С любезного разрешения автора, мы публикуем текст доклада "Реализация концепции модернизации СВРК ВВЭР-1000 АЭС Украины на базе ПО "Круиз", представленного на международном симпозиуме "Измерения, важные для безопасности реакторов".

Автор доклада - технический директор инновационной фирмы "СНИИП Атом" Александр Валерьевич БЫКОВ.

Аннотация

В соответствии с утвержденной ГП НАЭК "Энергоатом" концепцией модернизации СВРК ВВЭР-1000 на АЭС Украины, проводится поэтапное развитие расчётного ядра СВРК на базе программного обеспечения "Круиз". К настоящему времени, расчётное ядро на базе ПО СВРК "Круиз" введено в эксплуатацию на 5 ВВЭР-1000 Украины. В докладе в рамках реализации концепции модернизации СВРК ВВЭР-1000 рассматривается сделанная работа, текущее состояние и планы развития расчётных функций ПО СВРК.

Введение

Концепция модернизации СВРК ВВЭР-1000 на АЭС Украины была разработана ЗАО "СНПО "Импульс", г.Северодонецк, с учётом опыта модернизации СВРК на АЭС в России [1-2] и результатов сопоставительных испытаний макетов ПО СВРК на блоках №3 Запорожской АЭС и №3 Южно-Украинской АЭС.

По результатам сопоставительных испытаний в качестве основного варианта ПО для модернизации СВРК ВВЭР-1000 было выбрано ПО "Круиз". При этом НАЭК "Энергоатом" были продолжены работы по внедрению на блоке 2 Хмельницкой АЭС альтернативного выбранному варианту ПО "Хортица-М", а на блоке 3 Южно-Украинской АЭС в рамках совместного украинско-американского проекта по квалификации ядерного топлива была продолжена модернизация СВРК на базе ПО BEACON™, разработанного фирмой "Вестингауз".

Таким образом, эксплуатирующая организация получила референтный опыт эксплуатации ПО СВРК различных поставщиков на однотипных энергоблоках.

В качестве первой площадки для модернизации СВРК с использованием ПО "Круиз" был выбран блок 4 Ровенской АЭС, на котором после завершения предварительных и автономных испытаний в конце 2004 года СВРК-М с ПО "Круиз" была введена в эксплуатацию.

Общая задача развития ПО СВРК "Круиз" - повышение качества контроля активной зоны ВВЭР и обеспечение возможности эксплуатации активной зоны по её текущему состоянию.

После получения первого референтного опыта эксплуатации модернизированных СВРК ГП НАЭК "Энергоатом" была разработана и в августе 2005 года утверждена "Концепция модернизации и сопровождения эксплуатации СВРК-М АЭС Украины".

Основные особенности ПО "Круиз"

• ПО "Круиз" имеет модульную структуру и может конфигурироваться под конкретные задачи контроля, управления и диагностики.
  
  
• ПО СВРК "Круиз" в установленном порядке прошло испытания и успешно эксплуатируется на 7-ми энергоблоках АЭС с ВВЭР-1000 и на 9-ти энергоблоках АЭС с ВВЭР-440 и в настоящее время имеет более 50 реакторных лет успешной эксплуатации на АЭС в России, Словакии и Украины.
  
  
• На Украине на всех АЭС с ВВЭР-1000 внедрено или внедряется СВРК на базе ПО "Круиз", в том числе на 1-4 блоках Ровенской АЭС, первом блоке Хмельницкой АЭС, третьем блоке Запорожской АЭС, втором блоке Южно-Украинской АЭС.
  
  
• На базе ПО СВРК "Круиз" реализована и находится в эксплуатации на ВВЭР-1000 функция формирования предупредительных сигналов локальной защиты (по локальной мощности ТВЭЛ и запасу до кризиса теплообмена).
  
  
• Поэтапное развитие ПО "Круиз" на Украине определяется концепцией модернизации и сопровождения эксплуатации СВРК ВВЭР-1000.

Одновременно на энергоблоках ВВЭР России, Украины и Словакии нами проводится модернизация СВРК, направленная на контроль эксплуатации по локальным параметрам. Так на АЭС "Моховце" для обеспечения возможности эксплуатации активной зоны по текущему состоянию было выполнено:

• переход от оперативного контроля энерговыделения в кассете к оперативному контролю энерговыделения в ТВЭЛ (k_r и k_o и уставки на них, зависящие от выгорания топлива);
• реализация оперативного контроля по:
  • температуре теплоносителя на выходе из горячего канала;
  • минимальному запасу до кризиса теплообмена

Основные положения "Концепции модернизации …"

В части оборудования применяется оборудование СВРК-М (ЗАО "СНПО "Импульс"", г.Северодонецк), с дальнейшей его модернизацией.

Основные положения концепции в части реализации в СВРК ВВЭР-1000 расчётных функций:

• базовый вариант модернизации - вариант ПО "Круиз", поставленный и апробированный на блоке 4 Ровенской АЭС;
• поэтапное развитие с возможностью расширения состава функций на любом энергоблоке.

Базовый вариант (РАЭС-4). Структура.

Структура СВРК-М, реализованной в виде распределенной локальной сети, приведена на Рис.1. Основными узлами, на которых функционирует ПО "Круиз", являются сервера оперативного контроля (СОК) и сервера верхнего уровня (СВУ). На базе ПО "Круиз" также было реализовано рабочее место контролирующего физика (РМКФ) и рабочее место операторов-технологов на БЩУ (РМРО).

Базовый вариант. Основные функции.

СВРК-М предназначена для непрерывной круглосуточной эксплуатации в составе РУ ВВЭР-1000 в режимах нормальной эксплуатации и в режимах с нарушением нормальной эксплуатации и обеспечивает выполнение следующих функций:

• контроль за распределением мощности в активной зоне реактора и формирование сигналов предупредительной защиты при превышении допустимых значений параметрами, непосредственно определяющими безопасность эксплуатации активной зоны реактора;
  
  
• своевременное обнаружение отклонений параметров РУ, определяющих пределы безопасной эксплуатации, за допустимые пределы и оповещение персонала с целью предотвращения развития аварий и исключения повреждений основного технологического оборудования РУ;
  
  
• обеспечение информационной поддержки операторов РУ для оптимизации управления технологическим процессом в переходных режимах;
  
  
• регистрация и хранение измеренной и расчётной информации, достаточной для однозначного установления исходных событий возникновения нарушений нормальной эксплуатации и аварий, их развития;
  
  
• формирование и ведение долговременного (многолетнего) архива работы АКЗ реакторной установки;
  
  
• передачу данных в информационную сеть энергоблока (ИВС и др.) и ОАСУ АЭС;
  
  
• контроль работоспособности и метрологических характеристик измерительных каналов в процессе эксплуатации;
  
  
• контроль работоспособности и правильности функционирования отдельных узлов и программных модулей СВРК-М;
  
  
• обеспечение эксплуатации топливных загрузок АКЗ в проектных и перспективных топливных циклах.

Базовый вариант. Основные особенности реализации.

• Реализация новых функций (по сравнению с предыдущим поколением СВРК на базе МПО "Хортица"), повышающих качество внутриреакторного контроля, включая:
  • оперативную оценку распределения энерговыделения по высоте всех ТВЭЛ в активной зоне и возможность сравнения их с уставками, зависящими от выгорания в ТВЭЛ;
  • корректировку инерционности сигналов ДПЗ;
  • формирование сигналов предупредительной защиты (ПЗ-2) по локальным параметрам на ограничение мощности реактора;
  • прогноз распределения энерговыделения при заданных управляющих воздействиях;
  • возможность контроля качества оперативного восстановления поля энерговыделения.
  
  
• Унификация решений по программно-техническим средствам, реализованных в ИВС и СВРК.
  
  
• Повышение надёжности выполнения функций за счёт диверсификации (разнообразия) операционных сред, в том числе для представления информации оперативному персоналу и архивов.
  
  
• Открытость предлагаемых решений для дальнейшей модернизации, развития и обеспечения поэтапного внедрения.

Предусмотренные Концепцией направления развития ПО ВК СВРК, выполненные к настоящему моменту

Контроль средств воздействия на реактивность реализован в части контроля достоверности положения ОР СУЗ по показаниям ДПЗ.

Уменьшение вероятности отказа по общей причине дублированных вычислительных комплексов за счёт внедрения мультиплатформенной версии ПО "Круиз" реализовано. В настоящее время ПО "Круиз" функционирует под ОС Windows (РАЭС-4, ХАЭС-1) и под ОС Linux (остальные энергоблоки), однако дублирование ОС не востребовано Заказчиком. В настоящее время дублированные узлы СВРК функционируют под управлением одинаковых операционных систем.

Начата интеграция СВРК и ИВС в части информационных потоков, к настоящему моменту реализован обмен информацией между СВРК и ИВС, данная информация будет использована при внедрении системы режимной диагностики энергоблока.

Основные направления развития СВРК

• Обеспечение надёжности выполнения основных функций.
• Обоснование точности основных расчётов.
• Новые (сервисные) функции.

Обеспечение надёжности

• Разработка в соответствии с рекомендациями МЭК-880.
• Анализ достоверности входных данных.
• Тестирование с использованием программных имитаторов нештатных ситуаций.
• Принцип разнообразия.

Первый пункт в расшифровке не нуждается, приведём более подробную информацию по остальным пунктам.

Анализ достоверности входных данных

• Отбраковка показаний датчиков по воротам, скорости изменения и другим физически понятным критериям.
  
  
• Анализ согласованности показаний датчиков, контролирующих единый технологический процесс - ДПЗ и положение ОР СУЗ с использованием нейтронно-физической модели активной зоны (реализовано), датчиков, используемых для расчёта теплогидравлических параметров РУ с использованием теплогидравлической модели энергоблока (в стадии разработки).
  
  
• Контроль достоверности показаний измерительных каналов, их отбраковка и корректировка систематической погрешности ("смещения нуля"):
  • для "выделенных состояний" объекта контроля, таких как состояние с "нулевой" мощностью;
  • для текущих состояний путем сопоставления сигналов разной природы (например, ДПЗ и АКНП), либо сравнением поведения сигнала с известными аналитическими формулами (например, для передаточных функций).

Тестирование с использованием программных имитаторов нештатных ситуаций

Разработаны методы валидации ПО СВРК с использованием имитатора нештатных ситуаций. Разработан имитатор ошибок входных данных, позволяющий моделировать ошибки модели и измерений. Предусмотрена возможность имитации как постоянных, так и изменяющихся во времени ошибок.

Применявшиеся при внедрении базового варианта ПО "Круиз" на 4 блоке РАЭС методика и результаты тестирования программ восстановления поля энерговыделения с имитацией постоянных во времени ошибок модели и измерений были изложены в докладе "Оценка влияния эксплуатационных факторов и ошибок модели на достоверность восстановления поля энерговыделения в ПО "Круиз" на примере блока 4 Ровенской АЭС".

Данный доклад будет впоследствии также опубликован на AtomInfo.Ru.

Имитатор ошибок входных данных является также мощным средством для тестирования вновь разрабатываемых функций.

Так, в дополнение к отбраковке по воротам и по скорости изменения, разработана и внедрена в ПО "Круиз" отбраковка показаний отдельных ДПЗ по совокупности показаний ДПЗ в активной зоне. Идея данной отбраковки состоит в том, что реакция ДПЗ на изменение состояния активной зоны должна быть самосогласованной и рассогласование показаний датчика от их совокупности выше определённой границы является критерием для его отбраковки.

Реакция восстановленного ПО "Круиз" поля энерговыделения на изменяющуюся во времени ошибку канала измерения тока отдельного ДПЗ приведена на Рис.2.

На архивных данных стационарного состояния энергоблока была запущена пилообразная модуляция токов всех ДПЗ КНИ №47 (ячейка 57). На рисунке показан пример реакции ПО "Круиз" на поступающие недостоверные данные (как ток ДПЗ, так и значения K_v на рисунке отнормированы на их стационарные значения). На рисунках отмечены следующие моменты:

• (1) - стационарное состояние (сохранялось на протяжении всех испытаний);
  
  
• (2) - отбраковка тока ДПЗ по скорости изменения;
  
  
• (3) - подтверждение предыдущей отбраковки отбраковкой по совокупности показаний ДПЗ, происходит незначительное перераспределение поля энерговыделения, связанное с отбраковкой ДПЗ;
  
  
• (4) - показания ДПЗ вновь вошли в пределы отбраковки по совокупности ДПЗ, показания датчика учитываются при восстановлении поля энерговыделений;
  
  
• (5) - выход показаний ДПЗ за пределы отбраковки по совокупности ДПЗ, состояние аналогично (3).

Ниже приведена аналогичная картина для случая имитации отказа только ДПЗ №5 того же КНИ. Как видно из приведенных графиков, реакция алгоритма восстановления поля энерговыделений на недостоверные показания ДПЗ в слоях, контролируемых данным ДПЗ, имеет тот же характер, что и в предыдущем случае. Однако для соседних слоев (на рисунке - для слоя 9) реакция на недостоверные показания ДПЗ практически отсутствует, что обусловлено достоверностью показаний соседнего с "отказавшим" ДПЗ №4 того же КНИ.

Таким образом, при эксплуатации ПО "Круиз" в тестовом режиме реализована возможность выборочного искажения измеренной информации (как по отдельным датчикам, так и по их совокупности), что позволяет имитировать различные виды отказов измерительных каналов СВРК и совершенствовать ПО с целью обнаружения таких отказов.

Принцип разнообразия

• В части операционных систем: ПО "Круиз" реализован как многоплатформенная система и в настоящее время может эксплуатироваться как под ОС Windows, так и под ОС Linux. Реализация дублированных узлов СВРК под разными ОС позволит уменьшить вероятность отказа системы по общей причине (сбой ОС, вирусная атака).
  
  
• В части контроля тепловой мощности: в ПО "Круиз" реализовано 5 способов тепловой мощности, в СВУ проводится сравнение расчётов двух СОК, оперативному персоналу выдается информация об обнаружении расхождений между параллельными расчётами с локализацией отклонений в дереве переменных (не только в части тепловой мощности).
  
  
• В части восстановления поля энерговыделения: сравнение восстановленного поля с учётом показаний датчиков с расчётом поля без датчиков, сравнение любого поля ПО "Круиз" с любым внешним (по отношению к ПО "Круиз") полем.
  
  
• В части потвэльных расчётов: расчёт потвэльных распределений может выполняться как собственным нейтронно-физическим мелкосеточным кодом, так и с использованием интерполяционного алгоритма по введённым персоналом АЭС результатам проектных расчётов.

Обоснование точности основных расчётов

Для ЗАЭС-3 разработана методика метрологической аттестации расчёта тепловой мощности. Точность определяется расчётным путем на основании определенных метрологической службой ЗАЭС погрешностей каналов прямых измерений.

Точность восстановления поля энерговыделения проверялась:

• на всех блоках методом контрольных датчиков при наладке системы и в процессе эксплуатации;
  
  
• тестированием перед поставкой на каждый энергоблок с учётом конкретной загрузки и истории эксплуатации с имитацией наиболее вероятных ошибок модели и измерений по методике, изложенной в докладе "Оценка влияния эксплуатационных факторов и ошибок модели на достоверность восстановления поля энерговыделения в ПО "Круиз" на примере блока 4 Ровенской АЭС";
  
  
• тестированием с использованием независимых расчётных кодов (к настоящему моменту - DIN3D, BARS).

Для строгого в метрологическом смысле обоснования точности восстановления поля энерговыделения актуальна подготовка набора тестовых состояний (и, возможно, переходных процессов) активной зоны с использованием прецизионных кодов.

Заключение

Усовершенствование СВРК на базе ПО "Круиз" обеспечивает возможность эксплуатации активной зоны ВВЭР по текущему состоянию и создает условия для повышения эффективности эксплуатации АЭС с ВВЭР.

Перечень литературы:

1. "Концепция модернизации систем внутриреакторного контроля ВВЭР-1000 АЭС Украины", статья в журнале № 4 "Ядерная и радиационная безопасность", авторы: А.Х. Горелик, В.В. Елисеев, А.С. Кужиль.
   
   
2. Кужиль А.С. Практика поэтапного внедрения систем внутриреакторного контроля на 5-м блоке НВАЭС, на 1-м и 2-м блоках АЭС "Моховце" и 3-м блоке НВАЭС // Ядерные измерительно-информационные технологии, №4, 2002 г., стр.62-67.

ИСТОЧНИК: Александр Быков

ДАТА: 27.04.2009

Темы: СВРК, СНИИП, Статьи, Александр Быков, Украина