6. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ СОБСТВЕННЫХ НУЖД
6.1. Общие положения
Для электроснабжения потребителей собственных нужд станции производится отбор мощности на генераторном напряжении. Питание распределительного устройства собственных нужд осуществляется от трансформаторов, которые работают раздельно. Раздельная работа трансформаторов позволяет ограничить уровни токов короткого замыкания и уменьшить их влияние на сети, подключаемые к другим секциям.
Распределительные устройства собственных нужд выполняются с одной секционированной системой сборных шин с одним выключателем на присоединение и, как правило, являются комплектным, т.е. состоящим из набора шкафов (ячеек) КРУ различного наполнения.
Для питания потребителей собственных нужд используется два уровня напряжения: 6 кВ – для питания мощных электродвигателей (более 200 кВт) и 0,4 кВ – для остальных потребителей меньшей мощности. Такое разделение связано с тем, что выполнение электродвигателей мощностью менее 200 кВт на напряжение 6 кВ экономически нецелесообразно (они в 1,5 – 2,3 раза дороже аналогичных, выполненных на напряжение 0,4 кВ), а выполнение электродвигателей мощностью более 200 кВт на напряжение 0,4 кВ влечет за собой увеличение сечения питающих кабелей.
Резервное питание собственных нужд осуществляется также путем отбора мощности от генераторов электростанции, но места подключения присоединений резервного питания не должны быть связаны с местами присоединения их рабочего питания. Для особо ответственных потребителей предусматриваются дополнительные независимые источники электроэнергии (аккумуляторные батареи, дизель-генераторы, агрегаты бесперебойного питания).
6.2. Особенности схем электроснабжения собственных нужд АЭС
АЭС представляет собой надежный источник энергии, поэтому рабочее и резервное электроснабжение их собственных нужд осуществляется от главной электрической схемы через понижающие трансформаторы. Для особо ответственных потребителей собственных нужд предусматриваются дополнительные независимые источники энергии – аккумуляторные батареи с обратимым агрегатом или инвертором, автономные дизель-генераторы, вспомогательные генераторы, устанавливаемые на валу основного генератора. Все потребители собственных нужд АЭС по степени надежности электроснабжения и допустимому времени перерыва питания (отсутствия напряжения) разделяются на три основные группы.
Первая группа – потребители, предъявляющие повышенные требования к надежности электроснабжения. Потребители этой группы допускают по условиям безопасности перерывы питания на доли секунды во всех режимах (включая режим полного исчезновения напряжения переменного тока от рабочих и резервных трансформаторов собственных нужд) после срабатывания аварийной
защиты реактора. Первую группу потребителей собственных нужд составляют: системы контрольно-измерительных приборов и устройств автоматики реактора; часть потребителей системы управления и защиты реактора (СУЗ); аварийное освещение; электропривод быстродействующих клапанов, обеспечивающих вступление в работу систем расхолаживания; системы технологического контроля реактора; системы дозиметрического контроля; потребители постоянного тока; аварийные масляные насосы турбогенераторов. Электрические сети таких нагрузок называют сетями первой категории надежности. Источниками их питания в аварийных режимах служат аккумуляторные батареи и агрегаты бесперебойного питания.
Вторая группа – потребители, перерыв питания которых по условиям безопасности допустим на время от десятков секунд до десятков минут. Эти потребители требуют надежного питания после срабатывания аварийной защиты реактора. Вторую группу потребителей собственных нужд составляют механизмы по обеспечению расхолаживания реактора и локализации аварии (аварийные питательные насосы, насосы технической воды, системы аварийного охлаждения зон аварийной и послеаварийной половин реактора и промежуточного контура); насосы вентиляционных систем охлаждения помещений первого контура; спринклерные насосы; масляные насосы турбогенераторов; валоповоротные устройства; перегрузочные машины; системы биологической и технологической дозиметрии. Сети электроснабжения таких нагрузок называются сетями второй категории надежности. Источниками их питания в аварийных режимах являются дизель-генераторы с автоматическим запуском.
Третья группа – потребители, не предъявляющие повышенных требований к надежности электроснабжения. К ним относятся: главные циркуляционные насосы (ГЦН) с большими маховыми массами; конденсатные, циркуляционные, питательные насосы. Потребители третьей группы не требуют включения при обесточивании системы собственных нужд и не участвуют в процессе аварийного расхолаживания реактора. При нормальном режиме работы их питание осуществляется от рабочих трансформаторов, а при аварийном – от резервных трансформаторов собственных нужд.
Для питания потребителей собственных нужд АЭС используются следующие сети:
–сеть 6 кВ переменного тока – предназначена для питания электродвигателей мощностью более 200 кВт и понижающих трансформаторов
6/0,4 и 6/0,23 кВ;
–сеть 380/220 В переменного тока – предназначена для питания электродвигателей мощностью до 200 кВт, систем освещения и других нагрузок;
–сети 380/220 и 55 В переменного тока с изолированной нейтралью – предназначены для питания устройств электрообогрева оборудования и трубопроводов первого и второго контуров;
–сети надежного питания 380 и 220 В переменного и 220 В постоянного тока – предназначены для питания потребителей первой категории надежности;
– сети надежного питания 6 кВ и 380/220 В переменного тока – предназначены для питания потребителей второй категории надежности.
РУ всех напряжений выполняются с одной секционированной системой сборных шин. Число секций на 6 кВ выбирается в зависимости от количества ГЦН первого контура и допустимого количества одновременно отключаемых ГЦН (без срабатывания аварийной защиты реактора), а также числа устанавливаемых рабочих трансформаторов собственных нужд и их мощности. Не допускается подключение более двух ГЦН (при шести ГЦН на блок) и более одного ГЦН (при четырех и менее на блок) к одной секции 6 кВ. На одном энергетическом реакторе должно быть не менее двух секций 6 кВ, каждая из которых должна присоединяться к рабочему трансформатору собственных нужд через свой выключатель, а также автоматически подключаться к шинам резервного трансформатора собственных нужд через отдельные выключатели. К этим секциям подключаются потребители 6 кВ третьей группы. Общестанционная нагрузка должна равномерно распределяться между секциями 6 кВ всех блоков.
Для электроснабжения потребителей второй группы число секций на 6 кВ должно соответствовать числу систем безопасности АЭС. Секции должны подключаться к источнику (секциям) нормального питания через последовательно включенные выключатели СВ1 и СВ2 (рис. 6.1). К секциям Н1 по схеме автоматического ввода резерва подключаются дизель-генераторы (ДГ). При наличии трех систем безопасности состав механизмов собственных нужд, подключенных к каждой секции надежного питания, и мощность каждого ДГ должны обеспечивать аварийное расхолаживание реактора при любом виде аварии, следовательно, мощность каждого ДГ должна быть рассчитана на покрытие 100% нагрузки одной системы безопасности. Взаимное резервирование ДГ не предусматривается.
Число секций 0,4 кВ для потребителей второй группы Н2 также должно соответствовать числу систем безопасности АЭС, причем каждая секция подключается через отдельный понижающий трансформатор 6/0,4 кВ к определенной секции надежного питания 6 кВ. Резервирование секций 0,4 кВ не предусматривается.
Потребители первой группы надежности питаются от сборок щитов постоянного тока Н4, которые, в свою очередь, получают питание от сети 0,4 кВ через статические преобразователи постоянного тока в переменный. Для резервирования потребителей СУЗ используют дополнительную аккумуляторную батарею (АБ).
Выпрямители ВУ выполняют роль подзарядного и зарядного устройств для АБ. Автоматические инверторы (АИ), ВУ и АБ представляют собой агрегат бесперебойного питания (АБП).
Рис. 6.1. Принципиальная схема электроснабжения собственных нужд АЭС со связью между секциями переменного и постоянного напряжения:
а) – через выпрямители и автоматический инвертор; б) – через обратимый агрегат. I, II, III – потребители первой, второй и третьей групп; ДГ – дизель-генератор; ВУ – выпрямители; АИ
– автоматический инвертор; ОА – обратимый агрегат; АБ – аккумуляторная батарея; А и Б – секции нормального питания; Н1, Н2, Н3, Н4 – секции питания потребителей второй и первой групп; СВ1 и СВ2 – секционные выключатели
Для питания потребителей машинного зала АЭС и деаэраторной предусматривается четыре блочные секции 0,4 кВ. Резервное питание последних осуществляется от отдельного трансформатора соседнего блока, который обеспечивает запуск ответственных за сохранность оборудования и работу средств пожаротушения электродвигателей. При аварии надежное питание ответственных потребителей машинного зала и деаэраторной осуществляется от отдельного (четвертого) ДГ. Три масляных насоса системы уплотнения вала генератора питаются от трех систем надежного питания.
Потребители третьей группы питаются от рабочего трансформатора собственных нужд, подключенного к выводам генератора, и секций А и Б на 6 кВ, двигатели мощностью 200 кВт и выше – непосредственно от шин 6 кВ, а меньшей мощности – от понижающих трансформаторов 6/0,4 кВ. Резервное питание секций А и Б осуществляется от резервного трансформатора собственных нужд.
Потребители второй группы питаются при последовательно включенных выключателях СВ1 и СВ2 от секции Н1 и понижающего трансформатора 0,4 кВ секции Н2. При аварии секция Н1 отделяется от секции Б выключателями СВ1 и СВ2. Надежность отделения обеспечивается при отказе даже одного из вы-
ключателей. В этом случае устройство АВР подключает к секции Н1 автономный источник – ДГ, который в течение двух минут принимает нагрузку потребителей на себя. Подключение потребителей к ДГ осуществляется автоматически ступенчато, так как суммарная пусковая мощность двигателей этой группы потребителей значительно превышает мощность ДГ.
Ступенчатый пуск осуществляется таким образом, чтобы активная и реактивная мощности запускаемых электродвигателей не превышали мощности ДГ. При этом наблюдаются колебания напряжения, тока и частоты в системе надежного питания. Поэтому предполагается частотный пуск, при котором напряжение ДГ регулируется автоматически, пропорционально средней частоте вращения группы двигателей, и процесс пуска стабилизируется и становиться более устойчивым. Во время эксплуатации один из ДГ может быть выведен в ремонт, тогда запускают два других ДГ и подключают их к шинам надежного питания второй группы потребителей других секций. При выходе из строя на одном блоке двух ДГ блок останавливают.
Потребители первой группы подключаются к секциям надежного питания Н3 и Н4 напряжением 0,4 кВ переменного тока и 220 В – постоянного тока. Автономным источником для этих потребителей является постоянно включенная АБ.
В нормальном режиме потребители первой группы получают электроснабжение от шин надежного питания Н2 через ВУ и АИ. Связь между секциями надежного питания переменного и постоянного напряжений может быть осуществлена обратимым агрегатом, который состоит из машины постоянного тока и синхронной машины, находящихся на одном валу.
Обратимый агрегат работает в режиме "синхронный двигатель – генератор постоянного тока" и является подзарядным агрегатом АБ также как и ВУ в схеме, показанной на рис. 6.1а. При исчезновении напряжения переменного тока на секции Н2 синхронный двигатель – генератор постоянного тока автоматически отделяется от секции Н3, и обратимый агрегат переходит в режим "двигатель постоянного тока – синхронный генератор", обеспечивая питание потребителей первой группы на переменном напряжении от АБ.
Питающий трансформатор, выпрямитель и автоматический инвертор в комплекте с аккумуляторной батареей составляют агрегат бесперебойного питания. На реакторном блоке устанавливают пять комплектов агрегатов бесперебойного питания: три – для трех систем безопасности и по одному – для питания общеблочной нагрузки и нагрузки информационно-вычислительного комплекса. Все агрегаты бесперебойного питания работают раздельно и не имеют взаимного резервирования, а относящиеся к системе безопасности имеют различные шины двигательной нагрузки и нагрузки управления с целью исключения влияния двигателей на систему управления.
Электроснабжение электродвигателей ГЦН с большими маховыми массами осуществляется от секций А и Б (6 кВ), как и потребителей третьей группы.
При аварийном расхолаживании энергия маховых масс ГЦН используется для циркуляции теплоносителя в необходимом объеме. ГЦН с малыми маховыми массами при потере питания выбегают быстро и не могут обеспечить аварийного расхолаживания реактора. В этом случае применяется схема электроснабжения ГЦН, приведенная на рис. 6.2.
Рис. 6.2. Принципиальная схема электроснабжения ГЦН с малыми маховыми массами при использовании вспомогательного генератора
В нормальном режиме работают все четыре двигателя ГЦН1 – ГЦН4, причем ГЦН1 и ГЦН2 получают питание от дополнительной секции В (6кВ) и обеспечивают в аварийном режиме расхолаживание реактора. Для этого к секции В подключается вспомогательный генератор (ВГ), находящийся на одном валу с основным генератором. Энергия выбега турбогенератора через ВГ используется для работы двигателей ГЦН1 и ГЦН2. Для более длительного поддержания напряжения на двигателях ГЦН1 и ГЦН2 при выбегающем турбогенераторе ВГ имеет многоступенчатую форсировку возбуждения.
Если на одном реакторе устанавливают два турбогенератора, то в цепи присоединения к повышающему блочному трансформатору используют два выключателя, между которыми подключают рабочие трансформаторы собственных нужд (рис. 6.3). При повреждениях в РУ высшего напряжения генераторы блоков отключаются от повышающих трансформаторов соответствующими выключателями, а энергия их выбега идет на питание ГЦН, обеспечивающих аварийное расхолаживание реактора.