Классификация состояний АЭС, проектные цели безопасности

Принципы обеспечения безопасности при создании АСУ ТП АЭС

Целью концепции безопасности является поддержание станции в нормальном эксплуатационном состоянии, принятие соответствующих ответных мер сразу же после постулированного исходного события и обеспечение длительного управления станцией в аварийных условиях.

Для обеспечения безопасности АЭС и удержания в рамках каждого уровня (эшелона) последствий вероятных отказов технических средств и ошибок персонала реализуется принцип глубоко эшелонированной защиты.

В основе данного принципа лежит установление ряда последовательных физических барьеров на пути распространения радиоактивных веществ в окружающую среду и системы технических и организационных мер.

К физическим барьерам относятся:

· топливная матрица;

· оболочка ТВЭ;

· граница 1-го контура;

· защитная оболочка.

В АСУ ТП организованы пять уровней защиты для предотвращения перерастания нарушений нормальной эксплуатации в проектную аварию, а проектной аварии — в запроектную и для защиты барьеров с целью сохранения их целостности и эффективности.

Независимость уровней защиты должна быть такой, чтобы вероятный единичный отказ средств АСУ ТП или ошибка персонала на одном уровне защиты не ставили под угрозу глубоко эшелонированную защиту на последующих уровнях.

Разработка АСУ ТП должна выполняться с учетом задач и приоритетов, решаемых на уровнях глубоко эшелонированной защиты:

Уровень защиты 1. Нормальная эксплуатация. Надежность эксплуатации, безопасность АЭС, сохранение эффективности барьеров и обеспечение жизнедеятельности персонала должны обеспечиваться техническими средствами и организационными мерами, предусмотренными для ведения режима нормальной эксплуатации. Технические средства и регламентированные действия персонала должны обеспечивать контроль, регистрацию и поддержание параметров в определенных проектом эксплуатационных пределах и выполнение условий безопасной эксплуатации.

Уровень защиты 2. Нарушение нормальных условий эксплуатации. Ограничение нормальной эксплуатации, вплоть до ее прекращения, обеспечение безопасности АЭС, сохранение эффективности барьеров и обеспечение жизнедеятельности персонала должны обеспечиваться техническими средствами нормальной эксплуатации и техническими средствами останова реактора. Технические средства и регламентированные действия персонала должны быть направлены на соблюдение условий безопасной эксплуатации и ограничение (предотвращение) воздействий в пределах безопасной эксплуатации вплоть до достижения указанных пределов, обеспечивающих эффективность барьеров.

Уровень защиты 3. Проектные аварии. Проектные аварии требуют для обеспечения безопасности АЭС функционирования систем безопасности. Безопасность АЭС должна обеспечиваться за счет надежного прекращения основного технологического процесса работой технических средств останова реактора, защиты барьеров и обеспечения жизнедеятельности персонала техническими средствами безопасности.

Технические средства безопасности и регламентные действия персонала должны обеспечивать эффективность барьеров или неповрежденной части барьеров за счет предотвращения и ослабления влияния воздействий в рамках не превышения максимальных проектных пределов. Должна обеспечиваться эффективность системы барьеров, однако возможно сокращение срока эксплуатации отдельных барьеров вплоть до невозможности их дальнейшей эксплуатации, что определяет возможность восстановления нормальной эксплуатации АЭС.

Уровень защиты 4. Запроектные аварии. Запроектные аварии требуют для обеспечения безопасности АЭС надежного прекращения основного технологического процесса, защиты барьеров и обеспечения жизнедеятельности персонала любыми доступными техническими средствами, а также дополнительными техническими средствами.

Дополнительные технические средства предназначены для обеспечения жизнедеятельности оперативного персонала и защиты системы герметичных ограждений от воздействий, определяемых в том числе и возможным разрушением остальных барьеров (топливная матрица, оболочка ТВЭ, контур циркуляции теплоносителя).

Характеристики дополнительных технических средств и регламентированные действия персонала должны обеспечивать эффективность системы герметичных ограждений или неповрежденной части других барьеров таким образом, чтобы не достигались условия по вводу в действие мероприятий по защите населения.

Дальнейший вклад в обеспечение защиты населения, персонала и окружающей среды должны вносить планы мероприятий на площадке АЭС и окружающей территории по защите и ликвидации последствий таких воздействий.

Уровень защиты 5. Послеаварийные мероприятия. В состав организационных и технических мер должны входить меры по реализации послеаварийных мероприятий, в результате которых безопасность АС, эффективность барьеров и жизнедеятельность персонала надежно и длительно обеспечиваются техническими средствами нормальной эксплуатации и /или техническими средствами безопасности.

Связь между барьерами безопасности, уровнями защиты и АСУ ТП приведена на рис. 2.

Рисунок 2 Связь между физическими барьерами, уровнями защиты и АСУ ТП.

Классификация состояний станции в зависимости от уровня защиты и проектные цели безопасности приведены в табл. 1

Классификация состояний АЭС, проектные цели безопасности

Для достижения основной цели безопасности — предотвращения выхода радиоактивных продуктов за пределы физических барьеров — выполняются три следующие фундаментальные функции безопасности:

· контроль и управление реактивностью;

· обеспечение охлаждения активной зоны реактора;

· локализация и надежное удержание радиоактивных продуктов.

Задачами функции контроля и управления реактивностью являются:

· обеспечение регулирования реактивности;

· предотвращение неприемлемых нестационарных режимов при изменениях реактивности;

· отключение реактора с целью предотвращения ожидаемых нарушений нормальной эксплуатации ядерного реактора, ведущих к МПА;

· отключение реактора для смягчения последствий аварийных состояний;

· поддержание реактора в безопасном состоянии после останова.

Задачами функции охлаждения активной зоны реактора являются:

· отвод тепла из активной зоны во время работы в режиме генерирования мощности;

· отвод остаточных тепловыделений при соответствующих эксплуатационных состояниях (рабочих режимах);

· поддержание требуемого запаса теплоносителя 1 -го контура для охлаждения активной зоны в нормальных эксплуатационных состояниях и после постулированных исходных событий на АЭС;

· отвод тепла из активной зоны после повреждения 1-го контура с целью ограничения повреждения тепловыделяющих элементов;

· отвод тепла к конечному поглотителю.

Задачами функции локализации и удержания радиоактивных продуктов являются:

· поддержание целостности оболочки тепловыделяющего элемента в активной зоне;

· поддержание целостности 1-го контура;

· ограничение выбросов радиоактивных материалов и сведение к минимуму воздействия радиации на население и персонал.

Эти основные функции безопасности следует расширять и тщательно разрабатывать для более полного описания функций, необходимых для обеспечения безопасности. Такой расширенный ряд функций включает функции, необходимые для предотвращения аварийных состояний, а также функции для смягчения последствий аварийных состояний. Соответственно, их выполняют с помощью структур, систем и компонентов, предусмотренных для нормальной эксплуатации с целью предотвращения ожидаемых нарушений нормальной эксплуатации ядерного реактора, ведущих к аварийному состоянию, или же для смягчения последствий аварийных состояний.

Функции АСУ ТП, важные для безопасности, включают в себя:

· функции защиты;

· функции управления (контроля);

· функции мониторинга и отображения;

· функции тестирования.

Среди основных принципов безопасности важнейшим является принцип единичного отказа: система должна выполнять заданные функции при любом требующем ее работы исходном событии и при независимом от исходного события отказе одного из активных элементов или пассивных элементов, имеющих механические движущиеся части. (единичный отказ в системах/элементах, внешнее событие или ошибка оператора, все зависимые отказы, являющиеся следствием исходного события)

Практическое применение принципа единичного отказа обеспечивает:

· работу УСВБ в случае возникновения единичного отказа оборудования или ошибки персонала;

· уменьшение риска отказа УСВБ по общей причине.

На практике принцип единичного отказа реализуется путем резервирования.

Принцип резервирования — принцип повышения надежности систем путем применения структурной, функциональной, информационной и временной избыточности по отношению к минимально необходимому и достаточному для выполнения системой заданных функций объему.

Отказы по общей причине — это отказы систем(элементов), возникающие вследствие одного отказа или ошибки оператора, или внешнего воздействия, или внутреннего воздействия, или по иной внутренней причине.

Для уменьшения вероятности отказов по общей причине применяются принцип независимости и принцип разнообразия.

Кроме указанных принципов, при создании УСБ необходимо следовать принципам независимости и разнообразия.

Принцип независимости — принцип повышения надежности системы путем применения функционального и/или физического разделения каналов (элементов), для которых отказ одного канала (элемента) не приводит к отказу другого канала (элемента).

Принцип разнообразия — принцип повышения надежности систем путем применения в разных системах (либо в пределах одной системы в разных каналах) различных средств и/или аналогичных средств, основанных на различных принципах действия, для осуществления заданной функции.

Принципы обеспечения безопасности, учитываемые при создании управляющих систем АЭС, приведены в табл. 2.

Необходимость в независимости должна анализироваться и обосновываться с учетом систем и оборудования АСУ ТП и их обеспечивающих средств (электропитание, вентиляция и т.д.)

Разработка технических средств управления, контроля и регистрации и их организация должна выполняться исходя из задач, требований и приоритетов, определяемых режимами работы АЭС.

Для каждого режима работы АЭС должна быть обеспечена определенная эффективность зашиты барьеров от характерных для данного режима воздействий.

Для каждого режима работы должны быть предусмотрены соответствующие технические и/или организационные меры по предотвращению, и/или ослаблению последствий воздействий, или источников воздействий.

Для того чтобы технические средства нормальной эксплуатации, важные для безопасности, обеспечивали на стадии послеаварийных мероприятий поддержание и ограничение воздействий на барьеры, эффективность барьеров, жизнедеятельность персонала и ограничение радиационного воздействия на персонал, население и окружающую среду, они, а также предусматриваемые для них системы контроля и управления должны быть обеспечены надежным электропитанием и иметь достаточную степень резервирования.

Все функции АСУ ТП уровня обеспечения безопасности должны быть взаимно согласованы с целью обеспечения:

· четких и простых функций, позволяющих хорошо сбалансировать проект (предотвращая недостаточность или избыточность);

· недвусмысленного использования функций УСБ (правило приоритетов в случае антагонистических функций);

· необходимой надежности АСУ ТП для обеспечения функций безопасности;

· оптимального использования резервных систем при запроектных авариях.

Каждая отдельная функция безопасности должна быть проанализирована на предмет определения возможного негативного воздействия на другие функции безопасности.

Должны учитываться конкретные действия оператора при возврате к нормальной эксплуатации после снятия запроса на действия функций уровня безопасности.

Для достижения соответствующей безопасности необходимо рассматривать безопасность как неотъемлемый элемент всего процесса проектирования и осуществлять проектирование оборудования АЭС с учетом принципов эргономики и фактора взаимодействия «человек — машина», с тем чтобы свести к минимуму проблему человеческого фактора.