МОДЕРНIЗАЦIЯ ЕЛЕКТРОТЕХНIЧНОГО ОБЛАДНАННЯ АЕС

Источник публикации: 
Енергоатом 2, 2017
Дата публикации: 
12.2017

МОДЕРНIЗАЦIЯ

ЕЛЕКТРОТЕХНIЧНОГО ОБЛАДНАННЯ АЕС

ВIД ПIДВИЩЕННЯ БЕЗПЕКИ ДО ОБ’ЄДНАННЯ З ENTSO-E

Безпечна експлуатація усього комплексу обладнання АЕС, генерація електроенергії та її подальша видача у мережу неможливі  без надійної роботи електротехнічного устаткування атомних електростанцій. Саме тому створення умов для безперебійного функціонування   цього   обладнання    — одне з пріоритетних завдань у рамках реалізації єдиної технічної політики НАЕК

«Енергоатом». У даний час основна частина електротехнічного обладнання, введеного в дію

 

Михайло Маршевський,

заступник головного інженера ЮУАЕС з електрообладнання, систем контролю та керування

 

при спорудженні енергоблоків та відкритих розподільчих пристроїв (ВРП), відпрацювала свій проектний термін експлуатації.  Заходи щодо його модернізації входять до Галузевої програми заміни електротехнічного обладнання АЕС України, і, що більш важливо, включені до Комплексної (зведеної) програми підвищення безпеки енергоблоків атомних електростанцій. Від успішної реалізації планів з модернізації та заміни електротехнічного обладнання АЕС залежить виконання цілого комплексузавдань, якістоятьперед Компанією.

Тихохідні та швидкохідні

Турбогенератори — найбільш складний елемент електричної частини будь- якої станції. Надійність їхньої роботи визначає надійність функціонування енергоблоку в цілому.

На   АЕС   України   з    реакторами типу ВВЕР-1000 були використані найпотужніші генератори серії ТВВ- 1000 (СРСР, ленінградський завод «Електросила»). У 1980 році на енергоб- лоці №1 ЮУАЕС було встановлено пер- ший турбогенератор типу ТВВ-1000- 4У3 потужністю 1000 МВт. Аналогічні турбогенератори працюють також на енергоблоках №1-6 ЗАЕС і на другому енергоблоці ЮУАЕС. На інших атом- них станціях України — Хмельницькій та Рівненській АЕС, а також на енерго- блоці №3 Южно-Української електро- станції — встановлені турбогенератори типу ТВВ-1000-2У3.

Однією з основних конструктивних відмінностей цих двох типів турбогенераторів є кількість полюсів, що у підсумку призводить до різних частот обертання. Так, турбогенератор ТВВ-1000-4У3 має 4 полюси, і, відпо- відно, частоту обертання 1500 оборотів на хвилину. У турбогенератора типу ТВВ-1000-2У3 - два полюси, а частота обертання - 3000 обертів на хвилину. Фахівці півторатисячники називають тихохідними, а трьохтисячники — швидкохідними.

З урахуванням термінів введення тур- богенераторів в експлуатацію на АЕС України, однією з найголовніших про- блем для них є тривалий термін експлу- атації — понад 25 років.

Крім цього, турбогенератори ТВВ-1000- 2У3 мали проблему, пов’язану з вібра- цією лобової частини генератора. У швидкохідних генераторів спостеріга- лась підвищена вібрація вивідних шин і елементів лобових частин. Її частота була близькою до електромагнітної, що призводило до виникнення резонан- су. Наслідком чого ставало утворення тріщин у вивідних шинах і елементах охолодження обмотки статора. Через  ці недоліки за період з 1989 по 2007 рр. тільки на ЮУАЕС відбулося 19 відклю- чень енергоблоку № 3 від мережі.

Керівництво Компанії чітко розуміло, що невирішення таких проблем в ко- роткостроковій перспективі призведе до відмов турбогенераторів, тривалих простоїв енергоблоків, і, як наслідок, - до недовиробітку електроенергії.

Вирішення проблеми щодо продов- ження терміну експлуатації турбогене- раторів мало два шляхи: повна заміна турбогенератора на новий з аналогіч- ними характеристиками та капітальний ремонт статора і ротора з повною замі- ною їх обмоток.

З огляду на те, що повна заміна турбогенератора є більш фінансово витратною, було прийняте рішення йти іншим шляхом.

 

У пошуках оптимального рішення

У 2002 році був виконаний перший ка- пітальний ремонт із заміною обмотки статора на турбогенераторі енерго- блоку №1 (ТГ-1) Южно-Української АЕС. Тоді до роботи залучали виробника турбогенераторів — завод

«Електросила»,  що  входить  до  складу «Силові машини» (РФ).

А вже у 2006 р., був виконаний другий капітальний ремонт турбогенератора ТВВ-1000-4У3 - на енергоблоці №2 ЮУ- АЕС, - також із залученням матеріалів  і фахівців «Електросили».

Статори ремонтувалися на майданчику атомної станції. Але несподівано з’ясувалось, що росіяни не готові ремонтувати ротори турбогенераторів безпосередньо на АЕС і пропонують транспортувати їх на завод у Санкт- Петербург. Тоді українською стороною така пропозиція була визнана неприйнятною з економічної точки зору. Зараз з позицій нових політичних реалій можна казати, що це було вкрай важливе стратегічне рішення.

Зпитаннямпроможливістьпроведення ремонту на майданчику атомної станції керівництво Енергоатома звернулося до французької компанії «ALSTOM», співпрацю з  якою  було  налагоджено  в рамках модернізації швидкохідних турбогенераторів типу ТВВ-1000-2У3. Фахівці «ALSTOM» погодились вико- нати капітальні ремонти з елементами модернізації роторів турбогенераторів на майданчику АЕС.

У 2006 році фахівці «ALSTOM» виконали  перший   капітальний ремонт ротора турбогенератора типу ТВВ-1000-4У3 ТГ-1 на енергоблоці №1 ЮУАЕС.

Сьогодні, з огляду на досвід експлуатації турбогенераторів цього типу після капітальних ремонтів, можна з упевненістю  сказати,  що  Компанія має необхідні технічні рішення для продовження термінів експлуатації турбогенераторів ТВВ-1000-4У3.

Нині  виконується  ремонт   ротора ТГ-2 на ЮУАЕС  із  заміною  обмотки  за технологією «ALSTOM», який планується     закінчити     в     2017 році, з подальшою установкою відремонтованого ротора  на турбогенератор енергоблоку №2 ЮУАЕС у 2018 році.

Після закінчення цих робіт, питання щодо продовження термінів експлуа- тації турбогенераторів типу ТВВ-1000- 4У3 на ЮУАЕС буде повністю закрито, а Компанія зможе зосередитись на усу- ненні аналогічної проблеми на ЗАЕС (експлуатує шість турбогенераторів та- кого ж типу).

До вирішення другої проблеми, пов’я- заної з вібрацією шин швидкохідних генераторів, також було запропоновано долучитись  «Електросилі» та «ALSTOM». Звернення  відразу  до  двох компаній керівництвом НАЕК було зроблено з метою визначення оптимального  технічного рішення.

«Електросила» усунула проблему вібрації на турбогенераторі ТВВ- 1000-2У3 енергоблоку №3 ЮУАЕС, «ALSTOM» — на турбогенераторі енергоблоку №2 ХАЕС (під час його введення в експлуатацію).

У ході виконання запропонованих заходів з’ясувалося, що технічні рі- шення, рекомендовані представниками «Електросили», неефективні. Турбо- генератор ТГ-3 ЮУАЕС після ремонту неодноразово виходив з ладу. Що сто- сується  пропозицій  «ALSTOM»,  то заходи й технічні рішення цієї  компа-  нії показали високу ефективність та повністю дозволили усунути проблему вібрації.

За підсумками виконаних модернізацій на Южно-Українській і Хмельницькій АЕС у 2008 році, на підставі рекомен- дацій Науково-технічної ради Мін- паливенерго України від 26  червня 2006 року було прийнято рішення усі турбогенератори типу ТВВ-1000-2У3  на українських АЕС модернізувати за технологією компанії «ALSTOM».

Враховуючи те, що в ході модернізації статора генератора виконується заміна обмотки, з вирішенням проблеми ві- брації турбогенератора також вирішу- ється й перша проблема — продовжен- ня терміну його експлуатації.

У  2008  році  компанією  «ALSTOM»  на   турбогенераторі   ТГ-3   ЮУАЕС  був виконаний комплекс робіт з модернізації статора турбогенератора, а також капітальний ремонт ротора з заміною обмотки, що забезпечило в по- дальшому його надійну роботу.

Робота в системі

Говорячи про надійну роботу турбогенератора, окрему увагу слід приділити устаткуванню, яке впливає як на надійність роботи енергоблоку, так і на стійкість енергосистеми, в складі якої працює турбогенератор - системи збудження. Ці системи повинні забезпечувати правильну роботу синхронних машин, як в нормальному режимі, так і при виникненні аварій, зокрема, коротких замикань, в електроенергетичних системах. Одне з основних завдань, що виконує система збудження, полягає в забезпеченні статичної та динамічної стійкості турбогенератора під час паралельної роботи з енергосистемою.

Зараз на енергоблоках ЮУАЕС експлу- атуються безщіткові діодні системи збудження типів СБД-470-7000-2УХЛ4 (енергоблоки №1, 2) і СБД-430-7800- 2УХЛ4 (енергоблок №3). СБД - це склад- не електротехнічне обладнання з кіль- кох підсистем: безщіткового діодного збудника (БЗД), трансформатора збу- дження і статичної частини системи збудження (щити СЗ).

Одним з пріоритетних галузевих завдань щодо підвищення надійності експлуатації енергоблоків АЕС, і зокрема, СБД, є вирішення проблем експлуатації безщіткових діодних збудників. Недоліками останніх є системи охолодження, відсутність альтернативи для заміни знятих з виробництва силових запобіжників типу ПП70 і ПП71М, а також окремі конструктивні вади. Такі проблеми можливо вирішити лише заміною збудників на нові, виробництва провідних західних компаній.

Технічна політика Енергоатома передбачає заміну систем збудження турбогенераторів атомних енергоблоків України. Так, у 2011 році, вперше серед вітчизняних АЕС, на енергоблоці №1 Южно-Української атомної станції вве- дено в експлуатацію двоканальний щит

 

системи збудження з мікропроцесорни- ми автоматичними регуляторами.

У 2014-2015 роках на енергоблоках

№1, 2 ЗАЕС виконано реконструкцію щита СЗ турбогенераторів. У 2014 р. на енергоблоці №2 РАЕС замінена система збудження турбогенератора №4.

В умовах дефіциту фінансування для реконструкції        електротехнічного обладнання Компанія прийняла дуже важливе рішення про включення пункту «заміна щитів систем збудження» до Комплексної (зведеної) програми підвищення безпеки енергоблоків атомних електростанцій України (КЗПБ). Безпрецедентність да- ного рішення полягає в тому, що КЗПБ спрямована виключно на підвищення безпеки АЕС шляхом модернізації обладнання та систем, важливих для безпеки, до переліку яких система збудження не відноситься. Такий підхід в майбутньому дозволить вирішити ряд пріоритетних завдань в галузі електроенергетики  України.  У   пер- шу чергу, мова йде про приєднання об,єднаної    енергосистеми    України до європейської системи ENTSO-E, первинне регулювання частоти та активної потужності при паралельній роботі в складі ОЕС України та реалізацію програми підвищення встановленої потужності енергоблоків АЕС.

Захистити трансформатори

На   майданчиках українських АЕС встановлені маслонаповнені трансформатори різної потужності, типів та класів напруги.  В  основно-  му всі вони відпрацювали 30 й більше років. У рамках продовження ресурсу здійснюється поетапна заміна високо-вольтних вводів, реконструкція шунтів всередині баків трансформаторів, замі- на пристроїв регулювання напруги під навантаженням.

Для повномасштабного контролю ста- ну силових трансформаторів розпочато їх оснащення установками автоматич- ного контролю параметрів. Перша така система в 2014-2015 рр. була встановлена на трансформаторах вузла видачі потужності енергоблоку №1  ЮУАЕС. Це  дозволило  здійснювати  контроль  та реєстрацію поточних і граничних значень температури масла, робочих струмів і напруг, а також реєструвати інформацію про передаварійні, аварійні події та про інші параметри. Завдяки цьому з’явилась можливість оптимізації режимів роботи трансформаторів, що дозволило підвищити надійність їхньої роботи.

Черговим кроком для забезпечення схоронності    маслонаповнених трансформаторів при внутрішніх пошкодженнях, в першу чергу для запобігання вибухів і пожеж, стало застосування системи TRANSFORMER PROTECTOR   фірми   SERGI.   Впер-  ше така система була встановлена на автотрансформаторі 1АТ 330/150 кВ ЮУАЕС у 2016 році.

TRANSFORMER PROTECTOR — пасивна механічна система, що вмикається при досягненні певного внутрішнього тиску в баку трансформатора у разі короткого замикання. Дозволяє скинути тиск у баках за кілька мілісекунд та запобігти контакту повітря (кисню) з вибухонебезпечними газами.

Однією з проблем мережі 750 кВ енергосистеми України та атомних електростанцій є низька надійність роботи шунтуючих реакторів типу РОДЦ-110000/750. Вони мають підвищену вібрацію і невдале технічне рішення в частині розміщення високовольтного введення. Обстеження реакторів, виконане фахівцями «ЗТЗ- Сервіс», довело необхідність заміни реакторів в найближчі роки.

У 2013 році, в рамках продовження ресурсу експлуатації енергоблоку №1 ЮУАЕС, було замінено морально застарілі пристрої  релейного  захисту та автоматики (РЗА) блоку генератор- трансформатор. Нові пристрої захисту ТГ-1, блочного трансформатора 1GB00, трансформаторів власних потреб 24/6 1ВТ01 і 1ВТ02, виконані набазі мікропро- цесорних комплексів РЗА виробництва відомих фірм «АББ» і «Сіменс». Вони відповідають усім сучасним  вимогам до захисту. Застосування сучасних контрольних кабельних зв’язків для вторинної комутації пристроїв РЗА, броні з  метою  забезпечення  захисту  їх оболонки від зовнішніх впливів, екранованих кабелів у сукупності дозволило істотно підвищити надійність роботи зазначених пристроїв РЗА та їх завадозахищеність.

Розподільчі пристрої та електродвигуни енергоблоків

Ще один вид електромеханічного обладнання АЕС, що потребує модернізації — розподільчі пристрої енергоблоків АЕС. На енергоблоках України розподільчі пристрої власних потреб 6 кВ та 0,4 кВ були укомплектовані обладнанням розробки 70-х років минулого століття, яке на сьогодні застаріло і не відповідає сучасним вимогам надійності та швидкодії.

Світова практика доводить необхідність застосування в розподільчих пристроях середнього класу напруги вакуумних вимикачів — за рівнем надійності, екологічності, економічності, зручності обслуговування та експлуатації, вони перевершують як застарілі види, так і сучасні елегазові вимикачі.

У рамках продовження ресурсу енергоблоків №1, 2 ЮУАЕС в повному обсязі було виконано заміну старих шаф розподільчих пристроїв 6 кВ на сучасні, із застосуванням вакуумних вимикачів ВР-10 фірми «РЗВА» (м.Рівне) та мік- ропроцесорних модулів релейного за- хисту та автоматики «Діамант» фірми

«НВП-Хартрон» (м.Харків). Аналогіч- на заміна готується на енергоблоці №3 Южно-Української станції.

Застосування вакуумних вимикачів

— світова тенденція, оскільки, вони безпечні та надійні в експлуатації, потребують менше трудовитрат на виконання періодичного технічного обслуговування і ремонт.

Складний технологічний процес роботи атомної електростанції забезпечується, в тому числі, функціонуванням великої кількості електричних двигунів. Енергоблоки в своєму складі мають як   двигуни потужністю менш як 1 кВт, так і надпотужні двигуни            головного циркуляційного насоса потужністю 8 МВт.

Підвищення надійності роботи електродвигунів відбувається у двох на- прямках: ремонт із засто- суванням якісних під- шипників і мастильних матеріалів (з заміною, при необхідності, обмотки ста- тора) та поетапна заміна електродвигунів на двигуни нового покоління. Безумов- но, пріоритетною є заміна двигунів аварійних насосів і вентиля- ції гермооб’єму реактору. З огляду на те, що ресурс роботи електродвигунів і енергоблоку в цілому збігаються, заміна таких двигунів поєднана з етапом про- довження термінів експлуатації блоків.

Між АЕС та ОЕС

Відкриті розподільні пристрої (ВРП) електростанцій, це ланка, що поєднує енергоблоки АЕС з об’єднаною енерго- системою (ОЕС) України (ВРП-150, 330, 750 кВ — елементи транзиту передачі потужності в складі енергосистеми). Відповідно, надійність роботи облад- нання ВРП впливає як на надійність роботи енергоблоків, так і на стійкість енергосистеми України.

У даний час електрообладнання ВРП  як високовольтне, так і пристрої ре- лейного захисту та автоматики фізич- но й морально застаріло, термін його експлуатації завершено і, відповідно, воно вимагає заміни. Але ставлення до цього обладнання завжди було обумов- лене його важливістю для забезпечення надійної видачи електроенергії з АЕС. Згідно із Галузевою програмою заміни електротехнічного обладнання АЕС України ведеться поетапна заміна об- ладнання ВРП-750, 330, 150 кВ.

За останні роки виконано великий обсяг робіт, але у зв,язку з недостатнім фінансуванням «Галузева програма по заміні електротехнічного обладнання» не реалізується в повному обсязі. На да- ний час вкрай необхідна заміна масло- наповнених вимірювальних трансфор- маторів струму, напруги та розрядників ВРП-330, 750 кВ. Окремо треба відзна- чити необхідність заміни повітряних високовольтних вимикачів ВРП-330, 750 кВ типу ВНВ-330 (750). Даний тип вимикачів морально застарів і має кон- структивні та експлуатаційні недоліки, вимагає значних витрат на капітальні та поточні ремонти. Періодично спостерігаються їх відмови, особливо в зимовий період.

Актуальним питанням для  ВРП-750  кВ є заміна пристроїв РЗА типу ПДЕ- 2000. Дане обладнання вже відпра- цювало  кілька   термінів   експлуатації і має високі показники щодо відмов. Крім того, запчастини для відновлення його працездатності відсутні. Вже розроблена проектно-кошторисна до- кументація по заміні таких пристроїв РЗА на мікропроцесорні захисти ви- робництва АВВ.

Підсумовуючи,  варто  зазначити,   що  у процесі заміни електротехнічного обладнання Компанія робить акцент  на першочерговому заміщені того обладнання, яке бере участь у забезпе- ченні ядерної безпеки енергоблоків, і це цілком виправдано. Однак, Компанії та- кож необхідно вишукати й спрямувати кошти на заміну обладнання, яке бере участь у видачі потужності енергоблоків АЕС. Тільки так ми зможемо забезпе- чити надійну роботу атомних електростанцій і стійке функціонування енер- госистеми України в цілому. В значній мірі від цього буде залежати успішна робота Компанії в умовах нової моделі ринку електроенергії. Надалі надійність роботи ВРП АЕС гратиме стратегічно важливу роль у процесі синхронізації української об’єднаної енергосистеми з європейською мережею ENTSO-E.