Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Смоленске кафедра Электроэнергетических систем специальность: «Электроэнергетические системы, сети, электропередачи, их режимы, устойчивость, надежность» автор: Зернов Артем Игоревич исследования в области технических наук Особенности современных атомных электростанций (АЭС) Смоленск 2020 ВВЕДЕНИЕ В настоящее время одну из главных ролей играет энергоснабжение потребителей, чьи потребности в энергии со временем лишь только увеличиваются. Проблемы, связанные с конечностью традиционных источников энергии и изменчивостью политических курсов в местах их расположения, заставляют задумываться об использовании альтернативных источников энергии, таких как солнечное излучение, ветер и др. Одним из самых перспективных решений проблемы энергоснабжения является атомная энергетика. Главное преимущество АЭС – практическая независимость от источников топлива из-за небольшого объема используемого топлива. Расходы на перевозку ядерного топлива, в отличие от традиционного, несущественны. АЭС экономичнее обычных тепловых станций, а, самое главное, при правильной их эксплуатации – это чистый источник энергии. Вот почему огромным преимущество является относительная экологическая чистота АЭС. На ТЭС суммарные годовые выбросы вредных веществ, в которые входит сернистый газ, оксиды азота, оксиды углерода, золовая пыль, на 1000 МВт установленной мощности составляют от 13000 до 165000 тонн в год. Подобные выбросы на АЭС полностью отсутствуют. Положительное значение АЭС в энергобалансе очевидно. Гидроэнергетика для своей работы требует создание крупных водохранилищ, ТЭС в наибольшей степени способствуют разрушению биосферы и природной среды. Главный недостаток АЭС – тяжелые последствия аварий, именно поэтому, развивая ядерную энергетику в интересах экономики, нельзя забывать о безопасности и здоровье людей, так как ошибки могут привести к катастрофическим последствиям. РАЗДЕЛ 1 . Роль АЭС в энергетике России и мира. По данным всемирной ядерной ассоциации [1] на конец 2019 года в мире было построено 6 энергоблоков, начато строительство трех новых, при этом 9 блоков окончательно выведены из эксплуатации. Как видно из выше сказанного, наблюдается положительная динамика замещения старых энергоблоков. Суммарная мощность АЭС мира по состоянию на конец прошлого года составила 392,4 ГВт, что несколько ниже, чем по итогам 2018 года. В 31 стране мира, по данным IAEA PRIS, на 2020 год находятся в эксплуатации 190 АЭС с 443 энергоблоками [2], также продолжается строительство 52 энергоблоков (рисунок 1.1). Китай Россия Индия Корея Болгария Словакия Украина Аргентина Финляндия Франция Ирак Пакистан США Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной Основной Рисунок 1.1 – Количество строящихся реакторов в мире Для атомной энергетики на сегодняшний день наступило время непростых испытаний. Авария на АЭС Фукусима привела весь мир к состоянию большого опасения из-за дальнейшего использования ядерной энергетики. Большинство государств кардинально пересмотрели свои программы по формированию подходов к развитию атомной отрасли, а некоторые страны, такие как: Швейцария, Италия и Германия объявили о своем намерение абсолютно отказаться от использования данного вида энергии. Несмотря на данный курс, который избрали ряд государств, многие экономически развитые страны и большинство развивающихся стран считают, что на данный момент нельзя заменить атомную энергетику таким образом, чтобы полностью компенсировать потребности человечества, которые удовлетворяют АЭС. Работающие в настоящее время АЭС обеспечивают энергетическую независимость, а также безопасность мирового сообщества в целом [3]. По мнению многих экспертов, ядерная энергетика на сегодняшний день является одной из самых дешевых видов энергии. Данная особенность позволила ей стать одним из основных источников энергии, которой обеспечиваются потребители. На сегодня основными достоинствами атомных станций перед остальными составляющими конкуренцию мощными источниками электрической и тепловой энергии для людей являются: - полная свобода в выборе места размещения топлива из-за относитель- но малого объема потребления ядерного топлива АЭС; - экологическая чистота в сравнение с ТЭС; - в связи с повышением в мире цен на нефть, уголь и газ, АЭС являются более конкурентоспособными, объемы выработки и стоимость энергии остаются практически на уровне предшествующий кризису. Основные недостатки АЭС: - опасные для населения и окружающей среды последствия от больших аварий и катастроф на мощных реакторах АЭС; - при выводе из эксплуатации сооружений и блоков АЭС тратятся зна- чительные финансовые средства, что в свою очередь оказывает непосредственное отрицательное влияние на экономику страны; - невозможность маневренных режимов работы ядерных реакторов АЭС, которые покрывают, появляющиеся на графиках электрической нагрузки, «пики» и сглаживают «провалы»; - по сравнению с ТЭС аналогичной мощности на строительство АЭС денег тратится больше. С пуска первой АЭС в мире прошло не более чем 60 лет, поэтому можно сделать заключение, что мировая атомная отрасль находится на данный момент на научно-техническом пути своего становления. Данный путь извилист и полон препятствий. Впервые для людей представлена такая промышленная технология получения электрической и тепловой энергии в таких количествах. На Земле запасы органического углеводородного топлива ограничены, вследствие этого наблюдается недолговечность работы всех ТЭС. Для работы же АЭС можно отметить наличие практически неисчерпаемого запаса уранового (ядерного) топлива. Данная действительность позволяет говорить об увеличение роли мировой ядерной энергетики в удовлетворение все возрастающих потребностей человеческого общества в электрической и тепловой энергии. По данным Росэнергоатома [4] на 2020 год доля выработки электроэнергии атомными станциями в России составила 19,3%. Существует ряд документов, в которых выбран вектор развития атомной энергетики: - одобренная Правительством РФ в 2000 году стратегия развития атом- ной энергетики России в первой половине XXI века; - утвержденная Президентом РФ в июне 2006 года «Программа разви- тия атомной отрасли»; - принятая распоряжением правительства РФ в 2008 году генеральная схема размещения объектов электроэнергетики до 2020 года; - утвержденная распоряжением Правительства РФ №1715-р от 13.11.2009 г «Энергетическая стратегия России до 2030 года». Потенциал атомной энергетики России огромен. Она обладает всеми необходимыми характеристиками для пошаговой замены большой части энергетики на ископаемом органическом топливе и формирования в качестве главной энерготехнологии. Данная инициатива позволит быстрыми темпами развиваться ядернотопливному циклу, машино- и приборостроению, а также некоторых других не менее важных отраслей. Развитие атомной отрасли влияет на частоту использования других отраслей в энергетическом производстве. К примеру, традиционные топливодобывающие отрасли используются все реже. Постепенно происходит их замещение на инновационные атомные и сопутствующие технологии. Анализ ряда основных направлений и принципов реформирования электроэнергетики России, а также изучение основной нормативной и законодательной базы по изменению рассматриваемой отрасли позволил изложить основные задачи и условия реформирования атомной энергетики, к которым относится: - организация условий для появления долгосрочных интересов развития и функционирования АЭС, а также покупателей на энергетическом рынке; - наличие доступности и равноправных условий конкуренции АЭС с компаниями традиционной электроэнергетики; - создание открытой системы оценки пропускной способности главных и распределительных сетей ЕЭС России и доступа АЭС к данной информации, а также предоставление доступа к данным по тарифам на передачу электроэнергии по этим сетям; - наличие такой системы координирования интересов сетевых компа- ний и АЭС, которая обеспечивала бы выдачу мощности от строящихся и расширяемых атомных электростанций; - создание рыночного механизма для привлечений инвестиций в атом- ную отрасль; - осуществление адресной ценовой политики для АЭС на конкурентном рынке в условиях торговли по свободным ценам. РАЗДЕЛ 2. Типы энергоблоков, эксплуатируемых и строящихся в России. На данный момент в России есть 10 эксплуатируемых АЭС. Большая часть из них была запущена во времена Советского Союза, а затем, после его распада, были построены в дополнение новые реакторы, отвечающие современным требованиям [5]. В сумме данные АЭС состоят из 37 энергоблоков, мощность которых составляет 30214,30 МВт. А именно: «20 реакторов с водой под давлением – 13 ВВЭР-1000 (11 блоков 1000 МВт и 2 блока 1100 МВт), 2 ВВЭР-1200 (1200 МВт), 5 ВВЭР-440 (4 блока 440 МВт и 1 блок 417 МВт); 15 канальных кипящих реакторов – 11 РБМК-1000 (1000 МВт каждый) и 4 ЭГП-6 (12 МВт каждый); 2 реактора на быстрых нейтронах – БН-600 (600 МВт) и БН-800 (880 МВт)» [6]. Длительный период времени реактор БН-600 был уникальным во всем мире. Только он работал на быстрых нейтронах. Топливом данного реактора является уран-238. Данный факт экономит деньги на обогащение урана-235. Следует отметить, что реактор БН-600 способен работать на остатках отработанного урана из привычных реакторов на медленных нейтронах. Белоярская АЭС обладает таким реактором. Данный реактор был запущен в 1980 году. В апреле 2010 года в ходе проверки было дано разрешение на продление его эксплуатации до 2020 года. Если осмотреть действующие АЭС на карте России, то можно увидеть, что они в основном находятся на северо-западе нашей страны. Карта АЭС РФ на сегодняшний день выглядит следующим образом (рисунок 1.7). Рисунок 1.7 – Карта АЭС России Опишем особенности действующих АЭС на сегодняшний день (таблица 1.1). Таблица 1.1 – Действующие АЭС России 1. Балаковская АЭС 2. Белоярская АЭС 3. Билибинская АЭС 4. Калининская АЭС 5. Кольская АЭС 6. Курская АЭС 7. Ленинградская АЭС 8. Нововоронежская АЭС Одна из самых крупных станций на всей территории Российской Федерации. Она вырабатывает энергию с помощью четырех энергоблоков типа ВВЭР-1000. Энергоблоки достаточно старые, т.к. были введены в работу еще в 90-ых годах. Станция надежно защищена с помощью герметичного железобетонного слоя. Название данной АЭС дано в честь основателя атомной отрасли Курчатова. Особенность станции заключается в том, что она состоит из энергоблоков разных типов. Один блок работает на реакторе БН-600, а два остальных на реакторах АМБ. Имеют достаточно большую долю вырабатываемой энергии (10%) от общего количества, которое вырабатывается всеми АЭС России. Следует учесть, что на данный момент работает только один блок, а два других законсервированы. Единственный источник энергии для Чукотского автономного округа. Располагается данная АЭС на северовостоке страны. Отличительной особенностью Билибинской станции заключается в том, что функционирующая в ней система обеспечивает бесперебойную подачу энергии при любых неполадках на ней. Удачное географическое расположение данной станции является ее главным преимуществом перед другими АЭС России. Данный фактор позволяет ей вырабатывать высоковольтную энергию. Три реактора типа ВВЭР-1000 отвечают за выработку энергии на данной станции. Данная АЭС построена за Полярным кругом. Включает в себя конструкцию ВВЭР-440 проекта В-213 и В-230. Благодаря этому она способна вырабатывать до 60% энергии. Мощность Кольской станции составляет 1760 МВт. На сегодняшний день спрос на вырабатываемую энергию данной АЭС упал, поэтому все ее энергоблоки находятся в режиме диспетчеризации. Является одной из самых крупных. Важнейший узел всей энергетической системы страны. Обеспечивает энергией промышленные предприятия Курской области. На станции работают 4 энергоблока РБМК-1000, которые вырабатывают мощность в 4 ГВт. Самая первая в России АЭС, на которой стали применяться современные мощные реакторы – РБМК-1000. Станция располагается около маленького города Сосновый бор на берегу Финского залива. На данной станции впервые стали применяться новые реакторы типа ВВЭР. Энергия вырабатывается тремя энергоблоками, которые позволяют изменять получаемую мощность в зависимости от потребностей потребителей. 9. Ростовская АЭС 10. Смоленская АЭС Станция построена недалеко од города Волгодонск. Данная АЭС имеет уникальную особенность. Она способна удовлетворять требования поточного производства. Энергию выдают реакторы типа ВВЭР-1000. Одна из крупнейших станций. Работает на реакторах типа РБМК-1000. Станция признана самой лучшей в области безопасности по итогам 2010 года. Благодаря таким документам как «Энергетическая стратегия России до 2030 года» и «Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики России до 2020 года», учитывая перспективу до 2030 года Концерн «Росэнергоатом» на сегодняшний день обеспечил рост доли атомной энергии в энергобалансе страны с учетом необходимого уровня безопасности. Данная стратегия реализуется, в том числе, благодаря строительству новых энергоблоков АЭС [7]. На данный момент на АЭС страны продолжаются работы по сооружению новых энергоблоков: Курская АЭС-2 – 2 блока (4 по проекту), Ленинградская АЭС-2 – 1 блок (№2). Работы по строительству новых энергоблоков ведутся на следующих площадках: 1. Курская АЭС-2 Расположение: площадка Макарова, Курчатовский район (Курская область) Тип реактора: ВВЭР-ТОИ Количество энергоблоков: 2 (4 по проекту) 2. Ленинградская АЭС-2 Расположение: близ г. Сосновый Бор (Ленинградская область) Тип реактора: ВВЭР-1200 Количество энергоблоков: 2 (№1 – строительство завершено, №2 – в стадии сооружения, 4 по проекту) 3. Плавучая АЭС Расположение: г. Певек (Чукотский автономный округ) Тип реактора: КЛТ-40С Количество энергоблоков: 1 1. Постройка Курской АЭС-2 вызвана необходимостью заменить уста- ревшие энергоблоки Курской АЭС. Первые два блока сооружающейся станции планируется ввести при параллельном выводе из работы действующих энергоблоков №1 и №2 из эксплуатации. Была проведена долгая и кропотливая работа в 2012 году по установлению места постройки Курской АЭС-2. В итоге на основании полученных результатов была выбрана площадка Макаровка, которая располагается недалеко от действующей АЭС. К 2013 году были разработаны два документа «Обоснование инвестиций в строительство (ОБИН)» и «Оценка воздействий на окружающую среду (ОВОС)». В результате на основании данных документов и материалам по безопасности было утверждено решение по размещению №1 и №2 энергоблоков Курской АЭС-2 на выбранной площадке. По окончанию строительства всех 4 энергоблоков данная станция сможет обеспечить Курскую область и другие регионы страны энергией до конца данного столетия. 2. Строительство Ленинградской АЭС-2 было одобрено в феврале 2007 года Главгосэкспертизой РФ. На следующий год и в 2009 году Ростехнадзор выдал лицензию на сооружение энергоблоков данной АЭС. Станция будет строиться по проекту «АЭС-2006». Реакторы Ленинградской АЭС-2 типа ВВЭР-1200 каждый отвечают всем требованиям безопасности. Особенность данной станции заключается в том, что здесь применены четыре активных независимых канала систем безопасности, которые дублируют друг друга. Станция имеет также пассивные системы безопасности, которые работают вне зависимости от действий человека. Расчетный срок службы станции – 50 лет, основного оборудования – 60 лет. Полноценно блок №1, строящийся электростанции, работает с 9 марта 2018 года. 3. Плавучая атомная теплоэлектростанция (ПАТЭС) состоит из берего- вой инфраструктуры и плавучего блока (ПЭБ) «Академик Ломоносов», оснащенного 2 судовыми реакторами типа КЛТ-40С. Электрическая мощность станции – 70 МВт. Плавучий энергоблок строится на заводе и доставляется по морю к месту размещения в полностью готовом виде. На месте установки строятся только второстепенные части, которые обеспечивают установку плавучего энергоблока, а также передачу тепла и электричества на берег. Перегрузка топлива на данной станции будет регистрироваться раз в семь лет, для этого она будет доставляться обратно на завод. В сентябре 2019 года станция успешно пришвартовалась на месте своего основного базирования – в г. Певек Чукотского автономного округа (ЧАО), а уже 19 декабря того же года успешно выдала электроэнергию в изолированную сеть Чаун-Билибинского узла ЧАО. Одними из основных целей органов регулирующих работу действующих АЭС является не только модернизация энергоблоков, которая сохраняет мощность АЭС, но также повышать уровень безопасности работы на станциях и улучшать рабочие характеристики энергоблоков [8]. Цели, которые достигаются модернизацией на АЭС: - безопасность и устойчивая работа АЭС, которые отвечают всем тре- бованиям в области атомной энергии; - продление срока службы станций; - увеличение производства электрической и тепловой энергии на АЭС; - увеличение надежности и экономической эффективности действую- щих АЭС. Суть проводимой политики по модернизации АЭС заключается: - в создание долгосрочных планов по модернизации, которые отвечают технике безопасности и законности работы на АЭС; - в оптимизации выгодных характеристик модернизации АЭС на основе оценки вклада запланированных мероприятий в безопасность и экономическую эффективность; - в уменьшение расходов на проводимую модернизацию, за счет внед- рения основных мероприятий. Продление срока службы энергоблоков действующих АЭС является одной из приоритетных задач развития атомной энергетики России на данный момент. Дополнительный срок службы станций варьируется от 15 до 30 лет в зависимости от технических и экономических факторов в каждом конкретном случае. Работы по продлению сроков службы АЭС в России ведутся с 1988 года. РАЗДЕЛ 3. Особенности главных схем современных АЭС. Схемы АЭС, как и схемы любой другой электростанции (к примеру, ТЭЦ и КЭС), должны быть спроектированы в соответствии с условиями, изложенными ранее (требования, касающиеся надежности АЭС) [9]. Стоит отметить, что особенностью технологического процесса АЭС является большая мощность энергоблоков в реакторе, которая достигает на современных электростанциях 1500 МВт. На данный момент для АЭС, которые выдает всю мощность в электроэнергетическую систему по линиям 330 – 1150 кВ, существует ряд определенных требований: - схема сети энергосистемы и участка, с которым связана данная элек- тростанция, является основным требованием для выбора главной схемы АЭС; - схема, которая связывает АЭС с энергосистемой, должна гарантиро- вать в исходных режимах на абсолютно всех стадиях постройки АЭС выдачу всей произведенной мощности и сохранить устойчивость ее работы в энергосистеме без влияния противоаварийной автоматики при остановке снабжения энергией любой отходящей линии или трансформаторной связи; - при выводе из строя выключателей, устройств релейной защиты либо в ремонтных режимах устойчивость АЭС должна создаваться воздействием противоаварийной автоматики на уменьшение работы АЭС. Все выше перечисленные требования для АЭС привели к тому, что начиная с первого введенного энергоблока, связь с энергетической системой производится не менее чем тремя линиями. Выбор главной схемы АЭС сопровождается учетом таких факторов как число и единичная мощность агрегатов; мощность, передающаяся на напряжениях разного уровня в энергосистему; численное значение перетоков между РУ разных напряжений; токи короткого замыкания для всех РУ и важность создания их ограничений; значение самой высокой мощности, которая исчезнет при повреждении какого-либо выключателя; возможность подключения одного или несколько блоков прямо к РУ ближайшей районной подстанции; использование, в общих случаях, не более двух РУ повышенных напряжений и вероятность разрыва от автотрансформаторов связи между ними. К РУ 330 – 1150 кВ предъявляются следующие требования надежности: - невозможность отключения более одного энергоблока и числа линий, допустимого по требованию устойчивости работы энергосистемы, при повреждении или отказе какого-либо выключателя, кроме секционного или шиносоединительного; - возможность отключения двух реакторных блоков и числа линий, до- пустимого по условию устойчивости энергосистемы, при повреждении или отказе секционного или шиносоединительного выключателя, а также при повреждении или отказе одного выключателя при ремонте другого; - отключение линии осуществляется не более чем двумя выключателя- - отключение повышающих трансформаторов, трансформаторов соб- ми; ственных нужд и связи осуществляется не более чем тремя выключателями. Выше перечисленным требованиям отвечают схемы 4/3, 3/2 выключателя на присоединение, блочные схемы генератор – трансформатор – линия и схемы с одним или двумя многоугольниками. АЭС с распределительным устройством 110 – 220 кВ осуществляется с одной или двумя рабочими и обходной системами шин. Если число присоединений больше 12, то происходит секционирование рабочей системы шин. На сегодняшний день предъявляются высокие требования к схемам АЭС. Данный факт дал возможность проектным организациям разрабатывать главные схемы электрических соединений для каждой конкретной АЭС. Для примера возьмем наиболее характерную схему АЭС с канальными кипящими реакторами мощностью 1500 МВт и турбогенераторами 800 МВт (рисунок 3.1). Мощность этой АЭС выдается на напряжениях 750 и 330 кВ. Для РУ 330 кВ используется схема 4/3 выключателя на присоединение, а для РУ 750 кВ используется схема, состоящая из двух связанных четырехугольников, с наличием выключателей в перемычках. Укрупненные энергоблоки, образованные генераторами G3, G4 и G5, G6, позволяют использовать экономичную схему четырехугольника при условии введения в строй третьего энергоблока. Ко второму четырехугольнику 750 кВ подсоединен четвертый энергоблок, находящийся в реакторе, с генераторами G7 и G8. При рассмотрении возможности увеличения АЭС и установке пятого энергоблока генераторы G7, G8 и впервые установленные G9, G10 будут объединяться в укрупненные энергоблоки. Так как три линии 750 кВ пропускают около 2000 МВт, то три линии способны обеспечить передачу всей мощности присоединенных энергоблоков даже при условии возможного расширения. Через определенные выключатели происходит присоединение шунтирующих реакторов LR1 – LR3. Три однофазные автотрансформаторы осуществляют взаимосвязь между РУ 330 И 750 кВ. В схеме учитываются резервные трансформаторы собственных нужд РТ1 присоединенные к РУ 110 кВ; РТ2 – к РУ 330 кВ; РТ3 – к среднему напряжению автотрансформатора связи с шансом переключения на РУ 330 кВ; РТ4 – к обмотке низкого напряжения автотрансформатора. Рисунок 3.1 – Схема АЭС с реакторными энергоблоками 1500 МВт АЭС по функциональным критериям можно отнести к КЭС, но с дополнительным циклом, который относится к ядерному реактору. Учитывая этот факт можно сделать вывод, что главная схема АЭС по своей конструкции напоминает главную схему КЭС. Отличие между данными типами станции заключается лишь в том, что АЭС состоит не только из моноблоков, но и более сложных схем. Это расхождение проясняется двумя причинами. Во-первых, на АЭС есть блоки суще- ственной мощности – РБМК-1000 МВт и ВВЭР-1000 МВт на возрастных АЭС и ВВЭР-1200 МВт на новых. Во-вторых, один реактор некоторых АЭС обслуживается двумя генераторами – ВВЭР-440 (2×220 МВт) и РБМК-1000 (2×500 МВт), а реакторы на быстрых нейтронах даже тремя – БН-600 (3×200 МВт) [10]. Отличительной особенностью главной схемы АЭС с реакторами ВВЭР-440 (рисунок 3.2) имеет объединенные блоки, которые состоят из двух генераторов ТВ-220 и двух трансформаторов ТЦ-250. Рисунок 3.2 – Главная схема Кольской АЭС Главные схемы блоков ВВЭР-1000 и ВВЭР-1200 весьма похожи. Их отличительной особенностью является наличие шестифазного генератора подключенного к расщепленному повышающему трансформатору. На рисунке 3.3 представлен вид главной схемы с реакторами ВВЭР-1200. Рисунок 3.3 – Главная схема с реакторами ВВЭР-1200 Главная схема АЭС с реакторами РБМК имеет собственную специфику построения. Она состоит из укрупненных блоков (два генератора ТВВ-500 и расщепленные трансформаторы). Так как на станции с данными типами реакторов наблюдаются большие перетоки мощности, то предпочтительнее использование группы из трех однофазных трансформаторов ОРЦ-417. Схема является однолинейной, поэтому показывается только один однофазный трансформатор. На примере рисунка 3.4 можно увидеть, как выглядит главная схема АЭС с реакторами РБМК-1000. Рисунок 3.4 – Главная схема с реакторами РБМК-1000 В связи с тем, что у АЭС с реакторами БН-600 один реактор обслуживается тремя генераторами главная схема имеет свой отличительный, непохожий ни на какую схему, вид (рисунок 3.5). Рисунок 3.5 – Главная схема с реакторами БН-600 На сегодняшний день весьма распространены АЭС комбинированного типа, т.е. те главные схемы, которых состоят из реакторов разного типа. К примеру, Ленинградская АЭС-1 (три реактора РБМК-1000 и один реактор ВВЭР-1200), Белоярская АЭС (реактор БН-600 и БН-800) и другие. Весьма перспективным выглядит проект по постройке Курской АЭС-2. Данная станция строится на основании проекта ВВЭР-ТОИ. Реализация данного проекта должна отвечать требованиям повышенной безопасности и улучшенными технико-экономическими характеристиками. Успешность задумки будет известна спустя лишь определенное количество времени. Раздел 4. Релейная защита основного оборудования и ЛЭП. Главным видом защиты от повреждений и аварийных режимов работы оборудования является релейная защита. Такие требования как селективность, чувствительность, быстродействие и надежность можно считать основными характеристиками релейной защиты [11]. В настоящий момент электрические системы характеризуются ростом единичных мощностей агрегатов и блоков, увеличением напряжения и пропускной способности линий электропередач и интенсивности использования оборудования. Данные потребности системы ведут к необходимости решения ряда проблем, которые обусловлены повышением и усложнением требований к технической идеализации и увеличению надежности работы устройств релейной защиты и автоматики. Все больше внедряются комплексы устройств РЗА с широким использованием интегральных микросхем. Они используются как в органах, которые производят измерения, так и в логической части. Использование интегральных микросхем дало возможность реализовать более сложные алгоритмы измерительных и пусковых органов. Наличие более эффективных характеристик срабатывания позволило увеличить независимость защиты от режимов без требований к включению при положительной реакции чувствительности к КЗ с учетом весьма сложных условий резервирования. Надежная работа, которая удовлетворяет установленным для релейной защиты требованиям, возможна также при условии применения постоянно функционирующего автоматического контроля, который охватывает большую часть элементов, с наличием сигнализации, возникающей при наличии неисправности. Ввиду того, что АЭС относятся к первой группе электроприемников, релейная защита на ней должна обладать свойствами высокой эффективности и надежности. Данные рекомендации достигаются наиболее полным применением защит на всех элементах станции. Защита блока генератор-трансформатор Для генераторов, находящихся в блоках генератор-трансформатор, мощность, которых составляет больше 10 МВт, согласно ПУЭ 3.2.72. устанавливаются специальные устройства для таких видов повреждений и ненормальных режимов работы как: 1. замыкание на землю на стороне, где действует генераторное напряже- ние; 2. многофазные замыкания в обмотке статора генератора и там, где находятся его вывода; 3. замыкание между витками одной фазы в обмотке статора; 4. многофазные замыкания на обмотках и в выводах трансформатора; 5. однофазные замыкания на землю в обмотке трансформатора и на ее выводах, которые присоединены к сети при наличии больших токов замыкания на землю; 6. замыкание между витками в обмотках трансформатора; 7. внешние короткие замыкания; 8. перегрузка генератора токами обратной последовательности; 9. симметричная перегрузка обмотки статора генератора, а также обмо- ток трансформатора; 10. перегрузка обмотки ротора генератора током возбуждения (применя- ется относительно турбогенераторов при непосредственном охлаждении проводников обмоток, а также для гидрогенераторов); 11. повышение напряжения на статоре генератора и трансформаторе бло- ка (применяется относительно блоков с турбогенераторами, мощность которых составляет 160 МВт и больше, а также для всех блоков с гидрогенераторами); 12. замыкание на землю в одной цепи возбуждения; 13. асинхронный режим с потерей возбуждения; 14. понижение уровня масла в баке трансформатора; 15. частичный пробой изоляции вводов 500 кВ трансформаторов. Если же говорить о внутренних повреждениях любого участка электрической цепи энергоблока, то они обычно отключаются без выдержки времени основными защитами. К основным видам защиты относятся: - продольная дифференциальная защита блока; - защита от замыканий на землю обмотки статора; - защита от замыканий на землю в сетях, которых наблюдается малые токи замыкания; - защита от замыканий на землю (применяются в обмотке ротора и це- пях возбуждения); - поперечная дифференциальная токовая защита генератора; - защита трансформатора (применяется от повреждений внутри бака). Перечислим резервные защиты, использующиеся в блоках генгератортрансформатор: - ближнее резервирование основных защит блока; - дальнее резервирование защит смежных элементов; Защиты для ненормальных режимов работы: - защита, применяемая от симметричных перегрузок; - защита, применяемая от увеличения напряжения генератора; - защита, применяемая от потери возбуждения; - защита, применяемая от перегрузки обмотки возбуждения; - защита, применяемая от внешних несимметричных КЗ и несиммет- ричных перегрузок в обмотках статора. Защита линий Линии, находящиеся в сетях 110-500 кВ и имеющие эффективно заземленную нейтраль, согласно ПУЭ 3.2.106, защищены устройствами релейной защиты от многофазных замыканий и замыканий на землю. Данные защиты не должны срабатывать, если в сети происходят качания или асинхронный ход. Для этого в защитах устанавливаются специальные оборудованные устройства. Возможна установка защиты без использования блокирующих устройств, если не происходят качания (около 1,5 – 2 с). Линии 330 кВ и выше отличаются от остальных тем, что у них основная защита действует без замедления при коротком замыкании в любом месте защищаемого участка. Резервирование быстродействующих защит наблюдается на отходящих от АЭС линиях 110 кВ и выше. Данное резервирование отличается тем, что при многофазных КЗ остаточное напряжение прямой последовательности на стороне ВН блоков АЭС снижается более чем до 0,45 от номинального. Выдержка времени защиты не превышает 1,5 с с учетом УРОВ. К основной защите относится дифференциально-фазная защита линий. К резервным защитам относятся такие защиты как: лю. - токовая отсечка; - трехступенчатая дистанционная защита; - направленная токовая защита, предусмотренная от замыкания на зем- ЗАКЛЮЧЕНИЕ Роль АЭС в энергетике России и мира весьма велика. С пуска первой АЭС в мире прошло не более чем 60 лет, поэтому можно сделать заключение, что мировая атомная отрасль находится на данный момент на научно-техническом пути своего становления. Впервые для людей представлена такая промышленная технология получения электрической и тепловой энергии в таких количествах. На данный момент в России имеется десять действующих атомных электростанций, которые работают на разных типах реактора. Срок службы энергоблоков большинства из них подходит к концу. Для полного описания особенностей современных атомных станций были рассмотрены четыре основных пункта, которые наиболее полно охарактеризовали АЭС: - роль АЭС; - типы энергоблоков российских АЭС; - главные схемы современных АЭС в России; - релейная защита АЭС. По итогам исследования: - установлены документы характеризующие сооружение и эксплуатацию АЭС; - рассмотрены новые перспективные проекты АЭС в России (Курская АЭС2, плавучая АЭС «Академик Ломоносов»); - описаны особенности главных схем современных АЭС; - описаны все возможные релейные защиты основного оборудования и ЛЭП. Список литературы 1. Всемирная ядерная ассоциация подвела итоги 2019 года в мировой атомной энергетике [Электронный ресурс]: https://www.atomicenergy.ru/news/2020/01/09/100523, свободный (Дата обращения: 17.02.2020 г.) 2. Эксплуатационные & Долгосрочные Реакторы Выключения [Электронный ресурс]: https://pris.iaea.org/PRIS/WorldStatistics/OperationalReactorsByCountry.aspx, свободный (Дата обращения: 17.02.2020 г.) 3. Кашапова Д.Д., Перспективная тенденция выработки энергии на АЭС в России и в мире // Научно-практический электронный журнал Аллея Науки. 2018. №10. 4. Росэнергоатом: доля атомной энергетики в энергобалансе России достигла 19% [Электронный ресурс]: https://www.rosenergoatom.ru/zhurnalistam/mainnews/33935/ , свободный (Дата обращения: 17.02.2020 г.) 5. Копкова Е.С., Иманова Х.Г., Атомная энергетика России: современное состояние, проблемы и перспективы развития отрасли в условиях цифровой экономики // Проблемы региональной экономики. 2018. c 3-26. 6. Вестник Атомпрома. – 2016. - № 4 [Электронный ресурс]: http://www.atomic-energy.ru/smi/vestnik-atomproma (Дата обращения 18.03.2020) 7. Сооружение энергоблоков в России [Электронный ресурс]: https://www.rosenergoatom.ru/stations_projects/sooruzhenie-energoblokov-vrossii/, свободный (Дата обращения: 19.03.2020 г.) 8. Модернизация и продление сроков эксплуатации энергоблоков[Электронный ресурс]: https://www.rosenergoatom.ru/stations_projects/atomnye-elektrostantsiirossii/modernizatsiya-i-prodlenie-srokov-ekspluatatsiienergoblokov/index.php?sphrase_id=53072 , свободный (Дата обращения: 19.03.2020 г.) 9. Схемы электрические электростанций и подстанций [Электронный ресурс]: https://book.ggpek.by/estation/uchebnik/tem-05, свободный (Дата обращения: 6.04.2020 г.) 10. Главная схема атомной электрической станции [Электронный ресурс]: https://poznayka.org/s16635t1.html, свободный (Дата обращения: 7.04.2020 г.) 11. Коломыцев, Е.В. Проектирование релейной защиты и автоматики энергоблоков АЭС Ханхикиви-1: дис. … магистра техн. наук. Санкт-Петербург. политех. университет Петра Великого, Санкт-Петребург, 2017. Список публикаций по теме научной работы Зернова Артема Игоревич № п/п Название работы, ее вид Форма Выходные данные Объем работы 1. Перспективы применения микропроцессорного устройства релейной защиты типа SPAC на АЭС Печ. Энергетика, информатика, иновации – 2019 . Сб. трудов IX-ой межд. Науч.-техн. Конф. В 2 т. Т 1. – 2019. – 598 с. Смоленск, 2019 4с Соавторы
