Обоснование решений по схемам электроснабжения АЭС - Потребители собственных нужд АЭС и источники их питания

Глава четвертая
ПОТРЕБИТЕЛИ СОБСТВЕННЫХ НУЖД АЭС И ИСТОЧНИКИ ИХ ПИТАНИЯ

Определение мощности электродвигателей механизмов собственных нужд АЭС

Мощность, потребляемая на валу насосного агрегата приводимого как электродвигателем, так и турбиной, определяется из выражения
(98).
где Δiнас — повышение энтальпии в насосе; Dнас — производительность насоса; '— дифференциальный напор наcoca; vсp — средний удельный объем перекачиваемого теплоносителя на входе в насос и среднем давлении, равном полусумме давлений на всасывании и нагнетании; ηнас = 0,76 — 0,82 — КПД насоса.
Производительность насосов конденсатно-питательного тракта можно оценить через величину удельного расхода пара турбины (d) и долю расхода теплоносителя через питательныйи конденсатные насосыпо отношению к расходу пара на турбину. Для дренажных (сливных) насосов регенеративных подогревателей доля расхода определяется через долю соответствующего отбора пара с учетом каскадных сливов. Значения величин aпн, aкн, aдн, d и некоторых других параметров для турбоустановок АЭС приведены в табл. 9

Производительность циркуляционных насосов турбин можно также оценить через удельный расход пара турбины d и долю пара aк, поступающего в конденсатор, но дополнительно нужно знать значение кратности циркуляции в конденсаторе
Величина

Напор циркуляционных насосов турбин сравнительно невелик, изменяется в пределах 0,1... 0,25 МПа и зависит от конструкции конденсаторов, наличия или отсутствия напорного бассейна или градирен, разницы уровней конденсаторов и циркуляционной насосной станции. Напор циркуляционных насосов, подающих воду в верхние половины конденсаторов, может быть в 1,1—1,7 раза выше, чем в нижние.

Ориентировочные значения дифференциальных напоров насосов и удельных объемов перекачиваемого ими теплоносителя приведены в табл. 9.
Рассмотрим особенности определения мощности главных циркуляционных насосов.
Суммарную производительность ГЦН можно определить на основе уравнения теплового баланса реакторной установки

гидравлического расчета соответствующего вида оборудования
(109)
Для кипящих реакторов вместо сопротивления парогенератора, трубопроводов и арматуры используется сопротивление контура МПЦ
(110)
В отличие от насосов конденсаторно-питательного тракта, где составляющие дифференциального напора, как правило, известны, для ГЦН определение составляющих ∆ргцн встречает определенные трудности. Рекомендуется приниматьпо величине напора насоса в рабочей точке [3], [4], взятой из прототипа (табл. 10).
С использованием работ [3], [4] рассмотрим определение мощности механизмов систем расхолаживания и некоторых насосов, обслуживающих реакторную установку в нормальном режиме.
Для реакторов типа ВВЭР в нормальном режиме работают насосы [3], параметры которых применительно к блоку ВВЭР-1000 приведены в табл. 11.
Производительность насосов нормальной подпитки зависит от требований, предъявляемых к чистоте теплоносителя первого контура и к маневренным характеристикам блока. Поэтому связать его производительность с другими ранее рассмотренными насосами не представляется возможным. Напор ННП несколько превышает давление в первом контуре (табл. 10, 11).
Что касается насосов технической воды ответственных потребителей, то их производительность можно связать с производительностью циркуляционных насосов турбин. Дифференциальный напор у них выше, чем у циркуляционных насосов.
В табл. 12 приведены параметры насосов одной подсистемы блока ВВЭР-1000. Производительность АНВД определяется величиной течи, которую нужно компенсировать, и требованиями поддержания активной зоны реактора в подкритическом состоянии при аварийном расхолаживании. Поскольку в обоих случаях давление в первом контуре падает, развиваемый напор (10,2 МПа) может быть меньше номинального давления (15,7 МПа).
Насосы АННД вступают в работу при максимальной проектной аварии (МПА) после опорожнения гидроемкостей пассивного залива. Их производительность должна обеспечить надежный съем остаточных энерговыделений и может быть выражена в долях от производительности ГЦН (табл. 12). Поскольку включение насосов в работу производится при давлении в первом контуре ~ 1,5 МПа, их напор должен превышать эту величину.
Производительность спринклерных насосов близка по сравнению с предыдущим, на их напор (1,1 МПа) ниже, так как давление в герметичной оболочке ниже, чем в корпусе реактора при МПА.
Аварийные питательные насосы должны обеспечить питание парогенераторов в условиях обесточивания, и поэтому их производительность в долях от номинальной производительности питательных насосов должна соответствовать величине остаточных энерговыделений после запуска АПН с учетом аккумулирующей способности парогенераторов. Их напор несколько выше, чем у питательных насосов, так как отсутствует подпор деаэратора (АПН могут забирать воду из баков чистого конденсата, находящихся при атмосферном давлении).
О насосах НТВ уже шла речь в табл. 11. Отличием по сравнению с нормальным режимом является работа одной трети от общего числа насосов, подключенных к одной подсистеме (табл. 12).
Перейдем к канальным реакторам кипящего типа. В табл. 13 приведены параметры насосов одной подсистемы блока РБМК-1000 [4].
Насос НА по выполняемом функциям и параметрам аналогичен насосам НТВ (табл. 10).
Насосы НОАП и НОНП выполняют функции, аналогичные АННД в случае ВВЭР, но их принципиальным отличием по сравнению с ВВЭР является необходимость вступления в работу, не дожидаясь понижения давления в контуре МПЦ. Поэтому напор этих насосов выше давления в реакторном контуре и даже несколько превышает напор ПН, поскольку НОАП и НОНП подают воду из бассейна-барботера, находящегося под более низким давлением, чем деаэратор.
Функции насосов спринклерно-охладительной системы (табл. 12, 13) аналогичны, но параметры различны из-за наличия в реакторах РБМК бассейна-барботера или башни локализации аварии. Часть насосов НСОС работает и в нормальном режиме.
Насос контура охлаждения каналов СУЗ характерен только для РБМК, его производительность и напор определяются условиями съема тепла, выделяющегося в органах СУЗ и в добавочных поглотителях нейтронов.
Насос · гидроиспытаний, помимо основного назначения, может дублировать насосы НОНП, и поэтому его параметры по напору аналогичны, но производительность меньше.

Насос аварийной подпитки деаэратора устанавливается в связи с тем, что в схемах с РБМК, аварийный питательный насос по линии всасывания присоединен к деаэратору. Поэтому производительности НАПД и АПН близки, а напоры, существенно различаются — у НАПД он близок к конденсатному насосу второй ступени, а у АПН — к питательному (табл. 9) и насосам САОР (табл. 13).
Насосы расхолаживания реактора вступают в работу на заключительном этапе, когда давление в контуре МПЦ снижается до 1 МПа, а остаточные энерговыделения малы. При. этом достаточна производительность не более 1% от производительности ГЦН. Поскольку насосы HP используются и. для поддержания солевого режима воды контура МПЦ в допустимых пределах при остановленном реакторе, что связано с преодолением гидравлического сопротивления фильтров, напор HP примерно вдвое выше, чем у ГЦН.
Насосы, приведенные в табл. 11—13, как правило, забирают воду из емкостей, находящихся при атмосферном давлении с температурой, не превышающей 70° С (за исключением АПН в табл. 13). Поэтому при определении мощности на их привод по формуле (98) можно принимать vср = 0,001 м³/кг.
Атомные электростанции, даже оборудованные чистоконденсационными турбинами (табл. 9), имеют значительную тепловую нагрузку, составляющую от 5 до 15% от их электрической мощности. В этом случае для двухконтурных АЭС в составе механизмов с. н. появляются сетевые насосы (СН), а для одноконтурных АЭС — сетевые и насосы промконтура теплосети (НПТ).
Суммарная производительность этих групп насосов может быть найдена из выражений

Напор сетевых насосов обычно составляет= 1,4 МПа, а насосов промконтура меньше:= 0,9 МПа.

Определение мощности рабочих и резервных трансформаторов собственных нужд

Номинальную мощность трансформаторов с. н. выбирают в соответствии с их расчетной нагрузкой. Последняя определяется суммой мощностей всех электроприемников, которые присоединены к данному трансформатору.
Учитывая большие сложности в определении Sраст из-за зависимости ее от коэффициентов загрузки Kзгр, КПД η и коэффициентов мощности соs φдв, наличия резервных и нормально не работающих механизмов с. н., а также трансформаторов второй ступени напряжения (6/0,4 кВ) с их нагрузкой, проектные организации применяют упрощенную методику определения, через расчетные переводные коэффициенты Красч для групп электродвигателей и для трансформаторов второй ступени.
Расчетная нагрузка на трансформатор с. н. первой ступени трансформации, т. е. подключенный ответвлением к генераторному токопроводу, составляет

В величину Spaсч включают и электродвигатели резервных агрегатов с. н. и резервных трансформаторов второй ступени, а также электродвигатели и трансформаторы надежного питания, работающие в нормальном режиме (табл. 11).
Электроприемники, работающие эпизодически (например, электродвигатели резервного возбудителя, насоса кислотной промывки), а также электродвигатели механизмов систем расхолаживания, работающие только в аварийном режиме (поз. 1—4 табл. 12 и поз. 2, 3, 6, 8, 9 табл. 13), при определении Spaсч не учитывают. На основе опыта проектирования

Мощности электродвигателей насосных агрегатов второй ступени напряжения также определяются по формуле (98), что требует детального знания технологического цикла производства электроэнергии электродвигателями (Рпотр) и возрастающей с пуском очередной ступени. Должно выполняться условие

Пусковая мощность, определяемая по формуле (117), является величиной условной, так как в процессе пуска напряжение снижается.

§ 21. Пример расчета мощности электродвигателей механизмов собственных нужд и мощности источников питания

Определим мощности на привод основных механизмов с. н. блока РБМК-1000. Для питательных и конденсатных насосов (дренажные насосы в тепловой схеме отсутствуют) в соответствии с формулами (99) и данными табл. 9 получим

Для циркуляционных насосов турбин в соответствии с формулами (100), (101) и данными табл. 9

Для главных циркуляционных насосов, используя формулу (108) и данные табл. 10, получим

Приступаем к определению мощности насосных агрегатов по формуле (98), используя рекомендованные значения КПД и параметры теплоносителя в табл. 9, 10. Мощности насосов определяются на блок в целом

Принимаем пять питательных насосов на блок, из них четыре рабочих.

Результаты расчета нагрузки на рабочие трансформаторы с. н. приведены в табл. 15. Схема включения трансформаторов и обозначение секций представлено на рис. 10. В табл. 15 знаком звездочка показаны потребители, подключенные к секциям с. н. 6 кВ, но не участвующие в расчете мощности трансформаторов. Число и мощность трансформаторов 6/0,4 кВ приняты по аналогии с действующими блоками [5]. При этом не требуется вычислений по формулам (98), (114) для многочисленных двигателей и других электроприемников на напряжении 0,4 кВ. На основании величины расчетной нагрузки на трансформатор (57 288 кВ·А) выбирается его тип, обозначенный на рис. 10.

Рис. 10
При определении нагрузки на дизель-генератор в качестве расчетного принят режим обесточивания с течью, когда работает наибольшее число механизмов [5]. Результаты расчета нагрузки по ступеням пуска приведены в табл. 14. Используются формулы (116) — (119), данные табл. 5 и результаты расчетов по формуле (98) для рассматриваемых насосных агрегатов. Например, для электродвигателя НА имеем

ЛИТЕРАТУРА

1. Черновец А. К. Электрическая часть АЭС (переходные процессы в системах электроснабжения). — Л.: Изд. ЛПИ, 1980. — 80 с.
2. Маргулова Т. X. Атомные электрические станции. Учебник для ВУЗов. — 4-е издание, переработанное и дополненное. — М.: Высшая школа, 1984. — 304 с.
3. Эксплуатационные режимы водо-водяных энергетических ядерных реакторов /Овчинников Ф. Я·. Голубев Л. И., Добрынин В. Д., Клочков В. И., Семенов В. В., Цыбенко В. М. — Изд. 2-е, переработанное и дополненное.— М.: Атомиздат, 1979. — 288 с.
4. Доллежаль Н. А., Емельянов И. Я. Канальный ядерный энергетический реактор. — М.: Атомиздат, 1980.— 208 с.
5. Фельдман М. Л., Черновец А. К. Особенности электрической части атомных электростанций .— Изд. 2-е, переработанное и дополненное. —  Л.: Энергоатомиздат, 1983.—172 с.