Как закалялась безопасность: про системы защиты атомных электростанций

Уже 30 лет «Росэнергоатом» обеспечивает энергетическое развитие страны. При этом концерн гарантирует безопасность АЭС на протяжении всего жизненного цикла: от проектирования до вывода из эксплуатации. Вспоминаем, как за эти три десятилетия совершенствовались системы защиты атомных станций.

Больше стержней-поглотителей на реакторах РБМК

Во второй половине 1980-х, после аварии на Чернобыльской АЭС, было принято принципиальное решение о модернизации реакторов РБМК на Смоленской, Курской и Ленинградской АЭС. Первые технические мероприятия провели с 1986 по 1988 год, они включали внедрение быстродействующей аварийной защиты, увеличение количества стержней-поглотителей и создание системы их автоматического ввода в активную зону по экстренному сигналу, а также усовершенствование систем управления.

Второй этап повышения безопасности пришелся уже на годы существования концерна. На энергоблоках РБМК появились дополнительные системы безопасности и диагностики. Была внедрена новая трехканальная система аварийного охлаждения реактора, модернизированы внутрикорпусные устройства барабанов-сепараторов, создана трехкратная система электроснабжения устройств безопасности и т. д. Реакторы перевели на уран-эрбиевое топливо.

В 2004 году была успешно завершена многолетняя работа по продлению срока эксплуатации головного энергоблока РБМК-1000 Ленинградской АЭС. За ним последовали все уран-графитовые энергоблоки Ленинградской, Курской и Смоленской атомных станций. Это была работа колоссального объема, благодаря которой полностью изменилось техническое состояние блоков. Основной показатель безопасности — вероятность повреждения активной зоны реакторов — улучшился практически на два порядка, существенно увеличилась энергоэффективность. Это подтверждено результатами независимой международной экспертизы.

В 2011–2012 годах на блоках с РБМК зафиксировали деформацию графитовой кладки и искривление технологических каналов из-за радиационно-термического повреждения графита. Для восстановления ресурсных характеристик создали технологию и опробовали ее на первом блоке Ленинградской АЭС, что позволило вновь включить его в сеть. В 2013–2014 годах были восстановлены ресурсные характеристики реакторной установки энергоблока № 2 Курской АЭС. Сейчас работы по восстановлению ресурсных характеристик графита включаются в плановые ремонты и успешно выполняются на действующих энергоблоках РБМК.

Восстановительный отжиг на реакторах ВВЭР

Модернизация оборудования АЭС с реакторами ВВЭР, которая позволяет повысить уровень безопасности действующих энергоблоков и улучшить их рабочие характеристики, заслуживает отдельного разговора. Одной из главных технологий стал отжиг реактора. Эта процедура позволяет восстановить свойства металла корпуса, в первую очередь — пластичность, она уменьшается под длительным воздействием излучения и высоких температур. Впервые в мире отжиг был проведен при продлении срока эксплуатации блока № 3 Нововоронежской АЭС, что позволило увеличить срок его службы до 45 лет. Затем технология успешно применялась на других реакторах средней мощности типа ВВЭР-440. На реакторе большой мощности ВВЭР-1000 впервые работы по восстановительному отжигу проведены в 2018 году — в результате срок службы реакторной установки энергоблока № 1 Балаковской АЭС продлили на 23 года.

С каждой новой серией ВВЭР появляются и новые системы безопасности. Так, инновационные ВВЭР-1200 по сравнению с ВВЭР-1000 оборудованы дополнительными системами, включая двойную защитную оболочку и устройство локализации расплава, так называемую ловушку расплава.

Не страшны землетрясения, цунами, ураганы, падение самолета

В 2009 году осуществлен монтаж первой в России ловушки расплава. Ее установили на энергоблоке № 1 Ленинградской АЭС-2. К сегодняшнему дню в России ловушки установлены на энергоблоках ЛАЭС-2, Нововоронежской АЭС-2 и Курской АЭС-2.

«Уникальное устройство обеспечивает новый уровень безопасности АЭС. Оборудование может удерживать расплав ядерного топлива неограниченное время, не давая радиоактивности выйти за пределы корпуса ловушки и попасть в окружающую среду. Таким образом, мы обеспечиваем одну из стратегических целей «Росэнергоатома» по безопасности, являющейся нашим главным приоритетом», — отмечает генеральный директор концерна Андрей Петров.

Во всех реакторах типа ВВЭР есть пассивные системы безопасности, которые работают без электричества и персонала, и активные, энергозависимые. Их сочетание гарантирует решение трех основных задач, возникающих при аварийной ситуации: остановку и прекращение ядерной реакции, обеспечение отвода тепла от ядерного топлива и самого энергоблока, предотвращение выхода радионуклидов за пределы контайнмента, двойной герметичной оболочки. Специальные инженерные меры, такие как ре-комбинаторы водорода, ловушки расплава и системы пассивного отвода тепла от активной зоны, принципиально отличают энергоблоки поколения ВВЭР-1200. Им не страшны землетрясения, цунами, ураганы, падение самолета.

В декабре 2020 года успешно прошел гидравлические испытания ВВЭР-ТОИ — водо-водяной энергетический реактор типовой оптимизированный информатизированный. Это новый проект, созданный на базе ВВЭР-1200, соответствующий самым современным требованиям МАГАТЭ в области безопасности. Первый такой реактор в России установлен на блоке № 1 Курской АЭС-2.

ВВЭР — реактор, имеющий значительные ресурсы в своем совершенствовании.

Дальнейшее развитие технологии, связанное в том числе с оптимизацией систем безопасности, объединяет три основных направления. Первое — совершенствование традиционных технологий ВВЭР; второе — разработка и последующее создание реактора ВВЭР со спектральным регулированием в активной зоне (сокращенное название ВВЭР-С) и третье — отработка технологий реактора ВВЭР со сверхкритическими параметрами теплоносителя (ВВЭР-СКД).

Запасной пункт управления на быстрых реакторах

Проследить развитие систем безопасности реакторов на быстрых нейтронах можно путем сравнения энергоблоков Белоярской АЭС с реакторами БН-600 и БН-800. БН-600 включили в энергосистему в 1980 году, а в 2010-м, после материаловедческого обследования незаменяемых элементов и замены остального оборудования, получена лицензия Ростехнадзора на продление расчетного срока его эксплуатации. В ходе подготовки энергоблока произвели масштабную модернизацию всего оборудования — от турбогенераторов до информационно-вычислительных систем, от активной зоны реактора до систем перегрузки топлива, от системы радиационного контроля до каналов надежного электропитания. Также смонтированы дополнительные системы, повышающие безопасность энергоблока. Например, теперь имеется возможность расхолаживания реактора через воздушный теплообменник, появился запасной пункт управления, дублирующий системы останова реактора и его поддержания в безопасном состоянии. В продленный срок эксплуатации БН-600 вступил полностью обновленным, соответствующим самым строгим мировым требованиям.

Энергоблок БН-800 Белоярской АЭС включили в энергосистему в 2015 году, и многие решения, которые были внедрены на его предшественнике БН-600 в рамках модернизации, на нем уже изначально предусмотрели проектом. Например, воплощен ряд дополнительных систем безопасности пассивного принципа, то есть работающих в силу естественных законов природы.

Среди них дополнительная система противоаварийного расхолаживания реактора путем естественной циркуляции воздуха через теплообменники. Поэтому над главным корпусом энергоблока БН-800 возвышается не одна вентиляционная труба, как на всех прочих, а целых четыре, три из которых относятся к системе расхолаживания пассивного принципа. Система действует в силу природного закона конвекции: за счет разницы температур и высоты труб тяга воздуха возникает естественным путем и отводит тепло от реактора.

Также в реакторе дополнительно к традиционным стержням защиты применены стержни, взвешенные («плавающие») в потоке натрия. Если остановятся все насосы и циркуляция теплоносителя прекратится, они в силу природного закона всемирного тяготения сами опустятся в активную зону и остановят ядерную реакцию.

Внутри корпуса реактора смонтировано устройство «поддон» из тугоплавких материалов, способное в случае необходимости удержать расплав топлива и предотвратить образование локальных критических масс.

В проект следующего энергоблока БН-1200М добавится еще одна защита реактора пассивного принципа: стержни, подвешенные на плавких вставках и самостоятельно останавливающие реактор при нагреве до определенной температуры.

Нет предела совершенству

За минувшие 30 лет серьезно поменялись подходы в области безопасного производства электроэнергии. Если в 1992 году зафиксировали 197 нарушений, то в 2021-м — 34. Высокая степень безопасности АЭС России базируется на множестве факторов. В их числе принцип самозащищенности реакторной установки, многократное дублирование каналов безопасности, наличие нескольких барьеров защищенности.

Российские АЭС на протяжении всего периода эксплуатации демонстрируют надежную работу по всем направлениям. Это подтверждают результаты регулярных проверок как независимых органов (Ростехнадзор), так и международных организаций (ВАО АЭС). С 1999 года на отечественных станциях не зафиксировано ни одного серьезного нарушения, классифицируемого выше первого уровня по Международной шкале ядерных событий (INES).

Ключевой вопрос существования и развития концерна — укрепление и поддержание на высоком уровне культуры безопасности. В этом сочетании важным является не только слово «безопасность», но и культура. «Именно формирование такого поведения среди наших сотрудников, в том числе представителей подрядных организаций, — основная задача в работе с персоналом, — подчеркивает генеральный директор «Росэнергоатома» Андрей Петров. — Наша главная задача — создать обстановку нетерпимости к нарушениям. Ни одно заявление о нарушении не должно оставаться без внимания руководителя».

Безопасность не просто идеология любой атомной станции — это десятки миллиардов рублей инвестиций, критерий всех производственных процессов и абсолютный приоритет. Это усилия тысяч людей — от проектировщиков до сотрудников профильных отделов на АЭС, делающих российскую атомную энергетику образцом надежности.

ПОСЛЕ «ФУКУСИМЫ»

После событий 2011 года на японской АЭС «Фукусима» на российских атомных станциях приобрели специальную технику, которая способна в экстремальных условиях обеспечить безопасный останов и расхолаживание энергоблоков при отсутствии внешних источников электропитания и водоснабжения, — дизель-генераторы, дополнительные мобильные помпы. Выполнили тройное резервирование по внешним электросетям. Кроме того, введена в эксплуатацию система сейсмической защиты реакторов, предназначенная для непрерывного контроля величины колебаний грунта на площадке АЭС.

«Система сейсмозащиты Смоленской АЭС состоит из трех независимых постов наблюдений, включающих сейсмодатчики, модуль предварительной обработки сигналов и блок контроля и управления, — рассказывает ведущий инженер отдела инженернотехнической поддержки эксплуатации Смоленской АЭС Александр Бычковский. — Сейсмодатчики, а их шесть, установлены на фундаментной плите реакторного отделения, вокруг оси реактора. Поступающие от них в модуль предварительной обработки сигналы анализируются по специальной программе. При превышении значения нижнего порога проектного землетрясения в пять баллов данные об интенсивности колебаний грунта будут передаваться по кабельным линиям в блок контроля и управления для регистрации и выдачи предупреждающих сигналов на БЩУ-О (блочный щит управления оперативный). В случае превышения уставки максимального расчетного землетрясения, а для Смоленской АЭС оно определено проектом в шесть баллов, на БЩУ-О поступит световой и звуковой аварийный сигнал о сейсмическом событии».

Следует отметить, что стечение природных катаклизмов на территории расположения АЭС в России, которые могут повлечь за собой аварию, сопоставимую с той, что случилась на «Фукусиме-1», по сути, невозможно, поскольку все отечественные станции находятся в зонах низкой сейсмоопасности. Действующими нормами запрещено размещать АЭС на сейсмоопасных площадках.