Общее описание реактора ВВЭР-440

ВВЭР-440 - водо-водяной энергетический реактор мощностью (электрической) 440 МВт.

Активная зона водо-водяного реактора набрана из 349 тепловыделяющих сборок (ТВС), часть которых используется как рабочие органы системы управления и защиты (СУЗ). Внутри кожуха кассеты смонтированы по треугольной решётке 126 стержневых тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) диаметром 9,1 мм. Сердечник ТВЭЛа (спеченная двуокись урана с обогащением 3,5%), диаметром 7,5 мм заключён в оболочку толщиной 0,6 мм. Материал кожуха кассеты и оболочки ТВЭЛа изготавливают из материала, слабо поглощающего нейтроны – цирконий, легированный ниобий (1%).

Сборки размещают в цилиндрической клетке, которая вместе с ними помещается в корпус реактора. Кольцевое пространство между ним и внешней стенкой клетки, заполненное водой, выполняет роль отражателя. Вода, проходя снизу вверх через зазоры между тепловыделяющими элементами, отражает их. Таким образом, она выполняет роль теплоносителя, замедлителя и отражателя. Корпус реактора рассчитывается на прочность, исходя из давления воды. Горловина корпуса закрывается герметичной крышкой, которая снимается при загрузке и выгрузке тепловыделяющих сборок.

На внутреннюю стенку корпуса подают нейтронное и ᵞ–излечение. От дозы излучения зависят изменение свойств материала корпуса и термические напряжение в корпусе. Поэтому дозу излучения в корпусе снижают водным и стальным экранами, расположенными между активной зоной и корпусом. Толщина водного экрана равно 20 см, стального – 9 см.

Конструкция реактора изображена на рис. 1.

Рис.1. Конструкция реактора ВВЭР-440 [39]

1 - корпус реактора; 2 - активная зона; 3 - блок защитных труб; 4 - крышка реактора; 5 - приводы АРК; 6 - защитная траверса; 7 - защитный колпак; 8 - люк-лаз; 9 - воздуховод рециркуляционной вентсистемы; 10 - теплоизоляция; 11 - биологическая защита; 12 - каналы датчиков нейтронного потока АРК - кассета аварийной защиты, регулирования и компенсации.

Реактор ВВЭР обладает важным свойством саморегулирования: при повышении температуры теплоносителя или мощности реактора происходит самопроизвольное снижение интенсивности цепной реакции в активной зоне, и, в конечном счете, снижение мощности реактора.

В период планово-предупредительных ремонтов энергоблоков производится перегрузка ядерного топлива в реакторе, при которой часть кассет в активной зоне реактора заменяется на свежие кассеты. В зависимости от начального обогащения ядерного топлива кассеты эксплуатируются в реакторе 3-5 лет, после чего отработавшие кассеты выгружаются в бассейны выдержки, где хранятся под слоем воды.

Отработавшее ядерное топливо остается в бассейнах выдержки не менее 3-х лет до спада активности и мощности остаточного тепловыделения до величины, допускающих его транспортирование с территории АЭС на переработку в транспортных упаковочных комплектах в специальных грузовых вагонах.

Технологические характеристики реактора ВВЭР-440 представлены в таблице 1.

Таблица 1. Технологические характеристики реактора ВВЭР-440.

Характеристика	Размерность	Значение
Тепловая мощность	МВт	1370
Число кассет	шт.	349
Число регулирующих органов	шт.	37
Число твэлов в кассете	шт.	126
Диаметр активной зоны	м	2,88
Высота активной зоны	м	2,5
Топливная загрузка	т	42
Обогащение топлива	%	3,5
Давление в первом контуре	кгс/см2	125
Общий расход воды	м3/ч	39*10^3
Число петель	шт.	6
Диаметр патрубков	мм	500

Общее описание парогенератора ПГВ-213

Пар образуется в шести парогенераторах. Парогенератор барабанного типа ПГВ-213 предназначен для выработки сухого насыщенного пара давлением 47 кгс/см² (4,7 МПа) с температурой 260±2°С в составе атомной электростанции с реактором ВВЭР-440.

Конструкция парогенератора ПГ-213 изображена на рис.2.

Рис.2. Конструкция парогенератора ПГ-213 АЭС с ВВЭР-440 [39]

1-корпус ПГ; 2- паропроводы; 3- трубопровод питательной воды; 4-паровое пространство; 5- трубчатка; 6- подводящий патрубок; 7- отводящий патрубок

В корпусе парогенератора 1 находится вода второго контура. Нагрев воды осуществляется трубчаткой 5, через которую прокачивается горячий теплоноситель первого контура, поступающий в патрубок 6 и отводимый через патрубок 7. Образующийся в корпусе пар сепарируется от влаги в паровом пространстве 4 и по паропроводам 2 направляется на турбину. Питательная вода подается по трубопроводу 3.

В схеме АЭС парогенератор является одним из главных элементов, поскольку в нем осуществляется производство рабочего тела - пара. Расход теплоносителя через ПГ определяется следующим условием: на одну петлю реактора - один ПГ. Для реактора типа ВВЭР-440 оптимальное количество петель - шесть. С уменьшением числа петель снижается стоимость реакторной установки, но при этом возрастают внутренние диаметры трубопроводов первого контура, что усложняет их приварку к корпусу реактора. В ПГ предусмотрена непрерывная и периодическая продувки для обеспечения необходимой чистоты пара. Насыщенный пар, образовавшийся в парогенераторах, направляется в цилиндр высокого давления (ЦВД) турбины.

В режимах пуска-останова блока для подпитки ПГ используются аварийные питательные насосы (АПЭН).[39]

Общее описание турбины К-220-44-3

На каждом энергоблоке установлено по две турбины. Паровая конденсационная турбина с нерегулируемыми отборами пара с одним двухступенчатым паровым промперегревом (отборным и свежим паром) типа К-220-44-3 предназначена для непосредственного привода основных генераторов.

Турбина представляет собой одновальный трехцилиндровый агрегат – один однопоточный цилиндр высокого давления ЦВД и два дхухпоточных цилиндра низкого давления ЦНД. Цилиндр высокого давления имеет шесть ступеней давления, цилиндры низкого давления - по пять ступеней давления в каждом потоке. Всего турбина имеет 26 ступеней. Ротор ЦВД цельнокованый, гибкий, критическая частота вращения - 2110 об/мин. Роторы ЦНД сварные, жесткие, критическая частота вращения - 3640 об/мин. Все роторы соединены между собой и с ротором генератора жесткими муфтами. Критическая частота вращения валопровода турбины - 1540 об/мин и 2340 об/мин. Лопаточный аппарат турбины рассчитан и настроен на длительную работу при частоте в сети 49,0-50,5 Гц.

Допускается длительная работа турбины при следующих изменениях параметров пара перед турбиной в любых сочетаниях с соответствующим изменением мощности турбины и удельных расходов тепла:

а) при изменении давления свежего пара от 38 кгс/см2 до 48 кгс/см2 и соответственно температуры в пределах от 248 °С по 259 °С;

б) при изменении температуры перегрева пара на входе в ЦНД в пределах от 234 °С до 247 °С.

При отключении от сети одной турбины блока допускается длительная работа второй турбины с давлением пара перед стопорными клапанами до 50 кгс/см2.

Система парораспределения турбины дроссельная. Парораспредели-тельными органами являются четыре регулирующих клапана, которые управляются одним сервомотором.

Конструкция турбины К-220-44 изображена на рис.3.

Рис.3. Конструкция турбины К-220-44-3 [39]

1-ЦВД; 2-ЦНД 1; 3-ЦНД 2

На турбине установлены:

- регулятор скорости, который автоматически поддерживает частоту вращения. Регулятор скорости снабжен механизмом управления, с помощью которого производится изменение частоты вращения роторов при синхронизации турбогенератора и изменение электрической нагрузки при работе турбогенератора в общую сеть. Механизм управления может приводиться в действие непосредственно у турбины вручную и дистанционно с помощью электродвигателя, управляемого с БЩУ;

- регулятор активной электрической мощности, который при работе турбины в сети поддерживает электрическую активную мощность турбины с точностью ± 0,2 МВт, воздействует на сервомотор;

- регулятор положения регулирующих клапанов, который автоматически поддерживает положение регулирующих клапанов. Включается автоматически при включении выключателя генератора после синхронизации; вместо РМ, при отказе датчиков электрической мощности;

- регулятор давления «до себя», который работает в стерегущем режиме и контролирует изменения давление пара в ГПК, причем при его работе исключается возможность участия энергоблока в первичном регулировании частоты;

- регулятор максимального давления необходимый для исключения опасного повышения давления, воздействием на БРУ-К сбрасывает пар в конденсатор турбины;

- разгонное устройство и ограничитель мощности. Разгонное устройство предназначено для испытания автомата безопасности повышением числа оборотов турбины. Ограничитель мощности служит для ограничения открытия регулирующих клапанов. Действие ограничителя мощности односторонне, т.е. он не препятствует закрытию регулирующих клапанов при повышении частоты вращения или при воздействии на механизм управления регулятором скорости турбины;

- два автомата безопасности кольцевого типа, которые служат для защиты турбины от разгона и срабатывают при повышении частоты вращения до 3330-3360 об/мин. Кольца автомата безопасности воздействуют на золотники автомата безопасности, срабатывание которых вызывает закрытие стопорных и регулирующих клапанов и заслонок промперегрева турбины;

- реле осевого сдвига ротора, которое служит для защиты турбины при осевом сдвиге роторов. Реле осевого сдвига срабатывает при осевом сдвиге роторов в сторону генератора до 1,0 мм и при осевом сдвиге в сторону регулятора скорости до 1,5 мм. Реле осевого сдвига воздействует на электромагниты защитных золотников, срабатывание которых вызывает закрытие стопорных и регулирующих клапанов и заслонок промперегрева турбины;

- регулятор уровня в конденсаторе турбины, который поддерживает уровень в конденсаторе 750±50мм.[39]

Технологические характеристики турбины К-220-44-3 представлены в таблице.

Таблица. Технологические характеристики турбины К-220-44-3.

Характеристика	Размерность	Значение
Частота вращения ротора турбины	об/мин	3000
	Герц	50
Направление вращения ротора		по часовой стрелке
Критическая частота вращения
Ротора ЦВД	об/мин	2110
Ротора ЦНД	об/мин	3640
Валопровода турбоагрегата	об/мин	2340
Тип парораспределения		дроссельное
Структурная формула системы регенерации		5ПНД+Д+3ПВД
Число ступеней в ЦВД	шт.	6
Число ступеней в каждом ЦНД	шт.	2х5
Число регенеративных отборов пара	шт.	8
Длина лопатки последней ступени	мм	1030
Общая масса турбины	т	790
Габариты турбины
Длина	м	23,11
Высота от отметки обслуживания	м	7,21
Ширина	м	8,67
Максимальный расход свежего пара
при давлении 48,4 кгс/см2	т/ч	1487
при давлении 44 кгс/см2	т/ч	1352
Абсолютное давление свежего пара
номинальное	кгс/см2	44
максимальное	кгс/см2	52
Температура свежего пара перед СК	Со	254,9
Степень сухости свежего пара
номинальная		0,995
минимальная		0,99
Температура пара после промперегрева	Со	240
Температура питательной воды	Со	223
Расход пара на ХХ	т/ч	70
Расчетная температура охлаждающей воды	Со	5

Общее описание электрогенератора ТВВ-220-2А

Завершение сложного технологического процесса преобразования тепловой энергии в электрическую осуществляется с помощью электрогенераторов типа ТВВ-220-2А. На каждом энергоблоке установлено по два электрогенератора такого типа, мощность каждого из которых составляет 220 МВт.

Как источники электроэнергии, электрогенераторы являются одними из основных компонентов главной схемы электрических соединений энергоблока, в состав которого они входят.

По конструктивному исполнению турбогенератор типа ТВВ-220-2А водородно-водяным охлаждением относится к неявнополюсным электрическим машинам с горизонтальным расположением основных частей: неподвижной - статора и подвижной - ротора. Число полюсов обмотки ротора равно двум. Принцип преобразования механической энергии в электрическую - индуктивный. Угловые скорости вращения ротора и магнитного поля статора синхронны. Род вырабатываемого тока - переменный трехфазный.

Основная часть вырабатываемой генераторами электроэнергии напряжением 15,75 кВ преобразуется с помощью повышающих трансформаторов мощностью по 250 МВА каждый в электроэнергию напряжением 330 кВ и по внутристанционной ЛЭП-330 кВ поступает в ОРУ-330 кВ (открытое распределительное устройство).

Через ОРУ-330 кВ, выполненное с двумя рабочими системами сборных шин по схеме 3/2 (на три выключателя - два присоединения), осуществляется параллельная работа всех установленных на АЭС турбогенераторов и выдача вырабатываемой ими электроэнергии в ЛЭП-330 кВ ²Колэнерго² для дальнейшей транспортировки, преобразования и распределения ее между внешними потребителями.

Связь с энергосистемой осуществляется по следующим основным линиям электропередач (ЛЭП):

Л396 — КолАЭС — Княжегубская ГЭС-11 – 330 кВ;

Л397, Л398 — КолАЭС — ПС 11 (г. Мончегорск) – 330 кВ;

Л404 — КолАЭС — ПС 204 «Титан» (г. Апатиты) – 330 кВ;

Л148 — КолАЭС — Каскад Нивских ГЭС (НИВА-1,-2,-3) – 110 кВ;

Л55 — КолАЭС — электрокотельная г. Полярные Зори – 110 кВ.[39]

Технологические характеристики турбогенератора ТВВ-220-2А представлены в таблице

Таблица. Технологические характеристики турбогенератора ТВВ-220-2А.

Технические характеристики	Размерность	значение
Тип генератора	ТВВ-220-2А, ТВВ-220-2УЗ
Мощность полная	кВт	259 000
Мощность активная	кВт	220 000
Напряжение	В	15 750
Коэффициент мощности		0,85
КПД	%	98,6
Частота	Гц	50
Скорость вращения	об/мин	3 000
Маховой момент	тм2	21,1
Критические скорости	об/мин	1370/3400
Ток статора	А	9 490
Соединение фаз обмотки статора	Двойная звезда
Ток ротора	А	2 750
Напряжение ротора	В	325