Эксплуатационные режимы водо-водяных энергетических реакторов - Останов реактора

ГЛАВА 6
РЕЖИМ ОСТАНОВА РЕАКТОРА
6.1. ОСТАНОВ РЕАКТОРА
Останов реактора осуществляется с помощью системы управления и защиты. На ВВЭР система управления и аварийной защиты реакторов (СУЗ) состоит из управляемых электромеханически стержней с борным поглотителем, системы борного регулирования и системы аварийного ввода бора. Конструкция поглотителей электромеханической СУЗ и принципы действия их приводных механизмов освещены, например, в [5].            
Система аварийного ввода бора (рис. 6.1) состоит из аварийных подпиточных насосов, подающих в 1-й контур раствор борной кислоты высокой концентрации, хранящейся в специальных емкостях.

Рис. 6.1. Схема аварийного ввода борной кислоты в ВВЭР-440: 1 — бак с раствором борной кислоты; 2 — аварийные подпиточные насосы (АПН)
По степени воздействия на мощность реактора ВВЭР-440 сигналы аварийной защиты (АЗ), поступающие от соответствующих датчиков в электронно-релейную аварийную схему (аварийную цепочку), подразделяются на четыре рода (АЗ-1 — A3-IV), причем наиболее эффективны, т. е. снижают мощность реактора с наибольшей скоростью, сигналы АЗ-1. Схема электронной аварийной цепочки объединяет в одну электронную цепь все реле от датчиков и приборов, которые могут быть источниками сигналов АЗ одного рода. Четыре рода АЗ составляют четыре аварийные цепочки. В них возникает стартовый импульс для исполнительных механизмов и схем.
При появлении сигнала АЗ-1 снимается напряжение питания силовых цепей выпрямительных устройств и преобразователей низкой частоты (ПНЧ) и все стержни СУЗ, находящиеся вверху или в промежуточном положении, движутся вниз самоходом со скоростью 20 — 30 см/с. При этом обеспечивается быстрый сброс нейтронной и тепловой мощности реактора.

Аварийные сигналы I рода (АЗ-1) ВВЭР-440 подаются в следующих случаях.               

1. При уменьшении периода нарастания плотности нейтронного потока до заданного аварийного значения по двум из трех приборных каналов.
2. При достижении заданного аварийного значения плотности нейтронного потока в энергетическом диапазоне по двум из трех каналов.
3. При уменьшении давления в 1-м контуре до 120 кгс/см2 с одновременным снижением уровня в компенсаторе объема на 2700 мм от номинального значения (сигнал большой течи).
4. При повышении перепада давления на реакторе до 3,75 кгс/см2.
5. При снижении мощности трех или более ГЦН до 50% номинальной (сигнал проходит с выдержкой времени 0,6 с).

1. При закрытии стопорных клапанов обеих турбин (в случае работы одной турбины импульсом на АЗ служит посадка ее стопорных клапанов).
2. При потере питания 220 В постоянного тока щита СУЗ без выдержки времени.
3. При потере питания 220 В переменного тока на двух комплектах приборов АЗ из трех.
4. При исчезновении напряжения на вводах 380 В, 50 Гц переменного тока щита СУЗ с выдержкой времени 1,5 с.
5. При потере питания на промежуточном реле АЗ-1.
6. При нажатии кнопки АЗ-1.

При появлении сигнала АЗ-П преобразователь низкой частоты отключается и стержни групп СУЗ последовательно, начиная с рабочей, движутся вниз самоходом. При исчезновении сигнала АЗ-2 происходит автоматический подхват движущихся групп.
Аварийные сигналы II рода (АЗ-П) ВВЭР-440 подаются в следующих случаях.        

1. При достижении заданного аварийного значения плотности нейтронного потока по двум из трех приборных каналов.
2. При уменьшении давления в 1-м контуре до 115 кгс/см2 по двум приборам из трех.
3. При увеличении температуры в помещении обслуживания ГЦН и главных запорных задвижек 1-го контура (ГЗЗ) выше 100 °С и повышении давления в боксе ГЦН-ПГ до 1,3 кгс/см2 (по двум приборам из трех).
4. При потере питания на промежуточном реле АЗ-2.

С появлением сигнала АЗ-3 движение рабочей группы стержней вверх прекращается. Одновременно на вход всех преобразователей низкой частоты рабочей группы стержней СУЗ подается управляющий сигнал на движение стержней вниз. Рабочая группа стержней СУЗ начинает движение вниз со скоростью 2 см/с. При исчезновении сигнала АЗ-3 происходит автоматический подхват группы.
Аварийные сигналы III рода (АЗ-Ш) ВВЭР-440 подаются в следующих случаях.

1. При уменьшении периода нарастания плотности нейтронного потока до значения предупредительной уставки по двум из трех приборных каналов.
2. При достижении заданного предупредительного значения плотности нейтронного потока по двум из трех каналов;
3. При повышении давления в 1-м контуре до 140 кгс/см2 по двум приборам из трех.
4. При повышении температуры на выходе трех и более петель реактора до 310 °С.
5. При повышении температуры воды автономного контура на выходе из подшипников ГЦН до 80 °С.
6. При исчезновении напряжения в цепях двух комплектов автоматики ГЦН.
7. При потере питания на промежуточном реле АЗ-Ш.

При появлении сигнала A3-IV запрещается движение органов регулирования вверх. С исчезновением сигнала запрещение снимается.
Аварийные сигналы IV рода (A3-IV) ВВЭР-440 подаются в следующих случаях.

1. При уменьшении периода нарастания плотности нейтронного потока до значения предупредительной уставки по двум из трех приборных каналов.
2. При достижении заданного предупредительного значения плотности нейтронного потока по двум из трех каналов.
3. При повышении давления в 1-м контуре до 135 кгс/см по двум приборам из трех.
4. При увеличении температуры на выходе трех и более петель реактора до 305 °С.
5. При непосредственном опускании (падении) органов СУЗ.
6. При потере питания на промежуточном реле A3-IV.

Кроме аварийных уставок в системе АЗ предусмотрены и соответствующие предупредительные уставки по контролируемым параметрам (табл. 6.1). Это позволяет инженеру-оператору своевременно принимать необходимые меры. Появление предупредительных и аварийных сигналов сопровождается соответствующей световой и звуковой сигнализацией на блочном щите управления (БЩУ). Предусмотрены также блокировки, обеспечивающие автоматический переход на резервное оборудование и электропитание, защищающие реактор, 1-й контур и основное оборудование от недопустимых режимов и обеспечивающие безопасность АЭС. Принцип действия автоматических электросхем некоторых блокировок рассмотрен в [5]. Ниже приводятся перечни основных блокировок на ВВЭР-440.

А. Блокировки, действующие после срабатывания аварийной защиты реактора.

     Б.  Запуск дизель-генераторов при срабатывании A3-I или отсутствии напряжения на секциях КРУ-6 кВ, к которым подключены дизели.

              В.       Блокировки, действующие после срабатывания АЗ-1 по сигналу полного
обесточивания АЭС:

Таблица 6.1. Уставки аварийной защиты ВВЭР-440

* УП — уставка предупредительная, УА — уставка аварийная. Срабатывание АЗ по УП приводит к опусканию рабочей группы стержней СУЗ в активную зону со скоростью 2 см/с. Срабатывание АЗ по УА приводит к опусканию всех стержней СУЗ в активную зону со скоростью 20 см/с (самоходом).

а)   отключение отпаек трансформаторов для собственных нужд, от которых не питаются ГЦН;
б)   отключение механизмов для собственных нужд от секций КРУ-6 кВ, питающих ГЦН (кроме отключения ГЦН),— конденсатных насосов, питательных насосов, циркуляционных насосов, трансформаторов 6 кВ/0.4 кВ, дренажных насосов;
в)    отключение резервного питания секций для собственных нужд 0.4 кВ.

1. Отключение от системы обоих турбогенераторов при работе 2ТГ и 1ГСР по фактору отключения трех и более ГЦН-(АЗ-1).
2. Блокировки, обеспечивающие надежное питание потребителей АЭС:

а)   отключение секционных выключателей при понижении напряжения на полусекциях 6 кВ, питающихся при обесточивании АЭС от дизелей;
б)    отключение от системы соответствующего турбогенератора через 2 мин после срабатывания стопорных клапанов;            
в)   отключение отпаек соответствующих трансформаторов для собственных нужд, от которых не питаются ГЦН, через 2 мин после закрытия стопорного клапана турбины;
г)   автоматическое включение резерва (АВР) секций собственных нужд 6 и 0,4 кВ при исчезновении основного питания, в том числе: включение дизелей при потере напряжения на секциях 6 кВ надежного питания собственных нужд II категории и АВР для секций 0,4 кВ надежного питания I категории.

Б. Блокировки, защищающие реактор и основное оборудование от недопустимых режимов.
Главные циркуляционные насосы.

1. Запрет дистанционного отключения более двух ГЦН.
2. Запрет на включение ГЦН и открытие ГЗЗ холодной нитки подключаемой петли при разности температур теплоносителя в работающих петлях и подключаемой петле более 15 °С.
3. Запрет на включение ГЦН при работе насоса автономного контура охлаждения подшипников ГЦН (АН ГЦН).
4. Включение АН ГЦН при отключении соответствующего ГЦН.

Первый контур.

1. Срабатывание при повышении давления в 1-м контуре до 147 кгс/см2 импульсного клапана, открывающего первый предохранительный клапан компенсатора объема (по двум из трех приборов).
2. Срабатывание при повышении давления в 1-м контуре до 151 кгс/см2 импульсных клапанов, открывающих второй и третий предохранительные клапаны компенсатора объема (по двум из трех приборов).
3. Закрытие импульсных и предохранительных клапанов компенсатора объема при уменьшении давления в 1-м контуре до 138 кгс/см2 (по двум из трех приборов).

Компенсатор объема.

1. Включение нагревателей при снижении давления в 1-м контуре.
2. Отключение нагревателей компенсатора объема при повышении давления в 1-м контуре.
3. Отключение нагревателей .компенсатора объема при понижении уровня в компенсаторе объема.
4. Запрет на включение нагревателей при понижении уровня в компенсаторе объема.
5. Работа регулятора давления 1-го контура — открытие и закрытие клапана впрыска в компенсатор объема при повышении или понижении давления в 1-м контуре соответственно.

1. Работа регулятора уровня в компенсаторе объема — включение и выключение рабочего подпиточного насоса при понижении или повышении уровня в компенсаторе объема соответственно.

Парогенератор.

1. Срабатывание при, увеличении давления в парогенераторе до 54,5 кгс/см2 первого импульсного клапана, вызывающего открытие первого предохранительного клапана парогенератора.
2. Срабатывание при увеличении давления в парогенераторе до 55,5 кгс/см2

второго импульсного клапана, вызывающего открытие второго предохранительного клапана парогенератора.      

1. Закрытие импульсных и предохранительных клапанов парогенераторов при уменьшении давления в парогенераторе до 51 и 49 кгс/см2 соответственно для вторых и первых клапанов.

Главный паровой коллектор.

1. Открытие клапанов быстродействующего редукционного устройства (БРУ) сброса пара в атмосферу при увеличении давления в паровом коллекторе до 51 кгс/см2.
2. Закрытие клапанов БРУ сброса пара в атмосферу при снижении давления в паровом коллекторе до 45 кгс/см2.
3. Открытие клапанов БРУ сброса пара в конденсатор турбины при повышении давления в паровом коллекторе до 49 кгс/см2 (при нормальном вакууме и давлении конденсата).
4. Закрытие паровых задвижек на линиях связи паропроводов парогенераторов с главным паровым коллектором при снижении давления в главном паровом коллекторе до 41 кгс/см2,
5. Закрытие стопорных клапанов при уменьшении давления в главном паровом коллекторе до 37 — 39 кгс/см2 (по двум из трех приборов).

В. Блокировки по важнейшим вспомогательным системам, обеспечивающим безопасность АЭС.

Системы аварийной подпитки.

1. Включение в работу аварийных подпиточных насосов (АПН) при снижении уровня в компенсаторе объема, переключатель блокировок которых находится в положении «работа».
2. Включение резервного АПН при аварийном отключении работающего АПН и пониженном уровне в компенсаторе объема.
3. Включение не более двух АПН в режиме обесточивания станции при снижении уровня в компенсаторе объема.

Система нормальной подпитки.

1. Включение резервного подпиточного насоса (ПН) при отключении рабочего ПН.

Спринклерная система.
1. Включение, в работу насосов спринклерной установки, переключатель блокировки которых находится в положении «работа», при увеличении избыточного давления в боксе ГЦН — ПГ более 0,3 кгс/см2.
Контур охлаждения ГЦН и приводов СУЗ.

1. Включение резервного насоса контура при отключении рабочего насоса.
2. Включение резервного насоса охлаждения ГЦН при уменьшении давления в выходном патрубке работающего насоса до 2,5 кгс/см2.
3. Автоматическое включение резервного насоса контура охлаждения СУЗ при уменьшении давления в выходном патрубке работающего насоса контура охлаждения СУЗ до 8 кгс/см2.

Система технической воды.

1. Включение резервного насоса технической воды (НТВ) при отключении любого из работающих НТВ.
2.  Автоматическое включение резервного НТВ при уменьшении давления в напорном патрубке любого НТВ.
3. Запуск двух НТВ после появления напряжения на секции дизелей в режиме обесточивания станции. 

             
При эксплуатации реактора нежелательны излишние остановы. Исследования показали, что стойкость твэлов и надежность оборудования находятся в обратной зависимости от числа так называемых термокачек (полных сбросов и наборов нагрузки) за кампанию. Поэтому число полных и частичных сбросов мощности ограничивается соответствующими техническими требованиями и условиями.
В практике эксплуатации ВВЭР различают следующие виды останова: а) автоматический аварийный останов реактора системой аварийной защиты; б) аварийный останов реактора оператором; в) нормальный останов реактора оператором. 
Режимы остановов рассматриваются ниже применительно к ВВЭР-440.
В зависимости от конкретной ситуации нормальный и аварийный остановы могут осуществляться с расхолаживанием либо без расхолаживания 1-го контура (см. § 6.2).
Под нормальным остановом реактора понимается останов без воздействия аварийной защиты, т. е. останов оператором путем постепенного введения поглотителей стержней СУЗ в активную зону и прекращения цепной реакции деления. Все операции по нормальному останову АЭС регламентируются специальными технологическими инструкциями.
Нормальный останов реактора производится: а) для выполнения плановых предупредительных ремонтов (ППР); б) для замены ядерного топлива; в) в случае появления неполадок и неисправностей, при наличии которых работа реактора на мощности запрещается (но допускается нормальный останов).
Нормальный останов реактора без расхолаживания 1-го контура может потребоваться в следующих случаях: а) при необходимости не очень сложного ремонта обоих турбогенераторов; б) для выполнения ремонта оборудования 2-го контура; в) для проведения ремонта на открытом распределительном устройстве (ОРУ), без выполнения которого невозможна работа ТГ под нагрузкой.
Нормальный останов реактора с полным расхолаживанием 1-го контура и переводом реактора в глубоко подкритическое состояние выполняется в следующих случаях: а) для замены ядерного топлива; б) для ремонта систем и оборудования 1-го контура, проходящего с разуплотнением контура; в) для ремонта оборудования 2-го контура, который требует снижения рабочего давления и температуры в главном паровом коллекторе, главных паропроводах, в системе подпитки парогенераторов; г) при ремонте систем, обеспечивающих безопасность реактора и АЭС, когда при проведении ремонтных работ не обеспечивается безопасность критического реактора функционированием этих систем (системы СУЗ, системы аварийного ввода бора, спринклерной системы, системы промежуточного контура и технического водоснабжения реакторного отделения).
Под аварийным остановом реактора понимается останов, вызванный срабатыванием аварийной защиты реактора (АЗ-1, АЗ-2 и АЗ-3) с переводом его в подкритическое состояние. К аварийному останову приравнивается останов реактора оператором при отказе срабатывания аварийной защиты. Ликвидация аварийных состояний на АЭС проводится в соответствии со специальной инструкцией.
Работа реактора на мощности запрещается и реактор останавливается автоматически системой аварийной защиты в следующих случаях:

1. при прохождении сигналов аварийной защиты первого рода (АЗ-1);
2. при прохождении сигналов аварийной защиты второго — третьего родов (АЗ-1 — АЗ-3) длительностью, достаточной для перевода реактора в подкритическое состояние.