Автоматика АЭС (атомной электростанции, общие принципы)
АСУ ТП АЭС гражданского назначения (ВВЭР, РБМК-наследие): управление реактором (борное регулирование, стержни СУЗ), парогенераторами, турбиной. Многократное резервирование защит по категориям безопасности. Строгое разделение контуров управления и безопасности.
Автоматика АЭС — одна из самых регламентированных областей промышленной автоматизации. Общий принцип: все системы делятся на классы безопасности (1-4 в российской номенклатуре, A/B/C по МАГАТЭ), и чем выше класс, тем жёстче требования к резервированию, квалификации оборудования и верификации программного обеспечения. Это касается только гражданской части; специальные применения в данном материале не рассматриваются.
Нормальная эксплуатация реактора типа ВВЭР управляется двумя взаимодействующими системами. СУЗ (система управления и защиты) работает со стержнями-поглотителями, вводимыми в активную зону — быстрое регулирование мощности в диапазоне 0-100%. Борное регулирование меняет концентрацию борной кислоты в теплоносителе первого контура — медленное регулирование, компенсирующее выгорание топлива по кампании. АРМ оператора блочного пункта управления (БПУ) собирает данные с тысяч точек и позволяет управлять штатными режимами (пуск, подъём мощности, останов).
Система аварийной защиты физически и логически отделена от системы нормального управления. Она построена на принципе «2 из 3» или «2 из 4»: несколько независимых каналов измеряют один параметр (давление в контуре, уровень в парогенераторе, нейтронный поток), и действие происходит только при совпадении условий в большинстве каналов. Это исключает ложные срабатывания при единичном отказе датчика и одновременно обеспечивает действие при реальной аварии даже при отказе одного канала. При срабатывании АЗ все 60-120 стержней СУЗ падают в активную зону за 1,5-4 секунды, реактор глушится.
На гражданских объектах последних лет (ВВЭР-1200, ВВЭР-ТОИ) верхний уровень реализован на программно-технических комплексах ТПТС-ЕМ (Siemens Teleperm на отечественной сборке), ТПТС-НТ, также на разработках НИИЯФ, ВНИИА. Нижний уровень защит — специализированные контроллеры с троированной архитектурой, сертифицированные по МЭК 61513 и ГОСТ Р МЭК 60880. Внешняя часть АЭС — выдача мощности в сеть через ОРУ 500 кВ, здесь работает обычная РЗА энергосистем и SCADA диспетчерского уровня.
Частые вопросы
Чем автоматика АЭС отличается от ТЭС?
Три главных отличия: жёсткое разделение систем нормальной эксплуатации и систем безопасности, многократное физическое резервирование защит по мажоритарной схеме, полная верификация ПО по МЭК 61513 с независимой экспертизой. Квалификация оборудования — на сейсмику, радиацию, тепловые нагрузки аварий. Стоимость АСУ ТП АЭС в разы выше, чем сравнимой по мощности ТЭС.Можно ли применять обычные ПЛК (Siemens S7, ОВЕН) на АЭС?
Только в системах 4 класса безопасности (вспомогательные, непосредственно не влияющие на безопасность). Для 1-3 классов нужны специализированные сертифицированные платформы с троированной архитектурой: ТПТС-ЕМ, ТПТС-НТ, французский Framatome Teleperm XS, российские разработки НИИЯФ. Применение обычных ПЛК в системах безопасности запрещено Ростехнадзором.
Источники
- IEC 61513 — Nuclear power plants. I&C systems important to safety — IEC
- НП-001-15 — Общие положения обеспечения безопасности атомных станций — Ростехнадзор