Неасимптотические методы анализа ресурсных характеристик элементов и подсистем ядерных энергетических установок Соколов, Сергей Владимирович

Введение к работе

Согласно данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), по профилю выработанного календарного ресурса энергоблоков атомных электростанций (АЭС) в настоящее время в эксплуатации находятся 148 блоков, проработавших более 30 лет, и 210 блоков, возраст которых составляет от 20 до 30 лет. Суммарно эти энергоблоки представляют более 80% от 440 реакторов, эксплуатирующихся в мире. С целью безопасного и надёжного функционирования энергоблоков России в отрасли разработаны программы исследований по переоценке безопасности, управлению старением, оптимизации технического обслуживания и ремонта, оценке остаточного ресурса и продлению сроков службы АЭС. В рамках данных направлений возрастает ценность работ по анализу надёжности объектов ядерной энергетики и, как следствие, возникает необходимость разработки методов анализа ресурсных характеристик оборудования АЭС с целью определения их технического состояния.

Разработанные в представленной диссертации неасимптотические математические методы могут быть использованы для оценки ресурсных характеристик элементов и систем ядерных энергетических установок (ЯЭУ). Исследования ресурсных характеристик именно в неасимптотической постановке позволяют более достоверно описать процесс функционирования оборудования энергоблоков АЭС, учесть влияние различных режимов эксплуатации на работоспособность систем, оптимизировать периоды между плановыми профилактическими работами (ППР).

Кроме этого, описанные в диссертации неасимптотические модели являются более гибкими, чем большинство ранее известных математических моделей, и ориентированы на проведение исследований ресурсных характеристик и других показателей надежности уникального высоконадежного оборудования в условиях неполноты и ограниченности исходных данных об отказах.

Таким образом, актуальность работы заключается в том, что на сегодняшний день существует большое количество оборудования АЭС, для которого требуется проводить расчеты ресурсных характеристик с высокой достоверностью и точностью. Применение неасимптотических моделей является необходимым условием повышения точности расчетов показателей надежности элементов и систем ЯЭУ для решения задач по оценке технического состояния действующих энергоблоков при наличии ограниченной, неполной исходной информации, а также позволяет учесть уникальность и особенности эксплуатации оборудования, специфичные для АЭС.

Объектом исследования представленной работы являются элементы и подсистемы энергоблоков АЭС, рассматриваемые как сложные технические системы с различными стратегиями функционирования, в ходе эксплуатации которых имеют место контроль исправности составляющих элементов, проведение профилактических работ, наличие запасных элементов.

Предметом исследования являются неасимптотические модели расчета ресурсных характеристик, учитывающие различные стратегии функционирования элементов и систем ЯЭУ, и методы анализа надежности и технического состояния оборудования АЭС.

Цель исследования состоит в разработке неасимптотических моделей расчета ресурсных характеристик элементов и систем ЯЭУ, используемых для анализа технического состояния и надежности оборудования АЭС.

Для достижения данной цели в диссертации решены следующие задачи:

1. Сформулирована проблема необходимости разработки неасимптотических методов расчета ресурсных характеристик элементов и систем ЯЭУ, предоставляющих возможность оценки технического состояния и научного обоснования продления их проектного срока службы.

2. Разработан метод оценки средней остаточной наработки до отказа невос- станавливаемых объектов, учитывающий особенности сбора статистических данных об отказах оборудования на АЭС.

3. Разработаны неасимптотические модели для оценивания математического ожидания прямого остаточного времени - ресурсной характеристики восстанавливаемых систем, учитывающие особенности эксплуатации ЯЭУ как сложной технической системы (наличие встроенного контроля, планово-профилактического обслуживания).

4. Разработано программное обеспечение для расчета ресурсных характеристик с учетом различных видов представления исходных данных об отказах элементов ЯЭУ. Проведена его апробация на тестовых и реальных данных.

5. Выполнены расчеты ресурсных характеристик для электрооборудования системы управления и защиты (СУЗ) реакторных установок РБМК-1000 Смоленской АЭС (САЭС) и ЭГП-6 Билибинской АЭС (БиАЭС) с использованием разработанных моделей.

Научная новизна представленной работы состоит в том, что впервые были разработаны:

5. 1. Неасимптотические методы оценки ресурсных характеристик, в отличие от ранее существующих подходов, позволяющие получать оценки показателей долговечности для невосстанавливаемых элементов ЯЭУ с учетом особенностей представления исходной статистической информации об отказах оборудования российских АЭС.

   2. Неасимптотические модели расчета среднего прямого остаточного времени для восстанавливаемых элементов, учитывающие наличие встроенных систем контроля работоспособности оборудования, проведение обслуживающих мероприятий, и позволяющие, в отличие от известных на сегодняшний день асимптотических моделей, оценить техническое состояние на всех этапах эксплуатации объекта исследования и использовать в качестве исходных данных как параметрические, так и непараметрические модели надежности.

   3. Метод построения доверительных интервалов для неасимптотических оценок математического ожидания прямого остаточного времени для случая пред- ставлення исходных данных об отказах оборудования, в виде частот отказов группированных по временным интервалам.

   Практическая значимость работы состоит в том, что:

   5. 3. 1. Разработанные теоретические модели доведены до инженерных методик с соответствующей программной реализацией.

         2. Разработанные методы использовались при диагностике и анализе технического состояния и надежности элементов и подсистем ЯЭУ реакторов ЭГП-6 БиАЭС и РБМК-1000 САЭС с учетом особенностей их функционирования и разнородной статистической информации об отказах, а также при обосновании решения о продлении установленных сроков службы электрооборудования СУЗ БиАЭС до 31.12.2016 (Приказ №283 филиала ОАО «Концерн Росэнергоатом» «Билибин- ская атомная станция» от 24.12.2011).

         3. Научные результаты включены в методику и типовую программу оценки технического состояния и остаточного ресурса комплекса электрооборудования системы управления и защиты ядерных установок типа ВВЭР (РД ЭО 0294-01, изменение №1), в программу-методику работ по обследованию технического состояния и управлению ресурсными характеристиками электрооборудования СУЗ БиАЭС.

         Достоверность научных положений обеспечена применением широко известных методов теории вероятности, теории надежности и математической статистики; использованием известных процедур преобразования функционалов при выводе уравнений восстановления и численных методов при их решении; результатами сравнения частных случаев полученных моделей с разработками других авторов; опытом внедрения и практическим использованием полученных результатов.

         Личное участие автора

         Автор участвовал в качестве исполнителя на всех этапах разработки неасимптотических методов расчета и анализа ресурсных характеристик оборудования ЯЭУ. Лично автором получены неасимптотические модели для оценки математического ожидания прямого остаточного времени и других ресурсных характеристик для различных стратегий обслуживания с учетом особенностей представления исходных данных, разработан метод построения доверительного интервала для оценки математического ожидания прямого остаточного времени, показана применимость полученных моделей для различных типов оборудования, а также для решения оптимизационных задач надежности, например, определения оптимального периода между проведением ППР.

         Положения, выносимые на защиту:

         1. Неасимптотические методы оценки ресурсных характеристик невосстанав- ливаемых элементов ЯЭУ, учитывающие особенности представления исходных данных об отказах оборудования на российских АЭС.

         5. 3. 3. 1. Неасимптотические методы расчета математического ожидания прямого остаточного времени для восстанавливаемых элементов и систем ЯЭУ с учетом различных стратегий их функционирования и особенностей представления исходных данных об отказах оборудования на российских АЭС.

                  2. Метод построения доверительных интервалов для оценок математического ожидания прямого остаточного времени, основанный на применении процедур бутстреп-метода.

                  3. Расчетный анализ ресурсных характеристик и других показателей надежности элементов и подсистем СУЗ реакторов ЭГП-6 Би АЭС и РБМК-1000 САЭС с учетом ограниченной исходной информации и различных стратегий функционирования.

                  Апробация результатов работы

                  Основные результаты диссертации опубликованы в российских научных журналах, докладывались и обсуждались на международных конференциях и получили одобрение российских и зарубежных специалистов по теории надежности.

                  Среди конференций, на которых представлялись результаты работы:

                  5. 3. 3. 3. 1. IX Международная научно-практическая конференция «Системный анализ в проектировании и управлении», Санкт-Петербург, 2005;

                              2. Международная конференция «Безопасность АЭС и подготовка кадров», Обнинск, 2005, 2007, 2009;

                              3. III международная конференция «Математические идеи П.Л. Чебышева и их приложение к современным проблемам естествознания», Обнинск, 2006;

                              4. International Conference «Degradation, Damage, Fatigue, and Accelerated Life Models in Reliability Testing» (ALT'2006), Angers, France, 2006;

                              5. V International Conference - «Mathematical Methods in Reliability» (MMR'2007), Glasgow, UK, 2007;

                              6. VI International Conference - «Mathematical Methods in Reliability. Theory. Methods. Applications» (MMR'2009), Mosrow, 2009;

                              7. International Conference «Accelerated Life Testing, Reliability-based Analysis and Design» (ALT'2010), Clermont-Ferrand, France, 2010;

                              8. International Workshop «Applied Methods of Statistical Analysis. Simulation and Statistical Inference» (AMSA'2011), Novosibirsk, Russia, 2011.

                              Публикации

                              Основные результаты диссертации опубликованы в 16 печатных работах, в том числе в 3 печатных работах в рецензируемых журналах из списка ВАК.

                              Структура и объем диссертации

                              Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения со сквозной нумерацией внутри каждой главы. Общий объем диссертации составляет 211 страниц машинописного текста. Основной текст работы изложен на 144 страницах, включая 40 рисунков и 15 таблиц. Библиографический список литературы содержит 95 наименований.
                              

                              Похожие диссертации на Неасимптотические методы анализа ресурсных характеристик элементов и подсистем ядерных энергетических установок

                              

                              Создание экспертно-математической системы поддержки принятия решений на основе метода анализа иерархий для разработки установок электросинтеза озонаКротов Юрий Вячеславович

                              

                              Анализ нелинейных многосвязных систем автоматического управления энергетическими газотурбинными установками методом численного моделирования Денисов Василий Васильевич

                              

                              Модель и метод анализа динамических характеристик системы защиты информации при автоматизированной обработке данныхПтицын Алексей Владимирович

                              Анализ и обработка экспертной информации по идентификационным характеристикам состава нефтепродуктов методом распознавания образовЕгориков, Павел Николаевич

                              Исследование методов и средств преобразования реализаций случайных процессов в устройствах аппаратурного анализа вероятностных характеристикБлохин Анатолий Васильевич

                              

                              Метод формализации данных и модели нечеткого кластерного анализа и рейтингового оценивания объектов с качественными характеристикамиПоярков Николай Геннадьевич

                              Разработка моделей и программных комплексов для исследования надежности и безопасности ядерных установок вероятностными методамиБылов, Игорь Александрович

                              

                              Разработка и анализ методов последовательной прокладки путей в сетях передачи данныхКурочкин Илья Ильич

                              

                              Модели и методы анализа и прогнозирования технического состояния магистральных газопроводовЖуков, Александр Сергеевич

                              

                              Разработка методов анализа функционирования компьютерных сетей : На примере научно-образовательной сети RUNNetГугель Юрий Викторович