Основные потребители I и II группы АЭС с водо-водяными и канальными кипящими реакторами. В виде примера в табл. П-2 и П-8 приведен перечень потребителей, составляющих нагрузку на сеть надежного питания в нормальном режиме и в режиме аварийного обесточивания на АЭС с водо-водяными и канальными кипящими реакторами. Следует обратить внимание на пп. 1а— 1 ж П-8, где перечислены потребители I группы, работающие на переменном токе напряжением 380 в и частотой 50 Гц.
Весьма существенным является то обстоятельство, что большая часть потребителей II группы и практически все потребители I группы, работающие на напряжении 380 в 50 Гц, работают и в нормальном режиме и выделены на эти сети с повышенной надежностью электроснабжения лишь потому, что от их бесперебойного функционирования зависит безопасность эксплуатации АЭС и сохранность дорогостоящего оборудования. Вместе с тем, как видно из табл. П-2 и П-8, при аварийном обесточивании нагрузка на сеть надежного питания II группы возрастает по сравнению с нормальным режимом за счет включения в работу электродвигателей специальных аварийных механизмов (например, аварийных питательных насосов, аварийных насосов технической воды и т. д.). Вместо них в нормальном режиме работают рабочие электродвигатели и механизмы гораздо более мощные (питательные насосы, насосы технической воды), но не подключенные к сети надежного питания. Нагрузка сети II группы возрастает также и из-за ввода в работу при аварийном расхолаживании механизмов и систем, которые при нормальной работе не функционируют, например аварийный насос охлаждения СУЗ, резервный масляный насос турбогенератора, валоповоротное устройство, вспомогательный циркуляционный электронасос ВЦЭН автономного контура ГЦН, конденсатный насос технологического конденсатора и т. д.
Некоторые из технологических систем АЭС и их электроприемников, предъявляющие повышенные требования к надежности электроснабжения, рассматривались в § 2-1 и в гл. 1.
Пути уменьшения нагрузки на автономные источники питания. При проектировании и модернизации сетей надежного питания (с учетом опыта эксплуатации) прилагаются все усилия, чтобы уменьшить количество и мощность выделяемых на сеть надежного питания потребителей в нормальном режиме работы станции, и в особенности при аварийном обесточивании. В графе примечаний к табл. П-2, П-8 указано, какие из механизмов работают периодически либо включаются не сразу после наступления аварии, какие — отключаются по мере уменьшения остаточных тепловыделений. Из тех же таблиц видно, что при аварийном расхолаживании до минимума сокращают количество систем, работающих в нормальном режиме от сети II группы: систем охлаждения бассейна выдержки, шахты реактора, боксов парогенераторов, вентиляционных систем и т. д.
Очень характерным примером уменьшения нагрузки на сети надежного питания является исключение из ее состава большей части силовой нагрузки СУЗ. Действительно, после срабатывания аварийной защиты и наступления аварийного обесточивания не требуется питания силовых цепей привода стержней СУЗ для осуществления расхолаживания, и оно может производиться от трансформаторов СУЗ и компенсаторов объема, подключенных не к сети надежного питания, а лишь к секциям РУСН-6 кВ, питающимся от вспомогательного генератора. Только одно это мероприятие уменьшает нагрузку на сеть надежного питания на 250 кВт. Вместе с тем, часть нагрузки СУЗ питается от сети I группы через обратимый двигатель-генератор, а от сети надежного питания II группы питается часть электронагревателей компенсаторов объема.
Мы уже останавливались на том, какими мерами на новых блоках большой мощности удалось полностью исключить из состава потребителей I группы энергоемкие потребители — главные циркуляционные насосы. Это — и создание ГЦН с ограниченными контролируемыми протечками, ГЦН с большими маховыми массами [9, 16], и использование совместного выбега [12, 13] ГЦН с главными или вспомогательными генераторами, и совершенствование реакторов и теплообменного оборудования, обеспечивающих переход на режим естественной циркуляции при все больших уровнях мощности [2, 3, 4, 8] и т. д. Достаточно вспомнить, что на I блоке НВАЭС проектом была предусмотрена специальная мощная аккумуляторная батарея с преобразователем на 600 в 12,5 Гц и двухскоростными ГЦН для обеспечения циркуляции теплоносителя при аварийном обесточивании [22], а I и II блоки БАЭС имеют специальные аварийные циркуляционные насосы (меньшей мощности, чем ГЦН), питающиеся через обратимые двигатель-генераторы в режиме обесточивания от аккумуляторных батарей [21]. Совершенно очевидно, что новые мощные блоки не могли бы проектироваться и строиться без решения указанных вопросов по снижению нагрузки на сети надежного питания, и в особенности на сеть I группы.
Режимы работы сетей и источников надежного питания в нормальных и аварийных условиях. На рис. 2-6—2-10 приведены возможные варианты схем сетей надежного питания. Из этих рисунков и данных табл. П-2 и П-8 следует, что как в нормальном режиме, так и во всех аварийных режимах работы АЭС, не сопровождающихся обесточиванием, основным источником электроснабжения сетей надежного питания I и II групп являются рабочие трансформаторы собственных нужд и трансформаторы надежного питания 6/0,4 кВ, а резервным источником — пускорезервные трансформаторы блоков и резервные трансформаторы 6/0,4 кВ. В тех случаях, когда на АЭС имеются мощные механизмы с. н. с электродвигателями 6 кВ, участвующие в аварийном расхолаживании, например аварийные питательные насосы, насосы технической воды, то в РУСН-6 кВ выделяются специальные секции надежного питания 6 кВ II группы (3 на рис. 2-1). К этим секциям и подключаются трансформаторы надежного питания 6/0,4 кВ, электродвигателя 6 кВ механизмов, участвующих в аварийном расхолаживании, и дизель-генераторы (рис. 2-6). В нормальном режиме секции 6 кВ надежного питания объединены с помощью секционных выключателей с соседними секциями и получают питание от рабочих трансформаторов с. н. (например, секционные выключатели между секциями 1Б и 1Н, а также 2Б и 2Н на рис. 2-6, а замкнуты). Через трансформаторы надежного питания 6/0,4 кВ (рис. 2-6, 2-8) получают питание секции 0,4 кВ II группы и связанные с ними с помощью автоматических выключателей секции 0,4 кВ I группы. От секций 0,4 кВ II группы происходит электроснабжение работающих в нормальном режиме потребителей II группы, а от секций 0,4 кВ I группы питаются ее потребители на переменном токе (см., например, табл. П-8 п. 1а) и получают питание обратимые двигатель-генераторы, состоящие из соединенных на одном валу машины постоянного тока и синхронной машины.
Рис. 2-6. Схемы сетей надежного питания I и II группы при наличии двух турбогенераторов на реакторный блок и при установке дизель-генераторов на напряжении 6 кВ: а — при отсутствии гальванической связи между секциями надежного питания; б — при наличии гальванической связи между секциями надежного питания. 1, 2 — рабочий и резервный дизель-генератор (или газотурбинный агрегат); 3 — секции надежного питания 6 кВ II группы; 4 — рабочий трансформатор 6/0,4 кВ надежного питания II группы; 5—секции 0,4 кВ II группы; 6 — секции 0,4 кВ I группы; 7, 8 — щиты постоянного тока рабочей (9) и резервной (10) аккумуляторных батарей; 9 — рабочая аккумуляторная батарея реакторного блока; 10 — резервная аккумуляторная батарея АЭС; 11, 12 — обратимые двигатель-генераторы рабочие и резервные; 13 — резервный трансформатор 6/0,4 кВ; 14 — секция 0,4 кВ резервного трансформатора с. н.; 15 — сеть надежного питания I группы; 16 — сеть надежного питания II группы
В нормальном режиме синхронная машина, работая в режиме двигателя вращает машину постоянного тока, работающую в генераторном режиме параллельно с соответствующей аккумуляторной батареей. Этим обеспечивается нагрузка щита постоянного тока и необходимый подзаряд батарей (рис. 2-6).
Дизель-генераторы во всех режимах, не сопровождающихся аварийным обесточиванием, не работают.
При исчезновении переменного напряжения 0,4 кВ на секциях I группы (по любой причине) без выдержки времени секции 0,4 кВ I группы отделяются от секций 0,4 кВ II группы, и обратимый двигатель-генератор меняет режим работы: машина постоянного тока переходит в режим двигателя с питанием от аккумуляторной батареи, а синхронная — в режим генератора, обеспечивая питание потребителей 0,4 кВ I группы. Напряжение на секциях
,4 кВ I группы поддерживается на нужном уровне автоматическим регулятором синхронной машины. Наряду с двумя рабочими двигатель-генераторами, играющими одновременно и роль зарядных агрегатов, имеется также и резервный (показан только на схеме рис. 2-6, а), отключенный при нормальных условиях, но автоматически включаемый в работу при повреждении или исчезновении напряжения на секции 0,4 кВ любого рабочего двигатель-генератора.
При аварийном обесточивании дизель-генераторы пускаются автоматически, подключаются к -соответствующим секциям надежного питания II группы (рис. 2-1, 2-6, 2-7, 2-10), которые к этому времени отделяются секционными выключателями от соседних секций, и обеспечивают питание потребителей, подключенных к трансформаторам надежного питания, а также необходимых двигателей 6 кВ, подключенных к секциям надежного питания II группы и участвующих в аварийном расхолаживании (табл. П-3 и П-9).
За счет работы этих аварийных источников производится расхолаживание станции; при этом функционируют лишь автономные сети, границы которых обозначены штриховой линией на рис. 2-6. Дизель-генераторы оборудованы системами автоматики, позволяющими осуществить трехкратную попытку пуска, и необходимыми вспомогательными механизмами, обеспечивающими их постоянную готовность к пуску, т. е. имеют прогретые системы охлаждения, смазки, подачи топлива (см. табл. П-8, пп. 1 е; 16, 17, 18, 19). В настоящее время можно с уверенностью рассчитывать на прием нагрузки дизель-генераторами с автоматическим пуском через 18—30 сек с момента подачи команды на пуск при мощности дизель-генератора до 1600 кВт и через 3 мин при мощности 4000 кВт. При успешном запуске дизель-генераторов питание с секций 0,4 кВ II группы в случае необходимости вновь подается на секции 0,4 кВ I группы, и через обратимые двигатель-генераторы может быть принята часть аварийной нагрузки щита постоянного тока.
При возникновении аварийного расхолаживания принимаются меры по восстановлению питания от энергосистемы, и после подачи питания на РУСН-6 кВ аварийное расхолаживание можно прекратить (с остановкой дизель-генераторов) и приступить к пуску станции либо ее нормальному расхолаживанию.
Рис. 2-7. Схема сети надежного питания II группы на моноблочной АЭС с установкой дизель-генераторов на напряжении 6 кВ и с гальванической связью между секциями надежного питания II группы
1—16 — то же, что на рис. 2-6
Если схема сети с. н. 6 кВ существенно зависит от числа турбогенераторов на блок, а также типа и числа главных циркуляционных насосов, то схема сети надежного питания по своей структуре может быть принята одинаковой для энергетических реакторов разных типов. Из сравнения рис. 2-7 и 2-6 видно, что как при моноблоках, так и при двух (или более) турбогенераторах на блок необходимо выделить две самостоятельные секции 6 кВ, к которым подключаются рабочий и резервный дизель-генераторы, рабочий и резервный трансформаторы надежного питания 6/0,4 кВ и необходимые при аварийном расхолаживании механизмы с электродвигателями 6 кВ. В нормальном режиме обе секции надежного питания 6 кВ являются рабочими, а при аварийном обесточивании, как правило, рабочей остается только одна секция, а вторая становится резервной.
В блоках сравнительно небольшой мощности (до 100 МВт), а также и в более мощных блоках с усовершенствованной технологической схемой в режиме аварийного расхолаживания можно обойтись без участия мощных механизмов с электродвигателями 6 кВ, и тогда дизель-генераторы целесообразно включать на секции надежного питания 0,4 кВ (рис. 2-8).
Рис. 2-8. Схема сетей надежного питания на моноблочной АЭС при отсутствии потребителей II группы на напряжении 6 кВ 1—16 — то же, что на рис. 2-6
В этом случае при аварийном обесточивании секции надежного питания 0,4 кВ II группы отделяются от питающих их в нормальном режиме трансформаторов 6/0,4 кВ (4 на рис. 2-8), и сеть надежного питания II группы существенно сокращается по сравнению, например, со схемами на рис. 2-6, 2-7. При такой схеме трансформаторы можно лишь условно назвать трансформаторами надежного питания, поскольку через них происходит электроснабжение лишь в нормальном режиме работы. Это трансформаторы 6/0,4 кВ по схеме включения и резервирования будут аналогичны другим рабочим трансформаторам 6/0,4 кВ. К секциям 6 кВ надежного питания, как и к остальным секциям 6 кВ, подключаются потребители с. н. В то же время в схемах моноблоков, когда один из рабочих трансформаторов с. н. подключен не ответвлением к генератору, а к шинам высокого напряжения системы — к секциям с. н. 6 кВ этого трансформатора целесообразно подключать трансформаторы 6/0,4 кВ, питающие в нормальном режиме секции 0,4 кВ II группы, с тем чтобы обеспечить быстрейшее восстановление нормального электроснабжения потребителей II и I групп от системы (см. рис. 2-8).
Рис. 2-9. Схема сети надежного питания II группы на моноблочной АЭС при отсутствии потребителей на напряжении 6 кВ и с уменьшенной кратностью резервирования дизель-генераторов
1 — рабочие дизель-генераторы; 2 — резервный дизель-генератор; 3 — рабочие секции 6 кВ; 4 — рабочие трансформаторы 6/0,4 кВ, 5 — рабочие секции 0,4 кВ
В схемах на рис. 2-6—2-8 приняты следующие кратности резервирования: один резервный дизель-генератор на два рабочих, т. е. на два реакторных блока; трансформаторы надежного питания 6/0,4 кВ в режиме аварийного обесточивания имеют 100%-ное резервирование, а обратимые двигатель-генераторы — 200%-ное в аварийном режиме и 50%-ное в нормальном режиме. Схемы автоматики построены таким образом, что при наступлении аварийного обесточивания к секциям 6 кВ и 0,4 кВ II группы остается подключенным только минимально необходимое число приемников (см. табл. П-2 и П-8), самозапуск которых должен быть обеспечен от дизель-генераторов. Условия самозапуска обычно получаются очень тяжелыми. Этот вопрос будет специально рассматриваться в § 4-2.
Условия самозапуска можно существенно облегчить, если предусмотреть специальное логическое устройство, которое обеспечит формирование команд на запуск дизель-генераторов, отключение необходимых секционных выключателей (рис. 2-6, 2-7) или выключателей трансформаторов (рис. 2-8), отключение не участвующих в расхолаживании механизмов и поочередное включение дизель-генераторов и электродвигателей механизмов, участвующих в расхолаживании.
Можно создать также такое логическое устройство (управляющую машину), которое управляло бы механизмами собственных нужд и источниками питания во всех режимах, включая аварийное обесточивание. В этом случае нет надобности в выделении специальных секций и в особенности трансформаторов надежного питания II группы: логическое устройство само определит, какое количество механизмов собственных нужд и в какой последовательности подключить к секциям надежного питания в зависимости от числа запустившихся дизель-генераторов (рис. 2-9).
Рис. 2-10. Схема сети надежного питания 2 группы при наличии 2 турбогенераторов на реакторный блок и установке дизель-генераторов с уменьшенной кратностью резервирования на напряжении 6 кВ 1—5 — то же, что на рис. 2-9
В этой схеме применено три дизель-генератора, каждый из которых рассчитан на питание 50%- ной суммарной нагрузки в аварийном режиме. Одновременно подаются команды на запуск всех трех дизель-генераторов, и все три работают в случае успешного запуска. В самом неблагоприятном режиме, при запуске только одного дизеля, логическое устройство включит минимальное количество механизмов и будет чередовать режимы их работы так, чтобы обеспечить минимум неблагоприятных последствий. Гибкая схема коммутации позволяет осуществить любой из режимов без параллельной работы генераторов дизельных установок. Следует иметь в виду, однако, что изложенные выше принципы автоматики сети надежного питания должны использоваться с разумной осторожностью, с тем чтобы усложнение автоматики и достигаемое за этот счет упрощение схемы сети надежного питания привели в целом к увеличению общей надежности электропитания потребителей.
В некоторых случаях в зависимости от местных условий нагрузка сети надежного питания на один реакторный блок может превысить величину мощности выпускаемых дизель-генераторов с автоматическим пуском. В этом случае целесообразно использовать принцип построения схемы на рис. 2-9, но включение дизель-генераторов произвести на напряжении 6 кВ (рис. 2-10). При такой схеме в сети надежного питания II группы будет два рабочих дизель-генератора вместо одного в схеме рис. 2-6, 2-7 и один резервный на два рабочих (на один реакторный блок), т. е. кратность резервирования сохранится, как и в схемах на рис. 2-6, 2-7.
Чтобы не уменьшать надежность электроснабжения секций 0,4 кВ II группы, целесообразно использовать резервный трансформатор 6/0,4 кВ, снабдив его развилкой на стороне 6 кВ для подключения к любой секции надежного питания 6 кВ.
Два подхода к построению сети надежного питания. Построение питающих сетей II и I групп можно выполнить двумя основными способами: в соответствии со схемами на рис. 2-6,6 2-7 и на рис. 2-6, а, 2-8—2-10. Рассмотрим вначале только сети надежного питания II группы, пользуясь рис. 2-6. В обоих случаях па каждый реакторный блок предусматривается один рабочий дизель-генератор и один резервный на два реакторных блока. Схема рис. 2-6,6 характеризуется наличием перемычек, позволяющих подключать любой из двух дизель-генераторов к обеим секциям надежного питания 6 кВ, любую из двух секций 0,4 кВ II группы к рабочему трансформатору надежного питания 6/0,4 кВ и любой из двух рабочих двигатель-генераторов к обеим секциям 0,4 кВ I группы. Рабочий трансформатор надежного питания используется один, но это не является недостатком, так как в режиме аварийного обесточивания он резервируется с кратностью 100% (поскольку у резервного трансформатора 6/0,4 кВ в этом режиме не должно быть других резервируемых им трансформаторов). Мощные двигатели 6 кВ, участвующие в аварийном расхолаживании, могут иметь фиксированное присоединение к секциям надежного питания 6 кВ. В схеме рис. 2-6,а, наоборот, фиксировано место присоединения дизелей к секциям 6 кВ II группы, место присоединения обоих рабочих трансформаторов надежного питания 6/0,4 кВ к секциям 6 и 0,4 кВ II группы и место присоединения обоих обратимых двигатель-генераторов к секциям 0,4 кВ I группы. В обеих схемах все потребители надежного питания на напряжении 0,4 кВ дублируются (см., например табл. П-2 и П-8), желательно также дублирование мощных механизмов с электродвигателями 6 кВ, подключенных к секциям 6 кВ II группы и участвующих в аварийном расхолаживании (например, аварийного питательного насоса). Иногда дублирование всех участвующих в аварийном расхолаживании механизмов с двигателями 6 кВ признают нежелательным из-за увеличения их числа. Тогда в схеме рис. 2-6, а такие двигатели снабжаются перемычками для подключения их к любой из секций 6 кВ II группы, где есть напряжение. Чтобы не делать перемычки со стороны 6 кВ трансформатора 6/0,4 кВ надежного питания, его, как было уже сказано, дублируют, устанавливая трансформаторы с подсоединением к разным секциям (1Н и 2Н). В схеме рис. 2-6,6 по импульсу исчезновения напряжения запускаются оба дизеля, рабочий и резервный, и если они успешно запускаются, то можно подключить рабочий дизель к обоим секциям — 1Б2 и 2Б2, после чего резервный дизель остановить, либо подключить рабочий дизель на одну из секций (1Б2), а резервный на другую (2Б2) с половинной нагрузкой на каждый и с использованием резервного трансформатора 6/0,4 кВ.
В случае неуспешного запуска или последующего отключения одного из дизель-генераторов обе секции (1Б2 и 2Б2) будут получать питание по перемычкам от оставшегося второго, и никаких переключений потребителей делать не придется. При этом трансформатор надежного питания 6/0,4 кВ резервируется общим резервным трансформатором от секции 6 кВ II группы своего (рис. 2-6,6) или соседнего блока (рис. 2-13). В схеме на рис. 2-6, а оба дизеля также пускаются одновременно, в случае успешного пуска резервный дизель после принятия нагрузки рабочим следует остановить, так как дизель-генераторы не допускают длительной работы на холостом ходу. В случае неуспешного запуска или последующего отключения одного из них при дублировании всех механизмов, участвующих в расхолаживании, никаких переключений питающих элементов производить не требуется, зато требуется автоматическое переключение дублированных механизмов.
Недостаток схемы на рис. 2-6, б — наличие гальванической связи между секциями надежного питания и, следовательно, возможность потери обеих секций, например при к. з. на одной секции и безуспешности попыток ее отключения; этих недостатков нет в схеме на рис. 2-6, а. Учитывая, что вероятность возникновения короткого замыкания на шинах надежного питания или непроходящего короткого замыкания на одном из присоединений за время работы сети в режиме аварийного расхолаживания очень мала (см. § 3-1), потерю обеих секций из-за гальванической связи между ними можно признать ничтожно малой, даже при отсутствии устройства резервирования отказов выключателя (УРОВ). Поэтому в отношении сети надежного питания II группы обе схемы (рис. 2-6, а, б) можно признать приемлемыми.
Что касается сети надежного питания I группы, то здесь следует прежде всего исключить возможность ее полного погашения. Наличие гальванической связи между секциями увеличивает вероятность такого погашения и является нежелательным. Поскольку сети надежного питания обеих групп целесообразно строить по одному принципу, а решающих преимуществ ни одна из схем не имеет, к выбору схемы можно подойти исходя из нагрузки на рабочий трансформатор 6/0,4 кВ надежного питания.
Если нагрузка сети надежного питания на напряжение 0,4 кВ в нормальном режиме меньше мощности одного трансформатора 6/0,4 кВ (630 или 1000 кВ-А), как в табл. П-2, то целесообразно выбрать схему рис. 2-6, б, где требуется всего один рабочий трансформатор 6/0,4 кВ сети надежного питания. Если же мощности одного трансформатора 6/0,4 кВ недостаточно для электроснабжения потребителей сети надежного питания в нормальном режиме, что и характерно для реакторных блоков мощностью около 1000 МВт (табл. П-8), то следует применять схему рис. 2-6, а.
Доказательство допустимости применения обоих типов схем (рис. 2-6, а, б) для электроснабжения потребителей II группы приведено в § 3-1.
