Приложение А (справочное). Формирование проектных основ для электроэнергетических систем атомных станций

Приложение А
(справочное)

Формирование проектных основ для электроэнергетических систем атомных станций

А.1 Краткий обзор

Атомные станции после останова ядерного реактора продолжают в течение продолжительного времени вырабатывать значительное количество тепла. Существующие конструкции NPP предусматривают, что тепловая мощность реактора сразу после останова составляет около 7 % от мощности до останова, и она снижается до уровня менее 2 % через час, 0,5 % через сутки и продолжает и далее постепенно снижаться. Поэтому система охлаждения реактора должна продолжать работать в течение нескольких дней после останова реактора, чтобы не допустить перегрева и повреждения активной зоны реактора. Поэтому следует обеспечить надежные системы охлаждения, и для этих систем требуются надежные и разнотипные источники электроснабжения. В зависимости от конструкции NPP электроэнергия требуется для большинства (или всех) функций безопасности.

Концепция глубокоэшелонированной защиты предусматривает передачу электропитания на резервные источники, когда предпочтительное электропитание недоступно.

При исследованиях перехода электроэнергетической системы на резервные источники питания следует учитывать критерии напряжения, времени (перерыва питания). Примеры выполняемых исследований даны ниже:

- переход в режим нагрузок на собственные нужды после потери питания от сети,

- переход на резервные внешние источники питания переменного тока (например, переход с трансформатора собственных нужд (ТСН) на резервный трансформатор) после потери основного генератора, или недоступности питания от сети,

- переход на резервные источники питания после потери внешних источников питания и основного генератора,

- переход на альтернативные источники переменного тока после потери резервного питания (события SBO).

Проектные основы в части электротехнике зависят от конкретной станции. В приложении А представлены рекомендации в отношении критериев, которые необходимо учитывать в проекте станции и рассматривать при внедрении модификаций на станции. Кроме того, передающая сеть и источники выработки вокруг станции также могут совершенствоваться в течение срока службы станции, и требуется пересматривать их воздействие на электроэнергетическую систему станции. Дальнейшие указания можно найти в Руководстве по безопасности МАГАТЭ SSG-34, в котором раскрываются вопросы проектирования электроэнергетических систем атомных станций.

В проектных основах указаны необходимые функциональные задачи, технические требования, требуемые рабочие характеристики, эксплуатационные условия и условия внешней среды, а также необходимая надежность.

Электротехнические проектные основы должны охватывать все режимы работы, а также учитывать характеристики всех возможных взаимодействий электрических и механических систем. Это должно включать насосы с электродвигателем, работающие в условиях самозапуска, переходных процессах при коммутации, пусках электродвигателей, внешних и внутренних событиях, и т.п., которые могут влиять на перетоки мощности и уровень напряжения в электроэнергетической системе станции. В основах также следует учитывать условия внешней среды, такие как температура, давление и влажность в ходе нормальной, нарушении нормальной эксплуатации, включая аварии, рассматриваемые как проектные условия.

Рекомендации, приведенные в приложении А, фокусируются на электрических аспектах проектных основ и не включают дополнительных аспектов за счет таких факторов, как внешние условия (т.е. температура, влажность, и т.п.) или внешние события (сейсмические, наводнения, пожары, высокоэнергетические электромагнитные импульсы, и т.п.), которые могут воздействовать на параметры оборудования или требования к защите. Внешние события типа удара молний и геомагнитных бурь включены. Входные данные и процесс показаны на рисунке А.1.

Рисунок А.1 - Входные данные и процесс по определению электротехнических проектных основ для атомных станций, а также анализы верификации

В ходе нормальной работы электроэнергетических систем системы безопасности, как правило, получают питание от систем, не относящихся к безопасности и соединенных с системами, не являющимися важными для безопасности. На рисунке А.2 показана взаимосвязь электроэнергетической системы станции, внешней электроэнергетической системы и внутренней электроэнергетической системы. На рисунке А.3 показана связь электропитания, важного для безопасности, подача питания для систем безопасности и подача предпочтительного электропитания для атомной станции.

Чтобы иметь надежное электропитание системы обеспечения безопасности, должны быть сформированы проектные основы для всех конфигураций электроэнергетической системы в аналитических исследованиях атомных станций и электроэнергетических систем, и они должны охватывать все взаимодействующие части электроэнергетических систем. Для площадок с несколькими блоками с совместно используемыми системами следует рассмотреть все конфигурации для нормальной и нештатной работы.

Останов NPP с целью перегрузки или планового техобслуживания, как правило, выполняется, когда требуемая нагрузка на объединенную энергосистему находится на самом низком расчетном уровне со стороны TSO. В ходе этого режима с небольшой нагрузкой на систему передачи емкостный компонент линий электропередач, соединенных с минимальной нагрузкой вспомогательных систем станции, может привести к повышению напряжения на шинах станции. Следует оценивать последствия пуска и работы вспомогательных систем станции в этих условиях.

Примечание - Данный рисунок приведен только в качестве примера. Конструкции станции включают различные компоновки и номенклатуру для шин, нагрузок, генераторов и взаимосвязей. На этом рисунке изображены не все элементы (например, системы DC) электроэнергетической системы (из IAEA SSG-34)

Рисунок А.2 - Связь электроэнергетической системы станции, внешней электроэнергетической системы и внутренней электроэнергетической системы атомной станции

Примечание - Этот рисунок дан только в качестве примера. Конструкция станции охватывает различные компоновки и номенклатуру для шин, нагрузок, генераторов и взаимосвязей. К тому же многие элементы системы станции, такие как шины, не важные для безопасности систем электропитания постоянного тока, не показаны. Этот рисунок предназначен только для представления связи между элементами электроэнергетической системы станции, которые имеют классификацию по безопасности и предпочтительное электропитание. Элементы предпочтительного электроснабжения, которые не важны для электроснабжения элементов безопасности не входят в классификацию по безопасности станции. Элементы системы, включенные в набор элементов, которые важны для электроснабжения системы безопасности, будут отличаться в соответствии с проектом станции и применяемых методов классификации. Некоторые проектные решения станции могут не требовать наличия резервных источников питания обеспечения безопасности. Все атомные станции должны иметь источники электроснабжения постоянного тока для обеспечения безопасности (из Руководства по безопасности МАГАТЭ SSG-34)

Рисунок А.3 - Связь электроснабжения, важного для обеспечения безопасности, электроснабжение безопасности и предпочтительное электроснабжение атомной станции

А.2 Электрические характеристики площадки

А.2.1 Общие положения

Взаимосвязанная электроэнергетическая система представляет собой большую и сложную сеть, и имеется естественная взаимная зависимость между различными частями системы. Таким образом, физически разобщенные части системы могут взаимодействовать неожиданным образом с объединенной системой. Поэтому на отклик внутренней электроэнергетической системы влияет конфигурация электросети, нагружение станции и ее конфигурация.

Анализ энергетической системы связан с пониманием работы электросети и внутренней электроэнергетической системы. В целом анализ системы следует проводить, когда система работает в стационарных условиях, а при нарушениях - в динамических условиях.

Анализ в стационарном режиме предполагает, что переходные условия от нарушений уже закончились и система находится в состоянии равновесия. Нагрузки системы, включая потери в системе передачи, равны количеству вырабатываемой энергии, поэтому частота в системе постоянная.

В исследования электроэнергетической системы конкретной станции следует включать все предполагаемые конфигурации системы передачи, а также режимы работы станции, чтобы установить номинальные параметры оборудования и получить надежную схему внешней системы.

Номинальные характеристики различных компонентов электроэнергетической системы, таких как генераторы, шины, кабели и трансформаторы, следует определять посредством баланса мощности.

А.2.2 Нарушения в сети

Нарушения в электросети в переходных условиях, которые могут повлиять на внутренние электроэнергетические системы, следует исследовать как часть анализа проектных основ. События, подлежащие рассмотрению, включают симметричные и несимметричные нарушения, мгновенные возмущения в электросети, такие как коммутационные возмущения или удары молнии, переключения конденсаторов и трансформатора, а также события, такие как потеря элементов системы передачи, потеря самой крупной нагрузки, отключение блоков NPP (многоблочные станции, если они подсоединены к общему внешнему источнику) и неполнофазный режим или пониженное напряжение.

Для станций с несколькими (двумя или более) независимыми источниками электроснабжения следует учитывать и оценивать одновременные или поочередные события по всему электроснабжению (наихудший сценарий) в отношении отклика станции во всех режимах работы, которые определены проектом.

А.2.3 Мощность короткого замыкания

Отказы в электроэнергетических системах возникают из-за пробоя изоляции, внешних событий, таких как удары молнии, человеческого фактора или неисправности оборудования. Общие типы отказов включают:

- однофазное замыкание на землю,

- междуфазное короткое замыкание,

- двухфазное замыкание на землю,

- трехфазное замыкание.

Токи коротких замыканий в несколько раз могут превышать номинальный ток. Однофазные замыкания на землю являются наиболее распространенными, в то время как трехфазные замыкания на землю, как правило, наиболее сильные.

Токи коротких замыканий генерируют разрушительные тепловые и электромагнитные силы. Должна действовать защитная схема с соответствующими уставками, чтобы защитить оборудование от токов коротких замыканий.

Комплексные исследования отказов выполняются, чтобы определить токи коротких замыканий во всех эксплуатационных конфигурациях для определения номинальных характеристик оборудования.

Максимальные и минимальные значения токов коротких замыканий должны быть определены, чтобы определить уставки защиты для адекватной защиты электрооборудования.

Исследования коротких замыканий системы передачи следует выполнять для верификации, что все оборудование подстанции способно выдерживать и отключать ток коротких замыканий. Подпитку коротких замыканий через систему передачи следует учитывать при выборе параметров электрических компонентов, снабжающих током вспомогательное оборудование.

Как правило, конфигурация, которая создает наибольший ток коротких замыканий, используется в качестве основы для проектирования станции. Для исследования этого характерного случая все элементы передачи и генерирования, включая внутреннее вращающееся оборудование, следует учитывать в расчете. Тем не менее все возможные конфигурации системы передачи, которые могут воздействовать на станцию, следует изучить с целью валидации максимального тока коротких замыканий при определении параметров оборудования и минимального тока коротких замыканий для координации защиты.

Продолжительность и местоположение коротких замыканий определяют адекватность защитных схем, чтобы гарантировать, что такое событие не приведет к увеличению скольжения и выпадению из синхронизма синхронного генератора. Быстрое обнаружение и отключение короткого замыкания, как правило, дает уверенность, что выпадение из синхронизма или другие условия не возникнут (например, осцилляции активной мощности, реактивной мощности или напряжения в точке короткого замыкания).

Для станций с несколькими внешними связями следует учитывать влияние таких связей на все электроснабжение.

А.2.4 Молниезащита и координация изоляции

Координация изоляции представляет собой ряд шагов, используемых для определения диэлектрической прочности оборудования по отношению к рабочему напряжению и переходным перенапряжениям, которые могут возникнуть в системе. Условия перенапряжения могут возникнуть из-за коммутационных перенапряжений, неравномерно нагруженных фаз и очень часто за счет ударов молний. В большинстве случаев удары молний оказывают наибольшее воздействие на электроэнергетическую систему станции. Поэтому важно оценить воздействие молнии и вероятную частоту возникновения молний. Наибольшая величина будет формировать основу проектирования для защиты электрического оборудования и определения параметров сети заземления.

Кратковременные переходные перенапряжения за счет разрядов молнии могут вызвать повреждение оборудования, неисправности системы или прерывания электроснабжения на атомных станциях, если станции не имеют достаточной защиты от таких воздействий. Тем не менее адекватная конструкция оборудования и системы может существенно снизить или смягчить неблагоприятные последствия перенапряжения.

Для защиты от воздействия ударов молний молниезащита должна включать устройства, рассеивающие нагрузку от удара молнии, разрядные проводники и эффективную систему заземления.

Вторичное воздействие ударов молнии, такое как потенциально опасные перенапряжения и электромагнитные взаимодействия, может распространяться на внутренние конструкции и влиять на работу системы безопасности и системы, важные для безопасности. Чтобы защитить от такого воздействия, система защиты должна включать соответствующие системы заземления отдельного оборудования и защиту от перенапряжений. Меры по защите от перенапряжений будут включать защиту станции, вспомогательных блоков, которые могут влиять на безопасность, подстанции, электрической распределительной системы, низковольтной системы контрольно-измерительных приборов и управления, а также системы связи.

Выбор защиты от перенапряжений, как правило, зависит от местоположения устройств и номинальных характеристик, которые необходимы для недопущения попадания энергии от удара молнии на оборудование NPP и ее электрические компоненты.

А.2.5 Характеристики заземления

Основное предназначение заземления заключается в предотвращении поражения людей электрическим током и снижении перенапряжения, которое может повредить оборудование. Чтобы выполнить требования по молниезащите и электромагнитной совместимости (ЕМС), должна быть выполнена эффективная система заземления.

Очень важно определить сопротивление грунта и максимальные токи в электросети, чтобы спроектировать систему заземления станции. Напряжение прикосновения и напряжение шага прямо пропорциональны этим значениям. Расположение NPP (как, например, вблизи крупных водоемов или скальной поверхности) требуют проведения анализа с учетом конкретной станции, поскольку на каждой площадке сопротивление грунта будет разное.

Основные цели системы заземления:

- гарантировать целостность оборудования и непрерывность его работы в условиях отказа, т.е. предоставить способ и средства передачи и рассеивания электрических токов в землю;

- обеспечить, чтобы персонал, работающий или идущий вблизи заземленных установок, не мог пострадать от опасных ударов электрического тока.

Система заземления с малым сопротивлением обеспечивает безопасность работы оборудования и персонала и защищает их от поражения электрическим током. Цель проектирования эффективных систем заземления - снизить электрический потенциал на поверхности земли, напряжение прикосновения и напряжение шага для станций и трансформаторных подстанций. Чтобы достигнуть указанных целей, эквивалентное электрическое сопротивление контура заземления системы должно быть достаточно низким, чтобы гарантировать рассеивание токов коротких замыканий в основном через сеть заземления в землю, в то время как максимальная разность потенциалов между близкими точками на поверхности земли должна поддерживаться на уровне конкретных допусков (напряжение шага, напряжение прикосновения и междуфазное напряжение).

ЭДС прикосновения образуется, когда ток замыкания на землю протекает через оборудование и создает распределение потенциала на заземленной поверхности. Безопасный уровень ЭДС прикосновения, как правило, определяется на указанном в проекте расстоянии по горизонтали и вертикали от электрооборудования.

Напряжение шага представляет собой напряжение на поверхности земли на указанном расстоянии между ногами человека (как правило, 0,8 м). Тип грунта и схема заземления станции, как правило, определяют напряжение шага. В однородном грунте напряжение шага в целом достаточно мало из-за более низкого сопротивления грунта.

Увеличение потенциала земли обусловлено обрывом заземляющего проводника, повышением напряжения на заземляющем устройстве, когда ток заземления стекает с заземлителя в землю. Сдвиг потенциала, вызванный увеличением потенциала земли, может представлять угрозу для оборудования и операторов.

А.3 Электрические характеристики станции

А.3.1 Общие положения

Электрические характеристики станции важны для определения рабочих характеристик важных нагрузок и взаимодействия в рамках интегрированных систем в ходе постулируемых режимов работы и останова. Анализ конструкции и основы проектирования определяют рабочие диапазоны профиля допустимого напряжения в электроэнергетической системе станции.

А.3.2 Характеристики основного генератора

Проектные данные определяют уровень напряжения, диапазон напряжения и диапазон частот, а также нагрузочную способность по реактивной мощности.

Проектные данные определяют максимальное повышение напряжения при потере нагрузки (режим нагрузок на собственные нужды), при совпадении с высоким возбуждением. Проектные данные также определят максимальное и минимальное напряжение, при совпадении с неисправностью системы возбуждения.

А.3.3 Резервные источники питания переменного тока и альтернативные источники питания переменного тока

Резервные источники питания переменного тока выбраны для использования во внутренней электроэнергетической системе и должны быть способны делать следующее:

- обеспечивать запуск (самозапуск) и разворот ряда крупных нагрузок в виде электродвигателей в быстрой последовательности, поддерживая напряжение и частоту в допустимых пределах;

- незамедлительно подавать питание на нагрузки обеспечения безопасности, если внешняя энергетическая система потеряна вследствие проектного события. Общее время на пуск и разворот нагрузок обеспечения безопасности должно удовлетворять допущениям в анализах аварий в отношении работы систем безопасности, таких как насосы и запорная арматура;

- непрерывно подавать питание на оборудование, обеспечивающее ядерную безопасность, в продолжительном режиме.

Характеристики нагрузок, которые нужны для безопасного останова станции должны быть определены, чтобы стать основой для выбора аварийных источников электроснабжения, которые способны воспринимать большие нагрузки в быстрой последовательности.

Большинство указанных аварийных нагрузок, как правило, представляют большие асинхронные электродвигатели, которые создают сильный бросок тока при пуске. Эти броски тока при пуске асинхронных электродвигателей могут привести к существенным понижениям напряжения генератора, и могут привести к существенным понижениям напряжения. Такое пониженное напряжение может замедлить способность электродвигателя быстро достичь полной частоты вращения, сделать невозможным успешный пуск последовательных нагрузок и вызвать остановку уже работающих двигателей.

Другие нагрузки, чувствительные к напряжению, также могут прекратить работу из-за падения напряжения в системе управления или срабатывания защитных устройств. Таким образом, специальные параметры, такие как значение нагрузки в кВт или кВА, максимально допустимое напряжение и падение частоты, которые могут выдерживать нагрузки, тип нагрузок (электродвигатели, молния, UPS, частотно-регулируемые приводы, и т.п.), а также предполагаемая продолжительность переходного состояния при пуске нагрузки, следует имитировать во всех деталях при анализе электроэнергетической системы.

На стадии проектирования внутренней электроэнергетической системы дополнительная емкость с учетом будущего увеличения нагрузки и неопределенность заключительных параметров предполагаемых нагрузок по безопасности должны быть учтены в критериях определения параметров. Резервные источники переменного тока следует адаптировать к пуску оборудования для обеспечения запуска, которое вычислено в анализе ядерной безопасности станции. Допустимая частота и диапазон напряжения должны обеспечивать, чтобы скорость и время разворота (запуска) вращающегося оборудования (насосы, задвижки с электроприводом) не оказывали отрицательного воздействия на допущения в анализе безопасности. В проекте также следует учитывать одновременный пуск крупных нагрузок в случаях, когда сигналы, относящиеся к технологическому процессу (температура, давление, уровень, и т.п.), могли бы привести в действие оборудование, когда уже достигнуты специальные параметры после пуска в необходимые сроки.

Проектные данные определяют уровень напряжения, диапазон напряжения и частоту, а также нагрузочную способность по реактивной мощности.

Проектные данные определяют максимальную выходную мощность и возможность перегрузки.

Резервные источники переменного тока должны иметь перегрузочную способность для быстрого восстановления частоты и напряжения.

Проектные данные определяют максимальное повышение напряжения после потери нагрузки, совпадающей с высоким возбуждением. Проектные данные будут также определять максимальное и минимальное напряжение, связанное с неисправностью системы возбуждения.

Проектные данные определяют максимально допустимое время пуска и достижения необходимой частоты и напряжения резервным источником переменного тока, позволяя системе обеспечения безопасности выполнить необходимые функции в допустимое время, указанное в анализах аварий.

Проектные данные определяют возможность резервных источников переменного тока работать параллельно с системой передачи, когда напряжение в системе может быть на максимально/минимально допустимом уровне.

Переходные состояния по частоте будут возникать в ходе выполнения последовательности подключения нагрузки. Воздействие на поток в насосе можно в целом игнорировать, пока эти вариации непродолжительные. Если время восстановления частоты продолжительное из-за больших или медленно запускающихся нагрузок, то следует оценивать вероятность опрокидывания двигателя или другого оборудования, в ходе пуска или работы.

Альтернативные источники переменного тока могут запускаться автоматически, но подключаться в ручном режиме по отношению к соответствующей шине переменного тока. Применяется тот же процесс, что и для резервных источников питания переменного тока, однако нагрузки не будут запускаться в быстрой последовательности.

А.3.4 Источники питания постоянного тока

Проектные данные определяют потребляемую мощность и длительность электроснабжения нагрузок.

Проектные данные определяют рабочие температуры, которые могут оказывать воздействие на размер и характеристики разряда аккумуляторной батареи (АБ).

Проектные данные определяют минимальные/максимальные уровни рабочего напряжения работающих нагрузок, а также способность аккумуляторной батареи отвечать требованиям к продолжительности нагрузки.

Начальное нагружение аккумуляторной батареи, когда требуется поддержать нагрузки станции при потере источников переменного тока, как правило, является важным фактором при определении падения напряжения и критерия выбора параметров.

Критерий выбора параметров должен учитывать различные типы нагрузки. Резистивные нагрузки имеют пониженный ток с пониженным напряжением, в то время как нагрузки при постоянной мощности потребуют более высокого тока с пониженным напряжением.

При анализах потока нагрузок и падения напряжения следует учитывать способность батарей удовлетворять проектным требованиям в конце полезного срока службы, когда емкость батарей пониженная.

А.4 Концептуальные критерии проектирования электрооборудования

А.4.1 Общие положения

Концептуальные электротехнические критерии проектирования описывают, что должно быть достигнуто при проектировании.

А.4.2 Мощность источников энергии

Внешние источники питания должны иметь мощность, необходимую для стабильного и непрерывного электроснабжения энергетических систем обеспечения безопасности.

Проект должен отвечать продолжительности, предусмотренной в основах проектирования для работы источников DC, обеспечивающих безопасность, при потере электроснабжения АС.

А.4.3 Координация защиты

Для снижения отказов с потерей функций безопасности требуется координация электрических защит. Действие защит в каждой группе нагрузок не должно зависеть от действий защит в резервной группе нагрузок. Координация защиты является важным фактором обеспечения готовности и надежности.

Когда имеется два или более последовательных защитных устройства между местом отказа и электропитанием, то устройства следует координировать для обеспечения того, что устройство, которое является самым близким к точке нарушения, будет работать первым для минимизации отключения сети. Смежные устройства следует спроектировать таким образом, чтобы обеспечить резервирование в случае отказа основного защитного устройства.

Координация селективности устройств токовой защиты достигается подбором оптимальных параметров тока и времени срабатывания при отказе, которые остаются селективными по отношению к другим устройствам в сети.

Следует учитывать необходимость со стороны электроэнергетической системы поддерживать работу нагрузок в условиях токовой перегрузки.

А.4.4 Переходное напряжение и прерывания напряжения

События в электросети или во внутренних источниках питания могут вызвать переходное напряжение и прерывания напряжения во внутренних электроэнергетических системах.

Эти события могут вызвать симметричные и несимметричные нарушения напряжения на станции и могут быть вызваны:

- в системе(ах) передач при работающей, неработающей и остановленной станции или в качестве последствия отключения станции от электросети из-за ожидаемых сбоев, или колебаниями напряжения и частоты выше допустимого уровня,

- отключением основного генератора и перехода вспомогательных систем станции на внешние или внутренние источники питания,

- во внутренних энергетических системах как результат электрического события, такого как пуск электродвигателя, замыкание на землю или коммутационные перенапряжения.

Электрическое оборудование должно быть спроектировано так, чтобы оно могло выдерживать переходное напряжение или имело достаточную защиту для обеспечения работоспособности компонентов электроэнергетической системы. В некоторых случаях специальная защита может отключить оборудование (например, выпрямитель) при неприемлемом уровне переходного напряжения, чтобы защитить его или смежное оборудование, которое имеет более важное значение для безопасности станции (например, инвертор).

А.4.5 Способность коммутации между источниками электропитания

В проекте следует предусмотреть средства для коммутации между источниками питания в системе электропитания, важной для безопасности.

А.4.6 Способность пуска и перезапуска электродвигателей

Электроэнергетическая система и система защиты должны быть спроектированы для пуска электродвигателей при допустимых отклонениях частоты и напряжения, а также с пониженным напряжением.

Проектные решения и координация защиты нужны для обеспечения функции перезапуска электродвигателя после провала или прерываний напряжения, а также после понижения частоты.

А.4.7 Заземление системы

Конструкции систем заземления на атомных станциях варьируются в зависимости от их времени проектирования. Некоторые атомные станции имеют четыре концептуально распознаваемые, но необязательно физически различимые, системы заземления: для обеспечения электробезопасности персонала, молниезащиту, систему электропитания, систему управления и контроля, включая специальное заземление. Все системы заземления в конечном итоге подсоединены к заземлителям. Хорошо спроектированная система заземления станции необходима для защиты электросети и оборудования станции от замыканий на землю и ударов молний.

Система заземления и система выравнивания потенциалов вносят вклад:

- в безопасность персонала,

- в молниезащиту,

- в защиту от нарушений в электроэнергетической системе,

- в защиту от электромагнитных излучений электрических систем и систем управления и контроля.

Необходимо, чтобы сеть заземления была спроектирована:

- для выдерживания энергии от ударов молнии и тока коротких замыканий электросети, и

- чтобы не допустить опасного шагового напряжения или напряжения прикосновения.

Система выравнивания потенциалов должна быть спроектирована так, чтобы не допустить перенапряжений, которые могут:

- вызвать травмы персонала в случае короткого замыкания, и

- повредить или серьезно нарушить систему контроля и управления и систему безопасности.

Эти анализы следует выполнять в соответствии с МЭК 60364 (все части) и МЭК 60479 (все части).

А.4.8 Возможности электрического оборудования

Электрическое оборудование следует спроектировать так, чтобы номинальное напряжение было выше номинального напряжения системы, а уровень изоляции - выше любого переходного напряжения, воздействию которого может подвергнуться оборудование.

Электрооборудование следует спроектировать так, чтобы по нему безопасно протекал ток основных цепей и ответвлений в ходе нормальной работы и в условиях трехфазного замыкания и однофазного замыкания.

А.4.9 Электромагнитная интерференция

Оборудование следует аттестовать с точки зрения ЕМС. Следует определить подробные требования по ЕМС для всех электроэнергетических систем и компонентов. Международные стандарты по ЕМС в промышленных условиях, МЭК 61000 (все части) должны выступать в качестве основы этих требований. Они должны быть подкреплены, если необходимо, материалами, раскрывающими аспекты влияния генерирующих компонентов станции на ЕМС, которые могут быть более жесткими. Определение требований к ЕМС включает анализ воздействия на компоненты возможных повторяющихся быстрых переходных процессов (например, отключение индуктивных нагрузок и дребезг реле) и высокоэнергетических переходных процессов (например, различные коммутационные переходные процессы и молнии) в промышленных условиях.

А.4.10 Геомагнитные индуцированные токи

Геомагнитный индуцированный ток от солнечной активности и вспышек на солнце может привести к серьезному повреждению электросети, телекоммуникаций и других устройств из-за повышения электрического потенциала поверхности земли (ESP) в различных частях земного шара. Последствием является насыщение сердечников трансформатора, приводящее к нагреву или перегреву оборудования, возникновению гармонических волн и последующим потокам нагрузок реактивной мощности, вызывающих проблемы в электрической защите.

Примечание 1 - Эти ESP (4-7 В на км) вызывают компенсационные токи от 20 до 200 А, протекающие через трансформаторы и электросеть.

Помимо силы вспышек на Солнце, эти явления в основном зависят от:

- географической широты.

Примечание 2 - Чувствительность в целом выше у магнитных полюсов Земли;

- сопротивления почвы,

- коэффициента нагрузки и перегрузки сети,

- длины линий передач,

- насыщения и типам трансформаторов,

- присоединения нейтрали к заземлению.

Защитные меры против влияния GIC следует определить TSO.

А.4.11 Феррорезонанс

Феррорезонанс представляет собой явление, которое, как правило, характеризуется перенапряжениями и сложной конфигурацией волны и связано с возбуждением одного или нескольких насыщаемых индукторов, включенных последовательно и/или параллельно с конденсаторами. Основными элементами являются насыщаемые индукторы, соединенные с конденсаторами.

Феррорезонанс возникает на указанной частоте, когда индуктивность одного из насыщенных сердечников совпадает с емкостью сети. Из-за нелинейности контура феррорезонанса может быть несколько состояний установившегося феррорезонанса, которые произвольно индуцируются в систему. В основном имеются разные типы установившихся состояний контура феррорезонанса, такие как основной, субгармонический и гармонический режимы. Чем ниже демпфирование колебаний, тем сложнее переходные отклики, вплоть до квазипериодического и незатухающего хаотического режима.

Проектные меры должны адекватно снизить риск феррорезонанса. В целом существует два основных пути предотвращения возникновения феррорезонанса:

- избегать любых коммутирующих операций, которые переконфигурируют контур и приводят к переходному процессу в одном или нескольких насыщаемых индукторах, соединенных с емкостями, при отсутствии или небольшой нагрузке;

- обеспечить демпфирование феррорезонанса путем внедрения потерь (т.е. нагружающее сопротивление) в подверженный воздействию нелинейный колебательный контур. Это уменьшит энергию источника, и, таким образом, нелинейное состояние не будет поддерживаться.

Чувствительными факторами для феррорезонанса являются:

- изолированное или с высоким импедансом подсоединение нейтрали к заземлению,

- емкости и индуктивности резонансных частот,

- типы нагрузок, однофазные или трехфазные, подсоединенные к сети,

- конфигурации работы сети и соответствующие варианты нагружения,

- насыщение сердечника трансформатора,

- местоположение измерительных трансформаторов напряжения и тока,

- фильтры или демпфирующие сопротивления, и

- наличие ограничителя перенапряжения.

Двумя основными путями предотвращения появления феррорезонанса являются:

- проанализировать и выявить коммутирующие операции, которые создают риск без возможности его смягчения, и

- разработать проектные решения по демпфированию нелинейных откликов, чтобы минимизировать время существования перенапряжения в соответствии с принципом координации изоляции.

А.5 Концептуальные критерии проектирования для атомных станций

А.5.1 Общие положения

Концептуальные критерии проектирования для атомных станций описывают специальные аспекты, которые следует учесть в проекте.

Конструкции, системы и компоненты (SSC), которые важны для обеспечения безопасности, подразделяют SSC безопасности и SSC, связанные с безопасностью. SSC безопасности - те, которые должны обеспечить контроль реактивности, отвод тепла от активной зоны реактора и защитной оболочки, защиту от воздействия радиации, а также контроль плановых радиоактивных выбросов, ограничение аварийных выбросов радиоактивных материалов или ограничение последствий нарушений нормальной эксплуатации (АОО) или проектных аварий (DBA) на NPP. Элементы, связанные с безопасностью, - те, которые не являются частью систем безопасности.

А.5.2 Надежность и готовность, критерий единичного отказа

Электроэнергетические системы, важные для безопасности, должны иметь резервирование в необходимой степени, чтобы удовлетворить требования к надежности.

Чтобы добиться надежности электроэнергетических систем, важных для безопасности, важно проектными решениями защитить их от отказа по общей причине. Важным аспектом этого является соответствие критерию единичного отказа. Конструкция этих систем должна включать избыточные или разнотипные компоненты и системы обеспечения автономности, которая требуется для достижения этих целей. Следует рассмотреть возможность увеличения вероятности нежелательного срабатывания от избыточных и разнотипных систем. Ложная или нежелательная работа одиночного защитного устройства для электроэнергетических систем, важных для безопасности, должна быть предотвращена за счет использования резервирующих схем обнаружения.

Совпадение резервирующих сигналов (логика голосования) или схема отказа в отношении ложных сигналов, которая основана на сравнениях резервирующих сигналов, обычно используется для получения соответствующего баланса надежности и независимости от нежелательной работы.

Критерий единичного отказа применяется в отношении функций безопасности. Электроэнергетические системы являются системами, обеспечивающими безопасность, и, как следствие, избыточность определяется функциями безопасности. Чтобы спроектировать надежную систему электроснабжения допускается применять избыточность и на уровне источников электропитания.

Координация и выбор значений уставок защит способствуют обеспечению готовности электроэнергетических систем.

А.5.3 Отказы по общей причине (CCF) и взаимосвязанные отказы (CMF)

Вероятность отказов по общей причине, которые могут сделать электроэнергетические системы недоступными для выполнения их функций безопасности при требовании, следует учитывать при проектировании, техобслуживании, испытаниях и эксплуатации энергетических систем обеспечения безопасности, а также их вспомогательных систем. Поскольку NPP обычно подсоединена только к одной передающей системе, то одно событие в электросети может оказать влияние на резервирующие части энергосистем обеспечения безопасности и сделать их недоступными для выполнения функций безопасности при требовании.

Принципы разнообразия и независимости (физическое разделение и функциональное разделение) следует использовать для защиты от вероятных отказов по общей причине, возникающих в оборудовании самой системы безопасности, в ходе коммутационных перенапряжений или колебаниях напряжения и/или частоты в подсоединенных системах, или в результате участия человека (например, при эксплуатации и техобслуживании).

Чтобы учитывать риски отказов по общей причине в отношении устройств на основе программного обеспечения для электрических систем, конструкции этих изделий должны отвечать принципам проектирования оборудования контроля и управления, которые приведены в стандартах, таких как МЭК 61513, МЭК 62671, МЭК 60880 и МЭК 62138.

Чтобы исследовать уязвимость от отказов по общей причине могут использоваться тесты, приведенные в МЭК 62340.

А.6 Анализ проектных основ

А.6.1 Общие положения

Анализ проектных основ определяет базовую схему электроэнергетических систем, уровни напряжения и диапазон напряжения. Также следует определить диапазон частоты.

Концептуальные критерии проектирования являются частью специального проектирования. Характеристики площадки и станции могут потребовать дальнейшего анализа, прежде чем они станут частью проектных основ.

А.6.2 Напряжение

А.6.2.1 Длительное напряжение (рабочая зона)

А.6.2.1.1 Общие положения

Стандартные проектные основы в части напряжения показаны на рисунке А.4.

Примечание - Этот рисунок дан только в качестве примера. Уровни напряжения и продолжительность зависят от конкретной станции.

Рисунок А.4 - Стандартные проектные основы в части напряжения

А.6.2.1.2 Системы переменного тока

Номинальное напряжение для электроэнергетических систем следует подбирать на основе МЭК 60038. В отношении напряжения на клеммах подсоединенных нагрузок нужно учитывать падение напряжения в установке.

Примечание - См. МЭК 60364-5-52.

В ходе предварительных исследований потокораспределения в соответствии с положениями настоящего стандарта диапазон питающего напряжения определяется для всех различных источников энергопитания с учетом всех условий на станции. Также определяются падения напряжения в электроэнергетических системах.

Уровень напряжения для резервных источников переменного тока определяется в результате предварительных исследований в переходных условиях последовательности нагружения.

А.6.2.1.3 Системы постоянного тока

Номинальное напряжение систем DC выбирается в МЭК 60038. Напряжение определяется по нагрузкам, на которые будет подаваться электропитание, а также по приемлемому уровню тока разряда, чтобы достигнуть требуемого времени разряда.

Максимальное номинальное питающее напряжение определяется с помощью максимального напряжения заряда с подключенными нагрузками. Минимальное номинальное питающее напряжение представляет собой напряжение аккумуляторных батарей после расчетного разряда. Следует учитывать падение напряжения до потребителя.

Диапазон номинального напряжения влияет на то, что размеры подсоединенных нагрузок будут подбираться под более высокое напряжение, а будут работать при более низком напряжении.

Для систем АС с резервирующими аккумуляторными батареями (инверторами) диапазон номинального напряжения DC, как правило, определяется по спецификации инвертора.

А.6.2.2 Провал напряжения

В ходе предварительного исследования потокораспределения и переходных процессов следует определить провал напряжения для всех (различных) источников электропитания и режимах работы станции, учитывая падение напряжения на электроустановке.

А.6.2.3 Перенапряжение

В ходе предварительного исследования потокораспределения и переходных процессов следует определить перенапряжение для всех (различных) источников электропитания и режимах работы станции, учитывая перенапряжение на электроустановке.

А.6.2.4 Прерывание напряжения

В ходе предварительного исследования потокораспределения и переходных процессов определяются прерывания напряжения. Эти прерывания могут возникать во внутренних электроэнергетических системах (АС и DC), или в электросети.

А.6.2.5 Переходное напряжение

В результате предварительных исследований молниезащиты, а также исследований коммутационных перенапряжений (внутренних и внешних) определяются необходимый уровень изоляции и способность электрооборудования выдерживать перенапряжение.

А.6.3 Выбор параметров резервных источников переменного тока для обеспечения безопасности

Резервные источники питания переменного тока, как правило, имеют ограниченную способность ступенчатого нагружения. В ходе предварительного проектирования оценивают количество нагрузок, которые могут быть добавлены в ходе каждого последовательного шага. Суммарную нагрузку и суммарное время для каждого шага выбирают для того, чтобы напряжение и частота достигли номинальных значений, с приемлемыми граничными значениями времени, перед началом следующей ступени нагружения.

Следует обратить внимание, что внутренняя электроэнергетическая система проектируется так, чтобы частота не уменьшалась в ходе последовательности нагружения и не падала ниже 95 % от номинала, при этом напряжение не уменьшается менее чем до уровня 75 % от номинального. Частота должна быть восстановлена в пределах 2 % от номинального значения в не менее чем 60 % интервала каждой ступени нагрузок для шагового увеличения нагрузки и менее чем 80 % интервала каждой ступени нагрузки при отсоединении единичной самой крупной нагрузки. Напряжение должно быть восстановлено в пределах 10 % от номинального в пределах 6 % каждого интервала последовательных ступеней. Принятые значения частоты и напряжения основаны на анализе конкретной станции (где измеряются консервативные значения напряжения и частоты), чтобы не допустить отключение нагрузки (может использоваться более продолжительный (в %) интервал последовательных ступеней, если он подтверждается анализом. В интервал последовательных ступеней следует включать достаточные допуски по точности и повторяемости таймера последовательных ступеней). В ходе восстановления после переходных процессов, вызванных отключением самой крупной единичной нагрузки, скорость внутреннего источника не должна превышать уставки срабатывания при превышении частоты вращения, или 115 % от номинальной (в зависимости от того, что меньше). Кроме того, переходный процесс, возникающий после полной потери нагрузки, не должен вызывать достижение генератором уставки срабатывания по превышению частоты вращения.

При аварии желательно сохранять резервные источники переменного тока для обеспечения безопасности NPP даже за пределами номинальных параметров по напряжению и частоте, чтобы тем самым сохранить электроснабжение хотя бы на ограниченное время.

А.6.4 Частота

Диапазон частот для непрерывной работы должен основываться на нормальных вариациях частоты электросети и учитывать предполагаемые вариации от резервных источников электропитания переменного тока системы безопасности.

Чтобы обеспечить удовлетворительные проектные решения для атомной станции, электроэнергетическая система должна быть спроектирована, чтобы отвечать конкретным минимальным функциональным критериям. Ограничения включают допустимую вариацию частоты в установившемся режиме на уровне  2 % (стандартная), а в переходном режиме (моментальные) вариации сохраняются на уровне  (5 % - 10 %) (стандартная).

Электросетевой кодекс TSO, как правило, определяет частотный диапазон, скорость изменения и частотный отклик, который должна выдерживать станция при подключении к электросети. Эти требования следует проанализировать на полную совместимость с предварительными условиями по NPP, и они должны быть согласованы с оператором по передаче электричества. Следует обеспечить приоритет ядерной безопасности.

Воздействие минимального/максимального частотного диапазона в установившемся режиме следует учитывать в термогидравлическом анализе по безопасности.

А.6.5 Базы данных и балансы мощности потребителей электроэнергии

А.6.5.1 Системы переменного тока

Данные по электрическим нагрузкам (потребителей) должны быть получены, чтобы вычислить балансы мощности и правильно определить параметры компонентов электроэнергетической системы (трансформаторов, распределительных устройств, кабелей, источников питания и т.п.).

База данных электрических нагрузок будет предварительной на этапе базового проектирования и с получением более точной информации на этапе рабочего проекта. Процесс будет достаточно сложным, т.к. требует взаимодействия с несколькими поставщиками оборудования.

Следует определить номинальную мощность, пусковую мощность и ток, а также мощность нагрузки в установившемся режиме. Мощность будет также зависеть от технологических параметров системы, таких как уровни в емкостях и противодавление. Данные по нагрузке должны содержать все подробности, необходимые для выбора параметров соответствующих источников тока. Необходимые данные будут варьироваться в соответствии с характеристиками нагрузки (небольшие и большие электродвигатели, шкаф контроля и управления, освещение, и т.п.)

Для каждой нагрузки или группы нагрузок важно учитывать ее тип (вращающаяся нагрузка и невращающаяся нагрузка), производительность, коэффициент мощности, расчетный коэффициент неодновременности нагрузки, наличие резервной нагрузки и предполагаемую необходимую мощность в различных режимах работы.

Для больших электродвигателей также важно получить механические данные (кривая крутящего момента, инерция, количество полюсов и т.п.), чтобы ввести эти данные в нужные динамические модели. Ротационное оборудование следует проектировать с максимально допустимыми вращающими моментами, которые достаточны, чтобы обеспечивать запуск при пониженном напряжении в заданном диапазоне, и спроектированы, чтобы позволить работу в нижней зоне рабочего диапазона.

Важно определить универсальные методы определения граничных значений в этом процессе проектирования (например, от механической мощности, необходимой для жидкости, до размера электроснабжения электродвигателя привода насоса). Иначе это может привести к неконтролируемому общему завышению параметров электроэнергетической системы, которое может повлиять на правильное функционирование системы.

Соответствие качественных параметров электроснабжения (в основном ожидаются вариации напряжения и частоты) со спецификациями потребителей следует верифицировать.

Небольшие потребители аналогичных типов (например, электрические задвижки, подсоединенные к одиночному центру управления двигателем) могут быть сгруппированы с целью определения баланса мощности.

А.6.5.2 Системы постоянного тока

Тот же общий подход (как и к системам NPP) применим и к системам DC. Обоснованный коэффициент неодновременности нагрузки может применяться, если может быть продемонстрировано, что все нагрузки DC не получают электропитание одновременно.