Введение к работе
Актуальность исследования. Одной из основных систем в составе автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) энергоблока атомной станции (АС) является система внутриреакторного контроля (СВРК). С конца 60-х – начала 70-х годов прошлого века, когда была создана система контроля активной зоны первого поколения для ВВЭР-440 – РПН2-04, СВРК прошли несколько этапов своего развития. В новых проектах энергоблоков с ВВЭР возможности СВРК значительно расширены.
Модернизированная система ВРК (СВРК-М) претерпела существенные аппаратные изменения, она стала выполнять значительно больше вычислительных операций в единицу времени. Это позволило разработчику внедрить систему постоянной адаптации физической модели восстановления поля энерговыделения (ЭВ) в зависимости от выгорания топлива, времени кампании, накопления продуктов деления, величины протекших зарядов через внутриреакторные детекторы нейтронного потока (ДПЗ). Если раньше адаптация выполнялась персоналом, сопровождающим работу СВРК с периодичностью ~20 суток, то теперь это делается при каждом восстановлении поля ЭВ автоматически. Опыт эксплуатации СВРК-М показывает, что такой подход позволяет получать стабильные результаты восстановления поля ЭВ, с, примерно, постоянным значением отклонения восстановленного ЭВ от рассчитанного по БИПР-7А, хотя при этом теряется контроль за вносимыми в программное обеспечение восстановления поля ЭВ (ПО) изменениями.
Совершенствование оборудования потребовало переработки имеющегося ПО. Выполнить перенос сложного программного обеспечения на современную аппаратуру без потерь невозможно. Старая версия ПО СВРК ВМПО «Хортица» - результат адаптации программного обеспечения и верификации его на реальных ситуациях, возникших в процессе многолетней эксплуатации топливных загрузок. Новая «Хортица-М» эксплуатируется относительно мало времени, и нет достаточного опыта ее работы. Остались вопросы с поправкой восстановленного поля на датчики, так, при сбое в системе контроля положения органов регулирования системы управления и защиты (ОР СУЗ) (например, по измерительной системе ОР сместился на 50 см вниз), СВРК восстановит поле с провалом ЭВ в области упавшего кластера, хотя, из-за отсутствия реального перемещения ОР, показания каналов нейтронных измерений (КНИ) и термопар (ТП) не меняются.
Нет объективных критериев оценки различного ПО и анализа адекватности моделей описания состояния активной зоны программным обеспечением СВРК.
Наличие таких критериев позволит персоналу, сопровождающему работу СВРК, вносить изменения и контролировать их результат, что благоприятно скажется на развитии программного обеспечения. Эти методы обеспечат оперативный контроль за ПО восстановления поля ЭВ, в котором адаптация физической модели выполняется автоматически, без контроля со стороны персонала.
Кроме того, увеличение функций ПО приводит к увеличению количества информации, представляемой оперативному персоналу и специалистам, осуществляющим сопровождение эксплуатации системы. Первостепенным становится вопрос качества представления информации. Оно зависит от многих факторов, среди которых не последняя роль принадлежит субъективным оценкам. Для решения практических задач, например, являются ли отклонения в показаниях измерительной системы физическим процессом или вызваны погрешностями измерений, необходимо провести анализ достаточно большого количества информации, часто при дефиците времени.
Для оперативного контроля состояния активной зоны, ПО СВРК необходима разработка методов и алгоритмов, которые давали бы возможность повысить достоверность оценки этого состояния за счет анализа всей доступной информации с одновременным сокращением времени ее обработки. При этом конечные результаты должны представляться в наглядном виде оперативному персоналу для принятия решения.
Таким образом, задача улучшения эффективности контроля за состоянием измерительной системы, программного обеспечения и активной зоны в процессе эксплуатации является актуальной. Повышение качества информационного обеспечения персонала должно идти в направлениях:
оперативного и надежного обнаружения недостоверных показаний измерительной системы;
своевременной идентификации локальных физических процессов и возможности контролировать их развитие;
представления оперативному персоналу только информации, необходимой ему для принятия решения об изменении условий эксплуатации.
Для анализа состояния измерительной системы, ПО и получения достоверной и объективной информации о состоянии СВРК и активной зоны реакторов ВВЭР-1000 предлагается использовать методы распознавания образов, классификации и теории графов. Результаты представления состояния реальных систем и активной зоны этими методами предложено использовать операторам, управляющим РУ, и экспертам, сопровождающим работу СВРК, для оперативного контроля. Такие методы стали основой для создания программного комплекса «КАРУНД», который позволяет работать с базами данных СВРК ВВЭР-1000, выполнять анализ измерительной системы и ПО СВРК.
Объектом исследования данной работы являются условия эксплуатации активной зоны, информативность измерительной системы и программного обеспечения системы внутриреакторного контроля для реакторов ВВЭР-1000.
Определяющая цель работы – повышение безопасности эксплуатации топливных загрузок реакторов ВВЭР–1000 за счет разработки и внедрения дополнительных к существующим методов контроля состояния активной зоны по данным СВРК, состояния ПО внутриреакторного контроля для своевременного обнаружения физических процессов в активной зоне и выявления недостоверных показаний измерительной системы. При этом качество представления информации и оперативность анализа увеличивается.
Для достижения поставленной в работе цели использовались следующие методы исследования: анализ структуры СВРК ВВЭР-1000 и представления информации оператору, анализ применяемых методов проверки состояния измерительной системы и активной зоны реактора ВВЭР-1000 по данным СВРК, разработка методов и алгоритмов анализа данных измерительной системы и ПО СВРК ВВЭР-1000 и их реализация в среде программирования, адаптированной для работы на персональном компьютере с операционной системой Windows для использования на рабочих станциях оперативного персонала, управляющего РУ, и экспертов, сопровождающих работу СВРК.
Научная новизна исследования:
-
На основе метода главных компонент разработан алгоритм анализа состояния активной зоны, измерительной системы, ПО СВРК реактора ВВЭР-1000, который:
позволяет наглядно представлять состояние измерительной системы ВРК;
дает возможность объективно (опираясь лишь на формализм разработанной модели), своевременно, на ранней стадии, когда отклонения в работе ПО не приводят к неправильным выводам о состоянии активной зоны, оценить необходимость коррекции физической модели программного обеспечения и эффективность корректировки.
-
Впервые выполнено сравнение различного ПО СВРК в общей системе координат. Разработан новый, дополнительный критерий оценки адекватности физической модели, представленной в ПО, фактическому состоянию активной зоны, который позволяет оценить, какое программное обеспечение более правильно описывает распределение ЭВ в активной зоне.
-
Разработан алгоритм контроля изменения состояния активной зоны по отношению к эталону, использующий представление состояния активной зоны минимальным остовным деревом:
на основе совместного анализа показаний ДПЗ и ТП обеспечивается контроль практически всей активной зоны;
наглядное представление изменения состояния активной зоны сокращает время для принятия оперативных решений, если это необходимо, об изменении режимов эксплуатации;
исключается влияние систематической погрешности измерительных каналов при представлении информации эксплуатационному персоналу.
Практическая значимость исследования. Разработанные методы и алгоритмы анализа измерительной системы, ПО СВРК и состояния активной зоны доведены до конечного программного продукта, который используется в отделе ядерной безопасности и надежности Калининской АС и готовится к внедрению для оперативного контроля. Проанализированы измерительные системы и ПО СВРК блоков № 1, 2, 3 Калининской АС, режимы, связанные с нарушениями в состоянии активной зоны. Полученные результаты подтверждаются опытом эксплуатации активных зон и опытом анализа данных СВРК персоналом, сопровождающим ее работу на блоках Калининской АС, и существенно повышают безопасность эксплуатации АС.
На защиту выносится:
-
Обоснованность и необходимость использования методов и алгоритмов для своевременного распознавания состояния активной зоны и анализа достоверности информации системы внутриреакторного контроля.
-
Алгоритмы анализа данных измерительной системы, ПО СВРК и анализа состояния активной зоны реактора ВВЭР-1000.
-
Результаты анализа данных системы внутриреакторного контроля с помощью разработанных алгоритмов, которые подтверждают возможность оперативно выявлять недостоверные показания измерительной системы ВРК, сбои в работе ПО СВРК, подтверждают правильность представления информации о состоянии активной зоны эксплуатационному персоналу и возможность оценки ее достоверности.
-
Результаты сравнительного анализа различных версий ПО СВРК Калининской АС, которые демонстрируют возможность качественно сравнить между собой две программы восстановления поля ЭВ.
-
Практическая реализация разработанных методов и алгоритмов.
Достоверность научных положений. В ходе разработки все результаты проверялись на большом объеме независимых данных архивов СВРК 1, 2, 3 блоков Калининской АС. Периодически выполнялся анализ достоверности результатов работы совместно с экспертами отдела ядерной безопасности и надежности Калининской АС, сопровождающих работу СВРК. Методы и алгоритмы подтвердили свою работоспособность при применении на Калининской АС.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались на конкурсах и международных научных конференциях: X Международная конференция «Безопасность АЭС и подготовка кадров» (Обнинск, 2007г.), I Научно-техническая конференция молодых работников Калининской АС (Удомля, 2008 г), XI Международная конференция «Безопасность АЭС и подготовка кадров» (Обнинск, 2009 г.), Международная научно-техническая конференция «Молодежь: безопасность, наука, производство» (Балаково, 2010 г.), Конкурс на присуждение премии Госкорпорации «Росатом» молодым ученым атомной отрасли (Москва, 2010 г.), Конкурс научно-технических сообщений среди молодых работников Калининской АС (Удомля, 2011 г.), Международная научно-техническая конференция «Молодежь: безопасность, наука, производство» (Курчатов, 2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 3 статьи в научно-технических журналах из перечня ВАК, 4 публикации в трудах конференций.
Личный вклад. Автор принимал непосредственное участие в решении всех задач, изложенных в диссертации, лично разработал алгоритмы и программное обеспечение для выполнения анализа данных измерительной системы СВРК и представления информации о состоянии ПО СВРК и активной зоны реактора ВВЭР-1000.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 121 странице машинописного текста; состоит из введения, пяти глав, заключения, списка сокращений, списка литературы из 92 наименований и пяти приложений; содержит 6 таблиц, 55 рисунков.
