3. Особенности электрооборудования и механизмов собственных нужд АЭС
Главные циркуляционные насосы. Особую роль среди механизмов собственных нужд АЭС играют главные циркуляционные насосы (ГЦН), обеспечивающие циркуляцию теплоносителя через активную зону, благодаря своей мощности (в ряде случаев большей, чем у питательных насосов ТЭС, работающих на сверхкритических параметрах), а в особенности благодаря более высокой надежности их питания и электроснабжения обеспечивающих их систем.
Рассмотрим две основные модификации таких насосов, применяемые в настоящее время на реакторах с водяным теплоносителем: герметические насосы бессальникового типа и насосы с ограниченной контролируемой протечкой [9, 16]. Уникальные бессальниковые ГЦН имеют производительность до 15 000 м3/ч, работают в условиях высоких давлений (до 196 бар) и температур (300° С и выше), развивают напор до 5 бар и имеют мощность приводного двигателя около 2000 кВт. Такими герметическими циркуляционными водяными насосами отечественной конструкции оборудованы первые контуры I и II блоков Ново-Воронежской АЭС, I и II блоков Белоярской АЭС, Мелекесской АЭС, а также станции с реактором ВВЭР-440.
В отличие от насоса обычного исполнения (в котором вращающий момент передается от электродвигателя, расположенного вне насоса, через вал, уплотняемый сальником) в бессальниковом электронасосе энергия от статора к ротору встроенного электродвигателя передается индуктивно, через перегородку, разделяющую статорную и роторную полости. В этом случае статор остается сухим, защищенным от попадания в него перекачиваемой насосом жидкости, находящейся под давлением.
Ротор же электродвигателя вращается в среде перекачиваемого теплоносителя, опираясь на подшипники из специальных антифрикционных материалов, смазываемые и охлаждаемые одной и той же жидкостью (водой); в некоторых конструкциях применяются гидростатические подшипники. Рабочее колесо насоса насажено на вал ротора, и тем самым достигается полная герметичность роторной полости, не требующая уплотнения вала. Протечки рабочей жидкости в атмосферу в таком герметическом насосе отсутствуют, что очень существенно при перекачивании радиоактивных теплоносителей. Энергия, эквивалентная потерям в насосном агрегате, отводится теплоносителем автономного контура и воздухом, циркулирующим в области лобовых частей обмоток и передается технической воде в специальных теплообменниках. Герметический насос аварийно останавливается при прекращении циркуляции во вспомогательных системах охлаждения. Для резервирования вспомогательной крыльчатки автономного контура в случае ее поломки при работе насоса, а также для осуществления циркуляции в автономном контуре при выбеге и во время остановок ГЦН на горячем теплоносителе первого контура используется специальный вспомогательный бессальниковый герметический электронасос (ВЦЭН) мощностью в несколько киловатт.
Помимо конструкций с «сухим» статором, разработаны и успешно применяются герметические насосы с так называемым «мокрым» статором, описанные в работе [9].
В электродвигателях с «сухим» статором, несмотря на применение для тонких перегородок немагнитных материалов с высоким удельным сопротивлением, возникают значительные добавочные потери, уменьшающие к. п. д. насосного агрегата в целом до 0,5—0,55 против 0,8—0,85 в конструкциях с обычным электроприводом или с электродвигателем с «мокрым» статором.
Такие перегородки существенно увеличивают главный зазор, что приводит к повышению потребления электродвигателем реактивной мощности и снижению коэффициента мощности до 0,35—0,55 против 0,75—0,8 для стандартных асинхронных двигателей аналогичной мощности. Очень серьезной аварией, требующей квалифицированного ремонта, является повреждение перегородки.
Общим недостатком всех бессальниковых герметических электронасосов в случае применения их в основных циркуляционных контурах АЭС является малая инерция маховых масс и невозможность увеличения ее путем установки маховика, что делает эти насосы (и станции, ими оборудованные) весьма чувствительными даже к кратковременным понижениям питающего напряжения, заставляет применять для их питания вспомогательные генераторы собственных нужд и использовать электрический выбег в аварийных режимах. До разработки и промышленной проверки [12, 13] мер, обеспечивающих бесперебойное электроснабжение ГЦН электроэнергией выбегающих турбогенераторов даже при самых тяжелых системных авариях (см. гл. 4), электродвигатели бессальниковых ГЦН выполнялись двухскоростными с питанием от аккумуляторных батарей через двигатель-генератор, как это сделано на I и II блоках Ново-Воронежской АЭС (НВ АЭС).
Из обслуживающих ГЦН систем очень высокие требования к надежности электроснабжения предъявляют вспомогательные циркуляционные насосы автономного контура охлаждения и насосы технической воды, подающие воду во вторичный контур теплообменников ГЦН. Даже в условиях полного обесточивания их питание должно быть восстановлено через 20—30 сек от автономного источника и обеспечиваться весь период расхолаживания даже при остановленных ГЦН из-за опасности повреждения их подшипников, перегородки и изоляции обмотки в результате действия на них горячего теплоносителя первого контура.
Герметические бессальниковые электронасосы находят широкое применение не только в качестве ГЦН, но и на АЭС в системах спецводоочистки, сбора радиоактивных протечек, в системах дезактивации оборудования и захоронения жидких радиоактивных отходов, где их преимущества по сравнению с любым другим типом насоса неоспоримы. Принцип их конструктивного исполнения остается прежним, но уменьшается мощность, количество вспомогательных систем и требования к надежности электроснабжения. При перекачке низкопотенциальных теплоносителей специальные контуры охлаждения отсутствуют.
Проектирование и сооружение мощных АЭС (500 МВт и выше) с водоохлаждаемыми реакторами вызвало необходимость разработки бессальниковых циркуляционных насосов очень большой производительности (10 000—14 000 м3/ч и выше), которые требуют для своего привода электродвигателей мощностью свыше 2000 кет.
Создание таких электродвигателей по схемам бессальникового типа сопряжено с большими техническими трудностями, в основном из-за больших потерь, низкого cos φ и худших пусковых характеристик, чем у стандартных асинхронных электродвигателей. В настоящее время для ядерных энергетических реакторов созданы бессальниковые циркуляционные насосы с механическими уплотнениями вала насоса, обеспечивающие ограниченные, относительно стабильные, малые по величине и контролируемые в процессе эксплуатации утечки воды, но не основного контура, а уплотняющего, нерадиоактивного. Главные преимущества бессальниковых насосов с ограниченными утечками по сравнению с герметическими (с нулевыми утечками) состоят в следующем:
1) стоимость насоса с механическим уплотнением вала ниже, в основном, за счет применения электродвигателя нормального исполнения; 2) коэффициент полезного действия насосов с механическим уплотнением на 10—15% выше (отсутствуют потери в перегородке, потери на трение ротора в воде), что очень существенно для агрегатов большой мощности; 3) насосы с уплотнением вала позволяют применять как электрический, так и паровой привод. Электродвигатель не находится в контакте с радиоактивной средой, при неисправностях может легко заменяться и ремонтироваться в обычных условиях; 4) при необходимости на главный циркуляционный насос с уплотнением вала может быть установлен маховик, что увеличивает инерционный выбег, позволяет снизить требования к надежности его электроснабжения и применить более простую схему питания механизмов собственных нужд с одновременным улучшением эксплуатационных характеристик АЭС во всех режимах, включая аварийные с полным обесточиванием.
Насосы такого типа, начиная с 1966 г., устанавливаются практически на всех станциях США с водоохлаждаемыми реакторами — кипящими (BWR) и некипящими (PWR)—и будут применены в СССР на станциях с канальными водоохлаждаемыми реакторами и корпусными водо-водяными мощностью 1000 МВт [4].
Концевое уплотнение может иметь различную конструкцию, например, состоять из системы «плавающих» колец, на которые для предотвращения протечки из насоса активной воды с высоким давлением и температурой подается так называемая запирающая нерадиоактивная охлажденная вода с давлением более высоким, чем на всасе ГЦН. Циркуляция уплотняющей воды производится специальным насосом высокого давления, обычно общим для всех ГЦН реактора — рис. 1-3. Один из насосов рабочий, а второй — резервный.
Подшипники электродвигателя и один из подшипников насоса смазываются маслом, для чего используют на каждый насосный агрегат два маслонасоса с приводом на переменном токе (рабочий и резервный) и один аварийный с приводом на постоянном токе от аккумуляторной батареи, служащий для обеспечения маслом ГЦН во время обесточивания до окончания выбега.
Насосы уплотняющей воды обычно не предъявляют повышенных требований к надежности электроснабжения, если при аварийном обесточивании питание уплотнений ГЦН переключается на гидроаккумуляторы высокого давления. Без применения гидроаккумуляторов высокого давления насосы уплотняющей воды предъявляют повышенные требования к надежности электроснабжения и могут, например, питаться от выбегающих турбогенераторов с последующим переключением на автономный источник питания (дизель-генератор). После остановки главных циркуляционных насосов должно включаться стояночное уплотнение вала механического типа.
Хотя насосы с ограниченными протечками имеют гораздо больше вспомогательных систем, чем бессальниковые, но требования к обеспечению бесперебойности электроснабжения их механизмов, и в особенности главных электродвигателей насосов, существенно ниже, что находит отражение в построении схемы питания механизмов собственных нужд. Насосы с ограниченными протечками нерадиоактивной воды целесообразно устанавливать и в качестве питательных, и в качестве конденсатных насосов одноконтурных АЭС.
На АЭС с Газовым теплоносителем используются газодувки, в которых возникает необходимость обеспечения надежного уплотнения вала при высоких давлениях перекачиваемого газа (до 59 бар) как в нормальных условиях, так и во время их выбега до полной остановки (до срабатывания стояночных уплотнений) при полной потере питания механизмами собственных нужд.
Уплотнение - газодувок обычно выполняется масляным и имеет общие черты с системой масляного уплотнения вала турбогенераторов с водородным охлаждением. Масло на уплотнение подается маслонасосом высокого давления (большим, чем давление перекачиваемого газа); на каждую газодувку обычно устанавливают два насоса с приводом на переменном токе (рабочий и резервный) и аварийный с приводом на постоянном токе. Аналогичным образом построена и система смазки подшипников газодувки и ее приводного двигателя: два маслонасоса с приводом переменного тока и один, аварийный, с приводом постоянного тока. В некоторых конструкциях газодувок привод рабочих маслонасосов уплотнений и системы смазки осуществляется от приводного двигателя газодувки.
Для привода газодувок заманчиво использовать вместо асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором синхронные двигатели обычного исполнения как из-за большой мощности газодувок и потребления значительной реактивной мощности при использовании их асинхронных двигателей, так и из-за большей устойчивости при коротких замыканиях, одинаковой, синхронной скорости вращения всех газодувок реактора и равномерного распределения нагрузки между ними.
На АЭС с реакторами, охлаждаемыми газовыми теплоносителями, расход мощности на привод циркуляционных механизмов примерно в 2—3 раза больше, чем на АЭС с жидкими теплоносителями равной мощности. Поэтому компенсация потребляемой в системе собственных нужд реактивной мощности за счет синхронных приводов наиболее мощных механизмов, например газодувок, приобретает существенное значение главным образом в связи с возможностью уменьшить мощности питающих трансформаторов и улучшить качество напряжения. Другим достоинством синхронных приводов газодувок является увеличение устойчивости работы механизмов собственных нужд при снижении напряжения, особенно при наличии форсировки возбуждения синхронных электродвигателей.
Тем не менее, и на АЭС с синхронным электроприводом газодувок следует учитывать возможность их выпадения из синхронизма при перерывах питания, например в результате коротких замыканий у других потребителей (время отключения 0,2—0,75 сек), питающихся от той же секции собственных нужд, что и двигатели газодувок, а также при перерывах питания на время действия автоматического ввода резервного питания (АВР) секций собственных нужд (0,4—0,5 сек). Опыт эксплуатации синхронных электродвигателей с квадратичной зависимостью момента сопротивления на валу показывает, что если электроснабжение восстанавливается за время, меньшее 0,5 сек, то синхронный режим работы, как правило, не нарушается, что по всей вероятности должно иметь место на АЭС. Если же длительность перерыва питания превышает 0,5 сек, загруженные синхронные двигатели могут перейти в асинхронный режим, и должны быть обеспечены условия для их ресинхронизации в аварийном режиме путем форсировки возбуждения и понижения нагрузки на валу, например за счет автоматического закрытия задвижки или изменения угла наклона лопатки направляющего аппарата. При успешной ресинхронизации синхронного электродвигателя его можно автоматически нагрузить.
Исходя из сказанного, можно сделать вывод, что применение синхронных электродвигателей вместо асинхронных для привода газодувок АЭС желательно, но при этом необходим подробный расчет (возможно, с проведением натурных испытаний), подтверждающий, что вероятность успешного самозапуска синхронного электропривода не ниже, чем асинхронного, поскольку самозапуск электродвигателей газодувок определяет устойчивость работы реактора при коротких замыканиях в электрической системе и при действии АВР в цепи питания собственных нужд; сохранение работы реактора является совершенно необходимым. Хотя газодувки совместно с приводом имеют большие маховые массы, чем бессальниковые ГЦН, их все же обычно недостаточно для безопасного перехода на режим естественной циркуляции, и поэтому для них также является обязательным использование электрического выбега турбогенераторов. На все время совместного выбега (до 6— 10 мин), даже при полном исчезновении напряжения в цепи питания собственных нужд, от аккумуляторной батареи должно быть обеспечено бесперебойное питание аварийных маслонасосов системы уплотнения вала и смазки подшипников газодувок. Большие мощности электродвигателей газодувок (до 12% мощности АЭС), высокие требования к обеспечению бесперебойности их питания, невозможность использования энергии выбега турбогенератора в моноблочных схемах, трудности самозапуска столь мощных электродвигателей привели к тому, что в настоящее время для привода газодувок АЭС с реакторами типа AGR и высокотемпературными газоохлаждаемыми реакторами стали с успехом использовать турбопривод и привод от газовых турбин, свободный от указанных недостатков и повышающий устойчивость работы реакторов при возмущениях в электрической части. На АЭС с жидкометаллическим теплоносителем в качестве главных циркуляционных насосов в настоящее время используются центробежные насосы, гидравлическая и электрическая часть которых имеет сходное конструктивное исполнение с насосами для водяных теплоносителей, но иное устройство узла уплотнения вала, что находит отражение в увеличении числа вспомогательных систем.
Уровень натрия в спиральной камере насоса фиксируется с помощью инертного газа (аргона), заполняющего под давлением полость узла уплотнения по газу. С учетом невысокого давления в контуре жидкометаллического теплоносителя (3—5 бар) создание и дальнейшее уплотнение такой газовой полости не представляет серьезной трудности и производится путем устройства масляного уплотнения, аналогичного применяемому в генераторах и двигателях с газовым охлаждением. Масло на уплотнение подается вспомогательным маслонасосом. Часть уплотняющего газа, засоренного парами масла, поступает на очистку, а восполнение потерь производится из ресивера подпиточной газодувкой. Для улучшения условий работы уплотнения производится его охлаждение путем подачи в узел уплотнения дистиллята с последующим его удалением, как это сделано в вышеописанной конструкции водяного насоса с механическим уплотнением вала. Во всех режимах уровень жидкого теплоносителя поддерживается ниже подшипников насоса (двух радиальных и опорной пяты), благодаря чему возможно их выполнение с масляной смазкой. В насосе такого типа протечки перекачиваемого жидкометаллического теплоносителя равны нулю. Стандартный асинхронный электродвигатель устанавливается на опорную конструкцию агрегата и соединяется с валом насоса с помощью муфты. При компоновке станции электродвигатель насоса стремятся расположить выше перекрытия бокса и сделать доступным для обслуживания.
Для увеличения времени выбега при обесточивании насосный агрегат может быть снабжен маховиком. В этом случае требования к надежности электроснабжения приводного двигателя такие же, как и в насосах с контролируемыми протечками для водяного теплоносителя. Чтобы увеличить время выбега в режимах аварийного обесточивания, можно либо увеличить маховые массы насосного агрегата, либо использовать энергию выбегающего синхронного генератора.
Из вспомогательных систем питания от аккумуляторной батареи требуют лишь аварийный маслонасос системы смазки подшипников насоса и электродвигателя и аварийный маслонасос уплотнения вала насоса. Агрегат снабжен электронагревателями для расплавления металлического теплоносителя при пусках из холодного состояния и для поддержания его в жидком виде при неработающем реакторе. К. п. д. таких насосов близок к к. п. д. центробежных водяных насосов соответствующей производительности.
Благодаря высокой электропроводности жидких металлов для их перекачки можно применять электромагнитные насосы. В зависимости от того, как подводится ток к жидкому металлу — путем непосредственного контакта жидкого металла с токоведущей шиной или индукционным путем — электромагнитные насосы разделяют на кондукционные и индукционные. Кондукционные насосы могут быть выполнены на постоянном и переменном токе; индукционные — только на переменном. Кондукционные насосы большой производительности могут быть выполнены только на постоянном токе. Насосы этого типа могут использоваться в качестве главных циркуляционных насосов первого и второго контуров АЭС. Насосы постоянного тока требуют для питания источников с большим током и малым напряжением. В случае мощных насосов выпрямительные установки для этих целей малопригодны, так как они получаются громоздкими и с малым к. п. д. Более подходящими в этом случае являются униполярные генераторы.
При небольших производительностях от 0,5 до 150 м3/ч, давлении до 6 бар и температуре до 680° С для перекачки жидкого натрия и его сплавов с калием разработана серия спиральных индукционных насосов [15], в магнитопроводе которых используются статорные листы стандартных асинхронных двигателей. Такие насосы широко используются во вспомогательных системах (перекачивающих, подпиточных, в контуре очистки).
Основным достоинством электромагнитных насосов всех типов является возможность полной герметичности конструкции без каких-либо систем уплотнения, отсутствие вращающихся частей и легкость регулирования производительности, что обеспечивает их высокую надежность в работе и простоту обслуживания. Основными недостатками электромагнитных насосов являются: гораздо более низкий, чем у центробежных насосов, к. п. д., низкий коэффициент мощности (у индукционных насосов) из-за больших зазоров в магнитопроводе и полное отсутствие механического выбега.
В этом отношении они уступают даже бессальниковым циркуляционным насосам и требуют обязательного питания электроэнергией выбегающего синхронного генератора в режимах аварийного обесточивания, если такой электромагнитный насос используется в контуре циркуляции. По сравнению с центробежными насосами их достоинством является отсутствие вспомогательных систем, требующих сохранения питания в режиме исчезновения напряжения в сети собственных нужд.
Электромагнитные насосы постоянно совершенствуются. Если сейчас для мощных АЭС с жидкометаллическим теплоносителем выбор типа главного циркуляционного насоса решается, как правило, в пользу центробежных из-за их пока более высокой надежности, меньших потерь и наличия инерции вращающихся масс, то в будущем после отработки надежной конструкции электромагнитных насосов высокой производительности и решения вопроса перехода на режим естественной циркуляции без использования инерции вращающихся масс насоса (за счет инерции теплоносителя или использования выбега турбогенераторов) электромагнитные насосы смогут с успехом использоваться в качестве главных циркуляционных насосов I и II контура.
Электронагреватели паровых компенсаторов объема и оборудования с жидкометаллическим теплоносителем. На АЭС
с реакторами с водой под давлением появляется весьма ответственный и мощный потребитель собственных нужд — электронагреватели паровых компенсаторов объема (см. рис. 1-1). Компенсаторы объема (давления) с электронагревателями, правда, гораздо меньшей производительности используются и в схемах с канальными водографитовыми реакторами, но последние используются лишь при пуске станции из холодного состояния, электронагреватели же компенсаторов объема работают как в пусковых, так и во всех других режимах, правда, наибольшая мощность потребляется ими при пуске станции.
Так, например, в реакторе ВВЭР-440 [8] в корпусе компенсатора объема имеется 120 штуцеров, в которые вварены блоки нагревателей. Каждый блок состоит из нержавеющей стальной пробки, в которую вмонтированы три трубчатых нагревателя мощностью по 5 кВт. Электрическое соединение нагревателей в блоке параллельное. Смена блоков может производиться при остановленном реакторе. Следует различать пусковую нагрузку электронагревателей компенсаторов объема, составляющую 1440 кВт, и нагрузку электронагревателей при работе реактора на стационарном уровне мощности. Она невелика и соответствует тепловым потерям компенсатора. Большая часть этой нагрузки не предъявляет повышенных требований к надежности питания. Часть блоков нагревателей общей мощностью около 180 кВт должна быть обеспечена питанием от автономных источников даже в режиме аварийного обесточивания, с тем чтобы предотвратить понижение давления и вскипание теплоносителя.
На АЭС с жидкометаллическим теплоносителем электронагревателями снабжается все оборудование, где возможен переход металла в твердую фазу при охлаждении: трубопроводы, задвижки, насосы, теплообменники, парогенераторы, хранилища металла, линии подпитки. Мощность этих устройств может достигать нескольких тысяч киловатт. Большая часть нагрузки нагревателей не предъявляет повышенных требований к надежности электропитания. Из-за территориальной разбросанности и раздробленности этой нагрузки схема ее электропитания отличается большой разветвленностью и большим количеством источников питания.
Электропривод насосов технической воды и роль этой системы на АЭС. Система технического водоснабжения на АЭС играет еще большую роль, чем на ТЭС, что объясняется рядом обстоятельств.
Во-первых, на современном этапе развития атомной энергетики широкое применение имеют турбины, работающие на насыщенном паре [4, 8] давлением 29—65 бар. Удельные расходы насыщенного пара существенно выше, чем в турбинах той же мощности, но работающих на докритических или сверхкритических параметрах с использованием перегрева. Поэтому производительность и мощность насосов циркуляционной воды конденсаторов турбин в 1,5—2 раза выше, чем на ТЭС той же мощности. При использовании механического выбега основных турбогенераторов АЭС в режиме аварийного расхолаживания приходится оставлять на выбеге часть циркуляционных насосов для сохранения вакуума выбегающих турбин.
Во-вторых, от многих агрегатов атомной электростанции как основных, так и вспомогательных, а также из отдельных ее помещений приходится отводить большое количество тепла. Весьма существенно то, что отвод этого тепла, правда, в меньших количествах нужно продолжать и после остановки станции, даже при аварийном ее отключении с полной потерей напряжения в сети питания собственных нужд. Поскольку отвод тепла производится технической водой, подаваемой специальными насосами, очевидно, что часть этих насосов должна иметь электропривод с питанием от автономных источников.
Третьей особенностью системы технического водоснабжения АЭС, существенно влияющей на построение схемы питания ее электродвигателей, является необходимость создания так называемого промежуточного контура технической воды, от которого охлаждается часть потребителей, связанных с реакторной установкой. Это объясняется необходимостью исключить проникновение радиоактивных примесей в охлаждающую воду, покидающую станцию и сбрасываемую в естественные водоемы.
С учетом сказанного принципиальная схема технического водоснабжения АЭС имеет вид, изображенный на рис. 1-5.
От циркуляционных насосов технического водоснабжения 1 охлаждаются прежде всего конденсаторы турбин, технологические конденсаторы, маслоохладители генераторов, а также маслоохладители и воздухоохладители приводных электродвигателей питательных и конденсатных насосов. От этой же системы через подъемные насосы 2 питаются газоохладители генераторов. Требования к надежности энергоснабжения электродвигателей этих насосов технической воды такие же, как на ТЭС.
Рис. 1-5. Схема технического водоснабжения АЭС
1— циркуляционные насосы конденсаторов; 2 — подъемный насос газоохладителей генераторов; 3 — потребители, охлаждаемые циркуляционной водой конденсаторов; 4 — газоохладители генераторов; 5 — рабочие насосы технической воды; 6— потребители, требующие охлаждающую воду с напором более 10 м; 7 — аварийные насосы технической воды; 8— теплообменник промежуточного контура; 9 — потребители; подпитка теплосети и санитарно-бытовые устройства; 10— насос промежуточного контура; 11 — аварийный насос промежуточного контура; 12 — потребители реакторного зала, охлаждаемые водой промконтура; 13 — вода из водоема; 14 — сброс воды в водоем
На АЭС есть потребители, требующие для своего охлаждения техническую воду напором более 10 м водяного столба; их охлаждение нельзя ставить в зависимость от работы циркуляционных насосов турбин. Эта техническая вода идет на охлаждение: теплообменника промежуточного контура, теплообменника бассейна выдержки отработавших тепловыделяющих элементов, теплообменника бака биологической защиты, теплообменников охлаждения воздуха в боксах парогенераторов и ГЦН, теплообменников вентиляционных систем для охлаждения воздуха в рабочих помещениях, маслоохладителей и воздухоохладителей подпиточных насосов, теплообменников спецводоочистки. От этой же системы можно подать охлаждающую воду в технологический конденсатор. От промежуточного контура охлаждаются теплообменники системы управления и защиты, теплообменники автономных контуров ГЦН, теплообменники доохлаждения продувочной воды реактора и некоторые теплообменники спецводоочистки, т. е. оборудование, где циркулирует радиоактивный теплоноситель и где возможно его загрязнение.
Как правило, циркуляционные насосы промконтура не допускают даже кратковременного перерыва питания при полном обесточивании АЭС, и поэтому аварийный насос промконтура выполняют с питанием от аккумуляторной батареи, а рабочий насос питается от сети переменного тока с переключением на автономный источник питания (дизель-генератор) при обесточивании. Аварийные насосы технической воды допускают перерыв в питании, исчисляемый двумя-тремя минутами, после чего питание должно быть восстановлено от автономных источников.
Электрооборудование системы управления и защиты (СУЗ) реактора.
Эта система выполняет многообразные и ответственные функции, основными из которых являются: контроль за ядерными и теплотехническими параметрами реактора; автоматическое регулирование нейтронной и тепловой мощности; автоматическое и дистанционное управление ядерной реакцией; аварийная защита реактора (АЗ).
Для привода стержней (кассет СУЗ) применяются практически все виды электромеханических устройств (двигатели асинхронные, синхронные, синхронные реактивные, с постоянными магнитами, линейные с бегущим полем, шаговые, постоянного тока, электрогидравлические, плунжерные и т. п.). Некоторые типы приводов предназначены для работы в реакторе в радиоактивной среде теплоносителя (в частности, находят применение герметичные бессальниковые асинхронные и синхронные двигатели, аналогичные по конструкции описанным выше приводам ГЦН). Для приводов стержней СУЗ требуется регулирование скорости в широком диапазоне, для чего применяют различные электромашинные и статические преобразователи частоты и напряжения.
Мощность привода стержня СУЗ составляет не более 1 кВт, однако общая мощность, расходуемая системой СУЗ, в отдельных режимах может достигать нескольких сот киловатт. Некоторые устройства СУЗ требуют весьма высокой надежности электропитания и не допускают даже кратковременного его перерыва. Сказанное относится, в частности, к устройствам контроля за ядерными параметрами реактора (измерение запаса реактивности, периода изменения мощности реактора, нейтронной мощности и отравления реактора); некоторые устройства требуют повышенной надежности электропитания только в нормальном режиме работы АЭС (стержни автоматического и ручного регулирования, АЗ, регуляторы нейтронной мощности) и отключаются в аварийных режимах при остановках реактора.
Следует отметить, что в начальной стадии развития АЭС особенной надежности питания добивались для стержней автоматического регулирования и АЗ. Так, при работающем автоматическом регуляторе два других находились в резерве («горячий» и «холодный» резерв) и включались в работу немедленно после исчезновения питания на рабочем регуляторе. Для АЗ все электрические схемы строились таким образом, что при исчезновении питающего напряжения на любом элементе схемы сбрасывались стержни АЗ и останавливался реактор.
Накопленный опыт работы позволяет для современных АЭС пересмотреть это положение. Выход из строя автоматического регулятора не требует немедленного вмешательства, реакторы надежно работают и на ручном управлении. Для мощной АЭС крайне нежелательны остановки реактора из-за повреждения одного из многих элементов схемы АЗ. Поэтому схемы АЗ теперь выполняют с достаточной степенью резервирования и контроля, но везде, где это возможно, избегают «нулевого» принципа построения схем. Следует стремиться также к сокращению ступеней напряжения и частоты, используемых для питания СУЗ, с тем чтобы в пределе можно было ограничиться одним-двумя напряжениями переменного и постоянного тока и избежать по возможности применения различных преобразователей. Следует стремиться также к унификации типов приводов различных элементов СУЗ (стержней автоматического и ручного регулирования, АЗ, ионизационных камер и т. п.). Повышенной надежности питания требуют также некоторые вспомогательные устройства СУЗ, например контур охлаждении их стержней, который у некоторых типов реакторов является независимым от основного контура теплоносителя.
В схемы СУЗ входит много устройств автоматики, решающих логические задачи и требующих непрерывности счета (логарифматоры, измерители запаса реактивности, устройства программированного автоматического пуска реактора и т. и.). Естественно, что перерыв питания таких устройств нежелателен, т. к. может привести к сбою в работе и необходимости производства длительных переналадочных работ.
Примеры выполнения схем электроснабжения СУЗ приведены в § 2-2.
