Стратегия глубокоэшелонированной защиты и ее роль в обеспечении безопасной эксплуатации АЭС
Глубоко эшелонированная защита (ГЭЗ) является технической основой обеспечения безопасности любых ядерных установок, в том числе энергоблоков АЭС.
Она предусматривает несколько уровней (эшелонов) защиты от любых нарушений НЭ, включая ожидаемые при эксплуатации события и аварии, которые происходят как в результате отказа оборудования или действий человека на станции, так и событий, происходящих за пределами АЭС. Меры защиты, предусматриваемые на разных уровнях ГЭЗ, по своему действию перекрывают друг друга, так что возникающий отказ обязательно будет обнаружен и скомпенсирован или устранен соответствующими средствами.
При правильном выборе и реализации взаимосвязанных мер и средств концепция ГЭЗ гарантирует, что ни один единичный отказ оборудования или ошибка персонала не приведет к ущербу для населения и даже при наложении нескольких маловероятных отказов ущерб будет незначителен.
Целями глубоко эшелонированной защиты являются:
· предупреждение возникновения нарушений НЭ (исходных событий) или, если нарушение возникло, развития его в аварию;
· ограничение последствий аварий, если не удалось их предотвратить
Стратегия глубоко эшелонированной защиты опирается на последовательные уровни защиты и включает ряд физических барьеров на пути выхода радиоактивных веществ или излучений во внешнюю среду.
Радиоактивные вещества образуются, как известно, в топливе в результате реакции деления и в первом контуре в результате активации теплоносителя и продуктов коррозии. На пути распространения осколков деления при их потенциально возможном выходе из топливной композиции в окружающую среду в современных реакторах имеется, как правило, четыре барьера:
1) топливная матрица,
2) оболочка твэла,
3) герметичная граница контура теплоносителя,
4) защитная оболочка (контейнмент).
Если необходимо обеспечить повышенную безопасность блока (например, для атомной станции теплоснабжения, расположенной близко к или в городской черте), число барьеров увеличивают.
Физические барьеры (иногда говорят, барьеры безопасности) расположены последовательно на пути выхода радиоактивных продуктов и обеспечивают их удержание в определенных проектом границах.
Пределы повреждения твэлов. Допустимые пределы повреждения твэлов при нормальной эксплуатации для реакторов типа ВВЭР и РБМК: число твэлов с микродефектами при НЭ не должно превышать 1 %, а с прямым контактом топлива с теплоносителем 0,1 % их общего количества в активной зоне.
Уровни.
Первый уровень включает в себя консервативный подход при проектировании, обеспечение качества, меры по контролю и общую культуру безопасности, профилактические меры по поддержанию работоспособности систем и оборудования энергоблока, целостности барьеров и проверки их в процессе эксплуатации, такие как техническое обслуживание, ремонты, периодические испытания, а также подготовку и повышение квалификации персонала, разработку эксплуатационной документации и т.п.
Второй уровень – это управление режимом энергоблока при нормальной эксплуатации; оно включает в себя ответную реакцию систем автоматики и блокировок, а также персонала на различные исходные события (нарушения НЭ) и индикацию об отклонениях или отказах. Соответственно управление на этом уровне осуществляется системами автоматического регулирования, поддерживающими технологические параметры блока в предусмотренных пределах, и направлено на то, чтобы вернуть установку в нормальный режим, если произошло отклонение. Там, где автоматики не предусмотрено, необходимые операции по управлению производит персонал.
К системам этого уровня относятся также блокировки препятствующие неправильным действиям операторов или осуществляющие автоматическое включение резервного оборудования вспомогательных систем при отказах работающего.
Оперативный персонал при нарушениях НЭ не только контролирует и дублирует действия автоматики, но и производит необходимые переключения или другие действия, предусмотренные регламентом.
Второй уровень защиты, таким образом, предусматривается для предупреждения угрозы и тем самым для обеспечения постоянной целостности первых трех барьеров.
Третий уровень защиты обеспечивается системами и элементами безопасности, которые предусмотрены:
· для предотвращения развития отказов оборудования (в первую очередь основного) и ошибок персонала в проектные аварии, а последних – в запроектные аварии;
· для удержания радиоактивных материалов в установленных границах.
На этом уровне защиты используются устройства и меры, необходимые для компенсации любых отказов систем предыдущего уровня, чтобы предотвратить развитие нарушений НЭ в аварии, а также предупредить серьезные последствия наиболее тяжелых из проектных аварий (значительная течь теплоносителя первого контура). Именно для осуществления этих функций на станции предусматриваются различные системы и элементы безопасности.
Четвертый уровень защиты состоит из мер, включающих управление аварией, если она все же произошла, с целью приведения реактора и всего блока в стабильное контролируемое состояние. Сюда же относятся меры, направленные на сохранение целостности защитной оболочки. То есть в целом этот уровень защиты ориентирован на ограничение тяжести и последствий аварии.
Пятый уровень – это экстренные противоаварийные меры вне площадки АЭС по защите населения в случае, если все же произошел выброс радиоактивных материалов за пределы станции. Они осуществляются с целью ослабления последствий выброса для населения и окружающей среды. Меры могут включать эвакуацию населения.
Таким образом, из пяти перечисленных уровней эшелонированной защиты три первых ориентированы на предотвращение аварий, а последние два – на ослабление их последствий.
13. Принцип «единичного отказа» при проектировании и эксплуатации АЭС.
Согласно ОПБ принцип единичного отказа – это принцип, в соответствии с которым каждая система безопасности (СБ) должна выполнить заданные функции при любом требующем ее работы исходном событии и при независимом от исходного события отказе одного (любого) из активных элементов или одного из пассивных элементов, имеющих механические движущиеся части. Естественно, что рассматривать в каждом случае необходимо элементы, отказ которых в наибольшей степени усугубляет последствия исходного события. Такое требование должно быть выдержано для любого режима нормальной эксплуатации, предусмотренного проектом.
Активная система (элемент) – система (элемент), функционирование которой зависит от нормальной работы другой системы (элемента), например, управляющей СБ, энергоисточника и т.п.
Пассивная система (элемент) – система (элемент), функционирование которой связано только с вызвавшим ее работу событием и не зависит от работы другой активной системы (элемента), например, управляющей системы, энергоисточника и т.п.
Дополнительно должны быть учтены не обнаруживаемые при эксплуатации АС отказы элементов, влияющих на развитие аварии.