автореферат диссертации по энергетике, 05.14.03, диссертация на тему:Распознавание состояния активной зоны и анализ достоверности информации системы внутриреакторного контроля при эксплуатации топливных загрузок ВВЭР-1000

На правах рукописи

Алыев Руслан Ровшанович

РАСПОЗНАВАНИЕ СОСТОЯНИЯ АКТИВНОЙ ЗОНЫ И АНАЛИЗ ДОСТОВЕРНОСТИ ИНФОРМАЦИИ СИСТЕМЫ ВНУТРИРЕАКТОРНОГО КОНТРОЛЯ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТОПЛИВНЫХ ЗАГРУЗОК ВВЭР - 1000

Специальность 05.14.03 - ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации

28 НОЯ 2013

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005541541 Обнинск-2013

005541541

Работа выполнена в Обнинском институте атомной энергетики - филиале федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (ИАТЭ НИЯУ МИФИ).

Научный руководитель: Доктор технических наук

Лескин Сергей Терентьевич, ИАТЭ НИЯУ МИФИ

Официальные оппоненты: Доктор технических наук

Скоморохов Александр Олегович, ИАТЭ НИЯУ МИФИ

Кандидат технических наук Слекеничс Янис Витальевич,

Экспериментальный научно- исследовательский и методический центр «Моделирующие системы» (ЭНИМЦ МС)

Ведущая организация:

Открытое акционерное общество «Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций (ОАО «ВНИИАЭС»), г. Москва.

Защита состоится "¿^Г^ декабря 20 /(3 г., в "/4 часов на заседании диссертационного совета Д 212.130.10 при Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ» по адресу: 249040, Калужская область, г. Обнинск, Студгородок, 1, зал заседаний ученого совета ИАТЭ НИЯУ МИФИ.

С диссертацией можно ознакомитьсяв^иблиотеке ИАТЭ НИЯУ МИФИ. Автореферат разослан 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.130.10 доктор физико-математических наук,

профессор //^¿¿¿-¿с/^} Шаблов Владимир Леонидович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Одной из основных систем в составе автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) энергоблока атомной станции (АС) является система внутриреакторного контроля (СВРК). С конца 60-х - начала 70-х годов прошлого века, когда была создана система контроля активной зоны первого поколения для ВВЭР-440 -РПН2-04, СВРК прошли несколько этапов своего развития. В новых проектах энергоблоков с ВВЭР возможности СВРК значительно расширены.

Модернизированная система ВРК (СВРК-М) претерпела существенные аппаратные изменения, она стала выполнять значительно больше вычислительных операций в единицу времени. Это позволило разработчику внедрить систему постоянной адаптации физической модели восстановления поля энерговыделения (ЭВ) в зависимости от выгорания топлива, времени кампании, накопления продуктов деления, величины протекших зарядов через внутриреак-торные детекторы нейтронного потока (ДПЗ). Если раньше адаптация выполнялась персоналом, сопровождающим работу СВРК с периодичностью ~20 суток, то теперь это делается при каждом восстановлении поля ЭВ автоматически. Опыт эксплуатации СВРК-М показывает, что такой подход позволяет получать стабильные результаты восстановления поля ЭВ, с, примерно, постоянным значением отклонения восстановленного ЭВ от рассчитанного по БИПР-7А, хотя при этом теряется контроль за вносимыми в программное обеспечение восстановления поля ЭВ (ПО) изменениями.

Совершенствование оборудования потребовало переработки имеющегося ПО. Выполнить перенос сложного программного обеспечения на современную аппаратуру без потерь невозможно. Старая версия ПО СВРК ВМПО «Хортица» -результат адаптации программного обеспечения и верификации его на реальных ситуациях, возникших в процессе многолетней эксплуатации топливных загрузок. Новая «Хортица-М» эксплуатируется относительно мало времени, и нет достаточного опыта ее работы. Остались вопросы с поправкой восстановленного поля на датчики, так, при сбое в системе контроля положения органов регулирования системы управления и защиты (ОР СУЗ) (например, по измерительной системе ОР сместился на 50 см вниз), СВРК восстановит поле с провалом ЭВ в области упавшего кластера, хотя, из-за отсутствия реального перемещения ОР, показания каналов нейтронных измерений (КНИ) и термопар (ТП) не меняются.

Нет объективных критериев оценки различного ПО и анализа адекватности моделей описания состояния активной зоны программным обеспечением СВРК.

Наличие таких критериев позволит персоналу, сопровождающему работу СВРК, вносить изменения и контролировать их результат, что благоприятно скажется на развитии программного обеспечения. Эти методы обеспечат оперативный контроль за ПО восстановления поля ЭВ, в котором адаптация физической модели выполняется автоматически, без контроля со стороны персонала.

Кроме того, увеличение функций ПО приводит к увеличению количества информации, представляемой оперативному персоналу и специалистам, осуществляющим сопровождение эксплуатации системы. Первостепенным становится вопрос качества представления информации. Оно зависит от многих

з

факторов, среди которых не последняя роль принадлежит субъективным оценкам. Для решения практических задач, например, являются ли отклонения в показаниях измерительной системы физическим процессом или вызваны погрешностями измерений, необходимо провести анализ достаточно большого количества информации, часто при дефиците времени.

Для оперативного контроля состояния активной зоны, ПО СВРК необходима разработка методов и алгоритмов, которые давали бы возможность повысить достоверность оценки этого состояния за счет анализа всей доступной информации с одновременным сокращением времени ее обработки. При этом конечные результаты должны представляться в наглядном виде оперативному персоналу для принятия решения.

Таким образом, задача улучшения эффективности контроля за состоянием измерительной системы, программного обеспечения и активной зоны в процессе эксплуатации является актуальной. Повышение качества информационного обеспечения персонала должно идти в направлениях:

- оперативного и надежного обнаружения недостоверных показаний измерительной системы;

- своевременной идентификации локальных физических процессов и возможности контролировать их развитие;

- представления оперативному персоналу только информации, необходимой ему для принятия решения об изменении условий эксплуатации.

Для анализа состояния измерительной системы, ПО и получения достоверной и объективной информации о состоянии СВРК и активной зоны реакторов ВВЭР-1000 предлагается использовать методы распознавания образов, классификации и теории графов. Результаты представления состояния реальных систем и активной зоны этими методами предложено использовать операторам, управляющим РУ, и экспертам, сопровождающим работу СВРК, для оперативного контроля. Такие методы стали основой для создания программного комплекса «КАРУНД», который позволяет работать с базами данных СВРК ВВЭР-1000, выполнять анализ измерительной системы и ПО СВРК.

Объектом исследования данной работы являются условия эксплуатации активной зоны, информативность измерительной системы и программного обеспечения системы внутриреакторного контроля для реакторов ВВЭР-1000.

Определяющая цель работы — повышение безопасности эксплуатации топливных загрузок реакторов ВВЭР-1000 за счет разработки и внедрения дополнительных к существующим методов контроля состояния активной зоны по данным СВРК, состояния ПО внутриреакторного контроля для своевременного обнаружения физических процессов в активной зоне и выявления недостоверных показаний измерительной системы. При этом качество представления информации и оперативность анализа увеличивается.

Для достижения поставленной в работе цели использовались следующие методы исследования: анализ структуры СВРК ВВЭР-1000 и представления информации оператору, анализ применяемых методов проверки состояния измерительной системы и активной зоны реактора ВВЭР-1000 по данным СВРК, разработка методов и алгоритмов анализа данных измерительной системы и ПО

СВРК ВВЭР-1000 и их реализация в среде программирования, адаптированной для работы на персональном компьютере с операционной системой Windows для использования на рабочих станциях оперативного персонала, управляющего РУ, и экспертов, сопровождающих работу СВРК.

Научная новизна исследования:

1. На основе метода главных компонент разработан алгоритм анализа состояния активной зоны, измерительной системы, ПО СВРК реактора ВВЭР-1000, который:

- позволяет наглядно представлять состояние измерительной системы ВРК;

- дает возможность объективно (опираясь лишь на формализм разработанной модели), своевременно, на ранней стадии, когда отклонения в работе ПО не приводят к неправильным выводам о состоянии активной зоны, оценить необходимость коррекции физической модели программного обеспечения и эффективность корректировки.

2. Впервые выполнено сравнение различного ПО СВРК в общей системе координат. Разработан новый, дополнительный критерий оценки адекватности физической модели, представленной в ПО, фактическому состоянию активной зоны, который позволяет оценить, какое программное обеспечение более правильно описывает распределение ЭВ в активной зоне.

3. Разработан алгоритм контроля изменения состояния активной зоны по отношению к эталону, использующий представление состояния активной зоны минимальным остовным деревом:

- на основе совместного анализа показаний ДПЗ и ТП обеспечивается контроль практически всей активной зоны;

- наглядное представление изменения состояния активной зоны сокращает время для принятия оперативных решений, если это необходимо, об изменении режимов эксплуатации;

- исключается влияние систематической погрешности измерительных каналов при представлении информации эксплуатационному персоналу.

Практическая значимость исследования. Разработанные методы и алгоритмы анализа измерительной системы, ПО СВРК и состояния активной зоны доведены до конечного программного продукта, который используется в отделе ядерной безопасности и надежности Калининской АС и готовится к внедрению для оперативного контроля. Проанализированы измерительные системы и ПО СВРК блоков № 1,2,3 Калининской АС, режимы, связанные с нарушениями в состоянии активной зоны. Полученные результаты подтверждаются опытом эксплуатации активных зон и опытом анализа данных СВРК персоналом, сопровождающим ее работу на блоках Калининской АС, и существенно повышают безопасность эксплуатации АС.

На защиту выносится: 1. Обоснованность и необходимость использования методов и алгоритмов для своевременного распознавания состояния активной зоны и анализа достоверности информации системы внутриреакторного контроля.

2. Алгоритмы анализа данных измерительной системы, ПО СВРК и анализа состояния активной зоны реактора ВВЭР-1000.

3. Результаты анализа данных системы внутриреакторного контроля с помощью разработанных алгоритмов, которые подтверждают возможность оперативно выявлять недостоверные показания измерительной системы ВРК, сбои в работе ПО СВРК, подтверждают правильность представления информации о состоянии активной зоны эксплуатационному персоналу и возможность оценки ее достоверности.

4. Результаты сравнительного анализа различных версий ПО СВРК Калининской АС, которые демонстрируют возможность качественно сравнить между собой две программы восстановления поля ЭВ.

5. Практическая реализация разработанных методов и алгоритмов.

Достоверность научных положений. В ходе разработки все результаты

проверялись на большом объеме независимых данных архивов СВРК 1, 2, 3 блоков Калининской АС. Периодически выполнялся анализ достоверности результатов работы совместно с экспертами отдела ядерной безопасности и надежности Калининской АС, сопровождающих работу СВРК. Методы и алгоритмы подтвердили свою работоспособность при применении на Калининской АС.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались на конкурсах и международных научных конференциях: X Международная конференция «Безопасность АЭС и подготовка кадров» (Обнинск, 2007г.), I Научно-техническая конференция молодых работников Калининской АС (Удомля, 2008 г), XI Международная конференция «Безопасность АЭС и подготовка кадров» (Обнинск, 2009 г.), Международная научно-техническая конференция «Молодежь: безопасность, наука, производство» (Балаково, 2010 г.), Конкурс на присуждение премии Госкорпорации «Росатом» молодым ученым атомной отрасли (Москва, 2010 г.), Конкурс научно-технических сообщений среди молодых работников Калининской АС (Удомля, 2011 г.), Международная научно-техническая конференция «Молодежь: безопасность, наука, производство» (Курчатов, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 3 статьи в научно-технических журналах из перечня ВАК, 4 публикации в трудах конференций.

Личный вклад. Автор принимал непосредственное участие в решении всех задач, изложенных в диссертации, лично разработал алгоритмы и программное обеспечение для выполнения анализа данных измерительной системы СВРК и представления информации о состоянии ПО СВРК и активной зоны реактора ВВЭР-1000.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 121 странице машинописного текста; состоит из введения, пяти глав, заключения, списка сокращений, списка литературы из 92 наименований и пяти приложений; содержит 6 таблиц, 55 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и задачи, аргументирована научная новизна исследований, показана практическая значимость полученных результатов.

В первой главе описано назначение и состав СВРК типового проекта РУ В-320 с реактором ВВЭР-1 ООО. Приведена структура измерительного комплекса, описано основное оборудование, структура программного обеспечения и основные алгоритмы его работы. Показана необходимость обеспечения дополнительного контроля за функционированием современного ПО СВРК, а также необходимость создания средств обработки и представления возросшего объема информации.

Во второй главе выполнен обзор существующих методов проверки работоспособности измерительной системы ВРК, методов проверки достоверности рассчитываемых СВРК полей ЭВ, а также представлены вопросы эксплуатации активных зон реакторов ВВЭР-1 ООО, которые решаются с помощью разработанных методов.

Третья глава посвящена описанию методов распознавания образов, классификации и теории графов, которые применяются для анализа состояния измерительной системы, ПО и получения достоверной и объективной информации о состоянии СВРК и активной зоны реакторов ВВЭР-1000.

Анализ работоспособности СВРК проводится в два этапа.

На первом этапе анализируются показания измерительной системы. Выделяются данные, отличающиеся от общей закономерности распределения ЭВ в активной зоне. Проводится оценка, являются ли выявленные отклонения недостоверными показаниями измерительной системы или локальным физическим процессом.

На втором этапе, после отбраковки недостоверных данных измерительной системы, ПО СВРК производит восстановление поля ЭВ по всему объему активной зоны. Для оценки адекватности модели восстановления поля ЭВ результаты расчета ПО СВРК сравниваются в единой системе координат с результатами расчетов ЭВ по программе БИПР-7А, аттестованным кодом физического расчета для данного типа реакторов.

Состояние активной зоны представляется совокупностью К векторов (Ктах = 64, число КНИ в активной зоне), компоненты каждого из них - ЭВ по показаниям измерительной системы (Ы = 7). Взаимное расположение векторов множества {X,} (/ = 1, ..., к) в N - мерном пространстве (И = 7) определяет состояние измерительной системы СВРК и активной зоны.

В силу наличия общих закономерностей в распределении ЭВ компоненты вектора X, находятся в сильной взаимной функциональной зависимости, поэтому выбранная система координат не ортогональна.

С помощью линейного преобразования

7

¡-ый элемент множества может быть представлен в ортогональной системе координат.

Данное преобразование в распознавании образов называется разложением Карунена-Лоэва или Методом главных компонент.

Здесь: Сч - коэффициенты разложения;

Ф] - элемент матрицы преобразования.

Линейное преобразование представляет собой разложение вектора по базису, т.е. по системе ортонормированных базисных векторов, которая определяется из уравнения

(2)

где: Я - корреляционная матрица, оцененная по выборке [К,N1;

Ф^ и Л] - собственные векторы и собственные значения корреляционной матрицы.

Представлением исходного вектора измерений X. в новой системе координат будут коэффициенты разложения

С,=Ф'-Х> (3)

где Ф' - транспонированная матрица преобразования.

Основная идея рассматриваемого преобразования заключается в том, что разложение минимизирует среднеквадратичную ошибку при использовании лишь конечного числа базисных векторов. Другими словами, в новых координатах состояние объекта может быть описано меньшим числом переменных. При этом ошибка описания будет минимальной.

Согласно свойствам разложения вклад каждого собственного вектора в описание дисперсии исходных данных пропорционален собственному значению.

Анализ данных показал:

- более 90% всей дисперсии может быть описано 1-ой главной компонентой (собственный вектор, соответствующий максимальному собственному значению);

- первая главная компонента характеризует мощность в канале измерения (см. рис. 1);

- разброс показаний по 2-ой главной компоненте (собственный вектор, соответствующий второму по величине собственному значению) значительно меньше и описывает примерно 5% дисперсии исходных данных.

В новой системе координат (первых двух главных компонентах) состояние активной зоны (общая закономерность связи между изменениями ЭВ на данном уровне мощности) представляется достаточно компактным множеством (классом). Близость показаний в новой системе координат определяет непротиворечивость измерений, а отклонение измерений от класса определяется либо недостоверными показаниями измерительной системы, либо проявлением локального физического процесса.

6.00

5.00 -

4.00

3.00 -

г

0.00

0.00 0.02 0.04 0.06 0.08

Линейное энерговыделение в TBC, МВт/см

Рисунок 1 Зависимость первой главной компоненты от линейного ЭВ TBC

Представление в новой системе координат подвергается кластеризации с использованием любого удобного критерия, например, критерия согласия у2. Если набор дискретных значений с доверительной вероятностью 95% отвечает нормальному закону распределения по критерию у2, то такие данные объединяются в общую группу (класс). Значения, не попавшие в общий класс, подвергаются кластеризации по тому же критерию и так далее, пока все данные не будут распределены по группам. Можно утверждать, что с доверительной вероятностью 95% в каждый класс попадают параметры, описывающие общий физический процесс. Таким образом, с той же вероятностью выделяются общие закономерности в состоянии измерительной системы, отклонения, вызванные локальными физическими процессами и дефекты в измерительных каналах.

Используя те же рассуждения, можно описать состояние активной зоны K-точками (Ктах = 163 TBC) в М = 16 - мерном пространстве, где 16 - число расчетных точек ЭВ по высоте в каждой TBC, полученных в результате физического расчета в ПО СВРК. Для данного состояния активной зоны рассчитывается распределение ЭВ в тех же точках по высоте для всех 163 кассет по программе БИПР-7А. Для сравнения результатов расчетов (методик) по выборке 16x2x163 оценивается корреляционная матрица. Результаты расчетов представляются в новой системе координат первых двух главных компонент и

сравниваются (проводится совместный анализ в одной системе координат результатов расчетов ПО «Хортица» и БИПР-7А).

-►

Вторая главная компонента 62

Рисунок 2 Пример представления двух кластеров в ортонормированной системе координат

Значения ЭВ, рассчитанные СВРКи БИПР-7А, подвергаются кластеризации (выделению классов, обладающих общими свойствами, например, TBC, находящиеся на одной орбите симметрии).

Анализ проводится для каждого момента времени. Определяется положение классов в новой системе координат (как это показано на рисунке 2) и находится расстояние между центрами классов СВРК и БИПР-7А. Анализ изменения этого расстояния во времени для каждого класса, дает возможность сказать, какая из используемых моделей (ПО) СВРК описывает состояние активной зоны наиболее «близко» к эталону, полученному в результате расчетов по программе БИПР-7А.

el_______

wiiä |

1 115 J j

1 .........4P .........£

4 S 1 i t i f e

Рисунок 3 Представление показаний ДПЗ в первых двух главных компонентах. II блок Калининской АС, 10 эфф.сут. (до отбраковки).

Пример состояния измерительной системы по методу главных компонент представлен на рисунке 3. Как видно из рисунка, основная часть КИИ образует

достаточно плотную группу, разброс внутри группы обусловлен статистическим разбросом измерений. Среднеквадратичное отклонение, рассчитанное для совокупности измерений, составляет 1.13.

Из общей группы выделяются каналы №№ 54 и 57. После анализа показаний ДПЗ в данных каналах было выявлено, что показания ДПЗ №3 в каждом из КНИ занижены на » 30%.

Алгоритм сравнения работы различных вычислительных комплексов СВРК. а именно программ восстановления поля ЭВ, был применен к первому блоку Калининской АС. На этом блоке параллельно используется две модели ПО СВРК верхнего уровня - это ВМПО «Хортица» и «Хортица-М». Выбор в пользу одной из систем осложняется тем, что построенные на основе одинаковых алгоритмов, две системы дают различные результаты восстановленного поля ЭВ. Необходимо оценить, какое из ПО наиболее адекватно восстанавливает поле ЭВ.

Для сравнения различных видов математического обеспечения СВРК ВВЭР-1000 используется изменение евклидова расстояния в системе координат первых двух главных компонент во времени:

ем=№ш-УтУ+{Уи2-ГБ2)2, ex=-j{Yxi-YKl)2+(Yxl-Yf:2y (4)

где (см. рис.2):

Гт , YU1 - координаты центра класса расчетных значений ЭВ ПО «Хортица М»;

УХ1, УХ2 - координаты центра класса расчетных значений ЭВ ПО «Хортица»;

' ye2 - координаты центра класса расчетных значений ЭВ по программе БИПР-7А.

Формула (4) характеризует среднее отклонение расчетов, выполненных ПО СВРК, от расчетов по программе БИПР-7А, которые принимались за «эталон».

На рисунке 4 представлено это расстояние для одной из орбит симметрии активной зоны реактора ВВЭР-1000. Видно, что результаты расчетов по программе «Хортица» более правильно описывают поле ЭВ, чем «Хортица М».

Рис. 4 демонстрирует момент нарушения работы ПО «Хортица». Резкое отклонение измеренных значений ЭВ от расчетных со 158 суток связано с несоответствием коэффициентов физической модели реальному выгоранию топлива в активной зоне, и требуется корректировка коэффициентов адаптации.

Таким образом, методика анализа показаний СВРК позволяет:

- определять недостоверные показания измерительной системы СВРК, не обнаруженные системой;

- определять отклонения в состоянии активной зоны, обусловленные физическим процессом;

- оценивать работоспособность СВРК;

- выполнять сравнительный анализ различного ПО СВРК;

- оценивать необходимость корректировки коэффициентов физической модели ПО СВРК.

и

Рисунок 4 Величина среднего отклонения от расчетов БИПР для различных видов ПО. 9-я орбита симметрии 1 блок Калининской АС.

Методику представления информации о состоянии активной зоны реактора ВВЭР-1000 с использованием графа рассмотрим на примере работы блока №2 Калининской АС во время 20 топливной кампании (2007-2008 гг.).

Состояние активной зоны в некоторый момент времени представляется связным неориентированным ациклическим взвешенным графом (деревом):

С = (У,Е,у) (5)

где: У = / = - множество вершин (измерительных каналов); N -число вершин дерева; ЕсУхУ - подмножество пар V, с V, с V -

множество ребер;

у - весовая функция, ставящая в соответствие каждой паре вершин дерева некоторое число, характеризующее «близость» параметров в пространстве измерений, совокупность которых характеризует данное состояние активной зоны.

Веса ребер, соединяющих соседние вершины 1 и выбираются в соответствии с правилом:

У,, = тт{у1к\ к = к ф /', (6)

где у1к - значения весовой функции для пары вершин ¡, к. N - число измерительных каналов (КНИ и термопар). Тогда граф О с учетом (6) согласно определению является минимальным остовным деревом в0, однозначно представляющим состояние активной зоны.

Описания (5, 6) используются для решения задачи контроля изменения состояния активной зоны реактора ВВЭР-1000 в процессе эксплуатации. После отбраковки недостоверных показаний измерительной системы строится минимальное остовное дерево (момент времени Ю), которое принимается за эталон. Далее, в следующие моменты времени (1т) или для следующих состояний активной зоны, которые для условности назовем текущими, строится дерево,

изоморфное эталонному, и находятся наиболее деформированные поддеревья по отношению к эталону.

Для численной оценки степени деформации текущего состояния определяются следующие характеристики:

мдд = тм{й(/0)} (7)

k*i

- наибольший вес ребра в данном узле эталонного дерева, где N1 - число вершин, смежных с вершиной 1 по траектории дерева; М, (/,„) - образ наибольшего веса ребра по узлу эталона на дереве текущего состояния, представляющий собой вес ребра, имеющего в эталонном дереве вес (7);

5,(f„) = -

1 iN<

î>*(<о)-^('о)] (8)

*=1 )

N,-1

- усредненная, без максимальной, мера близости по узлу эталона;

= (9)

- образ усредненной меры близости эталона на дереве текущего состояния;

M (т) 5,. (г)

- узловая неравномерность (рассчитывается для эталонного и текущего состояний).

После того, как найдены характеристики (7-10), для каждого узла определяется деформация:

Интерес представляют те узлы, деформация Ri которых превышает заранее заданную величину, определяемую по опыту эксплуатации активной зоны. Для описания состояния вводится массив двухкомпонентных векторов. Первой компонентой является деформация узла, а второй - разность нормированных показаний измерительного канала для текущего и эталонного состояний:

A ,={R,,(X,(tJ-X,(t0))}, i = ÎZN (12)

На рисунке 5 показано состояние активной зоны при падении органа регулирования системы управления и защиты (ОР СУЗ) в TBC №153.

Обработка данных с помощью алгоритма определения изменения в состоянии активной зоны упрощает идентификацию этого состояния. Показания измерительного канала в TBC №153 резко отличаются от остальных. В TBC №153 расположен упавший ОР СУЗ.

Одновременно определилось состояние TBC 133,143, 144, 151, 152,154, 155, 160, 161 как отдельный класс 2, которое обусловлено возмущением ЭВ в кассетах, связанное с падением ОР СУЗ.

Состояние A3

■1 / -с _ > '

Класс-2«

М- 1 O'V \ \ 1

«К Q_T /

to V V

X(tbX(0)

Рис. 5 Представление состояния активной зоны массивом двухкомпонентных векторов

^ - первый класс пока- ▼ - второй класс пока- - - общий класс показа-

заний заний ний

В четвертой главе приведено описание программного комплекса «КАРУНД», основанного на методах, описанных в главе 3. Программный комплекс реализован на языке Borland С++ Builder и предназначен для работы на персональном компьютере под управлением операционной системы семейства windows®.

«КАРУНД» обеспечивает выполнение следующих основных функций:

- обращение к базе данных СВРК ВВЭР - 1000 (к текущей, архиву или отдельным извлеченным данным);

- считывание параметров, необходимых для работы программы из базы данных СВРК;

- обработка показаний КНИ и ТП СВРК и выявление недостоверных показаний, не обнаруженных системой;

- определение отклонений в состоянии активной зоны, обусловленных физическим процессом;

- считывание данных нейтронно-физического расчета активной зоны для текущей или предыдущих топливных кампаний РУ ВВЭР - 1000;

- выполнение сравнительного анализа различного ПО СВРК и оценка необходимости корректировки коэффициентов физической модели;

- представление в наглядной форме оперативному персоналу информации о состоянии активной зоны РУ ВВЭР - 1000 и ПО СВРК.

В главе описан интерфейс программного комплекса, основные функции, методы работы с ними и их конечный результат.

В пятой главе приведены результаты работы программного комплекса «КАРУНД» с архивом данных СВРК. Представлены возможности программы по определению недостоверных показаний измерительной системы, состояний активной зоны, связанных с нештатным положением ОР СУЗ, впервые получены результаты совместного анализа различного ПО СВРК.

Определение недостоверных показаний измерительной системы ВРК

В программном комплексе «КАРУНД» состояние измерительной системы ВРК определяется по результатам расчетов по алгоритмам, основанным на методе главных компонент. Информация о недостоверных показаниях представляется на картограмме активной зоны (Рис. 6 ).

Показания канала измерения №18 определены как недостоверные. Показания каналов измерения, симметричных КНИ №18, представлены в таблице № 1. Показания ДПЗ № 7 в КНИ № 18 отличаются от среднего значения показаний ДПЗ № 7 в КНИ №17, 19, 49, 50, 51 на 8.3%. Показания ДПЗ № 2 КНИ №18 отличаются от среднего значения на 11,3%.

шш

ЁЛ] FTW В '"tti''-1 ±

^¡Гф

ч?

Рисунок 6 Определение недостоверных показаний измерительной системы ВРК - TBC в нормальном состоянии; [ и

- TBC с измерительным каналом с недостоверными показаниями.

- TBC с ОР СУЗ, без измерительных каналов;

- TBC с отбракованными измерительными каналами.

Подтверждение положения ОР СУЗ по показаниям измерительной системы Положение ОР СУЗ в программном комплексе «КАРУНД» определяется одновременно по двум алгоритмам, описанным в главе 3. Первый алгоритм использует показания КНИ и ТП СВРК, а второй только показания ДПЗ.

Таблица № 1 Показания КНИ № 17, 18, 19, 49, 50, 51

1 2 3 4 5 6 7

17 7.391 7.828 7.707 7.828 7.672 7.551 6.031

18 7.262 6.875 7.066 7.129 7.172 7.016 5.453

19 7.465 7.734 7.754 7.708 7.758 7.598 6.02

49 7.434 7.648 7.664 7.648 7.629 7.379 5.875

50 7.262 7.75 7.609 7.777 7.605 7.395 5.844

51 7.59 7.805 7.527 7.852 7.727 7.52 5.973

На рисунке 7 показан сход с верхнего положения ОР СУЗ в TBC № 153 на 27%. То, что движение ОР СУЗ имело место, подтверждает и аномалия в показаниях КНИ № 25 и 60.

Рисунок 7 Определение положения ОР СУЗ

То же состояние обработано в соответствии с алгоритмами теории графов, результат представлен на рисунке 8. Изменение положения ОР СУЗ в TBC 153 подтверждается деформацией в сторону уменьшения поля ЭВ в ней и окружающих TBC.

Представление информации о состоянии активной зоны

В программном комплексе «КАРУНД» информация о состоянии активной зоны, в основном, предоставляется по результатам расчетов по алгоритмам теории графов.

Щ КАРУНД

Открыть Правка | Сер« •с 1 Настройки

-мали; СВРК

Q Г Чкта7ыофгйп

|S <Х X_qi; |4.0

| Ideffl] | [О] | [deO ■ diO] j

Рисунок 8 Определение положения OP СУЗ

- TBC в нормальном состоянии; (oTj - TBC без средств контроля;

- TBC соответственно с пониженным и повышенным относительным ЭВ.

На рисунке 9 представлено состояние активной зоны в режиме срабатывания ускоренной предупредительной защиты. В результате срабатывания ускоренной предупредительной защиты (УПЗ) мощность РУ и активной зоны снижается до -50% от номинальной. ОР СУЗ, выбранные в группу УПЗ по результатам расчета НФХ активной зоны для текущей кампании, погружаются в активную зону за время 1,2-4 с. Для данной кампании - это ОР СУЗ в ячейках №№ 52, 58, 82, 133. Дополнительно к УПЗ, РУ разгружается аппаратурой разгрузки и ограничения мощности (РОМ) до уровня, соответствующего текущему составу работающего оборудования РУ. РОМ погружает в активную зону с рабочей скоростью (2 см/с) ОР СУЗ 10, 9 и 8 групп. Движение начинают ОР СУЗ группы № 10, следующая группа начинает движение после того, как предыдущая пройдет половину высоты активной зоны.

В данном режиме наиболее четко выделяется класс измерительных каналов в местах расположения ОР СУЗ группы УПЗ - это каналы в TBC № 52, 58, 82, 133. Из-за специфики расположения ОР СУЗ УПЗ, распределение относительного ЭВ в активной зоне очень специфично (см. рис 9), но хорошо объяснимо с физической точки зрения.

Рисунок 9 Представление информации о состоянии активной зоны

Анализ состояния программного обеспечения СВРК

В программном комплексе "КАРУНД" существует функция анализа ПО СВРК, с помощью которой выполняется сравнительный анализ различного ПО СВРК.

На блоке № 1 Калининской АС сложилась уникальная ситуация, когда данные измерительной системы ВРК обрабатывались параллельно двумя программами: старой ВМПО «Хортица» и модернизированной «Хортица - М».

На рисунке 10 представлены результаты сравнения работы двух ПО при восстановлении поля ЭВ в 9 орбите симметрии. Видно, что больше половины кампании результаты расчетов ВМПО «Хортица» (треугольный маркер) более близки к расчетам БИПР-7А, чем результаты расчетов модернизированной «Хортица-М» (квадратный маркер). Исключение только для орбиты симметрии № 13 (рис. 11). На данной орбите симметрии отсутствуют КНИ, поэтому результаты расчета ЭВ в TBC на данной орбите очень зависят от коэффициентов адаптации физической модели для восстановления поля ЭВ. С одной стороны, восстановленное ВМПО «Хортица» поле ЭВ более правильное, так как методология восстановления отлаживалась на протяжении многих лет эксплуатации. С другой стороны, «Хортица-М» дает хорошие и стабильные результаты, так как является современным аппаратным и программным продуктом. Как видно из рисунка 11, при каждой корректировке коэффициентов адаптации результаты восстановления ЭВ на данной орбите по ВМПО «Хортица» становятся ближе к расчетам, чем результаты по «Хортица-М». Более стабильные хорошие результаты расчетов по «Хортица-М» объясняются тем, что подобная корректировка

коэффициентов адаптации физической модели производится постоянно, перед выполнением восстановления поля ЭВ.

[ Diîp 1 ] |CARogiamFiles\Bwla™W:8uikJ«6\PiO)ecti\l-HiglieiEducationl\OT4eT'\0.dal [ Lengh 2 l[CAPiogram Fites\Bwlii^BuiWei6\P[wds\Chart\Mn0^s£WnP.M

[Disp2] ¡C:\Piogiam FilesVBoilaniJVCBuadeiSSProtectsVI HigherEducalionlWryeTSOc.dai L[1 ) | L[21 L[1]/LI2]j

ilAlBl

J-1-1 I en^h Г I 1 / Г t I

Рисунок 10 Анализ состояния программного обеспечения СВРК

Ф Анализ СВРК [ ев |

[ Lengh 11 |C:\Piografn F8eî\Boriarid\CBuadei6\Pfoi&cl$\ChaitVXM-vsEHnP.M

[Displ] j C: \Pragr arn ПеЛВodand\CBuider6\Pf oject s\1 -HigheiEducationl \отчет\0 .dat Q^J

[ Lengh 2 ]|C:\Program Ftes\Bo(land\CBiiid«Sf6\Pioiecls\Chart\MnO-v$-BHnP.bd Q^j ( Disp 21 | C:\Piogram Files\B otland\CB uâdef6\Ptojects\1 -High«Educafon1 ЧотчетМЭс.ЛЫ L[1]|L[2] L[1 J/L[2J|

МЛШ

п? 7 12 17

3 8 ¿ваш le

U9 И 19

UB 10 15

si A|

Рис. 11 Анализ состояния программного обеспечения СВРК

На рисунках 10-11 виден общий сбой в расчетах ВМПО «Хортица» на всех орбитах симметрии после 158 эфф. суток. Это нарушение связано с проблемами

19

в корректировке коэффициентов адаптации для TBC с большой глубиной выгорания. К тому моменту в активной зоне реактора было уже достаточно большое количество TBC с выгоранием более 50 МВт сут/кг, в то время как ВМПО «Хортица» разрабатывалась в условиях, когда глубина выгорания TBC составляла ~ 40 МВт-сут/кг.

В заключении представлены основные результаты и выводы:

1. По результатам анализа работы современной системы внутриреакторного контроля ВВЭР-1000 отмечено, что аппаратное совершенствование ВК СВРК автоматизировало процесс и увеличило частоту корректировки ее алгоритмов, привело к увеличению объема информации, представляемой для дальнейшего анализа состояния измерительной системы СВРК и активной зоны.

2. Анализ существующих методов проверки достоверности измерительной системы ВРК ВВЭР-1000 показал, что существующие автоматизированные методы разработаны для более ранних версий ПО СВРК. Основная работа по определению достоверности данных измерительной системы не автоматизирована, трудоемка и по-прежнему выполняется персоналом. Качество представляемой информации зависит от опыта и квалификации персонала, сопровождающего работу системы.

3. Существующие методы проверки работоспособности программного обеспечения СВРК либо занимают много времени (например, сравнение восстановленного поля с результатами динамического расчета текущего состояния активной зоны), либо основаны на анализе отдельных характеристик активной зоны, а итоговая оценка состояния измерительной системы и ПО СВРК выполняется их совместным анализом с привлечением дополнительной информации.

4. Необходима разработка методов и алгоритмов оперативного контроля состояния измерительной системы, ПО СВРК и активной зоны, которые бы повысили достоверность оценки за счет анализа всей доступной информации с одновременным сокращением времени и наглядным представлением результатов.

5. В работе использован Метод главных компонент и метод представление состояния активной зоны минимальным остовным деревом для контроля состояния СВРК и изменения состояния активной зоны.

6. Выбранные методы и алгоритмы использованы при разработке автоматизированного программного комплекса.

7. Программный комплекс позволяет:

- с доверительной вероятностью 95% выполнять автоматическую отбраковку недостоверных показаний, не обнаруженных штатной системой;

- выполнять совместный анализ разного ПО СВРК в одной системе координат, что позволяет качественно сравнить их работу;

- осуществлять мониторинг работы СВРК в реальном времени;

- фиксировать сбои в работе ПО и выдавать рекомендации о необходимости его корректировки;

- распознавать изменения в состоянии активной зоны и представлять их в наглядном виде для принятия решения.

20

8. Результаты обработки данных эксплуатации демонстрируют эффективность использования программного комплекса для анализа состояний СВРК и активной зоны. Достоверность полученных результатов подтверждается опытом анализа данных СВРК персоналом Калининской АС при оценке состояния активной зоны.

9. Разработанный программный комплекс используется на Калининской АС для контроля состояния СВРК и активных зон реакторов ВВЭР-1000. Ведется подготовка к его использованию оперативным персоналом.

Основные публикации по теме диссертации

В рецензируемых журналах из перечня ВАК:

1. Алыев P.P., Лескин С.Т. Метод анализа работоспособности измерительной системы и программного обеспечения внутриреакторного контроля ВВЭР-1000//Известия вузов. Ядерная энергетика. - 2008. - № 3. - С.4-12.

2. Алыев P.P., Лескин С.Т. Использование графа для представления информации о состоянии активной зоны реактора ВВЭР-1000//Известия вузов. Ядерная энергетика. - 2010. - № 4. - С.64-71.

3. Алыев P.P., Лескин С.Т. Программный комплекс анализа состояния СВРК и представления информации о состоянии активной зоны реактора ВВЭР-1000

- "КАРУНД" //Известия вузов. Ядерная энергетика. - 2012. - №. 1 - С.42-50.

В других изданиях:

4. Алыев P.P., Лескин С.Т. Разработка методов анализа работоспособности и сравнения систем внутриреакторного контроля реакторов ВВЭР-1000// Безопасность АЭС и подготовка кадров: тез.докл. X Международной конференции, Обнинск, 1-7 октября 2007. -С.25.

5. Алыев P.P., Лескин С.Т. Использование графа для представления информации о состоянии активной зоны реактора ВВЭР-1000// Безопасность АЭС и подготовка кадров: тез.докл. XI Международной конференции, Обнинск, НОУ «ЦИПК», 29 сентября - 2 октября 2009. - С. 100-102.

6. Алыев P.P., Чапаев В.М. Исследование возможности использования показаний внутриреакторных детекторов энерговыделения для корректировки поправок к боковым граничным условиям для нейтронно-физического расчета активной зоны реактора ВВЭР-1000 // Международная научно-техническая конференция «Молодежь: безопасность, наука, производство» [Электронный ресурс]. - Балаково. -2010.-1 эл. опт. диск (CD-ROM).

7. Алыев P.P., Лескин С.Т. Программный комплекс анализа состояния СВРК и представления информации о состоянии активной зоны реактора ВВЭР-1000

- «КАРУНД»// Международная научно-техническая конференция «Молодежь: безопасность, наука, производство» [Электронный ресурс]. - Курчатов. - 2011.

- 1 эл. опт. диск (CD-ROM).

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» ОБНИНСКИЙ ИНСТИТУТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Алыев Руслан Ровшанович

Распознавание состояния активной зоны и анализ достоверности информации системы внутриреакторного контроля при эксплуатации топливных загрузок ВВЭР - 1000

05.14.03 - ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук С.Т. Лескин

Обнинск-2013

Содержание

Введение...................................................................................................................4

Глава 1 Система внутриреакторного контроля..................................................10

1.1 Назначение и состав................................................................................10

1.1.1 Назначение системы внутриреакторного контроля......................10

1.1.2 Состав СВРК.....................................................................................12

1.2 Основное оборудование СВРК..............................................................15

1.2.1 Детекторы прямого заряда и сборки внутриреакторных детекторов.......................................................................................................15

1.2.2 Термометры сопротивления и термопары.....................................19

1.2.3 Программно-технический комплекс ВК СВРК.............................22

1.3 Описание алгоритмов СВРК..................................................................24

1.3.1 Определение нейтронно-физических констант.............................26

1.3.2 Балансное уравнение для потока нейтронов.................................27

1.3.3 Граничные условия для решения балансного уравнения.............30

1.3.4 Расчет энерговыделения с учетом показаний ДПЗ.......................31

1.4 Результат аппаратного и программного развития СВРК....................32

1.5 Выводы по главе 1...................................................................................34

Глава 2 Анализ состояния измерительной системы и активной зоны реактора ВВЭР-1000 по данным СВРК..............................................................................36

2.1 Проверка достоверности показаний ДПЗ.............................................36

2.1.1 Динамический расчет активной зоны реактора ВВЭР-1000........38

2.1.2 Метод исключенного ДПЗ...............................................................38

2.2 Проверка достоверности рассчитываемых полей ЭВ.........................40

2.2.1 Анализ поведения аксиального офсета..........................................40

2.2.2 Сравнение полей ЭВ СВРК с расчетными полями ЭВ.................41

2.2.3 Анализ восстановленного поля ЭВ................................................43

2.3 Другие вопросы эксплуатации СВРК....................................................46

2.3.1 Подтверждение положения ОР СУЗ по показаниям ДПЗ............46

2.3.2 Проверка сцепления штанг приводов ОР СУЗ со своими ПС после выхода реактора ВВЭР-1000 на МКУ мощности.............................49

2.4 Выводы по главе 2...................................................................................50

Глава 3 Применение математических методов распознавания образов и теории графов для анализа данных измерительной системы и программного обеспечения СВРК ВВЭР-1000...........................................................................51

3.1 Анализ работоспособности измерительной системы и программного обеспечения внутриреакторного контроля ВВЭР-1000................................51

3.1.1 Оценка состояния измерительной системы контроля ЭВ в активной зоне реактора..................................................................................51

3.1.2 Сравнение различных ПО СВРК....................................................54

3.1.3 Результат анализа состояния измерительной системы контроля ЭВ в активной зоне реактора ВВЭР-1000....................................................56

3.1.4 Анализ программного обеспечения СВРК ВВЭР-1000................59

3.1.5 Выводы по разделу 3.1.....................................................................63

3.2 Оперативный контроль изменения состояния активной зоны с

помощью представления активной зоны эталонным графом.......................64

3.2.1 Представление состояния активной зоны минимальным

остовным деревом..........................................................................................64

3.2.2 Выбор весовой функции..................................................................65

3.2.3 Контроль за состоянием активной зоны........................................66

3.2.4 Анализ результатов..........................................................................68

3.2.5 Выводы по разделу 3.2.....................................................................74

Глава 4 Программный комплекс «КАРУНД»....................................................75

4.1 Режимы работы и входные данные программного комплекса

«КАРУНД».........................................................................................................76

4.2 Описание интерфейса программного комплекса «КАРУНД»...........76

4.3 Выводы по главе 4...................................................................................81

Глава 5 Работа программного комплекс «КАРУНД» в некоторых тестовых задачах....................................................................................................................82

5.1 Определение недостоверных показаний измерительной системы ВРК 82

5.2 Подтверждение положения ОР СУЗ по показаниям измерительной

системы ВРК......................................................................................................83

5.3 Представление информации о состоянии активной зоны...................84

5.4 Анализ состояния программного обеспечения СВРК.........................85

5.5 Выводы по главе 5...................................................................................87

Заключение............................................................................................................88

Список сокращений..............................................................................................90

Список литературы...............................................................................................92

Приложение 1 Структурная схема СВРК энергоблока с реактором ВВЭР-

1000....................................................................................................................... 101

Приложение 2 Пример результата работы метода «исключенного ДПЗ».... 102 Приложение 3 Пример инициирующего файла Filename.ini для

подпрограммы «Анализ СВРК»........................................................................105

Приложение 4 Пример каталога с файлами данных эталонного поля ЭВ.... 106 Приложение 5 Примеры работа программного комплекса «КАРУНД» в тестовых задачах.................................................................................................107

Введение

Активная зона - часть реактора, в которой размещены ядерное топливо, замедлитель, поглотитель, теплоноситель, средства воздействия на реактивность и элементы конструкций, предназначенные для осуществления управляемой цепной ядерной реакции деления и передачи энергии теплоносителю [1; 2].

С точки зрения классификации аварийных ситуаций, аварии на активной зоне относятся к маловероятным событиям. Вероятность их возникновения 10"4 - 10"6 на реакторхгод [1; 3]. Однако последствия этих отказов настолько серьезны, что контролю безопасности и условиям эксплуатации активной зоны уделяется большое внимание [3-5]. Требования к обеспечению безопасной эксплуатации будут все более строгими, если принимать во внимание программу ОАО «Концерн «Росэнергоатом» по повышению мощности реакторных установок ВВЭР-1000 до 104% на 2007-2015 годы, а также недавние события в Японии [6-9].

Объектом исследования данной работы являются условия эксплуатации активной зоны, информативность измерительной системы и программного обеспечения системы внутриреакторного контроля (СВРК) для реакторов ВВЭР-1000.

Определяющая цель работы - повышение безопасности эксплуатации топливных загрузок реакторов ВВЭР-1000 за счет разработки и внедрения дополнительных к существующим методов контроля состояния активной зоны по данным СВРК, состояния программного обеспечения (ПО) внутриреакторного контроля для своевременного обнаружения физических процессов в активной зоне и выявления недостоверных показаний измерительной системы. При этом качество представления информации и оперативность анализа увеличивается.

Для достижения поставленной в работе цели использовались следующие методы исследования: анализ структуры СВРК ВВЭР-1000 и представления

информации оператору, анализ применяемых методов проверки состояния измерительной системы и активной зоны реактора ВВЭР-1000 по данным СВРК, разработка методов и алгоритмов анализа данных измерительной системы и программного обеспечения СВРК ВВЭР-1000 и их реализация в среде программирования, адаптированной для работы на персональном компьютере с операционной системой Windows для использования на рабочих станциях оперативного персонала, управляющего РУ и экспертов, сопровождающих работу СВРК.

Актуальность работы обусловлена необходимостью внедрения дополнительных, методов контроля за состоянием СВРК, активной зоны реакторов ВВЭР-1000 по данным внутриреакторного контроля в связи с конструктивными изменениями СВРК, модернизацией ПО и увеличением количества данных, представляемых эксплуатационному персоналу. Основные научные результаты, полученные лично соискателем:

1. Проведен анализ существующих методов контроля за состоянием СВРК и активной зоны реакторов ВВЭР-1000. Сделан вывод о необходимости разработки дополнительных методов и алгоритмов для своевременного распознавания состояния активной зоны и анализа достоверности информации системы внутриреакторного контроля.

2. Разработан алгоритм анализа данных измерительной системы и ПО СВРК, основанный на анализе совокупности данных путем линейного преобразования массива измерений с помощью метода главных компонент. Подтверждена возможность, при помощи этого метода, оперативно выявлять недостоверные показания измерительной системы ВРК и проводить сравнение различных версий ПО СВРК.

3. Разработан алгоритм анализа состояния активной зоны реактора ВВЭР-1000, основанный на представлении совокупности измерений СВРК минимальным остовным деревом (графом). Подтверждена возможность, при помощи этого метода, оперативно представлять объективную информацию об изменении состояния активной зоны

реактора ВВЭР-1000, опираясь только на показания измерительной системы.

4. Выполнен анализ данных измерительной системы внутриреакторного контроля. Выявлены недостоверные показания измерительной системы, не обнаруженные штатной системой, идентифицированы отклонения в состоянии активной зоны. Достоверность результатов подтверждена опытом сопровождения работы СВРК и эксплуатации активных зон реакторов ВВЭР-1000.

5. Получены новые результаты сравнительного анализа различных версий ПО СВРК Калининской АС, которые показывают, что опыт эксплуатации старых версий СВРК не в полной мере учтен в новых версиях.

Научная новизна исследования:

1. На основе метода главных компонент разработан алгоритм анализа состояния активной зоны, измерительной системы, ПО СВРК реактора ВВЭР-1000, который:

- позволяет наглядно представлять состояние измерительной системы ВРК;

- дает возможность объективно (опираясь лишь на формализм разработанной модели), своевременно, на ранней стадии, когда отклонения в работе ПО не приводят к неправильным выводам о состоянии активной зоны, оценить необходимость коррекции физической модели программного обеспечения и эффективность корректировки.

2. Впервые выполнено сравнение различного ПО СВРК в общей системе координат. Разработан новый, дополнительный критерий оценки адекватности физической модели, представленной в ПО, фактическому состоянию активной зоны, который позволяет оценить какое программное обеспечение более правильно описывает распределение энерговыделения в активной зоне.

3. Разработан алгоритм контроля изменения состояния активной зоны по отношению к эталону, использующий представление состояния активной зоны минимальным остовным деревом:

- на основе совместного анализа показаний ДПЗ и ТП обеспечивается контроль практически всей активной зоны;

- наглядное представление изменения состояния активной зоны сокращает время для принятия оперативных решений, если это необходимо, об изменении режимов эксплуатации;

- исключается влияние систематической погрешности измерительных каналов при представлении информации эксплуатационному персоналу.

Практическая значимость исследования. Разработанные методы и алгоритмы анализа измерительной системы, ПО СВРК и состояния активной зоны доведены до конечного программного продукта, который используется в отделе ядерной безопасности и надежности на Калининской АЭС и готовится к внедрению для оперативного контроля. Проанализированы измерительные системы и ПО СВРК блоков № 1, 2, 3 Калининской АС, режимы, связанные с нарушениями в состоянии активной зоны. Полученные результаты подтверждаются опытом эксплуатации активных зон и опытом анализа данных СВРК персоналом, сопровождающим ее работу на блоках Калининской АС, и существенно повышают безопасность эксплуатации АС. На защиту выносится:

1. Обоснованность и необходимость использования методов и алгоритмов для своевременного распознавания состояния активной зоны и анализа достоверности информации системы внутриреакторного контроля.

2. Алгоритмы анализа данных измерительной системы, ПО СВРК и анализа состояния активной зоны реактора ВВЭР-1000.

3. Результаты анализа данных системы внутриреакторного контроля с помощью разработанных алгоритмов, которые подтверждают

возможность оперативно выявлять недостоверные показания измерительной системы ВРК, сбои в работе ПО СВРК, подтверждают правильность представления информации о состоянии активной зоны эксплуатационному персоналу и возможность оценки ее достоверности.

4. Результаты сравнительного анализа различных версий ПО СВРК Калининской АЭС, которые демонстрируют возможность качественно сравнить между собой две программы восстановления поля ЭВ.

5. Практическая реализация разработанных методов и алгоритмов. Структура диссертационной работы.

В главе 1 описано назначение и состав СВРК типового проекта РУ В-320 с реактором ВВЭР-1000. Приведена структура измерительного комплекса, описано основное оборудование, структура программного обеспечения и основные алгоритмы его работы. Показана необходимость обеспечения дополнительного контроля за функционированием современного ПО СВРК, а также необходимость создания средств обработки и представления возросшего объема информации.

В главе 2 выполнен обзор существующих методов проверки работоспособности измерительной системы ВРК, методов проверки достоверности рассчитываемых СВРК полей ЭВ, а также представлены вопросы эксплуатации активных зон реакторов ВВЭР-1000, которые решаются с помощью разработанных методов.

В главе 3 представлены разработанные методы и алгоритмы анализа данных измерительной системы и программного обеспечения СВРК ВВЭР-1000. Представлены результаты тестовой работы этих алгоритмов на данных эксплуатации энергоблоков Калининской АС. Показана эффективность разработанных методов и алгоритмов по отношению к существующим при оценке реальных инцидентов в процессе эксплуатации.

В главе 4 представлен программный комплекс «КАРУНД», основанный на методах, приведенных в главе 3. Выполнено описание основных режимов

работы программы и необходимых исходных данных для ее работы. Описан интерфейс программного комплекса «КАРУНД» и работа с ним.

В главе 5 представлена работа программного комплекса с архивами данных блоков № 1, 2, 3 Калининской АС. Полученные результаты согласуются с выводами экспертов, сопровождающих работу СВРК и опытом эксплуатации РУ ВВЭР-1000.

Глава 1 Система внутриреакторного контроля 1.1 Назначение и состав

1.1.1 Назначение системы внутриреакторного контроля

Система внутриреакторного контроля (СВРК) входит в состав системы

контроля управления и диагностики (СКУД) [10] реакторной установки ВВЭР-1000 и обеспечивает в режимах нормальных условий эксплуатации (НУЭ), нарушения нормальных условий эксплуатации (ННУЭ) и при проектных авариях:

- контроль нейтронно-физических и теплогидравлических параметров активной зоны реактора, параметров теплоносителя первого и второго контуров при работе энергоблока в базовом и маневренном режимах, в том числе контроль за распределением энерговыделения в объеме активной зоны;

- защиту активной зоны реактора по локальным параметрам (линейной мощности твэл, запасу до кризиса теплообмена) в диапазоне мощности от 35 до 110 % от номинальной;

- управление распределением энерговыделения по объему активной зоны реактора при работе энергоблока в маневренном режиме.

Функции СВРК подразделяются на: управляющие, информационные, вспомогательные [11-15].

Управляющие функции включают:

- сбор дискретных и аналоговых сигналов датчиков, входящих в состав СВРК и характеризующих состояние линейной мощности ТВЭЛ по объему активной зоны и запас до кризиса теплообмена;

- предварительную обработку (преобразование в цифровой код, масштабирование, фильтрацию и линеаризацию) аналоговых сигналов;

- проверку достоверности полученной информации (проверку границ и/или скорости изменения аналоговых сигналов);

- расчет линейной мощности ТВЭЛ и запаса до кризиса теплообмена;

- формирование и выдачу в аппаратуру логической обработки сигналов системы управления и защиты управляющей системы безопасности инициирующей (AJIOC СУЗ - УСБИ) сигналов защиты при прев�