Оптимизация режимов работы шагового электромагнитного привода кластеров атомного реактора

В настоящее время в Российской Федерации уделяется большое внимание развитию атомной энергетики. Многие российские организации принимают участие в строительстве атомных блоков нового поколения, как в России, так и за рубежом: в Иране, Китае, Индии. Основная задача, стоящая перед разработчиками оборудования для АЭС, является повышение технических характеристик и сроков службы, при обеспечении высочайшего уровня безопасности на всех этапах жизнедеятельности проектируемого оборудования.

В качестве основного канала регулирования тепловой мощности атомного реактора, с водой под давлением, используется перемещение поглощающих стержней в активной зоне (рис.1), перемещая стержни можно изменять тепловыделение в активной зоне. Группа поглощающих стержней объединяется в т.н. кластер. В современном реакторе используется более ста кластеров. Каждый кластер жестко сцеплен с валом электропривода. По сути, электроприводы кластеров являются органами регулирования тепловой мощности атомного реактора. Помимо работы в режиме регулирования тепловой мощности электропривод должен обеспечить быстрый ввод кластера в активную зону в случае аварийной ситуации в реакторе. От того насколько качественно и надежно привод выполняет свои функции, зависит качество и безопасность работы реактора в целом.

1 — тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ);

2 — активная зона;

3 — группа поглощающих стержней — кластер;

4 — привод поглощающих стержней + * ¦ вход теплоносителя 3.

Рис. 1 Основные элементы атомного реактора с водой под давлением. В настоящее время в реакторах с водой под давлением применяется 3 типа электроприводов [1]:

— редукторный привод с реактивным двигателем (РРД);

— линейный шаговый привод (ЛТТТП);

— шаговый электромагнитный привод (ШЭМП).

Рис. 2 Количество атомных реакторов с различными типами электроприводов кластеров (на февраль 2003 г.).

Каждый из этих электроприводов обладает определенными достоинствами и недостатками. Опыт эксплуатации данных типов электроприводов показал, что наиболее оптимальным по уровню заложенных конструкционных решений, надежности, удобству эксплуатации является шаговый электромагнитный тип привода. Благодаря своим эксплуатационным достоинствам ШЭМП нашел достаточно широкое применение на современных реакторах (рис.2). Этот привод является объектом исследования в данной работе.

Тенденция развития современных реакторов направлена на увеличение срока службы оборудования (до 50−60 лет) и на повышение уровня автоматизации всех технологических режимов, выполняемых электроприводами кластеров [2]. Для дальнейшего повышения надежности и срока службы ШЭМП следует смягчить процесс жесткой механической фиксации шага, тем самым снизить ударные явления в режиме отработки приводом шага. В настоящее время отсутствует методическая разработка по детальному анализу режимов работы ШЭМП, что существенно повышает временные затраты на проектирование приводов данного типа. Для повышения качества и безопасности работы реактора требуется автоматизация технологических режимов с автоматическим регулированием приводами кластеров тепловой мощности. В существующих установках оператор принимает участие в формировании команд на движение электропривода кластера в некоторых режимах, например при выравнивании энерговыделения по высоте активной зоны.

На основании изложенного актуальна задача оптимизации шагового электропривода кластера как в режимах отработки одного шага, так и в технологических режимах перемещения кластеров. Целью оптимизации является повышение качества отработки приводом шага с минимизацией ударов и повышение уровня автоматизации процесса регулирования приводом мощности реактора с минимизацией влияния человеческого фактора на данный процесс. Для достижения этой цели решались следующие основные задачи:

— разработка расчетной модели ШЭМП в режиме отработки шага;

— оптимизация режима отработки приводом шага на основе старт — стопного режима с фаззи — регулятором;

— разработка расчетной модели ШЭМП при отработке технологического режима;

— синтез регулятора нейтронного потока в системе ШЭМП кластера;

— автоматизация работы ШЭМП при выравнивании энерговыделения по высоте активной зоны;

— практическая реализация системы управления привода с предложенным алгоритмом оптимизации отработки шага и технологического перемещения кластера.

— 71. Особенности электропривода кластера атомного реактора.

4.4. Выводы.

Предложена практическая реализация разработанного алгоритма управления по оптимизации шагового режима И1ЭМП на основе дополнительного по отношению к действующей системе управления многоканального микро — контролера, АЦП для обработки сигнала с датчика положения.

Составлена программа фази-алгоритма управления для шага вверх на базе языка С++. Время выполнения полного цикла программы составляет.

Предложена практическая реализация разработанного алгоритма управления по оптимизации шагового режима ШЭМП на основе дополнительного по отношению к действующей системе управления многоканального микро — контролера, АЦП для обработки сигнала с датчика положения.

— 116-Заключение.

Проведено исследование шагового электромагнитного привода поступательного движения в направлении повышения надежности и качества отработки дискретного шага и многошаговых технологических перемещений кластеров атомного реактора. Получены нижеследующие основные результаты работы.

1. Для исследуемого безредукторного шагового электромагнитного привода (ШЭМП) обоснована расчетная модель, положенная в основу моделирования шаговых режимов. Обоснована необходимость оптимизации шагового режима ШЭМП для снижения ударов в его подвижной части, что важно для повышения срока службы привода.

2. Предложен способ формирования старт — стопного режима ШЭМП с изменяющимся моментом нагрузки с использованием датчика положения шага и фаззи — управления. Разработан алгоритм фаззи — регулятора минимизирующего удары при отработке шага и исключающие срывы шага.

3. Предложена и обоснована упрощенная расчетная модель ШЭМП при регулировании нейтронного потока реактора.

4. Синтезированный пропорционально — дифференциальный регулятор потока с оптимальной настройкой позволяет получить плавные режимы отработки приводом задающих и возмущающих воздействий без перерегулирования в системе регулирования нейтронного потока.

5. Предложенный дополнительный контур регулирования приводом неравномерного энергораспределения обеспечивает высокое качество маневра мощностью полностью в автоматическом режиме. При этом на оператора возлагается только функция наблюдения за процессом регулирования с возможностью при необходимости в него вмешаться.

6. Разработанного алгоритма фаззи — управления предлагается реализовать на основе многоканального фаззи — контроллера с программой на языке СИ.