СИСТЕМА АВАРИЙНОГО ЭЛЕКТРООБЕСПЕЧЕНИЯ АТОМНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Заявляемая полезная модель относится к области электрообеспечения атомной электростанции, касается в частности элекстробезопасности в период останова реактора и может быть использована для повышения надежности электрообеспечения действующих и вновь строящихся станций в экстремальных ситуациях в качестве резервного источника для снятия остаточных тепловыделений в первый момент обесточивания электростанции.
Основным потребителем системы технического водообеспечения (СТВ) являются конденсаторы турбин, маслоохладители турбогенераторов (ТГ) и другие потребители вспомогательных систем турбинного отделения. При обесточивании собственных нужд энергоблока вместе с отключением основного оборудования происходит отключение циркуляционных насосов. Таким образом, СТВ оказывается выведенной из работы («Канальный ядерный энергетический реактор РБМК.», М.А.Абрамов, В.И.Авдеев, Е.О.Адамов и др. Под общей редакцией Ю.М.Черкашова. М. ГУП НИКИЭТ, 2006, с.160-164). СТВ осуществляет подачу технической воды к насосно-теплообменному оборудованию энергоблока, которое обеспечивает работоспособность систем, важных для безопасности. Потребители собственных нужд энергоблока с реакторами РБМК подразделяются на три группы:
- первая - потребители переменного и постоянного тока, предъявляющие повышенные требования к надежности электроснабжения, не допускающие по условиям безопасности перерыва питания более чем на доли секунды во всех режимах, включая режим обесточивания собственных нужд блока, и требующие обязательного наличия питания после срабатывания аварийной защиты (AЗ) реактора;
- вторая - потребители переменного тока, предъявляющие повышенные требования к надежности электроснабжения, допускающие перерывы питания на время, определяемое условиями безопасности (от десятков секунд до нескольких минут);
- третья - потребители переменного тока, не предъявляющие повышенных требований к надежности электроснабжения, допускающие перерывы питания.
Система аварийного электроснабжения относится к обеспечивающим системам безопасности и предназначена для электроснабжения потребителей систем безопасности в аварийных режимах, сопровождающихся обесточиванием собственных нужд блока. Системы аварийного электроснабжения подразделяются на две группы. К потребителям первой группы относятся аппаратура и сервоприводы комплексной системы контроля, управления и защиты реактора, системы централизованного контроля технологического процесса энергоблока, быстродействующие задвижки системы аварийного охлаждения реактора (САОР), отсечная арматура системы локализации аварии (СЛА), контрольно-измерительные приборы и автоматика, система радиационного контроля, аварийное освещение, оперативные цепи управления, защиты и сигнализации. К потребителям второй группы относятся механизмы, обеспечивающие расхолаживание реактора и локализацию аварии в аварийных режимах, сопровождаемых полной потерей напряжения на шинах собственных нужд энергоблока (насосы САОР, аварийные питательные электронасосы (АПЭН), насосы контура охлаждения СУЗ, насосы технической воды, насосы спринклерно - охладительной системы, пожарные насосы). В состав системы аварийного электроснабжения входят устройства, необходимые для преобразования и распределения электроэнергии. Для выполнения заданных функций при потере источников нормального электроснабжения в составе системы имеются автономные источники питания: аккумуляторные батареи и дизель - генераторы. Для питания потребителей системы аварийного электроснабжения проектом предусмотрены три независимых канала, базирующихся на использовании трех дизель - генераторов и аккумуляторных батарей большой емкости. В случае исчезновения напряжения от рабочих и резервных трансформаторов собственных нужд (полное обесточивание собственных нужд) питание поступает от автономного источника - дизель - генератора. Время запуска дизель - генератора до момента принятия нагрузки первой ступени составляет около 15 с. Для каждого энергоблока АЭС предусматривается установка в трех изолированных строительных ячейках по одному дизель - генератору мощностью 6,3 MB т напряжением 6,3 кВ. Каждая ячейка РДЭС оборудуется автономными системами обеспечения топливом, маслом и воздухом (для пуска), а также системами охлаждения, отопления, вентиляции, электроснабжения собственных нужд, управления и контроля. Запуск дизелей осуществляется сжатым воздухом, который хранится в двух баллонах. Запаса воздуха достаточно для шести последовательных пусков. Пополнение баллонов сжатым воздухом предусмотрено от двух автоматизированных компрессоров, которые также обслуживаются специалистами посменно. РДЭС полностью автоматизирована и предусматривает запуск и работу без постоянного обслуживания оперативного персонала. В каждом канале системы аварийного электроснабжения в качестве автономных источников питания потребителей первой группы предусматриваются аккумуляторные батареи, работающие в режиме постоянного подзаряда, выбранные из условия их автономной работы в режиме обесточивания собственных нужд энергоблока в течение 30 мин. Обслуживание трех дизель-генераторов в ждущем режиме требует значительных материальных затрат. На примере событий, случившихся на атомных станциях в Японии видно, что система аварийного электрообеспечения ориентированная на использование дизель-генераторов и аккумуляторных батарей может дать сбои при наложении нескольких внешних отрицательных событий. Более того, время запуска дизель - генератора нормативно определенное 15 секунд в экстремальных ситуациях может сильно отличаться от нормативной, что может привести к проблемам с охлаждением реактора из-за отсутствия электроэнергии. Требования к системам аварийного электрообеспечения изложены в книге Фельдман Н.Л., Черновец А.К. «Особенности электрической части атомных электростанций», Энергоатомиздат, 1987 г., с.40-41, рис.2-3. В уровне техники выявлен также патент на изобретение РФ №2258996 с приоритетом от 09.06.2003, МПК Н02Y 9/00, «Система аварийного электрообеспечения атомной станции».
Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели является публикация: Руководство МАГАТЭ по безопасности 50SG-D7. «Системы аварийного энергообеспечения АЭС», с.6-9. Согласно представленного на с.6-9 описания системы аварийного электрообеспечения (обеспечения) предусматривает использование в качестве резервных источников электрической энергии дизель генераторов и аккумуляторных батарей, подключенных к общей системе электрообеспечения атомной электростанции через системный блок управления. Число дизель-генераторов равно количеству турбогенераторов. Резервная дизельная электростанция представляет собой автономную одноагрегатную электростанцию, выполняющую функции одного канала обеспечивающего систему безопасности. Для поддержания дизелей в постоянной готовности к пуску служит система «горячего резерва», работа которого автоматизирована. Система довольно громоздка, предусматривает наличие мощных аккумуляторных батарей и баллоном со сжатым воздухом.
Недостатком ближайшего аналога является громоздкость системы, сложность эксплуатации и поддержания ее в постоянной готовности к действию и значительная длительность запуска. Кроме того, имеются определенные трудности в использовании дизельного топлива: хранение, система подачи и сжигание.
Целью заявляемой полезной модели является дальнейшее повышение надежности системы аварийного электрообеспечения атомной электростанции.
Сущность данного технического решения состоит в том, что в системе аварийного электрообеспечения атомной электростанции, включающей дизель - генераторы и аккумуляторные батареи, подключенные к общей системе электрообеспечения атомной станции через блок управления, предложено, в систему аварийного электрообеспечения дополнительно включить газотурбинный электрогенератор, подсоединенный к блоку управления электрическим кабелем, размещенным в подземном защитном коробе.
Наличие дополнительного электрогенератора, работающего на сжиженном газе, в значительной степени упрощает эксплуатацию системы аварийного электрообеспечения атомной электростанции, т.к. хранение сжиженного газа проще, а работа турбины на газе надежней. Кроме того, наличие в системе аварийного электрообеспечения источников электрической энергии, работающих на разных топливах, повышает надежность работы системы в целом.
На фиг.1 представлена схема системы аварийного энергообеспечения атомной электростанции, иллюстрирующая сущность заявляемой полезной модели, где:
1 - источник электроснабжения в режиме нормальной работы блока (энергосистема, турбогенератор атомной электростанции),
2 - источник электроснабжения в режиме аварийного расхолаживания реактора в условиях полного обесточивания энергосистемы (аккумуляторные батареи, дизель-генераторы),
3 - блок управления источниками 1, 2, 6,
4 - потребитель для работы блока на мощности (главный циркуляционный насос, циркуляционный насос, питательный электронасос и т.д.),
5 - потребители первой категории (управление, информация, защитные системы) и второй категории для расхолаживания реактора - аварийно-питательный насос, насос аппаратный и т.д.,
6 - предлагаемый дополнительный источник электроснабжения в режиме обесточивания энергосистемы - газотурбинный электрогенератор.
Работа схемы осуществляется следующим образом.
Вариант А - при нормальной работе атомной электростанции и энергосистемы питания потребителей. Потребители 4,5 обеспечиваются электропитанием от источника 1 через переключатель 3.
Вариант Б - при обесточивании энергосистемы переключателем 3 потребители 5 подсоединяются к источнику 2.
Вариант С - при полной или частичной потери мощности аварийного электропитания от источника 2 (вариант Б) включают дополнительный источник электрообеспечения 6 через блок управления 3, который осуществляет питание потребителей 5.