Лекция 3

Технологическая схема АЭС с реактором РБМК

Технологическая схема АЭС с реактором ВВЭР

.

Рисунок 2.1 Технологическая схема АЭС с реактором типа ВВЭР

В реакторе ВВЭР в качестве теплоносителя и замедлителя используется вода под давлением, созданным главным циркуляционным насосом ГЦН, которая переносит тепло из активной зоны реактора ЯР в парогенератор. Число реакторных контуров для реактора ВВЭР – 1000 – 4 и столько же ГЦН. ГЦН должен обеспечивать циркуляцию теплоносителя в нормальных и аварийных режимах.

Для компенсации температурных изменений объёма воды в одной из реакторных петель устанавливается компенсатор объёма КО с электронагревателем (ЭН). Электронагреватели обеспечивают испарение воды в КО и поддержание заданного давления пара над уровнем воды в реакторном контуре.

Для предотвращения вскипания теплоносителя, при аварийном положении АЭС, электронагреватели должны быть обеспечены электроснабжением, допускающим перерывы питания только на время включения резервного питания.

В нормальном режиме работы реактора необходима подпитка первого контура, которая осуществляется подпиточным насосом ППН, забирающим воду из деаэратора. Кроме того, для регулирования количества тепловых нейтронов, то есть регулирования мощности реактора, используют в качестве замедлителя борированную воду, которая подаётся насосами НБК 1,2. Подпиточный насос используется для подпитки первого контура в режиме «малых течей».

Перегрузка и выдержка тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) осуществляется в бассейне под слоем воды (БТВЭЛ). Для охлаждения воды предусматриваются теплообменник ТО и насос НО ТВЭЛ. В эту систему может быть подана борированная вода. Этот насос должен быть обеспечен бесперебойным питанием.

В режиме нормальной эксплуатации реактора первостепенную роль играет система управления и защиты реактора (СУЗ). Механизмы управления СУЗ являются важнейшими элементами системы регулирования и обеспечения ядерной безопасности. Поэтому электропривод механизмов СУЗ требует особо надёжного питания.

Безопасность АЭС обеспечивают кроме систем нормальной эксплуатации локализующие системы и система аварийного охлаждения активной зоны реактора – САОЗ. Назначение двух последних систем – не допустить распространения радиоактивности за пределы герметичных помещений АЭС даже при полномразрыве главного циркуляционного контура (максимальная проектная авария – МПА).

Аварийное охлаждение зоны обеспечивается тремя независимыми системами. Состав одной из систем мы и рассмотрим.

Она включает баки аварийного запаса борного раствора АЗБР, теплообменник расхолаживания ТОР, спринклерные насосы СН, насосы аварийного расхолаживания низкого и высокого давления НАР. При нарушении герметичности реакторного контура и небольшой течи включаются НАР, подающие борированный раствор в контур. Если имеет место МПА и давление в реакторе падает, то для предотвращения вскипания воды в реакторе в пространство над активной зоной и под неё автоматически подаётся вода из гидроаккумулирующих ёмкостей ГАЕ. Одновременно подаётся борированная вода в спринклерные установки. Пар конденсируется в струях воды от спринклерных установок, предотвращая повышение давления в герметичной оболочке. В приямках собирается вода, охлаждается в теплообменнике ТОР и вновь заканчивается в контур и в спринклерные установки до полного расхолаживания реактора. Электрооборудование этой системы САОЗ допускает перерыв питания до 30-60 сек.

Технологическая схема второго контура АЭС практически не отличается от аналогичной схемы КЭС. Назначение системы – обеспечение работы турбин за счёт производства пара в парогенераторе (ПГ), его срабатывания на турбине; конденсации пара и последующей подачи воды в парогенератор. В реакторах ВВЭР-1000 рабочий питательный насос имеет турбопривод. Кроме рабочего предусмотрен пускорезервный насос с электроприводом, имеющий надёжное питание.

На АЭС имеется развитая система технического водоснабжения. Эта система используется как для охлаждения главного конденсатора с помощью циркуляционного насоса, так и для других ответственных потребителей (теплообменников САОЗ, теплообменника выдержки ТО и т.д.) с помощью специальных насосов, требующих надежного питания.

Высокой надёжности электроснабжения требуют противопожарные насосы.

Достоинства.

1. Практически отсутствует влияние на экологию, так как имеет место только тепловое загрязнение гидросферы и атмосферы.

2. Относительно высокий КПД ≈36%.

3. Малый объем горючего и длительный (3 года) срок работы до его перезагрузки.

Недостатки.

1. Сложность захоронения отходов.

Реакторы РБМК имеют канальное исполнение, теплоносителем является вода, замедлителем – графит. Мощность реактора определяется числом параллельных технологических каналов (рисунок 2.2.).

Вода по индивидуальным трубопроводам (836 каналов для одной половины РБМК – 1000) подаётся к технологическим каналам 5 реактора 6, где нагревается до температуры насыщенного пара. Пароводяная смесь по индивидуальным трубопроводам поступает в барабаны – сепараторы 11. Пар из сепараторов подаётся на турбину. Конденсат от турбины питательным насосом опять подаётся на сепараторы 11, откуда главным циркуляционным насосом ГЦН 13 вновь подаётся в реактор.

Таким образом, АЭС с РБМК - одноконтурная, пар, полученный в сепараторе, имеет слабую радиоактивность. Система реакторного контура РБМК, называемая контуром многократной циркуляции (МПЦ), состоит из двух самостоятельных частей, в каждую из которых входят два барабана – сепаратора, трубопровод воды, всасывающий 12 и напорный 15 коллекторы, ГЦН 13, разделительные групповые коллекторы 10, а также запорная арматура 14.

Кроме контура МПЦ в реакторе существуют замкнутые автономные системы охлаждения каналов СУ3, состоящие из теплообменника 3, насоса 2, и бака аварийного запаса воды 4. Аналогичные системы охлаждения предусмотрены для кольцевого бака биологической защиты и металлоконструкций, а также бассейна выдержки и перегрузки тепловыделяющих элементов 19, 20, 22. Насосы этих систем требуют надёжного электроснабжения от автономных источников.

Система аварийного охлаждения реакторов (САОР) канального типа состоит из двух подсистем: основного и дополнительного расхолаживания. Каждая подсистема состоит из трёх независимых групп (на рисунке показана одна группа).

Основная подсистема САОР состоит из гидроаккумулирующих ёмкостей 21, вода в которых находится под давлением азота (10 Мпа), превышающим давление теплоносителя в контуре МПЦ. В эту систему вода может подаваться аварийным питательным насосом. Эта подсистема включается в работу при МПА. При этом открываются задвижки 18 и вода из ёмкостей 21 подаётся в групповые коллекторы 10, а из них в технологические каналы. Электроснабжение быстродействующих задвижек должно обеспечиваться бесперебойным питанием.

Подсистема длительного расхолаживания включается после запуска аварийных источников питания и обеспечивает подачу обессоленной воды с помощью насосов 17 и 24 из барбатера 7 и бака 23 в реактор.

Для снижения давления в бассейне – барботере используется спринклерная система (8, 9, 25).

Рисунок 2.2 Технологическая схема АЭС с реактором типа РБМК

Электронасосы 17, 20, 24 требуют надёжного электропитания.

Технологическая схема турбоустановки почти не отличается от схем КЭС.

Достоинства.

1. Практически отсутствует влияние на экологию.

2. Низкие параметры теплоносителя, следовательно, менее жесткие

Требования к технологии производства основных элементов ППУ.

3. Возможность ремонта каналов без остановки АЭС в целом.

4. Возможность наращивания мощности блока путем увеличения числа каналов.

Недостатки.

1. Недостаточно высокая надежность (Чернобыльская АЭС).

2. Сложность захоронения отходов.

2.4. Технологическая схема АЭС с реакторами типа БН

АЭС с реакторами на быстрых нейтронах (БН), реакторами-размножителями, используются для получения тепла и электроэнергии, а также для производства ядерного топлива. Технологическая схема энергоблока такой АЭС представлена на рисунке 2.3. Реактор типа БН имеет активную зону, где происходит реакция с выделением потока быстрых нейтронов. Эти нейтроны воздействуют на элементы из урана U-238, который в ядерных реакциях не используется, и превращают его в плутоний Р_к –239. Последний может быть использован на АЭС в качестве ядерного горючего.

Теплоносителем в реакторе типа БН, как правило, используется жидкий натрий, который бурно реагирует с водой и паром. Поэтому, чтобы избежать при авариях контакта радиоактивного натрия первого контура с водой или водяным паром, схему АЭС выполняют трехконтурной (с жидкометаллическим промежуточным контуром).

Первый контур предназначен для снятия тепла с реактора и передачи его теплоносителю второго контура. Первый циркуляционный контур состоит из активной зоны и зоны воспроизводства (реактора 1) теплообменников 2 и насосов 3, связанных между собой каналами, по которым циркулирует теплоноситель (радиоактивный натрий).

На действующих и строящихся АЭС с реакторами, охлажденными жидким металлом, применяются два конструкционных варианта первого контура. В одном варианте (смотри рисунок 2.3) контур циркуляции теплоносителя состоит из нескольких петель и оборудование располагается в индивидуальных корпусах, соединенных трубопроводами. Такая компоновка называется петлевой или контурной. Во втором варианте все оборудование первого контура размещается в едином прочном корпусе. Это интегральная компоновка (баковая, погруженная). По второму варианту выполнены, в частности, установки типа БН-600.

Циркуляция теплоносителя первого контура в установках типа БН-600 осуществляется тремя главными циркуляционными насосами, с напора которых по напорным трубопроводам натрий поступает в напорную камеру реактора, где поток распределяется по тепловыделяющим сборкам (ТВС) активной зоны и зоны воспроизводства.

Пройдя активную зону реактора, натрий с температурой С поступает в шесть параллельно включенных промежуточных теплообменников через кольцевой зазор в защите вокруг активной зоны.

Рисунок 2.3. Технологическая схема АЭС с реактором типа БН

Натрий первого контура проходит сверху вниз в межтрубном пространстве теплообменников и выходит при температуре С в три переливные камеры, откуда забирается насосами, которые подают его обратно в реактор.

Нормальную работу первого контура реакторов типа БН обеспечивают системы очистки, приготовления, хранения, подачи и приема натрия, газовая система, система обогрева и т.д.

Высокая химическая активность натрия по отношению к кислороду воздуха обусловила применение инертного газа, исключающего непосредственный контакт расплавленного натрия с воздухом. Все натриевые системы выполняются герметичными, и газовые полости над теплоносителем заполняются осушенным и очищенным от кислорода газом, не взаимодействующим с натрием при рабочих температурах (аргон, гелий).

В состав газовой системы кроме газовых объемов реактора, насосов входят газовые баллоны-ресиверы объемом 4-5 м³ при давлении до 20 МПа, ловушки паров натрия, устанавливаемые на газовых линиях, система очистки газа.

Жидкометаллические теплоносители имеют температуру плавления С, поэтому для обеспечения разогрева контуров перед заполнием теплоносителем и поддержания его в горячем состоянии служит система газового разогрева, включающая газодувки, подогреватели, а также внутренние и наружные камеры обогрева корпуса реактора и другого оборудования. Обогрев вспомогательных систем с натрием осуществляется, как правило, электронагревательными элементами.

Параметры первого контура контролируются системой, включающей в себя ионизационные камеры, датчики температуры, давления, электромагнитные расходомеры, датчики числа оборотов ГЦН, тока и напряжения на электродвигателях ГЦН и на электромагнитных насосах. Главные циркуляционные насосы обслуживаются масляной системой, в состав которой входят насосы, холодильники, фильтры, трубопроводы с арматурой, система управления и контроля.

Все эти системы, обеспечивающие нормальную работу первого контура, требуют надежного электроснабжения.

Второй (промежуточный) контур предназначен для передачи тепла от первого контура рабочему телу в парогенераторах 5 (смотри рисунок 2.3) и пароперегревателях 4. В состав второго контура входят, кроме парогенераторов 5 и пароперегревателей 4, циркуляционные насосы 7 и вспомогательные системы, аналогичные системам первого контура.

В установках типа БН теплоноситель (нерадиоактивный натрий) с помощью насосов 7 второго контура подается в теплообменники 2 натрий-натрий, нагревается в них до С, затем направляется в пароперегреватели 4 и парогенераторы 5, где, отдавая тепло рабочему телу, охлаждается до С и поступает на вход циркуляционных насосов 7. С целью исключения перетечек активного натрия в неактивный (в промежуточных теплообменниках 2) давление во втором контуре больше, чем в первом. В системе компенсации давления используется аргон.

Назначение и состав третьего (пароводяного) контура такие же как у любой тепловой станции. Питательная вода поступает из главного конденсатора 10 (смотри рисунок 2.3) на всас конденсатного насоса 11 и далее в деаэратор 8. Питательным насосом 6 вода забирается из деаэратора и подается на парогенератор 5 (испаритель), где отбирает тепло у теплоносителя второго контура и превращается в пар. Пар из парогенератора поступает в пароперегреватель 4 и далее на турбину 9, где и срабатывается, вращая последнюю. Отработавший пар из турбины сбрасывается в главный конденсатор, где охлаждается, конденсируется и превращается в питательную воду.

Турбина связана муфтой М с генератором G, в котором механическая энергия превращается в электрическую энергию. Электрическая энергия подается на потребители собственных нужд (СН) и через повышающий трансформатор Т на открытое распределительное устройство (ОРУ).

Основное достоинство АЭС с реакторами типа БН- их способность воспроизводить ядерное горючее. Эти станции, как и другие АЭС, не имеют выбросов дымовых газов и не имеют отходов в виде золы и шлаков.

Основные недостатки:

· большие удельные тепловыделения в охлаждающую воду;

· низкий КПД ;

· необходимость надежного захоронения радиоактивных отходов.

2.5.Структура электрической части АЭС

Специфика электрической части аналогична КЭС. Центры электрических нагрузок располагаются на значительном расстоянии от АЭС, поэтому станция выдаёт электроэнергию на высоких и сверхвысоких напряжениях. Для удобства наращивания мощности, повышения надёжности используется блочный принцип построения.

Мы видим, что особенность технологического процесса на АЭС предъявляет специфические требования к питанию электрооборудования.

Все потребители АЭС образуют, как и на КЭС, систему собственных нужд, которая в нормальных режимах получает питание от трансформатора собственных нужд основного (ОТСН). Этот трансформатор получает питание от генератора станции. Для обеспечения резервирования питания собственных нужд применяют резервные трансформаторы (РТСН), получающие питание от шин среднего напряжения своей или соседней ЭС.

Рисунок 2.4. Структурная схема электрической части АЭС

В системе собственных нужд для обеспечения надёжного и безопасного функционирования технологического оборудования выделяют 3 подсистемы электроснабжения потребителей собственных нужд:

а) система шин нормальной эксплуатации (С.Ш.Н.Э). От этой системы шин получают питание потребители, не предъявляющие повышенных требований к надёжности электроснабжения, допускающие перерывы питания на время автоматического ввода резервного питания после срабатывания защиты реактора. Эти потребители относятся к потребителям 3 группы (по ПУЭ) потребителей 1 категории. К ним относятся конденсатные, циркуляционные и сетевые насосы, ГЦН с большой инерционностью, насосы технической воды неответственных потребителей, дренажные насосы и т.д.)

б) система шин надёжного питания, для потребителей 2 группы (С.Ш.Н.П. – 2 группы). От этой системы шин получают питание потребители, требующие повышенной надёжности питания и допускающие перерывы питания на время, определяемое условиями аварийного расхолаживания (десятки секунд – десятки минут) и требующие обязательного питания после срабатывания АЗ реактора. К ним относят: электрооборудование САОЗ, САОР, спринклерные насосы, насосы борного регулирования, аварийные питательные насосы, противопожарные насосы, отдельное электрооборудование турбоагрегата и систем биологической и технологической дозиметрии. Для потребителей этой группы в аварийном режиме предусматривается электроснабжение от специальных автономных источников, не связанных с сетью энергосистемы, которые должны обеспечивать питание этих потребителей при МПА и обесточении основных источников электроснабжения. В качестве аварийных источников используются на АЭС автоматизированные дизель генераторы.

в) система шин надёжного питания для потребителей 1 группы (С.Ш.Н.П. – 1 группы). От этой системы шин получают питание потребители, не допускающее перерыв питания более чем на доли секунды во всех режимах, включая режим полного исчезновения напряжения переменного тока от ОТСН и РТСН, и требующие обязательного питания после срабатывания АЗ реактора. К этой группе относятся: КИП и автоматика защиты реактора; приборы технологического контроля; некоторые системы дозиметрии; электропривод быстродействующих клапанов и отсечной арматуры, которая локализует и обеспечивает ликвидацию аварии, часть аварийного освещения; электромагнитных приводов СУЗ, ГЦН с малой инерционностью, а также отдельные насосы турбоагрегата.

В качестве аварийных источников питания для этой группы используют аккумуляторные батареи со статическими преобразователями электроэнергии (выпрямители – С.П.Э.В, инверторы –С.П.Э.И).

Контрольные вопросы.

1. Общие вопросы производства электроэнергии на АЭС.

2. Технологическая схема АЭС с реакторами типа ВВЭР.

3. Технологическая схема АЭС с реакторами РБМК.

4. Технологическая схема АЭС с реакторами типа БН.

5. Структура электрической части АЭС.

ТЕМА: Основное оборудование электрической части электростанций

Дата добавления: 2014-10-15