Надежность и безопасность АЭС - Особенности управления аварийными режимами

Общий подход к управлению авариями [16, 20, 29, 30]

АЭС всегда является источником риска для персонала, населения и окружающей среды. Этот риск связан с радиоактивными излучениями, образованием продуктов деления и ОЯТ при работе реактора, накоплением РАО в АЭС и вероятностью их выброса в окружающую среду при возникновении ядерных аварий. Для того чтобы риск в таких условиях был приемлемым и обеспечивалась безопасность АЭС, необходимо предусматривать специальные средства и системы в составе ЭБ АЭС и выполнять соответствующие организационно-технические и административные меры в аварийных ситуациях. Эти меры основаны на различных конструктивно-технологических и эксплуатационных принципах, которые были рассмотрены ранее. Они направлены:
-в первую очередь на предотвращение аварии или на ограничение дальнейшего развития их;

1. на локализацию или ослабление последствий тяжелых аварий;
2. на удержание РАВ в пределах ГО или уменьшение их выбросов в окружающую среду.

При возникновении ядерных аварий необходимо предусматривать в зависимости от их тяжести предотвращающие или ослабляющие меры.
Если авария не превосходит пределы и условия безопасной эксплуатации и установленные пределы повреждения твэлов, то действия персонала направлены на локализацию аварии и недопущение превращения ее в запроектную.
Если происходит превышение указанных пределов с повреждением активной зоны, то должны приниматься ослабляющие меры по предотвращению дальнейшего повреждения твэлов, сохранению физических барьеров (в первую очередь ГО) и ограничению развития последствий аварии.
При этом при разработке мероприятий необходимо учитывать следующее:

1. компоненты АЭС выполняются с определенным консервативным запасом и могут сохранять некоторую работоспособность даже при запроектных авариях;
2. запроектные аварии, как показывают исследования, протекают вначале медленно, что дает персоналу несколько больший период времени, чем в случае проектных аварий, для оценки состояния и принятия решений;
3. состояние и особенности функционирования оборудования и систем АЭС в реальных условиях запроектных аварий;
4. вероятные признаки, характеризующие возможность перехода проектной аварии в запроектную.

Важная роль в реализации этих принципов отводится управлению авариями оперативным персоналом АЭС.

Основные цели и задачи управления авариями

Основной целью и задачей персонала в аварийных ситуациях является предотвращение перерастания:

1. аварийных ситуаций в проектные аварии путем контроля важных для безопасности параметров и действий персонала в соответствии с аварийными инструкциями;
2. проектных аварий в запроектные путем контроля правильности функционирования СБ, состояния физических барьеров безопасности и действий персонала в соответствии с проектными аварийными инструкциями.

Следует подчеркнуть, что предотвращение перерастания проектных аварий в запроектные является одной из главных задач управления проектными авариями.
Управление запроектными авариями должно быть направлено:

1. на ослабление (ограничение) воздействия последствий запроектных аварий (радиоактивное облучение персонала и населения и загрязнение окружающей среды) путем использования инструкций и руководств по запроектным авариям (включая симптомно-ориентированные аварийные инструкции) и, при необходимости, ввода в действие планов противоаварийных мероприятий по защите персонала и населения;
2. возвращение станции в контролируемое состояние (цепная реакция заглушена, обеспечивается охлаждение реактора и удержание РАВ в ГО).

При управлении авариями должны использоваться в полном объеме все возможные технические средства, СБ, нормальные и вспомогательные системы АЭС в штатном и аварийном режимах и все специальные средства для управления аварией.
При этом основой управления авариями является реализация принципа ГЭЗ и предотвращение деградации защиты в глубину (повреждения и расплавления твэлов) и распространения РАВ.
Иллюстрация этого принципа представлена в виде условной схемы на рис. 68.
Особое внимание здесь уделяется обеспечению целостности и сохранению эффективности физических барьеров и организации уровней ГЭЗ.
При управлении запроектными авариями персонал должен с максимальной эффективностью использовать фундаментальные функции безопасности (управление реактивностью реактора, охлаждение активной зоны всеми возможными системами и средствами и локализация и удержание РАВ в ГО) для локализации или ограничения развития аварийных процессов, чтобы не было дальнейшего разрушения активной зоны. Обеспечению выполнения ФФБ в условиях аварий способствует система технических и организационных мер в виде пяти уровней ГЭЗ (гл. 17). Эти уровни защиты направлены на сохранение целостности и эффективности функционирования физических барьеров и систем, обеспечивающих безопасность.

Рис. 68

Структура и содержание этих уровней ГЭЗ соответствуют рекомендациям МАГАТЭ и рассмотрены в гл. 17.
Следует отметить, что на АЭС Франции используется система ГЭЗ, включающая четыре линии защиты (рис. 69) [29].
Эти линии защиты создаются при эксплуатации и определяют комплекс организационно-технических мер и действий персонала по управлению инцидентами, нештатными или аварийными ситуациями в соответствии с принципами ГЭЗ.
Установленным линиям защиты соответствуют определенные состояния АЭС при различных режимах работы и переходных процессах (нормальных, нештатных или аварийных).
Эти состояния должны учитываться как при проектировании АЭС, так и в процессе управления авариями. Они классифицируются условно по четырем категориям (рис. 70).
Первая линия защиты (ЛЗ) и соответствующая ей 1-я категория состояния отвечают нормальным пределам и условиям эксплуатации. При превышении установленных пределов срабатывают уставки автоматически действующих технологических блокировок, аварийных защит и СБ. Персонал должен контролировать возникший инцидент или аварию, не допуская перерастания ее в проектную.

Вторая линия защиты (2-я категория) - действия персонала - соответствует пределам и условиям безопасности эксплуатации. Здесь вероятность возникновения аварий лежит в пределах (1...10-2) 1/Р · год, а последствия не должны превосходить пределов допустимых повреждений аз (твэлов), радиоактивных выбросов и нарушений целостности физических барьеров.
Персонал должен осуществлять управление аварией в целях обеспечения:

1. защиты аз от разрушения и сохранности всех барьеров;
2. достижения безопасного состояния (ограничение радиоактивных выбросов);
3. максимально возможного ограничения последствий аварии в целях обеспечения работы основного оборудования для производства электроэнергии;
4. недопущения перерастания аварии в тяжелую ядерную или запроектную.

Третья линия защиты (3-я категория) - действия операторов и службы безопасности - соответствует аварийным пределам и условиям с вероятностью возникновения аварии в пределах(10-2...10-4 1/Ртод. Эти условия характеризуются началом повреждения аз с выходом у некоторого числа твэлов РАВ в пределах промплощадки АЭС. При этом доза облучения персонала в течение двух часов не должна превышать 15 мЗв/год (при норме, согласно НРБУ-97 для персонала, 20 мЗв/год). На этом этапе должны обеспечиваться по возможности сохранность 1-го контура, ГО и не перерастание аварии в запроектную с использованием мер и средств по управлению проектными авариями.
Дополнительно к оперативному персоналу, обеспечивающему управление аварией, должны подключаться специальные лица, отвечающие за безопасность АЭС, например служба главного инженера по безопасности, для контроля за ходом протекания аварии (постоянное наблюдение за важными для безопасности параметрами). Этот контроль, кроме того, обеспечивает психологическую поддержку (резервирование) персоналу при управлении аварией, что способствует снижению риска, связанного с техническими отказами и ошибками персонала. На основе анализа параметров инженер по безопасности может подтверждать действия персонала или потребовать принятия дополнительных мер управления.
Четвертая линия защиты (4-я категория) - действия кризисных центров - соответствует запроектной аварии с вероятностью 10-4-10-6 1/ртод. этот этап может характеризоваться значительными повреждениями аз с большими выбросами РАВ за пределы промплощадки. В этих условиях должны подключаться кризисные центры - внутренний (на площадке АЭС) и внешний (в зоне наблюдения) - и специальные организации.
Управление аварией персоналом станции должно предусматривать:

1. обеспечение работы как СБ, так и систем, обеспечивающих безопасность;
2. поддержание в рабочем состоянии 1-го контура и систем РУ;
3. охлаждение аз всеми возможными средствами в целях недопущения дальнейшего разрушения ее;
4. непревышение в течение двух часов дозы облучения персонала более 150 мЗв [29];
5. выполнение действий в соответствии с инструкциями по управлению запроектными авариями;
6. реализацию планов противоаварийных мероприятий по защите персонала и населения в районе размещения АЭС.

Следует отметить, что между уровнями ГЭЗ и линиями защиты имеется следующая примерная взаимосвязь:

1. первый и второй уровни ГЭЗ (гл. 5) соответствуют первой ЛЗ;
2. третий уровень ГЭЗ - второй ЛЗ;
3. четвертый уровень ГЭЗ - третьей ЛЗ;
4. пятый уровень ГЭЗ - четвертой ЛЗ;

Инженерно-технические средства управления аварией и подготовка персонала

Возникновение и развитие аварий на АЭС часто происходит неожиданно и очень быстро. В этом случае персонал должен быстро оценивать аварийную ситуацию, диагностировать причину аварии и выполнять необходимые по локализации аварии действия. Для управления и локализации аварий и их последствий на АЭС необходимо иметь соответствующие инженерно-технические средства, которые должны включать, в общем случае, специальное оборудование, контрольно-измерительные приборы, средства диагностики и посты (щиты или пульты) управления. На щитах размещаются КИП и ключи (кнопки, рычаги) управления. Такие посты размещаются обычно на основных щитах управления ЭБ АЭС (на БЩУ), а также в помещении местного (внутреннего) кризисного центра АЭС или в аварийном пункте управления ЭБ. КИП показывают все необходимые параметры безопасности, способные обеспечить информацию, необходимую для оценки и прогнозирования вероятности и причин возникновения аварии и состояния ЭБ.
В табл. 23 приводятся в качестве примера характеристики функций состояния и наименования параметров, которые могут отображаться в КИП и характеризовать состояние аварийного ЭБ. Эти данные позволяют оперативному персоналу в процессе аварии контролировать важные для безопасности характеристики:

1. реактивность;
2. давление и температуру теплоносителя первого контура;
3. запасы теплоносителя первого и второго контуров;
4. целостность парогенераторов и в целом физических барьеров;
5. локализацию РАВ;

Таблица 23

Применение автоматизированных дистанционных средств диагностики с выводом результатов диагностических изменений на щит управления позволяет оценивать физическое состояние объектов АЭС. Диагностика термогидравлических аварий выполняется на основе предельных значений для измеряемых параметров объектов (давление и температура в элементах РУ, в ГО и др.).
Диагностика в общем случае базируется на комплексе аварийнопредупредительных сигналов или симптомов, характеризующих возможные исходные причины и относительную тяжесть событий.
В настоящее время на модернизируемых и новых АЭС предусматривается установка в постах управления авариями специальных компьютерных систем. Эти системы предназначены для оценки состояния РУ и в целом ЭБ, уровня тяжести аварии, анализа причин превышения основными параметрами пределов нормальной и безопасной эксплуатации (нейтронной мощности, расхода теплоносителя, радиационной обстановки и т.д.). Данные таких систем обеспечивают надежный контроль и возможность прогнозирования развития аварии, позволяют оценивать правильность действий персонала и корректировать их в процессе управления аварией.
Использование всего комплекса технических средств для управления авариями на АЭС будет эффективным лишь при соответствующей подготовке персонала. Персонал АЭС должен быть всегда готов к действиям в сложных аварийных условиях. С этой целью, кроме подбора высококвалифицированных, имеющих хорошую теоретическую и практическую подготовку специалистов, необходимо обеспечивать систематические тренировки оперативного персонала в учебно-тренировочных центрах на полномасштабных тренажерах. Это будет способствовать получению ими необходимых навыков по управлению такими авариями.
Учитывая, что ряд нарушений в работе АЭС связан с ошибками операторов, особое внимание следует уделять анализу и учету ошибок персонала, его действиям в процессе управления авариями и особенно - взаимодействиям и взаимосвязи всего оперативного персонала. Опыт эксплуатации АЭС показывает, что основной причиной ошибок персонала являются недостатки, как при подготовке и переподготовке персонала, так и в ограничении и в методическом обеспечении аварийных тренировок. Аварийные тренировки должны обязательно чередоваться с теоретическим изучением явлений, событий, процессов, присущих авариям.
Необходимо в процессе обучения управлению запроектными авариями обращать внимание на уровни тяжести их, характерные признаки и особенности, а также возможности использования, кроме штатных систем и оборудования безопасности, применяемых при проектных авариях, дополнительного оборудования и систем. Важной является также совместная отработка действий оперативного персонала, управляющего ЭБ, и других специалистов АЭС, которые могут и должны быть подключены к участию в локализации или ограничении тяжелых аварий.

Управление авариями на основе развития событий

При возникновении предаварийных ситуаций и аварий на АЭС используются два подхода к методам управления авариями: событийный подход и подход по состоянию ЭБ АЭС.
Первый метод (событийный метод управления авариями) до последнего времени имел широкое распространение и был основным. На его основе на АЭС разработаны руководства и инструкции по управлению и локализации аварий, которые могут происходить в реакторной и турбинной установках, в электрических системах и СБ.
В основе его лежит следующий принцип: производится начальная диагностика исходного события аварии, на основе диагностики и предварительного анализа протекания аварийных ситуаций выполняется предписанная последовательность действий по управлению авариями и достижению безопасного состояния, то есть приведение ЭБ в контролируемое состояние.
Такой принцип устанавливает то, что управление аварией осуществляется по линейной схеме от начальной диагностики, выполнения последовательных предварительно определенных (проектных) действий до восстановления нормального (проектного) состояния ЭБ АЭС (рис. 71).
Следует отметить, что в случае невозможности точного диагностирования ИСА последнее может быть отнесено к известному классу аварий. Для таких аварий предварительно разрабатывается стратегия управления ими с оптимизированными решениями и с учетом возможных последствий.
При несоответствии начальной диагностики реальности событий фактическое развитие аварийной ситуации, очевидно, не будет соответствовать проектным прогнозам.

Рис. 71

Применяемый событийный подход к управлению авариями использует детерминистический и вероятностный методы анализа аварийных событий, которые позволяют выявлять ИСА, угрожающие безопасности АЭС. К таким аварийным событиям относятся разрывы трубопроводов первого и второго контуров, трубок ПГ, потеря работоспособности систем, важных для безопасности и основного электропитания и др.
В общем случае на основе событийного метода на АЭС разработан комплекс различных руководств, инструкций и процедур по предотвращению, локализации или ограничению аварийных ситуаций и аварий. Эти эксплуатационные документы охватывают наиболее вероятные ИСА, учитываемые в проектных авариях (прил. 1). Они позволяют персоналу, исходя из принципа событийного подхода управления авариями, действовать в направлении преодоления аварийной ситуации и восстановления нормального состояния аварийного ЭБ.
Однако анализ результатов исследования трагической аварии на ЧАЭС и последующий опыт эксплуатации АЭС показали, что в реальных условиях схема развития аварийных ситуаций отличается от предписанного множества аварийных последовательностей, разрабатываемых на основе детерминистского и вероятностного методов. Управление авариями на основе событийного принципа (метода) не может охватить все возможные (многочисленные) комбинации этих событий. Кроме того, анализ и учет ошибок персонала, действующего по локализации тяжелых аварий, исходя из аварийных событий, подтверждает существенные недостатки этого метода.
Особенно его несостоятельность выявляется в случаях возникновения зависимых отказов по общей причине, ошибочной диагностики и неправильных действий персонала. Поэтому в настоящее время на АЭС разрабатываются и внедряются аварийные процедуры, которые используют не событийный подход, а подход на основе физического состояния компонентов АЭС и общего состояния ЭБ.