С любезного разрешения автора, мы публикуем текст доклада "Оценка влияния эксплуатационных факторов и ошибок модели на достоверность восстановления поля энерговыделения в ПО "Круиз" на примере блока 4 Ровенской АЭС", представленного на международном симпозиуме "Измерения, важные для безопасности реакторов".

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

Аннотация

В докладе приведено обобщенное описание алгоритма восстановления поля энерговыделения, реализованного в ПО "Круиз", отвечающего за совместное решение уравнений измерений и нейтронно-физической модели активной зоны.

Оценено влияние отдельных эксплуатационных факторов и ошибок модели на точность восстановления поля энерговыделения в активной зоне. Приведены примеры восстановления поля энерговыделения на модельных полях, полученных при помощи независимых расчётных кодов. Показано, что основной вклад в погрешность восстановления поля энерговыделения вносит погрешность измерений.

Приведены результаты проверки восстановленного поля энерговыделения на эксплуатационных данных блока 4 Ровенской АЭС.

Введение

Оперативное восстановление поля энерговыделения по показаниям датчиков внутриреакторного контроля в программном обеспечении СВРК ВВЭР является основой для дальнейшей оценки параметров, определяющих безопасность эксплуатации активной зоны.

Основные решения и обоснования по алгоритму восстановления поля энерговыделения для ВВЭР и упрощённая реализация алгоритма в ПО "Хортица" для базового режима работы и проектного топливного цикла (с учетом ограниченных вычислительных ресурсов в ЭВМ СМ-2М) были защищены в докторской диссертации [1] и развивалисьдля применения в ПО "Круиз" [2-4].

Оценка точности оперативного восстановления поля энерговыделения зависит от взаимосвязанного комплекса текущих характеристик реактора и СВРК, включая оценки точности измерительной информации, числа и расположения исправных внутриреакторных детекторов, точности физического расчёта, случайных и систематических отклонений реальных текущих характеристик активной зоны от используемых в физическом расчёте.

Основным методом подтверждения точности оперативного восстановления поля энерговыделения при испытаниях и эксплуатации ПО СВРК на АЭС с ВВЭР является метод "контрольных" внутриреакторных детекторов, при котором анализируется различие между показаниями "контрольных" (исключённых из процедуры восстановления поля энерговыделения) детекторов и восстановленным значением энерговыделения в местах расположения "контрольных" детекторов. С использованием такого подхода проводились испытания ПО СВРК "Хортица" на серийных ВВЭР-1000.

В то же время, уже на этапе разработки оперативных алгоритмов, достаточно важно проверить их эффективность и оценить возможные предельные погрешности с учётом наличия в алгоритме восстановления поля энерговыделения коррекции нейтронно-физических расчётов на измеренную информацию.

Основы такого подхода к проверке алгоритма восстановления поля энерговыделения были разработаны при испытаниях ПО "Хортица" и развивались для испытаний ПО "Круиз"[5]. Проведенные верификационные исследования (с помощью контрольных ДПЗ, имитатора активной зоны на основе программы БИПР) подтвердили соответствие алгоритмов требованиям ГОСТ 26635-85 на СВРК для базового режима работы и проектного топливного цикла ВВЭР-1000, и ПО "Хортица" для ЭВМ СМ-2М была поэтапно внедрена практически на всех АЭС с ВВЭР-1000.

В дальнейшем было выполнено усовершенствование алгоритма восстановления поля энерговыделения для ВВЭР (для ВВЭР-1000 и ВВЭР-440) с учётом новых топливных циклов, маневренных режимов работы и вычислительных ресурсов современной вычислительной техники с реализацией его в ПО "Круиз".

В настоящем докладе приведены основные результаты расчётно-экспериментальных исследований в соответствии с методологией [2], на примере ПО "Круиз".

Обобщённое описание алгоритма восстановления поля энерговыделения, реализованного в ПО "Круиз"

В ПО "Круиз", как и в ПО "Хортица", объёмное поле энерговыделения рассчитывается путем решения переопределённой системы линейных алгебраических уравнений включающей в себя:

• конечно-разностное представление уравнения диффузии нейтронов;
• уравнения, связывающие поток нейтронов с энерговыделением;
• уравнения измерений, связывающие объёмное поле энерговыделения с показаниями внутриреакторных датчиков;
• уравнения эволюции концентраций топливных изотопов и отравителей;
• уравнения, учитывающие симметрию активной зоны.

Нейтронно-физический расчётный код, используемый в ПО "Круиз" для распространения измеренной датчиками информации на неконтролируемые датчиками области активной зоны, использует разностную схему, аналогичную проектному коду БИПР-7 (разработчик РНЦ КИ).

Как и в БИПР-7, в ПО "Круиз" реализовано разбиение расчётной призмы (слоя ТВС) на 7 расчётных точек, что позволяет корректно проводить сшивку токов и потоков нейтронов в гетерогенной активной зоне с существенно отличающимися размножающими свойствами соседних ТВС.

Восстановление поля в ПО "Круиз" сводится к приведенной ниже цепочке преобразований, которая производится внутри одного шага итерационного расчета поля. Посредством изменения весов датчиков можно регулировать скорость сходимости итераций, значимость отдельных компонентов модели, амплитуду "остаточных" колебаний оценки поля энерговыделения.

В коде изложенный алгоритм реализуется (внутри каждого цикла итерационного расчётаполя энерговыделения) следующим образом.

1. С использованием рассчитанного на предыдущем шаге поля энерговыделения q(t-Δt) рассчитываются коэффициенты для уравнения диффузии нейтронов. Расчёт коэффициентов полностью аналогичен выполняемому в программе БИПР-7. Выполняется одна итерация расчёта по уравнению диффузии текущего распределения поля.
2. Учитываются показания ДПЗ в месте их расположения, т.е. поле в месте расположения датчиков рассчитывается как взвешенная сумма следующих величин:
   • поля, полученного на предыдущем шаге;
   • измеренного поля;
   • поправки на показания симметричных датчиков.
3. Аналогично шагу 2 учитываются показания ТП (для серийного ВВЭР-1000 учёт показаний термопар пока не используется из-за несоответствия температуры теплоносителя в месте расположения датчика температуре теплоносителя на выходе из пучка твэлов) в кассетах с ТП (поскольку измеряется интегральная величина для кассеты в целом, а не для отдельной призмы этой кассеты, производится деформация поля во всех призмах, пропорциональная отношению измеренного и рассчитанного на предыдущем шаге интегралов).
4. Производится переход на шаг 1 (новая итерация), причём для получения коэффициентов диффузии, температур, исходных потоков нейтронов и т.п. используется поле, полученное на шаге 3.

Алгоритм можно интерпретировать, с одной стороны, как корректировку решения уравнения диффузии с помощью результатов измерения, а с другой - как своеобразную интерполяцию результатов измерений посредством уравнения диффузии.

При этом, как показано ниже, алгоритм восстановления поля энерговыделения за счёт учета показаний датчиков четко отслеживает реальное поле энерговыделений в случае наличия ошибок как в модели, так и в измерениях.

В случае грубых ошибок в размножающих свойствах, вызванных серьёзными нарушениями в константной базе, потерей сигналов о положении ОР СУЗ при эксплуатации, либо ошибками в перегрузке топлива, алгоритм восстановления поля энерговыделений по показаниям датчиков позволяет уверенно обнаружить аномалии.

Кроме того, в ПО "Круиз" предусмотрены дополнительные диагностические алгоритмы, которые по показаниям датчиков позволяют обнаружить отдельные грубые ошибки, такие как несоответствие положения ОР СУЗ показанию датчика и несоответствующие размножающие свойства отдельных ТВС.

В случае принятия решения о дальнейшей эксплуатации топливной загрузки с выявленными грубыми ошибками, отдельные грубые ошибки, например, отсутствие сигнала о реальном положении расцепленного ОР СУЗ, могут быть скорректированы персоналом, имеющим права корректировки настроечных параметров.

При создании данного алгоритма в него не была включена традиционная процедура адаптации параметров диффузионного приближения на показания датчиков, поскольку на этапе предварительного тестирования было показано, что его точность достаточна для удовлетворения требований ГОСТ 26635-85 "Реакторы ядерные энергетические корпусные с водой под давлением. Общие требования к системам внутриреакторного контроля" (п.21 "Погрешности определения тепловой мощности и коэффициента неравномерности энерговыделения по объему активной зоны (при доверительной вероятности 0,95) не должны превышать соответственно ±2 и ±5%.").

Выполнение данных требований было неоднократно подтверждено при валидации алгоритма на эксплуатационных данных по многим энергоблокам. Таким образом, имеется значительный резерв повышения точности восстановления поля энерговыделения в ПО "Круиз" при внедрении в указанный алгоритм процедуры адаптации параметров диффузионного приближения на показания датчиков.

В настоящее время ПО "Круиз" имеет опыт промышленной эксплуатации на АЭС с ВВЭР более 50 реакторных лет.

Основная часть. Результаты испытаний.

Описание методики испытаний

Обычно для целей верификации кода используется некий набор тестовых задач (в том числе - экспериментальных). Совпадение результатов такого тестирования с заранее известными результатами тестов, как правило, позволяет считать верификацию алгоритма успешной.

Тем не менее, мы считаем, что при верификации алгоритма восстановления поля энерговыделений должна быть учтена специфика именно этого алгоритма, а именно, наличие помимо модели активной зоны показаний датчиков.

В данном случае, важно исследовать не только сходимость результатов восстановления поля энерговыделения к распределению поля при заранее известных условиях, но и влияние на устойчивость и пределы такой сходимости всех возможных факторов.

В докладе на примере ПО "Круиз" рассмотрены ошибки в восстановлении поля энерговыделений, вызванные следующими причинами:

• ошибками в нейтронно-физической модели, используемой алгоритмом восстановления поля энерговыделений для распространения измеренных значений на неконтролируемые датчиками ячейки;
• ошибками в сигналах датчиков.

Основные этапы методики испытаний следующие:

1. Для выбранного состояния активной зоны рассчитывается "эталонное" распределение энерговыделения (здесь и далее для ПО "Круиз" под "эталонным" полем энерговыделения понимается модельное поле, полученное алгоритмом восстановления поля энерговыделения ПО "Круиз" без учёта показаний датчиков, либо введенное извне по результатам расчёта независимым программным кодом).
2. По полученному "эталонному" распределению имитируются показания внутриреакторных датчиков.
3. Затем, после имитации отказов и ошибок датчиков, показания датчиков подаются на вход программы восстановления объемного поля энерговыделения.
4. Использованные при расчёте "эталонного" распределения входные данные (загрузка активной зоны, выгорание топлива и т.д.) после добавления "ошибок модели" подаются на вход программы восстановления объёмного поля энерговыделения.
5. Восстановленное поле энерговыделения сравнивается с "эталонным", причём сравнение производится для отдельных групп призм/кассет и для активной зоны в целом. Рассматривались следующие группы призм/кассет: с ДПЗ, с ОР СУЗ, все остальные, не вошедшие в предыдущие группы.

При проведении верификации влияние отдельных факторов на точность восстановления поля энерговыделения оценивалось для номинальной мощности на 0 эффективные сутки блока 4 РАЭС для симметричного и несимметричных состояний.

Несимметрия состояний имитировалась двумя способами: расчётом того же состояния, но с одним из ОР СУЗ полностью погруженным на НКВ и расчётом того же состояния, но с разными температурами на входе в ТВС, имитирующими подачу на вход в активную зону из одной из петель теплоносителя с температурой на 5 °С ниже температуры холодных ниток остальных петель.

Для первой топливной кампании РАЭС-4 с шагом в 60 эфф.суток было оценено комплексное влияние всех перечисленных выше "однонаправленных" ошибок. Все приведенные ниже результаты взяты из [3].

В процессе разработки и тестирования ПО "Круиз" рассматривалось много типов ошибок модели и измерений, на основании накопленного опыта были выбраны приведенные ниже ошибки модели и измерений, оказывающие наибольшее влияние на восстановление поля энерговыделений.

Ошибки модели:

• Ошибка в радиальном баклинге относится к классу ошибок при подготовке настроечной информации для СВРК (эксплуатационная ошибка).
  
  При увеличении длины радиальной линейной экстраполяции (DR) наблюдается сравнительно небольшое возмущение поля при расчёте без датчиков. Восстановление поля с учётом показаний датчиков устраняет данное возмущение.
  
  Значительно большее возмущение расчёта без учета показаний датчиков возникает при уменьшении длины радиальной линейной экстраполяции по сравнению с используемой в проектных расчетах (DR0). При восстановлении поля с учётом показаний датчиков отклонения от эталона для DR≥(2/3)DR0 снижаются и входят в пределы, устанавливаемые ГОСТ 26635-85.
  
  Дальнейшее снижение длины радиальной линейной экстраполяции по сравнению с используемой в проектных расчётах приводит к всё большему росту ошибки расчёта без учёта показаний датчиков, однако ошибка в подготовке настроечной информации СВРК при этом легко обнаруживается путём сопоставления восстановленного поля с расчётным.

• Ошибка в отравлении Xe относится к классу сбоев НФХ-модели СВРК при эксплуатации (эксплуатационная ошибка).
  
  В СВРК принудительно обнулено поле распределения Хе, при расчёте модельного "эталонного" поля принудительно задано стационарное распределение Хе на 100% мощности. При восстановлении поля с учётом показаний датчиков отклонения от эталона снижаются и входят в пределы, устанавливаемые ГОСТ 26635-85.
  
  Таким образом, ПО "Круиз" достоверно восстанавливает поле энерговыделений при максимальной постулируемой ошибке в определении поля Хе как в симметричной, так и несимметричной активной зоне. Разброс погрешностей при этом изменяется незначительно. Ошибка не является критической с точки зрения достоверности восстановления реального поля энерговыделений.

• Ошибка в отравлении Sm относится к классу сбоев НФХ-модели СВРК при эксплуатации (эксплуатационная ошибка).
  
  Для имитации знака ошибки, противоположного предыдущему пункту, в СВРК принудительно задана равновесная концентрация Sm, в модельном расчёте эталонного поля задан Sm=0. СКО как K_q, так и K_v при расчёте поля без датчиков с ошибкой в концентрации самария значительно меньше аналогичных величин, связанных с ошибкой в концентрации ксенона, что объясняется меньшим влиянием эффектов самариевого отравления по сравнению с отравлением ксеноном.
  
  При восстановлении поля с учётом показаний датчиков отклонения от эталона снижаются и входят в пределы, устанавливаемые ГОСТ 26635-85. ПО "Круиз" достоверно восстанавливает поле энерговыделений при максимальной постулируемой ошибке в определении поля Sm как в симметричной, так и несимметричной активной зоне.
  
  Разброс погрешностей при этом изменяется незначительно. Ошибка не является критической с точки зрения достоверности восстановления реального поля энерговыделений. Сравнение полученных результатов для разнонаправленных ошибок в задании полей отравителей (Хе, Sm) позволяет утверждать, что достоверность восстановления поля энерговыделений для радиальных ошибок не зависит от направления радиальной деформации поля.

• Ошибка в коэффициенте размножения высокообогащённых кассет первого года эксплуатации относится к классу ошибок при подготовке настроечной информации для СВРК (эксплуатационная ошибка).
  
  В СВРК задана ошибка в коэффициенте размножения ТВС максимального обогащения, равная 1,5%, что соответствует примерно 5% возмущению в сторону увеличения поля K_q в данных ТВС. Максимальные отклонения наблюдаются в кассетах одного типа.
  
  При восстановлении поля с учётом показаний датчиков отклонения от эталона снижаются и входят в пределы, устанавливаемые ГОСТ 26635-85. ПО "Круиз" достоверно восстанавливает поле энерговыделений при существенной ошибке в размножающих свойствах свежего топлива как в симметричной, так и несимметричной активной зоне. Разброс погрешностей при этом изменяется незначительно.
  
  Ошибка не является критической с точки зрения достоверности восстановления реального поля энерговыделений, её наличие выявляется сравнением восстановленного поля с расчётом без датчиков. На тип ошибки однозначно указывает группировка отклонений в одном сорте топлива.

• Ошибка в коэффициенте размножения одной кассеты относится к классу ошибок при перегрузке топлива (грубая ошибка).
  
  Ошибка в коэффициенте размножения одной ТВС составила величину 0,1, что приводит к значительному локальному возмущению поля в данной ТВС и ее окружении. Отклонения от "эталонного" модельного поля при расчёте в ПО "Круиз" поля без датчиков и отсутствии информации об аномальной ТВС велики и сгруппированы в области аномалии.
  
  Проанализированы 3 состояния с различным количеством работоспособных КНИ в месте расположения аномалии и её ближайшем окружении с точки зрения влияния данного фактора на восстановление поля энерговыделений:
  1. аномальная ТВС 04-25 является контролируемой,
  2. аномальная ТВС 03-26 является неконтролируемой, в 4 соседних ТВС исправные КНИ,
  3. аномальная ТВС 05-22 является неконтролируемой, исправный КНИ только в 1 соседней ТВС.
  
  Погрешность восстановления поля энерговыделения с учётом показаний датчиков (но без информации о размножающих свойствах аномальной ТВС), в случаях 1 и 2 входит в пределы, устанавливаемые ГОСТ 26635-85. При этом погрешность существенно зависит от числа контролируемых ячеек в окрестности аномальной ТВС. Наименьшая погрешность достигается, если сама аномальная ТВС является контролируемой и возрастает для неконтролируемой аномальной ТВС при уменьшении количества контролируемых ТВС из её окружения.
  
  ПО "Круиз" достоверно восстанавливает поле энерговыделений при наличии значительной ошибки в размножающих свойствах неконтролируемой ТВС, как в симметричной, так и несимметричной активной зоне. Во всех случаях место расположения аномалии и её тип определяются достоверно путем сравнения восстановленного поля с расчётом без датчиков.
  
  Результаты восстановления поля как по всей активной зоне, так и в ТВС с аномалией находятся между двумя крайними случаями с контролируемой аномальной ТВС и наличием КНИ только в одной из соседних ТВС. Иллюстрации приведены для случая 3.

• Ошибка в выгорании, ошибка при эксплуатации (сбой при настройке/эксплуатации СВРК).
  
  В СВРК для всех ТВС массив шлаков принудительно установлен на выгорание, соответствующее 10 эфф.суткам. Состояние задано искусственно, в штатной ситуации в СВРК на начало топливной кампании отсутствуют шлаки на 10 эфф.суток, однако именно в такой ситуации отклонения в поле энерговыделений за счёт данной ошибки максимально.
  
  Ошибка в расчёте поля энерговыделения без учёта показаний датчиков в случае данной ошибки не велика, ввиду "равномерности" возмущения по активной зоне, и изначально входит в пределы, устанавливаемые ГОСТ 26635-85. При этом восстановление поля с учетом показаний датчиков практически устраняет данное возмущение, приводя к совпадению восстановленного поля с модельным "эталонным" расчетом.

Ошибки измерений:

• Ошибка в положении ОР СУЗ рабочей группы, неконтролируемое движение ОР СУЗ, либо ошибка в настроечной информации СУЗ (эксплуатационная ошибка).
  
  "Реальное" положение рабочей группы ОР СУЗ на 10 см выше, чем задаваемое в СВРК, рабочая группа в эталонном расчёте находится между ДПЗ. Корректировка положения рабочей группы по показаниям ДПЗ в ПО "Круиз" отключена.
  
  Такая ошибка приводит к значительным возмущениям в расчёте поля без показаний датчиков в призмах с некорректным положением ОР СУЗ и их ближайшем окружении.
  
  При восстановлении поля с учётом показаний датчиков отклонения от эталона значительно снижаются по всей активной зоне, кроме расчётных призм, внутри которых находится концевик рабочей группы, что связано в основном с отключением механизма корректировки положения рабочей группы ОР СУЗ по показаниям окружающих ДПЗ и отсутствием ДПЗ в кассетах с ОР СУЗ.
  
  Величина снижения приблизительно пропорциональна влиянию на соседние ТВС с датчиками неучитываемого в СВРК возмущения в 12-м расчётном слое. Тем не менее, сравнение расчёта без датчиков и с датчиками позволяет выявить аномалию при детальном анализе объёмных полей энерговыделения. В целом восстановленное поле отличается от эталонного в пределах, регламентируемых ГОСТ 26635-85.

• Обрыв привода одного ОР СУЗ нерабочей группы, расцепление ОР СУЗ со штангой привода, либо недостоверный сигнал ОР СУЗ (грубая ошибка).
  
  При модельном "эталонном" расчёте ОР СУЗ №55 (14-29) задан на нижнем концевике, в СВРК положение ОР СУЗ - штатное. Отклонения от эталона расчёта без датчиков большие. При восстановлении поля с учётом показаний датчиков отклонения от эталона значительно снижаются, что позволяет в явном виде опознать аномалию.
  
  Величина снижения энерговыделения в ячейке с недостоверным положением ОР СУЗ восстанавливается с существенной погрешностью, однако локальное "пятно" снижения энерговыделения позволяет уверенно опознать локальную аномалию, а снижение энерговыделения по всей высоте в данной ТВС и соседних с ней - падение ОР СУЗ на НКВ. Наличие существенной погрешности в аномальной ячейке обусловлено тем фактом, что в ТВС под ОР СУЗ отсутствуют ДПЗ.
  
  Отклонение восстановленного поля от эталонного для всей активной зоны за исключением аномальной ТВС не превышает 5%. Как следствие, восстановленное поле отличается от эталонного в пределах, регламентируемых ГОСТ 26635-85.
  
  Наибольшие отклонения восстановленного поля от "эталонного" возникают при наложении аномалии с недостоверным положением ОР СУЗ на резко асимметричное распределение поля энерговыделений (один из ОР СУЗ опущен до НКВ), в этом случае отклонение в аномальной ТВС составляет по K_q до 0,30, по K_v - до 0.40.

• Несанкционированное неконтролируемое извлечение одного ОР СУЗ рабочей группы до верхнего концевика, разрыв привода ОР СУЗ, либо неконтролируемое извлечение ОР СУЗ с потерей индикации (грубая ошибка).
  
  При модельном "эталонном" расчёте ОР СУЗ №61 (11-32) поднят на верхний концевик, в СВРК положение ОР СУЗ - штатное. Отклонения от эталона расчёта без датчиков большие только в области извлечения ОР СУЗ рабочей группы. При восстановлении поля с учетом показаний датчиков отклонения от эталона значительно снижаются, что позволяет в явном виде опознать аномалию.
  
  Величина увеличения энерговыделения в ячейке 11-32 восстанавливается с существенной погрешностью, однако локальное "пятно" повышения энерговыделения позволяет уверенно опознать выброс ОР СУЗ на ВКВ.
  
  Отклонение восстановленного поля от эталонного для всей активной зоны за исключением аномальной ТВС не превышает 5%. Как следствие, восстановленное поле отличается от эталонного в пределах, регламентируемых ГОСТ 26635-85.

• Ошибки показаний ДПЗ, данная ошибка является эксплуатационной погрешностью.
  
  Ошибка имитировалась нормально распределёнными отклонениями с σ=1,8%, поскольку число измеряемых точек в объёме активной зоны не велико (64×7=448), статобработка проводилась по 100 независимым различным реализациям данной ошибки.
  
  Составляющие погрешности:
  • ошибка, обусловленная различием массы родия в ДПЗ в пределах технологических допусков при изготовлении < 1%;
  • ошибка измерения тока ДПЗ аппаратурой СВРК; основная приведенная погрешность измерения тока ДПЗ 0.2% + дополнительная погрешность 0.1% на диапазоне 0 - 20мкА;
  • ошибка в показаниях ДПЗ, обусловленная неточностью модели (коэффициентов перехода от тока ДПЗ к линейному энерговыделению) = +3% с вероятностью 0,95.

ПО "Круиз" достоверно восстанавливает поле энерговыделений при паспортной ошибке ДПЗ как в симметричной, так и несимметричной активной зоне. Разброс погрешностей при этом изменяется незначительно.

Результаты верификации (ПО "Круиз", блок 4 РАЭС). Имитация комплекса ошибок и отказов датчиков на произвольные эффективные сутки.

В верификационном отчете для блока 4 Ровенской АЭС и в дополнении к нему были представлены результаты восстановления поля энерговыделений на 0, 60, 120, 180, 240 и 290 эфф.сутки и конец топливной кампании для симметричного и несимметричного (ОР СУЗ №55 (14-29) на НКВ) состояний.

При передаче "эталонного" модельного поля в ПО "Круиз" одновременно имитировались следующие ошибки:

• ошибки модели:
  • выгорание +10 суток,
  • неправильное отравление: SM = 0,
  • неправильное отравление: XE = 0,
  • ошибка в коэффициенте размножения свежих кассет максимального обогащения, приводящая (без учёта показаний датчиков) к снижению мощности напряжённой кассеты на 5%, равная 0,55%,
• ошибки измерений:
  • отказы ДПЗ - 25%,
  • ошибка измерения температуры в холодных нитках +0.3°С с вероятностью 0,95,
  • ошибка, обусловленная различием массы родия в ДПЗ в пределах технологических допусков при изготовлении < 1%,
  • ошибка измерения тока ДПЗ аппаратурой СВРК, основная приведённая погрешность измерения тока ДПЗ 0.2% + дополнительная погрешность 0.1% на диапазоне 0 - 20мкА,
  • ошибка в показаниях ДПЗ обусловленная неточностью модели (коэффициентов перехода от тока ДПЗ к линейному энерговыделению) = +3% с вероятностью 0,95,
  • ошибка в определении высоты рабочей группы ОР на 12 см.

Рассмотрим данную ситуацию на примере состояния на 60 эффективных суток.

Для остальных состояний результаты аналогичны.

Имитация ошибок измерений и модели выполняется на основании консервативного подхода, т.е. все ошибки модели выбираются в сторону занижения неравномерности энерговыделения и максимальными по абсолютной величине. Ошибки измерений имитируются случайно распределёнными по пространству с максимальной допустимой стандартом на СВРК дисперсией. При этом ошибки разных типов считаются некоррелированными, случайные ошибки - нормально распределёнными.

Проводится 100 реализаций расчёта с разными наборами случайных ошибок и различными наборами отключённых из обработки детекторов, единственное ограничение, которое выполняется для всех 100 вариантов отключения датчиков - недостижение уровня деградации СВРК, при котором требуется снижение мощности реакторной установки.

Внесение однонаправленных ошибок оказывает существенное влияние на точность восстановления поля, однако величины погрешностей (погрешность восстановления поля энерговыделений в максимально напряжённой точке и в целом по активной зоне) не превышают 5% с доверительной вероятностью 0,95, т.е. критерии, сформулированные на основании ГОСТ 26635-85, выполняются как для симметричного, так и для несимметричного случаев распределения поля энерговыделений.

В основном погрешность восстановления поля обусловлена погрешностью измерений ("шумом" ДПЗ). Максимальные погрешности реализуются в местах расположения погруженных ОР СУЗ.

Дополнительная проверка с использованием "эталонного" модельного поля, подготовленного независимым расчетным кодом DYN3D.

По предписанию регулирующего органа Украины ООО "ИФ СНИИП Атом" было проведено восстановление полей по показаниям датчиков, смоделированным ООО "ФИЗАР" по эталонному полю DYN3D, для отдельных состояний 16-й топливной загрузки энергоблока №1 Хмельницкой АЭС.

Ввиду дефицита времени на выполнение данной работы в базе данных ПО "Круиз" использовались шлаки DYN3D (в ПО "Круиз" не проводилось выгорание в течение 13-16 топливных загрузок ХАЭС-1), что даёт дополнительную ошибку ввиду отличия моделей и константного обеспечения DYN3D и ПО "Круиз". Проводилось сравнение восстановленного поля с эталонным (в 7 и 16 точках по высоте активной зоны).

Четыре состояния являются эксплуатационными (начало, середина и конец кампании). На двух состояниях проверялась возможность идентификации аномального состояния по СВРК (некорректное положение ОР СУЗ и перепутка ТВС).

Аналогичные проверки проводились и с использованием "эталонных" модельных полей, подготовленных при помощи других расчётных кодов и для других топливных загрузокактивной зоны серийного ВВЭР-1000. Результаты аналогичны приведенным ниже.

Проиллюстрируем примеры обнаружения при помощи ПО "Круиз" аномалий на примере аномального положения ОР СУЗ.

Как видно из прилагаемых иллюстративных материалов, отклонения восстановленного поля с учетом показаний датчиков не входят в пределы, устанавливаемые ГОСТ 26635-85. Однако аномалия в положении ОР СУЗ выявляется однозначно. Отклонение восстановленного поля от эталона не превышает 5% во всем объеме активной зоны за исключением сектора с аномальной ТВС.

Подтверждение полученных результатов при эксплуатации

Во время опытной эксплуатации СВРК-М с ПО "Круиз" на блоке 4 Ровенской АЭС в течение первой топливной кампании персоналом АЭС проводилось регулярное сравнение восстановленных СВРК полей с результатами расчётов по проектным кодам и контроль достоверности восстановления поля методом контрольных датчиков.

Сравнение восстановленных СВРК полей с результатами расчётов по проектным кодам показало хорошее соответствие между сравниваемыми полями для различных уровней мощности и моментов топливной кампании.

Результаты контроля достоверности восстановления поля методом контрольных датчиков для различных уровней мощности и моментов топливной кампании показали наличие значительных запасов по точности. Критерии, сформулированные на основании ГОСТ 26635-85, выполняются. Более подробная информация приведена в [4].

Заключение

Проведенные экспериментальные и расчётные исследования подтверждают выполнение в ПО "Круиз" требований по точности восстановления поля энерговыделения.

Методики испытаний программы восстановления поля энерговыделения ПО СВРК, разработанные в процессе модернизации ПО "Круиз", носят универсальный характер и могут быть положены в основу испытаний программы восстановления поля или сопоставлений ПО СВРК разных поставщиков.

Перечень литературы:

1. Бурьян В.И. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. "Математическое обеспечение внутриреакторного контроля на АЭС с ВВЭР". Москва. 1992г.
   
   
2. В.И., Кужиль А.С., Падун С.П., Пешков А.Б. Синтез поля энерговыделения в активной зоне ВВЭР на основе критерия направленного расхождения. Ядерные измерительно-информационные технологии, № 4, 2002 г., стр.24-28.
   
   
3. Bourian V.I.(SNIIP ATOM), Kuzhil A.S., Padun S.P.(RSC "Kurchatov institut"). On-line monitoring of power distribution at WWER.Mathematical model and estimation method. The 13th Pacific Basin Nuclear Conference. Shenzhen (China), Oct.21-25, 2002.
   
   
4. A.S.Kuzil, S.P.Padun, V.I.Bourian. Development of in-core monitoring system for VVER. 10-th AER Symposium on VVER Reactor Physics and Reactor Safety. September 18-22, 2000, Moscow, Russia.
   
   
5. Бурьян В.И. Результаты испытаний алгоритма восстановления поля энерговыделения ПО СВРК "КРУИЗ" на 1 блоке Ростовской АЭС. Ядерные измерительно-информационные технологии, № 4, 2002 г., стр.56-61.

ИСТОЧНИК: Александр Быков

ДАТА: 12.05.2009

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