Построение обеспечивающих систем безопасности, как и других систем безопасности, также базируется на принципах резервирования, разнообразия, физического разделения и единичного отказа.

2.3Описание систем безопасности АЭС с реакторами ВВЭР-1000 (В-302)

Вданном подразделе приведено краткое описание основных систем, важных

для безопасности АЭС с реакторами ВВЭР-1000 проекта В-320, находящихся в настоящее время в оперативном управлении персонала всех АЭС Украины. В основу положен материал из работ [2 - 16].

2.3.1 Защитные системы безопасности

Защитные системы служат для предотвращения или ограничения

эксплуатации, применение которых необходимо в аварийных ситуациях, и системы, выполняющие защитную функцию при всех режимах(штатных и аварийных) работы АЭС.

Основными защитными системами реакторов типа ВВЭР-1000 являются: система аварийного останова реактора, система аварийного охлаждения активной зоны и система защиты первого и второго контуров от превышения давления.

Аварийный останов реактора осуществляется двумя независимыми системами: электромеханической системой управления и защиты(СУЗ) и системой ввода бора.

2.3.1.1Система управления и защиты

Вустановках с реакторами ВВЭР-1000 функции СУЗ по нейтронным и теплотехническим параметрам осуществляются комплексно, помощью различных технических средств со специальным программным обеспечением. В их состав входят:

·аппаратура контроля нейтронного потока (АКНП);

·система группового и индивидуального управления стержнями СУЗ (СГИУ);

·аппаратура контроля плотности выделения энергии;

·аппаратура защиты по технологическим параметрам;

·комплекс электрооборудования;

·аппаратура отображения и протоколирования;

·аппаратура логической обработки защитных сигналов;

·аппаратура контроля вибрации внутрикорпусных устройств;

·аппаратура коррекции показаний о нейтронном потоке;

65

·аппаратура регулирования мощности;

·аппаратура размножения сигналов;

·аппаратура формирования аварийных команд.

активной зоне, его характеристик (офсета) и коэффициента объёмной

неравномерности. Все эти функции АКНП обеспечивает с помощью дву независимых комплектов, в состав которых входит различная аппаратура и подсистемы, а также блоки детектирования, расположенные в каналах биологической защиты реактора, в которые входят в качестве датчиков ионизационные камеры деления.

Рабочими органами СУЗ являются поглощающие стержни, которые объединены в пучки, так называемые кластеры, по 18 стержней. Один привод перемещает весь кластер, который по направляющим каналам может двигаться внутри тепловыделяющей сборки. Все ТВС оснащены каналами для входа

Первоначально использовались стержни из стали только с карбидом бора в качестве поглотителя. В проекте В-187 их было 109 кластеров по 12 стержней, в последующих после В-320 проектах — до 121 кластера.

Управление кластерами чаще всего осуществляется не индивидуально. Для удобства управления они объединены в группы органов, во всех проектах по 10, одна из которых используется для оперативного регулирования, 9 других — в

Важными характеристиками групп СУЗ являются их дифференциальные и интегральные эффективности, зависящие от глубины погружения в активную зону и (из-за эффектов интерференции групп и взаимного искаже нейтронного поля) от интенсивности переходного процесса в реакторе. Перед каждой новой загрузкой реактора интегральный вес всех групп и кривые их дифференциальных и интегральных эффективностей тщательно измеряются , и вместе с другими нейтронно-физическими характеристиками, используются персоналом, управляющим реактором. Схема СУЗ реактора типа ВВЭР-1000 приведена на рис.2.1.

66

Рис. 2.1. СУЗ реактора типа ВВЭР-1000

2.3.1.2 Борное регулирование

Кроме поглощающих стержней, в реакторах ВВЭР используется и другой способ изменения реактивности— борное регулирование, то есть изменение концентрации жидкого поглотителя нейтронов, борной кислоты, в первом контуре.

Основная задача борного регулирования заключается в компенсации медленных изменений реактивности в течение кампании реактора. На её начало

медленно изменяющихся эффектов, компенсируемых с помощью борного регулирования, например, шлакование топлива.

Кроме борного регулирования для тех же целей в ВВЭР применяются и другие технические решения, например, стержни с выгорающим поглотителем в

системы продувки-подпитки первого контура(это одна из главных функций системы). Небольшой расход воды через систему продувки-подпи обеспечивает очень малую скорость ввода положительной реактивности для соответствия правилам ядерной безопасности. Для увеличения концентрации борной кислоты её добавляют от системы боросодержащей воды и борного концентрата в систему продувки-подпитки, а оттуда — в первый контур. Для

67

поэтому для вывода борной кислоты используются ионитные фильтры одной из систем спецводоочистки.

Использование борной кислоты в качестве поглотителя позволяет уменьшить неравномерность распределения энерговыделения по активной зоне, так как раствор изменяет нейтронно-физические характеристики равномерно по всему её объёму. Однако, из-за малой скорости ввода реактивности, такой способ практически не применяется для оперативного регулирования в интенсивных переходных процессах. При этом потенциально очень сильное влияние борной кислоты на реактивность позволяет использовать изменение её концентрации в нескольких системах безопасности, которые способны вводить в первый контур большие объёмы воды с высокой концентрацией поглотителя для прекращения цепной реакции. Борная кислота также используется для обеспечения глубокой подкритичности реактора в холодном состоянии и при перегрузке топлива.

Таким образом, система аварийного ввода бора, предназначенная для подачи в первый контур сильно концентрированного раствора борной кислоты(40 г/кг) в аварийных ситуациях при номинальном давлении в первом контуре с расходом6 3/ч, является системой, важной для безопасности. К исходным событиям, требующим ее работы, относятся:

S3 – малые некомпенсируемые течи первого контура диаметром от 11 до 50 мм;

S4 - малые течи, компенсируемые системой ТК, диаметром менее 11 мм;

T1 - обесточивание всех секций нормального электроснабжения;

T4-1 – малая течь из первого контура во второй ;

T4-2 – средняя течь из первого контура во второй ;

T6-1 – неизолируемый разрыв паропровода за пределами ГО между ПГ и БЗОК ;

T6-2 – изолируемый разрыв паропровода за пределами ГО.

Функции безопасности, выполняемые системой

Система выполняет следующие функции безопасности :

ФБ-1 - обеспечение подкритичности реактора; ФБ-2 - поддержание запаса теплоносителя в первом контуре.

Гидравлическое сопротивление трубопровода рециркуляции с учетом установленной дроссельной шайбы меньше, чем номинальное давление в контуре. Поэтому для подачи воды в первый контур оператор должен дистанционно закрыть арматуру на рециркуляцию.

68

Система борного концентрата является системой нормальной эксплуатации, важной для безопасности.

Исходные события, требующие работы системы

К исходным событиям, требующим работы системы, относятся :

S4 - малые течи, компенсируемые системой ТК, диаметром менее 11 мм; T4-1 – малая течь из первого контура во второй ;

Т6-1 – неизолируемый разрыв паропровода за пределами ГО между ПГ и БЗОК; Т6-2 - изолируемый разрыв паропровода за пределами ГО .

Функции безопасности, выполняемые системой

Система выполняет следующие функции безопасности :

ФБ-1 обеспечение подкритичности реактора; ФБ-2 поддержание запаса теплоносителя в первом контуре.

Cигналы и уставки, при которых система вводится в работу

Система вводится в работу при срабатывании аварийной защиты реактора.

После срабатывания системы аварийной остановки реактора в течен длительного времени продолжается остаточное тепловыделение, которое необходимо отводить от активной . зоныДля ВВЭР-1000 остаточное тепловыделение после останова реактора снижается доприблизительно 2% номинальной мощности через5 минут и по истечении суток становится меньше 1%. При авариях с течью первого контура и теплоносителя остаточное тепловыделение отводится системами аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ).

В реакторах типа ВВЭР-1000 для аварийного охлаждения активной зоны предусмотрены три системы: САОЗ высокого давления, гидроемкости САОЗ и САОЗ низкого давления.

2.3.1.3 Система аварийного охлаждения активной зоны высокого давления

режимах, связанных с разуплотнением первого контура. Схема САОЗ высокого давления приведена на рис.2.2.

69

Рис. 2.2. САОЗ высокого давления

Исходные события, требующие работы системы

Система вводится в работу при следующих исходных событиях:

S1 - большие течи первого контура диаметром более200 мм;

S2 - средние течи первого контура диаметром от 50 до 200 мм;

S3 - малые некомпенсируемые течи первого контура диаметром от 11 до 50 мм;

T1 - обесточивание всех секций нормального электроснабжения; Т4 – малые течи, компенсируемые системой ТК, диаметром

менее 11 мм;

T4-1 - малая течь из первого контура во второй; T4-2 – средняя течь из первого контура во второй ;

T6-1 – неизолируемый разрыв паропровода за пределами ГО между ПГ и БЗОК ; Т6-2 – изолируемый разрыв паропровода за пределами ГО.

Функции безопасности, исполняемые системой

Система выполняет следующие функции безопасности:

ФБ-1 - обеспечение подкритичности реактора; ФБ-2 - поддержание запаса теплоносителя в первом контуре.

Сигналы и уставки

Сигналы и уставки, по которым система вводится в работу:

70

-по сигналу включения механизмов второй ступени первой программы ступенчатого пуска (на 5-й секунде после начала работы программы ступенчатого пуска);

-по сигналу снижения разницы температур насыщения первого и второго контуров менее 10ОС;

-по сигналу давления в гермозоне более0,3 кгс/см2 (0,03 МПа);

-по сигналу разуплотнения парогенераторов, который формируется при наличии трех факторов;

-температура теплоносителя первого контура более200oC (473 K);

-давление в парогенераторе равно или менее 50 кгс/см2 (4,90 МПа);

-разница между температурой насыщения котловой воды в парогенераторе и температурой насыщения I контура для текущего давления равна или более 75ОС.

2.3.1.4 Система гидроемкостей (пассивная часть САОЗ)

Пассивная часть системы аварийного охлаждения активной зоны реактора предназначена для быстрой подачи раствора борной кислоты в реактор для охлаждения активной зоны и ее залива в авариях с потерей теплоносител при разрывах трубопровода первого контура. Схема системы гидроемкостей приведена на рис.2.3.

71

Кисходным событиям, требующим работы системы, относятся:

-большие течи первого контура диаметром более200 мм;

-средние течи первого контура диаметром от50 до 200 мм;

-малые некомпенсируемые течи первого контура диаметром от 11 до 50 мм;

-малые течи, компенсируемые системой ТК, диаметром менее 11 мм;

-малая течь из первого контура во второй ;

-средняя течь из первого контура во второй.

теплоносителя в первом контуре.

2.3.1.5 Система аварийного и планового расхолаживания активной зоны низкого давления

Система аварийного расхолаживания низкого давления предназначена для

с разуплотнением первого контура, а также для последующего длительного отвода остаточных тепловыделений от активной зоны реактора при авариях с

Рис. 2.4. САОЗ низкого давления

72

период (в течении всего периода нахождения топлива в активной зоне).

Исходные события, требующие работы системы

К исходным событиям, требующим работы системы, относятся:

S1 - большие течи первого контура диаметром более 200 мм; S2 - средние течь первого контура диаметром от 50 до 200 мм;

S3 – малые некомпенсируемые течи первого контура диаметром от 11 до 50 мм;

S4 – малые течи, компенсируемые системой ТК, диаметром менее 11 мм; T1 - обесточивание всех секций нормального электроснабжения;

Т4-1 – малая течь из первого контура во второй ; Т4-2 – средняя течь из первого контура во второй .

Функции безопасности, исполняемые системой

Система выполняет следующие функции безопасности :

ФБ-2 - поддержание запаса теплоносителя в первом контуре при аварийных ситуациях;

ФБ-4 отвод тепла от активной зоны реактора при аварийных ситуациях.

Сигналы и уставки, по которым система вводится в работу:

Система аварийного расхолаживания низкого давления вводится в работу автоматически при появлении любого из следующих сигналов:

Система защиты первого контура от превышения давления(система компенсации давления) обеспечивает сброс пара при давлении первого контура

73

больше 18,6 Мпа через предохранительные клапаны из компенсатора давления в барботер, а при давлении в барботере более0,5 Мпа – выброс пара из барботера под защитную оболочку.

Система защиты второго контура от превышения давления включает паросбросные устройства (в конденсатор турбины и в атмосферу) на паропроводах свежего пара и предохранительные клапана.

2.3.1.6 Система компенсации давления первого контура

Схематически система защиты первого контура от превышения давления показана на рис.2.5.

Рис. 2.5. Система защиты первого контура от превышения давления

Она предназначена для:

-создания давления в первом контуре в период пуска реакторной установки;

-снижения давление первого контура при расхолаживании;

-поддержания давления в первом контуре при работе на мощности в стационарном режиме;

74

- поддержания давления в первом контуре при отклонениях мощности, вызванных ее регулированием;

- поддержания давления в первом контуре в аварийных режимах, связанных со срабатыванием аварийной защиты реактора.

Система компенсации давления является системой важной для безопасности.

По терминологии ВАБ система компенсации давления первого контура

Исходные события, требующие работы системы

Система работает при ИСА :

S4 – малые течи, компенсируемые системой ТК, диаметром менее 11мм; Т4-1 – малая течь из первого контура во второй .

Функции безопасности, выполняемые системой

Система выполняет функцию безопасности -ФБ5 - Управление давлением первого контура.

Сигналы и уставки, по которым система вводится в работу

Система вводится в работу по следующим сигналам и уставкам :

изменения плотности теплоносителя), допустимое отклонение уровня в компенсаторе давления от заданного значения составляет100 мм. Пределы регулирования – уровень в компенсаторе давления от 5770 мм до 8770 мм;

-регулятор «тонкого впрыска» в компенсатор давления предназначен для регулирования давления в первом контуре. Пределы регулирования – давление в первом контуре от162 кгс/см2 (15,9 МПа) до 165 кгс/см2 (16,2 МПа);

-открытие контрольного предохранительно клапана происходит при давлении более185 кгс/см2 (18,13 МПа). Закрытие при давлении менее175 кгс/см2 (17,15 МПа). (Приведенные цифры – значения срабатывания электромагнитного клапана) ;

-открытие главных предохранительных клапанов происходит при давлении более190 кгс/см2 (18,6 МПа). Закрытие при давлении менее 180 кгс/см2 (17,6 МПа).

2.3.1.7 Система паросбросных устройств (импульсно-предохранительные устройства парогенератора – ИПУ ПГ, быстродействующая редукционная установка сброса пара в атмосферу – БРУ-А, быстродействующий запорный клапан – БЗОК)

Система паропроводов свежего пара предназначена для транспортирования насыщенного пара от парогенераторов к цилиндру высокого давле турбины и пароперегревателям СПП. Система паропроводов свежего пара используется также при расхолаживании ЯППУ.

Импульсно-предохранительные устройства парогенератора (ИПУ ПГ)

(БРУ-А) предназначена для быстрого регулируемого сброса пара в атмосферу

75

экстренного перекрытия паропровода в аварийных режимах при авариях с

·Т2 – разрывы трубопроводов питательной воды за пределами ГО;

·Т3-1 – переходные процессы, ведущие к срабатыванию АЗ;

·Т3-2 – потеря вакуума в конденсаторе ТГ;

·Т5 – разрыв трубопроводов питательной воды/пара в пределах ГО;

·Т6-1 – не изолируемый разрыв паропровода за пределами ГО между ПГ и БЗОК;

·Т6-2 – изолируемый разрыв паропроводов за пределами ГО;

·Т7 – отказ двух каналов технической воды ответственных потребителей.

Функции безопасности, выполняемые ИПУ ПГ

ИПУ ПГ выполняют функцию безопасности ФБ-3 – отвод тепла от первого контура по второму контуру (поддержание давления 2-го контура).

Сигналы и уставки, по которым ИПУ ПГ вводится в работу

ИПУ ПГ вводятся в работу по следующим сигналам и уставкам:

- контрольное импульсно-предохранительное устройство срабатывает при давлении пара в ПГ равном или более 84 кгс/см2 (8,23 МПа);

-рабочее импульсно-предохранительное устройство срабатывает при давлении пара в ПГ равном или более 86 кгс/см2 (8,43 МПа);

-закрываются импульсно-предохранительные устройства при давлении пара в ПГ равном или менее 70 кгс/см2 (6,86 МПа).

Исходные события, требующие работы БРУ-А

БРУ-А работают при ИСА, связанных с резким снижением отвода пара от парогенераторов:

·S3 - малые некомпенсируемые течи первого контура диаметром от 11 до 50 мм;

·S4 - малые течи, компенсируемые системой подпитки диаметром менее 11 мм;

·Т2 – разрывы трубопроводов питательной воды за пределами ГО;

·Т3-1 – переходные процессы, ведущие к срабатыванию АЗ;

·Т3-2 – потеря вакуума в конденсаторе ТГ;

·Т4-1 – малая течь из первого контура во второй контур;

·Т4-2 – средняя течь из первого контура во второй контур;

·Т5 – разрыв трубопроводов питательной воды/пара в пределах ГО;

·Т6-1 – не изолируемый разрыв паропровода за пределами ГО между ПГ и БЗОК;

·Т6-2 – изолируемый разрыв паропроводов за пределами ГО;

76

·Т7 – отказ двух каналов технической воды ответственных потреби

Функции безопасности, исполняемые БРУ-А

БРУ-А выполняют функцию безопасности ФБ-3 – отвод тепла от первого контура по второму контуру (поддержание давления 2-го контура и расхолаживание по второму контуру).

Сигналы и уставки, по которым БРУ-А вводится в работу

БРУ-А вводятся в работу по следующим сигналам и уставкам:

-автоматическое открытие при давлении пара в парогенераторе 73 кгс/см2 (7,15 МПа) или более;

-автоматическое закрытие при давлении в парогенераторе64 кгс/см2 (6,27 МПа) или менее;

- автоматическая работа в режиме поддержания давления в парогенераторе70 кгс/см2 (6,86 МПа);

- автоматическая работа в режиме поддержания скорости расхолаживания РУ 30 oC/ч или 60oC/ч.

Исходные события, требующие работы БЗОК

БЗОК работает при следующих ИСА:

·Т4-1 – малая течь из первого контура во второй контур;

·Т4-2 – средняя течь из первого контура во второй контур;

·Т5 – разрыв трубопроводов питательной воды/пара в пределах ГО;

·Т6-1 – не изолируемый разрыв паропровода за пределами ГО между ПГ и БЗОК;

·Т6-2 – изолируемый разрыв паропроводов за пределами ГО.

Функции безопасности, исполняемые БЗОК

-разница между текущей температуройII контура и температурой насыщения при данном давлении равна или более 75oC;

-температура I контура более 200 oC (473 K);

-давление в одном или нескольких парогенераторах менее 50 кгс/см2 (4,90 МПа).

Кроме описанных выше, к защитным системам, важным для безопасности относятся:

2.3.1.8 Система продувки-подпитки первого контура, включая борное регулирование

Система продувки-подпитки первого контура предназначена для:

- заполнения и подпитки первого контура раствором борной ; кисл поддержания материального баланса теплоносителя первого контура;

- компенсации медленных изменений реактивности из-за выгорания и отравления топлива;

- дегазации и возврата организованных протечек теплоносителя в первый контур;

77

- корректировки показателей водно-химического режима первого контура в соответствии с нормами;

-создания стояночной концентрации борной кислоты при авариях без разуплотнения, а также при течах, компенсируемых системами подпиткиTK и аварийного ввода бора высокого давления;

-гидравлических испытаний первого контура на давление 200кгс/см2

(19,6 МПа);

-подачи запирающей воды на уплотнения ГЦН;

-заполнения гидроемкостей САОЗ;

-расхолаживания компенсатора давления при неработающих ГЦН.

Исходные события, требующие работы системы

К исходным событиям, требующим работы системы, относятся :

S4 – малые течи, диаметром менее 11 мм, компенсируемые системой подпитки-продувки 1-го контура (ТК);

T1 – потеря электроснабжения СН АЭС;

T4-1 – малая течь из первого контура во второй;

Т6-1 – неизолируемый разрыв паропровода за пределами ГО между ПГ и

БЗОК;

Т6-2 - изолируемый разрыв паропровода за пределами ГО.

Функции безопасности, выполняемые системой

Система выполняет следующие функции безопасности:

ФБ-1 - обеспечение подкритичности реактора; ФБ-2 - поддержание запаса теплоносителя в первом контуре; ФБ-5 – управление давлением первого контура.

Сигналы и уставки, по которым система вводится в работу

78