II, III каналов систем безопасности.
4. Рециркуляционная система охлаждения помещений аварийных питательных электронасосов второго контура.
5. Приточно-вытяжная система вентиляции кабельных помещений 1, II, III каналов СБ.
6. Система охлаждения помещений КИП и панелей.
7. Система охлаждения помещений распределительных устройств собственных нужд СБ.
8. Система кондиционирования воздуха резервного щита управления (РЩУ).
9. Система кондиционирования воздуха блочного щита управления (БЩУ).

Локализующие системы безопасности.

1. Герметичная оболочка первого контура.
2. Система герметичных шлюзов, люков и проходок.
3. Спринклерная система.

Управляющая система безопасности.

1. Система автоматического управления системами безопасности.

Большинство систем безопасности энергоблока с ВВЭР-1000 состоят из трех независимых каналов. Каждый канал системы безопасности имеет возможность выполнить полностью функции соответствующей системы безопасности. При определении в проекте необходимого и достаточного количества независимых каналов
СБ АЭС существенную роль играло то обстоятельство, что конечные участки магистралей защитных систем безопасности (первого контура) от места врезки в первый контур до первого отсекающего органа могут являться причиной аварии. Это предопределило необходимость учета неэффективности одного из каналов даже в случае успешного запуска всех его механизмов и устройств.
Учитывая это обстоятельство и то, что критерии безопасности постулируют отказ одного "активного" защитного и "активного" локализующего устройства в момент аварии на АЭС, все системы безопасности построены по принципу трех независимых каналов. Каналы всех систем безопасности объединены в три независимых друг от друга общеблочных канала. Каждый канал состоит из функциональных групп защитных, локализующих, обеспечивающих и управляющих систем, которых по своей производительности, быстродействию и прочим факторам достаточно для обеспечения радиационной и ядерной безопасности АЭС в любом из режимов ее работы, включая режим запроектной аварии.
Независимость трех общеблочных каналов СБ достигается за счет:
полного разделения каналов в технологической части;
полного разделения каналов в части обеспечения электроснабжения и управления;
территориального разделения.
Принципиальная схема одного канала системы безопасности показана на рис. 23.1.
Структура систем безопасности ЭБ с РБМК-1000. В состав СБ ЭБ с РБМК- 1000 входят следующие системы.

Защитные системы безопасности.

1. Система аварийной защиты реактора.
2. Система аварийного охлаждения реактора (САОР), которую часто называют системой охлаждения реактора питательной водой (СОПВ).
3. Система защиты от превышения давления в КМПЦ.
4. Система защиты от превышения давления в реакторном пространстве (РП).
5. Система защиты от уменьшения (прекращения) расхода воды через технологические каналы и каналы СУЗ.

Обеспечивающие системы безопасности.

1. Резервная дизельная электростанция (РДЭС).
2. Система вентиляции помещений СБ.
3. Система пожаротушения СБ.
4. Система технического водоснабжения.

Локализующие системы безопасности.

1. Система герметичных помещений.
2. Отсечная и герметизирующая арматура.
3. Барботажно-конденсационное устройство (БКУ).
4. Система отвода тепла из герметичных помещений и от БКУ.
5. Система удаления водорода из герметичных помещений. Управляющие системы безопасности.
6. Информационная подсистема.
7. Подсистема управления.

Рис. 23.1, Принципиальная схема канала системы безопасности энергоблока с ВВЭР-1000: 1 — гидроемкость САОЗ; 2— бак запаса дистиллята; 3 - аварийный насос; 4, 8 - баки запаса концентрированного раствора бора; 5 - насос техводоснабжения; 6 — насос аварийной подачи бора высокого давления; 7 — насос аварийного впрыска бора; 9 - приямок-бак; 10 - теплообменник САОЗ; 11 — насос аварийного расхолаживания; 12 - спринклерный насос

Краткая характеристика работы общеблочного канала СБ ЭБ с ВВЭР-1000.
При работе энергоблока в стационарных режимах (на любых уровнях мощности) большинство систем безопасности эксплуатируется в режиме ожидания, т.е. механизмы систем отключены, однако все схемы их управления готовы включить механизмы в работу в любой момент времени.
Во всех режимах, приводящих к аварийной остановке блока с использованием СБ (большая или малая течь первого контура, разрыв паропровода, обесточивание и т.п.) запуск механизмов СБ осуществляется по одной программе независимо от характера и масштаба аварии. Следует отметить, что в аварийных режимах, при которых не происходит обесточивание собственных нужд энергоблока, механизмы СБ включаются все одновременно, а при обесточивании и запуске дизель-генераторов включение механизмов систем безопасности в работу осуществляется автоматически группами по ступеням, через определенные промежутки времени.
Рис. 23.2. Структурно-логическая схема системы безопасности энергоблока:

1- отказ одного канала; 2 - опробование альтернативных каналов; 3 - подтверждение работоспособности альтернативных каналов; 4 - отказ одного из альтернативных каналов; 5 - ремонт отказавшего канала; 6 - команда оператора ОК при длительном ремонте 16 ч; 7 - команда оператора ОК при продолжительности ремонта свыше 16 ч; 8- работа РУ в стационарном режиме; 9 - остановка РУ

Последовательность включения механизмов определена из условий, что работа различных технологических механизмов необходима не позднее определенного времени.
Для всех аварийных механизмов вводится запрет на их отключение оператором, до тех пор пока не будет сформирован соответствующий разрешающий технологический импульс.
Механизмы системы безопасности любого из общеблочных каналов включаются при формировании в соответствующем канале систем управления СБ одного из следующих аварийных сигналов:
разность температуры насыщения и максимальной температуры в любой из 4-х горячих ниток петель первого контура меньше 283 К;
совпадение или последовательное прохождение сигналов по любому из 4-х парогенераторов " снижение давления в паропроводе больше 0,5кгс/см2" (0,049 МПа) и "давление паропровода меньше 55кгс/см2" (4,91 МПа) и "разность температур насыщения первого и второго контуров больше 75-С" (348 К);
давление в герметичном объеме больше 1,3кгс/см2 (0,127 МПа); обесточивание секций собственных нужд энергоблока.
При работе энергоблока на номинальных параметрах системы безопасности находятся в режиме ожидания, что не дает возможности осуществлять постоянный контроль за работоспособностью механизмов, относящихся к этим системам. Поэтому предусмотрена возможность проведения периодических опробований и испытаний СБ, а также периодического визуального осмотра оборудования СБ.
В соответствии с действующим регламентом эксплуатации, если при работе энергоблока на номинальных параметрах в результате осмотра, проведения опробования или ложного срабатывания какого-либо канала СБ обнаружен отказ элемента данного канала, который приводит к невыполнению заданных функций СБ (отказ канала СБ), указанный канал должен быть выведен в ремонт. При этом два других канала системы должны быть опробованы. Если подтверждена работоспособность указанных каналов, разрешается проведение ремонтных работ на отказавшем оборудовании в течение 16 ч без изменения режима работы энергоблока. Если выявлен отказ в одном из двух каналов или продолжительность ремонта превысит 16 ч, энергоблок должен быть остановлен и РУ должна быть переведена в “холодное" состояние.
Структурно-логическая схема ситуации представлена на рис. 23.2.