close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Обоснование диагностики внутриреакторного контроля ВВЭР на основе анализа достоверности измерений

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
СЕМЕНИХИН АЛЕКСАНДР ВАСИЛЬЕВИЧ
ОБОСНОВАНИЕ ДИАГНОСТИКИ ВНУТРИРЕАКТОРНОГО КОНТРОЛЯ
ВВЭР НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ДОСТОВЕРНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ
Специальность 05.14.03. – Ядерные энергетические установки, включая
проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Нововоронеж  2017
1
Работа выполнена в АО «Атомтехэнерго»
Научный руководитель:
профессор, доктор технических наук,
начальник управления диагностики, сейсмической
безопасности и расчетного анализа
АО «Атомтехэнерго"
Рясный Сергей Иванович
Официальные оппоненты:
профессор, доктор технических наук,
главный специалист Частного учреждения
«Росатома»
«Инновационно-технологический
центр проекта «Прорыв»
Грачев Алексей Фролович
профессор, доктор технических наук,
заведующий
кафедрой
оборудования
и
эксплуатации ядерных энергетических установок
Обнинского ИАТЭ НИЯУ МИФИ
Лескин Сергей Терентьевич
Ведущая
организация:
Всероссийский
научно-исследовательский
институт по эксплуатации атомных электростанций (АО «ВНИИАЭС»)
Защита диссертации состоится ………… г. в .. час. 00 мин. на заседании
диссертационного совета Д418.001.01 в АО ОКБ «ГИДРОПРЕСС» по адресу:
ул. Орджоникидзе, д.21, г. Подольск, Московская обл., 142103.
С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке
АО ОКБ «ГИДРОПРЕСС».
Автореферат разослан «___»____________ 20__ г.
Ученый секретарь
диссертационного совета, к.т.н.
С. Л. Лякишев
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы: В современных системах внутриреакторного контроля (СВРК)
энергоблоков АЭС с ВВЭР помимо информационных функций появились функции по выдаче
сигналов предупредительной и аварийной защиты по внутриреакторным локальным
параметрам: максимальному линейному энерговыделению твэл (Ql) и минимальному запасу
до кризиса теплообмена (DNBR), что повышает значимость требований по контролю
достоверности внутриреакторного контроля для безопасности эксплуатации по сравнению с
более ранними проектами АЭС.
Контроль достоверности исходной информации является одной из важнейших функций
первичной обработки данных в СВРК. Однако реализованная в СВРК функция по проверке
на достоверность входных параметров ограничена по возможностям отбраковки значений, а
используемая также методика «ручных» проверок весьма трудоемка, вследствие чего такая
проверка происходит с довольно редкой периодичностью. Поскольку в период между
регламентными проверками и испытаниями имеется вероятность функционирования
системы с неявными и развивающимися дефектами, которые не выявляются штатными
функциями диагностики, автором предлагается использование системы диагностики
информации СВРК, функционирующей автоматически с целью выявления недостоверных
показаний каналов контроля в режиме реального времени. Для построения такой системы
диагностики информации СВРК необходимо разработать ряд методов автоматических
проверок достоверности показаний, включая методы для определения состояния РУ, в
котором имеется возможность осуществления таких проверок.
Целью диссертационной работы является решение актуальной научно-технической
задачи разработки методики и системы автоматического
контроля
и диагностики
достоверности информации СВРК, направленное на повышение надежности, безопасности
и экономичности эксплуатации АЭС.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать методы автоматических проверок на достоверность каналов контроля
состояния РУ, температурного контроля первого контура, каналов контроля токов датчиков
прямого заряда (ДПЗ), расчета средневзвешенной мощности РУ.
2. Разработать метод автоматического определения состояния РУ, в котором возможно
проводить проверки на достоверность определенных каналов контроля.
3. Разработать метод определения стабильного режима работы РУ, пригодного для
проверок каналов контроля.
4. Разработать программное обеспечение системы диагностики СВРК.
Научная новизна:
1. Предложен метод распознавания состояния РУ, в зависимости от которого
определяются
группы
каналов
контроля,
подлежащие
проверке.
Метод
обладает
устойчивостью к отказам отдельных каналов благодаря использованию мажоритарной
3
логики и резервирования. Определены каналы контроля, необходимые и достаточные для
использования в предложенном методе.
2. Предложен
метод
определения
стабильного
режима
РУ,
пригодного
для
статистической обработки показаний каналов контроля. Сформирована группа параметров,
достаточных для определения стабильности РУ. Предложены константы, используемые для
определения стабильности режима.
3. Разработан методический подход к автоматизации проверок СВРК на основе
разработанного
автором
специального
программного
обеспечения,
включающий
использование предложенного автором набора констант.
4. Предложен алгоритм по определению достоверности показаний канала контроля,
включающий процедуры, в которых используются разработанные методы:
 метод сравнения с режимным значением, в котором учтена зависимость нижнего и
верхнего режимных значений от мощности;
 метод оценки допустимого отклонения показаний в группах параллельных каналов
контроля
с
использованием
медианного
значения.
Показано,
что
величина
погрешности медианного значения, определенного таким методом, существенно
меньше
погрешности
среднего
значения,
что
повышает
надежность
оценки
достоверности канала контроля.
5. Предложен метод проверки каналов контроля энерговыделения с помощью ДПЗ, в
котором учитываются зависимости показаний от обогащения, распределения по высоте и
уровня мощности РУ. Предложено выражение, учитывающее эти зависимости.
6. Предложен метод изменения весов в расчете средневзвешенной мощности РУ на
основании проведения теплового баланса на разных уровнях мощности, с учетом
недостоверности
показаний
отдельных
способов
расчета
тепловой
мощности
на
определенных уровнях мощности.
7. Предложен метод диагностики температурного контроля теплоносителя 1-го контура
на мощности с учетом расслоения теплоносителя по температуре в горячих нитках ГЦТ.
8. Разработано программное обеспечение системы диагностики СВРК в режиме
реального времени, включающее в себя вышеперечисленные методы.
Степень достоверности результатов исследований подтверждается:
1.
Применением
современных
методов
постановки,
проведения
и
обработки
результатов исследования с использованием физических особенностей технологических
процессов, протекающих в РУ, конструкционных особенностей основного оборудования РУ и
используемых средств измерений.
2.
Применением
математических
и
статистических
методов
исследований
с
использованием современной вычислительной техники.
3.
Положительными
результатами
практического
методов.
4
использования
разработанных
Практическая значимость результатов работы:
1. Разработанные методы и алгоритмы для автоматической проверки достоверности
СВРК доведены до конечного готового для применения программного продукта.
2. Создана и реализована на введенном в эксплуатацию блоке №6 Нововоронежской
АЭС система диагностики СВРК в режиме реального времени.
3. При верификации разработанной системы диагностики показана возможность
выявления недостоверных каналов контроля СВРК. Обнаружение и выведение из обработки
на верхнем уровне СВРК недостоверных каналов СВРК позволило исключить ошибки
расчета мощности РУ.
4. Разработанная система диагностики СВРК готова для внедрения ее на других
энергоблоках АЭС с ВВЭР.
Основные положения, выносимые на защиту:
1.
Разработка методики автоматизированной диагностики достоверности СВРК.
2.
Разработка и создание системы диагностики СВРК в режиме реального времени,
включая разработку программного обеспечения и натурное экспериментальное обоснование
системы на действующем энергоблоке.
Личный вклад автора в полученные результаты.
Исследования, представленные в настоящей диссертации, выполнены лично
соискателем в процессе научно-исследовательской и практической деятельности. В работы,
выполненные в соавторстве, автор внес определяющий вклад в части, относящейся к теме
диссертации.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и
обсуждались на 5-й, 6-й, 8-й и 10-й МНТК «Обеспечение безопасности на АЭС с ВВЭР», г.
Подольск, ОКБ «Гидропресс», 2007-2017 гг.; 1-й и 2-й МНТК «Ввод АЭС в эксплуатацию»,
Москва, АО «Атомтехэнерго», 2011 и 2012 гг.; 8-й и 9-й МНТК «Безопасность, экономика и
эффективность атомной энергетики», Москва. Концерн «Росэнергоатом», 2012 и 2014 гг.,
Международной научно-практической конференции по атомной энергетике «Безопасность,
эффективность, ресурс», г. Севастополь, 2013 г., 24-26-м симпозиумах Международной
ассоциации «Исследования по атомной энергии» (AER) в области исследований физики и
безопасности реакторов ВВЭР», 2014-2016 гг., а также на семинарах, заседаниях НТС и
совещаниях в АО «Концерн «Росэнергоатом», АО ОКБ «Гидропресс», АО «Атомтехэнерго»,
НИЦ «Курчатовский институт», АО "ВНИИАЭС", в других организациях и на различных АЭС
в России.
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 23-х печатных работах, в
том числе 6-ти публикациях в ведущих рецензируемых научно-технических журналах и 2-х
свидетельствах о государственной регистрации программ, а также в ряде отчетов о работах
при вводе в эксплуатацию энергоблоков АЭС с РУ ВВЭР-1000.
5
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав,
заключения, списка использованной литературы из 96-ми наименований и приложения.
Общий объем диссертации составляет 139 страниц, включая 33 рисунка.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, определена
цель работы, изложено ее краткое содержание, приведены положения, составляющие
научную новизну работы и являющиеся предметом защиты.
В первой главе рассмотрены объект исследования – СВРК, основные способы и
принципы контроля достоверности каналов контроля в АСУ ТП в целом и СВРК в частности.
Поставлены вопросы для построения системы диагностики информации СВРК в режиме
реального времени.
В ходе анализа проектов СВРК показано, что современные СВРК существенно
отличаются от своих предшественников по количеству каналов контроля и по функциям.
Кроме ранее имевшихся функций по обеспечению безопасности и экономичности
эксплуатации, в современных СВРК появились функции безопасности по выдаче сигналов
предупредительной и аварийной защит. В связи с этим повышаются требования по
контролю достоверности показаний имеющихся каналов контроля.
Однако проводимые в соответствии с нормативными требованиями периодические
регламентные проверки и испытания СВРК на достоверность каналов контроля являются
сложными и громоздкими, что определяется как большим количеством каналов контроля,
входящих в современную СВРК (порядка одной тысячи), так и использованием «ручных»
операций.
Приведен обзор предшествующих работ по проблеме автоматизации проверки
достоверности показаний СВРК. Показано, что рассмотренные решения недостаточны для
реализации в системе диагностики информации СВРК, функционирующей автоматически в
режиме реального времени.
Для построения такой системы диагностики необходимо разработать методы
проверок информации, получаемой от разнотипных датчиков СВРК, с возможностью
использования в автоматическом режиме.
Сформулированы задачи, которые необходимо решить при построении системы
диагностики информации СВРК.
Во второй главе в первой части описан методический подход к решению задачи
проверки достоверности в автоматизированном режиме.
Суть методического подхода заключается в следующем. На выбранном интервале
наблюдения определяются статистические характеристики измеряемых величин, такие как
среднее значение, погрешность определения значения, скорость изменения величины.
Достоверные показания имеют погрешность определения значения меньше определенной
величины, обусловленной точностью измерения физической величины, приведенной в
проекте. При этом средние значения на наблюдаемом интервале должны укладываться в
6
определенные границы так называемого режимного значения. Достоверными показаниями
можно признать лишь те, для которых будут выполняться оба этих условия.
Как правило, каналы контроля СВРК имеют определенную избыточность, т.е. один и
тот же параметр измеряется несколькими каналами. Поскольку все каналы, измеряющие
одну физическую величину, должны иметь достаточно близкие показания, можно
предложить еще одну проверку достоверности показаний. А именно, сравнение показаний
отдельного канала с остальными, входящими в группу параллельных каналов контроля.
Если показания отдельного канала выбиваются из группы параллельных показаний больше
допустимой величины, то они признаются недостоверными.
Для проведения проверок по методике необходимо иметь набор констант для
каждого проверяемого канала контроля, таких как максимально допустимая погрешность,
допустимые минимальное и максимальное значения (ограничивающие так называемое
«режимное» значение), допустимое отклонение значения рассматриваемого канала
контроля от группы параллельных значений. Таким образом образуется база знаний,
состоящая из набора таких констант.
Необходимо также учитывать, что проверка достоверности возможна лишь в
стационарном режиме работы РУ, когда показания контролируемых датчиков стабильны.
Только в этом случае можно корректно рассчитать статистические характеристики
измеряемых величин на выбранном интервале времени. В переходных режимах данную
методику применять нельзя. Кроме того, проведение проверок СВРК возможно лишь в тех
режимах работы РУ, когда значения измеряемых величин находятся в рабочем диапазоне.
Во второй части второй главы описана методика автоматической проверки каналов
контроля общетехнологических параметров в СВРК.
Автор предлагает для проверки на достоверность каналов контроля параметров (не
только общетехнологических, но и других) использовать следующий алгоритм (рис.1):
 определить случайную погрешность измерения канала контроля;
 сравнить случайную погрешность с предельно допустимым значением ;
 если случайная погрешность больше предельно допустимой, то считать канал
контроля каналом с недостоверными значениями;
 если
показания
недостоверными,
то
канала
контроля
производится
после
проверка
на
первой
проверки
соответствие
не
признаны
среднего
значения
установившемуся режиму, т.е. проверка того, что среднее значение находится в интервале
значений от минимально возможного до максимально возможного, причем значения
минимально и максимально возможные находятся в значительно более узком диапазоне,
чем при проверке на нижнем уровне СВРК. Если среднее значение не попадает внутрь
интервала минимально и максимально возможных значений, то показания признаются
недостоверными;
 если показания канала контроля не признаны недостоверными, то производится
проверка на соответствие параллельным каналам контроля. При этом сравниваются
7
показания отдельного канала контроля со средним значением других параллельных
каналов. Допускается отличие меньше определенной величины предельно допустимого
отклонения .
Определение
погрешности σ
Нет
Да
σΔ
недостоверно
Сравнение с
режимным
Проверка на
соответствие
значением
Да
контроля
Да
достоверно
Нет
Amin≤A≤Amax
параллельным каналам
Нет
недостоверно
недостоверно
Рисунок 1. Алгоритм определения достоверности показаний канала контроля
При отсутствии максимально допустимой величины погрешности канала контроля в
проектной документации ее можно рассчитать на основе погрешностей элементов канала
измерения. Для проверки на соответствие установившемуся режиму сравнением с
режимным значением предложен метод учета имеющейся зависимости нижнего и верхнего
режимных значений от мощности.
Для проверки на соответствие параллельным каналам контроля автором предложен
метод определения достоверности канала контроля на основе оценки допустимого
отклонения показаний с использованием вместо среднего медианного значения по группе
параллельных
каналов
контроля.
Использование
медианного
значения
позволяет
избавиться от сильно отклоняющихся значений в группе параллельных каналов контроля,
которые, как правило, недостоверны. Показано, что величина погрешности медианного
значения, определенного таким методом, существенно меньше погрешности среднего
значения, что повышает надежность оценки достоверности канала контроля.
В третьей части второй главы описан метод автоматической проверки каналов
контроля токов датчиков прямого заряда (ДПЗ). Метод учитывает зависимость показаний
токов ДПЗ от мощности, от обогащения и зависимости по высоте.
Значение тока ДПЗ сильно зависит от орбиты обогащения. По этой причине
граничное значение, определяющее максимальное допустимое значение тока ДПЗ, должно
определяться орбитой обогащения (рис. 2).
С учетом того, что значение тока прямо пропорционально мощности РУ, автор
предлагает следующую формулу для граничных условий:
(1)
где
- максимальное допустимое значение тока ДПЗ в i-том слое, в о-ой орбите,
8
– коэффициент, задающий превышение над средними значениями,
KN – коэффициент мощности РУ от нуля до единицы, KN=1 при N=Nном,
– коэффициент, учитывающий распределение по высоте активной зоны,
– коэффициент, учитывающий распределение по орбите симметрии.
=
где
,
(2)
ток ДПЗ в i-том слое в j-том СВРД
=
где
,
(3)
количество СВРД в одной орбите симметрии.
7
6
5
4
Ток ДПЗ в одном
СВРД
3
Граничное
значение
2
1
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
мкА
Рисунок 2. График значений токов ДПЗ и границ достоверности в одном СВРД по слоям
В третьей главе рассмотрены методы диагностики температурного контроля и
проверки расчета средневзвешенной мощности РУ.
При проведении проверки в автоматическом режиме температурного контроля
теплоносителя первого контура и при тарировке датчиков температурного контроля первого
контура автором предложено применять метод определения опорной температуры с
использованием
медианного
значения.
Чтобы
воспользоваться
этим
методом,
первоначально все значения в группе параллельных каналов контроля необходимо
отсортировать в порядке возрастания. После этого выбрать серединный элемент
последовательности.
Медианное значение рассчитывается по формуле:
,
(4)
если количество параллельных каналов N – нечетное число.
Если N – четное число, то медианное значение вычисляется по формуле:
,
9
(5)
где
- медианное значение,
Расчет опорной температуры производится следующим образом. Первоначально
определяется медианное значение по формуле (4) или (5). Затем формируется группа
каналов контроля, среднее значение которых на интервале наблюдения не отличается от
медианного больше величины 2-х погрешностей канала контроля. По сформированной
таким образом группе вычисляется среднее значение, которое принимается в качестве
опорного. Такой подход позволяет наиболее надежным способом определить опорную
температуру, так как из выборки исключаются сильно отклоняющиеся показания, которые,
как правило, недостоверны.
Во второй части третьей главы предложен метод проверки каналов температурного
контроля при работе РУ на мощности с учетом зависимости температуры от мощности и
учета эффекта расслоения теплоносителя по температуре в горячих нитках ГЦТ. В связи с
ростом мощности РУ максимальное и минимальное режимное значение температуры
теплоносителя как в холодных так и в горячих нитках возрастает, так же растут показания по
датчикам на входе и на выходе из активной зоны. Для учета этого факта автором
предложены следующие формулы для режимных значений:
где
и
[0C]
(6)
[0C]
(7)
– минимальное и максимальное режимные значения,
и
– константы, определяющие минимальное и максимальное режимные значения при нулевой
мощности РУ,
для
и
минимального
и
- коэффициенты зависимости параметра от мощности РУ
максимального
режимных
значений,
которые
первоначально
рассчитываются автором и доступны для изменения, KN – коэффициент, описывающий
текущий уровень мощности РУ, имеющий значение 0 для нулевой мощности РУ и 1 для
мощности 100%Nном.
В
третьей
части
третьей
главы
рассмотрен
метод
проверки
расчета
средневзвешенной мощности РУ с учетом зависимости весов от уровня мощности РУ и
достоверности показаний каждого способа расчета мощности. Расчет средневзвешенной
мощности РУ производится по формуле (8).
к
АКЗ
к
где
к
к
АКНП
АКНП
ДПЗ
ДПЗ
(8)
- вес способа по параметрам первого контура;
- вес способа по параметрам пит. воды;
АКНП
ДПЗ
- вес способа по каналам АКНП;
- вес способа по показаниям ДПЗ.
Автором предлагается использовать динамические веса в формуле (8) в зависимости
от мощности РУ. Опорные значения весов задаются на основании результатов расчетов
теплового баланса на разных уровнях мощности, начиная с уровня 50%Nном. В качестве
начальных весов для уровня мощности до 10%Nном предлагается использовать веса,
10
рекомендованные разработчиком СВРК, а именно вес на способ расчета по параметрам
первого контура равен единице, а остальные равны нулю. Для задания веса в промежутках
между опорными точками автор предлагает использовать линейные отрезки, соединяющие
соседние точки. В этом случае изменение весов будет происходит без разрывов, а
средневзвешенная мощность будет изменяться без скачков.
Поведение весов для расчета средневзвешенной мощности РУ в зависимости от
мощности приведено на рисунке 3.
1.2
1
0.8
Вес 1 к.
Вес 2 к.
0.6
Вес ДПЗ
0.4
Вес АКНП
0.2
0
0
20
40
60
80
100
%Nном
120
Рисунок 3. Динамические веса для расчета средневзвешенной мощности РУ
В четвертой части третьей главы предложен метод расчета статистических величин с
использованием
определения
линейной
средней
аппроксимации
величины
по
параметра.
методу
В
наименьших
расчетах
квадратов
системы
для
диагностики
предполагается использовать среднее значение на интервале наблюдения. Автором
предлагается производить расчет среднего значения по методу наименьших квадратов с
использованием линейной аппроксимации. Для этого на интервале наблюдения строится
линейная аппроксимация по методу МНК для каждого параметра по формуле:
(9)
,
где
– начальное значение параметра на интервале наблюдения;
наклона прямой;
- коэффициент
– значение времени на интервале наблюдения в точке j;
– значение
параметра в точке j.
Расчет линейной аппроксимации проиллюстрирован на рисунке 4.
При этом в расчет по методу МНК берутся только те значения, которые имеют
признак достоверности, присвоенный СВРК.
Среднее значение при этом будет вычисляться по формуле:
,
где
(10)
- среднее значение параметра на интервале наблюдения;
- конечное время в секундах от начала интервала наблюдения.
11
Рисунок 4. Иллюстрация расчета линейной аппроксимации на интервале наблюдения
Кроме среднего значения на интервале наблюдения для работы системы диагностики
необходимо
использовать
значение
среднеквадратического
отклонения.
Автором
предлагается производить расчет среднеквадратического отклонения не от среднего
значения, как это обычно принято, а от аппроксимирующей прямой, полученной по формуле
(9). Тогда формула для СКО будет выглядеть:
,
(11)
где N – количество точек на интервале наблюдения;
- значение параметра в точке j;
- значение линейной аппроксимации в точке j, вычисленное по формуле (9).
Преимущество этого подхода в определении СКО состоит в том, что в случае
линейного
изменения
параметра
во
времени
СКО
будет
ближе
соответствовать
действительному значению, в отличие от способа расчета отклонения от средней величины.
Данный метод реализован в системе диагностики информации СВРК.
В четвертой главе автором предложены методы определения состояния РУ,
пригодного для осуществления проверок достоверности показаний каналов контроля СВРК
и стабильного режима РУ, пригодного для статистической обработки показаний каналов.
При проверке каналов контроля СВРК предлагается отнесение состояния к одному из
нижеперечисленных:
 неопределенное;
 горячее (или на МКУ);
 на мощности до 10 %Nном;
 на мощности свыше 10 %Nном.
Автором предлагается следующий алгоритм определения состояния РУ (рисунок 5).
Сначала определяем, находится ли РУ на мощности:
12
Если значение мощности хотя бы 2-х показаний из 3-х больше 10%, то определяем
режим «на мощности от 10 до 100%Nном». В этом шаге используются показания мощности,
средневзвешенной в СВРК, показания мощности АКНП и мощности по ДПЗ.
Иначе, т.е. если на предыдущем шаге не определили режим на мощности, то
проверяются те же параметры по логике 2 из 3-х на превышение значения в 3 %Nном. Если
2 из 3-х каналов расчета мощности покажут значение выше 3-х % Nном, то определяется
режим «на мощности до 10%Nном».
NАКЗ10%
NДПЗ10% 2 из 3-х
NАКНП10%
Да
Мощность РУ10% Nном
Да
Мощность РУ10% Nном
NАКЗ3%
NДПЗ3% 2 из 3-х
NАКНП3%
Нет
TTгор. сост. =const
Tгор-Tхол1 °С
Да
Нет
Нет
Горячее состояние РУ
Не определено
Рисунок 5. Алгоритм определения состояния РУ
Следующей задачей для создания системы диагностики является разработка
алгоритма для определения условно стабильного режима работы РУ, пригодного для
проведения проверки.
Для определения условно стабильного режима РУ можно использовать ряд
показаний, каждое из которых анализируется на стабильность. Если каждое показание в
отдельности признается стабильным, то режим РУ признается стабильным. Если хотя бы
один из параметров оказывается нестабильным, то режим РУ признается нестабильным.
Автором предлагается следующий алгоритм определения стабильного режима. Для
ряда параметров на временном интервале в 10-15 минут определяется среднеквадратичное
отклонение (СКО) и скорость изменения величины по линейной аппроксимации. Если СКО
меньше определенной пороговой величины и скорость изменения меньше определенной
пороговой величины, то режим для данного параметра признается стабильным. Кроме того
для определения стабильного режима РУ автором предлагается использовать дискретные
показания, такие как положение ОР СУЗ. Для таких дискретных показаний условие
стабильности будет следующим: если за время наблюдения 10-15 минут значения не
изменялись, то параметр признается стабильным.
В соответствии с предложенным алгоритмом определения стабильного режима РУ
необходимо сформировать группу параметров, которые анализируются на стабильность
показаний. Параметры, входящие в эту группу, по возможности должны быть устойчивы к
13
отказам отдельных датчиков. В этом случае выход из строя отдельного датчика не повлияет
на возможность определения стабильности режима, опираясь на выбранный параметр.
Автором предлагается проверять на стабильность следующие параметры:
 Средняя температура холодных ниток ГЦТ, расчет опирается на 24 датчика петлевых
термосопротивлений;
 Среднее давление над активной зоной, расчет этого параметра опирается на
показания 6-ти отдельных датчиков давления над активной зоной;
 Мощность по показаниям ДПЗ, в расчете используется 378 ДПЗ;
 Аксиальный офсет;
 Один дискретный параметр – положение ОР СУЗ из 12-ой группы.
В пятой главе приведены результаты разработки системы и специального
программного обеспечения «Диагностика СВРК».
Действия сопровождающего персонала при выполнении требуемых процедур для их
формализации и алгоритмизации были разделены на следующие задачи:
 Определение состояния работы, в котором находится РУ;
 Определение стабильного режима, которое соответствует требованиям проведения
диагностики и оценок достоверности входной информации;
 Выполнение проверки и оценки достоверности показаний каналов контроля
параметров,
которые
соответствуют
условиям
диагностики
в
определенном
состоянии работы РУ;
 Выдача необходимых информационных сообщений сопровождающему персоналу о
результатах проверки и диагностики;
 Сохранение в архиве текущих результатов выполняемой диагностики.
Специальное программное обеспечение «Диагностика СВРК» состоит из:
 исполняемого файла Diagnose.exe;
 базы данных BD_SVRK.accdb с информацией по параметрам и настройками для
обработки;
 настроечных файлов в формате ini и txt, в которых хранится информация по
определению состояния и режима работы РУ и выбору интервала времени для
проведения расчета;
 шаблоны графиков для быстрого построения зависимостей, необходимых для
анализа и оценок поведения контролируемых параметров СВРК;
 текстовых файлов с сохраненной информацией по результатам обработки;
 бинарных файлов - архива полученных значений от СВРК.
На рис. 6 представлена структурная схема функционирования системы диагностики
входной информации СВРК.
На вход системы диагностики поступает информация от СВРК, включающая
информацию от части каналов контроля системы верхнего блочного уровня (СВБУ).
14
Выходной информацией системы диагностики является список недостоверных
каналов контроля с указанием причин признания каналов контроля таковыми. При наличии
недостоверных
каналов
могут
быть
признаны
недостоверными
соответствующие
параметры, на основании чего, в свою очередь, могут выдаваться рекомендации по
ограничениям на работу РУ.
Программа «Диагностика СВРК» (основное окно)

Выходная
информация
Входная
информация
Результаты
диагностики
(все параметры)
СВРК
Недостоверные
каналы контроля
СВБУ
Недостоверные
параметры
Рекомендации
по
ограничениям
на работу РУ
База данных настроечной информации
Набор констант
Список групп параллельных
каналов контроля
Рисунок 6. Структура системы диагностики входной информации СВРК
В процессе работы системы диагностики используется настроечная информация,
хранящаяся в базе данных. В этой базе данных содержится предложенный автором набор
констант (информация о минимальных и максимальных режимных значениях, допустимая
погрешность измерения, допустимая величина отличия показаний канала контроля от
значений параллельных каналов контроля), а также список групп параллельных каналов
контроля и другая вспомогательная информация. Для удобства считывания информации
все контролируемые каналы контроля разбиты по группам:
 каналы контроля, входящие в ПТК-З. Эти каналы контроля сгруппированы по
своим стойкам и комплектам;
 параметры для расчета мощности и энерговыделения;
 температурный контроль первого контура;
 токи ДПЗ.
15
Сообщения об обнаруженных недостоверных показаниях анализируемых каналов
контроля выводятся на обобщенном формате с цветной индикацией. Если все проверяемые
каналы контроля в группе имеют достоверные показания, то группа отображается зеленым
цветом. В случае наличия недостоверных каналов контроля в какой-либо группе, эта группа
выделяется
желтым
цветом.
Если
окажется
одновременно
две
стойки
ПТК-З
с
недостоверными показаниями из одного комплекта, то этот комплект будет выделяться
красным цветом (рисунок 6). Это означает, что в этом комплекте появляется опасность
ошибочного формирования сигналов ПЗ или АЗ, что может вызвать как ложную выработку
сигналов ПЗ/АЗ, так и неформирование таких сигналов при реальной необходимости.
Для
анализа
причин
недостоверностей
существует
формат
с
подробной
информацией по результатам выполненного анализа. На главном окне программы
размещена таблица с перечнем обнаруженных системой диагностики недостоверных
показаний. В этой таблице записано время обнаружения, код KKS, наименование
параметра, невыполнение критериев и причина признания канала контроля недостоверным.
Эта таблица предоставляет сведения из всех групп параметров.
Такая организация главного окна программы «Диагностика СВРК» позволяет легко
считывать диагностическую информацию. Перечень каналов контроля с недостоверными
показаниями можно скопировать через буфер обмена в документы MS Word или другие,
которые можно распечатать для предоставления руководству или другим заинтересованным
лицам.
Приведены результаты опробования системы диагностики информации СВРК на
энергоблоке №6 Нововоронежской АЭС при вводе блока в эксплуатацию. Показано, что
системой диагностики успешно определялось состояние РУ и находился стационарный
режим работы РУ, необходимые для осуществления проверок достоверности показаний
каналов контроля.
Системой диагностики в горячем состоянии РУ во время ППР после проведения
испытаний на уровне мощности 100%Nном 03.03.2017 были проведены расчеты аддитивных
поправок к датчикам температурного контроля 1-го контура. Опорная температура
составила 285.27 0С. Минимальная поправка к датчикам температурного контроля в петлях
составила 0 0С. Абсолютное значение максимальной поправки к датчикам в петлях
составило 0.37 0С. Среднее значение поправки к петлевым датчикам составило 0.045 0С.
Максимальное значение поправки к датчикам температурного контроля в КНИТ составило
0.1 0С. Столь положительные результаты говорят о правильности выбранной методики
проведения тарировки и высоких характеристиках каналов температурного контроля.
В ходе опробования системы диагностики при работе РУ на мощности была
проведена проверка 1152 параметров, из которых: 102 параметра входят в группу
программно-технического комплекса защиты (группа «ПТК-З»), 198 параметров – в группу
«температурный контроль», 378 параметров – в группу «ДПЗ» и остальные в группу «расчет
мощности». Периодичность проведения расчета была установлена один раз в минуту. Эту
16
частоту автор считает достаточной для оперативного обнаружения недостоверных
показаний и для экономии места жесткого диска компьютера, на который записывается
архив с результатами обработки информации. Опыт опробования системы диагностики
показал устойчивость определения недостоверных показаний каналов контроля. При этом
отсутствовали ложные сообщения о недостоверных показаниях. Каналы контроля,
признанные достоверными, не меняли своей характеристики от одного расчета к другому.
Рисунок 7. Выявление системой диагностики недостоверных показаний по датчику
перепада давления на ГЦНА-1
С помощью системы диагностики были обнаружены дефекты в СВРК:
 30.06.2016 системой диагностики были определены недостоверными показания
одного из каналов контроля перепада давления на ГЦНА-1 (рисунок 7). Показания
составляли около 0,002 МПа при показаниях остальных датчиков 0,630 МПа (ГЦНА-1 в
работе). Разработчик СВРК признал показания недостоверными и вывел данный канал
контроля из обработки.
 Во время опробования на уровне мощности РУ 50%Nном посредством системы
диагностики были обнаружены недостоверные показания по перепаду давления на ГЦНА-2
во
второй
стойке
первого
комплекта
ПТК-З.
Данные
показания
были
признаны
недостоверными по признаку отклонения показаний больше допустимого от параллельных
измерений перепада давления на ГЦНА-2 в других стойках ПТК-З.
Недостоверные показания перепада давления на ГЦНА-2 привели к некорректному
расчету запаса до кризиса теплообмена DNBR по этой стойке ПТК-З. А это привело к
ложному завышенному значению запаса по DNBR в этой стойке ПТК-З. Поскольку это
недостоверное показание использовалось на верхнем уровне СВРК в расчете мощности
17
петли №2 по параметрам первого контура, значение мощности петли №2 ошибочно
определялось на 8% больше ожидаемого в соответствии с текущим эксплуатационным
состоянием.
Далее
эта
ошибка
приводила
средневзвешенной мощности РУ на
0.7%
к
ошибочно
завышенному
значению
и недовыработке электроэнергии из-за
ограничений на поддерживаемую мощность РУ. Приведенная цепочка алгоритмических
зависимостей показывает, к каким последствиям в конечном итоге может привести только
одно недостоверное значение во входной информации СВРК.
После обнаружения
недостоверных показаний по каналу контроля перепада давления на ГЦНА-2 была выдана
рекомендация по выводу этих показаний из расчета на верхнем уровне, а также по
проведению технических мероприятий, заключающихся в продувке импульсных линий и
корректировке нулевого значения.

При опробовании на уровне мощности 75%Nном системой диагностики СВРК был
обнаружен дефектный ДПЗ. Недостоверные показания были выявлены по признаку
«Погрешность выше допустимой величины», т.к. «шум» датчика ДПЗ был больше
допустимого. Это приводит к тому, что расчет мощности РУ по ДПЗ имеет такой же «шум» и
тем самым повышает погрешность расчета мощности РУ как на верхнем уровне, так и в
одном из комплектов стоек ПТК-З, куда входят показания от этого дефектного датчика ДПЗ.
Наличие «шума» датчика ДПЗ могло привести к недостоверному расчету по линейному
энерговыделению (так как используется значение в каждый момент времени) и,
соответственно,
при
определенном
стечении
обстоятельств
превышению уставки по QL и выработке сигналов ПЗ/АЗ.
привести
к
ложному
После обнаружения этого
дефектного датчика была выдана рекомендация вывести этот канал ДПЗ из обработки как
на нижнем уровне, так и на верхнем уровне СВРК.
Все обнаруженные дефекты были подтверждены независимыми испытаниями СВРК,
обработка результатов которых проводилась «ручным» способом. По результатам
опробования
системы диагностики
СВРК
при
вводе
энергоблока
в
эксплуатацию
руководством АЭС была принята рекомендация об использовании этой системы во время
последующей эксплуатации энергоблока №6 Нововоронежской АЭС. Данная система будет
также использоваться на блоке №7 Нововоронежской АЭС во время ввода блока в
эксплуатацию и при дальнейшей эксплуатации.
Выводы
1. Разработаны методы и алгоритмы для автоматизированной проверки достоверности
информации СВРК, функционирующей в постоянном автоматическом режиме, в том числе
разработаны:

принципиальный методический подход к автоматизации проверок СВРК на основе
разработанного автором специального программного обеспечения;
18

метод проверки достоверности общетехнологических параметров в автоматическом
режиме, новизна которого заключается в том, что при сравнении значения параметра с
другими датчиками в качестве опорного используется медианное значение по группе
параметров. В предложенном методе учтена зависимость нижнего и верхнего режимного
значения от мощности;

метод проверки каналов контроля энерговыделения с помощью ДПЗ, в котором
учитываются зависимости показаний от обогащения, распределения по высоте и уровня
мощности РУ;

для
проверки
достоверности
показаний
датчиков
температурного
контроля
теплоносителя первого контура и тарировки этих датчиков при нахождении РУ в горячем
состоянии предложен метод определения опорной температуры, относительно которой
определяются аддитивные поправки, с использованием алгоритма для определения
среднего значения параллельных каналов контроля на основе медианного значения;

метод диагностики температурного контроля теплоносителя первого контура на
мощности с учетом наличия расслоения теплоносителя по температуре;

методика проверки и диагностики расчета средневзвешенной мощности РУ на основе
использования динамических весовых коэффициентов, полученных на основе результатов
работ по определению теплового баланса на разных уровнях мощности РУ;

методы и алгоритмы определения состояния РУ, пригодного для проведения
проверок достоверности показаний каналов контроля в автоматическом режиме и
определения стабильного режима, пригодного для проведения проверок на основе
определения стабильности показаний выбранного ряда параметров.
2. Разработано программное обеспечение на современном объектно-ориентированном
языке программирования высокого уровня и создана система диагностики информации
СВРК в режиме реального времени, которая позволяет:

определять недостоверные показания каналов контроля с датчиками СВРК с
доверительной вероятностью 95%;

выдавать информацию по выявленным недостоверным показаниям;

вести архив результатов обработки информации.
3. Проведено опробование системы диагностики информации СВРК в режиме
реального времени при вводе в эксплуатацию энергоблока №6 НВАЭС. Результаты работы
системы диагностики сверялись с результатами «ручной» обработки результатов испытаний
СВРК на уровнях мощности 50, 75, 100% Nном. Результаты опробования положительные.
4. Система диагностики используется персоналом Нововоронежской АЭС во время
эксплуатации энергоблока №6. Положительные результаты использования системы
диагностики позволяют предлагать этот продукт для использования на других энергоблоках
АЭС с ВВЭР в России и за рубежом.
19
Основные результаты опубликованы в следующих работах:
1. Саунин Ю.В., Добротворский А.Н., Семенихин А.В. Разработка и применение
специализированного программного обеспечения при проведении комплексных
испытаний системы внутриреакторного контроля реакторов ВВЭР // Тяжелое
машиностроение. – 2008. – ноябрь 11 – С. 18-22.
2. Саунин
программное
Ю.В.,
Добротворский
обеспечение
для
А.Н.,
Семенихин
проведения
А.В.
комплексных
Специализированное
испытаний
системы
внутриреакторного контроля реакторов ВВЭР // 6-я международная научно-техническая
конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР». Сборник тезисов. Подольск. ОКБ
«Гидропресс», 2009, с. 105.
3. Семенихин А.В., Добротворский А.Н., Саунин Ю.В. Термополе – программа
расчета температурного поля на входе в активную зону реактора типа ВВЭР.
Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2008613982.
Федеральная служба Российской Федерации по интеллектуальной собственности,
патентам и товарным знакам.
4. Семенихин А.В. Dynamics 4.1– Программа для построения и анализа графиков.
Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2014613720.
Федеральная служба Российской Федерации по интеллектуальной собственности,
патентам и товарным знакам.
5. Саунин Ю.В., Добротворский А.Н., Семенихин А.В. Оптимизация испытаний по
проверке соответствия координат датчиков термоконтроля и энерговыделения в активной
зоне координатам этих датчиков в ПТК СВРК // Безопасность, эффективность и экономика
атомной энергетики: Мат. 6-й междунар. науч.-тех. конф., Москва, 21-23 мая 2008 г. – М.:
ФГУП концерн "Росэнергоатом", 2008, с.625-628.
6. Саунин Ю.В., Добротворский А.Н., Семенихин А.В. Оптимизация проверки
реального соответствия координат датчиков температуры и энерговыделения в
активной зоне координатам этих датчиков в СВРК // Вопросы атомной науки и
техники. Серия "Обеспечение безопасности АЭС". Научно-технический сборник.
Выпуск 23. Реакторные установки с ВВЭР. – Подольск, ОАО ОКБ "Гидропресс", ФГУП
НИКИЭТ, 2008. – С. 41-47.
7. Саунин Ю.В., Добротворский А.Н., Семенихин А.В. Сравнительный анализ
перемешивания потоков теплоносителя в корпусе реактора по результатам натурных
испытаний при вводе в эксплуатацию энергоблоков Тяньваньской АЭС // 6-я международная
научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР». Сборник
тезисов. Подольск. ОКБ «Гидропресс», 2009, с. 60-61.
8. Саунин Ю.В., Добротворский А.Н.
Семенихин А.В., Тарасов М.В., Вдовюк В.В.,
Смирнов С.Е., Ковель А.И., Калинушкин А.Е. Семченков Ю.М. Исследование температуры
20
теплоносителя на входе в активную зону при вводе в эксплуатацию энергоблока №2
Ростовской АЭС. 7-я международная научно-техническая конференция «Обеспечение
безопасности АЭС с ВВЭР». Сборник тезисов. Подольск. ОКБ «Гидропресс», 2011, с. 50.
9. Ю.В. Саунин, А.Н. Добротворский, А.В. Семенихин. Результаты испытаний по
определению температурного поля теплоносителя на входе в активную зону при вводе в
эксплуатацию энергоблока №2 Ростовской АЭС. Научно-техническая конференция «Ввод
АЭС в эксплуатацию». Сборник докладов на CD. Москва. ОАО «Атомтехэнерго», 2011.
10. Саунин Ю.В., Добротворский А.Н., Семенихин А.В. Опыт проведения и обобщение
результатов испытаний по определению температурного поля теплоносителя на входе в
активную зону на энергоблоках с ВВЭР-1000. 2-я международная научно-техническая
конференция «Ввод АЭС в эксплуатацию». Сборник тезисов. Москва. ОАО «Атомтехэнерго»,
2012, с. 72-73.
11. Саунин Ю.В., Добротворский А.Н., Семенихин А.В. Исследование температурных
полей теплоносителя на входе в активную зону и его перемешивания в корпусе реактора по
результатам испытаний при вводе в эксплуатацию энергоблоков с ВВЭР-1000. Восьмая
международная
научно-техническая
конференция
«Безопасность,
экономика
и
эффективность атомной энергетики». Пленарные и секционные доклады. Москва. Концерн
«Росэнергоатом», 2012г., с. 571-578.
12. Саунин Ю.В., Добротворский А.Н., Семенихин А.В.
Экспериментальная оценка
некоторых факторов, определяющих стратификацию теплоносителя в горячих нитках петель
1-го контура РУ с ВВЭР-1000. Восьмая международная научно-техническая конференция
«Безопасность, экономика и эффективность атомной энергетики». Пленарные и секционные
доклады. Москва. Концерн «Росэнергоатом», 2012г., с. 579-585.
13. Саунин Ю.В., Добротворский А.Н., Семенихин А.В., Кулиш Г.В., Абдуллаев А.М.
Сравнительный
анализ
расчетных
и
экспериментальных
данных
об
объемном
распределении температуры теплоносителя в горячих нитках 1-го контура РУ с ВВЭР-1000.
Сборник
трудов
8-й
международной
научно-технической
конференции
по
атомной
энергетике «Безопасность, эффективность, ресурс АЭС с ВВЭР», Украина, Севастополь,
2013 г.
14. Саунин Ю.В., Добротворский А.Н., Семенихин А.В. Исследование факторов,
определяющих температурную стратификацию теплоносителя в горячих нитках петель 1-го
контура
РУ
с
ВВЭР-1000.
8-я
международная
научно-техническая
конференция
«Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР». Сборник тезисов. Подольск. ОКБ «Гидропресс»,
2013, с. 84-85.
15. Saunin Yu., Dobrotvorski A., Semenikhin A., Ryasny S., Kulish G., Abdullaev A.
«Numerical and experimental investigation of 3D coolant temperature distribution in the hot legs of
21
primary circuit of reactor plant with WWER-1000». 24th Symposium of AER on VVER Reactor
Physics and Reactor Safety. Sochi, Russia, October 14-18, 2014, book of abstracts, p. 41.
16. Saunin Yu., Dobrotvorski A., Semenikhin A., Ryasny S., Kulish G., Abdullaev A.:
Numerical and experimental investigation of 3D coolant temperature distribution in the hot
legs of primary circuit of reactor plant with WWER-1000. Kerntechnik 80 (2015) 4; page 366
– 372, DOI 10.3139/124.110511.
17. Saunin Yu., Dobrotvorski A., Semenikhin A., Ryasny S., Saakov E. «Methodology for
determining of the weighted mean coolant temperature in the primary circuit hot legs of WWER1000 reactor plants». 25th Symposium of AER on VVER Reactor Physics and Reactor Safety.
Balatongyörök, Hungary, October 13 -16, 2015, book of abstracts, p. 16-17.
18. Saunin Yu., Dobrotvorski A., Semenikhin A., Ryasny S., Saakov E.: Methodology for
determining of the weighted mean coolant temperature in the primary circuit hot legs of
WWER-1000 reactor plants. Kerntechnik 81 (2016) 4; page 387–393, DOI 10.3139/124.110710.
19. Iu. Saunin, A. Dobrotvorski, A. Semenikhin, A. Korolev, S. Ryasnyy. «The verification
results of Methodology for determining the weighted mean coolant temperature in the primary
circuit hot legs of WWER-1000 reactor plants». 26th Symposium of AER on VVER Reactor
Physics and Reactor Safety. Helsinki, Finland, 10 -14 October, 2016, book of abstracts, p. 32.
20. Саунин Ю.В., Добротворский А.Н., Семенихин А.В., Рясный С.И., Воронков И.А.
Возможности оперативных оценок весовых коэффициентов средневзвешенной тепловой
мощности реакторов ВВЭР // 6-я международная научно-техническая конференция
«Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР». Сборник тезисов. Подольск. ОКБ «Гидропресс»,
2009, с. 60.
21. Iu. Saunin, A. Dobrotvorski, A. Semenikhin, A. Korolev, S. Ryasnyy. The verification
results of Methodology for determining the weighted mean coolant temperature in the
primary circuit hot legs of WWER-1000 reactor plants. Kerntechnik. Vol. 82 №4. sept. (2017);
page 436-445. DOI 10.3139/124.110825.
22. А.В. Семенихин, Ю.В. Саунин, М.М. Жук. Опробование системы диагностики
информации СВРК на блоке №1 НВАЭС-2 // 10-я международная научно-техническая
конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР». Сборник тезисов. Подольск. ОКБ
«Гидропресс», 2017, с. 78.
23. Семенихин А.В., Саунин Ю.В., Жук М.М. Опробование системы диагностики
входной информации СВРК на энергоблоке №1 Нововоронежской АЭС-2 // Известия
вузов. Ядерная энергетика. № 3, 2017, с. 88-95.
22
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
864 Кб
Теги
анализа, ввэр, измерение, обоснование, контроля, внутриреакторного, диагностика, достоверность, основы
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа