Вспомогательные системы реакторной установки

Компенсация осуществляется паровой подушкой, которая создается за счет нагрева воды в компенсаторе блоками электронагревателей, расположенных в нижней части корпуса. Каждый блок выполнен в виде пучка из девяти трубчатых электронагревателей. Мощность каждого блока 90 кВт. Два блока служат для регулировки давления, два являются резервными, а 24 блока используются для повышения давления в первом контуре в режимах разогрева. Общая мощность электронагревателей 2520 кВт.

При повышении температуры воды в первом контуре объем ее увеличивается и уровень в компенсаторе объема повышается. Вызванные этим сжатие паровой подушки и повышение давления регистрируются датчиком, который вырабатывает сигнал на отключение части электроподогревателей, а при дальнейшем росте давления — на открытие клапанов впрыска теплоносителя из «холодных» ниток циркуляционных петель.

Компенсатор объема (один на реакторную установку) подсоединен к неотключаемой части (между реактором и главной запорной задвижкой) «горячей» нитки трубопровода одной из циркуляционных петель (рис. 1.11). Благодаря этому компенсатор выполняет свои функции независимо от числа работающих петель.

Вода первого контура требует непрерывной байпасной очистки от вредных примесей, образующихся как в самом контуре (продукты коррозии конструкционных материалов, осколки деления ядерного топлива, продукты их распада и т. п.), так и поступающих в теплоноситель с добавками концентрированных растворов борной кислоты, используемой в качестве химического поглотителя нейтронов. Система очистки воды первого контура должна также выполнять функции регулятора нормируемых показателей качества воды, таких, как показатель концентрации водородных ионов рН, концентрация борной кислоты и калий-аммиачных щелочных добавок — ингибиторов коррозии.

Система байпасной очистки реакторной воды ВВЭР-1000 (рис. 1.12) рассчитана на отбор до 100 т/ч продувочной воды из неотключаемой части главного циркуляционного трубопровода I18i. После охлаждения и дросселирования давления до 2 МПа вода поступает на две параллельные группы ионообменных фильтров. Каждая группа содержит три фильтра диаметром по 1 м суммарной производительностью 50 т/ч. Замыкающие механические фильтры выполняют роль фильтров-ловушек для улавливания мелких фракций ионообменных смол в случае их выноса из основных фильтров. На фильтрах давление дросселируется до 1 —1,2 МПа, и вода поступает в деаэратор подпитки, куда дозировочными насосами подается концентрированный раствор борной кислоты, обессоленная подпиточная вода, а также корректирующие добавки аммиака и едкого калия, обеспечивающие нормируемые показатели качества воды первого контура. В деаэратор подпитки подаются также организованные протечки ГЦН. Из деаэратора подпиточные насосы высокого давления подают очищенную воду через регенеративный теплообменник в «холодную» нитку циркуляционной петли. Часть очищенной воды без подогрева подается на запирание уплотнений ГЦН.

Регулирование мощности реактора осуществляется двумя независимыми системами: механической (поглощающие стержни СУЗ) и химической (борное регулирование).

Борное регулирование производится путем изменения концентрации борной кислоты H₃ВO₃ и предназначено: 1) для компенсации медленного уменьшения реактивности по мере выгорания топлива путем постепенного снижения концентрации борной кислоты в теплоносителе; 2) для дублирования системы остановки реактора вводом борной кислоты в первый контур; 3) для сохранения подкритичности при перегрузках топлива (повышение концентрации); 4) для компенсации изменений реактивности при пуске реактора и выводе его на мощность (снижение концентрации). Борная кислота используется в качестве химического поглотителя нейтронов благодаря сравнительно большому сечению захвата, хорошей растворимости, химической и радиационной стойкости. Важным фактором является также то, что борная кислота практически не влияет на коррозию конструкционных материалов. Уменьшение концентрации борной кислоты для компенсации снижения реактивности из-за выгорания топлива производится путем вытеснения части теплоносителя подпиточной водой, не содержащей борной кислоты. Для осуществления борного регулирования (изменения концентрации борной кислоты) используется система очистки реакторной воды (рис. 1.12).

Механическая система управления и защиты реактора предназначена для пуска и вывода реактора на заданный уровень мощности, а также для автоматического поддержания этого уровня, для аварийного останова реактора и поддержания его в подкритическом состоянии. В отличие от борного (мягкого) регулирования механическое компенсирует быстрые изменения реактивности. Такое регулирование осуществляется вводом или выводом из активной зоны управляющих стержней-поглотителей нейтронов с помощью электромеханических приводов. В каждой из 151 ТВС имеется 12 поглощающих стержней. Основным элементом привода является четырехфазный линейный шаговый электродвигатель. Якорь двигателя, к которому байонетным зажимом крепится регулирующий орган, может перемещаться вверх и вниз шагами 4 мм со скоростью до 50 мм/с. При авариях обмотки управления двигателя обесточиваются и якорь падает вниз, обеспечивая ввод поглощающих стержней в активную зону.

Системы безопасности реакторной установки [4] должны надежно исключать облучение персонала АЭС и населения, а также загрязнение окружающей среды радиоактивными продуктами сверх установленных уровней при любых авариях, вплоть до максимальной проектной аварии с потерей теплоносителя из-за разрыва циркуляционного трубопровода диаметром 850 мм или из-за аварийной остановки ГЦН.

Системы безопасности энергоблоков с реакторами ВВЭР-1000 (рис. 1.13) выполнены в основном по трехканальной схеме (пассивная часть системы аварийного охлаждения двухканальная, а пассивная часть герметичного ограждения одноканальная).Каналы безопасности полностью изолированы друг от друга и от других систем, для того чтобы по одной и той же причине не вышло из строя более одного канала.

Для обеспечения радиационной безопасности реакторная установка оборудована следующими основными системами безопасности: системой аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ), системой аварийного расхолаживания и длительного отвода остаточного тепловыделения, защитой от превышения давления и системой локализации последствий аварии. Конструктивное оформление систем безопасности ВВЭР-1000 отличается от соответствующих систем одноконтурных АЭС с канальными реакторами РБМК-1000.

При плановой остановке энергоблока, а также при авариях, не связанных с потерей теплоносителя, после перевода реактора в подкритическое состояние с помощью ввода в активную зону стержней СУЗ выключаются ГЦН и расхолаживание реактора происходит за счет естественной циркуляции теплоносителя и за счет второго контура, так как в парогенераторы продолжает подаваться питательная вода в количестве, обеспечивающем допустимую по условиям термопрочности скорость снижения температуры первого контура (30°С/ч). Пар из парогенераторов через редукционную установку сбрасывается в конденсатор, минуя турбину. Подача воды в парогенераторы продолжается и после прекращения парообразования, пока температура во втором контуре не снизится до 50 °С, а температура теплоносителя до 60— 70 °С при атмосферном давлении [8]. Когда температура и давление в первом контуре снижаются до значений 150 °С и 2,5 МПа, при которых может работать подсистема аварийного охлаждения низкого давления, расхолаживание продолжается с ее помощью путем прокачки реакторной воды через охладители и возвращения ее в контур.

САОЗ должна исключать возможность расплавления твэлов при авариях с потерей теплоносителя. Она состоит из трех подсистем (пассивного впрыска, активного впрыска низкого давления и активного впрыска высокого давления), выполняющих защитные функции при различных масштабах аварии и на различных этапах ее развития.

Первым защитным действием при отклонении параметров реакторной установки за допустимые пределы является срабатывание аварийной защиты, т. е. введение в активную зону механических поглотителей, переводящих реактор в подкритическое состояние. Если аварийная защита сработала из-за ограниченной потери теплоносителя, вызвавшей аварийное снижение уровня в компенсаторе объема, то включаются насосы подсистемы активного впрыска высокого давления, подающие борированную воду из баков аварийного запаса в неотключаемые части «холодных» ветвей главных циркуляционных трубопроводов и во входной объем реактора.

Одновременно с системой пассивного впрыска включаются насосы системы активного впрыска низкого давления, которые перекачивают в первый контур содержимое баков аварийного запаса борированной воды. Когда давление под герметичной защитной оболочкой реактора становится больше 0,17 МПа, включаются насосы спринклерных установок, которые относятся к активным конденсирующим устройствам системы локализации последствий аварии.

Падение давления в первом контуре ниже давления насыщенных паров приводит к интенсивному парообразованию. Испаряется также вытекающий из первого контура теплоноситель, что приводит к повышению давления в герметичных помещениях реакторной установки, рассчитанных на давление до 0,5 МПа. Пар, заполняющий реакторный зал, конденсируется на струях холодной воды спринклерных установок, благодаря чему давление под защитной оболочкой не выходит за допустимые пределы. При этом сохраняется целостность защитной оболочки и радиоактивные продукты (пар, вода, газы) не выходят в окружающую среду. Таким образом, спринклерные установки вместе с защитной оболочкой (см. рис. 1.13) представляют систему локализации последствий аварии с потерей теплоносителя.

Защитная оболочка представляет собой цилиндр с плоским днищем и торосферическим куполом из монолитного предварительно напряженного железобетона с внутренней герметичной облицовкой стальными листами толщиной 8 мм. Трубопроводы и кабели, связывающие расположенное внутри оболочки оборудование реакторной установки с внешним оборудованием, проходят через специальные герметичные проходки. Для прохода персонала предусмотрены основной и аварийный шлюзы. Грузы транспортируются через герметично уплотняемый люк в днище оболочки. Наружный диаметр оболочки 45 м, высота 76 м.

После опорожнения баков аварийного запаса раствора борной кислоты насосы низкого давления и спринклерные насосы откачивают из приямков реакторного зала стекающие в них протечки циркуляционного контура, воду спринклерных установок и конденсат пара. Вода из приямков охлаждается в теплообменниках и снова подается в первый контур и на спринклерные установки до полного расхолаживания реактора. Охлаждающая вода в теплообменники подается циркуляционными насосами технической воды от автономных брызгальных бассейнов.

Для защиты оборудования АЭС от превышения давления при авариях служат предохранительные клапаны, которые устанавливаются в соответствии с требованиями Госатомэнергонадзора. Такими клапанами снабжены компенсатор объема и его барботер, а также паровые контуры парогенераторов. Во втором контуре АЭС применяются быстродействующие редукционные установки для сброса чистого пара в конденсаторы турбин и в атмосферу.

Система расхолаживания бассейна выдержки предназначена для отвода остаточных тепловыделений от твэлов, помещенных в бассейн выдержки. Заполнение бассейна раствором борной кислоты и подпитка его в процессе эксплуатации осуществляются насосом из баков борного раствора. Температура в бассейне выдержки не должна превышать 60 °С, поэтому раствор прокачивается по замкнутому контуру бассейн выдержки — теплообменник.

В число технологических систем реакторной установки входит система газовых сдувок, предназначенная для отвода радиоактивных и радиолитических газов из первого контура. При делении ядерного топлива в качестве продуктов деления возникают инертные радиоактивные газы, часть которых через неплотности оболочек твэлов поступает в теплоноситель. В результате радиолиза воды первого контура образуются радиолитические кислород и водород. Газы выделяются в верхних объемах оборудования первого контура (компенсатор объема, ГЦН, коллекторы парогенераторов) в рабочих режимах; это выделение усиливается по мере снижения температуры и давления теплоносителя при выводе его из контура (в баках «грязного» конденсата, в деаэраторе подпитки, в теплообменниках и т. д.). Радиоактивные и радиолитические газы с помощью системы технологических сдувок разбавляются азотом, выводятся из первого контура и направляются в спецгазоочистку для переработки перед их выбросом за пределы АЭС. Чтобы предотвратить образование взрывоопасной гремучей смеси, в системе технологических сдувок предусматривается также «дожигание» водорода на платиновых катализаторах.

В реакторную установку входят также следующие технологические системы: контроля и сигнализации, дренажей и воздушников, дезактивации оборудования и т. д. Работа этих систем, как и описанных выше, обеспечивается различным насосным оборудованием.

Источник

Как устроены и работают токоограничивающие и дугогасящие реакторы в энергетике

Современные автоматические выключатели ликвидируют токи коротких замыканий с минимально возможной выдержкой времени. Но, они не могут противостоять действию электродинамических сил, которые развиваются в первоначальный момент аварии. Для ликвидации их ударного проявления используются другие технические решения, основанные на работе реакторов.

Термин «Реактор» используется для обозначения устройств, работающих за счет проявления сил различных реакций, когда создается ответное воздействие на протекание какого-то определенного процесса, например, биологического, химического, электрического. механического…

Если совершается какое-то действие (обозначаемое корнем слова «акция»), то техническое устройство контролирует этот процесс и осуществляет противодействие его развитию (определяется предлогом «ре»). Название «Реактор» обозначается термином, состоящим из этого корня и предлога. А его окончание завершает определение технического устройства.

Наиболее широко используются сухие реакторы в сетях 6 и 10 кВ. Они выполняются в виде обмотки из изолированного провода, закрепленной на бетонных колоннах. Монтируются с вертикальным, горизонтальным или ступенчатым расположением фаз, в отдельных камерах распределительного устройства. В сетях более высоких напряжений применяются реакторы с масляной изоляцией, с каркасом стержневой или тороидальной формы из изоляционного материала и стальным баком.

Реакторы различают: по исполнению — одинарные и сдвоенные, по месту включения — секционные и линейные, по характеристикам — с линейной или нелинейной характеристикой, управляемые и неуправляемые. Сухие бетонные реакторы относятся к неуправляемым реакторам с линейной характеристикой.

Виды реакторов в энергетике

В высоковольтных электрических системах реакторы работают на принципе контроля и ограничения аварийных токов, стихийно возникающих на оборудовании схемы.

По назначению конструкции они подразделяются на два вида:

1. уменьшающие величины токов коротких замыканий — токоограничивающие;

2. снижающих возникающую электрическую дугу — дугогасящие.

Первый вид электротехнических аппаратов создается для устранения действия ударного тока, образуемого при возникновении короткого замыкания.

Второй — дугогасящие реакторы увеличивают индуктивное сопротивление, противодействующее развитию дуги при аварийной ситуации, связанной с образованием однофазного замыкания на контур земли в сетях, использующих глухоизолированную нейтраль.

Оба вида этих электротехнических устройств при номинальном режиме работы оборудования вносят небольшую погрешность в выходные характеристики системы, но она лежит в пределах рабочих нормативов, вполне допустима.

Что такое ударный ток короткого замыкания

При номинальном режиме высоковольтная энергия питания расходуется на преодоление полного сопротивления подключенной электрической схемы, состоящего из активной и реактивной нагрузки с индуктивными и емкостными связями. При этом создается рабочий ток, сбалансированный приложенной мощностью, напряжением, полным сопротивлением цепи.

Во время короткого замыкания происходит шунтирование огромной мощности источника случайным подключением нагрузки с маленьким активным сопротивлением, характерным для металлов. В ней отсутствует реактивная составляющая.

Это КЗ устраняет созданное равновесие в рабочей схеме, формирует новые виды токов. При этом переход источника напряжения на режим короткого замыкания происходит не мгновенно, а слегка растянут по времени. Такой кратковременный период называют переходным. При его протекании токи нагрузки изменяют форму и величину от значения гармоничной синусоиды номинального режима до характеристик установившегося подключения к «металлическому замыканию».

В ходе протекания переходных процессов полный ток от КЗ представляет собой вид сложной формы, которую для упрощения расчетов и анализа разделяют минимум на две составляющие:

1. вынужденную периодическую;

2. свободную апериодическую.

Первая часть повторяет форму питающего напряжения, а вторая возникает скачком и постепенно убывает по величине. Она формируется за счет емкостной нагрузки номинального режима, который рассматривается как холостой ход для последующего короткого замыкания.

Обе составляющие, складываясь вместе, создают ток, изменяющийся во времени сложным видом. Его необходимо учитывать при создании защит для принятия действенных мер.

За основу расчета выбирается величина с максимальным мгновенным значением апериодической составляющей. Его и называют ударным током.

Как работает токоограничивающий реактор

Основу конструкции составляет обмотка катушки, обладающей индуктивным сопротивлением, включенным в разрыв основной цепи питания. Ее параметры подбирают таким образом, чтобы при нормальных условиях эксплуатации падение напряжения на ней не превышало четырех процентов от общей величины.

При возникновении аварийной ситуации в защищаемой схеме эта индуктивность гасит большую часть приложенного высоковольтного напряжения и таким образом ограничивает действие ударного тока.

Токоограничивающий реактор рассчитывают по величине максимального тока аварии Im, которому он может противостоять по выражению:

В формуле Iн обозначает значение номинального тока, а Xр — величину реактивного сопротивления обмотки.

Приведенная закономерность наглядно показывает, что увеличение индуктивности катушки ведет к уменьшению ударного тока.

Реактивные свойства обмоток обычно повышают подключением магнитопровода из стальных пластин. В конструкциях подобных реакторов при протекании больших токов по виткам происходит насыщение материала сердечника, что ведет к потере его токоограничивающих свойств. Поэтому от таких конструкций в большинстве случаев отказываются.

Токоограничивающие реакторы, как правило, изготавливают без использования стальных сердечников. Из-за необходимости достижения требуемой индуктивности они обладают повышенными габаритами и весом.

Конструкции токоограничивающих реакторов

По внутреннему исполнению они бывают:

Реакторы из бетонных блоков

Такие конструкции эксплуатируются довольно долгое время в сетях с напряжением до 35 кВ. Их обмотку делают из эластичных проводов, демпфирующих динамические и температурные нагрузки несколькими параллельными цепочками, равномерно распределяющими токи. Этим способом разгружают механическое воздействие на стационарную бетонную конструкцию.

Витки обмоток подобных реакторов выполнены многожильными проводами круглого сечения с изоляцией. Их заливают специальным сортом высокопрочного бетона, смонтированного в вертикальные колонки. При необходимости дополнения в конструкцию металлических частей используют исключительно немагнитные материалы.

Способ включения фазных катушек выбирают таким, что бы магнитные поля от них направлялись встречно. Этим приемом ослабляют динамические усилия при ударных токах КЗ.

Открытое расположение обмоток в пространстве позволяет обеспечивать хорошие условия для естественного охлаждения атмосферным воздухом. Когда тепловые нагрузки при номинальном режиме или коротких замыканиях способны превысить допустимые пределы нагрева обмоток, то применяют принудительный обдув вентиляторами.

При эксплуатации следует учитывать, что при сырой погоде бетон накапливает влажность из воздуха.

Подобные устройства до сих пор массово работают в высоковольтных сетях энергетики, успешно справляются с аварийными ситуациями, но считаются уже морально устаревшими.

Реакторы сухого типа

Они стали появляться благодаря разработке новых изоляционных материалов, основанных на кремнийорганической структуре. Она позволяет создавать изделия, успешно работающие на электрооборудовании до 220 кВ включительно.

Катушка обмотки наматывается прямоугольным многожильным кабелем повышенной прочности и покрывается слоем кремнийорганического лака. Дополнительные эксплуатационные преимущества обеспечивает покрытие кремнийорганической силиконовой изоляцией.

В результате этих доработок сухие токоограничивающие реакторы по сравнению с бетонными аналогами обладают:

меньшими габаритами и весом;

повышенной механической прочностью;

бо́льшим ресурсом работы.

У них медная обмотка проводников изолируется пропитанной кабельной бумагой и монтируется на изоляционных цилиндрах, помещенных в емкость с маслом либо другим жидким диэлектриком, одновременно выполняющим функцию отвода тепла.

Чтобы исключить нагрев металлического корпуса емкости от протекающего по виткам обмотки переменного поля промышленной частоты в подобную конструкцию включают магнитные шунты или электромагнитные экраны.

Магнитный шунт создают из магнитомягких листов стали. размещенных внутри масляной емкости около ее стенок. Образованный таким методом внутренний магнитопровод замыкает на себя магнитный поток, создаваемый обмоткой.

Электромагнитные экраны изготавливают в виде алюминиевых либо медных короткозамкнутых витков, смонтированных у стенок бака. В них индуцируется встречное электромагнитное поле, снижающее действие основного.

Создаются с сердечником. Учитывая возможность насыщения магнитопровода, такие изделия требуют точного расчета и тщательного анализа условий эксплуатации.

Броневые сердечники из электротехнических сортов стали позволяют снижать габариты и вес подобных конструкций реакторов, а заодно и стоимость.

Но при их использовании требуется обязательно учитывать то обстоятельство, чтобы ударный ток не превышал максимального возможного значения для этого типа устройств.

Защищают кабельную ЛЭП по другому принципу, чем их токоограничивающие аналоги.

Об опасности однофазных замыканий на контур земли в схеме с изолированной нейтралью

Энергетические сети с рабочим напряжением 6÷35 кВ создаются для работы на линиях электропередач с нейтралью, изолированной от земли. В этом случае между всеми проводниками образуется емкостное сопротивление, а они сами работают так же, как обкладки конденсатора, то есть накапливают заряды.

При нарушении изоляции любой из фаз на контур земли создается замкнутая электрическая цепочка, через которую начинает стекать только емкостной ток. Он не создает короткое замыкание. Поэтому подобную неисправность допускается действующими документами устранять не мгновенно, а с выдержкой времени до двух часов. Она необходима оперативному персоналу как резерв на изменение схемы питания потребителей поврежденной линии без перерыва их электроснабжения.

С этой целью релейные защиты ЛЭП настраиваются в работу на сигнал, а не на отключение питания. Однако в такой ситуации проявляется двойная опасность:

1. попадания человека под действие шагового напряжения, оказавшегося в случайном месте возникновения неисправности;

2. возникновения электрической дуги, когда емкостной ток станет превышать величину в 20 ампер.

Горение дуги разрушает изоляцию проводов и кабелей, переводит однофазное замыкание в двух- или трехфазное КЗ со всеми негативными последствиями. Ее действие ограничивают защитными устройствами.

Назначение дугогасящих реакторов

Обмотка катушки L включается между нейтралью генератора и контуром земли. Она обладает индуктивным сопротивлением, которое можно регулировать посредством переключения числа витков. Измерительный трансформатор ТА позволяет контролировать проходящий ток для принятия действенных мер.

Такой способ подключения обмотки катушки позволяет создавать последовательную цепочку, состоящую из емкости и индуктивности, к которой приложено напряжение источника фазы с поврежденной изоляцией.

Емкостной и индуктивный токи находятся в противофазе, сдвинуты на общий угол 180 градусов. Действие емкостного тока ограничивается индуктивным, направленным встречно. В итоге суммарная величина, проходящая через поврежденную изоляцию, значительно уменьшается.

Дугогасящие реакторы могут создаваться под индивидуальные условия эксплуатации, не требующие специальных настроек для линий ограниченной длины или изготавливаться с возможностью регулировки индуктивного сопротивления катушки:

В первом случае изменение индуктивности осуществляется за счет переключения числа обмоток, подключенных к отпайкам.

Плавную регулировку выполняют:

плунжерные конструкции, регулирующие воздушный зазор магнитопровода;

реакторы с подмагничиванием постоянным током, использующие принципы магнитных усилителей.

Дугогасящие реакторы постоянной индуктивности создаются без систем управления.

Для регулирования индуктивности используются конструкции с:

ручным переключением числа работающих витков. Этот процесс не только трудоемкий, но и требует снятия напряжения с реактора;

приводом, работающим автоматически под нагрузкой сети;

измерителем емкости, позволяющим автоматически подстраивать индуктивность под результат замера за счет плавного регулирования тока.

Современные конструкции дугогасящих реакторов в управлении используют микропроцессорные технологии, облегчающие возможности эксплуатации предоставлением обслуживающему персоналу расширенной информации по статистике замыканий, поиску повреждений и другим полезным функциям.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник