Турбогенератор

На БАЭС установлены трёхфазные синхронные турбогенераторы ТВВ-1000-4УЗ, изготовленные заводом «Электросила» (г.Санкт-Петербург), предназначенные для выработки электроэнергии при непосредственном соединении с паровыми турбинами. Активная мощность — 1000 МВт, напряжение 24 кВ, частота вращения ротора 1500 об/мин.

Генератор представляет собой трёхфазную неявнополюсную электрическую машину, состоящую из неподвижной части (статора), которая включает в себя сердечник и обмотку и подключается к внешней сети, и вращающейся части (ротора), на которой расположена обмотка возбуждения, питаемая постоянным током. Механическая энергия, передаваемая от вала турбины на вал ротора генератора, преобразуется в электрическую электромагнитым путём: в обмотке ротора под действием электрического тока создаётся магнитный поток, который, пересекая обмотку статора, наводит в ней ЭДС. Генератор состоит из статора, торцевых щитов, ротора, выводов с нулевыми трансформаторами тока и гибкими перемычками, газоохладителей, опорного подшипника, уплотнений вала и фундаментных плит. Возбуждение генератора осуществляется от бесщёточного возбудителя типа БВД-1500, состоящего из синхронного генератора обращённого исполнения и вращающегося выпрямителя.

Электроснабжение собственных нужд

Среди потребителей надёжного питания БАЭС имеются электродвигатели мощностью до 8000 кВт и напряжением 6 кВ, а также электродвигатели и устройства малой мощности, присоединяемые к сетям переменного тока 0,4/0,23 кВ. Цепи управления, защиты и контроля получают питание постоянным током 220, 110, 48, 24 В, поэтому в схемах электроснабжения собственных нужд предусматриваются секции надёжного питания 6 и 0,4 кВ и щиты постоянного тока. Работу этих секций обеспечивают трансформаторы собственных нужд, имеющие резерв, а также комплектные распределительные устройства и распределительные пункты.

Для системы аварийного электроснабжения предусмотрены источники автономного электроснабжения: автоматизированные дизель-генераторы и аккумуляторные батареи. Дизельных электростанций АСД-5600 мощностью 5600 кВт каждая и напряжением 6 кВ имеется по 3 на каждый энергоблок, они разворачиваются в течение 15 секунд и способны работать 240 часов в необслуживаемом режиме. Применяются свинцово-кислотные аккумуляторные батареи VARTA Vb2413(2414) и СНУ-34, 6 на каждый блок, с ёмкостью десятичасового разряда 1300—1400 А·ч у каждой батареи. Они эксплуатируются в режиме постоянного подзаряда, включаются практически мгновенно и рассчитаны на работу в течение 30 минут после потери источника электропитания. Кроме батарей в агрегат бесперебойного питания входят выпрямители, инверторы и тиристорные коммутационные устройства.

Назначение водно-химического режима первого контура ас с реакторами ввэр-1000

Уменьшение скорости коррозии оборудования первого контура невозможно только путем увеличения коррозионной стойкости конструкционных материалов необходим выбор оптимального ВХР и средств его поддержания. Для первого контура является актуальной проблема создания и поддержания таких физико-химических свойств теплоносителя, которые предотвращали бы коррозионные повреждения конструкционных материалов оборудования и образование отложений на его поверхностях. Водно-химический режим (ВХР) является одним из важнейших факторов, влияющих на надежную, экономичную и безопасную эксплуатацию АС.

С начала эксплуатации первых блоков АС и до начала 70-х годов прошлого столетия ВХР АС регламентировался лишь проектной и конструкторской документацией. На начальном этапе разработки проектно-конструкторской документации и показателей качества ВХР были проведены фундаментальные исследования по выбору конструкционных материалов, оболочек ТВЭЛов, корпусов реакторов, внутрикорпусных устройств, и другого основного оборудования, а также установлены требуемые нормы качества теплоносителей.

На основе анализа опыта эксплуатации отечественных АС и норм ВХР

энергоблоков ряда зарубежных стран, разработано руководство по безопасности, определяющее основные требования к установлению, организации и поддержанию ВХР, направленные на сохранение целостности защитных барьеров и обеспечение радиационной безопасности АС.

Руководство по безопасности устанавливает ряд основных требований к ВХР АС, в том числе:

- ВХР АС следует устанавливать, организовывать и поддерживать таким

образом, чтобы обеспечивалась целостность защитных барьеров (оболочек

тепловыделяющих элементов, границы контура теплоносителя, герметичных

ограждений локализующих систем безопасности;

- коррозионное и коррозионно-эрозионное воздействие теплоносителя и

других рабочих сред на конструкционные материалы оборудования и

трубопроводов систем АС не должно приводить к нарушению пределов и условий безопасной эксплуатации АС;

- ВХР АС должен обеспечивать минимальное количество отложений на

теплопередающих поверхностях оборудования и трубопроводов;

- ВХР АС должен быть направлен на снижение радиационных полей,

возникающих в результате ионизирующего излучения активированных

продуктов коррозии, образующих отложения на поверхностях оборудования и

трубопроводов систем АС, с учетом массопереноса активированных продуктов коррозии в оборудовании и трубопроводов.

Для обеспечения надежности работы оборудования АС в течение всего

периода эксплуатации ВХР 1-го контура должен обеспечивать требуемое качество теплоносителя 1-го контура, подпиточной воды, воды бассейна выдержки и перегрузки топлива, вспомогательных систем и систем безопасности для следующих состояний энергоблока при нормальной эксплуатации:

-пуск энергоблока из "холодного" состояния, после состояния "перегрузка

топлива" или останов для ремонта;

-горячее состояние энергоблока и состояние "реактор на МКУ";

-работа энергоблока на энергетических уровнях мощности;

-расхолаживание реакторной установки, "холодное состояние" энергоблока

и состояние "останов для ремонта" или "перегрузка топлива".

Для первого контура при работе энергоблока АС с реакторами ВВЭР-1000 на энергетических уровнях мощности предусмотрено ведение слабощелочного восстановительного аммиачно-калиевого водно-химического режима с борной кислотой. Бор в виде борной кислоты используется в качестве поглотителя нейтронов при мягком регулировании реактивности активной зоны реактора за счет изменений концентрации борной кислоты в теплоносителе.

При компенсации избыточной реактивности активной зоны реактора жидким поглотителем нейтронов борной кислотой, к водно-химическому режиму первого контура ВВЭР накладываются дополнительные требования.

Борная кислота обладает целым рядом важных преимуществ по сравнению с

другими растворимыми в воде поглотителями нейтронов. Она хорошо растворима в воде и ее растворимость растет с повышением температуры; практически не реагирует с материалами 1-го контура, причем ее инертность растет с повышением температуры; не откладывается и не дает соединений, способных откладываться на внутренних поверхностях конструкционных элементов реакторной установки. При высокой температуре кислотные свойства борной кислоты, добавляемой в теплоноситель для регулирования реактивности, так же уменьшаются, что связано с уменьшением степени диссоциации борной кислоты и уменьшением концентрации водородных ионов, образующихся в результате реакции диссоциации. Вместе с тем борная кислота имеет и определенные недостатки, приводящие к необходимости корректировки водного режима. Введение непосредственно в теплоноситель борной кислоты приводит к резкому снижению величины рН теплоносителя и связанному с этим росту коррозионных отложений на ТВЭЛах.

Кроме того, борная кислота затрудняет очистку теплоносителя от некоторых примесей, например, хлоридов и приводит к необходимости коррекции водного режима путем подщелачивания. Для нейтрализации борной кислоты в теплоноситель вводится раствор едкого калия. Массовая концентрация борной кислоты в теплоносителе поддерживается в зависимости от запаса реактивности реактора.

В процессе работы энергоблока текущая концентрация борной кислоты в

течение топливного цикла реактора монотонно снижается, от стартовой

концентрации около 7,5 г/дм3, до минимальной около 10 мг/дм3. Снижение концентрации борной кислоты в теплоносителе производится посредством водообмена. При необходимости снижения текущей концентрации борной кислоты в теплоносителе до менее 0,5 г/дм3, целесообразно выполнять

дальнейшее снижение концентрации борной кислоты за счет ее сорбции

включением в работу фильтра установки СВО-2 с загрузкой ионита в ОН-форме резервной технологической нитки. После достижения равенства концентраций борной кислоты на входе и после фильтра с анионитом его загрузка подвергается регенерации и переводится в ОН-форму.

Не менее важен вопрос о выборе и методах поддержания оптимального

значения рН теплоносителя. Повышение рН позволяет снизить скорость коррозии нержавеющей и углеродистой сталей и уменьшить поступление продуктов коррозии в теплоноситель. При этом следует иметь в виду, что при высоких значениях рН ускоряется коррозия циркониевых сплавов. Практически на всех энергетических реакторах для получения необходимого значения рН теплоносителя применяется коррекция водного режима путем дозирования в контурную воду щелочи. Увеличение рН введением щелочей повышает растворимость продуктов коррозии и в первую очередь наиболее характерного для 1-го контура магнетита Fe₃O₄. Растворимость магнетита в нейтральной, кислой и слабощелочной средах, уменьшается с повышением температуры, что создает условия для неблагоприятного переноса продуктов коррозии и их отложений на наиболее горячие участки контура, т.е. на оболочки ТВЭЛов. С увеличением концентрации щелочи процесс идет в обратном направлении, что предпочтительнее. По своей агрессивности щелочи и основания располагаются в следующий ряд:

LiOH > NaOH > KOH > NH₃

В этом ряду аммиачный водный режим наиболее безопасен в отношении коррозии оболочек ТВЭЛов из сплавов циркония. Однако аммиак как регулятор рН теплоносителя имеет существенный недостаток. При высокой температуре (около 300 °С) аммиак мало диссоциирован и его основные свойства ослаблены. Поэтому для поддержания необходимого значения рН теплоносителя при работе реактора на мощности требуются очень высокие концентрации аммиака (до 0,1 г/дм3 и выше), что опасно из-за радиолитического разложения аммиака и увеличения равновесной концентрации водорода и может привести к охрупчиванию корпусной стали. Применение NaOH отпадает в связи с сильной активацией Na в реакторе и увеличением активности теплоносителя за счет распада сравнительно короткоживущего изотопа 24Na. При использовании LiOH из изотопа ₆Li, содержащегося в естественном литии в количестве 6,5 %, образуется тритий по реакции:

Li + n = ₄He + ₃H

Калий также активируется нейтронами и образует радиоактивный изотоп 42К по реакции:

₄₁К + n = ₄₂К + γ

с периодом полураспада 12,36 ч. Однако, активность 42К в теплоносителе невелика, так как содержание изотопа 41К в естественном калии составляет всего 6,41 %, в связи, с чем для нейтрализации борной кислоты применяется гидроокись калия.

H₃BO₃ + KOH →KH₂BO₃ + H₂O

При регулировании рН теплоносителя едкими щелочами необходимо учитывать, что высокие концентрации щелочи могут привести к коррозионному растрескиванию нержавеющей стали. Для поддержания необходимого значения рН в воде первого контура в зависимости от концентрации борной кислоты, используется специальная методика дозирования необходимого объема КОН. При необходимости

незначительного увеличения концентрации калия в воде первого контура его

можно вытеснить из катионитового фильтра, дополнительным введением аммиака с подпиточной водой. Аммиачно-калиевый режим позволяет очень удобно нейтрализовать влияние борной кислоты. При работе реактора на мощности и при высокой температуре теплоносителя, основным нейтрализующим агентом является гидроокись калия. При низкой же температуре теплоносителя происходит усиление основных свойств аммиака, что позволяет поддерживать необходимое коррозионно-безопасное значение рН без дополнительного увеличения концентрации едкого калия. Катионитовые фильтры в этом режиме работают в смешанной К+—NH4+ -форме, и концентрация калия в теплоносителе стабильно поддерживается. Коэффициент равновесия "К", называемый также коэффициентом распределения или избирательности, зависит от свойства ионита и раствора, от температуры и концентрации раствора и от количественного соотношения взаимодействующих ионов. На практике оптимальная концентрация ионов К+ и NH4+ в ионите создается в процессе работы фильтра. В период после выхода реакторной установки на мощность катионит в фильтрах переводится в аммонийную форму путем поглощения аммиака из теплоносителя. Затем в теплоноситель дозируется щелочь КОН. Установление равновесия по калию между фильтром и водой 1-го контура заканчивается примерно через 10 суток, путем постепенного дозированного ввода щелочи. По достижении необходимой устойчивой концентрации калия в воде 1-го контура ввод едкого калия прекращается, и в дальнейшем в контур вводится только аммиак.

Стабильная концентрация калия в теплоносителе достигается устойчивым

удержанием его в катионитовых фильтрах, работающих в аммиачно-калиевой форме. В калиевую форму переводится примерно 10 % катионита, что при общей емкости фильтра 1 м3 соответствует 100 л. При полной емкости сильно- кислотного катионита, равной 2,0 г-экв/дм³, для этого необходимо 170 — 200 г-экв едкого калия (или 10 —11 кг). При работе реакторной установки на мощности снижение интенсивности роста отложений на поверхностях ТВС и накопление активированных продуктов коррозии на поверхности оборудования обеспечивается поддержанием суммарной молярной концентрации щелочных металлов (K, Na и Li) в теплоносителе первого контура в соответствии с графиком оптимальной координирующей зависимости их от текущей концентрации борной кислоты. При расчете необходимого для ввода в первый контур объема КОН учитывается содержание в теплоносителе примесей натрия и лития. Оптимальное значение и диапазон допустимых концентраций, щелочных металлов (калия, лития и натрия) определяются по результатам расчетов водородного показателя теплоносителя рН, при рабочих параметрах, положенных в основу оптимизации и обоснования безопасности принятого водно-химического режима. Попадание натрия в 1-й контур маловероятно, и содержание его в теплоносителе, как правило, незначительно. Что же касается лития, то присутствие его в теплоносителе при регулировании реактивности реактора борной кислотой, неизбежно и при расчете количества дозируемой щелочи необходимо учитывать, что в процессе работы реактора в теплоносителе 1-го контура накапливается изотоп ₇Li, что ведет к повышению рН.

₁₀B + n,α → ₇Li + ₄He + Eγ

Например, за одну кампанию реакторной установки ВВЭР-440 в 1-м контуре накапливается примерно 800 г ₇Li. Если бы весь накопленный литий оставался в воде, то его концентрация достигла бы 4 мг/дм³. Фактическая же средняя концентрация лития примерно в 10 раз меньше. Это свидетельствует о том, что основная масса Li сорбируется катионитом в фильтрах СВО-2. Поскольку литий химически более активен, чем калий, его влияние на рН теплоносителя необходимо учитывать, соответственно уменьшая концентрацию КОН. Суммарная молярная концентрация щелочных металлов (калия, лития и натрия) должна поддерживаться в зависимости от текущей концентрации борной кислоты в пределах зоны А, указанной на графике координирующей зависимости показанной на рисунке 1, что соответствует оптимальному интервалу 7,0-7,2 водородного показателя рН теплоносителя при рабочих параметрах. Нормируемая суммарная концентрация ионов щелочных металлов (K+ Na+ Li+) в теплоносителе обеспечивается, в основном, содержанием калия. Уточненное содержание суммы щелочных металлов определяется по формуле:

Σщел. = [Li+]:7 + [Na+]:23 + [K+]:39, ммоль/дм³

где Σщел. – суммарное содержание щелочных металлов, ммоль/дм³; [Li+] – концентрация лития, мг/дм3; [Na+] – концентрация натрия, мг/дм3; [K+] – концентрация калия, мг/дм3.

В случае необходимости повышения в теплоносителе 1-го контура суммарной концентрации щелочных металлов (К+, Na+, Li+), в подпиточную воду дозируется расчетное количество гидроокиси калия (КОН), на уровне, обеспечивающем повышение суммарной концентрации щелочных металлов в теплоносителе до значения оптимального режима на линии графика координирующей зависимости в середине зоны А, для текущей концентрации борной кислоты. Зона А соответствует диапазону допустимых значений; зоны Б и В соответствуют первому уровню отклонений; зоны Г и Д соответствует 2-му уровню отклонений; зона Е соответствует 3-му уровню отклонений. В случае необходимости вывода из теплоносителя первого контура избытка щелочных металлов в работу вводится Н+-катионитовый фильтр рабочей группы установки СВО-2. Продолжительность работы Н+-катионитового фильтра определяется на основании результатов химического анализа проб теплоносителя.

Данный ионообменный фильтр выводит из теплоносителя и накапливает

ионы щелочных металлов (К+, Na+, Li+) и аммиака (NH₃). За счет работы фильтра установки СВО-2 с загрузкой катионита в Н-форме достигаться снижение суммарной концентрации щелочных металлов до значения на линии оптимального режима в середине зоны А, для текущей концентрации борной кислоты.

Рис. 1 – График зависимость суммарной молярной концентрации щелочных

металлов (K++Li++Na+) в теплоносителе 1-го контура от текущей концентрации борной кислоты

После достижения насыщения, соответствующего равенству концентраций

щелочных металлов (К+, Na+, Li+) до и после катионитового фильтра, загрузка ионита фильтра подвергается регенерации и переводится в Н+- форму. Подавление образования окислительных продуктов радиолиза в теплоносителе обеспечивается так же поддержанием концентрации водорода в воде 1-го контура в диапазоне допустимых значений посредством непрерывного или периодического дозирования в подпиточную воду аммиака или гидразингидрата, которые проходя через активную зону реактора радиолитически разлагаются с образованием водорода и азота.

Концентрация аммиака в теплоносителе должна поддерживаться на уровне, обеспечивающем концентрацию водорода в пределах от 2,2-4,5 мг/дм³ или 25-50 нмл/дм³. Нижний предел концентрации аммиака составляет 3 мг/дм³, а верхний предел равновесной концентрации аммиака определяется верхним пределом концентрации водорода в теплоносителе. Концентрацию растворенного водорода в теплоносителе первого контура необходимо максимально устойчиво поддерживать около 3 мг/дм³, не допуская отклонения из диапазона 2,2-4,5 мг/дм³. При снижении концентрации водорода в теплоносителе до нижнего предела, 2,2 мг/дм³ необходимо увеличить дозирование аммиака в контур. С целью исключения вымывания из анионитной загрузки рабочих фильтров СВО-2 ранее сорбированных хлорид-ионов, с превышением указанного в таблице предела требуется не допускать повышения концентрации аммиака в теплоносителе более 30 мг/дм³. В случае превышения концентрации аммиака в теплоносителе более 30 мг/дм³ следует организовать контроль концентрации хлорид иона в теплоносителе. При превышении концентрации растворенного водорода в теплоносителе более, верхнего предела 4,5 мг/дм³, дозирование аммиака прекратить и (при необходимости) следует увеличить расход продувки-подпитки первого контура, при этом не допускать снижения концентрации водорода ниже 2,2 мг/дм³ и аммиака в теплоносителе первого контура ниже 3 мг/дм³.