Системы контроля, управления и диагностики (СКУД) в реакторах типа ВВЭР-1000

Разработка СКУД выполнена с целью оснащения реакторов ВВЭР-1000 повышенной безопасности (В-392), строящихся в России и за рубежом, а также для оснащения действующих ВВЭР-1000 (В-320, В-302) в процессе поэтапной модернизации с учетом опыта создания и внедрения СВРК.

СКУД - комплексная объектно-ориентированная автоматизированная система, входящая в состав РУ и предназначенная для работы в составе системы контроля и управления (СКУ) энергоблока в режимах нормальной эксплуатации, с нарушениями нормальной эксплуатации и проектных авариях.

СКУД представляет собой децентрализованную систему, состоящую из автономных подсистем, объединяемых общей задачей контроля и диагностики РУ.

СКУД выполняет следующие основные задачи:

· контроль нейтронно-физических и теплогидравлических характеристик активной зоны реактора и режимов эксплуатации РУ при работе энергоблока в базовом и маневренном режимах;

· формирование сигналов защиты по локальным параметрам активной зоны реактора (линейное энерговыделение ТВЭЛа, запас до кризиса теплообмена) в диапазоне мощности реактора 35 - 110 % от Nном;

· сигнализацию об отклонении параметров, определяющих пределы безопасной эксплуатации РУ, от допустимых значений;

· диагностику в процессе эксплуатации основного технологического оборудования РУ для контроля изменения вибронагрузки элементов ВКУ и ГЦК, обнаружения течи теплоносителя, обнаружения свободных и слабозакрепленных предметов и оценки остаточного ресурса;

· комплексный анализ текущего состояния и прогнозирование развития процессов в активной зоне реактора и РУ в целом с обеспечением информационной поддержки эксплуата­ционного персонала по оптимальному ведению режимов РУ и эксплуатации основного оборудования РУ;

· формирование задания на изменение положения ОР СУЗ для управления полем энерговыделения при работе энергоблока в маневренном режиме в диапазоне мощности реактора 35 - 110 % от Nном.

В состав СКУД входят следующие подсистемы (рис. 4.);

· внутриреакторного контроля (СВРК);

· обнаружения течей теплоносителя (СОТТ);

· виброшумовой диагностики РУ (СВШД);

· обнаружения свободных и слабозакрепленных предметов в ГЦК (СОСП);

· комплексного анализа (СКА).

· Также в состав СКУД входят локальная сеть СВРК с сетевыми устройствами (коммутаторы СВРК) и локальная сеть СКУД с сетевыми устройствами (коммутаторы СКУД).

Подсистема СВРК предназначена для оперативного контроля состояния активной зоны реактора, включая контроль за распределением энерговыделения в объеме активной зоны реактора, формирования сигналов предупредительной и аварийной защиты при превышении допустимых значений параметрами, непосредственно определяющими безопасность эксплуатации активной зоны, формирование сигналов для управления полем энерговыделения, а также выдачи рекомендаций по управлению полем энерговыделения.

Рис. 4 Состав СКУД:

СКА - система комплексного анализа; СОСП - система обнаружения случайных предметов;

СВШД - система виброшумовой диагностики;

СОТТ-система обнаружения течи теплоносителя;

СВРК - система внутриреакторного контроля;

ПТК-3- программно-технический комплекс защиты;

ПТК-ИУ - программно-технический комплекс информационно-управляющий;

ПТК-ВУ - программно-технический комплекс верхнего уровня;

ПТК-ВРШД - программно-технический комплекс внутриреакторной шумовой диагностики

В состав СВРК помимо датчиков и линий связи входят следующие программно-технические комплексы (ПТК):

· вырабатывающие сигналы превышения параметрами, важными для безопасности, заданных пределов (ПТК-3):

· выполняющие информационные и управляющие функции (ПТК-ИУ);

· внутриреакторной шумовой диагностики (ПТК-ВРШД);

· верхнего уровня (ПТК-ВУ).

ПТК-3, включающий датчики, кабельные трассы, измерительную аппаратуру и вычислительную технику, осуществляющую обработку измеряемых сигналов и формирование сигналов защиты, в зависимости от проекта РУ структурно разделяется на четыре (рис. 5) или шесть (рис. 6) каналов безопасности. Каждый канал находится в отдельном помещении, что обеспечивает реализацию принципов резервирования и независимости при выполнении защитных функций.

ПТК-3 обеспечивает выработку сигнала типа "сухой контакт" в диапазоне мощности, равном 40 ÷ 102 % от Nном. при превышении допустимых значений следующими параметрами:

· общей тепловой мощностью;

· запасом до кризиса теплообмена;

· максимальной линейной нагрузкой на ТВЭЛ.

Время запаздывания при выдаче этих сигналов защиты по факту обнаружения превышения локальными параметрами допустимых пределов - не более 2 с.

Рис. 5. Структурная схема СВРК для четырехканальной системы безопасности:

1 -4 - кабельная часть каналов информации;

ВП-1, ВП-2, ВП-3, ВП-4 - выходные процессоры каналов информации;

ИА-1, ИА-2, ИА-3, ИА-4 - измерительная аппаратура каналов информации;

САN- сеть для взаимного обмена информацией о принимаемых сигналах ДПЗ между

выходными процессорами каналов информации

Рис. 6. Структурная схема СВРК для шестиканальной системы безопасности

(обозначения - см. рис..5):

1-6- кабельная часть каналов информации;

ВП-1-ВП-6- выходные процессоры каналов информации;

ИА-1 - ИА-6 - измерительная аппаратура каналов информации;

САN- сеть для взаимного обмена информацией о принимаемых сигналах между

выходными процессорами каналов информации

ПТК-ИУ предназначен для выполнения управляющих и информационных функций и размещается в помещении вместе с другими информационными системами.

ПТК-ВРШД предназначен для выявления локального кипения теплоносителя и анализа состояния активной зоны по шумовой составляющей датчиков внутриреакторного контроля

ПТК-ВУ представляет собой резервированную структуру и выполняет следующие функции:

· формирование по команде оператора сигналов управления полем энерговыделения в маневренных режимах;

· представление на экранах мониторов фрагментов инструкций по управлению полем энерговыделения, однозначно определяющих действия оператора в соответствующей конкретной обстановке;

· представление по запросу оператора рекомендаций по управлению тепловой мощностью и полем энерговыделения для выбора оптимальных управляющих воздействий;

· оперативное восстановление поля энерговыделения (в режиме "on-line") в объеме активной зоны, анализ состояния объемных полей (текущих) с выдачей оператору по его запросу данных об отклонении от симметрии различных полей;

· выявление наиболее энерго напряженных участков тепловыделяющих сборок;

· расчет коэффициентов реактивности;

· расчет характеристик микрополей в наиболее энерго напряженных участках тепловыделяющих сборок, включая выявление ТВЭЛов с максимальным линейным энерговыделением;

· нейтронно-физическне и теплогидравлические расчеты;

· корректировку коэффициентов связи линейных энерговыделений с токами датчиков прямой зарядки;

· сигнализацию об отклонении за установленные пределы контролируемых параметров, а также о нарушениях в работе контролируемого оборудования;

· формирование по команде оператора сигналов управления полем энерговыделения в маневренных режимах;

· выдачу информации о текущем состоянии активной зоны реактора в систему комплексного анализа;

· хранение (архивацию) информации об истории работы РУ и СВРК;

· корректировку базы данных с учетом перегрузки топлива, замены датчиков и т.д.;

· контроль и диагностику состояния измерительных каналов СВРК;

· регулирование перекалибровок ПТК-3 в соответствии с регламентом.

ПТК-ВУ состоит из двух вычислительных комплексов (ВК) верхнего уровня (ВУ) и двух рабочих мест оператора-технолога (РМОТ), реализованных на базе ВК оператора-технолога (ОТ).

В состав СВРК также входят:

· сервисная станция дежурного инженера (ССДИ), предназначенная для обеспечения сервисных функций ПТК-ИУ и ВК ВУ и долговременной архивизации данных эксплуатации, поступающих в СВРК;

· ВК внутриреакторной шумовой диагностики (ВК ВРШД), предназначенный для обработки данных от ПТК-ВРШД и ВК ВУ с целью контроля локального кипения в активной зоне;

· локальная сеть СВРК. предназначенная для обмена информацией между ПТК СВРК (за исключением технических средств ВРШД и ССДИ), а также ПТК СОТТ и состоящая из кабелей и двух коммутаторов СВРК, размещенных в стойках ВК ВУ.

Подсистема СВШД обеспечивает комплексную вибродиагностику основного оборудования РУ (главный циркуляционный трубопровод, парогенератор, реактор, включая внутрикорпусные устройства). Предназначен для выявления на ранних этапах аномальных вибрационных состояний оборудования, вызванных изменением условий закрепления, жесткостных характеристик оборудования или возрастанием гидродинамических нагрузок со стороны теплоносителя.

В качестве входных сигналов в СВШД используются:

· переменные составляющие сигналов вне реакторных ионизационных камер и внутриреакторных детекторов прямой зарядки;

· сигналы низкочастотных датчиков вибрационных и тепловых перемещений, устанавливаемых на оборудовании главного циркуляционного контура;

· переменные составляющие сигналов датчиков давления, устанавливаемых в главном циркуляционном контуре.

В системе по локальной сети СКУД предусмотрено использование оцифрованных сигналов и информации от других систем, входящих в СКУД, и систем технологического контроля, входящих в СКУ энергоблока.

\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\

20.02.2016

01.03

.16

Подсистема обнаружения течи теплоносителя СОТТ, входящая в состав СКУД, предназначена для обеспечения выполнения требований принятой концепции "течь перед разрушением".

Основными задачами СОТТ являются:

- контроль герметичности оборудования РУ по 1-му контуру, трубопроводов питательной воды и паропроводов свежего пара от парогенераторов (в пределах герметичной оболочки) со своевременным обнаружением течи теплоносителя при работе энергоблока на различных уровнях мощности в режимах нормальной эксплуатации и с нарушениями нормальной эксплуатации.

Комплексная система обнаружения течи состоит из двух подсистем, предусматривающих использование двух различных физических методов и принципов обнаружения течи теплоносителя: - акустический контроль течи и контроль влажности.

Подсистема обнаружения случайных предметов предназначена для обнаружения по сигналам акустических датчиков о наличии случайных предметов в первом контуре и своевременной сигнализации об этом эксплуатационному персоналу с целью предотвращения повреждения элементов активной зоны и первого контура.

В нормальных условиях эксплуатации СКУД функционирует следующим образом:

ПТК-3 и ПТК-ИУ СВРК осуществляют сбор и обработку информации от датчиков и систем энергоблока. При этом в диапазоне мощности реактора, равном 35 ÷ 110 % от Nном. ПТК-3 обеспечивает автоматическое формирование и передачу в систему АЗ - ПЗ сигналов аварийной и предупредительной защиты активной зоны по внутриреакторным локальным параметрам (шунтирование защиты в ПТК-3 до 35 % Nном. осуществляется по мощности, определяемой с помощью программного обеспечения ПТК-3), а ПТК-ИУ в маневренных режимах эксплуатации РУ в диапазоне мощности реактора, равном 30 ÷ 100 % от Nном., передает в систему группового и индивидуального управления (СГИУ) сигналы, управляющие энерговыделением. Связь между отдельными каналами ПТК-3 обеспечивается по локальной сети верхнего уровня с целью обмена информацией о токах детекторов прямой зарядки между каналами безопасности и другой информацией, необходимой для надежного и метрологически обоснованного функционирования ПТК-3.

Полученная в ПТК-3 и ПТК-ИУ информация, а также информация о состоянии технических средств ПТК-3 и ПТК-ИУ поступает по сети СВРК в ВК ВУ, где выполняются необходимые информационные и вспомогательные функции, формируются пакеты, которые по сети СВРК передаются в ВК ОТ для дальнейшего их отображения оперативному персоналу. В маневренных режимах эксплуатации РУ в диапазоне мощности реактора, равном 30 -100 % от Nном., по команде оперативного персонала ВК ВУ формирует и передает в ПТК-ИУ информацию по изменению положения ОР СУЗ для управления полем энерговыделения в активной зоне. ВК ВУ в процессе перекалибровки по команде и под контролем оперативного персонала передает в ПТК-3 необходимую настроечную информацию.

В состав ПТК-ВУ входят два ВК ВУ, один из которых при эксплуатации СКУД находится в "горячем резерве", т.е. полностью повторяет работу другого ВК ВУ. Для обеспечения сервисных функций ПТК-ИУ и ВК ВУ и долговременной архивизации параметров СВРК предусмотрена сервисная станция дежурного инженера (ССДИ).

ПТК-ВРШД получает переменные составляющие сигналов детекторов прямой зарядки (ДПЗ), выполняет их предварительную обработку и передает в ВК ВРШД для окончательной обработки. Также из ПТК-ВРШД одновременно передаются (в аналоговой форме) в ПТК СВШД переменные составляющие сигналов 14 ДПЗ, выбираемых по команде ПТК СВШД. Информация по выбранным ПТК СВШД детекторам поступает в ПТК-ВРШД.

ВК ВРШД получает информацию от ПТК-ВРШД и от ВК ВУ. Результаты работы ВК ВРШД отображаются на его собственном мониторе. Кроме того, обобщенная информация (информация о возможном появлении локального кипения и о неисправностях в технических средствах по результатам самодиагностирования) от ВК ВРШД поступает в ВК ОТ и на БЩУ, а также в систему комплексного анализа (СКА) для ее учета при проведении ком­плексного анализа и для отображения на рабочем месте (РМ) физика и в центре технической поддержки.

ПТК СОТТ получают информацию от собственных датчиков, а также от ВК ВУ СВРК и, при необходимости, от системы верхнего блочного уровня (СВБУ), обрабатывают ее и после окончания обработки представляют на собственные мониторы. Кроме того, обобщенная информация (информация о выявленных неисправностях в оборудовании РУ и в самой подсистеме по результатам самодиагностирования) от этих ПТК поступает в ВК ОТ СВРК на БЩУ. а также в СКА для ее учета при проведении комплексного анализа и для отображения на РМ физика и в центре технической поддержки.