Разработка, создание и применение на АЭС с РУ ВВЭР автоматизированной системы виброшумовой диагностики

Актуальность работы.

Обеспечение надежной и безопасной эксплуатации энергоблоков АЭС является одной из важнейших задач ядерной энергетики.

Одним из мероприятий по обеспечению надежной и безопасной эксплуатации является эксплуатационный контроль показателей целостности и долговечности оборудования реакторных установок. Такой контроль, реализуемый через системы оперативной диагностики, дополняет традиционные виды освидетельствования технического состояния оборудования: входной и предэксплуатационный контроль, пусконаладочные испытания и измерения, неразрушающий контроль металла при ежегодных ревизиях оборудования, контроль за состоянием оборудования в ходе эксплуатации по технологическим j параметрам. Стратегия раннего обнаружения аномалий находится в соответствии с общим подходом к обеспечению безопасности АЭС, так как позволяет снизить вероятность исходных событий аварии. Оперативная диагностика оборудования РУ выступает в качестве информационной составляющей автоматизированной системы контроля и управления энергоблоком, что повышает оперативность получения информации о причинах появления неисправности путем: обнаружения и локализации дефектованализа причин отказовпрогнозирования технического состояния оборудования.

В процессе эксплуатации оборудования РУ происходит старение и износ элементов оборудования, что приводит к появлению дефектов и снижению эксплуатационной надежности. Поэтому возникает необходимость контроля механической целостности и жесткости крепления основного оборудования и трубопроводов, который позволяет выявить узлы и компоненты, наиболее подверженные воздействию эксплуатационных нагружающих факторов для оценки выработки проектного ресурса оборудования и возможности продления срока службы энергоблоков сверх назначенного ресурса.

На основе разработанных методов выделения диагностической 1 информации из различных шумовых сигналов возможно диагностирование оборудования РУ для выявления на ранней стадии механических дефектов или аномальных изменений условий его закрепления с выходом на причину той или иной аномалии, а также оптимизация объема ремонтных работ для определения фактического вибросостояния оборудования.

Исходя из вышеизложенного, разработка, создание и внедрение на АЭС системы виброшумовой диагностики, является актуальной задачей, «направленной на обеспечение надежной и безопасной работы энергоблока, продление срока службы, переход к обслуживанию по фактическому состоянию. Данная работа посвящена решению этой задачи.

Цель и задачи исследования

.

Целью работы является создание и внедрение в практику эксплуатации АЭС с РУ ВВЭР отечественной системы виброшумовой диагностики (СВШД) нового поколения для раннего диагностирования вибрационного состояния РУ, что обеспечит повышение безопасности и эксплуатационной надежности.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решена задача по проведению комплекса исследовательских и проектно-конструкторских работ, по разработке новых технических решений и методов обработки шумовых сигналов, адаптированных к объекту контроля и реализованных в созданной системе виброшумовой диагностики.

Научная новизна работы.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней разработаны и внедрены новые принципы построения и технические решения комплекса программно-технических средств, новые: методы анализа реакторных шумов, что позволило создать автоматизированную систему виброшумовой диагностики, реализующую раннюю диагностику с автоматической постановкой диагноза, которая по своим техническим характеристикам превосходит зарубежные аналоги, в том числе: не имеющие аналогов в мировой практике количество (до 80) и номенклатура измерительных каналов: абсолютных и относительных перемещений, пульсаций давления, вне — и внутризонных датчиков нейтронного потокачисло точек одной временной реализации — 65 000 шт., что позволяет достичь спектрального разрешения соответствующего 8196 точкам БПФ (в зарубежных системах только 1024 точки) — синхронная регистрация сигналов датчиков виброперемещений, пульсаций давления, сигналов ДПЗ и ИК, и запись их в базу данных многоканальных временных реализацийпрограммное конфигурирование произвольного числа измерительных каналов для выбора соответствующего сценарияприем как переменных составляющих сигналов ДПЗ и ИК в аналоговом виде, так и их постоянных составляющих в цифровом видесоздание новых измерительных каналов перемещений, пульсаций давления, регистрирующих как шумовую, так и постоянную составляющие сигналов для контроля тепловых перемещений и перепадов давления на ГЦНкомплексирование широкого класса задач виброшумовой диагностики и контроля тепловых перемещений оборудования и трубопроводов ГЦК, в том числе: контроль вибрации ТВС при переходе на новое топливо, контроль вибронагруженности ВКУ и ТВС для оценки остаточного ресурса оборудования, оценки таких параметров АкЗ как барометрический и температурный коэффициенты реактивностиизменение нижней границы исследуемого частотного диапазона исследуемых шумовых сигналов до сотых долей Гц для оценки нейтронно-физических параметров с использованием метода компенсации постоянной составляющей сигналов ДПЗ.

Практическая ценность и реализация полученных автором результатов.

Работа имеет непосредственное практическое применение, так как обеспечивает раннее диагностирование основного оборудования и трубопроводов ГЦК, ВКУ и ТВС АкЗ.

В настоящее время на АЭС с РУ ВВЭР находятся в промышленной эксплуатации следующие компоненты и программно-технические комплексы, в которых были использованы полученные результаты:

— модернизированная система виброшумовой диагностики РУ ВВЭР-1000 (проект В-320) на блоке 3 Балаковской АЭС;

— модернизированная система контроля вибрации РУ ВВЭР-440 (проект (В-179) на блоках 3,4 Нововоронежской АЭС);

— датчики относительных перемещений на блоке 3 Балаковской АЭС, блоках 3 и 4 НВАЭС, 1 и 2 Кольской АЭС;

— датчики абсолютных перемещений на блоке 3 Балаковской АЭС.

В 2003;2004гг. поставляются на отечественные и зарубежные АЭС системы виброшумовой диагностики:

— контроля вибрации (блок 1 РУ В-446 АЭС «Бушер»);

— виброшумовой диагностики (блоки 1и 2 РУ В-428 АЭС Тяньвань);

— контроля вибрации (блоки 2 и 3 РУ В-320 Калининская АЭС).

Конкретное личное участие автора в получении научных результатов.

Автор является руководителем создания ПТК СВШД. В диссертации обобщены результаты экспериментальных и опытно-конструкторских разработок, выполненных автором самостоятельно, а также совместно с сотрудниками коллектива, возглавляемого автором.

При это автору принадлежат:

— постановка задачи при проведении экспериментальных исследований, непосредственное участие в проведении измерений виброхарактеристик РУ на блоке 1 Калининской, АЭС, блоке 3 Балаковской АЭС;

— технические решения, примененные при создании опытного образца аппаратуры виброшумовой диагностики;

— разработка новых принципов построения ПТК СВШД и новых технических решений, реализованных при создании ПТК СВШД.

На защиту выносятся: методология проведения и результаты экспериментальных исследований виброхарактеристик АЭС с РУ ВВЭР на блоке 1 Калининской АЭС, блоке 3 Балаковской АЭС с использованием опытного образца СВШД для вибромониторинга ВКУ и ТВСновые технические решения, примененные при создании опытного образца аппаратуры виброшумовой диагностики: цифровая компенсация постоянной составляющей сигналов датчиков прямого заряда для расширения нижней границы частотного диапазона, способы обработки низкоуровневых сигналов переменной составляющей ДПЗновые принципы построения ПТК СВШД на базе унифицированных программно-технических средствпрограммно-технический комплекс системы виброшумовой диагностики АЭС с РУ ВВЭР.

Апробация работы.

Основные результаты работ были представлены на следующих семинарах и конференциях: вторая Международная научно-техническая конференция концерна «Росэнергоатом» «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики», г. Москва, 22−24.02 2001 г, вторая научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», г. Подольск, 19−23 ноября 2001 г., отраслевой семинар Минатома РФ «Методы и средства диагностики ЯЭУ», г. Обнинск, 2−5.10.2001г., третья Международная научно-техническая конференция концерна «Росэнергоатом» «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики», г. Москва, <18−19.04 2002г. 14 ежегодная конференции ЯО России, г. Удомля, Тверская обл. 30.06−4.07.2003г., третья научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР"-Подольск, 26−30.05. 2003 г.

Публикации.

Основное содержание диссертации опубликовано в 3-х статьях, 2-х научно-технических отчетах, 5-ти докладах [53−62].

Структура и объем работы.

Работа изложена на 136 стр. машинописного текста, состоит из содержания, введения, четырех глав и выводов и включает 11 таблиц, 42 рисунка, список литературы из 62 наименований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Проведенный обзор существующих методов виброшумового анализа реакторных шумов для мониторинга оборудования РУ показывает, что эти методы широко внедряются зарубежными и отечественными исследователями в практику эксплуатации, проводятся исследования для создания новых методов ранней шумовой диагностики и систем виброшумового контроля на их базе. В то же время следует отметить, что зарубежные системы виброшумового контроля, установленные на российских АЭС, не в полной мере решают задачи ранней диагностики, так как недостаточно разработаны алгоритмы диагностирования, адаптированные к конкретной АЭС, и не в полном объеме используются сигналы различных типов датчиков, что ограничивает возможности систем по ранней диагностике.

2. Разработана методология измерений и впервые в практике измерений вибраций на АЭС проведены комплексные экспериментальные исследования виброхарактеристик ВКУ и ТВС на блоке 1 Калининской АЭС и виброхарактеристик оборудования ГЦК на блоке 3 Балаковской АЭС, позволившие провести анализ вибросостояния РУ ВВЭР-1000.

Построены аналитические шумовые модели вибраций ВКУ, из которых получены параметры вибраций ТВС и шахты A3 для производства вибромониторинга в эксплуатационных условиях по косвенным измерениям нейтронного шума и пульсаций давления ТН.

Показано, что все элементы ГЦК совершают вынужденные совместные колебания на частотах АСВ. Как правило, амплитуда этих колебаний значительно превосходит амплитуды вибраций на собственных частотах, что возводит акустические внутриконтурные эффекты в главные факторы виброизноса оборудования ГЦК.

На собственных частотах колебаний оборудование ГЦК «развязано» между собой по петлям и с корпусом РУ (то есть колебания независимы друг от друга), о чем свидетельствуют нулевые когерентности сигналов ДОП разных петель и пар сигналов «ДОП-ДАП».

Амплитуды вынужденных колебаний оборудования петель ГЦК, корпуса РУ на частотах АСВ, как правило, превосходят амплитуды вибраций на собственных частотах, что возводит акустические внутриконтурные эффекты в главные факторы виброизноса оборудования.

Создание опытного образца аппаратуры виброшумовой диагностики, позволило провести как многоканальные измерения виброхарактеристик активной зоны АЭС с РУ ВВЭР, так и опробовать новые технические решения по обработке низкоуровневых сигналов переменной составляющей ДПЗ и по расширению нижней границы частотного диапазона, которые были использованы при разработке ПТК СВШД.

3. Применены новые технические решения при разработке ПТК СВШД, что позволило обеспечить требуемые технические характеристики.

Разработаны новые принципы построения СВШД на базе унифицированного ряда программнотехнических средств, которые найдут применение в составе систем шумовой диагностики, как на действующих, так и на строящихся АЭС.

Разработано уникальное алгоритмическое обеспечение на основе методов анализа реакторных шумов, реализованное в виде сценариев, что позволило проводить раннюю диагностику оборудования РУ с постановкой автоматического диагноза.

4. Результаты проведенных исследовательских и опытно-конструкторски работ позволили осуществить разработку автоматизированной системы виброшумовой диагностики, которая по своим техническим характеристикам превосходит существующие зарубежные системы виброшумового контроля.

5.При создании СВШД был проведен полный цикл НИОКР в соответствии с требованиями ЕСКД и требованиями поставки аппаратуры для АЭС.