Система управления и защиты (СУЗ) для РБМК-1000

Критерии безопасности

Основным принципом обеспечения безопасности, положенным в основу проекта АЭС с реактором РБМК, является непревышение установленных доз по внутреннему и внешнему облучению обслуживающего персонала и населения, а также нормативов по содержанию радиоактивных продуктов в окружающей среде при нормальной эксплуатации и проектных авариях.

При анализе аварийных ситуаций и разработке средств обеспечения безопасности реактора в соответствии с ОПБ-88 приняты следующие проектные критерии безопасности:

1. должна быть обеспечена безопасность при любом проектном исходном событии с наложением одного независимого отказа любого элемента систем безопасности и одного необнаруженного отказа, неконтролируемого при эксплуатации;

2. эксплуатационный предел повреждения твэлов за счет образования микротрещин не должен превышать 0,2 % твэлов с дефектами типа газовой неплотности оболочек и 0,02 % твэлов с прямым контактом теплоносителя и топлива;

3. предел безопасной эксплуатации, определяющий допустимый уровень активности теплоносителя по величине и количеству дефектов твэлов, составляет 1 % твэлов с прямым контактом теплоносителя и топлива.

4. максимальный проектный предел повреждения твэлов при авариях устанавливает:

· температуру оболочек твэлов не более 1200 °С;

· локальную глубину окисления оболочек твэлов - не более

· 18 % первоначальной толщины стенки;

· долю прореагировавшего циркония - не более 1 % его массы

· в оболочках твэлов.

Для выполнения этих требований реакторная установка РБМК оснащена следующими техническими средствами:

· системой управления и защиты, в состав которой, кроме традиционных устройств, входят локальные автоматические регуляторы, группы локальной аварийной защиты и быстродействующая аварийная защита;

· системой контроля и регулирования энерговыделения, по радиусу и высоте активной зоны;

· системой аварийного охлаждения реактора, обеспечивающей теплоотвод от активной зоны при авариях, вызванных разрывом трубопроводов или отказом оборудования, которая автоматически включается в работу в аварийной ситуации;

· системой поканального и группового контроля герметичности оболочек твэлов топливных каналов;

· системой индивидуального контроля целостности топливных и специальных каналов;

· системой защиты от превышения давления в контуре МПЦ;

· системой контроля и регулирования расхода теплоносителя в топливных и специальных каналах;

· системой контроля температуры металлоконструкций реактора и графита по объему кладки;

· системой централизованного контроля, осуществляющей сбор и контроль входной аналоговой и дискретной информации, расчет параметров безопасного ведения технологических процессов и сигнализацию об отклонениях контролируемых и расчетных параметров от заданных уставок;

· системой сброса парогазовой смеси из реакторного пространства при аварийкой разгерметизации каналов реактора;

· разгрузочно-загрузочной машиной, позволяющей производить своевременную перегрузку выгоревших или потерявших герметичность топливных кассет без останова реактора;

· системой локализации аварий, предназначенной для приема аварийных выбросов теплоносителя, конденсации пара и выдержки неконденсирующихся радиоактивных газов;

· системой аварийной подпитки реактора водой;

· системой надежного электроснабжения систем безопасности;

· системой пожаротушения;

· резервированием оборудования и электрических устройств с автоматическим вводом резерва.

Система управления и защиты

Система управления и защиты (СУЗ) предназначена для осуществления пуска реактора, регулирования уровня нейтронной мощности реактора, компенсации выгорания, отравления и температурных эффектов, стабилизации полей энерговыделения в реакторе контроля уровня мощности и скорости ее изменения, положения органов регулирования реактивности в активной зоне, а также неисправностей в системе для выработки информации о функционировании СУЗ в системе сигнализации и регистрации аварийной защиты в аварийных ситуациях от автоматического снижения мощности До безопасных уровней, до полного заглушения реактора, и поддержания остановленного и расхоложенного реактора в подкритическом состоянии.

Органами регулирования реактивности являются стержни-поглотители нейтронов. В таблице представлены типы и количества стержней-поглотителей по их функциональным признакам для каждого из четырех энергоблоков ЛАЭС.

СУЗ обеспечивает контроль и регистрацию нейтронного потока в диапазоне от 10^-12 до 1,25 Nhom, контроль периода изменения нейтронного потока в пределах от 120 до 9с.

Регулирующие стержни на ЛАЭС:

 

Тип стержня	Функция регулирующего стержня	1-ый блок	2-ой блок	3-ий блок	4-ый блок
БАЗ	Быстродействующая аварийная защита
ЛАЗ	Локальная аварийная защита
ЛАР	Локальное автоматическое регулирование				^2
АРМ	Автоматическое регулирование
РР	Ручное регулирование
УСП	Укороченные стержни-поглотители (ручные)
Итого:

 

С помощью СУЗ реализуется несколько видов автоматических защит:

1) БАЗ - быстрая аварийная защита, осуществляющая быстрое заглушение реактора:

· введением стержней БАЗ в активную зону с верхних концевиков на полный ход за время не более 2,5 с;

· введением стержней УСП в зону снизу до верхних концевиков со скоростью 0,4 м/с;

· введением всех остальных стержней в зону до нижних концевиков из любого промежуточного положения за время, не более 12 +2 с.

2) АЗ-5 - аварийная защита, обеспечивающая заглушение реактора введением стержней БАЗ с верхних концевиков на полный ход за время не более 7 с;

все остальные стержни вводятся в зону так же, как в режиме БАЗ.

3) АЗ-2 - аварийная защита, осуществляемая снижением общей мощности реактора с аварийной скоростью 2 % Nhom/c до уровня 50 % Nhom включенным автоматическим регулятором совместно со стержнями перекомпенсации, при этом уменьшение уставки от 100 до 50 % Nhom обеспечивается за (25 +2, 5) с.

4) АЗ-1 - аварийная защита, аналогичная АЗ-2, но со снижением мощности до уровня 60 % Nhom, при этом уменьшение уставки от 100 до 60 % Nhom обеспечивается за (20 +2,0) с.

5) ЛАЗ - аварийная защита, осуществляемая снижением общей мощности реактора включенным автоматическим регулятором с рабочей скоростью 1 % Nhom/c и введением поочередно двух стержней ЛАЗ с рабочей скоростью 0,4 м/с в район, где зафиксировано локальное превышение мощности по внутриреакторным датчикам до исчезновения сигнала ЛАЗ.

Кроме автоматических аварийных защит в СУЗ предусмотрен режим регулируемого снижения мощности реактора с аварийной скоростью при нажатии кнопки быстрого снижения мощности на пульте оператора, при отжатой кнопке снижение мощности прекращается.

В СУЗ предусмотрена возможность заглушения реактора, минуя цепи щита логики СУЗ с помощью специального ключа "КОМ", расположенного на основном и резервном пультах управления. В результате этого воздействия все стержни БАЗ, ЛАЗ, ЛАР, АРМ и РР вводятся в активную зону под действием силы тяжести. СУЗ обеспечивает контроль и регистрацию нейтронного потока в каналах отражателя в диапазоне от 5·10^-13 до 10^-1 Nhom от камер деления типа КНТ-31, в каналах БИК с помощью камер деления типа КНК-15 в диапазоне от 5·10^--9 до 10^-4 Nhom и контроль периода изменения нейтронного потока в пределах от 60 до 10 с. Обеспечивает контроль и регистрацию нейтронных потоков и периода нарастания мощности в каналах БИК с токовыми камерами типа КНК-56 в в диапазоне от 5·10^-7 до 1.3 Nhom. и контроль периода изменения нейтронного потока в пределах от 10 до 60 с.

СУЗ обеспечивает автоматическое изменение уровня мощности реактора в диапазоне от 0,25 х 10^-2 до 5 х 10^-2 Nном. с рабочей скоростью ±1,5 х 10^-2 % Nном./c и в диапазоне от 5 х 10^-2 до 1,0 Nном. с рабочей скоростью 0,25 % Nном./c.

СУЗ обеспечивает поддержание заданной мощности реактора с относительной точностью ±5 % заданного уровня в диапазоне от ±0,25 до 6 % Nhom и ±1 % заданного уровня в диапазоне от 5 до 100 % Nhom. СУЗ обеспечивает автоматическое регулирование мощности реактора:

· в диапазоне от 0,25 до 6 % Nном с помощью регулятора АРМ, четыре стержня которого синхронно перемещаются по суммарному сигналу четырех камер в каналах боковых ионизационных камер (БИК);

· в диапазоне от 20 до 100 % Nном с помощью регулятора ЛАР, при этом каждый из стержней ЛАР перемещается по усредненному сигналу от своих двух внутризонных датчиков;

· в диапазоне от 5 до 100 % Nhom с помощью регулятора ЛАР-БИК, при этом каждый из стержней регулятора - из числа периферийных стержней ЛАР - перемещается по сигналу от своей камеры в канале БИК.

 

Основным регулятором в диапазоне мощностей от 20 % до 100 % Nном является ЛАР, регулятор ЛАР-БИК находится в "горячем" резерве. При работе ЛАР или ЛАР-БИК обеспечивается автоматическая стабилизация заданного распределения энерговыделения в активной зоне.

СУЗ обеспечивает оператору возможность ручного управления всеми стержнями, при этом скорость ввода всех стержней в зону 0,4 ±0,1 м/с, скорость вывода стержней из зоны 0,4 ±0,1 м/с (для стержней ЛАР скорость вывода стержней из зоны 0.1 ±0,055 м/с).

СУЗ сохраняет работоспособность при отклонениях питающего напряжения от номинального уровня на +10 % и -15 %, при отклонении частоты питающего напряжения на + 2 %.

При полном обесточивании СУЗ гарантируется полное заглушение реактора путем ввода всех стержней СУЗ (кроме УСП) в активную зону из любого промежуточного положения до упора в вытеснитель (для БАЗ - до посадки на демпфер). При этом время ввода стержней БАЗ составит не более 2,5 с, всех остальных стержней не более 12 +2 с.

По конструкции стержни РР, ЛАР, ЛАЗ и АРМ не отличаются и представляют собой верхнюю поглощающую часть и нижнюю часть для вытеснения воды, соединенные между собой телескопической тягой (Рис.). Поглощающая часть состоит из 6 звеньев поглотителя, соединенных между собой при помощи шарниров и имеющих общую длину 6772 мм. В качестве вещества поглотителя нейтронов применен карбид бора в оболочке из алюминиевого сплава. Вытеснитель состоит из 4 звеньев и имеет общую длину 4560 мм. В качестве вытеснителя применен графит в оболочке из алюминиевого сплава. Ход стержней - 6550 мм.

Стержни УСП состоят из поглотителя длиной 4088 мм, телескопического соединения и вытеснителя длиной 6700 мм, ход стержней - 3500 мм. Стержни УСП в отличие от всех других типов стержней вводятся в активную зону снизу.

Стержень БАЗ выполнен из 7 шарнирно соединенных звеньев с общей длиной поглощающей части 7,2 м. Вытеснитель отсутствует. В нижней части стержня установлен пленкообразователь для создания режима пленочного течения воды в канале. Это позволило сократить время введения стержней БАЗ в активную зону до 2,5 с.

 

Рис. Конструкция стержня-поглотителя с вытеснителем.

1 - Лента 2 - Алюминиевая оболочка

3 -Поглотитель 4 - Внутренняя полость стержня

5 - Вытеснитель с графитовым наполнением