Файл: Сидоренко, В. А. Вопросы безопасной работы ВВЭР к 10-й годовщине пуска первого блока Нововоронежской атомной электростанции.pdf

189

Второй вывод: основным средством защиты активной зоны должно быть создание надежной схемы циркуляции теплоносителя.

Возможность отказа системы циркуляции теплоносителя должна соот­ ветствовать допустимой вероятности повреждения тепловыделяющих элементов. Хотя количественная характеристика этих двух сторон оезопасной эксплуатации реактора в настоящее время отсутствует,

опыт разработки ВВЭР позволил выбрать эффективные и целесооб­ разные пути решения возникшей проолемы.

В первых двух поколениях ВВЭР циркуляция теплоносителя в первом контуре ооеспечивается бессальниковыми циркуляционными насосами, которые с точки зрения рассматриваемых процессов обла­ дают наименее блыгоприятными характеристиками: герметичное ис­ полнение ротора электродвигателя обусловило малые габариты вра­ щающихся частей агрегата и соответственно малые маховые массы и малый момент инерции, поэтому циркуляция, обеспечиваемая бес­ сальниковыми насосами, крайне чувствительна ко всем нарушениям электропитания собственных нужд электростанции. На рис. 2.3-2

приведена кривая торможения ротора электронасоса 1-го блока НВ А Х - ПИ-138, кривая уменнпения расхода теплоносителя при полном отключении всех насосов и кривая изменения расхода при

нарушении электропитания, характерном для случая короткого замы­ кания в системе, отключенного резервными защитами (время переры­ ва электропитания 0,4 сек). Эти кривые могут быть сопоставлены с кривой уменшения теплового потока от твэл к теплоносителю пос­ ле срабатывания аварийной защиты реактора^ приведенной там же.

Проектное решение по обеспечению надежной циркуляции тепло­ носителя в реакторной установке, принятое для 1-го и 2-го блоков НВ А Х , базировалось на следующем подходе к проблеме. В номи­ нальном значении расхода.(в. количестве нормально работающих на- .

191

сосов) устанавливается запас, соответствупций возможной потере насосов от единичного нарушения в электрических цепях станции.

Главные насосы питаются попарно от шин 6 кв, и рассматриваемым нарушением является короткое замыкание на одной шине, приводящее к торможению двух насосов. При таком нарушении допускается оста­ новка реактора аварийной защитой; допустимая начальная мощность реактора определяется отсутствием кризиса теплообмена в этом пе­ реходном процессе в любом месте активной зоны. Потеря одного на­ соса в этих условиях должна быть достаточно безопасной и без аварийной остановки реактора. Чтобы снизить величину запаса в расходе (в количестве насосов), источники электропитания насо­ сов расчленяются. Таким расчленением является упомянутое под­ ключение насосов попарно к различным шинам. Кроме того, для уменьшения взаимного влияния различных питающих шин они подклю­ чаются к различным источникам напряжения, отсекаемым аварийны­ ми разъединителями от мест возможных коротких замыканий в общей электросхеме станции. Такими источниками напряжения являются собственные генераторы АЭС: питающие шины ГЦН подключены к от­ пайкам генераторов, в случае падения напряжения в системе генера­ торы отключаются от системы и обеспечивают питание ЩН . Харак­ тер выбранных источников напряжения в максимальной степени дол­ жен обеспечить при дальнейшем развитии аварийного процесса не­ прерывность электроснабжения насосов в самый критический период,

когда тепловой поток из твэл после срабатывания защиты реактора еще не снизился до безопасного уровня. Это требование выполняет­ ся путем использования электромеханического выоега турбогенера­ тора; аварийная остановка реактора требует (во избежание резко­ го расхолаживания реакторной установки) остановки турбин и отклю-

1 9 2

чения генераторов от системы, но инерция вращения ротора турбо­ генератора позволяет обеспечить питание насосов в течение всего опасного периода. Для смягчения протекания процесса аварийной остановки станции предусмотрено еще две меры: при сохранении напряжения в системе и срабатывании стопорного клапана турбины генератор может до двух минут работать в электромоторном режиме,

потребляя энергию из сети; при исчезновении напряжения в систе­ ме и отключении генераторов от сети (режим полного обесточения электростанции) турбина на сниженном уровне мощности (до уров­ ня собственных нужд) может еще некоторое время работать за счет остаточного тепловыделения и расхолаживания (в допустимых пре­ делах) первого контура и парогенераторов - паровой выбег турбо­ генератора, после исчерпания которого и закрытия стопорных кла­ панов турбины следует электромеханический выбег. Помимо пере­ численного в электрической схеме I и 2-го блоков НВ А Х пред­ усмотрены генераторы напряжения 12,5 гц , которые служат для питания Щ Н в процессе охлаждения остановленного реактора при полном обесточении А Х после исчерпания выбега турбогенерато­ ров (снижения частоты напряжения до 35 гц ). Принципиальная схема электроснабжения 1ЦН 1-го блока НВ А Х приведена на рис. 2.3-3 . Основной принцип, положенный в основу формиро­ вания схемы: обеспечение сохранности активной гоны при любом

единичном коротком замыкании или повреждении и поеледупцем от­ казе одного любого элемента схемы, неисправность которого могла остаться незамеченной (например, неотключение генератора от системы, приводящее к потере двух насосов). Исходя из этого принципа самым жестким нарушением, определяющим выбор предельг-

ной тепловой мощности реактора ВВЭР-I (в условиях срабатывания аварийной защиты), является посадка напряжения в системе, при-

134

водящая к перерыву питания всех насосов и отключении генераторов от сети (режим полного обесточения, реализуемый при перерыве напряжения более 0,5 сек) с последующим полным торможением двух насосов (несрабатывание одного генераторного выключателя) и ра­ боте четырех насосов от выбега турбогенераторов. Аналогичный подход осуществлен в проекте 2-го блока ЕВ АЭС с некоторыми от­ личиями по допустимым перерывам электропитания и условиям сраба­ тывания аварийной защиты реактора. На тех же принципах решено

надежное охлаждение реактора АЭС Райнсберг, с учетом того, что на АЭС имеется только один турбогенератор и 3 ЩИ.

Ббльшие по масштабу, но и менее вероятные, нарушения (на-

пршер, одновременное полное отклняение четырех или шести насо­

сов) чреваты повреждениями активной зоны, но в проектных реше­

ниях не учитываются. Подученный до настоящего времени опыт экс­ плуатации АЭС подтвердил достаточную надежность этих решений.

Б проектах ВВЭВ-440, также использующих бессальниковые циркуляционные насосы, рассмотренный принцип обеспечения надежно­ го охлаждения реактора, получил дальнейшее развитие. Как уже об­ ращалось внимание ранее, в реакторных установках ВВЭР-440 уста­ новлено шесть ГЦН, в соответствии с этим обеспечено три источни­ ка напряжения , и к каждому из них подключено по 2 насоса, тем самым в расходе теплоносителя заложен запас на возможное отклю­ чение двух насосов. Одним из источников напряжения является сеть,

а два другие -полностью независимы от сети: предусмотрено два ге­ нератора собственного расхода, расположенные по одному на валу каждого из двух главных турбогенераторов, яри отключении главно­ го турбогенератора от сети используется механический выбег всего турбогенераторного агрегата. Полная независимость трех источни­ ков питания позволяет принять в качестве предельного нарушение,

195

на которое ориентирован выбор допустимой тепловой мощности (при тех же принципах наложения повреждений, что рассмотрены выше) -

полное отключение двух насосов при бесперебойном питании осталь­ ных. При этом запас расхода оказывается достаточным, чтобы избе­ гать аварийной остановки реактора в таком режиме; предусматрива­ ется .лишь автоматическое снижение мощности на случай возможного развития повреждений. Предусмотренная автономность питания ГЦН делает станцию с реактором ВВЭР-440 более нечувствительной к ха­ рактеристикам энергосистемы по сравнению с первыми АЭС.

Отключение более чем двух насосов на номинальной мощности является опасным не столько со стороны повреждения телловвделя-

вдих элементов, что , как было сказано, не учитывается в проект­

ных решениях в связи с малой вероятностью такого события, а ско­ рее со стороны сохранения целостности циркуляционного контура.

Полное отключение четырех насосов и более приводит к резкому вскипанию теплоносителя и большому повышению давления, способно­ му повредить первый контур. Такое повреждение могло бы быть бо­ лее опасным, чем повреждение тепловыделяющих элементов.

На рис. 2.3-4 показано изменение давления в первом контуре и в компенсаторе объема реактора ВВЭР-440 в случае отклю­ чения четырех насосов из шести и всех шести насосов. Видно, что нормальная проектная система компенсации ооъема может справить­ ся с первой аварией (максимальное давление немного выходит за рамки расчетного - 140 кг/см^), но в случае отключения шести на­ сосов давление может превысить 190 ата.

Для предотвращения повреждения контура в случае отключе­ ния большого числа насосов в реакторной установке ВВЗР-440 пред­ усмотрена специальная конструктивная мера: главный циркуляцион­ ный трубопровод соединен с паровой частью компенсатора объема

трубопроводом диаметром 200 мм, снабженным обратным клапаном.

При резком повышении давления в контуре, гашение которого не обеспечивается нормальной рабочей схемой компенсатора объема,

происходит прямой перепуск воды в паровую часть компенсатора объема, что сдерживает рост давления и оставляет его в безопас­ ных рамках.

Основным недостатком рассмотренных схем обеспечения надеж­ ного охлаждения активной зоны с бессальниксвыъякасссами являет­ ся большой запас расхода на ожидаемое отключение насосов. Воз­ можный выход из этого положения - дальнейшее дробление схемы питания собственных нуззд при сохранении или увеличении количест­ ва насосов - влечет за собой понижение общей надежности установ­ ки, повышение' капитальных затрат и противоречит тенденции укруп­ нения оборудования. Поэтому наилучшим был признан путь повышения инерционности самих насосов, чтобы сделать их нечувствительными к нарушениям в электрических цепях станции. Такие насосы разра­ ботаны для реактора ВВЭР-1000 и разрабатываются для замены насо­ сов ПЩ-310 в реакторных установках ВВЭР-440. Насос для ВВЭР-1000

ЩН-195 с вынесеным электродвигателем и уплотнением вала - снаб­ жен специальным маховиком, увеличивающим общий момент инерции ротора насосного агрегата, чтобы обеспечить постоянную време­ ни торможения насоса не менее 30 сек ( спад расхода теплоно­ сителя в 2,7 раза за 30 оек ) . Такая инерционность позволяет допустить, не предусматривая запасов по расходу на отключение насосов, перерывы электропитания до 3 сек и обеспечивает без­ опасное охлаждение реактора после срабатывания аварийной защиты в случае более длительных посадок напряжения, которые в энерго­ системе происходят крайне редко.