Вопросы эргономики на АЭС - Атомная станция как сложный технологический объект управления

Как уже отмечалось, АЭС объединяет совместно действующие энергоблоки, персонал, системы управления и обладает всеми особенностями, присущими сложным системам. Функциональная сложность АЭС обусловлена большим числом взаимодействующих процессов, имеющих различную природу - нейтроннофизических, тепловых, гидродинамических, электромагнитных, механических.

Классификация АЭС.

АЭС как промышленный ТОУ можно классифицировать по конструкционному типу реактора, энергии нейтронов, виду теплоносителя, схеме исполнения и функциональному назначению (табл. 2.1). На сегодняшний день в отечественной ядерной энергетике сложились концепции АЭС, основанные на энергетических реакторах следующих типов (табл. 2.2):
канальные с графитовым замедлителем, водяным охлаждением и одноконтурной схемой (рис. 2.5) — серийным является реактор РБМК-1000 и его модификация РБМК-1500 (Игналинская АЭС в Литве);
корпусные с легководным замедлителем, водяным охлаждением и двухконтурной схемой (рис. 2.6) - серийными реакторами этого типа являются ВВЭР-440, ВВЭР-1000 «малой серии» (П - поколения) и ВВЭР-1000 «большой (унифицированной) серии» (III поколения);

Таблица 2.1. Классификация энергоблоков атомных станций

Таблица 2.2. Действующие и строящиеся АЭС России (по данным из [20, 60])

Рис. 2.5. Упрощенная тепловая схема одноконтурной АЭС [17]:
1 - реактор; 2 - подача пароводяной смеси из реактора; 3 - барабан- сепаратор; 4 - выход реакторной воды на байпасную очистку; 5 - подвод пара к турбине; 6 - подвод греющего пара к промперегревателю; 7 - цилиндр высокого давления турбины; 8 - сепаратор-промперегреватель; 9 - цилиндр низкого давления турбины; 10 - конденсатор; 11, 13 - конденсаторные насосы; 12 - 100%-ная конденсатоочистка; 14 - группа регенеративных подогревателей низкого давления; 15 — деаэратор; 16 - питательный насос; 17 - ГЦН; 18 - подача питательной воды в реактор
Рис. 2.6. Упрощенная тепловая схема двухконтурной АЭС [17]:
1 - реактор; 2 - компенсатор объема; 3 - ПГ с погруженной поверхностью теплообмена; 4 - вывод воды ПГ на байпасную очистку; 5 - подвод пара к турбине; 6 - подвод греющего пара к промперегревателю; 7 - цилиндр высокого давления турбины; 8 - сепаратор-промперегреватель; 9 - цилиндр низкого давления турбины; 10 - конденсатор; 11, 13 - конденсаторные насосы; 12 - 100%-ная конденсатоочистка; 14 - группа регенеративных подогревателей низкого давления; 15 - деаэратор; 16 - питательный насос; 17 - группа регенеративных подогревателей высокого давления; 18 - подача питательной воды в ПГ; 19 - ГЦН
Рис. 2.7. Упрощенная тепловая схема трехконтурной АЭС [17]:
1 - реактор; 2 - промежуточный теплообменник; 3 - компенсатор объема; 4 - ПГ; 5 - паровая турбина; 6 - электрогенератор; 7 - конденсатор; 8 - питательный насос; 9 - циркуляционный насос реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем и трехконтурной схемой (рис. 2.7) - в настоящее время эксплуатируются два реактора этого типа - БН-350 (г. Актау, Казахстан) и БН-600 (Белоярская АЭС), проектируется БН-800.
АЭС может состоять из одного или нескольких энергоблоков с реакторами, как правило, одного типа. Для РБМК-1000 характерно объединение двух энергоблоков в одну очередь с общим машинным залом (рис. 2.8,а). Аналогичная компоновка используется и для энергоблока с ВВЭР-1000 так называемой «малой» серии (рис. 2.8,б). Большинство же «унифицированных» блоков ВВЭР-1000 выполнены в виде отдельных модулей со своим машинным залом и реакторным отделением (рис. 2.8,в).
АЭС функционирует в составе энергетической системы, представляющей собой комплекс территориально распределенных электростанций, связанных общностью режима работы и имеющих единое оперативное управление, осуществляемое диспетчерской службой.
Каждому из типов АЭС свойственны определенные особенности [17].
Энергоблоки с реакторами ВВЭР сравнительно просты в эксплуатации, легко поддаются регулированию и, благодаря петлевой структуре, имеют структурную избыточность: при отказе одной из петель реактор можно отключить от нее и он способен продолжать работу на оставшихся петлях. Достоинством двухконтурной схемы является однофазная среда (вода) в первом контуре и неактивность второго (и, следовательно, турбинного оборудования). 

Рис. 2.8. Варианты компоновки главного корпуса АЭС:
а) РБМК-1000; б) ВВЭР-1000/338; в) ВВЭР-1000/320; 1 - реакторное отделение; 2 - машинный зал

Чтобы сохранить однофазную среду в первом контуре и предотвратить закипание воды при температуре около 300 °C необходимо поддерживать в нем высокое давление (около 16 МПа). Корпус реактора, находящийся под таким давлением и испытывающий воздействие нейтронного потока, ведущего к охрупчиванию стали, является источником серьезной опасности. В дополнение к этому в реакторе ВВЭР осложнена перегрузка топлива: необходима остановка реактора и снятие крышки.
В реакторе РБМК перегрузка выполняется без остановки энергоблока. Отсутствие ограничений на габаритные размеры активной зоны позволяет конструкционно легко увеличивать единичную мощность реактора. Однако большой объем кипящей воды и значительная разветвленность системы - только в самом реакторе более 1500 технологических каналов, каждым из которых нужно управлять (!) - вносят немало сложностей в его эксплуатацию. Сложность управления в условиях одноконтурной схемы усугубляется еще и высокой зависимостью работы реактора от нагрузки турбогенератора. В отличие от относительно «чистой» двухконтурной АЭС, на одноконтурной станции все оборудование радиоактивно, хотя и в разной степени.
Преимуществами трехконтурной схемы с натриевым теплоносителем является возможность работы при низких давлениях (0,5 МПа) в первом контуре, компактные размеры активной зоны и малые объемы перекачиваемого теплоносителя. Однако жидкометаллический теплоноситель значительно усложняет оборудование АЭС и условия эксплуатации. Так, на предварительный подогрев оборудования и трубопроводов перед пуском требуется 20— 35 сут. Кроме того, контакт натрия с водой третьего контура чреват бурной взрывной реакцией.