книги из ГПНТБ / Сидоренко, В. А. Вопросы безопасной работы ВВЭР к 10-й годовщине пуска первого блока Нововоронежской атомной электростанции

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.

198

Дополнительные маховые массы утяжеляют насосный агрегат,

и поэтому дальнейшее усовершенствование конструкции насосов должно идти по пути повышения рабочей скорости вращения рото­ ра.Помимо того что увеличение быстроходности насоса уменьша­ ет его габариты и вес, выбег насоса увеличивается пропорцио -

нально квадрату начальной скорости (при одинаковых характери­ стиках по инерционности необходимые маховые массы уменшают-

ся пропорционально квадрату увеличения скорости вращения).

В качестве предельного нарушения, определяющего допусти­ мый уровень тепловой мощности, в реакторе ВВЭР-1000 рассмат -

ривается режим полного обесточения (перерыв питания всех насо­ сов более 3-х секунд) со срабатыванием аварийной защиты реак­ тора. Возможный случай быстрого заклинивания вала одного на­ соса рассматривается как достаточно маловероятный и может при­ вести к кризису теплообмена в наиболее теплонапряженных участ­ ках активной зоны (в процессе остановки реактора).

Таким образом, основной меркой допустимого уровня тепло­ вой мощности реактора со стороны теплоотвода является величи­ на гарантированного значения расхода в рамках рассматриваемых проектом нарушений оборудования и условий эксплуатации. В свя­ зи с этим все характеристики установки, определяющие величину гарантированного расхода, подвергаются тщательному исследова­ нию на различных этапах проектирования и освоения АЭС.

Первая из этих характеристик - номинальное значение расхо­ да теплоносителя.На стадии проекта для определения расхода теп­ лоносителя в различных эксплуатационных режимах используются р четные гидравлические характеристики циркуляционного контура и

199

проектные характеристики насоса, обеспечивающие требуемы;: про­ ектом расход» По мере развития проекта расчетные величины уточ­ няются экспериментальными данными по отдельным элементам конту­ ра, и перед пуском объекта в эксплуатацию, как правило, имеют­ ся уточненные расчетные гидравлические характеристики контура и экспериментальные характеристики насосов (зависимость напора

от расхода), полученные на испытательном стенде завода-изгото-

вителя. Эти данные определяют ожидаемое значение расхода перед началом пуско-наладочных работ.

Главные циркуляционные контуры реакторых установок ВВЭР не обеспечиваются измерителями расхода. Исключениями являются

реакторные установки ВВЭР-I и ВВЭР-2, где установлены измеритель­ ные трубки (поперечно обтекаемый цилиндр с отборами давления по противоположным образующим), но точность их тарировки не позво­ ляет рассматривать эти расходомеры как наиболее достоверный ис­ точник информации о расходе теплоносителя по сравнению с други­ ми. Поэтому первое уточнение расхода и одновременно гидравличес­ ких характеристик контура происходит на основании заводских ха­ рактеристик насосов. Однако опыт пуско-наладочных работ всех ВВЭР показывает, что, как правило, фактическое сопротивление контура оказывается меньше расчетного, и рабочая точка насоса оказывает­ ся на хвосте или за пределами экспериментальной заводской харак­ теристики насоса, и поэтому полученное значение расхода требует дальнейшего подтверждения или уточнения. Следующий этап уточне­ ния гидравлических характеристик контура и расхода теплоносителя-

при работе на больших уровнях мощности, на основании сведения тепловых балансов по первому и второму контуру. Многократные за­ меры тепловой мощности установки по второму контуру различными способами позволяют получить достоверные ее значения, соответст-

200

вувдие определенным значениям подогрева теплоносителя в реак­ торе и охлаждения его в каждом парогенераторе. Тем самым уточня­ ются номинальные значения расхода в каждой петле и в целом - че­

рез реактор. На рис. 2.3-5 приведены типичные графики теплово­

го баланса, полученные при пуско-наладочных работах П и Ш блоков НВ АЭС.

Вторая характеристика, достоверное значение которой важ­ но при определении допустимых условий работы установки - изме­ нение расхода во времени при рассматриваемых нарушениях режима,

Все многообразие эксплуатационных режимов изменения расхода ана­ лизируется расчетным путем, но в ходе проектирования и пуско-на­ ладочных работ некоторые процессы исследуются экспериментально,

в результате чего удается проконтролировать достоверность рас­ четных методов анализа и ликвидировать излишние запасы на не­ точность знания процесса. Наиболее важны параметры, характери­ зующие нестационарную работу ГЦН и требующие экспериментально­ го подтверждения: зависимость вращающего момента электродвига­ теля и момента сопротивления ротора 1ЦН от скорости вращения,

изменение величины питающего напряжения,в частности, величина остаточного напряжения на шинах питания насоса в рассматривае­ мых режимах коротких замыканий.

На рис. 2 . 3 - 6 приведены полученные при пуско-наладо'-

ных работах на 2-м блоке НВ АЭС экспериментальные данные, на

основании которых были уточнены характеристики ГЦН и рассматри­ ваемых процессов, использованные далее в окончательных расчетах допустимых режимов эксплуатации. Кривые пуска и торможения нас» са позволяют уточнить вращающий момент и момент сопротивления,

203

Можно обратить внимание на то, что экспериментально полу­ ченное значение остаточного напряжения - 0,25 от номинального -

позволило убрать излишний запас в расчетах, где ранее принима­ лось нулевое значение остаточного напряжения. Это оказалось су­ щественным при определении допустимых режиг,юв эксплуатации бло­ ка.

Устанавливающиеся в переходных режимах значения расходов теплоносителя через активную зону определяются при известной гидравлической характеристике контура производительностью ра­ ботающих насосов (с постоянным или переменным числом оборотов)

и шунтирующим действием петель с остановившимися насосами, по­ ка запорные задвижки в них остаются открытыми. Величина обрат­ ного расхода через петлю под действием перепада давления во входной и выходной камерах реактора определяется в первую оче­ редь гидравлическим сопротивлением остановленного насоса, ко­ торое расчетным путем практически определено быть не может и зависит в свою очередь от величины обратного расхода.

Тщательная обработка всех экспериментальных данных по гид­ равлическим характеристикам циркуляционного контура при раз -

личных состояниях насосов и задвижек на петлях позволяет полу­ чить численные значения обратных расходов при различных кон­ кретных сочетаниях работающих и неработающих насосов, но по -

скольку эти значения получаются как з<№ект разницы прямых рас­ ходов, погрешность их весьма велика.