автореферат диссертации по энергетике, 05.14.03, диссертация на тему:Совершенствование акустического метода обнаружения и локализации течей ЯЭУ с использованием микрофонов

На правах рукописи

ООЗОВЗ114

Шиманскии Сергей Борисович

Совершенствование акустического метода обнаружения и локализации течей ЯЭУ с использованием микрофонов

Специальность 05 14 03 — «Ядерные энергетические установки, включая проектирование, эксплуатацию и вывод из эксплуатации»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 МАЙ 2007

Москва - 2007

003063114

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии «Научно-исследовательскии и конструкторский институт энерготехники имени Н А Доллежаля» (ФГУП НИКИЭТ)

Научный руководитель Официальные оппоненты

Ведущая организация

кандидат технических наук Аркадов Геннадий Викторович

доктор технических наук Морозов Славий Алексеевич

доктор технических наук Буторин Сергей Леонидович

Российский научный центр «Курчатовский институт»

Защита состоится 29 мая 2007 г в 11 час 00 мин на заседании диссертационного совета К 201 001 01 при ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт по эксплуатации атомных электростанций» по адресу 109597, г Москва, ул Ферганская, д 25, к 614

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «ВНИИАЭС»

Автореферат разослан 27 апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного К Т И , СТ II с -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Опыт эксплуатации АЭС показывает, что невозможно полностью исключить возникновение течи трубопроводов и оборудования АЭС Своевременное обнаружения течи теплоносителя позволяет предотвратить возможное разрушение в системе трубопроводов реакторной установки (РУ) и, таким образом, повысить эксплуатационную безопасность АЭС

Требования по обнаружению течей теплоносителя отражены в нормативных документах верхнего уровня, которые регламентируют наличие средств и методов обнаружение течей теплоносителя первого контура превышающих допустимую величину, с возможностью определения местоположения (локализации) течи и оценки ее расхода

В то же время анализ существующих на АЭС методов обнаружения течей показывает, что они в основном связаны с мониторингом состояния среды в помещениях реакторной установки, контролем дренажа и баланса теплоносителя В силу «интегрального» характера контролируемых параметров указанные методы, как правило, не обеспечивают высокую чувствительность и быстроту обнаружения течи, не позволяют оценить местоположение течи и не дают возможности отличить множественные течи (например, течи по разъемным соединениям) от единичной течи большей величины

В свою очередь, применение концепции течь-перед-разрушением к трубопроводам АЭС требует внедрения метода контроля, обеспечивающего обнаружение малой течи на ранней стадии развития с заданной чувствительностью и точностью локализации

Согласно классификации МЭК 1250 1994, акустический метод обнаружения течи, по совокупности таких параметров, как чувствительность, точность локализации и возможности оценки величины течи, является одним из наиболее предпочтительных При этом наиболее распространенным является метод акустического контактного течеискания Однако использование контактных датчиков может быть сильно затруднено в условиях ограниченного доступа к оборудованию реакторной установки канального типа и становится практически нецелесообразным при необходимости контроля многочисленных

трубных коммуникаций малого диаметра Это обстоятельство делает актуальным разработку бесконтактного акустического метода контроля, использующего высокотемпературные микрофоны для обнаружения акустического шума течи

Так как работа существующих микрофонных систем контроля строится на мониторинге уровня звукового давления, обнаружение течи возможно, только если уровень шума течи выше уровня фоновых шумов в зоне контроля (т е отношение сигнал-шум больше единицы) Это ограничивает применимость метода при контроле малых течей в условиях мощных фоновых шумов, характерных для эксплуатации РУ В этом случае чувствительность метода может быть повышена только за счет увеличения числа микрофонов, что экономически нецелесообразно при контроле многочисленных коммуникаций РУ канального типа

Таким образом, разработка бесконтактного метода обнаружения и локализации малой течи, применимого при отношении сигнал-шум меньше единицы, является важной и актуальной задачей

Объект исследования: бесконтактный акустический метод обнаружения и локализации течей на АЭС с использованием микрофонов

Цель работы Цель работы заключается в повышении эксплуатационной безопасности АЭС за счет разработки бесконтактного акустического метода обнаружения и локализации малой течи, применимого при соотношении сигнал-шум меньше единицы

Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи:

- проведены базовые измерения спектральных характеристик шума течи и фоновых шумов в помещениях АЭС,

- проведены базовые измерения характеристик ослабления звука в помещениях АЭС,

- разработана новая конструкция высокотемпературного микрофона, обеспечивающего работу в расширенном диапазоне частот (до 31,5 кГц),

- разработан пакет прикладных программ по моделированию отношения сигнал-шум в зоне контроля,

- разработана усовершенствованная конструкция воздушного имитатора течи с возможность генерации нестационарного акустического шума,

- разработан пакет прикладных программ для корреляционного анализа огибающих акустических шумов и пространственной локализации течи

Научная новизна работы состоит в том, что

- разработаны методы обнаружения и локализации малой течи с использованием корреляционного анализа огибающих акустических сигналов, применимые при соотношениях сигнал-шум меньше единицы,

- разработана аналитическая модель корреляционной матрицы огибающих акустических шумов,

- разработана методика обоснования чувствительности микрофонной системы контроля и схемы размещения микрофонов, основанная на численном моделировании отношения сигнал-шум в зоне контроля,

- разработана методика оптимизации рабочего диапазона частот, учитывающая спектральные характеристики шума течи, фоновых шумов и характеристик ослабления звука в зоне контроля

Практическая значимость работы. Полученные в диссертации

результаты были непосредственно использованы при

- разработке и внедрении пилотного образца микрофонной системы обнаружения течей РБМК,

- разработке микрофонной системы второго поколения реактора АТГ1,

- разработке типового проекта интегрированной системы обнаружения течей теплоносителя РБМК,

- внедрении микрофонной системы обнаружения течей (в составе интегрированной системы) на энергоблоках Ленинградской, Курской и Смоленской АЭС

Положения, выносимые на защиту:

- метод многоканального корреляционного анализа огибающих акустического шума течи,

- метод пространственного обнаружения и локализации течи с использованием огибающих,

— методика обоснования чувствительности микрофонной системы контроля и схемы размещения микрофонов, включая методику оптимизации рабочего диапазона частот,

- результаты анализа оптимального диапазона частот и схемы размещения датчиков микрофонной системы контроля течей входных и выходных коммуникаций РБМК и входных трубопроводов ATR

Методы исследований и личное участие автора. Проведенные автором исследования базируются на экспериментальных данных, полученных на стендах НИКИЭТ, площадке Ленинградской АЭС и АЭС «Фуген» (Япония) Обработка экспериментальных данных с применением методов спектрального, корреляционного, частотно-временного анализа, методов математического моделирования, а также разработка прикладного программного обеспечения (Си, Matlab) проводились автором самостоятельно Автор принимал непосредственное участие в планировании и проведении экспериментов на стендах НИКИЭТ, выполнении измерений и испытаний в помещениях реактора РБМК-1000 (энергоблоки 1 и 2 Ленинградской АЭС) и на площадке АЭС «Фуген» Методы обнаружения и локализации малой течи при соотношениях сигнал-шум меньше единицы, а также методика обоснования чувствительности микрофонной системы и оптимизации параметров ее функционирования были разработаны автором самостоятельно

Для проведения измерений были использованы измерительные микрофоны UC-29, высокотемпературные микрофоны UC-63L, измерители звукового давления UN-04 и 1/3-октавные анализаторы спектра SA-27 (RION), анализатор спектра В&К 2034, многоканальный АЦП PAVEC MD-800MK и многоканальный регистратор данных ТЕАС XR-500

Апробация работы Основные результаты работ были представлены на техническом семинаре МАГАТЭ «Nuclear Power Plant Diagnostics - Safety Aspects and Licensing» (Порторож, Словения, 1997г), на двух конференциях ядерного общества Японии - AESJ «Meeting of Atomic Energy Society of Japan» (Ниигата, Япония, 1999г, Саппоро, Япония, 2001 г), на двух международных конференциях ICONE «International Conference on Nuclear Engineering» (ICONE-8, Балтимор, США, 2000г, ICONE-11, Токио, Япония, 2003г), на

международной конференции SMORN-8 «Symposium on Nuclear Reactor Surveillance and Diagnostics» (Готтенборг, Швеция, 2002г )

Результаты диссертационной работы изложены в 9 статьях, опубликованных в журналах "Атомная энергия", Progress in Nuclear Energy, Journal of Nuclear Science and Technology и др , 6 докладах, опубликованных в материалах международных конференций

Структура и объем диссертации Объем диссертации 130 машинописных листов, 12 таблиц и 61 рисунков Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемой литературы (102 наименования)

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, определяются цели и задачи работ, приводится общая характеристика работы

В первой главе представлены основные требования, предъявляемые действующими нормативными документами к системам контроля течей Представлены целевые требования к чувствительности и точности локализации течей для РБМК и реактора ATR

Представлен обзор применяемых на АЭС методов контроля течей и дана характеристика акустического метода контроля В частности показано, что к достоинствам метода относятся способность практически мгновенного обнаружения течи, определения ее местоположения и величины Недостатки метода связаны с присутствием акустических фоновых шумов в зоне контроля и необходимостью распознавания между течью и маскирующими источниками шума, обусловленных шумами оборудования, гидродинамическими шумами и пр

Представлен обзор применяемых на АЭС систем контроля течей и, в частности, прототипа микрофонной системы контроля течи, разработанной в JAEA (Япония) для реактора ATR Данная система обеспечивала возможность оперативного обнаружения течи с расходом 1 — 500 м3/ч путем мониторинга уровня фоновых шумов в зоне контроля Отмечены следующие недостатки системы

- система обеспечивает обнаружение течей только большой величины,

- применимость метода определяется условием отношение сигнал-шум (Каш) больше единицы, таким образом, чувствительность метода при фиксированном уровне фоновых шумов может быть повышена только за счет увеличения числа микрофонов,

— функция локализации не была реализована в системе, тогда как отсутствие информации о местоположении течи не дает возможности рассчитать уровень звуковой мощности в точке истечения и, как следствие, может привести к существенной ошибке при оценке величины течи Представленный обзор позволяет сделать заключение об актуальности

разработки методов обнаружения и локализации, применимых при Ксш <1, а также необходимости разработки методики обоснования чувствительности микрофонной системы, требования к которой отличаются для различных типов реакторных установок

В заключение представлен обзор методов обработки и анализа акустических шумов, использованных для решения поставленной задачи

Во второй главе представлены результаты экспериментального анализа характеристик ослабления звука в зоне контроля, а также спектральных характеристики течи и фоновых шумов, что необходимо для оценки соотношения сигнал-шум в зоне контроля

Для оценки спектральной акустической мощности течи были использованы эмпирические формулы (1,2), полученные в МЕА (Япония) для течей 1 - 500 м3/ч и связывающие расход теплоносителя 2 (м3/ч) через отверстие в стенке трубопровода и эквивалентный диаметр отверстия Б (мм), а также эквивалентный диаметр О и функцию тепло-гидравлических параметров теплоносителя Р(Р, Т) с величиной звуковой мощности течи (дБ)

С*, а* - определяемые эмпирически коэффициенты на частоте анализа /к,

4

(1)

МЛ) = Ю 1оё

Ск Р°' К(Р,Т) К

(2)

1У0=]0~ - базовый уровень звуковой мощности (Вт), Р и Т — давление и температура теплоносителя соответственно

,-12

160 150 140 130

110 -100 -90 80 -

0,01 0,1 1 . 1, 10 100 1000 0,м /ч

Рисунок 1 Зависимость Ь\у (0,2 - 16кГц) от Q Расчетные (сплошная линя) и измеренные значения ( О- круглые и А — щелевые отверстия, О — получены при имитации течей на стенде НИКИЭТ)

В ходе испытаний, проведенных на стенде НИКИЭТ, указанные формулы были верифицированы для условия истечения входных- (однофазный режим истечения) и выходных (двухфазный режим истечения) коммуникаций РБМК при контроле малых течей 0,02 - 1 м3/ч Рисунок 1 иллюстрирует хорошее согласие между расчетными и экспериментальными данными

Большой объем испытаний был проведен на площадках Ленинградской АЭС и АЭС «Фуген» для того, чтобы оценить фактические характеристики ослабления звука в помещениях РУ

А, (/) = (/) - 5 - 10\ё{е'2р г/4пг2 }± 2а (3)

Уравнение (3) описывает связь между мощностью звука в точке истечения и уровнем звукового давления на частоте /, измеряемым микрофоном на расстоянии г Параметр 5 характеризует отражение звука, а ¿3 представляет собой коэффициента затухания, а - среднеквадратическое отклонение При измерениях в теплоизоляционных боксах АТЯ вместо 8 был использован параметр -Ь п, описывающий потери звука на опорах трубопроводов Пример построения расчетной кривой затухания по экспериментальным данным представлен на рисунке 2

110 100 90

из

^ 80 о.

70 60 50

0,1 1 г,м 10 100

Рисунок 2 Зависимость ослабления звука (10 кГц) от расстояния в помещении РГК ЛАЭС-1

Результаты анализа характеристик ослабления показали, что коэффициент затухания звука увеличивается с ростом частоты, в то время как на низких частотах (менее 5кГц) ослабление близко к условиям свободного распространения звука Помещения РБМК характеризуются эффектом отражения звука, в то время как в теплоизоляционных боксах реактора АТЯ наблюдается поглощение звука теплоизоляционным материалом, что приводит к гораздо более высокому уровню затухания звука, чем в помещениях РБМК

Измерение спектральных характеристик фоновых шумов осуществлялось в различных точках контролируемых помещений АЭС с оценкой флуктуации шумов в стационарных режимах работы РУ и динамики их изменения в переходных режимах, что необходимо для правильного выбора порогов обнаружения

Анализ измеренных спектральных характеристик показал, что фоновые шумы на площадке ЛАЭС и АЭС «Фуген» носят низкочастотный характер и превалируют на частотах до 4-5 кГц (рисунок 3) При этом, фоновые шумы обусловлены как гидродинамическими, так и механическими источниками шума, а именно работой циркуляционных насосов, работой системы вентиляции, сопутствующей вибрацией трубопроводов и металлоконструкций

ч

ч ^ 4

Чо) ч \ - •

4

ч Ш ч

\

реактора Вследствие поглощения акустических шумов теплоизоляцией боксов, уровни фоновых шумов, измеренные внутри теплоизоляционных боксов АЭС «Фуген», существенно ниже уровней, измеренных в помещениях РБМК, где наиболее высокие уровни шума были зарегистрированы в помещениях групповых раздаточных коллекторов, что обусловлено наличием в этой зоне запорно-регулирующих клапанов и шариковых расходомеров

100 90 80

50 40 30

0,1 1 ^кГц 10 100

Рисунок 3 Изменение спектра фонового шума при переходе ГЦН АТЯ с

высокой ( ф на низкую ( 9 скорость вращения

В третьей главе представлены результаты анализа оптимального диапазона частот и схемы размещения датчиков микрофонной системы, полученные с помощью разработанной методики обоснования чувствительности микрофонной системы В качестве целевой чувствительности системы были приняты следующие величины

- 0,23 м3/ч - для реактора РБМК,

— 0,046 м3/ч — для реактора АТЯ

Диапазон обнаружения базового метода, может быть определен как пространственный диапазон вокруг точки истечения, на котором выполняется условие - Кс/Ш>\ Оптимальный частотный диапазон, в свою очередь, может быть определен как полоса частот, обеспечивающая максимальный диапазон

обнаружения для постулируемой течи мри фактических величинах ослабления звука и уровнях фоновых шумов на площадке АЭС.

Полученные во второй главе результаты позволяют моделировать

Рисунок 4. Сравнение спектральных характеристик фонового шума (1) и шума течи (2) на различном удалении от точки истечения в помещении РГК РБМК. (3) - оптимальный частотный диапазон.

Г, кГц

30

1 ГкГц 10 100

Рисунок 5. Сравнение спектральных характеристик фонового шума (I) и шума течи (2) на различном удалении от точки истечения в боксах ЛТ1Ч, (3) - оптимальный частотный диапазон.

трансформацию спектра акустического шума постулируемой течи по мере удаления от точки истечения. На рисунков 4 и 5 показаны примеры трансформации спектральной характеристики шума течи (0,23м7ч для РБМК и 0,046м7ч для АТ1*) в сравнении с усредненной спектральной характеристикой фонового шума. Из рисунка 4 видно, что наибольшая величина диапазона обнаружения (около 4м) достигается в 1/3-октавном частотном диапазоне 812,5 кГц, принятом в качестве оптимального для РБМК. Из рисунка 5 видно, что в зоне входных трубопроводов АЭС «Фуген» оптимальный частотный диапазон обнаружения течи 0,046м 7ч составляет 16-20кГц.

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

Рисунок 6. Трехмерная диаграмма распределения Ксш (дБ) в теплоизоляционных боксах гге гли Л, величина течи 0,046 м7ч, полоса частот 20 кГц, относительный порог обнаружения ЗдБ).

Задачей дальнейшего моделирования являлась численная оценка пространственного распределения отношения сигнал-шум для каждого пространственного элемента юны контроля (100 ¡100 э! 00мм) при заданной величине течи, заданном количестве и схеме расположения микрофонов. Целью

анализа был выбор схемы, обеспечивающей заданную чувствительность при минимальном количестве используемых микрофонов

Пример пространственного распределения сигнал-шум для течи 0,046м3/ч в теплоизоляционных боксах реактора АТЯ представлен на рисунке 6 (частота анализа 20 кГц) Предложенная методика расчета позволяет принять во внимание

- пространственное распределение фоновых шумов,

- расположение микрофонов,

- направленность микрофонов,

- потери звука на препятствиях (опорах),

- геометрию зоны контроля

По результатам анализа была предложена схема размещения микрофонов в помещениях входных (12 микрофонов) и выходных трубопроводов (8 микрофонов) РБМК, использованная впоследствии при демонстрационных испытаниях микрофонной системы на энергоблоке №1 Ленинградской АЭС (результаты испытаний представлены в акте № 414/97 ЦН) Результаты анализа схемы размещения микрофонов на АТЯ (рисунок 6) показали, что для обнаружения течи 0,046м3/ч существующее число микрофонов (6 на петлю) должно быть удвоено (дополнительные микрофоны могут быть установлены в подреакторной зоне) либо должны быть предложены методы обнаружения, применимые при отношении Кс,ш <1

Взаимная корреляционная функция (ВКФ) может быть применена для обнаружения локального источника шума (течи) в статистически независимых шумах при отношении Ксш <1 Тогда как, значения времени запаздывания т (соответствует пику ВКФ, рисунок 7а) между шумовыми сигналами, регистрируемыми парами микрофонов, может быть использованы для оценки местоположения источника звука в пространстве

В тоже время анализ ВКФ, измеренных в контролируемых помещениях АЭС, показал, что сильные фазовые искажения, обусловленные рассеянием звука на трубной решетке, и воздействие фоновых шумов приводят к крайне низкой величине корреляции сигналов течи, что сильно затрудняет их распознавание в фоновых шумах (рисунок 76) Это приводит к существенным

ошибкам оценки времени запаздывания и, как следствие, ошибкам локализации источника звука.

-20 -10 0 10 20 -20 -10 0 10 20

т, мс т, МС

Рисунок 7. ВКФ акустического шума течи; (а) в свободном пространстве в отсутствие фоновые шумов и (б) внутри бокса при работе РУ на мощности.

В четвертой главе представлены результаты разработки методов обнаружения и локализации течи, которые должны быть работоспособны при малых соотношениях сигнал-шум и не чувствительны к фазовым искажениям сигналов.

/.НС

Рисунок 8. Временные реализации нестационарного сигнала течи (я), нестационарного сигнала имитатора течи (б) и фонового шума (в), а так же их огибающие на несущих частотах Пи Р2 |П

Для решения этой задачи автором был разработан метод корреляционного анализа огибающих шума течи, н основу которого положены следующие положения. На начальной стадии развитая течи, характеризующейся малыми расходами истечения среды через реальную трещину, генерируемый акустический шум носит нестационарный характер. Нестационарный характер шума течи обусловлен локальными флуктуациями давления, что приводит к кратковременным флуктуациям звуковой энергии, единообразным в широком диапазоне частот. Рисунок 8 иллюстрирует нестационарный сигнал течи, зарегистрированный па стенде НИКЮТ и нестационарный сигнал, Имитируемый в боксах АТЯ с помощью воздушного имитатора течи. Из представленных рисунков видно, что огибающие таких нестационарных сигналов на различных несущих частотах хорошо коррелируют друг с другом. С другой стороны, флуктуации стационарного фонового шума на различных частотах представляют собой независимые случайные процессы (рисунок 8в). Таким образом, корреляционный анализ флуктуации спектральных компонент

Рисунок 9. Корреляционные матрицы огибающих фонового шума на площадке АЭС «Фу ген» (я), нестационарного сигнала имитатора течи внутри боксов (б) и реального нестационарного сигнала течи (о).

шума, соответствующих различным частотам, может быть использован для распознавания присутствия течи в фоновых шумах

В ходе анализа автором были получены корреляционные матрицы, соответствующие фоновым шумам, нестационарному шуму течи и нестационарным шумам, имитируемым в различных точках внутри боксов АТЯ Полученные результаты (рисунок 9) показали хорошее качественное согласие с аналитическими формулами, полученными автором, и позволили обосновать использование среднего значения недиагональных элементов матрицы в качестве параметра обнаружения Результаты анализа дали также возможность оценить величину отношения сигнал-шум, ограничивающую применимость данного метода обнаружения В частности, рисунок 10 показывает, что в отличие от коэффициента корреляции волновых процессов, применимость которого ограничивается Каш =-3 дБ (коэффициент корреляции снижается до уровня фонового значения), коэффициент корреляции огибающих позволяет обнаружить присутствие шума течи при Каш = -10 дБ

л— __

<4 ч -

V N

\ V \

\ \ -

\

\ — —

Фоновый уровень корреля:. ИИ

-

014 012 01 а

л З-

0 08 | о|

9 4-1-6 -11 -16 -21 Коли ДБ

Рисунок 10 Границы применимости корреляционного метода для волновых процессов (О) и их огибающих (□), точка О соответствует Кс,ш ~ -ЗдБ, точка © соответствует Каш = -ЮдБ

Кросскорреляционная матрица огибающих была использована автором для анализа корреляционной связи огибающих, соответствующих различным микрофонам В этом случае в качестве элемента матрицы принимается максимальное значение ВКФ двух огибающих, зарегистрированных парой микрофонов Значения времени задержки между огибающими, определяемое

по положению пика ВКФ на оси времени, позволяют оценить местоположение течи Практически реализуемый подход заключается в поиске точки в трехмерном пространстве, обеспечивающей наилучшее согласие между всей совокупностью оценок т В частности, указанная точка должна минимизировать величину критерия ошибки (4), представляющего собой функцию измеряемых величин т и гипотетического положения источника

где т - время запаздывания между сигналами с микрофонов тип (расчетная -т() и измеренная - тт„ величина),

] - координаты пары микрофонов, р, = [х„у„:,] — координаты текущей позиции, N— число микрофонов Пространственная локальность течи как источника звука может быть использована в качестве признака обнаружения за счет применения многоканальной корреляционной обработки В этом случае для каждого пространственного элемента зоны контроля проводится суперпозиция значений ВКФ, соответствующих положению данного элемента (величина г определяется взаимным расположением элемента и точек установки микрофонов) В случае, когда положение элемента совпадает с истинным положением течи, пики ВКФ совпадают и коэффициент многоканальной корреляции принимает максимальное значение В случае диффузных фоновых шумов значения ВКФ распределены случайным образом, что приводит к их подавлению при суперпозиции Пример применения этого метода для определения местоположения имитатора течи в боксах реактора АТЛ показан на рисунке 11

Рисунок 11а представляет собой распределение величины определителя в зоне контроля Минимальное значение определителя задает точку, принимаемую в качестве местоположения имитатора Ошибка локализации составила 500 ~ 800 мм На рисунках 116 и 11 в представлены ВКФ огибающих до и после суперпозиции для расчетной точки расположения имитатора На

N N

(4)

рисунках Пг и Пд показаны распределения коэффициента многоканальной корреляции в зоне имитатора при работе имитатора и а случае фоновых шумов.

моо

220О

3000 \ 1М0 16К1

I!

1700

= 0,03

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 х. мм

Ъ = [0,Ам=[0, I]

■ВНЕ

0.2 0.4 06

О- расчетное местоположение имитатора *- истинное положение имитатора

□ - положение микрофонов и мне контроля

О - шум имитатора течи + фоновый шум

© - фоновый шум

Рисунок 11. Метод пространственного обнаружения и локализации течи с использованием огибающих. ВКФ огибающих (йг) до и (б) после суперпозиции; (с?) распределение в зоне контроля - оценка местоположения течи; распределение р,и вокруг положения имитатора - (г) при работе имитатора, (д) в случае фоновых шумов.

Результаты обработки показали, что при имитации нестационарного шума течи величина коэффициента многоканально^ корреляции рЛ' составляет от 0,58 до 0,95, тогда как в случае фоновых шумов - от 0,02 до 0,10. Таким образом, данный метод позволяет уверенно обнаружить шум течи и определить ее местоположение с требуемой точность при Кащ = — 10 дБ.

Заключение

В рамках проведенных исследований решены следующие задачи

1 Разработан метод многоканального корреляционного анализа огибающих, обеспечивающий обнаружение акустического шума течи в фоновых шумах при соотношении сигнал-шум до -10 дБ,

2 Разработан метод пространственного обнаружения и локализации течи с использованием огибающих, позволяющий обнаружить присутствие локального источника шума (течи) в фоновых шумах и определить его местоположение с погрешностью не более 2м,

3 Разработана методика обоснования чувствительности микрофонной системы контроля и схемы размещения микрофонов, включая методику оптимизации рабочего диапазона частот

4 Подтверждена целевая чувствительность микрофонной системы 0,23 м3/ч для РБМК и 0,046 м3/ч для АТЯ, при этом частотные диапазоны 8-12,5 кГц и 16-20 кГц (1/3-октавные диапазоны) определены в качестве оптимальных диапазонов обнаружения для РБМК и АТЯ, соответственно

5 Разработанные методы апробированы в реальных условиях эксплуатации микрофонной системы на площадке АЭС с реакторами АТЯ и РБМК, при этом впервые проведены демонстрационные испытания системы с истечением теплоносителя в процессе работы РУ на номинальной мощности

6 Полученные результаты были использованы при разработке и внедрении опытного образца микрофонной системы обнаружения течей на Ленинградской АЭС и микрофонной системы второго поколения на АЭС «Фуген» Полученные результаты использованы при разработке типового проекта интегрированной системы обнаружения течей теплоносителя РБМК Внедрение микрофонной системы обнаружения течей (в составе интегрированной системы) проводится на энергоблоках Ленинградской, Курской и Смоленской АЭС

Основное содержание результатов работы изложено в следующих публикациях

1 Mochizuki H., Takeda H., Shimanskiy S. e.a. Development of leak detection system for piping using high-temperature resistant microphone (1) Development of system - In Proc of ICONE-8, Baltimore, USA, April 2-6, 2000, p 323-334

2 Shimanskiy S.B., Strelkov B.P., Mochizuki H. e.a. Development of leak detection system for piping using high-temperature resistant microphone (2) Multichannel test - Ibid , p 335-346

3 Shimanskiy S., Iijima Т., Naoi Y. Development of microphone leak detection technology on Fugen NPP - Prog Nucl Energy, 2003, v 43, N1-4, p 357-364

4 Shimanskiy S., Iijima Т., Naoi Y. Development of acoustic leak detection and localization methods for inlet piping of Fugen nuclear power plant - J Nucl Sci Technol, 2004, v 41 [3], p 183-195

5 Финкель Б.М., Шиманский С.Б., Кириллов И.А Измерительные технологии в системах диагностики оборудования ядерных энергетических установок - Мир измерений, 2004, 7(41), с 17-21

6 Kasai Y., Shimanskiy S., Kanazavva J. e.a Leak Detection in the Primary Reactor Coolant Piping of NPP by applying a Beam-Microphone - J Nucl Sci Technol, 2004, 41 [3], pp 359-366

7 Шиманский С.Б., Стрелков Б.П., Ананьев A.H. и др. Акустический метод обнаружения течи с помощью высокотемпературных микрофонов -Атомная энергия, 2005, т 98, вып 2, с 98-105

8 Шиманский С.Б, Стрелков Б.П. Повышение безопасности АЭС с использованием метода пространственной локализации и обнаружения течи теплоносителя - Бюллетень по атомной энергии, 2006, вып 10, с 29-31

9 Шиманский С.Б. Обнаружение нестационарных сигналов течи первого контура АЭС с помощью взаимного корреляционного анализа - Атомная энергия, 2007, т 102, вып 3, с 183-188

ВНИИАЭС, тираж 70 экз

Перечень используемых сокращений и обозначений

Введение

Глава 1. Методы обнаружения и локализации течей трубопроводов и оборудования ЯЭУ

1.1 Основные требования, предъявляемые к методам обнаружения течей первого контура ЯЭУ

1.2 Обзор методов обнаружения течей первого контура ЯЭУ

1.3 Обзор систем обнаружения течей первого контура ЯЭУ

1.4 Методы обнаружения и локализации источника шума (течи)

1.5 Выводы по Главе

Глава 2. Анализ акустических характеристик течи и условий на ^ ^ площадке ЯЭУ

2.1 Спектральные характеристики акустического шума течи

2.2 Характеристики ослабления звука на площадке ЯЭУ 39 2.2Л Измерения характеристик ослабления звука на ЛАЭС 41 2.2.2 Измерения характеристик ослабления звука на АЭС «Фуген»

2.3 Спектральные характеристики фоновых шумов

2.3.1 Измерения фоновых шумов на площадке ЛАЭС

2.3.2 Измерения фоновых шумов на площадке АЭС «Фуген»

2.4 Выводы по Главе

Глава 3. Обоснование чувствительности и оценка границ применимости метода

3.1 Оценка границ применимости базового метода обнаружения и выбор оптимального частотного диапазона

3.2 Методика обоснования чувствительности и схемы расположения микрофонов

3.3 Оценка границ применимости и точности метода локализации течи

3.4 Результаты испытаний микрофонной системы на площадке

Ленинградской АЭС и АЭС «Фуген»

3.5 Выводы по Главе

Глава 4. Методы обнаружения течи при малых отношениях сигнал-шум

4.1 Метод многоканального корреляционного анализа огибающих

4.2 Метод пространственного обнаружения и локализации течи с использованием огибающих сигналов

4.3 Выводы по Главе 4 119 Заключение 121 Список используемой литературы 123 Приложение А 131 Приложение Б 132 Приложение В 138 Приложение Г

Перечень используемых сокращений и обозначений

A3 - активная зона АЭС - атомная станция

АСПМ - автоспектральная плотность мощности

АЦП - аналого-цифровой преобразователь

БПФ - быстрое преобразование Фурье

БС - барабан-сепаратор

БЩУ - блочный щит управления

ВКФ - взаимная корреляционная функция

ВСПМ - взаимная спектральная плотность мощности

ГЦН - главный циркуляционный насос

ЗРК - запорно-регулирующий клапан

МКФ - многоканальная корреляционная функция ill LP - планово-предупредительный ремонт

ПФ - полосовой фильтр

РВП - разница времен прихода сигналов

РБМК - реактор большой мощности канальный

РГК - распределительный групповой коллектор

РУ - реакторная установка

СКЗ - среднее квадратичное значение

СКТ - система контроля течей

ТПР - концепция «течь-перед-разрушением»

ЦН - циркуляционный насос

ШАДР - шариково-дроссельный расходомер

ЯЭУ - ядерная энергетическая установка

AESJ - Японское ядерное общество (Atomic Energy Society of Japan) AR - авторегресионный (autoregressive) анализ ATR - улучшенный тепловой реактор (Advanced Thermal Reactor) BWR - реактор с кипящей водой (Boiling Water Reactor)

CWT - непрерывное вейвлет преобразование (Continuous Wavelet Transform) DWT - дискретное вейвлет преобразование (Discrete Wavelet Transform) GT - преобразование Габора (Gabor Transform)

ICONE - международная конференция по ядреной энергетике (International

Conference on Nuclear Energy) JAEA - Японское агентство по атомной энергии (Japan Atomic Energy Agency) JTFA - частотно-временной анализ (Joint Time Frequency Analysis) LS - метод наименьших квадратов (Last Square method) ML - метод максимального правдоподобия (Maximum Likelihood method) PHAT - метод преобразования фазы (PHAase Transform) PWR - реактор с водой под давлением (Pressurized Water Reactor) SMORN - конференция специалистов по реакторным шумам (Symposium on

Monitoring of Reactor Noise) SPRT - метод отношения правдоподобия (Sequential Probability Ratio Test) SCOT - сглаживание функции когерентности (Smoothed Coherence Transform) STFT - оконное преобразование Фурье (Short-Time Fourier Transform) TDE - оценка времени запаздывания (Time Delay Estimation) Кс/ш ~ отношение сигнал шум, дБ коэффициент ослабления, 1/м 6(f) - фазовая характеристика Lp - уровень звукового давления, дБ Lw- звуковая мощность, дБ R(t)~ взаимная корреляционная функция р- коэффициент корреляции т- время запаздывания у/- величина критерия ошибки ¥ - определитель местоположения

Актуальность работы. Опыт эксплуатации АЭС показывает, что невозможно полностью исключить возникновение течи трубопроводов и оборудования АЭС. Своевременное обнаружения течи теплоносителя позволяет предотвратить возможное разрушение в системе трубопроводов или оборудования реакторной установки и, таким образом, повысить эксплуатационную безопасность АЭС.

Требования по обнаружению течей теплоносителя отражены в нормативных документах верхнего уровня [1-3], которые регламентируют наличие средств и методов обнаружение течей теплоносителя первого контура превышающих допустимую величину, с возможностью определения местоположения (локализации) течи и оценки ее расхода.

В то же время анализ существующих на АЭС методов обнаружения течей показывает, что они в основном связаны с мониторингом состояния среды в помещениях реакторной установки (давление, температура, влажность, газовая и аэрозольная активность), контролем дренажа и баланса теплоносителя [4-9]. В силу «интегрального» характера контролируемых параметров указанные методы, как правило, не обеспечивают высокую чувствительность и быстроту обнаружения течи, не позволяют оценить местоположение течи (в отдельных случаях локализация возможна с точностью до области реакторного помещения) и не дают возможности отличить множественные течи (например, малые течи по уплотнениям вентилей и задвижек) от единичной течи большей величины [8].

В свою очередь, применение концепции течь-перед-разрушением (ТПР) к трубопроводам АЭС требует внедрения метода контроля, обеспечивающего обнаружение малой течи на ранней стадии развития с заданной чувствительностью и точностью локализации [10-12].

В связи с вышеизложенным, большое внимание уделяется развитию методов, связанных с «локальным» контролем физических параметров на оборудовании и трубопроводах РУ. Это относится, в первую очередь, к мониторингу акустических шумов, создаваемых истечением теплоносителя через течь [13-15], с помощью датчиков, установленных на контролируемом оборудовании [16-22], и контролю влажности среды, отбираемой из-под теплоизоляции трубопроводов с помощью разного рода сенсорных или пробоотборных линий [20,23,24]. В силу своей избирательности, «локальный» мониторинг позволяет обеспечить более высокую чувствительность, быстродействие, точность локализации и оценки величины течи.

Согласно классификации МЭК 1250.1994 [4], акустический метод обнаружения течи, по совокупности таких параметров, как чувствительность, точность локализации и возможности оценки величины течи, является одним из наиболее предпочтительных. При этом наиболее распространенным является метод акустического контактного течеискания [25]. Однако использование контактных датчиков может быть сильно затруднено в условиях ограниченного доступа к оборудованию реакторной установки и становится практически нецелесообразным при необходимости контроля многочисленных трубных коммуникаций малого диаметра. Это обстоятельство делает актуальным разработку бесконтактного акустического метода контроля, использующего высокотемпературные микрофоны для обнаружения распространяющихся в воздушной среде акустических сигналов течи [26-43].

Внедрение этого метода контроля позволит не только удовлетворить требованиям нормативных документов верхнего уровня [1-3] и условиям применения концепции ТПР [11,12], но наряду с повышением безопасности даст дополнительные преимущества при эксплуатации оборудования за счет:

- локализации зоны истечения и, благодаря этому, предотвращению ложных остановов РУ в случае множественных течей по разъемным соединениям;

- снижение дозозатрат персонала и времени простоя оборудования, связанных с поиском места разгерметизации и ремонтом.

Объектом исследования является бесконтактный акустический метод обнаружения и локализации течи с использованием высокотемпературных микрофонов на АЭС.

Прототип микрофонной системы контроля течей был изначально разработан в JAEA (Japan Atomic Energy Agency1) для контроля течей входных трубопроводов канального реактора ATR (Advanced Thermal Reactor) [26]. Система первого поколения была установлена на АЭС «Фуген» (Япония), оснащенной прототипом реактора ATR, и была предназначена для обнаружения течей расходом от 1 до 500 м3/ч, не обладая функциями локализации и оценки величины течи. Позднее, при непосредственном участии автора, данный метод контроля был адаптирован для контроля входных и выходных трубных коммуникаций реактора РБМК на Ленинградской АЭС [28-34,41,44].

Требования нормативных документов [4,11,12] обусловили необходимость i повышения чувствительности метода до 0,23 м /ч для РБМК. При разработке микрофонной системы второго поколения для реактора ATR величина течи 0,046 м3/ч была определена в качестве целевой чувствительности.

Так как базовым алгоритмом контроля является мониторинг уровня звукового давления в зоне контроля, то обнаружение течи существующими методами возможно только при условии сигнал-шум больше единицы, что ограничивает применимость метода при контроле малых течей в условиях мощных фоновых шумов, характерных для эксплуатации РУ. В этом случае чувствительность метода может быть повышена только за счет увеличения числа микрофонов, что экономически нецелесообразно при контроле многочисленных коммуникаций РУ канального типа.

Таким образом, разработка бесконтактного метода обнаружения и локализации малой течи при отношении сигнал-шум меньше единицы является важной и актуальной задачей.

Цель работы. Цель работы заключается в повышении эксплуатационной безопасности АЭС за счет разработки бесконтактного акустического метода

1 AO 1999r. - Power Nuclear Corporation (PNC), c 1999 no 2005r. - Japan Nuclear Cycle Development Institute (JNC) обнаружения и локализации малой течи, применимого при соотношении сигнал-шум меньше единицы.

Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи;

- проведены базовые измерения спектральных характеристик шума течи и фоновых шумов в помещениях АЭС;

- проведены базовые измерения характеристик ослабления звука в помещениях АЭС;

- разработана новая конструкция высокотемпературного микрофона, обеспечивающего работу в расширенном диапазоне частот (до 31,5 кГц);

- разработан пакет прикладных программ по моделированию отношения сигнал-шум в зоне контроля;

- разработана усовершенствованная конструкция воздушного имитатора течи с возможность генерации нестационарного акустического шума;

- разработан пакет прикладных программ для корреляционного анализа огибающих акустических шумов и пространственной локализации течи.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- разработаны методы обнаружения и локализации малой течи с использованием корреляционного анализа огибающих акустических сигналов, применимые при соотношениях сигнал-шум меньше единицы;

- разработана аналитическая модель корреляционной матрицы огибающих акустических шумов;

- разработана методика обоснования чувствительности микрофонной системы контроля и схемы размещения микрофонов, основанная на численном моделировании отношения сигнал-шум в зоне контроля;

- разработана методика оптимизации рабочего диапазона частот, учитывающая спектральные характеристики шума течи, фоновых шумов и характеристик ослабления звука в зоне контроля.

Практическая значимость работы. Полученные в диссертации результаты были непосредственно использованы при:

- разработке пилотного образца микрофонной системы обнаружения течей РБМК;

- разработке микрофонной системы второго поколения реактора АТЯ;

- разработке типового проекта интегрированной системы обнаружения течей теплоносителя реактора РБМК;

- внедрении микрофонной системы обнаружения течей (в составе интегрированной системы) на энергоблоках Ленинградской, Курской и Смоленской АЭС.

Положения, выносимые на защиту:

- Метод многоканального корреляционного анализа огибающих акустического шума течи.

- Метод пространственного обнаружения и локализации течи с использованием огибающих.

- Методика обоснования чувствительности микрофонной системы контроля и схемы размещения микрофонов, включая методику оптимизации рабочего диапазона частот.

- Результаты анализа оптимального диапазона частот и схемы размещения датчиков микрофонной системы контроля течей входных и выходных коммуникаций РБМК и входных трубопроводов АТЯ.

Методы исследований и личное участие автора. Проведенные автором исследования базируются на экспериментальных данных, полученных на стендах НИКИЭТ, площадке Ленинградской АЭС и АЭС «Фуген» (Япония). Обработка экспериментальных данных с применением методов спектрального, корреляционного, частотно-временного анализа, методов математического моделирования, а также разработка прикладного программного обеспечения (Си, Ма^аЬ) проводились автором самостоятельно. Автор принимал непосредственное участие в планировании и проведении экспериментов на стендах НИКИЭТ, выполнении измерений и испытаний в помещениях реактора РБМК-1000 (энергоблоки 1 и 2 Ленинградской АЭС) и на площадке АЭС «Фуген». Методы обнаружения и локализации малой течи при соотношениях сигнал-шум меньше единицы, а также методика обоснования чувствительности микрофонной системы и оптимизации параметров ее функционирования были разработаны автором самостоятельно.

Для проведения измерений были использованы измерительные микрофоны UC-29, высокотемпературные микрофоны UC-63L, измерители звукового давления UN-04 и 1/3-октавные анализаторы спектра SA-27 (RION), анализатор спектра В&К 2034, многоканальный АЦП PAVEC MD-800MK и многоканальный регистратор данных ТЕАС XR-500.

Достоверность и обоснованность научных положений, результатов и выводов диссертации подтверждается результатами испытаний, проведенных в натурных условиях эксплуатации АЭС с реакторами РБМК и ATR, которые нашли свое отражение в материалах МАГАТЭ, трудах международных конференций специалистов по атомной технике (ICONE) и реакторным шумам (SMORN), в публикациях таких иностранных и отечественных периодических изданий как Progress in Nuclear Energy, Journal of Nuclear Science and Technology, Атомная Энергия и пр.

Апробация работы. Основные результаты работ были представлены на техническом семинаре МАГАТЭ «Nuclear Power Plant Diagnostics - Safety Aspects and Licensing» (Порторож, Словения, 1997г.), на двух конференциях ядерного общества Японии - AESJ «Meeting of Atomic Energy Society of Japan» (Ниигата, Япония, 1999г., Саппоро, Япония, 2001г.), на двух международных конференциях ICONE «International Conference on Nuclear Engineering» (ICONE-8, Балтимор, США, 2000г., ICONE-11, Токио, Япония, 2003г.), на международной конференции SMORN-8 «Symposium on Nuclear Reactor Surveillance and Diagnostics» (Готтенборг, Швеция, 2002г.).

Результаты диссертационной работы изложены в 9 статьях, опубликованных в журналах "Атомная энергия", Progress in Nuclear Energy, Journal of Nuclear Science and Technology и др., 6 докладах, опубликованных в материалах международных конференций.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Mochizuki H., Takeda H., Shimanskiy S. e.a. Development of leak detection system for piping using high-temperature resistant microphone. (1) Development of system. - In: Proc. of ICONE-8, Baltimore, USA, April 2-6, 2000, p.323-334

2. Shimanskiy S.B., Strelkov B.P., Mochizuki H. e.a. Development of leak detection system for piping using high-temperature resistant microphone. (2) Multichannel test. - Ibid., p.335-346

3. Shimanskiy S., Iijima Т., Naoi Y. Development of microphone leak detection technology on Fugen NPP. - Prog. Nucl. Energy, 2003, v.43, N1-4, p.357-364.

4. Shimanskiy S., Iijima Т., Naoi Y. Development of acoustic leak detection and localization methods for inlet piping of Fugen nuclear power plant - J. Nucl. Sci. Technol., 2004, v. 41 [3], p.183-195.

5. Финкель Б.М., Шиманский С.Б., Кириллов И.А. Измерительные технологии в системах диагностики оборудования ядерных энергетических установок - Мир измерений, 2004, 7(41), с.17-21.

6. Kasai Y., Shimanskiy S., Kanazawa J. e.a. Leak Detection in the Primary Reactor Coolant Piping of NPP by applying a Beam-Microphone. - J. Nucl. Sci. Technol., 2004, 41 [3], pp.359-366.

7. Шиманский С.Б., Стрелков Б.П., Ананьев A.H. и др. Акустический метод обнаружения течи с помощью высокотемпературных микрофонов -Атомная энергия, 2005, т. 98, вып. 2, с.98-105.

8. Шиманский С.Б., Стрелков Б.П. Повышение безопасности АЭС с использованием метода пространственной локализации и обнаружения течи теплоносителя - Бюллетень по атомной энергии, 2006, вып. 10, с.29-31.

9. Шиманский С.Б. Обнаружение нестационарных сигналов течи первого контура АЭС с помощью взаимного корреляционного анализа - Атомная энергия, 2007, т. 102, вып. 3, с.183-188.

Структура и объем диссертации. Объем диссертации 130 машинописных листов, 12 таблиц и 61 рисунков. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка используемой литературы (102 наименования).

4.3 Выводы к Гпаве 4

Качественное сравнение рассмотренных методов обнаружения представлено в Таблице 4.2 и дает возможность суммировать полученные результаты следующим образом.

По сравнению с базовым (амплитудным) методом обнаружения предложенные методы позволяют обеспечить уверенное обнаружение и л локализацию малой течи (до 0,046 м /ч) при гораздо более низких соотношениях сигнал-шум (до -10 дБ). При этом функция «быстрого» обнаружения течи, реализованная в микрофонной системе за счет мониторинга сглаженного уровня шума, гарантирует своевременное срабатывание системы в Л случае появления течи большого размера (> 0,23 м /ч), когда высокое быстродействие системы является критичным.

Анализ нестационарных шумовых сигналов, характерных для начальной стадии развития течи, показал, что огибающие сигналов гораздо менее подвержены искажениям и обеспечивают высокий уровень корреляции между сигналами на площадке АЭС. Это обстоятельство позволяет рекомендовать корреляционную матрицу огибающих, в качестве характеристики, обеспечивающей обнаружение течи на начальной стадии развития при малых соотношениях сигнал-шум. Комплексное использование метода пространственной локализации, основаного на анализе временных задержек между сигналами, и метода многоканальной корреляции позволяет реализовать алгоритм, обеспечивающий верификацию присутствия локального источника звука (течи) в зоне контроля и локализовать его в простарнстве с требуемой точностью (в пределах 2 м).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Своевременное обнаружения течи теплоносителя позволяет предотвратить возможное разрушение в системе трубопроводов реакторной установки и, таким образом, повысить эксплуатационную безопасность АЭС.

2. Проведенный обзор литературы показывает, что акустический метод обнаружения течи, по совокупности таких параметров, как чувствительность, точность локализации и возможности оценки величины течи, является одним из наиболее предпочтительных.

3. Показана актуальность совершенствования метода обнаружения и локализации течи с использованием высокотемпературных микрофонов с целью:

- разработки методов обнаружения и локализации малой течи, применимых при соотношении сигнал-шум меньше единицы;

- разработки методики обоснования чувствительности микрофонной системы, схемы размещения датчиков и оптимизации рабочего частотного диапазона.

4. В рамках проведенных исследований автором решены следующие задачи:

- разработан метод многоканального корреляционного анализа огибающих, обеспечивающий обнаружение акустического шума течи в фоновых шумах при соотношении сигнал-шум до -10 дБ;

- разработан метод пространственного обнаружения и локализации течи с использованием огибающих, позволяющий обнаружить присутствие локального источника шума (течи) в фоновых шумах и определить его местоположение с погрешностью не более 2м;

- разработана методика обоснования чувствительности микрофонной системы контроля и схемы размещения микрофонов, включая методику оптимизации рабочего диапазона частот.

5. Подтверждена целевая чувствительность микрофонной системы - 0,23 м3/ч для РБМК и 0,046 м3/ч для АТЯ, при этом частотные диапазоны 8-12,5 кГц и 16-20 кГц (1/3-октавы) определены в качестве оптимальных диапазонов обнаружения для РБМК и АТК, соответственно.

6. Разработанные методы апробированы в реальных условиях эксплуатации микрофонной системы на площадке АЭС с реакторами АТЯ и РБМК, при этом впервые проведены демонстрационные испытания системы с истечением теплоносителя в процессе работы РУ на номинальной мощности.

7. При апробации указанных методов в условиях АЭС «Фуген» было экспериментально показано, что:

- многоканальная обработка сигналов позволяет повысить чувствительность и достоверность при обнаружении слабо-коррелированных сигналов течи в фоновых шумах;

- разработанная автором математическая модель корреляционной матрицы огибающих нестационарного шума течи демонстрирует хорошее соответствие с полученными экспериментальными данными;

- огибающие не подвержены искажениям в процессе распространения в трубной решетке и, таким образом, обеспечивают гораздо более высокий уровень корреляции, что, в свою очередь, расширяет возможности применения метода при малых соотношениях сигнал-шум.

8. Полученные автором результаты были использованы при разработке и внедрении опытного образца микрофонной системы обнаружения течей для Ленинградской АЭС и микрофонной системы второго поколения на АЭС «Фуген». Полученные результаты использованы при разработке типового проекта интегрированной системы обнаружения течей теплоносителя РБМК. Внедрение микрофонной системы обнаружения течей (в составе интегрированной системы) проводится на энергоблоках Ленинградской, Курской и Смоленской АЭС.

1. Общие положения обеспечения безопасности атомных станций (ОПБ-88/97). ПНАЭ Г-1 -011 -97, Москва, 1997.

2. Правила ядерной безопасности реакторных установок атомных станций. ПНАЭ Г-1-024-90. Москва, Энергоатомиздат, 1990.

3. Правила устройства и безопасной эксплуатации оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. ПНАЭ Г-7-008-89. Москва, 1990.

4. Ядерные реакторы. Индустриальные средства и системы контроля, важные для безопасности. Обнаружение течей в системах охлаждения. МЭК 1250.1994.

5. Fisher К., Preusser G. Methods for leak detection for KWU pressurized and boiling water reactors. Nuclear Engineering and Design, 128, 1991,43-49.

6. Loisy F., Germain J.L., Chauvel L. Primary circuit leak detection an application on PWR vessel head penetrations. Proc. of SMORN-7, Avignon, France, June 1923,1995.

7. Strelkov P.B., Vanukov V.N. Leak Detection System for Primary Circuit of RBMK Reactor, IAEA-J4-TC698,1995.

8. Cherkashov Yu.M., Strelkov B.P., Korolev Yu.V., et al. Leak Detection System for RBMK Coolant Circuit. Proceedings of the specialists' meeting organized by the IAEA and Nuclear Electric Ltd. Gloucester, UK, 14-17 May, 1996.

9. Доллежаль H.A., Емельянов И.Я. Канальный ядерный энергетический реактор.-М.: Атомиздат, 1980.

10. Киселев В.А., Ривкин Е.Ю. Применение концепции течь перед разрушением при анализе безопасности АЭС Атомная энергия, 1993, Т.75, вып.6, с.426-430.

11. Руководство по применению концепции безопасности течь перед разрушением к трубопроводам АЭУ (Р-ТПР-01-99). Руководящий документ РД95 10547-99, Москва, 1999.

12. Методические рекомендации по обоснованию концепции безопасности течь перед разрушением для проектов новых АЭС с ВВЭР-1000, РУ ВВЭР-1000 (МР-ТПР-01-00), Москва, 2000.

13. Мунин А.Г., Кузнецов В.М., Леонтьев Е.А. Аэродинамические источники шума. -М.: Машиностроение, 1981.

14. Аэрогидромеханический шум в технике. Под редакцией Хиклинга Р. М.: Мир, 1980.

15. Миниович И.Я., Перник А.Д., Петровский B.C. Гидродинамические источники звука.-Л.: Судостроение, 1972.

16. Kupperman D.S., Claytor T.N., Groenwald R. Acoustic Leak Detection for Reactor Cooling Systems. Nuclear Engineering and Design, 86, 1985, 13-20.

17. Kupperman D.S., Claytor T.N., Mathieson T, et al. Leak-Detection Technology for Reactor Primary Systems. Nuclear Safety, Vol. 28, No. 2, 1987.

18. Kupperman D., Shack W.J., Claytor T. Leak Rate Measurements and Detection Systems. Proc. of CSNI Leak-Before-Break Conference, Monterey, California, Sept. 1-2,1983.

19. Kupperman D.S., Claytor T.N. Evaluation of Methods for Leak Detection in Reactor Primary Systems. Nuclear Engineering and Design, 89, N2-3,1985.

20. Хрипачев Ю.Б., Русьянов В.Г., Безруков Ю.А. и др. Экспериментальное обоснование систем контроля течи теплоносителя первого контура. Третья научно-техническая конференция «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР», Подольск, 26-30 мая 2003г.

21. Морозов С.А., Ковтун С.Н., Уралец А.Ю., Шпорта Ю.А. Разработка акустического канала контроля протечек арматуры АЭС. Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. №1,1995.

22. Ковтун С.Н. Разработка методов и устройств диагностики оборудования ЯЭУ на основе анализа шумов технологических параметров. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук ФЭИ, Обнинск, 2002.

23. Kunze U. Modern Diagnostic Systems for Loose Parts, Vibration and Leakage Monitoring. IAEA-J4-TC1031, 1997.

24. Kunze U., Streicher V. Advanced monitoring systems for preventive maintenance. Carl Hanser Verlag, Munchen, Kerntechnik 60,1995, 5-6.

25. Дробот Ю.Б., Грешников B.A., Бачегов B.H. Акустическое контактное течеискание. -М.: Машиностроение, 1989.

26. Morishita Y., Mochizuki Н., Watanabe К., et al., Development of Leak Detection System Using High Temperature-Resistant Microphones. J. Nucl. Sci. Technol., 1995, 32 3., 237.

27. Tcherkashov Y., Strelkov В., Chimanski S., et al., Detection and localization of leakage in pipelines of RBMK reactor. Methods of processing acoustic noise. IAEA-J4-TC1031,1997, pp.123-137.

28. Takeda H., Mochizuki H., Vanukov V. et al., Leak Detection from Feeder pipes using High-Temperature Resistant Microphones (1) Outline of Project -, Preprint of Fall Meeting of AESJ, 1999, H18.

29. Mochizuki H., Kasai Y., Takiyama M. et al., Leak Detection from Feeder pipes using High-Temperature Resistant Microphones (2) Characteristics of discharge sound -, Preprint of Fall Meeting of AESJ, 1999, H19.

30. Takeda H., Mochizuki H., Okumura K. et al., Leak Detection from Feeder pipes using High-Temperature Resistant Microphones (3) Sound attenuation characteristics in feeder pipe room at LNPP -, Preprint of Fall Meeting of AESJ, 1999, H20.

31. Shimanskiy S., Strelkov B., Kasai Y. et al., Leak Detection from Feeder pipes using High-Temperature Resistant Microphones (4) Characteristics of background noise at LNPP -, Preprint of Fall Meeting of AESJ, 1999, H21.

32. Okumura K., Takiyama M., Mochizuki H. et al., Leak Detection from Feeder pipes using High-Temperature Resistant Microphones (5) Multi-channel tests -, Preprint of Fall Meeting of AESJ, 1999, H22.

33. Sawai S., Kasai Y., Okumura K. et al., Development of the microphone leak detection system on Fugen NPP, (1) System, background noise and sound propagation phenomena-, Preprint of Fall Meeting of AESJ, 2001, H25.

34. Shimanskiy S., Iijima T., Naoi Y. et al., Development of the microphone leak detection system on Fugen NPP, (2) Evaluation of detection sensitivity, localization accuracy and possible improvements -, Preprint of Fall Meeting of AESJ, 2001, H26.

35. Shimanskiy S., Iijima T., Naoi Y., Development of Microphone Leak Detection Technology in Fugen Nuclear Power Plant, JNC TN 1340 2002-001, Japan Nuclear Cycle Development Institute, 2002, pp.67-77.

36. Shimanskiy S., Iijima T., Naoi Y., Development of Microphone Leak Detection Technology on Fugen NPP. Prog. Nucl. Energy, 2003,43 1-4., pp.357-364.

37. S. Shimanskiy, Т. Iijima, Y. Naoi, Development of Acoustic Leak Detection and Localization Methods for Inlet Piping of Fugen Nuclear Power Plant, J. Nucl. Sci. Technol., 2004,41 2., pp.183-195.

38. Kasai Y., Shimanskiy S., Kanazawa J., et al., Leak Detection in the Primary Reactor Coolant Piping of NPP by applying a Beam-Microphone. J. Nucl. Sci. Technol., 2004,41 3., pp.359-366.

39. Шиманский С.Б., Стрелков Б.П., Ананьев A.H. и др. Акустический метод обнаружения течи с помощью высокотемпературных микрофонов Атомная энергия, 2005, т. 98, вып. 2, с.98-105.

40. Шиманский С.Б., Стрелков Б.П. Повышение безопасности АЭС с использованием метода пространственной локализации и обнаружения течи теплоносителя Бюллетень по атомной энергии, 2006, вып. 10, с.29-31.

41. Шиманский С.Б. Обнаружение нестационарных сигналов течи первого контура АЭС с помощью взаимного корреляционного анализа Атомная энергия, 2007, т. 102, вып. 3, с. 183-188.

42. Final report of Japan-Russia Cooperation Programme on Leak Detection System and ISI for RBMK. Report of J-R program. Moscow, 1997.

43. Mochizuki H. Safety Research Relevant to Thermalhydraulics of the Advanced Thermal Reactor (ATR), IAEA-TECDOC-738, 1994.

44. Kozlosky Т., Palusamy S., Artamkin V. Technology for Modernizing NPP Information Systems by Integrating Monitoring and Diagnostic Systems, Westinghouse Electric Company, Box 355, Pittsburgh, PA 15230,2000.

45. Equipment Condition Diagnostics Systems, Westinghouse Electric Company, Box 355, Pittsburgh, PA 15230, October 2004.

46. Airborne Radioactivity Monitoring System (ARMS) for Reactor Head Leak Detection, Westinghouse Electric Company, Box 355, Pittsburgh, PA 15230, December 2005.

47. Klinga J. HUMOS Monitoring System of Leaks into the Containment Atmosphere. IAEA-J4-TC1031,1997.

48. Oksa G., Bahna J., Murin V., et al. Diagnostics and Monitoring Systems Produced in VUJE. Proceedings of the specialists' meeting organized by the IAEA and Nuclear Electric Ltd. Gloucester, UK, 14-17 May, 1996.

49. Крылов M.B. Эксплуатация, техническое обслуживание и модернизация системы контроля протечек на Калининской АС. Семинар ВАО АЭС МЦ

50. VGB «Внедрение систем диагностики и контроля состояния оборудования АЭС», Киев, 19-21 апреля 2004г.

51. Peter A., Lukacs V., Jozsa I., et al., Continious leak monitoring and Long Term Experience at Paks Nuclear Power Plant, Hungary. Proc. of SMORN-7, Avignon, France, June 19-23, 1995.

52. Sakuma M., Kanemoto S., Ochiai M., et al., Leakage Detection in Nuclear Power Plant Using Ultrasonic Microphone Array System, Proc. of MARCON-98, Knoxville, TN USA, May 11-14, 1998.

53. Shalaby B.A., Price E.G., Moan G.D., et al. Leak Before Break and Leak Detection System on CANDU Fuel Channels. Proc. of CNS 9th Annual Conference, 1988.

54. Стрелков Б.П., Рощин Н.Г., Ледов С.П. Автоматизированная система обнаружения течи теплоносителя ядерных энергетических установок, Мир измерений 7(41) 2004г.

55. Финкель Б.М., Шиманский С.Б., Кириллов И.А. Измерительные технологии в системах диагностики оборудования ядерных энергетических установок, Мир измерений 7(41) 2004г.

56. Морозов С.А., Уралец А.Ю., Шпорта Ю.А. Применение акустического канала контроля протечек теплоносителя. Межгосударственная конференция «Телофизика-96», Тезисы докладов. Обнинск, 1996, с. 91-93.

57. Craik N.G. Detection of Leaks in Steam Lines by Distributed Fibre-Optic Temperature Sensing (DTS). Proceedings of the specialists' meeting organized by the IAEA and Nuclear Electric Ltd. Gloucester, UK, 14-17 May, 1996.

58. Аксенов В.И. Анализ и пути совершенствования системы раннего обнаружения и контроля протечек теплоносителя на ВБ РУ ВВЭР-1000. -Техническая диагностика и надежность атомных и тепловых электрических станций. №1, 1997, с.8-12.

59. Аксенов В.И., Давиденко Н.Н., Петровский Б.С. и др. Компьютеризированная система раннего обнаружения и контроля протечек теплоносителя ВБ РУ ВВЭР-1000. Техническая диагностика и надежность атомных и тепловых электрических станций. №2,1999, с.11-13.

60. Advances in safety related diagnostics and early failure detection systems. Report of a technical committee meeting. IAEA-J4-TC698. Vienna, November 20-24, 1995.

61. Monitoring and Diagnostics Systems to Improve Nuclear Power Plant Reliability and Safety. Proceedings of the specialists' meeting organized by the IAEA and Nuclear Electric Ltd. Gloucester, UK, 14-17 May, 1996.

62. Nuclear Power Plant Diagnostics Safety Aspects and Licensing. Report of a technical committee meeting. IAEA-J4-TC1031. Portoroz, Slovenia, June 23-26, 1997.

63. Nuclear Power Plant Diagnostics. Final report on the results of the Task Force on Nuclear Power Plant Diagnostics 1995-1998. IAEA-98CT08405. Vienna. 1999.

64. Rinejski A., Ledwidge T.J., Black J., et al. Results of the IAEA Coordinated Research Programme on Acoustic Signal Processing for the Detection of Boiling or Sodium/Water Reaction in LMFRs. Proc. of SMORN-7, Avignon, France, June 19-23, 1995.

65. Hessel G., Schmitt W., Weiss F.P. Acoustic Leak Monitoring with Neural Networks at Complicated Structures. Proc. of SMORN-7, Avignon, France, June 19-23, 1995.

66. Srinivasan G.S., Singh O.P. New Statistical Features for Leak Noise Detection in Steam Generator Units of Liquid Metal Fast Breeder Reactors. Proc. of SMORN-7, Avignon, France, June 19-23,1995.

67. Schoonewelle H., van der Hagen T.H.J.J., Hoogenboom J.E. Practical and Theoretical Aspects on the Sequential Probability Ratio Test for Anomaly Detection. Proc. of SMORN-7, Avignon, France, June 19-23, 1995.

68. Srinivasan G.S., Singh O.P., Prabhakar R. Leak noise detection and characterization using statistical features. Annals of Nuclear Energy, 27, 2000, pp.329-343.

69. Por G. Systems for Noise Diagnostics of WWER Nuclear Power Plants. Proceedings of the specialists' meeting organized by the IAEA and Nuclear Electric Ltd. Gloucester, UK, 14-17 May, 1996.

70. Turkcan E., Ciftcioglu 0., Verhoef J.P. New Technologies in Nuclear Power Plant Monitoring and Diagnostics. Proceedings of the specialists' meeting organized by the IAEA and Nuclear Electric Ltd. Gloucester, UK, 14-17 May, 1996.

71. Seker S., Turkcan E., Upadhyaya B.R., et al. Applications of wavelet transforms for power plant signal analysis. IAEA-IWG-NPPCI-98, 1998.

72. Por G., Kiss J., Sorosanszky I., et al. Development of a False Alarm Free, Advanced Loose Parts Monitoring System (ALPS). Prog. Nucl. Energy, 2003, 43 1-4., pp.343-351.

73. Павелко В.И. Спектральные методы оценивания времени запаздывания в реакторно-шумовых исследованиях. Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика ядерных реакторов, 1989, вып.2, с.58-65.

74. Емельянов И .Я., Лысиков Б.В., Прозоров В.К. и др. Реакторная шумометрия и ее применение для контроля герметичности циркуляционного контура реактора. Атомная энергия, том. 51, №4,1981.

75. Емельянов И.Я., Лысиков Б.В., Стрелков Б.П. Устройство акустического контроля герметичности систем под давлением теплоносителя ядерных энергетических установок. Авторское свидетельство СССР №1139302 кл.С21с17/02 от 10.06.83.

76. Griebel S.M. Multi-Channel Wavelet Techniques for Reverberant Speech Analysis and Enhancement. Technical report, Harvard University, Feb. 15, 1999.

77. Brandstein M., Adcock J., Silverman H. A closed-form method for finding source locations from microphone-array time-delay estimates. Proc. of ICASSP95, pp.3019-3022, 1995.

78. Brandstein M., Adcock J., Silverman H. A practical time-delay estimator for localizing speech sources with a microphone array. Computer, Speech and Language 9(2), pp. 153-169, 1995.

79. Brandstein M., Silverman H. A robust method for speech signal time-delay estimation in reverberant rooms. Proc. of ICASSP96, Atlanta, May 7-10, 1996.

80. Omologo M., Svaizer P. Acoustic source location in noisy and reverberant environment using CSP analysis. Proc. of ICASSP96, Atlanta, May 7-10,1996.

81. Omologo M., Svaizer P. Acoustic event localization using a crosspower-spectrum phase based technique. Proc. of ICASSP94, IEEE 1994.

82. Bastiaans M.J. Gabor's Expansion and the Zak Transform for Continuous-Time and Discrete-Time Signals. Signal and Image Representation in Combined Spaces, Zeevi J. and Coifman R. (Eds.), pp. 1-43, Academic Press, 1995.

83. Qian S., Chen D. Joint Time-Frequency Analysis. Methods and Applications, Prentice-Hall, New Jersey, 1996.

84. Mallat S. Wavelet tour of signal processing, Academic Press, 1998.

85. Burrus C.S., Gopinathh R.A., Guo H. Introduction to Wavelets and Wavelet Transforms, Prentice-Hall, 1998.

86. Chugani M., Samant A., Cerna M. LabVIEW Signal Processing, Prentice-Hall, New Jersey, 1998.

87. Signal Processing Toolbox User's Guide, Math Works, 1998.

88. Wavelet Toolbox User's Guide, Math Works, 1997.

89. Basseville M., Benveniste A. Detection of abrupt changes in signals and dynamical systems. Springer-Verlag, 1986.

90. Марпл-мл. СЛ. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М.: Мир, 1990.

91. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. М.: Мир, 1989.

92. Бендат Дж., Пирсол А. Применения корреляционного и спектрального анализа. -М.: Мир, 1983.

93. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. -М.: Мир, 1978.

94. Новиков А.К. Статистические измерения в судовой акустике. JL: Судостроение, 1985.

95. Sawai S., Morishita Y., Sound Power Characteristics of High Temperature and High Pressure, J. of AESJ, 39,1,1997 (in Japanese).

96. Фомичев M.C. Экспериментальная гидродинамика ЯЭУ. M.: Энергоатомиздат, 1989.

97. Добрынин С.А., Фельдман М.С., Фирсов Г.И. Методы автоматизированного исследования вибрации машин. -М.: Машиностроение, 1987.

98. Гусев Б.Д., Калинин Р.И., Благовещенский А.Я. Гидродинамические аспекты надежности современных энергетических установок. Л.: Энергоатомиздат, 1989.

99. Баранов В.М. Акустические измерения в ядерной энергетике. М., Энергоатомиздат, 1990.