Вопрос 16. Что такое принцип Защитных Барьеров на пути развития аварии?

Из приведенных выше терминов и их определений следует, что возмущения, нарушения и аварии связаны между собой как причина со следствием и раньше при проектировании СКУЗ ЯР основное внимание уделялось системе защит от ядерной опасности в виде ряда барьеров:

1. Системы Технической Безопасности (СТБ ). Они состоят из нескольких управляемых физических подсистем, задачей которых является защита от начала ядерной аварии, связанной с расплавлением твэл или их оболочки. Этими подсистемами являются:

а) Система Аварийной Остановки ЯР (САО или АЗ-1). Она автоматически прекращает цепную реакцию и переводит ЯР в подкритическое состояние при превышении нескольких заданных предельно опасных состояний ряда технологических параметров ( мощность ЯР более 107%, период разгона ЯР короче 10 сек и другие ), которые характеризуют начало ядерной аварии,

б) Система Аварийного Охлаждения Реактора ( САОХР). Она автоматически охлаждает ЯР после его остановки, связанной с отказами Главных Циркуляционных Насосов (ГЦН). Опасности этого нарушения Вы будете изучать в лабораторной работе « L–1 bat «.

в) Система Локализации Аварии (СЛА). Это система помещений и фильтров, которые должны уменьшить выход РПР из активной зоны ЯР после начала ядерной аварии.

2.Системы Физической Безопасности – (СФБ) . Они состоят из технических не управляемых элементов, задачей которых является последовательное уменьшение выхода радиоактивных продуктов распада ( РПР ) после начала аварии в окружающее АЭС пространство.. Они состоят из ряда барьеров:

а) Матрицы топлива ТВЭЛ с её оболочкой. Средняя температура уранового топлива, при которой начинается её плавление составляет 1500 о С , а при температуре оболочки около 325 о С начинается пленочное закипание на её поверхности и прожиг оболочки. Это первый технический барьер на пути выхода РПР из матрицы топлива в теплоноситель первого контура.

б) Вторым барьером для выхода РПР из топлива в окружающее пространство является герметичность металла первого контура. Первый контур с ; парогенераторами находится под защитным колпаком ЯР.

Если герметичность первого контура нарушена, то следующим барьером для выхода РПР в окружающее пространство является защитный колпак над помещением ЯР с парогенераторами.

в) Третьим барьером является механическая прочность колпака, который должен выдерживать давление 160 атмосфер первого контура теплоносителя. Он делается из прочного железо-бетона.

г) Четвертым барьером служит расстояние от территории АЭС до поселка, где проживает население

обслуживающего АЭС персонала и их семьи.

Эту цепочку причин и следствий можно представить в виде барьеров на рис.7.3.

Термин Барьеры для защиты от аварий был введен МАГАТЭ в 1987 г и он является одним из важных Принципов Защиты от Ядерных Аварий и Инцидентов ( по русски – Нарушений ), который широко используется на ЯР ВВЭР-1000 нового четвертого поколения.

Если, как считает МАГАТЭ, раньше к вопросам ЯБ был “ Чёрно-Белый “ подход – либо нормальные условия эксплуатации, либо аварийные, то в 21 веке должен быть « Цветной « подход с несколькими градациями перехода от нормальных условий к аварийным!

Возмущения

Нарушения

Аварии

СТБ

СФБ

Зона

Отчуждения

Рис.7.3.Система барьеров на пути защиты от ядерных аварий - борьба с последствиями аварий.

Поэтому МАГАТЭ в 21 веке поставило перед проектантами СКУЗ ЯР четвертого поколения задачу перехода от защиты аварий к предупреждению вероятности возникновения нарушений и аварий путём использования этого же принципа – предупредительных барьеров между возмущениями и нарушениями и между нарушениями и авариями. Поскольку эти переходы возникают в динамике и важную роль при этом играет быстрота реакции этих барьеров, то в отличие от технических барьеров их условно назвали ДИНАМИЧЕСКИМИ.

Частично эти барьеры уже существуют на ВВЭР-1000 в виде предупредительных сигналов, предупредительных защит (ПЗ ) и Регуляторов Ограничения Мощности (РОМ-2), однако это только начало для создания Систем Автоматического Предупредительного Управления ( САПУ ) с целью предсказания возникновения нарушений и аварий и предотвращения их.

Так появилось понятие « Серых « систем, которые автоматически (без участия оперативно-технического персонала ) предупреждают возможность появления нарушений, обнаруживают их, устраняют и сообщают об этом оператору.

В третьей теме мы рассмотрим только принципы и методы кибернетического подхода к предупреждению нарушений и аварий, а в последующих темах мы будем рассматривать уже разработанные организационные и технические средства для их осуществления. Это одно из важных направлений проблемного обучения студентов.

Медики давно говорят, что болезни легче предупреждать, чем бороться с ними. Однако в человеко- машинных системах САР предсказывать момент возникновения и находить место возникновения этих нарушений оказывается не очень просто.

Это происходит по следующим причинам:

1. Источники отказов каждого элемента различны и различны методы их предупреждения,

2. Различны частота таких отказов в каждом элементе и их последствия,

3. Как правило, эти отказы происходят случайно и методы их предупреждения также должны основываться на теории вероятности.

4. Наиболее сложным математическим описанием причин отказов является оперативно-технический персонал ( размытые множества ) с учётом психологии конкретного человека.

К сожалению, как показывает опыт, 86 % нарушений и аварий происходят по вине « Человеческого Фактора « и поэтому в США давно пришли к заключению, что кардинально решить эту задачу можно только существенно сократив персонал на АЭС и полностью её автоматизировать!

Вот почему МАГАТЭ оговаривает, что « Серые « системы должны быть не автоматизированными, а обязательно автоматическими для исключения ошибок человека при решении этих задач!