Säteilyturvakeskus Perustelumuistio 1 (6) Ohje YVL E.10, Ydinlaitoksen varavoimalähteet (15.8.2014) 1 Soveltamisala Ohjetta YVL E.10 sovelletaan kaikissa elinkaaren vaiheissa ydinlaitosten varavoimalähteiden järjestelmiin, rakenteisiin ja laitteisiin, jotka kuuluvat turvallisuusluokkiin 2 ja 3. Ohjeessa esitetyt vaatimukset koskevat luvanhaltijoita sekä varavoimalähteiksi tarkoitettujen dieselmoottori- ja kaasuturbiinigeneraattorien rakenteiden ja laitteiden valmistajia turvallisuusluokissa 2 ja 3. 2 Vaatimusten perustelut Ohjeen YVL E.10 vaatimusten perustana ovat: Ydinenergia- ja muu lainsäädäntö YVL 5.1 Ydinvoimalaitoksen dieselgeneraattorit ja niiden apujärjestelmät, 23.1.1997 Kokemukset, uhkakuvat ja mahdollisuudet käyviltä ja rakenteilla olevilta ydinvoimalaitoksilta, mm. OL3-varavoimadieselgeneraattorin (EDG) ja niiden tukijärjestelmien kohdistunut tutkinta STUKin visio pitää säteily- ja ydinturvallisuus on Suomessa korkealla tasolla ja näyttää suuntaa alan kansainväliselle kehittämiselle Normaalisti ydinlaitos tuottaa omakäyttö- ja turvallisuusjärjestelmiensä tarvitseman sähkön itse päägeneraattorillaan tai sähkö syötetään ydinlaitokseen ulkoisesta sähköverkosta. Häiriöja onnettomuustilanteita varten on kuitenkin varauduttava siihen, että ydinlaitoksen turvallisuudesta huolehtiville järjestelmille ei kyetä syöttämään sähköä mainituista lähteistä. Näissä tilanteissa sähköenergian jatkuva saatavuus ydinlaitoksella on varmennettava luotettavilla ja kapasiteetiltaan riittävillä varavoimalähteillä. Ohjeessa YVL E.10 annetaan vaatimukset tällaisiksi varavoimalähteiksi tarkoitettujen dieselmoottori- ja kaasuturbiinigeneraattorien (koneikkojen) suunnittelulle, valmistukselle, asennukselle, käyttöönotolle, käytölle, kunnonvalvonnalle ja kunnossapidolle sekä kuvataan valvontamenettelyt, joilla STUK seuraa vaatimusten noudattamista. Varavoimalähteiden muita rakenteita ja laitteita kuin dieselmoottori- ja kaasuturbiinigeneraattoreita koskevissa vaatimuksissa viitataan niitä koskevin YVL-ohjeisiin. Periaatetasolla ohjeen vaatimuksia voidaan perustella kolmella tosiasialla. Ensiksi koneikko on suunniteltava täyttämään sille asetetut toimintakykyvaatimukset niissä olosuhteissa, joissa siltä edellytetään toimintakykyä. Toiseksi koneikko on valmistettava suunnitelmien mukaisesti, mikä vahvistetaan valmistuksenaikaisella laadunvalvonnalla. Kolmanneksi on huolehdittava siitä, että koneikko on aina toimintakykyinen ollessaan käyttövalmiudessa ja säilyttää toimintakykynsä mahdollisessa tarvetilanteessa. Ohjeen rakenne on uusi ja tavoitteena on ollut lisätä ohjeistuksen käytettävyyttä. Ohjeen vaatimukset kuitenkin perustuvat ohjeeseen YVL 5.1 tai muuten noudattavat pitkällä aikavälillä muotoutuneita käytäntöjä, mistä syystä tässä muistiossa perustellaan vain sellaiset vaatimukset, joita on päivitetty tai tarkennettu ohjeeseen YVL 5.1 nähden. Myös ne vaatimukset perustellaan, joista on saatu palautetta eri kommentointikierroksilla. OL3:n EDG-tutkinnassa oli havaittu puutteita erityisesti menettelytavoissa, joilla varmistetaan varavoimalähteessä käytettävien sarjavalmisteisten komponenttien riittävä laatu. Itse koneikko ei ole sarjavalmisteinen, mutta varavoimalähteen muut laitteet kuten venttiilit ja pumput tyypillisesti ovat. Uusissa laiteohjeissa kuvattu periaate on, että sarjavalmisteinen laite edellyttää vastaavat menettelyt kuin tilaustuotekin. STUK tai auktorisoitu tarkastuslaitos käsittelee
Säteilyturvakeskus Perustelumuistio 2 (6) rakennesuunnitelman ja tekee rakennetarkastuksen. Jos laite on tyyppihyväksytty, ilmoitettu laitos on tehnyt vastaavat tarkastukset myöntäessään laitteelle tyyppihyväksynnän. Tyyppihyväksyttyä sarjavalmisteista laitetta STUK tai auktorisoitu tarkastuslaitos ei enää sellaisenaan tarkasta vaan ainoastaan arvioi tyyppihyväksytyn laitteen soveltuvuutta käyttöpaikalleen ilmoitettujen/vahvistettujen suunnitteluparametrien perusteella. 2.1 Vaatimusten perustelut aihealueittain Luku 2 Soveltamisala Ohje koskee turvallisuusluokkien 2 ja 3 varavoimalähdettä ja varavoimalähteellä tarkoitetaan tässä voimalaitosta, joka kehittää sähköä joko dieselmoottorin tai kaasuturbiinin avulla. Ohjeessa esitetään vaatimukset tällaisen voimalaitoksen (varavoimalähde) dieselmoottori- ja kaasuturbiinigeneraattorista (koneikko). Varavoimalähteen järjestelmäsuunnittelua sekä varavoimalähteen muita järjestelmiä rakenteita ja laitteita koskevien vaatimusten osalta ohjeessa viitataan niitä käsitteleviin muihin YVL-ohjeisiin, esim. järjestelmäsuunnittelu YVL B.1, rakennukset YVL E.6 ja putkistot YVL E.3. Luku 4 Valmistaja 404. Luvanhaltijan on haettava koneikon toimituslaajuuteen kuuluvien turvallisuusluokan 2 ja 3 painelaitteiden valmistajalle ja alihankkijoille hyväksyntä ohjeen YVL E.3 mukaisesti silloin, kun painelaitteiden valmistuksessa käytetään erikoisprosesseja. 404. Vaatimusta sovelletaan varavoimalähteen sellaisiin painelaitteisiin, jotka eivät kuulu kiinteästi koneikon rakenteeseen. Esimerkki tällaisesta painelaitteesta on käynnistysilmasäiliö, jonka koneikon valmistaja voi toimittaa. Koneikon valmistaminen ei edellytä ohjeen YVL E.3 mukaista valmistajahyväksyntää. Luku 5 Suunnittelu 517. Varavoimalähteen käynnistyksen ja kuormien kytkennän on oltava mahdollista ulkoisen sähkötehon menetystilanteessa varavoimalähteen korjauksen tai toisen varavoimalähteen asennuksen jälkeen. 517. Ulkoinen sähköverkko voi olla ulkoisen uhan (maanjäristyksen, myrskyn jne.) johdosta käyttökunnoton pidempäänkin. Varavoimalähteen akustovarmennettujen apujärjestelmien akustojen varaamiseen käytettävien tasasuuntaajien sähkönsyöttö otetaan normaalisti sähköverkon ja varavoimalähteen syöttämästä keskuksesta. Akustot purkautuvat, mikäli verkkosyöttö on pitkäaikaisesti menetetty ja varavoimalähdettä ei saada käynnistettyä. Ohjeen YVL B.1 mukaan turvallisuudelle tärkeitä kuormia syöttävät akustot on mitoitettava kahden tunnin purkausajalle. Tämä tarkoittaa sitä, että varavoimalähteen käynnistys ja sähkön kytkeminen kuluttajille ei olisi enää kahden tunnin jälkeen mahdollista ulkoisen sähköverkon menetystilanteessa, vaikka varavoimalähteen toimimattomuuden aiheuttanut vika saataisiin korjattua. Jotta varavoimalähdettä voidaan käyttää pitkäaikaisessa sähkönmenetystilanteessa korjausten jälkeen, on varavoimalähteen toiminnalle oleellisten akustojen purkautumisen oltava estettävissä tai käynnistymisen ja kuormien kytkemisen on oltava akustovarmennetusta sähköstä riippumatonta. 518. Varavoimalähteen on täytettävä suunnitteluvaatimukset, joita esitetään seuraavissa standardeissa ja YVL-ohjeissa KTA 3702 (dieselgeneraattoriyksikkö) [4] API 616 (kaasuturbiinigeneraattoriyksikkö) [5]
Säteilyturvakeskus Perustelumuistio 3 (6) 518. Dieselmoottorigeneraattorissa KTA 3702:ta käytetään viitestandardina, koska se on käytössä havaittu tarkoituksenmukaiseksi. Se on myös ainoa standardi, joka on laadittu ydinvoimalaitosten hätädieselgeneraattoreita varten. Kaasuturbiineille ei ole tiedossa varsinaista ydinteknistä suunnittelustandardia. Kaasuturbiinin viitestandardina käytetään sopivimmaksi todettua API 616:ta, joka määrittelee vähimmäisvaatimukset kaasuturbiineille ja sen varusteille. Vaikka standardi on laadittu petrokemian teollisuuden tarpeisiin, suunnitteluperiaatteet käyvät hyvin ydinlaitosten kaasuturbiineillekin. API 616 ei kuitenkaan käsittele kaasuturbiinin käyttämää generaattoria. Tästä syystä generaattorissa sovelletaan KTA 3702:n vaatimustasoa. 6 Rakennesuunnitelma 605. Rakennesuunnitelmaan on liitettävä perusteluyhteenveto, jossa luvanhaltija esittää oman tarkastuksensa laajuuden, tulokset ja hyväksymiskriteerit. Perusteluyhteenvedossa on rakennesuunnitelman tiedoilla perusteltava, miksi: valmistajalla ja valmistajan alihankkijoilla on valmiudet toimitukseen; venttiilin suunnitteluperusteet vastaavat käyttöpaikan ja -tilanteiden asettamia vaatimuksia; laskelmat, käyttökokemukset ja tyyppitestit osoittavat, että suunnittelun perustana olevat vaatimukset täyttyvät; valmistuksen laatu voidaan kattavasti selvittää rakennemateriaaleille, osille ja venttiilille tehtävillä tarkastuksilla ja testeillä. 605. Vaatimuksella korostetaan sitä. että luvanhaltijan velvollisuus on viime kädessä huolehtia ydinenergian käytön turvallisuudesta. Perusteluyhteenvedolla luvanhaltijalla on tilaisuus osoittaa, että sillä on riittävät resurssit ja asiantuntemus tämän velvollisuuden täyttämiseksi. 608. Rakennesuunnitelmaan on liitettävä koneikon sähkö- ja automaatiolaitteista YVL-ohjeen E.7 mukainen alustava soveltuvuusarvio. 608. Aiempi käytäntö on ollut, että sähkömekaanisten laitteiden sähkö- ja konetekniset suunnitelma-asiakirjat on toimitettu ja tarkastettu erikseen. Nyt laitteen koko suunnitelma-aineisto toimitetaan yhdessä erässä, jolloin tarkastus on paremmin koordinoitavissa, kun rajapintoja ja sähkö-, automaatio- ja koneteknisten komponenttien keskinäistä soveltuvuutta voidaan arvioida samassa yhteydessä. 617. Turvallisuusluokassa 2 dieselmoottorin kampiakselista on esitettävä lujuustarkastelu, jolla osoitetaan osan suunnittelun ja mitoituksen hyväksyttävyys. 618. Turvallisuusluokassa 2 kaasuturbiinin akselista, kompressorin ja turbiinin siivistä on esitettävä lujuustarkastelut, joilla osoitetaan niiden suunnittelun ja mitoituksen hyväksyttävyys. 617 618. Vaatimus perustuu KTA 3702:een. Siellä edellytetään dieselmoottorin kampiakselin suunnittelua ja laskemista luokitusinstituutin (Germanischer Lloyd tai Lloyd s Register of Shipping) vaatimusten mukaisesti. Luokitusinstituutin serfikaatti kelpaisi KTA 3702:ssa asian vahvistamiseksi. Suomessa ei kuitenkaan pelkkä sertifikaatti riitä, koska luokituslaitosten suunnitteluvaatimuksista ei ole tietoa eikä niitä ei ole arvioitu STUKissa, ja vaikka niin olisi, mainitut luokituslaitokset eivät ole auktorisoituja tarkastuslaitoksia, jotka STUK on hyväksynyt tekemään vaatimuksenmukaisuuden arviointia. Ohjeessa on vastaava vaatimus kaasuturbiinille, jonka akseli ja siivistöt ovat tehoa välittäviä koneikon kriittisiä osia analogisesti dieselmoottorin kampiakselin kanssa. Molemmissa tapauksissa lujuustarkastelu voi olla konetek-
Säteilyturvakeskus Perustelumuistio 4 (6) niseen standardiin perustuva mitoituslaskelma, FEM-analyysi tai muu selvitys, jolla ko. osan hyväksyttävyys voidaan vahvistaa. Turvallisuusluokassa 3 koneikon tyyppi- ja tehdastestit katsotaan riittäviksi ko. osien mitoituksen hyväksyttävyyden osoittamiseksi. 621. Kauppalaatua olevista osista on esitettävä näyttö niiden käyttökuntoisuuden säilymisestä suunnitteluperusteisissa käyttötilanteissa. Tämä on tehtävä tuotetiedoilla, mitoituslomakkeilla, käyttökokemuksilla tai muilla selvityksillä, jotka vahvistavat kauppalaatuosan vaatimuksenmukaisuuden. Kauppalaatuosalla tarkoitetaan tasalaatuista osaa (tiiviste, laakeri, pultti tms.), jonka suunnitteluarvot ovat yksiselitteisesti tiedossa. Kun tällaisia osia koneikossa käytetään, niiden vaatimuksenmukaisuus (=kestää rasitukset/säilyttää toimintakykynsä) on uskottavalla tavalla perusteltava. Vaatimus koskee erityisesti koneikon toimintakyvyn kannalta merkityksellisiä osia. 632. Dieselmoottorigeneraattorin osien tarkastus- ja testauslaajuuden on oltava standardin KTA 3702 taulukkojen 5-1 ja 5-3 mukainen [4]. Taulukon 5-1 tarkastuksien ja testien tulokset on vahvistettava [8] seuraavasti: turvallisuusluokan 2 dieselmoottorin kaikki osat 3.1-todistuksilla turvallisuusluokan 3 dieselmoottorin osille todistusvaatimukset taulukon mukaisesti kuitenkin niin, että 2.1-todistusten asemasta vaaditaan 2.2-todistukset (valmistusmenetelmäkohtaiset koetulokset ilmoitettava) 633. Dieselmoottorin generaattorin akselin ja rungon rakennemateriaali on vahvistettava 3.1- todistuksella [8] turvallisuusluokassa 2 ja 2.2-todistuksella [8] turvallisuusluokassa 3. 634. Kaasuturbiinigeneraattorin rakennemateriaalien ja osien tarkastusten ja testien on perustuttava standardin API 616 [5] vaatimuksiin (turbiini) sekä standardin KTA 3702 [4] taulukkoon 5-3 (generaattori). 635. Kaasuturbiinigeneraattorin rakennemateriaalien ja osien tarkastus- ja testilaajuus on suhteutettava osan merkitykseen kaasuturbiinigeneraattorin toimintakyvylle. Akselien, johtosiipien ja pyörivien siipien tarkastukset ja testit on vahvistettava [8] 3.1-todistuksella turvallisuusluokassa 2 ja 2.2-todistuksella turvallisuusluokassa 3. 632 635. Laadunvalvonnan laajuus perustuu standardiin KTA 3702. Siinä määritellään yksityiskohtaisesti dieselmoottorigeneraattorin laadunvalvonta (tarkastukset ja testit). Samaa laajuutta noudatetaan analogisesti kaasuturbiinigeneraattorin laadunvalvonnassa. KTA 3702:ssa määritellään yksityiskohtaisesti dieselmoottorigeneraattorin osien laadunvalvonta (tarkastukset ja testit). Ohje asettaa lisävaatimuksia KTA 3702:n nähden. Todistukset, joilla laadunvalvonnan tulokset vahvistetaan, ovat nyt toimituseräkohtaisia (3.1) turvallisuusluokassa 2 ja valmistusmenetelmäkohtaisia turvallisuusluokassa 3 (2.2). Molemmissa tapauksissa koetulokset ilmoitetaan. Sellaisenaan KTA 3702:ssa usealle koneikon toimintakyvyn kannalta tärkeälle osalle (esim. imu- ja pakoventtiilit) riittää valmistusmenetelmäkohtainen todistus ilman koetuloksia (2.1), mikä käytännössä tarkoittaa sitä, että testaamaton osa voidaan asentaa dieselmoottorigeneraattoriin. Perusteluna lisävaatimukselle on se, että turvallisuusluokan 2 koneikkoon ei saa asentaa yhtään sellaista toimintakyvyn kannalta merkityksellistä osaa, jota ei ole testattu tai jonka sarjasta (toimituserästä) ei ole yhtäkään testattu. Turvallisuusluokan 3 koneikossa valmistusmenetelmäkohtainen todistus katsotaan riittäväksi, mutta koetulokset on silloinkin esitettävä. Kattavammat todistukset ovat myös yksi keino vähentää tuoteväärennösten käytön riskiä. Tiedossa on, että ulkomaisten ydinvoimalaitosten lisäksi Suomessakin on alkanut esiintyä havaintoja väärennöksistä ja vastaavista vilpeistä.
Säteilyturvakeskus Perustelumuistio 5 (6) 639. Jos varavoimalähteen rakenteiden ja laitteiden rakennesuunnitelmia ei toimiteta yhdessä erässä, koneikon rakennesuunnitelmaan on liitettävä yhteenveto siitä, mistä varavoimalähteen muista rakenteista ja laitteista on jo toimitettu tai toimitetaan myöhemmin rakennesuunnitelma tai alustava soveltuvuusarvio STUKille tai auktorisoidulle tarkastuslaitokselle. Kaikki varavoimalähteen rakenteet ja laitteet kattavassa yhteenvedossa on esitettävä vähintään turvallisuusluokka, laitepaikka, valmistaja ja rakennesuunnitelman toimitusajankohta. 639. Varavoimalähde on itsenäinen voimalaitos, johon dieselmoottori/kaasuturbiinigeneraattorin lisäksi kuuluu suuri joukko apujärjestelmiä kuten palamisilma-, polttoaine-, pakokaasu, voiteluaine-, jäähdytysapujärjestelmät. Näissä apujärjestelmissä on rakenteita ja laitteita, jotka eivät tyypillisesti kuulu dieselmoottori/kaasuturbiinigeneraattorivalmistajan toimituslaajuuteen. Vaatimusta perustellaan paremmalla kokonaisuuden hallinnalla ja etupainotteisella valvonnan koordinoinnilla. Kun varavoimalähteen pääkomponentin ts. dieselmoottori- tai kaasuturbiinigeneraattorin rakennesuunnitelma toimitetaan ts. se on käytännössä jo hankittu, pitäisi varavoimalähteen muunkin suunnittelun olla edennyt niin, että tämä vaatimus on helppo täyttää. Luku 7 Tyyppitesti 704. Tyyppitestatun/-testattavan koneikon on vastattava tyypiltään, kokoonpanoltaan, rakenteeltaan, materiaaleiltaan ja muilta suunnitteluratkaisuiltaan hyväksytettävää koneikkoa. 704. Dieselmoottori/kaasuturbiinigeneraattorin suunnitteluratkaisujen on oltava kokeellisesti testattu ts. tyyppitesti tarvitaan aina. Jos tyyppitestiä ei ole aikaisemmin tehty ko. koneikkotyypille, se tehdään toimituksen yhteydessä. Jotta tyyppitestin tulokset eivät olisi tulkinnanvaraisia suunnittelun vaatimuksenmukaisuuden varmistamiseksi, tyyppitestin on oltava tehty tai se on tehtävä vastaavalla koneikolla, jota aiotaan käyttää ydinlaitoksen varavoimalähteenä. Turvallisuusluokassa 2 koneikko katsotaan vastaavaksi, kun testatun/testattavan ja hyväksytettävän koneikon välillä kaikki sellaiset rakenneratkaisut ja osat ovat identtiset, joiden vikaantuminen voi johtaa koneikon toimintakyvyn menetykseen. Vaatimusta voidaan tapauskohtaisesti lieventää turvallisuusluokan 3 koneikoissa, jos väljempään tulkintaan on olemassa hyvä peruste. Luku 9 Rakennetarkastus Korjaukset ja muutokset tehdastesteissä 907. Jos koneikkoa tai sen käyttökuntoisuuden kannalta merkityksellisiä osia korjataan tai muutetaan tai muita kuin kertakäyttöisiä kulutusosia vaihdetaan tehdastestien jälkeen, koneikon vaatimuksenmukaisuus on varmistettava uusimalla tehdastestit. 907. Tehdastestit eivät aina mene suunnitellusti. Testattua laitetta saatetaan korjata tai osia vaihtaa, kun hyväksymiskriteerit eivät ole täyttyneet tai jokin osa rikkoutunut testeissä. Ääritapauksissa on ehdotettu, että vain vaihtamalla hylätyn tuloksen aiheuttavaksi arveltu tai rikkoutunut osa testitulokset olisivat hyväksyttävissä. Tehdastesteissä tärkein tavoite on saada vahvistus valmistuksen laadusta ja jos testit epäonnistuvat, luotettavaa tietoa tavoitteen täyttymisestä ei saada ilman onnistunutta uusintatestiä. Sähkö- ja automaatiolaitteet venttiilin rakennetarkastuksessa 908. Sähkö- ja automaatiolaitteiden lopullisen soveltuvuusarvion on oltava käsitelty YVL-ohjeen E.7 määrittelemällä tavalla ennen koneikon rakennetarkastuksen päättämistä. 908. Koneikon sähkö- ja automaatiolaitteet ovat osa hyväksytettävää kokonaisuutta. Koneikko voidaan lopullisesti hyväksyä eli rakennetarkastus päättää vasta, kun kaikki koneikon osat on
Säteilyturvakeskus Perustelumuistio 6 (6) todettu vaatimuksenmukaiseksi. Jos koneikon SA-laitteiden kelpoistamista ts. lopullista soveltuvuusarviota ei ole käsitelty ajoissa, koneikon rakennetarkastuksen päättäminen siirtyy laitospaikalle. Luku 12 Käyttö, kunnonvalvonta ja kunnossapito 1203. Varavoimalähteen polttoaineessa ei saa tapahtua eikä polttoaine saa aiheuttaa sellaisia kemiallisia, biologisia tai muita mekanismeja, jotka heikentävät koneikon tai muiden varavoimalähteen rakenteiden ja laitteiden toimintakykyä. 1204. Koneikon valmistajan on määriteltävä vaatimukset koneikolle soveltuvien poltto- ja voiteluaineiden koostumukselle ja muille ominaisuuksille. Vaatimuksista poikkeavan poltto- tai voiteluaineen soveltuvuudelle luvanhaltijan on erikseen haettava vahvistus koneikon valmistajalta. 1205. Laitospaikan varastointiolosuhteiden ja ajan vaikutus polttoaineen ominaisuuksiin on tunnettava. Jos varastointiolosuhteet tai aika voi muuttaa polttoainetta, polttoaineesta on määrävälein otettava näytteitä ja testattava sen ominaisuudet. Testit (laajuus, jaksotus) on toteutettava niin, että polttoaineen ominaisuuksien säilymisestä hyväksyttävissä rajoissa voidaan varmistua seuraavaan näytteenottoon asti. 1203 1205. Varavoimakoneikon polttoaineesta ei ole aikaisemmin esitetty vaatimuksia YVLohjeissa. Vaatimuksia noudattamalla varmistetaan, että poltto/voiteluaine soveltuu koneikolle ja että polttoaine säilyy käyttökelpoisena laitospaikalla varastoituna. 3 Ohjeen alaa koskeva kansainvälinen säännöstö KTA 3702 (06/2000), Emergency Power Generating Facilities with Diesel-Generator Units in Nuclear Power Plants. API Standard 616 5th Edition, Gas Turbines for the Petroleum, Chemical and Gas Industry Services. ASME Performance Test Codes 22, Gas turbines. 4 Tepco Fukushima Dai-ichi onnettomuuden vaikutukset Ei vaikutusta ohjeen vaatimuksiin.