ГЛАВА ВТОРАЯ
РЕЖИМЫ РАБОТЫ АЭС И ТРЕБОВАНИЯ К АВТОМАТИЗИРОВАННЫМ СИСТЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ
РЕЖИМЫ РАБОТЫ БЛОКОВ АЭС
Задачи АСУ ТП блока и особенности действий оперативного персонала существенно зависят от режима, в котором работает блок. Режимы работы блоков подразделяют на две группы пусконаладочные и эксплуатационные.
Пусконаладочные режимы.
Они проводятся после окончания строительства и монтажа блока перед сдачей его в нормальную эксплуатацию Они обеспечиваются персоналом станции совместно с представителями научного руководства, разработчиков основного оборудования, проектных, монтажных и наладочных организаций. Во время пусконаладочных работ производится первичное опробование всех систем, обкатка оборудования, физический и энергетический пуск блока. Эти работы проводятся по специальным программам, объем которых зависит от степени сложности оборудования, наличия опыта эксплуатации аналогичных систем и других факторов Пусконаладочные работы в меньшем объеме могут проводиться также после капитальных ремонтов или реконструкции блоков.
Во время физического пуска производится подробное исследование физических характеристик реактора, в том числе эффективности исполнительных органов систем управления и защиты. Во время энергетического пуска исследуются физические и теплофизические характеристики реактора, а также характеристики тепломеханического оборудования, производится наладка и опробование в работе основных систем управления. Важной задачей является изучение поведения блока и его систем управления в аварийных ситуациях, для чего искусственно вызывается срабатывание аварийных защит. Пусконаладочные работы относительно кратковременны, и, естественно, АСУ ТП блока в основном рассчитывается на работу в эксплуатационных режимах. При проведении пусконаладочных работ обычно обращается основное внимание на информационные функции АСУ; в некоторых случаях, особенно при испытании головных блоков серии, штатные системы контроля дополняются временными измерительными системами, позволяющими более глубоко изучить характеристики оборудования. В этих режимах операторам обычно поручается большая доля управляющих функций, чем в эксплуатационных режимах.
После завершения пусконаладочных работ блок передается в постоянную эксплуатацию, осуществляемую в основном персоналом АЭС. Эксплуатационные режимы в свою очередь подразделяют на стояночные, пусковые, выдачи электроэнергии в сеть, выработки электроэнергии на собственные нужды, останова, расхолаживания.
Рассмотрим основные особенности этих режимов и вытекающие отсюда задачи АСУ ТП.
Стояночные режимы. В этих режимах цепная реакция в реакторе не идет, а следовательно, не происходит выработки электроэнергии. Блок может быть остановлен для перегрузки топлива (если технологическая схема блока не допускает его перегрузки «на ходу»), для проведения ремонтов, а также при значительном уменьшении потребления электроэнергии в системе. В соответствии с этим стояночные режимы можно подразделить на режимы перегрузки и ремонтов, холодного и горячего резерва.
В режимах перегрузки и ремонтов оборудование блока обычно находится в состоянии, исключающем возможность выхода на мощность (например, производится разборка различных агрегатов для их ремонта, у реакторов ВВЭР снимается крышка и т. п.). В режимах холодного резерва оборудование находится в собранном и подготовленном к пуску состоянии, однако параметры контуров (температура, давление) низкие и не соответствуют рабочим значениям, поэтому для выхода на мощность требуется значительное время (несколько десятков часов). В горячем резерве параметры контуров поддерживаются близкими к номинальным и вывод на полную мощность может быть проведен достаточно быстро (за 2—3 ч).
В стояночных режимах функции АСУ ТП в основном сводятся к контролю небольшого количества параметров. В режимах перегрузки наиболее важно следить за уровнем нейтронного потока во избежание неконтролируемого разгона реактора, а также за интенсивностью отвода остаточных тепловыделений. Управление осуществляется только вспомогательными системами, обеспечивающими требуемые значения технологических параметров. В качестве примера укажем на управление системами электрообогрева в реакторах на быстрых нейтронах. В режимах холодного и особенно горячего резерва объем контролируемых параметров увеличивается, а управление ведется большим количеством вспомогательных систем. Например, в реакторах ВВЭР в режимах горячего резерва поддерживается давление в контуре с помощью компенсаторов объема. Во всех этих режимах управление осуществляется главным образом дистанционно; ряд параметров вспомогательных систем поддерживается автоматическими регуляторами.
В стояночных режимах система аварийной защиты реактора, предназначенная для гашения цепной реакции, должна быть включена; если дополнительные органы аварийной защиты по условиям технологии не могут находиться в рабочем состоянии во время перегрузки, система управления должна исключать возможность введения в реактор избыточной положительной реактивности
Пусковые режимы. В этих режимах в реакторе начинается цепная реакция и производится постепенный подъем его мощности и теплотехнических параметров вплоть до включения турбогенератора в сеть и набора электрической мощности. Эти режимы характеризуются большим количеством переключений в технологических схемах (закрытие и открытие задвижек), включением и отключением насосов и других механизмов, а также нестационарностью всех основных параметров. Поэтому с точки зрения управления эти режимы являются наиболее тяжелыми, так как требуется контролировать максимальное число параметров и осуществлять большое число операций управления за короткое время (до 400 операций в час ). В настоящее время основная часть этих операций осуществляется дистанционно, но в новейших системах они поручаются устройствам функционально-группового управления. В перспективе намечается широкое использование в этих режимах управляющих вычислительных машин. По мере выхода на мощность включаются в работу автоматические системы регулирования, но их роль в процессах пуска относительно невелика, так как основная задача управления — переключения в технологической схеме. Процесс пуска осуществляется с включенными устройствами аварийной защиты, кроме тех из них, отключение которых предписывается технологическими регламентами
Основным технологическим критерием качества управления в пусковых режимах является минимальное время выхода на мощность при соблюдении ограничений, налагаемых на величины и скорости изменения параметров. Ограничения на скорость изменения параметров необходимы, потому что при высоких скоростях изменения температур в элементах конструкций ЯЭУ могут возникать напряжения, частое повторение которых может привести к разрушениям В некоторых случаях необходимо учитывать дополнительные показатели, в частности затраты теплоты в период пуска.
Режимы выработки электроэнергии. Режимы выдачи электроэнергии в сеть являются основными, и именно так блоки работают большую часть времени. Особенности этих режимов и требования, предъявляемые к АСУ ТП, подробно рассмотрены в § 2.2. В режимы выработки электроэнергии на собственные нужды блок может перейти из режимов выдачи энергии в сеть при авариях в последней, когда срабатывают специальные защиты, отключающие генераторы от сети. Полностью прекращать при этом выработку электроэнергии нежелательно, так как при таких авариях питание собственных нужд блока от сети невозможно и прекращение выработки электроэнергии приведет к его останову. При сохранении выработки электроэнергии на собственные нужды время последующего выхода на мощность значительно меньше, чем при останове, что благоприятно для ликвидации последствий аварии в энергосистеме.
Основное требование к АСУ ТП — обеспечение перехода с режима выдачи энергии в сеть в режим выработки энергии на собственные нужды, что влечет необходимость резкого снижения расхода пара на турбину (до 10 раз). При этом главные параметры блока должны оставаться в заданных пределах. Обычно производится автоматическое включение систем, не работающих в нормальных режимах, обеспечивающих снижение мощности турбогенератора (например, открываются клапаны, сбрасывающие пар из трубопроводов в конденсаторы турбины); необходимо также производить ручное или автоматическое переключение в контурах автоматических регуляторов (например, отключение регуляторов, поддерживающих давление пара перед турбиной воздействием на ее регулирующие клапаны). Особую роль в режимах перехода на сниженную мощность играют автоматические защиты, так как существует большая вероятность выхода некоторых параметров за допустимые пределы.
Режимы останова. Они разделяются на плановые и аварийные. Плановые остановы проводятся при необходимости перегрузки или планового ремонта, аварийные — при срабатывании защит, приводящих к полному останову блока. По своему характеру режимы планового останова близки к режимам пуска, однако проводимые при останове операции обычно несколько проще. Управление осуществляется в основном дистанционно, в новейших системах некоторые операции передаются устройствам функционально-группового управления, а также ЭВМ. Главное требование к АСУ ТП — такое же, как и при пусках,— проведение операций за минимальное время при соблюдении ограничений по значению и скорости изменения параметров.
При аварийных остановах большинство операций управления проводится автоматически системами аварийных защит и блокировок; в некоторых системах при особо тяжелых авариях с помощью блокировок осуществляется автоматический запрет на действия оператора. Многие регуляторы автоматически отключаются, однако некоторые из них продолжают выполнять свои функции, те системы автоматического регулирования, которые специально предназначаются для работы в аварийных режимах, автоматически включаются. При проектировании систем управления, предназначенных для работы в режимах аварийного останова, основное внимание обращается на их надежность. К точности поддержания параметров и скоростей их изменения предъявляются значительно меньшие требования, чем при плановых остановах, так как аварийные режимы происходят значительно реже и возникающие при быстрых изменениях температур термические напряжения не накапливаются и не приводят к разрушениям конструкций ЯЭУ. Большая роль в режимах аварийного останова отводится аварийной сигнализации, которая позволяет оператору следить за правильностью срабатывания систем, а также принимать меры к скорейшей ликвидации аварии Режим расхолаживания, во время которого происходит отвод остаточных тепловыделений, наступает после останова блока. Нарушение отвода остаточных тепловыделений, даже в остановленном (без цепной реакции) реакторе, может привести к расплавлению активной зоны и другим нежелательным последствиям. Режимы расхолаживания подразделяются на нормальные (когда все необходимые агрегаты исправны) и аварийные, когда останов блока вызывается аварийными отключениями агрегатов. В последнем случае возникает необходимость автоматического включения специальных систем, например системы аварийного охлаждения активной зоны. В режимах расхолаживания объем работающего оборудования, а следовательно, и контролируемых параметров невелик. В режимах нормального и аварийного расхолаживания после включения всех аварийных систем основной объем операций производится дистанционно. Все операции по останову могут проводиться как с БЩУ, так и с РЩУ.
