ВВЕДЕНИЕ

При эксплуатации АЭС решающее значение имеет безопасность работы реакторной установки. Один из основополагающих принципов, на котором базируется безопасность работы реакторной установки - это ограничение последствий возможных аварий.

При нормальной работе блока АЭС с ВВЭР на мощности тепловая энергия, вырабатываемая в реакторе, отводится через парогенераторы во 2 контур, где она срабатывается на турбогенераторе. После останова реактора мощность быстро снижается, но за счет запаздывающих нейтронов, радиоактивного распада продуктов деления и аккумулирующей способности материалов активной зоны тепловыделение продолжается.

В реакторах типа ВВЭР через 60 сек. после срабатывания A3 остаточное тепловыделение составляет около 5,7% от номинальной мощности, через 15 минут оно снижается до 3,2%, а через сутки - до 0,9%. Даже после достаточно длительной выдержки ядерное топливо продолжает выделять остаточное тепло.

В условиях нормальной эксплуатации температура оболочек тепловыделяющих элементов находится на уровне 340 0С, при этом температура в центре топливных таблеток достигает 1600 0С (температура плавления двуокиси урана 2800-2900 0С). При внезапном прекращении подачи теплоносителя в активную зону реактора в оболочках твэлов могут появиться дефекты из-за ее перегрева.

Выгруженные из ядерного реактора отработавшие три года ТВС содержат внутри твэлов большое количество радиоактивных веществ (“осколков” деления урана). Сразу после выгрузки одна отработавшая ТВС содержит, в среднем, 0,3 миллиона кюри р/а веществ, которые выделяют энергию 100 кВт.

Только по мере выдержки отработавших ТВС в воде БВ их радиоактивность уменьшается, и мощность остаточных энерговыделений снижается. Рабочее и резервное питание носителей собственных нужд АЭС осуществляется от главной электрической схемы станции через понижающие трансформаторы. Входе некоторых аварийных ситуаций на АЭС возможна полная потеря питания собственных нужд.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1. Состав, назначение и описание принципиальной тепловой схемы блока АЭС

Схему преобразования и использования тепловой энергии рабочего тела в энергетической установке (в том числе в АЭС) называют тепловой. Она наглядно показывает оборудование, участвующее в осуществлении тепловых процессов, и объединение этого оборудования в единую установку линиями трубопроводов. Различают принципиальную и полную (развернутую) тепловые схемы.

Принципиальная тепловая схема включает только основное оборудование - реактор, парогенератор, турбину, основные и вспомогательные теплообменные аппараты (конденсаторы, регенеративные подогреватели, деаэраторы, испарители, холодильники, питательные насосы и компрессоры и т. п.). Состав этого оборудования определяется прежде всего типом термодинамического цикла и его параметрами, видом теплоносителя или рабочего тела и целевым назначением установки. На принципиальной тепловой схеме для достижения большей четкости не показываются оборудование, агрегаты и целые системы, имеющие одинаковое функциональное назначение и работающие параллельно. По тем же соображениям на схему не наносятся дублирующие линии трубопроводов, переключающие и вспомогательные соединительные трубопроводы и арматура.

В отличие от принципиальной тепловой схемы на полной (развернутой) тепловой схеме показывается все оборудование, все агрегаты и системы - рабочие, резервные, вспомогательные. Трубопроводы изображаются со всеми параллельными линиями, обводами и соединениями. Наносится основная и дублирующая арматура. Чертеж полной тепловой схемы сопровождается спецификацией, содержащей данные о типе, числе и технических характеристиках оборудования. Полная тепловая схема и ее спецификация характеризуют уровень надежности и технического совершенства АЭС. Полная тепловая схема разрабатывается после составления и рас­чета принципиальной тепловой схемы, после выбора основного оборудования, решения вопросов о его резервировании и других вопросов, связанных с обеспечением необходимого уровня надежности.

Такая классификация тепловых схем является условной, принятой при рассмотрении тепловых схем электростанций. Встречаются схемы, которые по количеству и составу упрощений занимают промежуточное положение. Например, для принципиальных тепловых схем судовых ядерных энергетических установок обязателен показ резервного оборудования (главного и вспомогательного), принципа построения систем, обеспечивающих работу основного оборудования, в том числе систем охлаждения, смазки, водоподготовки и др.

Принципиальная тепловая схема станции составляется на основании планируемых для нее электрических и тепловых нагрузок с учетом необходимости обеспечения требуемого уровня надежности и экономичности отпуска электроэнергии и теплоты потребителям. При составлении принципиальной тепловой схемы АЭС выбирают:

- тип электростанции;

- тип реактора, его мощность и параметры теплоносителя;

- вид цикла (паротурбинный, газотурбинный, комбинированный и т. п.) и его начальные параметры;

- применительно к паротурбинному циклу: тип, количество, а следовательно, и единичную мощность турбин, схему регенеративного подогрева воды; расположение и тип устройств, обеспечивающих допустимую конечную влажность пара; тип и место включения деаэраторов питательной воды и питательных насосов; тип привода питательных насосов (электрический и паротурбинный) и схему включения приводной турбины; способ и схему подготовки добавочной воды (химическое или термическое обессоливание). При термической подготовке добавочной воды определяют место и схему включения испарителей в систему регенеративного подогрева; схему отпуска теплоты на собственные нужды и внешним потребителям; схемы и оборудование для использования теплоты различных вспомогательных потоков пара и воды (теплоты непрерывной продувки, выпара из деаэраторов, пара из эжекторов и уплотнений турбин и т. п.);

- применительно к газотурбинному циклу: тип и мощность турбин и компрессоров; степень регенерации; количество ступеней сжатия и промежуточного охлаждения газа; схему и оборудование поддержания давления в контуре; схему регулирования мощности для работы на частичных нагрузках; схему очистки газа и др.;

- применительно к комбинированным циклам: параметры соответствующих ступеней комбинированной схемы (газопаровой, натрий-водяной и т. п.); мощность основного оборудования главной ступени.

Таким образом, можно видеть, что принципиальная тепловая схема станции состоит из ряда схем, выбор которых и взаимная увязка в единое целое и составляют задачу начального этапа разработки тепловой схемы станции. Составление принципиальной тепловой схемы может быть проведено лишь на основании предварительных проработок, сопоставления и анализа различных вариантов, оптимизационных и технико-экономических расчетов с учетом опыта эксплуатации действующих станций и результатов научных исследований.

Тепловая схема станции – двухконтурная, замкнутая. Первый контур состоит из реактора и четырех циркуляционных петель. Каждая петля включает парогенератор, главный циркуляционный насос, компенсатор давления, запорную арматуру и трубопроводы из коррозионно-стойкой стали.

Внутренние полости реактора связаны трубопроводами с емкостями системы аварийного охлаждения активной зоны (емкости САОЗ), которые предназначены для подачи в активную зону реактора охлаждающей воды в случае разуплотнения контура с большой потерей теплоносителя.

В первом контуре циркулирует обессоленная вода, за счет работы главных циркуляционных насосов. Проходя активную зону реактора, вода нагревается до температуры 322ºС и поступает в парогенераторы. В парогенераторах теплота передается воде второго контура. Эта вода, испаряясь, превращается в сухой насыщенный нерадиоактивный пар, который под давлением 4,7 МПа и температурой 259ºС поступает на турбину.

Затем отработавший в турбине пар конденсируется в конденсаторе. Конденсат проходит через подогреватели низкого давления, деаэратор, подогреватели высокого давления и поступает в парогенератор.

Для очистки теплоносителя служит ионнообменный фильтр. Перед входом в фильтр вода охлаждается в регенеративном теплообменнике. После чего подается по трубопроводу в реактор, где теплоноситель снова нагревается и повторяет свое движение.

1.2 Назначение и принцип действия рассматриваемой системы

Здание дизель-электрической станции (ДЭС) должно быть рассчитано на все возможные воздействия, возникающие в результате проектных аварий, и на местные природные условия. ДЭС должна быть рассчитана на работу без постоянного присутствия обслуживающего персонала.

В состав сооружений ДЭС входят: помещения, в которых размещены дизель-генератор и вспомогательное оборудование и промежуточный подземный склад топлива.

Дизель-генератор, обеспечивающий один канал системы безопасности, должен устанавливаться в изолированной ячейке и оборудоваться автономными системами топлива, смазки,

охлаждающей воды, пускового воздуха, управления, защиты и сигнализации. Объединение цепей и коммуникаций дизель-генераторов, принадлежащих к разным каналам, не допускается.

Для поддержания дизель-генератора в состоянии постоянной готовности к пуску допускается к пуску допускается оборудовать их системами подогрева воды внутреннего контура и смазки. Агрегаты должны быть автоматизированы не ниже третьей степени и иметь время необслуживаемой работы не менее 240 ч. Дизель-генератор должен допускать запуск и последующую работу без снабжения технической водой в течении не менее 90 сек момента пуска.

Электростанция дизельная автоматизированная АСД-5600 предназначена для использования в качестве автономного, аварийного, а также резервного источника электроснабжения ответственных потребителей атомной электростанции с ВВЭР-1000. Дизель-генераторы систем надежного питания в нормальном режиме АЭС не работают и не могут быть использоваться для иных целей, кроме аварийного питания. Предусмотрена отдельная независимая дизель-электрическая станция для каждой системы безопасности. Итого на одном блоке смонтировано 3 автоматизированных дизель-электрических установок типа АСД-5600.

Система автоматического управления дизель-электростанции АСД-5600 включает системы автоматического регулирования скорости, напряжения, температуры воды внутреннего контура и температуры масла. Также она обеспечивает контроль и управление технологическими операциями при пуске, работе под нагрузкой, останове и дежурстве. Запуск АСД с приемом нагрузки обеспечивается из режима “ДЕЖУРСТВО” при температурах воды и масла в ее системах, а также воздуха в камере всасывания не менее 200С. При этом время с момента команды до подключения АСД на секцию составляет не более 15 секунд.

1.3 Описание, принцип действия, технические характеристики оборудования системы

Генератор синхронного типа СБГД-6300-6У3 предназначен для работы в составе стационарного автоматического дизель-электрического агрегата, используемого для резервного питания систем безопасности.

Способ охлаждения генератора - самовентиляция по замкнутому циклу через выносные воздухоохладители, охлаждаемые технической водой группы “А”. Способ охлаждения возбудителя и подвозбудителя - самовентиляция по разомкнутому циклу.

Генератор выдерживает без каких-либо повреждений двух и трехфазные короткие замыкания в режиме любой нагрузки в течение до 5 секунд.

Таблица 1

Наименование	Значение
Тип генератора	СБГД-6300-6У3
Номинальная мощность, кВА/кВт	7875/6300
Сила тока (приcos =0,8), А	723
Номинальная частота тока, Гц	50
Соединение Лаз обмотки генератора	звезда
Номинальное напряжение, вольт	6300
Частота вращения, об/мин	1000
Динамический момент инерции ротора, нм2	15700
К.П.Д.,%	96,5
Масса генератора, кг	29900
Система возбуждения	бесщеточная

Характеристики генератора и системы автоматического регулирования возбуждения обеспечивают надежное начальное возбуждение генератора без постороннего источника питания. Генератор самовозбуждается в процессе разгона за время не более 8 секунд, его напряжение составляет не менее 95% от номинального при достижении номинальной частоты вращения.

Генератор обеспечивает без обслуживания непрерывную работу в течение не менее 1600 часов и может находиться в течение года в рабочем резерве без персонала с периодическим запуском дизель-генератора согласно графика.

Дизель (изготовления ПО “Русский дизель”, г. Санкт-Петербург) служит для привода электрического генератора и представляет собой вертикальный, 4х вальный, с двухрядным расположением цилиндров двухтактный двигатель внутреннего сгорания с одноступенчатой системой наддува и охлаждением надувочного воздуха.

Одна из главных особенностей этого дизеля - расположение в одном цилиндре двух противоположно движущихся поршней, в просторечии именуемых “боксерами”. Вер­хний поршень является продувочным, а нижний - выпускным. Соответственно, через продувочные окна, открытием которых управляют верхние поршни, воздух поступает в рабочие цилиндры, вытесняя из них через нижние выпускные окна отработав­шие газы в газовыпускные коллекторы. Соответственно, поскольку дизель имеет двухрядное расположение цилиндров с двумя поршнями в каждом цилиндре, то он име­ет 4 коленвала (два верхних и два нижних).

Таблица 2

Наименование	Значение
Тип дизеля	78 Г (18ДПН23/2x30)
Количество цилиндров, шт	18
Диаметр цилиндра, мм	230
Ход поршня, мм	300
Действительная степень сжатия	11
Мощность максимальная, кВт	5882
Номинальная частота вращения коленвалов, об/мин	900
Время автоматического пуска, сек	15
Производительность навесного маслонасоса, м3/час	220
Рабочее давление масла, кгс/см2	4
Расход масла, гр/кВтчас(кг/час)	3,0(17)
Производительность навесного насоса внутреннего водяного контура, м3Мас	270
Рабочее давление воды, кгс/см2	3
Расход топлива, гр/кВтчас(тн/час)	233(1,3)
Расход охлаждающей техводы, м3/час	600

С помощью редуктора-мультипликатора главной передачи осуществляется передача крутящего момента от дизеля на вал отбора мощности генератору с повышением скорости вращения с 896 до 1000 об/мин. Имеются отборы мощности редуктором на приводы ПКВМ и ПМВМ.

Привод крупных вспомогательных механизмов (ПКВМ) служит для передачи вращения к топливному, масляному насосу и через мультипликатор и гидромуфту передает дополнительную мощность к турбокомпрессору.

Привод мелких вспомогательных механизмов (ПМВМ) служит для передачи вращения к регулятору скорости, автомату пуска, распределителям пускового воздуха, датчику электротахометра и реле скорости.

В нижней части картера, на верхнем закрытии, на главной передаче и на приводе крупных вспомогательных механизмов установлены предохранительные клапана. Они служат для защиты корпуса от избыточного давления (например, при вспышке масла) и одновременно являются быстросъемными крышками для осмотра соответствующих механизмов и устройств дизеля.

Вместе с дизель-генератором на АЭС поставляется комплектное устройство КУАС-5600, предназначенное для управления, защиты, сигнализации и автоматического регулирования РДЭС. Согласно ТУ 24.06.407-84 объем автоматического управления обеспечивает:

- автоматический пуск и прием нагрузки, поддержание рабочих технологических и электрических параметров в необходимых пределах;

- подпитку расходных топливных баков;

- поддержание давления воздуха в пусковых баллонах;

- поддержание необходимой температуры воздуха в камере всаса и машзале;

- сигнализацию и аварийную остановку агрегата в случае выхода контролируемых параметров за допустимые пределы.

Комплектное устройство состоит из 4-х релейных шкафов управления (шкаф управления дизелем ШУД, шкаф управления генератором ШУГ, шкафы управления собственными нуждами ШСН1, ШСН2) и блока регламентных циклов аккумулятора.

Также она обеспечивает аварийную остановку станции с отключением нагрузки и включением аварийной сигнализации (световой и звуковой) при:

- повышении t масла более 85 0С (в режиме “ДЕЖУРСТВО” действует только на сигнал);

- повышении t воды внутреннего контура более 85 0С;

- падении давления масла ниже 3,0 кгс/см2;

- срабатывании защиты от многофазных замыканий в обмотке статора;

- повышении частоты вращения вала ДГ более 1150 об/мин;

- незавершенном пуске станции (пуск длительностью более 26 секунд);

- незавершенной остановке станции (в режиме “ДЕЖУРСТВО” действует только на сигнал);

- срабатывании защиты генератора от внешних коротких замыканий;

- срабатывании защиты от однофазных коротких замыканий на “землю” в сети генераторного напряжения (в режиме “ДЕЖУРСТВО” действует только на сигнал);

- срабатывании защиты от двойных замыканий на “землю” (в режиме “ДЕ-ЖУРСТВО” выводится).

Также имеется местный шкаф управления (ШУМ), предназначенный для ручного управления дизель-генератором и обеспечивающий прокачку дизеля маслом, его пуск, нормальную остановку, экстренную остановку и прокрутку ДГ, а также визуальный контроль основных параметров дизеля при его работе. Не рекомендуется работа дизеля в следующих режимах:

- холостой ход продолжительностью более 30 минут;

- непрерывная работа ДГ на полной мощности более 240 часов;

- длительная работа дизеля с нагрузкой менее 2000 кВт.