1.3 Место операции перегрузка среди других режимов работы и предъявляемые к ней требования безопасности и надёжности работы.

На каждом энергоблоке АЭС существуют четыре основных режима работы, которые отличаются:

а) своими целями, б) степенью безопасности, в) длительностью их выполнения, г) степенью автоматизации, д) измерительной аппаратурой и е) требованиями, которые предъявляются к аппаратуре с точки зрения вероятностей Q аварийно-опасных отказов, как показано в таблице 1.

Эта таблица приведена для представления регламента работы и методов управления ЯР типа ВВЭР и она сильно отличается от ЯР типа РБМК и БН.

Значения вероятностей отказов соответствуют новым требованиям надёжности и безопасности ( 10 и 11 ).

Таблица 1.

Наименование	Перегрузка	Пуски	Работа На мощности	Остановки
Цель работы	Замена топлива	Перевод ЯР на номинальный уровень мощности	Желательно без остановок	Только в аварийных режимах работы
Время работы	60 суток	3 суток	300 суток	2 суток
Управление	Ручное	Полуавтоматич.	Автоматическое	Автоматич.
Аппаратура	СКП	СП и АРМ	АРМ	АЗ-1
Значение Q	10-5	5х 10-6	5х 10-6	10-6

Эта таблица полезна для модернизации по нескольким причинам:

1.Из неё видно, что при отношении системы перегрузки к системам контроля (СКП), как это было раньше, то требования к надёжности будут в 10 раз ниже, чем если она будет выполнять и защитные действия, а по старым нормам надёжности эти требования были ещё в 10 раз ниже!

2.Старые нормы времени перегрузки ( 60 суток) должны быть сокращены в настоящее время примерно вдвое для повышения норм КИУМ к реакторам типа ВВЭР, поскольку стоимость потерь из-за недодачи электроэнергии в сеть составляет около 20 млн. рублей в сутки.

Поэтому сокращение времени перегрузки на 15 суток при модернизации дает экономию 300 млн.руб.

Ручные операции снижают надёжность работы, ухудшают ядерную безопасность и поэтому их желательно автоматизировать!

Таким образом, количественными показателем экономичности режима работы перегрузка является сокращение длительности этой операции, а показателем надёжности аппаратуры следует принять Q = 10^-6 .

Автоматизация этого процесса также должна уменьшить ошибки оперативного персонала и повысить безопасность перегрузки, сократив число аварийно-опасных и безопасных отказов.

Так, результате нарушения норм ядерной безопасности по сообщению американской печати ( 4 ) в 1961 г в США произошла ядерная авария типа Чернобыльской на ЯР ВВЭР-100 с тяжелыми последствиями при перегрузке топлива и при выполнении плановых предупредительных работ по замене неисправного управляющего стержня.

Исполнителям этой операции внушалось, что подкритический ЯР всегда безопасен и для достижения ядерной безопасности нужно только работать строго по инструкции. В этом случае никаких аварий произойти не может.

Однако такая авария произошла с тяжелыми последствиями – взорвался ЯР, погиб весь персонал, а опасные радиоактивные продукты распада выделились в радиусе 100 км и их дезактивация продолжалась один год.

Как было установлено позже комиссией, коренной причиной аварии явились два факта:

3. Степень подкритичности ЯР во время проводимых работ составляла около - 1 и

4. Поглотительная способность заменявшегося неисправного управляющего стержня составляла 2 .

Поэтому в результате извлечении управляющего стержня суммарная реактивность составила +1 и ЯР стал мгновенно критическим. За одну секунду мощность ЯР увеличилась в 10³⁰ раз, вскипела вода в активной зоне и выбросила из активной зоны другие управляющие стержни. Произошёл ядерный взрыв.

После устранения последствий этой аварии в нормы по ядерной безопасности (2 и 3 ) были внесены рекомендации для исключения таких аварий в будущем на ЯР типа ВВЭР.

На основе изучения мною литературных данных по системам перегрузки топлива, я сформулировал предварительные рекомендации проектантам по модернизации существующей системы перегрузки.

Рекомендации по предупреждению ядерных аварий при перегрузке топлива на ЯР типа ВВЭР- 440.

1.Целью перегрузки является восстановление запаса реактивности ЯР за год расхода его на выгорание топлива и шлакование радиоактивными продуктами распада цепной реакции. Конечной целью перегрузки должно быть значение К_ЭФФ порядка 1,2 (4 ) . Он значительно превышает опасное значение мгновенной критичности, равное К_ЭФФ=1,007, при котором ЯР взрывается.

2. Ядерная опасность этой операции связана с :

а) отсутствием автоматической защиты при снятии крышки ЯР с приводами стержней управления,

б) необходимостью создания большой надкритичности

( К_ЭФФ= 1,2 ) и

в) выполнением всех операций дистанционно вручную

оператором перегрузочной машины, который не знает

степени опасности этой операции, поскольку в его функции

входят только механические операции по перегрузке.

3. Потребность в автоматизации системы управления перегрузкой определяется двумя главными показателями качества работы энергоблока:

а) ядерной безопасностью и

б) сокращением срока выполнения операции, от которого

зависит экономичность эксплуатации энергоблока.

4. Для достижения ядерной безопасности необходимо :

а) уменьшить вероятность ошибок всего персонала, участвующих в операции перегрузка, путем углубления его физических знаний и введением тренажа перед выполнением операции,

б) автоматизировать весь процесс с применением ЭВМ.

С учётом этих рекомендаций я сначала изучил физические основы безопасности операции перегрузка (2), которые излагаются ниже, а затем вместе с моим руководителем дипломного проекта разработал один из возможных способов автоматизации этого процесса.

Особенность перегрузки ЯР типа ВВЭР-440 заключается в том, что для доступа к её активной зоне ( см. рисунок картограммы) с корпуса ЯР необходимо снять верхнюю крышку, на которой расположены приводы управляющих стержней.

Для этого ЯР останавливается, переводится в подкритическое состояние, его температура снижается до 80 С и давление уменьшается до атмосферного.

Для снятия крышки приходится отцеплять приводы от управляющих стержней и ЯР остается без автоматической аварийной защиты .В этом заключается одна из ядерных опасностей. Для того, чтобы во время перегрузки не возникла надкритичность необходимо постоянно при всех перестановках в активной зоне поддерживать ЯР в подкритическом состоянии и контролировать эту степень подкритичности.

Контроль за подкритичностью ЯР затруднен и поэтому оператор перегрузочной машины должен хорошо понимать физические особенности этой работы, тщательно соблюдать регламент и иметь предварительные навыки работы на тренажёре.

Однако, прежде чем предлагать новый способ перегрузки, я опишу старую систему перегрузки, на которой я работаю сейчас и её недостатки.