Принцип глубокоэшелонированной защиты (ГЭЗ) предусматривает не только использование систем, оборудования и инженерно-технических средств для обеспечения безопасности, но также учитывает деятельность персонала (организацию эксплуатации АЭС', руководство и контроль администрации, подготовленность и действия персонала). Важную роль в реализации этого принципа выполняют уровни ГЭЗ.
Уровни ГЭЗ - это система технических и организационных мер, направленных на защиту физических барьеров, сохранение их эффективности в целях защиты персонала, населения и окружающей среды. Они включают пассивные системы, автоматические системы безопасности (СБ) и СБ, включающиеся вручную, а также комплекс организационнотехнических мероприятий, предусмотренных для обеспечения выполнения важных функций безопасности.
Система защиты барьеров и меры по преодолению возникающих аномальных и аварийных ситуаций в соответствии с принципом ГЭЗ являются основой управления нарушениями, инцидентами и авариями для обеспечения выполнения функциональных задач безопасности на АЭС.
Основными функциональными задачами безопасности, играющими важную роль в обеспечении целостности физических барьеров, являются:
- постоянный контроль и управление реактивностью реактора;
- постоянный отвод вырабатываемой в активной зоне энергии (охлаждение ее в нормальных и аварийных условиях);
- обеспечение локализации и удержания РАВ в пределах ГО.
Эти три функциональные задачи безопасности обычно называют фундаментальными функциями безопасности (ФФБ). ФФБ должны быть постоянно работоспособными в целях исключения риска отказов барьеров, а в случае отказов их - ограничивать тяжесть этих отказов и их последствия. В последующих главах эти ФФБ будут подробно рассмотрены.
В соответствии с документами в системе уровней ГЭЗ предусмотрено 5 уровней. При этом следует отметить, что между барьерами и уровнями защиты существует определенная взаимосвязь. Она характеризует возможности ГЭЗ в реализации ее главной задачи: предотвращения возникновения аварий или локализации и ослабления их.
При рассмотрении содержания уровней защиты (УЗ) примем следующий порядок изложения. Вначале - наименование (общее смысловое определение), затем цели, задачи, основные средства, принципы и особенности, которые обеспечивают выполнение каждого из уровней.
Уровень 1. Создание условий, способствующих нормальной (безопасной) эксплуатации и предотвращению нарушений.
Цель: обеспечение поддержания энергоблоков в рамках и условиях нормальной (безопасной) эксплуатации (параметры технологических процессов не должны превышать эксплуатационных пределов) и предотвращение нарушений в работе АЭС.
Осуществляется цель за счет применения консерватизма при проектировании, обеспечения качества и культуры безопасности:
- оценки и выбора площадки, пригодной для размещения АЭС; установления санитарно-защитной зоны и зоны наблюдения вокруг АЭС;
- разработки проекта на основе консервативного подхода с развитым свойством внутренней самозащищенности РУ, применением систем нормальной эксплуатации и систем безопасности;
- обеспечения необходимого качества элементов, систем АЭС и выполняемых работ;
- эксплуатации АЭС в соответствии с требованиями НТД и технологических регламентов, инструкций по эксплуатации;
- под держания в исправном состоянии важных для безопасности систем и элементов путем своевременного выявления дефектов, принятия профилактических мер, включая замены оборудования, исчерпавшего свой ресурс, организации эффективно действующей системы документирования результатов работ и контроля;
- подбора персонала АЭС и обеспечения необходимого уровня его квалификации для работы в нормальных и аварийных условиях;
- формирования культуры безопасности.
Этот уровень защиты действует в границах всех четырех барьеров. На рис. 49 представлена схема, характеризующая уровни ГЭЗ при эксплуатации АЭС.
Вывод. Первый УЗ - это качественный, консервативно выполненный проект АЭС с использованием свойств внутренней самозащищенности РУ; высококвалифицированный, с необходимым уровнем подготовки персонал; поддержание рабочих параметров в заданных (проектных) пределах в целях исключения повреждений барьеров с использованием автоматики технологических защит и систем нормальной эксплуатации.
Уровень 2. Контроль за нарушениями, выявление отказов и предупреждение проектных аварий системами нормальной эксплуатации.
Цель: обеспечение обнаружения скрытых отказов, нарушений и отклонений от условий нормальной эксплуатации и их устранение; предотвращение развития нарушений и перерастания их в проектные аварии системами нормальной эксплуатации; поддержание в исправном состоянии СБ за счет ТО и Р.
Осуществляется цель 2-го уровня за счет управления при нарушениях эксплуатации и выявлении отказов:
- своевременного обнаружения дефектов и отклонений от нормальной работы, принятия мер по их устранению и недопущения их перехода за эксплуатационные пределы;
- использования систем и процедур управления технологическими процессами при нарушениях нормальной эксплуатации;
Уровень 4 связан с 4-м барьером.
Вывод. Четвертый УЗ - это рациональное управление запроектными авариями в целях ослабления их последствий и поддержание работоспособности систем локализации, включая ГО в целях удержания РАВ в установленных пределах.
Уровень 5. Планирование мер защиты персонала и населения, в основном за пределами площадки АЭС.
Цель: обеспечение ослабления последствий запроектной аварии и защита персонала и населения от РАВ.
Применение планов противоаварийных мероприятий на площадке АЭС и за ее пределами.
Осуществляется цель за счет:
- подготовки и осуществления планов противоаварийных мероприятий по защите персонала на площадке АЭС, населения и окружающей среды за пределами площадки АЭС;
- определения санитарно-защитной зоны и зоны наблюдения вокруг АЭС;
- включения в действие при необходимости кризисных центров на АЭС и вне ее (внутреннего и внешнего).
Вывод. Пятый УЗ - это противоаварийные мероприятия по ослаблению последствий аварий от радиологического воздействия на персонал, население и окружающую среду на площадке АЭС и за ее пределами.
В заключение необходимо отметить, что между физическими барьерами и уровнями защиты существует определенная взаимосвязь в соответствии с принципом ГЭЗ (рис. 50).
Первый уровень защиты действует в границах всех четырех барьеров, второй УЗ действует в границах 1, 2-го и 3-го барьеров, третий, четвертый и пятый УЗ начинают действовать, когда возникают нарушения и отказы (ИСА), возможность их перерастания в проектные, а проектных - в запроектные.
В стратегии ГЭЗ целесообразно повысить в первую очередь эффективность первого и второго УЗ, так как большинство нарушений и ИСА на АЭС должны локализоваться на этих УЗ, то есть на более ранних стадиях возникновения аварий. Это может значительно упростить действия на более высоких УЗ.
Однако принцип ГЭЗ будет реализован в полной мере, если будет обеспечена эффективность всех пяти УЗ в глубину. При этом реализация принципа ГЭЗ позволяет достигнуть главной цели безопасности при эксплуатации АЭС - предотвращения отказов и аварий, а в случае их возникновения предусматривает средства и меры по их преодолению или ослаблению последствий аварий.
5-й уровень: применение противоаварийных мер по защите персонала и населения от РАВ вне площадки АЭС
Рис. 50
В настоящее время дополнительно к барьерам и УЗ стратегическое направление ГЭЗ в новых проектах реализуется за счет более широкого применения следующих принципов:
- использования пассивных средств безопасности;
- развития свойств внутренней самозащищенности РУ;
- снижения номинальных нагрузок и мощностей;
- упрощения принципов эксплуатации.
Роль концепции ГЭЗ в обеспечении безопасной эксплуатации АЭС исключительно важная. Для дальнейшего осмысления и совершенствования концепции ГЭЗ на основе анализа ее применения на различных стадиях эксплуатации и при различных состояниях АЭС целесообразно дать иллюстративное представление концепции ГЭЗ в виде таблицы с учетом состояния физических барьеров, уровней защиты и возможных переходов от состояния нормальной эксплуатации до тяжелых аварий (рис. 51).
Сделаем комментарий к этой таблице.
Здесь принцип ГЭЗ рассматривается при различных состояниях АЭС с представлением возможных переходов от нормального состояния до аварийного.
Так, в первой строке указаны две глобальные стратегические цели глубокоэшелонированной защиты - предотвращение аварий и ослабление аварий. В следующих строках таблицы эти цели разделены на отдельные, более ограниченные, стратегические задачи, связанные с УЗ.
На первом уровне защиты, средствами обеспечения которого являются консервативные, то есть с большими запасами, технические решения, обеспечение качества и культура безопасности, а главной стратегической задачей является предотвращение нарушений в работе АЭС. Необходимо отметить, что все эксплуатируемые на территории России АЭС и большинство на Украине были созданы до ввода в действие ОПБ - 88, и поэтому отдельные реализованные при их сооружении технические решения не являются консервативными и не полностью соответствуют современным требованиям.
Наиболее актуальными для них являются обеспечение качества эксплуатации и действительная культура безопасности персонала, (например, в настоящее время ряд АЭС дооснащается полноразмерными тренажерами).
Во второй уровень глубокоэшелонированной защиты входят системы и процедуры управления технологическими процессами, которые начинают действовать при нарушениях нормальной работы АЭС, а также различные диагностические системы, предназначенные для упреждающего выявления скрытых отказов и повреждений до того, как они проявятся сами. Например, на действующих АЭС внедряются системы контроля за состоянием металла и методики выявления «течи перед разрывом».
Рис. 51
Третий уровень защиты включает системы безопасности, в том числе управляющие системы безопасности, и должен предотвратить развитие отказов оборудования и ошибок персонала в проектные аварии, а проектных - в тяжелые запроектные, если предыдущие уровни оказались неэффективными. Этому уровню, как правило, уделяется особое внимание при проведении реконструкции и модернизации блоков.
В повышении эффективности четвертого и пятого уровней особую роль играют процедуры и руководства по управлению авариями, включая СОАИ.
Вместе с тем главная идея ГЭЗ состоит в том, чтобы развитие нежелательных процессов обнаруживать и прекращать на самых ранних стадиях, то есть предотвращать исходные события и их развитие в аварии. Отсюда следует вывод о повышении значения первых двух уровней защиты, оказывающихся часто в тени более высоких уровней. Кроме того, при проектировании систем нормальной эксплуатации не используются или используются в меньшей степени специальные принципы, сформулированные для систем безопасности и обеспечивающие их высокую надежность, такие как принцип единичного отказа, принципы независимости, разнообразия и т.д.
В то же время в Международной шкале тяжести событий на ядерных установках критерий «нарушение глубокоэшелонированной защиты» формулируется исключительно по состоянию систем безопасности. При этом события, происходящие в рамках систем нормальной эксплуатации, считаются либо несущественными для безопасности, либо вообще находящимися за пределами шкалы. Между тем именно такие события составляют большинство из реально происходящих на ядерных установках. Естественно, что без их анализа и оценки нельзя объективно судить о состоянии ГЭЗ в целом.
Поэтому сейчас все в большей степени формируется осознание того, что первые два уровня защиты имеют особое значение. Большинство нарушений, возникающих при работе АЭС, должны локализоваться именно на этих уровнях, что может позволить ослабить более высокие уровни.
Это стратегическое направление ГЭЗ наиболее полно реализуется в разрабатываемых проектах АЭС нового поколения с большим применением черт пассивной безопасности и свойств внутренней самозащищенности, снижением мощности и нагрузок, упрощением эксплуатации. Все эти черты реакторов новых поколений усиливают главную стратегическую линию ГЭЗ на предотвращение аварий.
