АГРЕГАТ, КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ

Рассмотрим, например, насос подсистемы длительного расхолаживания в составе САОР.

Команды «включить/выключить» могут быть поданы этому агрегату дистанционно от командных органов, размещенных на панелях безопасности, установленных на блочном щите управления (БЩУ) или (в случае повреждения БЩУ, после перевода управления на резервный щит управления) – с резервного щита управления (РЩУ). Для проверки работоспособности насоса предусмотрена возможность включения/выключения насоса «по месту».

Кроме того, насос может получить команду на включение из управляющей системы безопасности, вводящей в работу оборудование САОР в целом, в режиме, соответствующем характеру аварийной ситуации.

В любом случае «разворот» насоса выполняется по следующему алгоритму:

– запускается двигатель насоса (задвижка рециркуляции открыта, задвижка на подаче воды закрыта);

– когда давление на напоре насоса превысит уставку (станет заведомо выше, чем в трубопроводах подачи воды), открывается задвижка на напорном трубопроводе;

– когда расход на подаче воды превысит уставку (заведомо обеспечит отвод тепла, выделяемого в чаше насоса рабочим колесом), закрывается задвижка рециркуляции.

Если в процессе регулирования подачи воды расход снижается до определенного предела, насос автоматически переходит на рециркуляцию. По команде «выключить» двигатель отключается, и арматура автоматически возвращается в исходное состояние.

Насос на заводе оснащается внутренними технологическими защитами (ток двигателя, температура обмоток, наличие охлаждающей воды, смазка и др.). Если запуск насоса выполняется в порядке опробования, защиты насоса действуют в полном объеме.

Если насос включается по команде УСБ, то дистанционные команды «выключить» временно блокируются. Кроме того блокируется действие технологических защит насоса (кроме защиты по току, защищающей секцию системы электроснабжения от короткого замыкания и обесточивания других потребителей, запитанных с той же секции).

Из блока управления насосом выходит информация (работает/не работает) на средства отображения информации оператора и в систему аварийной регистрации.

Только в полном составе перечисленных функций насос становится агрегатом, самым низовым объектом управления в иерархии.

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СОСТОЯНИЯ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
И ПЕРЕХОДЫ МЕЖДУ НИМИ

В процессе управления объект любого уровня введенной выше иерархии находится в одном из набора свойственных ему технологических состояний или переходит из одного состояния в другое.

Расхоложенное нормальное состояние

Применительно к энергоблоку в целом такое состояние соответствует моменту завершения всех работ, включенных в программу очередного планового ремонта. Эксплуатационный персонал проверил состояние «своего» оборудования с уровня агрегатов и далее по вертикали до уровня установок. Результаты проверок документируются в установленном порядке. Факт полной готовности всего оборудования, «подведомственного» персоналу данного цеха, документируется за подписью начальника цеха. Документ, фиксирующий состояние готовности по всем цехам, является основанием для начала выполнения операций по вводу энергоблока в действие.

Разогрев

Процесс разогрева энергоблока начинается с разогрева КМПЦ сначала за счет мощности, подводимой в теплоноситель включенными в работу ГЦН, а затем с использованием мощности реактора. Темп разогрева лимитирован термическими напряжениями в металлоконструкциях (не более 10 ºС в час). Когда давление в БС поднимется до определенного уровня, оперативный персонал приступает к выполнению операций по разогреву оборудования конденсатно-питательной установки (прогрев деаэраторов и др.), набору вакуума в конденсаторах турбины, запуску испарителей чистого пара, прогреву паропроводов и ротора турбины. Основным показателем завершения разогрева является повышение давления в БС до 65-68 кгс/см² и стабилизация давления в этих пределах.

Применительно, например, к САОР термин «разогрев» нужно понимать как выполнение ряда операций, переводящих САОР в состояние «горячего» резерва (заполнение баллонов быстродействующей части САОР водой и нагнетание требуемого давления газа в баллонах, заполнение (обезвоздушивание) трубопроводов подачи воды в коллекторы САОР и др.).

Разогретое нормальное состояние

Применительно к энергоблоку такое состояние соответствует моменту, когда параметры и режимы работы оборудования энергоблока позволяют начать операции по пуску и включению в сеть одного из двух ТГ энергоблока.

Применительно к САОР состояние горячего резерва (готовности) является обязательным условием нормальной работы энергоблока по назначению.

Пуск

Процесс включения энергоблока в работу начинается с пуска турбогенератора (разворот ротора до скорости 3000 об/мин, синхронизация генератора с сетью, включение выключателя). Далее следует поэтапное повышение мощности энергоблока до 50%, пуск и включение в сеть второго ТГ, подъем мощности до номинального уровня.

Запуск САОР в работу предусмотрен проектом в условиях аварии с потерей теплоносителя.

Нормальная работа по назначению

В этом состоянии энергоблок отдает в сеть номинальную мощность.

Если САОР включится в работу при действительном наступлении рассматриваемого в проекте исходного события аварии с потерей теплоносителя, странно было бы называть это технологическое состояние «нормальной работой по назначению». В этих условиях работа САОР входит в состав операций аварийного расхолаживания (см. ниже).

Останов

Для останова энергоблока из состояния нормальной работы по назначению нет внутренних причин. При выводе блока на плановый ремонт всегда имеются дефекты, возникшие и обнаруженные в межремонтный период, устранимые только в процессе ремонта на остановленном энергоблоке. Поэтому плановый останов энергоблока выполняется из состояния «работа по назначению со сниженной надежностью» (см. ниже).

Останов энергоблока из состояния нормальной работы по назначению может быть выполнен автоматически в результате тяжелой аварии в энергосистеме. В составе алгоритмов релейной защиты (хозяйство электроцеха) такая функция предусмотрена.

В результате останова энергоблок переводится в разогретое нормальное состояние. К расхолаживанию не приступают, поскольку возможность включения в сеть будет восстановлена.

Аналогичная ситуация возникает в случае формирования ложного сигнала АЗ. Если факт ложного срабатывания установлен, то энергоблок не расхолаживают и включают в сеть, устранив неисправность в УСБ, вызвавшую останов энергоблока без действительной причины.

Расхолаживание

Основная цель расхолаживания энергоблока состоит в том, чтобы снизить давление в БС до атмосферного и в период ремонта поддерживать температуру в КМПЦ достаточно низкой. Темп расхолаживания лимитирован термическими напряжениями в металлоконструкциях (не более 10ºС в час).

Вначале расхолаживание ведется в паровом режиме. Пар из БС направляется в технологические конденсаторы. Конденсат направляется в деаэраторы, откуда малыми питательными насосами через узлы регулирования расхода питательной воды подается в КМПЦ. С другой стороны в технологические конденсаторы поступает вода из системы технического водоснабжения (из пруда-охладителя). Пройдя конденсаторы, техвода возвращается в пруд-охладитель (отвод тепла от реактора к конечному поглотителю тепла).

Завершающий этап расхолаживания выполняется в водяном режиме с использованием системы продувки и расхолаживания. Включаются насосы расхолаживания, прокачивающие воду, забираемую из КМПЦ, через теплообменник. Пройдя теплообменник, вода возвращается в КМПЦ. С другой стороны в теплообменник поступает вода из системы технического водоснабжения (из пруда-охладителя). Пройдя теплообменник, техвода возвращается в пруд-охладитель (отвод тепла от реактора к конечному поглотителю тепла).

Отказ с вводом резерва

Нормальная работа по назначению может быть нарушена, например, в результате аварийного отключения такого агрегата, как питательный электронасос (ПЭН) (четыре насоса в работе, один в резерве). В этой ситуации срабатывает схема автоматического включения резервного насоса, и подача питательной воды сохраняется на прежнем уровне. Тем не менее, такое состояние нельзя классифицировать как нормальную работу по назначению.

Восстановление резерва

Отказавший ПЭН может быть выведен в ремонт на работающем энергоблоке. В случае, когда в результате ремонта работоспособность отказавшего ПЭН восстановлена и схема автоматического включения резерва введена в действие, состояние нормальной работы энергоблока по назначению будет восстановлено. На время восстановления, а при невозможности восстановления – до очередного планового ремонта, автоматический ввод резерва в агрегатной группе ПЭН невозможен.

Работа по назначению со сниженной надежностью

В результате исчерпания резерва в агрегатной группе ПЭН энергоблок в целом оказывается в ситуации, когда отказ еще одного из четырех оставшихся в работе ПЭН приведет к невозможности восстановления нормальной подачи питательной воды. Снижение производительности агрегатной группы ПЭН исключает возможность продолжения работы энергоблока на номинальной мощности и требует немедленного управляемого снижения мощности до уровня, обеспеченного фактической производительностью агрегатной группы ПЭН. Очевидно, что в период отсутствия резерва такой дополнительный отказ может и не произойти. Тем не менее, внутренняя готовность оперативного персонала к действиям в условиях возникновения такого отказа повышена, поскольку надежность работы энергоблока снижена.

Отказ нерезервированного ресурса с сохранением части ресурсов

Рассмотрим насосную группу ГЦН. Насосы ГЦН резервированы (в каждой петле КМПЦ три в работе, один в резерве), однако ГЦН – слишком сложный агрегат, чтобы включать его по схеме автоматического ввода резерва. В практике довольно часто возникают нарушения в работе одного из ГЦН, нетребующие немедленного отключения «дефективного» ГЦН и дающие время на выполнение операций по подготовке резервного ГЦН к включению в работу. В принятой выше терминологии подготавливаемый к пуску ГЦН переводится из «нормального расхоложенного состояния» в «нормальное разогретое состояние». Подготовленный к пуску четвертый ГЦН включают в работу (расход циркуляции временно возрастает), а потом выключают «дефективный» ГЦН (расход восстанавливается на прежнем уровне). Эту операцию называют «переходом по ГЦН».

Внезапное автоматическое отключение ГЦН требует немедленного управляемого снижения мощности до 60%.

Отключение одной из двух работающих турбин её собственными защитами (резерва нет в принципе) также требует немедленного управляемого снижения мощности реактора до уровня, на котором генерация пара приводится в соответствие с фактической возможностью приема пара оставшейся в работе турбиной.

Работа по назначению с пониженной производительностью

Все приведенные выше примеры типов отказов, допускающие возможность продолжения работы энергоблока на пониженном уровне мощности не исключают возможности восстановления работоспособности отказавших агрегатов на работающем энергоблоке. На период восстановления работоспособности, а при невозможности восстановления – до вывода энергоблока на ремонт, энергоблок работает со сниженной производительностью.

Восстановление ресурса

Если в петле циркуляции, где один из работавших ГЦН был отключен «своими» защитами, резервный ГЦН исправен, то режим работы энергоблока со сниженной производительностью будет относительно кратковременным. Резервный ГЦН будет подготовлен к пуску и включен в работу. После этого мощность энергоблока можно поднять до номинала, но это состояние – состояние с пониженной надежностью, поскольку до выявления и устранения причины произошедшего отключения ГЦН выполнить переход по ГЦН невозможно.

Разогретое состояние с отказом части резерва (ресурса)

Энергоблок в целом может оказаться в этих состояниях в процессе останова на плановый ремонт. Отказы, с которыми энергоблок после останова кратковременно находится в разогретом состоянии, не препятствуют выполнению расхолаживания. Расхоложенное состояние с отказом части резерва (ресурса) при наличии этих отказов не имеет технологических особенностей по сравнению с расхоложенным нормальным состоянием. Тем не менее, при выводе энергоблока на плановый ремонт всегда имеются дефекты, возникшие и обнаруженные в межремонтный период, устранимые только в процессе ремонта на остановленном энергоблоке.

Плановый останов энергоблока выполняется путем снижения мощности и заглушения реактора нажатием кнопки «БСМ». Стопорные и регулирующие клапаны турбин (сначала одной, а затем другой) закрываются. Генераторы отключаются от сети.

САОР, которая в условиях нормальной работы энергоблока должна находиться в разогретом нормальном состоянии, может перейти и более или менее длительное время находиться в разогретом состоянии с отказом части резерва (ресурса). Некоторые отказы оборудования САОР обнаруживаются в момент возникновения (например, снижение давления газа в баллонах), другие обнаруживаются в результате регулярных проверок работоспособности агрегатов оборудования САОР. Состав отказов, допускающий продолжение нормальной работы энергоблока, строго регламентирован. Если состав обнаруженных отказов выходит за регламентный предел, мощность энергоблока должна быть снижена, а при определенном сочетании отказов требуется внеплановый останов энергоблока.

По регламенту с момента обнаружения отказа до момента начала снижения мощности или останова энергоблока установлено время, за которое причина отказа может быть выявлена и работоспособность отказавшего агрегата восстановлена.

Авария

Применительно к энергоблоку в целом приведем несколько примеров, имевших место на практике.

На КуАЭС: срабатывание главного предохранительного клапана (ГПК) из-за самопроизвольного открытия импульсного предохранительного клапана (ИПК) вследствие разрушения затвора электромагнитного клапана.

На ЛАЭС: при выполнении штатной предпусковой операции по опробованию ГПК один из клапанов заклинило в открытом положении обломком усикового шва (ремонт с заменой каналов).

Разрыв трубы топливного канала в пределах реакторного пространства (три случая). На ЛАЭС (1975, энергоблок № 1, ТК 13-33) локальная «вспышка» энерговыделения. Мероприятия: снижение положительного парового эффекта реактивности. На ЧАЭС (1982, энергоблок № 1, ТК 62-44) ошибка оператора при управлении ЗРК в условиях работы реактора на мощности. Мероприятия: в конструкцию привода всех ЗРК на всех энергоблоках введен ограничитель хода на закрытие. На ЛАЭС (1992, энергоблок № 3, ТК 52-16) смещение вверх седла клапана ЗРК. Мероприятия: конструкция крепления седла изменена, все ЗРК на всех энергоблоках заменены на новые.

Применительно к турбоагрегату – осевой сдвиг ротора. Общая длина вала ротора 57 м. Уставки защиты по осевому сдвигу ротора +1,5 мм (в сторону генератора), –1,0 мм (в сторону регулятора). Причина сдвига может быть дефект упорного подшипника. В результате сдвига вращающиеся части ротора (3000 об/мин) могут задеть за неподвижные части конструкции. По сигналу этой защиты срабатывают стопорные клапаны и закрываются регулирующие клапаны. Генератор отключается от сети. Для предотвращения заброса скорости вращения ротора закрываются заслонки на выходе сепаратора-пароперегревателя. Для сокращения длительности выбега выполняется срыв вакуума.

Аварийное расхолаживание

Поводом для выполнения аварийного расхолаживания энергоблока является течь теплоносителя из КМПЦ. Малые течи (например, ложное открытие и непосадка ГПК на энергоблоках с бассейном-барботером, разрыв трубы топливного канала) не требуют запуска САОР. В случае разрыва ТК АЗ реактора срабатывает по сигналу повышения давления в РП. Потеря теплоносителя в период, пока давление в КМПЦ не снизится до атмосферного давления, покрывается средствами подачи питательной воды. Скорость снижения давления управляема. В этих условиях аварийное расхолаживание выполняется со скоростью 30 ºС в час.

При авариях с потерей теплоносителя из перечня проектных аварий, на которые рассчитывается производительность САОР (постулируется, например, гильотинный разрыв опускной трубы) темп расхолаживания неуправляем. Если сценарий (пути) протекания аварии соответствует проектному сценарию, дополнительных повреждений не произошло и работоспособность энергоблока может быть восстановлена, то в составе ремонтных операций обязательно должен быть выполнен металловедческий контроль последствий термических напряжений с точки зрения прочности металлоконструкций.

Расхоложенное аварийное состояние

В БС атмосферное давление. Течь локализована. Обеспечен отвод тепла от реактора к конечному поглотителю тепла.

Схема технологических состояний объекта управления