Сухой трансформатор класса 1Е для атомных электростанций

I. Что такое сухой трансформатор класса 1Е?

Во-первых, важно понять основную концепцию «Класса 1Е».

• Класс 1E: Это классификация безопасности, полученная на основе стандартов проектирования атомных электростанций (например, IEEE Std 323 в США или GB/T 12727 в Китае). Это относится к электрическому оборудованию и системам, необходимым для выполнения ключевых функций безопасности, таких как аварийная остановка реактора, изоляция защитной оболочки, охлаждение активной зоны реактора и предотвращение выброса радиоактивных материалов..

• Трансформатор сухого типа: Трансформатор, обмотки которого не погружены в изолирующее масло, а защищены твердыми изолирующими материалами (например, эпоксидной смолой).

Таким образом, сухой трансформатор класса 1E определяется как: Трансформатор сухого типа, специально предназначенный для подачи электроэнергии в системы класса безопасности (1E) атомной электростанции. Он должен быть способен надежно и непрерывно работать в нормальных условиях, в условиях аварии (например, землетрясение, LOCA – авария с потерей охлаждающей жидкости) и послеаварийных условиях в течение определенного периода времени.

Проще говоря, это один из «жизненно важных источников энергии» для систем безопасности атомной электростанции.

II. Почему атомные электростанции должны использовать трансформаторы класса 1Е?

Безопасность атомной электростанции является наивысшим приоритетом. Роль трансформаторов класса 1E заключается в обеспечении стабильного и надежного питания критически важного оборудования безопасности в самых экстремальных условиях, в том числе:

• Системы распределения, связанные с безопасностью

• Распределительное устройство аварийных дизель-генераторов

• Системы управления и защиты реактора

• Двигатели для насосов системы аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ)

• Системы послеаварийного мониторинга

• Системы вентиляции и изоляции защитной оболочки

Потеря мощности этих систем может привести к катастрофическим последствиям. Таким образом, трансформаторы класса 1Е являются важнейшим элементом стратегии глубокоэшелонированной защиты АЭС.

III. Основные требования и ключевые технологии для сухих трансформаторов класса 1E

Трансформаторы класса 1Е сильно отличаются от стандартных промышленных или коммерческих трансформаторов сухого типа. Их основные требования проявляются в следующих областях:

1. Максимальная надежность и экологическая квалификация (оборудование K1, K2, K3)

Атомные электростанции относят оборудование к классу 1Е в зависимости от суровости условий окружающей среды, которым оно должно противостоять. Трансформаторы делятся на соответствующие категории:

• Категория K1: Устанавливается внутри защитной оболочки. Должно выдерживать нормальные условия, землетрясения (OBE/SSE), а также высокую температуру, высокое давление, высокую влажность и распыление химикатов в результате аварии с потерей охлаждающей жидкости (LOCA) и должно оставаться работоспособным после аварии. Это самая строгая категория.

• Категория K2: Устанавливается внутри защитной оболочки, но требуется выдерживать только нормальные условия и землетрясения , за исключением среды LOCA.

• Категория K3: Устанавливается вне защитной оболочки, но является частью системы обеспечения безопасности, необходимой для выдерживания нормальных условий и землетрясений..

Соответствующие ключевые технологии:

• Специальная система изоляции: используются высококачественные, огнестойкие, влагостойкие и радиационно-стойкие изоляционные материалы (например, эпоксидная смола высшего качества). Передовые процессы литья/пропитки (например, технология тонкой изоляции, пропитка под вакуумом под давлением) используются для обеспечения плотной изоляционной структуры без пустот и с чрезвычайно низким уровнем частичных разрядов.

• Превосходная огнестойкость (класс F1): материалы самозатухающие и не поддерживают горение даже при воздействии открытого огня, что предотвращает распространение огня.

• Надежная механическая прочность. Вся конструкция трансформатора (включая обмотки, рамы и т. д.) должна выдерживать землетрясение при безопасном останове (SSE) без повреждений, обеспечивая функциональную целостность. Это должно быть подтверждено посредством точного анализа методом конечных элементов (FEA) и строгих сейсмических квалификационных испытаний.

2. Строгая гарантия качества и сертификация.

• Программа обеспечения качества ядерной продукции. Весь жизненный цикл — от проектирования, закупки материалов, производства, испытаний и доставки — должен соответствовать программе обеспечения качества ядерной продукции (обычно на основе HAF 003 или 10 CFR 50, Приложение B), обеспечивая полный контроль процесса и отслеживаемость.

• Квалификация и сертификация: Трансформатор должен пройти типовые испытания и сейсмические квалификационные испытания, проводимые агентством, признанным национальным органом регулирования ядерной безопасности (например, NNSA в Китае), чтобы продемонстрировать соответствие стандартам класса 1E. Это ее «лицензия» на выход на рынок.

3. Проектирование и тестирование конкретных характеристик

• Устойчивость к радиационному старению: особенно для трансформаторов категории К1 необходимо оценить изоляционные материалы и конструктивные компоненты, чтобы гарантировать отсутствие значительного ухудшения характеристик при ожидаемой дозе радиации в течение срока их службы.

• Строгие плановые и типовые испытания. Помимо стандартных испытаний (соотношение, сопротивление, потеря холостого хода/нагрузки, диэлектрические свойства, уровень звука и т. д.), обязательными являются специальные испытания , такие как:

• Измерение частичных разрядов: Требования исключительно строгие, обычно требуется уровень ниже 5–10 пКл, чтобы обеспечить долговременную надежность изоляции.

• Испытания импульсным напряжением (молниевой и коммутационный импульс).

IV. Трансформатор сухого типа класса 1E в сравнении со стандартным трансформатором сухого типа

Краткое содержание

Сухой трансформатор класса 1Е для атомных электростанций — это не просто модернизированная версия стандартного трансформатора. Это специализированное устройство, сочетающее в себе высочайший уровень изоляционных технологий, сейсмостойкости, устойчивости к окружающей среде и систем обеспечения качества. Его ценность заключается не только в преобразовании энергии, но и в обеспечении максимальной гарантии резервного питания для последних барьеров безопасности атомной электростанции.