НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ» Современная система контроля, управления и диагностики (СКУД) реакторов ввэр большой мощности Калинушкин Андрей Евгеньевич Семченков Юрий Михайлович Доклад на I Международной научно-технической конференции «Автоматизированные системы управления технологическими процессами АЭС и ТЭС» Республика Беларусь, г. Минск 25 - 27 февраля 2015 г. 1

СКУД является основной системой контроля и диагностики реактора ВВЭР. ЗНАЧЕНИЕ СКУД Система контроля, управления и диагностики (СКУД) РУ с ВВЭР большой мощности – один из элементов концепции ядерной безопасности и составная часть технического обоснования безопасной эксплуатации энергоблока. СКУД является основной системой контроля и диагностики реактора ВВЭР. 2

СКУД реализована на новых АЭС с ВВЭР-1000: 3 и 4 блоки Калининской АЭС (Россия) 1 и 2 блоки АЭС «Тяньвань» (Китай) 2 блок Ростовской АЭС (Россия) 1 и 2 блоки АЭС «Куданкулам» (Индия) 3 блок Ростовской АЭС Подсистемы СКУД реализованы практически на всех АЭС с ВВЭР большой мощности. 3

Разработка СКУД проводилась на основании технических требований Главного конструктора РУ и технического задания, согласованного Главным конструктором РУ, Генеральными проектировщиками и Главным конструктором – системным интегратором АСУТП. Процесс разработки строго соответствовал требованиям российской и международной нормативной базы. СКУД оценена экспертами МАГАТЭ как передовая практика (миссия МАГАТЭ по оценке АСУТП НВАЭС-2 06-15.12.2012 г.) 4 4

РАЗРАБОТЧИК СКУД – НИЦ «Курчатовский институт» РАЗРАБОТЧИК СКУД – НИЦ «Курчатовский институт» при участии ОКБ «Гидропресс», СНИИП, СНИИП-АСКУР, ВНИИАЭС, НТЦ «Диапром», ГНЦ РФ ФЭИ 5

ЗАДАЧИ СКУД (1) контроль нейтронно-физических и теплогидравлических параметров активной зоны; контроль тепловой мощности реактора; формирование и передача в инициирующую часть СУЗ-УСБТ сигналов аварийной и предупредительной защиты активной зоны по внутриреакторным параметрам (линейное энерговыделение твэл, запас до кризиса теплообмена) в диапазоне мощности от 20 до 110% от номинальной; расчет и представление данных по реактивности на МКУ при первом пуске блока и после перегрузок топлива; обеспечение управления оператором полем энерговыделения в базовом режиме и при изменении мощности по диспетчерскому графику; представление информации о текущем состоянии активной зоны и основного технологического оборудования первого контура РУ; 6

ЗАДАЧИ СКУД (2) контроль эксплуатационных пределов в части параметров, контролируемых СКУД, и формирование сигнализации о их нарушении; диагностирование в процессе эксплуатации основного технологического оборудования первого контура РУ в части контроля вибронагруженности и надежности крепления элементов, обнаружения свободных и слабозакрепленных предметов и контроля герметичности ГЦК, а также оценки остаточного ресурса; представление (по запросу персонала) информации СКУД для анализа хода эксплуатации и выработки рекомендаций; информационная поддержка по оптимальному ведению водно-химического режима первого контура; 7

ЗАДАЧИ СКУД (3) создание архива данных по истории эксплуатации активной зоны и основного технологического оборудования первого контура РУ для оптимизации осмотра и ремонта в ходе ППР; обмен информации со смежными системами; самодиагностика технических и программных средств. 8

СОСТАВ СКУД Система внутриреакторного контроля (СВРК) Система комплексного анализа и информационной поддержки (СКА) Система контроля остаточного ресурса (САКОР) Система диагностики в составе: система контроля вибраций (СКВ) система обнаружения свободных и слабозакрепленных предметов (СОСП) система акустического контроля течей (САКТ) система влажностного контроля течей (СКТВ) система комплексного диагностирования (СКД) 9

СТРУКТУРА СКУД 10

СИСТЕМА ВНУТРИРЕАКТОРНОГО КОНТРОЛЯ (СВРК) Разработчик СВРК – НИЦ «Курчатовский институт» при участии СНИИП-АСКУР, ОКБ «Гидропресс», ИНКОР. 11

РАЗМЕЩЕНИЕ СБОРОК ВНУТРИРЕАКТОРНОГО КОНТРОЛЯ В АКТИВНОЙ ЗОНЕ АЭС-2006 - Сборки внутриреакторного контроля (54 штуки) Сборка внутриреакторного контроля, размещенная в ТВС

Программно-технические средства СВРК СВРК-М – новое поколение СВРК на ВВЭР большой мощности Измерительная аппаратура высокого класса точности (погрешность 0,05% для всех измерительных каналов) Высокопроизводительная вычислительная техника в исполнении для ответственных применений с использованием платформы фирмы Hewlett-Packard Proliant Всё оборудование СВРК-М разработано, рекомендовано к применению на АЭС и изготавливается в России. 13

Основные отличительные особенности СВРК-М а) устранение запаздывания родиевого ДПЗ для оперативного контроля энерговыделения в активной зоне; в) оперативный и независимый контроль тепловой мощности реактора по показаниям родиевых ДПЗ; с) контроль, аварийная и предупредительная защита по внутриреакторным (пиковым) факторам для ТВЭЛ и ТВЭГ; d) отличие расчетной части программного обеспечения СВРК-М от используемого проектного кода с сохранением общей методологии расчетов и взаимосогласованной константной базы. 14

Разгрузка энергоблока АЭС с ВВЭР-1000 с помощью группы ОР СУЗ БЫСТРОДЕЙСТВИЕ °С → ← % мощность по внезонным камерам, NIK мощность по ДПЗ, NED положение первой группы ОР СУЗ ← сек Разгрузка энергоблока АЭС с ВВЭР-1000 с помощью группы ОР СУЗ 15

В СВРК-М осуществляется контроль, аварийная и предупредительная защита по: запасу до кризиса теплообмена; линейному энерговыделению. Контроль и защиты по линейному энерговыделению осуществляется одновременно и для всех ТВЭЛ (включая периферийные) и для ТВЭГ с учетом выгорания топлива. 16

Процесс разработки и внедрения решений по защите активной зоны с помощью СВРК-М расчетное обоснование; разработка технических средств в соответствии с требованиями для оборудования систем безопасности, включая квалификацию с учетом «старения»; проведение процедур разработки, верификации и валидации ПО по МЭК 60880 (включая верификацию независимой организацией); проведение испытаний на специализированном полигоне; проведение испытаний при отгрузке по специальным программам и методикам; проведение испытаний при пуске энергоблока (от послемонтажных до испытаний на мощности) по специальным программам и методикам; разработка программ и методик эксплуатационных проверок и сопровождение в процессе эксплуатации. 17

Подтвержденные при испытаниях СВРК-М на АЭС с ВВЭР-1000 значения неопределенностей максимальное линейное энерговыделение – 10% максимальная мощность ТВС – 5% средневзвешенная мощность реактора - 2% температура теплоносителя – 0,3 °С (на нулевой мощности в горячем состоянии) 18

СИСТЕМА КОМПЛЕКСНОГО АНАЛИЗА И ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ (СКА) Разработчик – НИЦ «Курчатовский институт» при участии СНИИП-АСКУР 19

Назначение СКА Информационная поддержка персонала в части анализа и прогнозирования состояния активной зоны Задачи СКА представление (по запросу персонала) информации о состоянии активной зоны для анализа хода эксплуатации и выработки рекомендаций расчет и представление данных по реактивности на МКУ при первом пуске блока и после перегрузок топлива (с использованием внезонных камер, входящих в состав СКА) прогнозирование состояния топлива и активной зоны с учетом предыстории реактора и возможных управляющих воздействий контроль подкритичности и прогнозирование пусковой концентрации борной кислоты остановленного реактора; информационная поддержка по оптимальной эксплуатации твэл с учетом их выгорания. 20

Прогнозирование Прогнозирование состояния топлива и активной зоны с учетом предыстории реактора и возможных управляющих воздействий, контроль подкритичности и прогноз пусковой концентрации борной кислоты остановленного реактора, контроль эффективности аварийной защиты 21

Программно-технические средства СКА унифицированы с СВРК-М. Программно-технические средства СКА унифицированы с СВРК-М. Программное обеспечение унифицировано с СВРК-М. 22

СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПЕРВОГО КОНТУРА РУ (САКОР) Разработчик – ОКБ «Гидропресс» при участии СНИИП-АСКУР и НИЦ «Курчатовский институт» 23

Контролируемое оборудование Назначение Оценка остаточного ресурса оборудования первого контура РУ по данным контроля циклического повреждения наиболее нагруженных узлов оборудования Контролируемое оборудование реактор парогенераторы компенсатор давления главные циркуляционные трубопроводы трубопроводы системы компенсации давления трубопроводы системы аварийного охлаждения активной зоны Унификация Программно-технические средства САКОР унифицированы с СВРК. Внедрение 1 и 2 блоки Ростовской АЭС 3 и 4 блоки Калининской АЭС 1 и 2 блоки АЭС «Тяньвань» 24

КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИЙ СИСТЕМА Разработчик СКВ – НТЦ «Диапром» при участии ОКБ «Гидропресс», НИЦ «Курчатовский институт» 25

НАЗНАЧЕНИЕ СКВ Предназначена в режимах нормальной эксплуатации РУ для контроля вибраций и перемещений основного оборудования и трубопроводов реакторной установки для выявления аномальных вибраций и непроектных перемещений контролируемого оборудования. Аномалии вызваны появлением в нем дефектов, изменением условий его закрепления или возрастанием гидродинамических нагрузок на оборудование со стороны потока теплоносителя первого контура

ЗАДАЧИ СКВ Контроль: - вибраций ГЦТ, ПГ, ГЦН; - вибраций ТВС АкЗ; - вибраций ГЦТ, ПГ, ГЦН; - вибраций ТВС АкЗ; - вибраций ВКУ; вибраций корпуса реактора; вибраций и перемещения паропроводов; вынуждающих вибрацию сил (пульсации давления теплоносителя). перемещений основного оборудования первого контура ПГ, ГЦН, трубопроводы САОЗ, паропроводы

Объект диагностирования Основное оборудование петель (ПГ, ГЦН), реактор с ВКУ и ТВС Входные сигналы  вибрации и перемещения контролируемого оборудования РУ  пульсации давления теплоносителя в проточной части ГЦК  шумы нейтронного потока по внезонным ИК и внутризонным ДПЗ Метод контроля анализ авто-взаимных и многомерных вероятностных характеристик сигналов датчиков Режим контроля непрерывный и периодический

Технические средства СКВ Технические средства СКВ Датчик ДОП Усилитель Устройство информационное

ОБНАРУЖЕНИЯ СВОБОДНЫХ ПРЕДМЕТОВ СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ СВОБОДНЫХ ПРЕДМЕТОВ Разработчик СОСП – НТЦ «Диапром» при участии ОКБ «Гидропресс», НИЦ «Курчатовский институт» 30

ЗАДАЧИ СОСП Контроль акустического шума на поверхности оборудования реакторной установки при работе энергоблока на мощности с целью обнаружения деталей оборудования с ослабленным креплением, деталей, освободившихся в процессе эксплуатации, и посторонних предметов занесенных извне в объем первого контура

Размещение компонентов СОСП

Технические характеристики Метод контроля сравнение текущего уровня сигнала или его производных функций с фоновым и абсолютным пороговыми значением Режим контроля непрерывный с момента пуска энергоблока Технические характеристики количество одновременно обрабатываемых каналов контроля акустического шума, не более 24; чувствительность системы 0.15 g.. 30 g, с разрешением 0.015 g; максимальная частота регистрации события – 5 раз в секунду; время интегрирования для кратковременного СКЗ – не менее 2 мсек; время интегрирования для долговременного СКЗ – не менее 800 мсек; регистрируемая длина сигнала –50 мсек. включая 10 мсек. предыстории; время экспресс-анализа диагностической информации, полученной при регистрации. Объект контроля корпус реактора, главный циркуляционный трубопровод, главные циркуляционные насосы, парогенераторы Диагностические параметры корпусной шум в диапазоне 125 кГц, измеряемый датчиками ускорения

Технические средства Станция питания и импульсный молоток Датчик АР63В-01

АКУСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ТЕЧИ (САКТ) СИСТЕМА АКУСТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ТЕЧИ (САКТ) Разработчик САКТ – ГНЦ РФ ФЭИ при участии НТЦ «Диапром», ОКБ «Гидропресс», НИЦ «Курчатовский институт» 35

Задачи САКТ Контроль герметичности оборудования и трубопроводов и своевременное обнаружение течей теплоносителя первого контура РУ при работе энергоблока на различных уровнях мощности в режимах нормальной эксплуатации и с нарушениями нормальной эксплуатации, а также в режиме «малая течь» теплоносителя первого контура для реализации концепции «Течь перед разрушением».

Размещение датчиков

Объект диагностирования Основное оборудование и трубопроводы технологических систем РУ: ГЦК, пассивная часть САОЗ, система компенсации давления, фланцы СУЗ на верхней крышке блока. Характеристики САКТ обеспечивает обнаружение течи теплоносителя по первому контуру с расходом от 3,8 л/мин (1,9 л/мин для трубопровода соединительного и 1,5 л/мин для трубопроводов САОЗ) и более с погрешностью не +50% и определение места течи с погрешностью не более + 50 % расстояния между датчиками, по показаниям которых обнаружена течь

Датчик акустический GT-400

КОНТРОЛЯ ТЕЧИ ПО ВЛАЖНОСТИ (СКТВ) СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ТЕЧИ ПО ВЛАЖНОСТИ (СКТВ) Разработчик СКТВ – ГНЦ РФ ФЭИ при участии НТЦ «Диапром», ОКБ «Гидропресс», НИЦ «Курчатовский институт» 40

Задачи СКТВ Контроль герметичности трубопроводов и своевременное обнаружение течей теплоносителя первого контура РУ при работе энергоблока на различных уровнях мощности в режимах нормальной эксплуатации и с нарушениями нормальной эксплуатации, а также в режиме «малая течь» теплоносителя первого контура для реализации концепции «Течь перед разрушением».

Объект диагностирования Характеристики Обеспечивает обнаружение течи теплоносителя по первому контуру с расходом от 1 л/мин и более с погрешностью не более +50% и определение места течи с погрешностью не более 50 % расстояния между датчиками, по показаниям которых обнаружена течь. Состав ПТК СКТВ, включая устройство информационно-измерительное (УИ), блоки обработки сигналов, программное обеспечение; зонды выносные (первичные преобразователи температуры и относительной влажности) и узлы их крепления, не менее 52 шт.;

Технические средства Зонд выносной СКТВ-ЗВ Блок обработки сигналов БОС-В

КОМПЛЕКСНОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ (СКД) СИСТЕМА КОМПЛЕКСНОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ (СКД) Разработчик СКД – НТЦ «Диапром» при участии ГНЦ РФ ФЭИ, НИЦ «Курчатовский институт», СНИИП-АСКУР 44

Оборудование СКД унифицировано с оборудованием верхнего уровня СВРК Функции СКД: комплексная оценка целостности оборудования первого контура на основе информации систем контроля течей и систем АСУТП; комплексная оценка целостности оборудования второго контура (в пределах гермооболочки) на основе информации, поступающей от систем СОТТ-2, с целью уточнения величины и места течи во втором контуре (в пределах гермооболочки); комплексная шумовая диагностика РУ; обеспечение информационного обмена между системами диагностики и СВБУ; архивирование, документирование, представление диагностической информации; работа с ПТК систем диагностики. Оборудование СКД унифицировано с оборудованием верхнего уровня СВРК

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!