Электропитание АСУТП

Специфика атомной электрической станции, как технологического объекта, состоит в том, что перерыв в электропитании некоторых ее потребителей может привести к опасности для жизни, вредному воздействию на окружающую среду и повреждению основного оборудования. Для этой группы требуется резервирование источников электропитания, один из которых должен быть автономным.

Электроприемники собственных нужд АЭС подразделяются на три группы по требованиям к надежности электропитания (в пределах I категории по ПУЭ):

1) I группа - потребители, не терпящие перерыва ни при каких режимах, включая полное исчезновение напряжения переменного тока от рабочих и резервных трансформаторов собственных нужд энергоблока, связанных с сетью энергосистемы, либо допускающие перерыв на доли секунды с последующим обязательным восстановлением питания и длительным надежным электроснабжением даже после срабатывания аварийной защиты реактора;

2) II группа – потребители, допускающие перерыв питания на время до десятков секунд с последующим обязательным восстановлением питания после срабатывания аварийной защиты;

3) III группа - потребители первой категории, не предъявляющие особых требований к надежности питания.

К потребителям I группы относятся системы контрольно-измерительных приборов и автоматики, приборы технологического контроля реактора и системы его управления и защиты, системы памяти и логики информационно-вычислительной машины блока, системы дозиметрии, часть аварийного освещения (на щитах управления, с дежурным персоналом и в основных проходах станции).

Для питания потребителей I и II групп предусматриваются специальные сети надежного питания.

В соответствии с основной концепцией безопасности эксплуатации АЭС с водо-водяными энергетическими реакторами, на каждый энергоблок предусмотрено три полностью независимые канала системы безопасности, каждый из которых способен осуществить аварийное расхолаживание и локализацию аварии. Независимость трех каналов систем безопасности выдерживается по технологической, электрической части и по цепям управления. В связи с этим на каждый энергоблоке имеются три автономные системы надежного питания напряжением 6 и 0,4 кВ 50 Гц и 0,22 кВ постоянного тока, включающие в себя автономные источники - дизель-генераторы и аккумуляторные батареи, преобразователи напряжения и распределительные устройства.

В системе электроснабжения собственных нужд выделяются три секции 6 кВ надежного питания второй группы. К этим секциям подключаются мощные механизмы, требующие надежного питания, трансформаторы надежного питания 6/0,4 кВ и дизель-генераторы. Как в нормальном режиме эксплуатации, так и во всех аварийных режимах работы АЭС, не сопровождающихся обесточиванием, электроснабжение сетей надежного питания I и II групп осуществляется от секций BA, BB, BC, BD напряжением 6 кВ, питающихся от рабочих трансформаторов блока или от магистралей 6 кВ резервного питания АЭС.

В нормальном режиме эксплуатации секции 6 кВ второй группы получают питание от секций 6 кВ нормальной эксплуатации через два последовательно включенных секционных выключателя. Дизель-генераторы в режимах, не сопровождающихся аварийным обесточиванием, не работают, но благодаря вспомогательным механизмам обеспечивается их постоянная готовность к пуску: системы охлаждения, смазки и подачи топлива поддерживаются в прогретом состоянии. Автоматика обеспечивает начало приема нагрузки дизель-генератором через 15 секунд с момента автоматического пуска. Мощность дизель-генератора составляет 5,6 МВт.

Между тремя секциями надежного питания 6 кВ и не предусмотрено взаимного резервирования, так как каждая из автономных секций по мощности подключенных к ней дизель-генераторов и составу механизмов способна осуществить локализацию аварии и аварийное расхолаживание самостоятельно.

В режиме аварийного обесточивания энергоблока устройства автоматики ступенчатого пуска каждого из каналов системы безопасности подают команды на запуск дизель-генератора. Обязательным условием, разрешающим включение генератора на секцию надежного питания 6 кВ, является надежное отключение этой секции от обесточенной или поврежденной рабочей секции. Наличие двух последовательно включенных секционных выключателей гарантирует успешность отделения для автономной работы даже при отказе одного из секционных выключателей. После включения дизель-генератора любая из секций готова к принятию нагрузки и участию в аварийном расхолаживании.

Ввиду соизмеримости мощности нагрузки и дизель-генератора, включение электродвигателей механизмов производится ступенями; последовательность и интервалы времени определяются технологической частью. Для каждого из расчетных режимов существует своя аварийная программа автоматического ступенчатого пуска.

Потребители II группы напряжением 0,4 кВ получают питание через трансформаторы надежного питания 6/0,4 кВ от секций 6 кВ II группы.

Питание потребителей 0,4 кВ I группы осуществляться от агрегатов бесперебойного питания. В нормальном режиме выпрямители, питающиеся от секций 6 кВ II группы, обеспечивают подзаряд аккумуляторных батарей каждого канала систем безопасности и питание через статические инверторы нагрузки 0,4 кВ I группы.

При аварийном обесточивании или повреждении в системе электропитания собственных нужд энергоблока, включая сеть 6 кВ II группы, питание потребителей 0,4 кВ I группы продолжается от аккумуляторной батареи.

Таким образом, в схеме электрических соединений блока устанавливаются три дизель-генератора, три комплекта выпрямителей и инверторов и три аккумуляторные батареи каналов систем безопасности. Каждая батарея работает на свой щит постоянного тока. Взаимных связей между щитами не предусмотрено.

Распределительные устройства надежного питания трех каналов системы безопасности располагаются в разных помещениях и отделены от остальных распределительных устройств собственных нужд. Для каждого из трех каналов системы безопасности прокладываются самостоятельные кабельные трассы, разделенные огнестойкими перегородками. Дизель-генераторы каждого из каналов системы безопасности также размещены в самостоятельных отсеках с пожароустойчивыми перегородками. В разных помещениях скомпонованы и аккумуляторные батареи трех каналов.

Помимо потребителей систем безопасности, на АЭС имеются общеблочные потребители I группы нормальной эксплуатации. Для их надежного питания на каждый энергоблок предусматривается самостоятельный комплекс источников электропитания. В него входят: аккумуляторная батарея напряжением 220 В, выпрямительное устройство, питающееся через понижающий трансформатор 6 кВ нормальной эксплуатации данного энергоблока, статические инверторы, питающие секции 0,4 кВ I группы общеблочных нагрузок.

Помимо перечисленных трех аккумуляторных батарей каналов систем безопасности и одной общеблочной, на каждый энергоблок АЭС устанавливается одна батарея напряжением 110 В для питания силовых цепей системы управления и защиты реактора, а также батарея АБП УВС. Все эти батареи снабжены выпрямительными устройствами, подключенными к секциям нормальной эксплуатации блока.

4.1 Агрегаты бесперебойного питания

Комплекс устройств, осуществляющих преобразование электрической энергии, подключение потребителей для питания или резервных источников, называется агрегатом бесперебойного питания.

АБП применяется для обеспечения электропитанием потребителей первой группы. Это такие потребители, нарушение функционирования которых приводит к тяжелым экологическим последствиям или к значительному экономическому ущербу.

Обширной зоной применения АБП являются также системы, содержащие ЭВМ и другие цифровые технические средства.

На АЭС агрегаты бесперебойного питания выполняют следующие функции:

- обеспечение постоянным и переменным электрическим током потребителей первой группы надежности при нормальной работе станции, а также в аварийных режимах, в том числе и полного обесточивания;

- заряд аккумуляторных батарей в процессе их формовки;

- подзаряд аккумуляторных батарей в процессе нормальной эксплуатации.

При применении АБП как обеспечивающей системы безопасности, он должен удовлетворять следующим требованиям:

- перерыв электроснабжения не должен превышать десятые доли секунды во всех режимах, включая режим полного исчезновения напряжения переменного тока от рабочих и резервных трансформаторов собственных нужд;

- питание должно обязательно обеспечиваться после срабатывания АЗ реактора;

- количество комплектов АБП системы безопасности должно соответствовать числу каналов системы безопасности, принятых в технологической части;

- взаиморезервирование или резервирование питания этих потребителей допускается только в пределах одного канала.

Рассмотрим структурную схему и принцип работы АБП на примере общеблочного агрегата бесперебойного питания. Функциональная схема общеблочного АБП, установленного на энергоблоках 1÷4 представлена на рисунке 29.

Электропитание в виде переменного напряжения 0,4 кВ поступает в АБП от секций нормальной эксплуатации и от секций нормальной эксплуатации 6 кВ через понижающий трансформатор 6/0,4 кВ. Это напряжение преобразуется в полупроводниковых выпрямителях в постоянное напряжение 0,23 кВ. Выходы выпрямителей подключены к щиту постоянного тока. В состав АБП входит свинцово-кислотная аккумуляторная батарея номинальным напряжением 220 В. В нормальном режиме работы АБП аккумуляторная батарея сглаживает пульсации выпрямленного напряжения выпрямителя и накапливает электрическую энергию. В аварийном режиме, когда выпрямитель перестает быть источником электрической энергии, батарея обеспечивает электропитание нагрузки АБП. Непосредственно от щита постоянного тока получают напряжение электропитания те потребители энергоблока, в состав которых входят вторичные источники питания постоянного тока. К потребителям такого рода, в части касающейся оборудования АСУТП энергоблока, относятся шкафы УКТС систем нормальной эксплуатации РО и шкафы УКТС турбинного отделения. Потребители, требующие электропитания переменным напряжением, подключены через инверторы. Инвертор – электронное устройство, преобразующее постоянное напряжение в переменное и предназначенное для питания двигательной и статической нагрузки переменного тока в нормальном и аварийных режимах эксплуатации.

Рисунок 29 - Функциональная схема общеблочного агрегата АБП

В схеме электропитания потребителей АБП предусмотрено электронное отключающее устройство, предназначенное для коммутации нагрузок отходящих линий, защиты при возникновении коротких замыканий в нагрузке и автоматического повторного включения.

Оборудование комплекса АСУТП, требующее резервированного электропитания, подключено к резервным цепям с помощью электронных коммутирующих устройств, имеющих два входа: от АБП и от секций 0,4 кВ нормальной эксплуатации. Штатным режимом работы принят режим, при котором в работе находится цепь электропитания от АБП. В случае отказа основного источника электропитания или ухудшения качества электроэнергии, подаваемой от АБП, переключающее устройство обеспечивает переход электроснабжения потребителей от резервной сети с одновременным отключением основного плеча. Время переключения не превышает 15 мс. Переключающее устройство обеспечивает автоматическое повторное подключение основного плеча электропитания при восстановлении параметров напряжения в течение 0,2÷0,6 сек.

Оборудование АСУТП получает электропитание от шкафов РТЗО. В рассматриваемом случае это шкафы:

- HG48 – электропитание первого канала КИП и А СНЭ РО;

- HG49 – электропитание второго канала КИП и А СНЭ РО;

- ZB02 – электропитание первого канала КИП и А ТО;

- ZМ02 – электропитание второго канала КИП и А ТО;

- ZА03 – электропитание первого канала АСУТ-1000М (ВУ АСР ТО);

- ZА05 – электропитание второго канала АСУТ-1000М (ВУ АСР ТО);

- ZB06 – электропитание третьего канала АСУТ-1000М (ВУ АСР ТО).

Построение систем АБП УВС всех энергоблоков аналогично кроме энергоблока №6, на котором реализована более надежная схема: рабочее плечо электронного переключателя подключено к инвертору АБП УВС, а резервное – к инвертору общеблочного АБП. На остальных энергоблоках ОП ЗАЭС резервное плечо подключено к секции 0,4 кВ нормальной эксплуатации.

На всех энергоблоках АБП УВС имеют два инвертора и один выпрямитель.

Между АБП УВС и общеблочным АБП имеются перемычки по постоянному напряжению, которые включаются при аварии.

На первых четырех энергоблоках ОП ЗАЭС общеблочный АБП и АБП УВС получают электроэнергию от секций 6 кВ нормальной эксплуатации, поэтому при длительном полном обесточении блока панели оперативного контура БЩУ (кроме панелей управления системами безопасности) потеряют питание уже через несколько часов.

Более жесткий подход к надежности в атомной энергетике потребовал обеспечить автономное электропитание для потребителей, важных для безопасности АЭС. Поэтому на энергоблоках 5 и 6 появились еще два дизель-генератора и две секции 6 кВ питания потребителей, важных для безопасности АЭС. Появилась возможность установить два комплекта общеблочных АБП, подключенных к секциям 6 кВ, имеющих автономное электропитание.

Таким образом, общеблочные АБП и АБП УВС на энергоблоках 5 и 6 сохраняют свою работоспособность при длительном полном обесточивании энергоблока.

Как уже указывалось выше, на энергоблоке ОП ЗАЭС имеются АБП для каждого из каналов системы безопасности.

Комплект технологических защит канала системы безопасности имеет четыре канала питания (алгоритм работы технологических защит САОЗ «2 из 4»). Каналы электропитания физически и географически разнесены: два канала получают питание от первого инвертора, два от второго (для блоков 1-4). Резервным источником для первого канала питания КИП и А является КРУ-0,4 кВ второй группы надежного питания, расположенное на отм. 20 РО. Резервным источником для второго канала питания КИП и А является КРУ-0,4 кВ нормальной эксплуатации, расположенное на отм. 41 РО. На энергоблоках 5 и 6 в АБП канала системы безопасности установлено по три инвертора. Первый и второй канал оборудования КИП и А получают электропитание каждый от своего инвертора, третий и четвертый каналы КИП и А аналогичны блокам 1÷4. Следует помнить, что электропитание канала КИП и А подразумевает обеспечение функционирования первичных и вторичных измерительных преобразователей, их источников питания, устройств размножения сигнала вплоть до преобразующего устройства (при аналоговом сигнале - вплоть до АДП).

Комплект СУЗ имеет три канала питания (алгоритм технологических защит «2 из 3»). На блоках 1÷4 третий канал электропитания СУЗ подключен к первому инвертору АБП, а второй и первый каналы электропитания СУЗ – к второму инвертору. На блоках 5 и 6 каждый канал электропитания СУЗ подключен к индивидуальному инвертору.

От первого инвертора через электронное отключающее устройство получают электропитание исполнительные механизмы быстродействующей редукционной установки по сбросу пара в атмосферу.

Электропитание постоянным напряжением от АБП канала системы безопасности обеспечиваются:

– шкафы УКТС данного канала системы безопасности;

– освещение БЩУ, РЩУ;

– схемы управления и защиты выключателей секции 6 кВ второй группы надежности.

В нормальном режиме работы блока АБП каналов системы безопасности получат электроэнергию от секций 6 кВ второй группы надежности ВV, BW и BX. В случае исчезновения напряжения на секции 6 кВ, питание обеспечивается аккумуляторной батареей. Зарядно-подзарядный агрегат применяется для поиска «земли» в цепях постоянного тока.

4.2 Электропитание потребителей АСУТП энергоблока

Потребители УКТС каналов системы безопасности получают электропитание через сборки РТЗО HG10-HG14, HG20-HG24, HG30-HG34 по переменному току от секций 2-й группы надежного питания, а по постоянному току от шин ЩПТ первой группы. В нормальном режиме потребители УКТС каналов системы безопасности потребляют как переменный ток, так и постоянный ток. Степень нагрузки потребителя УКТС по переменному или постоянному току, ввиду унифицированности источников питания, можно определить только произведя специальные замеры. В идеальном случае нагрузка распределена поровну, нормально в пределах допусков настройки источников питания.

Условно принято считать ввод по переменному току рабочим, а ввод по постоянному току - резервным. При исчезновении того или иного вида электропитания оставшийся в работе источник питания в состоянии нести нагрузку всего потребителя УКТС бесконечно долгое время.

Необходимо помнить, что по переменному напряжению получают электропитание блоки вентиляторов шкафов УКТС, которые в случае исчезновения этого типа электропитания остаются без источника электроснабжения и дальнейшая эксплуатация шкафа УКТС зависит от температурного режима в помещении и внутри шкафа.

Силовые сборки РТЗО на каналах систем безопасности подразделяются на два вида:

- сборки, получающие электропитание по рабочему и резервному вводам от шин секций второй группы системы безопасности CV, CW или CX;

- сборки, получающие электропитание по рабочему вводу от шин секций первой группы (EK, EL или EM), то есть от АБП, а по резервному вводу - от шин секций второй группы каналов системы безопасности (CV, CW или CX).

Потребители УКТС системы нормальной эксплуатации РО получают электропитание через сборки РТЗО HG41-HG44 по переменному току от секции нормальной эксплуатации 3-й группы, а по постоянному току - от шин ЩПТ нормальной эксплуатации. В остальном схема электропитания и особенности ее работы аналогичны схемам электропитания потребителей УКТС каналов системы безопасности.

Силовые сборки РТЗО систем нормальной эксплуатации РО получают электропитание от шин секций 3 группы нормальной эксплуатации.

Электропитание большинства сборок РТЗО турбинного отделения осуществляется от общеблочного АБП. Сборки ZB02 (1-канал питания) и ZM02 (2-канал питания) имеют ввод по постоянному току от шин общеблочного щита постоянного тока, это связано с тем, что от данных сборок осуществляется электропитание исполнительных механизмов по отключению турбогенератора устройствами технологических защит. Постоянный ток так же используется для получения информации о положении исполнительных механизмов устройствами технологических защит. На постоянном токе работают релейные панели выходных цепей технологических защит.

Потребители УКТС ТО получают питание по переменному току от секции нормальной эксплуатации 3-й группы, а по постоянному току - от шин ЩПТ первой группы нормальной эксплуатации. Особенности эксплуатации системы электропитания потребителей УКТС ТО аналогичны особенностям эксплуатации систем электропитания потребителей УКТС РО.

Силовые сборки РТЗО турбинного отделения получают питание от шин секций 3 группы нормальной эксплуатации.

4.3 Вопросы для самопроверки

1) Что означает принадлежность потребителей АСУТП к I группе по требованиям к надежности электропитания?

2) Для каких целей на энергоблоках ОП ЗАЭС установлены по одной аккумуляторной батарее напряжением 110 В?

3) Перечислите устройства, входящие в состав агрегата бесперебойного питания?

4) Перечислите виды электропитания шкафов УКТС каналов СБ, СНЭ РО и ТО

5) Укажите максимальное допустимое время работы шкафа УКТС при его электропитании от только источника постоянного напряжения.

6) Перечислите сборки электропитания оборудования АСУТП турбинного отделения.

7) Укажите обязательное условие, разрешающее подключение дизель-генератора на секцию 6 кВ.

8) Перечислите потребители АСУТП, получающие электропитание от общеблочного АБП.

Дата добавления: 2015-08-18