ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОБЛОКОМ С РЕАКТОРОМ РБМК

Системы управления энергоблоком с реактором РБМК предназначены для управления технологическими процессами нормальной эксплуатации, а также для предотвращения выхода параметров реакторной установки за предусмотренные пределы.

Три основные системы управления энергоблока РБМК (рисунок 1):

1) система управления и защиты (СУЗ);

2) система поддержания давления (СПД);

3) система управления подачей питательной воды (СУППВ).

Рисунок 1. Три основные системы управления энергоблока РБМК

1. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ РЕАКТОРА (СУЗ)

Система управления и защиты (СУЗ) предназначена для управления реактором при его пуске, работе на мощности, а также для планового или аварийного останова.

Функции СУЗ:

1) контроль уровня мощности и скорости ее изменения;

2) контроль положения органов регулирования в активной зоне;

3) осуществление пуска реактора;

4) регулирование уровня нейтронной мощности реактора;

5) компенсация выгорания, отравления и температурных эффектов;

6) стабилизация (разравнивание) полей энерговыделения;

7) автоматическое снижение мощности до безопасных уровней;

8) полное заглушение реактора и поддержание остановленного реактора в подкритическом состоянии.

Система СУЗ воздействует на органы регулирования нейтронного потока в реакторе по информации с датчиков контроля нейтронного потока в соответствии с определенными алгоритмами.

Датчики контроля нейтронного потока – измерительные системы, предназначенные для контроля плотности потока нейтронов в реакторе при различных его состояниях. Датчики могут располагаться как непосредственно в активной зоне, так и в боковом отражателе. Типы датчиков, использующиеся в реакторе РБМК:

1) внутриреакторные датчики (ВРД):

– ВРД Р (радиальные);

– ВРД В (высотные).

Оба типа датчиков устанавливаются внутрь центральной (несущей) трубки тепловыделяющей сборки. ВРД Р имеет один чувствительный элемент (эмиттер), вытянутый по всей высоте активной зоны. ВРД В имеет 4 отдельных эмиттера, распределенных по высоте активной зоны, что позволяет получать информацию о распределении потока нейтронов по высоте;

3) боковые ионизационные камеры (БИК) – размещены в боковом отражателе;

4) датчики широкодиапозонного контроля (ШДК) – универсальные измерительные системы, работающие на всех уровнях мощности реактора. Размещены в боковом отражателе;

2) камеры деления (КД) – 4 импульсные камеры, размещенные в реакторе симметрично в каналах крайнего ряда отражателя. Используются при пуске в подкритическом состоянии и на начальной стадии подъема мощности. По завершении начальной стадии пуска эти камеры извлекаются из реактора.

Органы регулирования нейтронного потока (ОР) – поглощающие стержни, объединенные в несколько групп:

1) стержни ручного регулирования (РР);

2) стержни автоматического регулирования (АР):

– АРБ – работают по сигналам боковых ионизационных камер;

– АРВ – работают по сигналам внутриреакторных датчиков;

– ПК АРБ, ПК АРВ – стержни перекомпенсации, подключающиеся в помощь основным регуляторам;

3) укороченные стержни-поглотители (УСП) – вводятся в активную зону снизу и используются для высотного регулирования поля энерговыделения;

4) стержни аварийной защиты (АЗ) – в режиме нормальной эксплуатации всегда выведены из активной зоны, используются для заглушения реактора в режиме АЗ (см. ниже).

Для примера на рисунке 2 представлена схема расположения датчиков контроля нейтронного потока и органов регулирования СУЗ на картограмме энергоблока № 1 Курской АЭС.

В СУЗ РБМК реализованы следующие алгоритмы:

1) автоматическое регулирование мощности реактора – поддержание мощности реактора (включая локальные мощности) на заданном уровне с помощью стержней регулирования АРБ, АРВ и, в случае необходимости, ПК АРБ, ПК АРВ;

2) аварийная защита (АЗ) – снижение мощности реактора с максимальной скоростью до полного заглушения введением в активную зону стержней АЗ. Кроме того, по сигналу АЗ срабатывает и режим БСМ, поэтому фактически в активную зону вводятся все стержни СУЗ. Примеры причин срабатывания:

– увеличение уровня мощности реактора до 3500 МВт (~109 %);

– общее превышение уровня мощности, заданного задатчиком, на 15 % N_ном;

– локальное превышение уровня мощности, заданного задатчиком, на 20 % N_ном;

– уменьшение периода разгона реактора (T) до 20 с;

– повышение давления в БС до 80 кгс/см²;

– воздействие оператора на ключ АЗ;

3) быстрое снижение мощности (БСМ) – снижение мощности реактора до полного заглушения введением в активную зону всех стержней СУЗ, кроме стержней АЗ. Примеры причин срабатывания:

– общее превышение уровня мощности, заданного задатчиком, на 9 % N_ном;

– локальное превышение уровня мощности, заданного задатчиком, на 14 % N_ном;

– уменьшение периода разгона реактора (T) до 40 с;

– повышение давления в БС до 74 кгс/см²;

– останов обоих ТГ или единственного работающего ТГ;

– неисполнение режимов БУСМ;

– срабатывание режима АЗ;

– воздействие оператора на ключ БСМ;

Рисунок 2. Схема расположения датчиков и стержней СУЗ энергоблока №1 Курской АЭС

4) БУСМ-1 (быстрое управляемое снижение мощности) – снижение мощности реактора до 50 % от номинальной. Примеры причин срабатывания:

– останов одного из двух работающих ТГ;

– локальное увеличение уровня мощности до индивидуальных уставок;

5) БУСМ-2 – снижение мощности реактора до 60 % от номинальной. Примеры причин срабатывания:

– отключение одного из трех работающих ГЦН любой половины КМПЦ;

– снижение расхода питательной воды до 75 % от значения, соответствующего текущему уровню мощности реактора;

6) БУСМ-3 – снижение мощности реактора до пропадания первопричины, но не ниже 30 % от номинальной. Примеры причин срабатывания:

– локальное увеличение уровня мощности до индивидуальных уставок;

– воздействие оператора на ключ БУСМ-3 до снятия команды.

7) запрет на извлечение стержней СУЗ из активной зоны – запрещает оператору извлекать стержни и увеличивать уставки задатчиков мощности. Примеры причин срабатывания:

– увеличение уровня мощности реактора до 3250 МВт (~101,5 %);

– общее превышение уровня мощности, заданного задатчиком, на 6 % N_ном;

– локальное превышение уровня мощности, заданного задатчиком, на 10 % N_ном;

– уменьшение периода разгона реактора (T) до 60 с.

2. СИСТЕМА ПОДДЕРЖАНИЯ ДАВЛЕНИЯ (СПД)

Функция системы поддержания давления состоит в автоматическом поддержании баланса генерации и отбора пара. Факт появления и величину небаланса генерации и отбора пара можно практически мгновенно установить по скорости изменения давления, поэтому все управление исполнительными органами СПД организовано на основе сигнала, сформированного в виде суммы сигнала давления и сигнала, пропорционального скорости изменения давления. Коэффициент пропорциональности – основной параметр настройки СПД.

Алгоритм работы системы поддержания давления представлен на рисунке 3.

Автоматические реакции СПД на возмущения разворачиваются эшелонированно в зависимости от масштаба возмущения. Это обеспечивается соответствующим выбором уставок срабатывания.

Заданное значение давления оператор может в установленных пределах изменять, оперируя кнопками «больше/меньше» задатчика давления.

Рисунок 3. Алгоритм работы системы поддержания давления

Разность входного сигнала и сигнала задатчика (разбаланс) обрабатывается набором пороговых устройств, формирующих команды «больше/меньше», управляющие исполнительными устройствами регулятора давления (регулирующими клапанами турбин).

Отклонения разбаланса за пороги ±0,2 кгс/см² приводят в действие сервомоторы синхронизаторов. Алгоритм регулятора давления (РД) при двух работающих турбинах обеспечивает отработку возмущений таким образом, что расход пара на турбины (давление за СРК) автоматически поддерживается равным у обоих ТГ с установленной точностью. Это обеспечивается передачей команд «больше» на ту турбину, у которой меньше давление за СРК, а команд «меньше» на ту, где давление больше. Если одна из турбин не работает, команда «больше/меньше» передается на работающую турбину.

Признаком того, что РД, работающий с одним из ТГ, не справляется с ситуацией, является отклонение сигнала основного разбаланса за ±0,4 кгс/см².

По этим порогам команды «больше/меньше» подаются на сервомоторы синхронизаторов обоих ТГ. Такой парный режим обеспечивает отработку больших возмущений и возвращает сигнал основного разбаланса в пределы действия РД с одним из ТГ. Передача команд «больше» на синхронизаторы ТГ блокируется при выходе регулирующих клапанов на упоры в полностью открытом положении.

БРУ-К приводятся в действие при увеличении сигнала давления в БС до 72 кгс/см². Появление команды на открытие БРУ-К всегда свидетельствует об избытке генерации пара над отбором. Пропуск пара через БРУ-К должен быть кратковременным, т.е. мощность реактора должна быть приведена в соответствие с текущими возможностями приема пара турбогенераторами независимо от причин сокращения этих возможностей. Это требование обеспечивается схемой включения режима БУСМ в составе алгоритмов СПД. Команда БУСМ формируется вместе с командой на открытие БРУ-К. Команда на закрытие БРУ-К формируется после того, как давление в БС уменьшится до 71 кгс/см². При появлении команды на закрытие БРУ-К действие БУСМ прерывается.

Резкое увеличение разбаланса, свидетельствующее о том, что амплитуда возмущения превышает возможность СПД компенсировать его без опасного всплеска давления, вызывает срабатывание БСМ и открытие ГПК.

3. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ (СУППВ)

Назначение системы управления подачей питательной воды – поддержание баланса между отбором пара из барабан-сепаратора на турбину и подачей питательной воды в барабан-сепаратор с целью удержания массового уровня теплоносителя в барабан-сепараторе в заданных пределах.

Алгоритм работы СУППВ представлен на рисунке 4.

Регуляторы уровня работают по сигналу трехимпульсного разбаланса:

– расход питательной воды;

– мощность реактора;

– отклонение уровня воды в БС от заданного.

Главным параметром настройки СУППВ является коэффициент K_н, на который умножается отклонение уровня от заданного значения перед суммированием с сигналом разности расходов воды и мощности реактора.

Отклонение трехимпульсного разбаланса за пределы установленной в регуляторе зоны нечувствительности (±20 мм) формирует команду на перемещение одного из установленных параллельно клапанов узла регулирования подачи питательной воды. Клапан перемещается, изменяя расход питательной воды, до тех пор, пока не вернет разбаланс в пределы зоны нечувствительности, а затем останавливается.

В условиях нормальной эксплуатации регулятор уровня, управляя своими клапанами описанным выше образом, удерживают трехимпульсные разбалансы в пределах установленных зон нечувствительности, как при работе энергоблока на стационарном уровне мощности, так и в процессе плановых изменений мощности энергоблока.

Существенное отклонение разбаланса за пределы зоны нечувствительности говорит о том, что команда на перемещение клапана не приводит к требуемому изменению расхода питательной воды и нужны дополнительные меры.

По отклонению разбаланса за определенную, более широкую, чем в регуляторе уровня, зону нечувствительности (±60 мм) команда на перемещение от РУ передается на второй клапан. Реализация такой схемы включения «парного» режима обеспечивает эффективную работу регулятора в ситуациях, связанных с быстрыми и глубокими изменениями режима энергоблока, при этом принудительного включения парного режима по сигналам АЗ/БСМ из СУЗ не требуется.

Рисунок 4. Алгоритм работы системы управления подачей питательной воды

Рисунок 1. Три основные системы управления энергоблока РБМК

Рисунок 2. Схема расположения датчиков и стержней СУЗ энергоблока № 1 Курской АЭС

Рисунок 3. Алгоритм работы системы поддержания давления

Рисунок 3. Алгоритм работы системы поддержания давления

Рисунок 4. Алгоритм работы системы управления подачей питательной воды

Рисунок 4. Алгоритм работы системы управления подачей питательной воды