КОНЦЕПЦИЯ КОМПЛЕКСНОЙ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ АЭС
, ,
, г. Москва
Повышение надежности и безопасности атомных станций обеспечивается повышением надежности систем безопасности, а также использованием специальных систем контроля и диагностики, позволяющих выявить на ранней стадии дефекты оборудования, прогнозировать их развитие, диагностировать процессы и распознавать нарушения нормальной эксплуатации на ранней стадии их развития. В современных нормативных документах к системе технических и организационных мер по безопасности АЭС предъявляется требование своевременного диагностирования дефектов и выявление отклонений от нормальной работы, а к системе контроля и управления блока АЭС - требование автоматической и/или автоматизированной диагностики состояния и режима эксплуатации.
В основу разработки концепции КСДЭ-АЭС положена задача максимального повышения надежности и безопасной эксплуатации АС, а также экономичности, обусловленной переходом на стратегию ТОиР оборудования по техническому состоянию.
Концепция формирует:
- стратегию системной реализации диагностического обеспечения для контроля и прогнозирования технического состояния оборудования энергоблока АС;
- методологию контроля технического состояния оборудования средствами диагностики и мониторинга, создания информационных технологий;
- обоснование остаточного ресурса оборудования и переназначение ресурсных характеристик;
- определение показателей надежности (оперативно-технических, технических) в соответствии с критериями и правилами;
- организацию информационных потоков «от диагноста к диагносту», а также в составе АСУ ТП;
- внедрение средств технического диагностирования и информационных технологий с максимальным использованием существующих средств, опыта диагностирования и мониторинга на энергоблоках АС;
- достижение оптимального соотношения «затраты-безопасность-выгода» путем экономического планирования и введения организационно-технических мероприятий с учетом диагностических показателей технического состояния оборудования.
Цель применения КСДЭ-АЭС (см. Рис.1) является деятельность эксплуатирующей организации (здесь и далее по тексту – ЭО) по технической поддержке эксплуатации АС для достижения максимальной эффективности эксплуатации энергоблока, охватывающая:
- мониторинг и диагностирование технического состояния систем и оборудования АС 1,2 и 3 классов в части надежного обеспечения выполнения ими своих функций в период всего жизненного цикла АС;
- техническое обслуживание и ремонт систем и оборудования АЭС 3, 4 классов безопасности на основании результатов диагностирования, а так же определения объемов и видов ремонта в рамках стратегии ТОиР по техническому состоянию;
- управление ресурсом систем и оборудования АЭС с использованием результатов мониторинга и технического диагностирования как дополнительного средства при выполнении работ по контролю, прогнозированию и управлению ресурсом оборудования;
- смягчение условий и режимов эксплуатации, замену, реконструкцию, модернизацию, переназначение срока служба систем и оборудования при реализации программы управления ресурсными характеристиками.
Рис.1. Техническая эксплуатация АЭС
Результаты анализа существующих систем и средств диагностирования на действующих и строящихся АС, проведенного в рамках разработки настоящей концепции, показывают, что в настоящее время оснащение АС СТД достаточно для мониторинга и диагностики основного оборудования АС, но есть существенные проблемы:
· недостаточность нормативно-методического обеспечения в ОАО «Концерн «Росэнергоатом» по диагностированию оборудования АС, отсутствуют стандарты отрасли;
· отсутствует комплексный подход к процессу диагностирования, обмена и накопления диагностической информации, представления диагностической информации конечному пользователю;
· отсутствует режимно-параметрическая диагностика;
· практически не используются возможности АСУТП ( за исключением БАЭС) в вопросах диагностирования;
· отсутствует обмен опыта по результатам диагностирования между АС;
· в проектах новых АС не учитывается опыт применения СТД на АС старого поколения;
· отсутствие целевого финансирования внедрения на АС средств диагностирования;
· создание на АС отделов технической диагностики (недостаточная укомплектованность ОТД на ряде АС).
· проблемы СОД (СКУД):
- отсутствие полноценной нормативно-методической базы;
- практически ни одна стационарная система не введена в промышленную эксплуатацию (все в опытно-промышленной эксплуатации из-за чего они практически не обслуживаются персоналом АЭС, что не может приносить результатов).
КСДЭ-АЭС создается с целью удовлетворить текущие и перспективные потребности ЭО в комплексном решении задач диагностической и информационной поддержки деятельности в области повышения безопасности, управления, техническим состоянием и ресурсными характеристиками эксплуатируемых систем и оборудования АЭС.
Удовлетворение упомянутых потребностей означает возможность:
- своевременно предотвращать возможные отказы и нарушения в работе систем и оборудования АС;
- иметь полную и целостную картину фактического технического состояния эксплуатируемых систем и оборудования;
- прогнозировать остаточный ресурс работоспособности оборудования;
- минимизировать стоимость и повысить эффективность работ по мониторингу технического состояния, техническому обслуживанию, ремонту и управлению ресурсными характеристиками систем и оборудования АС;
- базируясь на объективных эксплуатационных показателях, непрерывно повышать безопасность, надежность и эксплуатационную готовность оборудования, систем и энергоблоков АС в целом.
КСДЭ-АЭС предназначена для комплексного подхода к сбору, обработке, анализу, хранению, учету и представлению пользователям:
- текущей, ретроспективной и прогнозной контрольно-диагностической информации о техническом состоянии и ресурсных характеристиках эксплуатируемых систем и оборудования АС;
- фактических данных об аномалиях и дефектах, истории эксплуатации, технического обслуживания и ремонтов оборудования;
- информации о фактической конфигурации эксплуатируемых систем и оборудования энергоблоков АС и истории всех изменений в ней;
- справочных нормативно-технических данных и документации по эксплуатируемым системам и оборудованию АС.
Функциональная структура КСДЭ-АЭС включает следующие элементы (функциональные подсистемы) (рис.2):
· подсистемы средств оперативной диагностики (СОД);
· подсистема режимно-параметрической диагностики (РПД);
· подсистема сбора и накопления контрольно-диагностической информации (СКДИ);
· подсистема регистрации и учета аномалий эксплуатации (РУА);
· подсистема регистрации и учета ТОиР (РУТ);
· подсистема информационно-аналитической поддержки (ИАП);
· подсистема управления проектными данными и конфигурацией (УПДК);
· общая база данных о системах и оборудовании АС (ОБД-СО);
· административно-сервисная подсистема (АСП).
В основу предлагаемой функциональной архитектуры КСДЭ-АЭС (Рис.2) положены следующие концептуальные соображения:
· функциональная подсистема – это группа функций и задач КСДЭ-АЭС, обладающих общей целью прикладной области;
· функциональные подсистемы могут быть разработаны, реализованы и внедрены с высокой степенью независимости друг от друга;
· глобальным интерфейсом связи между функциональными подсистемами и с внешними системами автоматизации является общая разделяемая база данных.
Рис. 2 Функциональная архитектура КСДЭ-АЭС
В соответствии с настоящей концепцией вся совокупность базовых технологий (программно-технических средств и инструментов), используемых для реализации функциональных подсистем КСДЭ-АЭС, условно подразделяются на две категории:
· технологии диагностической поддержки эксплуатации систем и оборудования АЭС;
· технологии информационной поддержки эксплуатации систем и оборудования АЭС.
Такая категоризация используемых базовых технологий наиболее соответствует цели создания КСДЭ-АЭС и её установленным границам назначения, области применения, функциональности и отвечает мировой практике решения задач подобного класса.
Технологии диагностической поддержки
Важнейшее место в общем комплексе функций и задач КСДЭ-АЭС занимает подсистема оперативной диагностики СОД.
Реализация функций и задач подсистемы оперативной диагностики СОД базируется на рациональном использовании имеющегося информационного обеспечения АСУТП энергоблоков АС в комбинации с возможностями специализированных стационарных и универсальных мобильных средств оперативной технической диагностики.
Концепция технического диагностирования оборудования основана на проведении первоначальных (базовых) и периодических испытаниях.
Базовые испытания - испытания, выполняемые на оборудовании впервые или после каждой реконструкции с целью подтверждения работоспособного состояния оборудования. При этом производится фиксирование исходных измеренных значений параметров с сохранением в ОБД-СО для их последующего мониторинга.
Периодические испытания (эксплуатационный контроль) - испытания, выполняемые на оборудовании в сроки определенные утвержденными графиками.
Оценку технического состояния оборудования производят посредством сравнения измеренных значений диагностических параметров при текущих испытаниях, с результатами значений полученных при базовых испытаниях. При этом обнаруживаются изменения, возникшие в процессе эксплуатации или технического обслуживания. Если значения этих изменений выходят за допуски или оказывают влияние на функциональное поведение оборудования, принимаются соответствующие профилактические меры (техобслуживание или ремонт) обеспечивающие работоспособность оборудования в течение всего срока службы энергоблока.
Блок схема обеспечения безопасной работы диагностируемого оборудования на протяжении всего срока эксплуатации приведена на рис3.
Рис. 3 Блок схема обеспечения безопасной работы диагностируемого оборудования
Технологии информационной поддержки
Не менее важной частью КСДЭ-АЭС в предлагаемой концепции является группа функциональных подсистем СКДИ, РУА, РУТ, ИАП и УПДК, объединенных вокруг общей базы данных о системах и оборудовании ОБД-СО. Без надлежащей реализации этой группы подсистем принципиально невозможна комплексная автоматизация процессов мониторинга технического состояния систем и оборудования АС и управление техническим состоянием и ресурсными характеристиками этих систем и оборудования с обратной связью по результатам технического диагностирования.
Реализация функций и задач подсистем сбора контрольно-диагностической информации (СКДИ), регистрации и учета аномалий эксплуатации (РУА), регистрации и учета ТОиР (РУТ), информационно-аналитической поддержки (ИАП), управления проектными данными и конфигурацией (УПДК), а также общей базы данных о системах и оборудовании АЭС (ОБД-СО) должна базироваться на использовании промышленных стандартов и технологий информационной поддержки жизненного цикла изделий сложной наукоемкой продукции (ИПИ).
Анализ возможных вариантов использования тех или иных технологий для реализации функциональности упомянутых подсистем показывает, что наиболее соответствующим основной идее КСДЭ-АЭС выбором является использование ИПИ-технологий. Наиболее часто встречаются следующие альтернативные англоязычные аббревиатуры и термины (синонимы), относящиеся к ИПИ-системам и технологиям:
· CALS – Computer Aided Logistics Support (компьютеризированная логистическая поддержка) или Continuous Acquisition & Lifecycle Support (непрерывная поддержка материально-технического снабжения и жизненного цикла);
· PLCS – Product Life Cycle Support (поддержка жизненного цикла изделий);
· PLM – Product Lifecycle Management (управление жизненным циклом изделий).
В основе ИПИ лежит идея повышение эффективности процессов ЖЦ изделия за счет повышения эффективности управления информацией об изделии. Отличительными особенностями современных CALS/PLCS/PLM/ИПИ-технологиями, подтверждающими возможность и целесообразность их использования в качестве базовых для КСДЭ-АЭС, являются:
· системная информационная поддержка ЖЦ изделия на основе использования интегрированной информационной среды (ИИС);
· информационная интеграция за счет стандартизации информационного описания объектов управления;
· разделение программ и данных на основе стандартизации структур данных и интерфейсов доступа к ним, ориентация на готовые коммерческие программно-технические решения (Commercial Of The Shelf - COTS), соответствующие требованиям стандартов;
· безбумажное представление информации, использование электронно-цифровой подписи.
Техническая инфраструктура КСДЭ-АЭС для каждой АС включает следующие субкомплексы программно-технических средств:
· субкомплекс стационарных систем оперативной технической диагностики СОД-С;
· субкомплекс мобильных средств оперативной технической диагностики СОД-М;
· субкомплекс накопления, интегральной обработки и представления данных СНИОП: один на все энергоблоки в пределах АС.
В основе КСДЭ-АЭС лежит трехуровневая общесистемная архитектура программно-технических средств, используемых для реализации функциональных подсистем комплекса. Концептуальная схема технической инфраструктуры КСДЭ-АЭС на базе трехуровневой архитектуры представлена на Рис. 4.
Техническая инфраструктура КСДЭ-АЭС разрабатывается из условия следующего распределения функциональных подсистем по соответствующим субкомплексам программно-технических средств:
Функциональная подсистема | Субкомплекс | ||
СОД-С | СОД-М | СНИОП | |
Подсистема средств оперативной диагностики (СОД) | + | + | |
Подсистема режимно-параметрической диагностики (РПД) | + | ||
Подсистема сбора и накопления контрольно-диагностической информации (СКДИ) | + | + | |
Подсистема регистрации и учета аномалий эксплуатации (РУА) | + | ||
Подсистема регистрации и учета ТОиР (РУТ) | + | ||
Подсистема информационно-аналитической поддержки (ИАП) | + | ||
Подсистема управления проектными данными и конфигурацией (УПДК) | + | ||
Общая база данных о системах и оборудовании АЭС (ОБД-СО) | + | ||
Административно-сервисная подсистема (АСП) | + | + | + |
Внутренняя проектная конфигурация субкомплексов технической инфраструктуры КСДЭ-АЭС для каждой АС будет иметь свои особенности, определяемые следующими обстоятельствами:
· фактическими различиями в составе и структуре эксплуатируемых на энергоблоках АС систем и оборудования (объектов мониторинга технического состояния, ТОиР и управления ресурсом);
· неоднородностью уже используемых на разных АС систем и средств оперативной технической диагностики, часть из которых подлежит замене, как морально устаревшие, а часть – будет продолжать эксплуатироваться уже в составе комплекса КСДЭ-АЭС;
· наличием, составом и доступностью необходимой для решения задач КСДЭ-АЭС первичной информации от АСУТП энергоблока;
различиями в организации подразделений и служб, занимающихся вопросами технической диагностики и контроля металла, на разных АС.
Экономически оправданным и целесообразным решением при построении технической инфраструктуры КСДЭ-АЭС на объектах внедрения является максимально возможное использования уже имеющихся или предусмотренных другими проектами элементов этой инфраструктуры. Например – технических средств кризисных (аварийно-технических центров) на каждой АС.
Техническая инфраструктура субкомлексов программно-технических средств СНИОП КСДЭ-АЭС для каждой АЭС формируется на базе действующей и/или создаваемой технической инфраструктуры общестанционной локальной вычислительной сети и аварийно-технического центра (АТЦ) с необходимыми изменениями и дополнениями, вытекающими из частных технических заданий на эти субкомплексы
Рис. 4. Концептуальная структура комплекса технических средств КСДЭ-АЭС
Субкомплекс стационарных систем оперативной диагностики (СОД-С)
Каждый энергоблок АС должен быть оснащен индивидуальным субкомплексом стационарных систем (субкомплексов) оперативной технической диагностики СОД-С, специфицированным в соответствии с отличительными особенностями конкретного энергоблока в части:
· состава эксплуатируемых на конкретном энергоблоке стационарных систем оперативной технической диагностики, необходимости и возможности их полной или частичной замены (модернизации);
· номенклатуры и характеристик параметров, получаемых от АСУТП (ИВС/УВС) энергоблока по цифровым каналам связи;
· номенклатуры и характеристик, имеющихся на энергоблоке датчиков первичной информации из состава системы контроля и управления и возможных схем подключения к ним;
· номенклатуры вновь устанавливаемых датчиков первичной информации и мест их установки;
· возможностей по размещению шкафов электронного оборудования в существующих помещениях и топологии существующих кабельных проводок.
В соответствии с критериями технологии диагностической поддержки, настоящей концепцией предполагается следующий базовый состав субкомплекса стационарных систем оперативной диагностики СОД-С (см. Рис. 5):
Рис. 5. Базовый состав субкомплекса СОД-С
Субкомплекс мобильных средств оперативной диагностики (СОД-М)
Мобильные системы и средства являются наиболее универсальным и наименее дорогостоящим инструментом оперативной технической диагностики в составе КСДЭ-АЭС. Такие системы, как правило, строятся на базе относительно недорогих (по сравнению со стационарными) универсальных средств измерений, неразрушающего контроля и стандартного программного обеспечения, представленных на рынке в ассортименте. Эти системы могут использоваться в качестве основного инструментария при выполнении мероприятий по программам контроля металла оборудования и трубопроводов, для диагностирования не охваченных стационарными СОД групп однородного и/или однотипного оборудования, а также в качестве дополнительного альтернативного источника информации к действующим стационарным субкомплексам. Положенные в основу КСДЭ-АЭС концептуальные решения не накладывают каких-либо принципиальных технических ограничений на использование сколь угодно широкой номенклатуры мобильных систем и средств технической диагностики. Тем не менее, целесообразность определенной унификации по оснащению всех АС эксплуатирующей организации такими средствами очевидна. Как минимум - для достижения единства и сопоставимости конечного результата использования этих средств на различных АС.
Каждая АС должна иметь унифицированный в пределах эксплуатирующей организации субкомплекс мобильных систем (субкомплексов) оперативной технической диагностики СОД-М, укомплектованный в соответствии с утвержденными проектными решениями по техническому обеспечению КСДЭ-АЭС.
Настоящей концепцией предлагается следующий предварительный состав средств (систем) оперативной диагностики субкомплекса СОД-М (Рис. 6).
Рис. 6 Базовый состав субкомплекса СОД-М
Концепция программно-математического обеспечения комплекса
Программно-математическое обеспечение (ПМО) является неотъемлемой частью КСДЭ-АЭС, обеспечивающей, совместно с входящими в него техническими средствами, реализацию всех функциональных подсистем этого комплекса.
Субкомплексы программно-технических средств КСДЭ-АЭС должны быть укомплектованы системным и прикладным программно-математическим обеспечением, необходимым для реализации функций и задач соответствующих подсистем.
Одной из важнейших областей применения КСДЭ-АЭС является деятельность по управлению ресурсными характеристиками эксплуатируемых систем и оборудования АС. Поскольку эта деятельность осуществляется на протяжении всего жизненного цикла АС, решения, положенные в основу программно-математического обеспечения КСДЭ-АЭС должны обеспечивать возможность бесперебойной и надежной эксплуатации комплекса на протяжении достаточно большого промежутка времени. Очевидно, что срок службы действующих АС, с учетом его возможного продления, значительно превышает типичный цикл морального старения современных информационных технологий. В наибольшей степени это касается бурно развивающейся и непрерывно совершенствующейся части этих технологий - программного обеспечения.
Программно-математическое обеспечение КСДЭ-АЭС (ПМО) должно иметь техническую поддержку квалифицированного разработчика и/или поставщика на протяжении всего жизненного цикла его использования в составе комплекса и обладать следующим дополнительными эксплуатационными качествами:
· преемственностью между эксплуатируемой и новой версиями на уровне, обеспечивающем сохранность, целостность и возможность дальнейшего использования накопленных данных информационного обеспечения, и не требующем каких-либо специальных действий или инструментов для адаптации к новой версии кроме тех, которые предусмотрены в самом ПМО;
· адаптивностью к смене поколений аппаратной платформы и/или версий операционной системы, на работу с которыми данное ПМО рассчитано, без применения каких-либо специальных действий или инструментов кроме тех, которые предусмотрены в самом ПМО;
· не являться причиной неработоспособности другого независимого ПМО, функционирующего на той же платформе и/или использующего общие с данным ПМО ресурсы.
Прикладное ПМО систем (субкомплексов программно-технических средств) оперативной технической диагностики, входящих в субкомплексы СОД-С и СОД-М, должно включать:
· математические модели, методы и алгоритмы обработки информации о техническом состоянии диагностируемого оборудования;
· программные средства, обеспечивающие функционирование технических средств этих систем, реализацию функций и задач (алгоритмов) диагностирования, взаимодействие с пользователем и внешними системами (субкомплексами).
Настоящей концепцией предлагается следующий базовый состав прикладного ПМО для субкомплексов программно-технических средств оперативной технической диагностики СОД-С и СОД-М (см. Рис. 7)
ВЫВОДЫ
КСДЭ-АЭС позволит удовлетворить текущие и перспективные потребности ЭО в комплексном решении задач диагностической и информационной поддержки деятельности в области повышения безопасности, управления, техническим состоянием и ресурсными характеристиками эксплуатируемых систем и оборудования АЭС в течении всего жизненного цикла энергоблока..
