Распознавание состояния активной зоны и анализ достоверности информации системы внутриреакторного контроля при эксплуатации топливных загрузок ВВЭР – 1000 (стр. 5 )

Использование графа для представления информации о состоянии активной зоны реакторов ВВЭР-1000 позволяет осуществлять контроль, используя только показания датчиков СВРК, одновременно использовать и ДПЗ, и ТП СВРК.

Очень важно, что такой подход позволяет получить однозначную интерпретацию текущего состояния [58; 72 – 75; 79].

В частных задачах определения положения ПС СУЗ, при их сползании, падении или операциях по проверке сцепленности, при отказах измерительной системы контроля положения, данный метод очень удобен в использовании и обеспечивает наглядное представление информации.

Он позволяет совместно обрабатывать показания КНИ и ТП, сокращает время на обработку данных. Используется изменение параметров по отношению к эталону, тем самым, исключается систематическая погрешность измерительного канала.

Глава 4 Программный комплекс «КАРУНД»

Алгоритмы анализа данных измерительной системы и программного обеспечения СВРК ВВЭР-1000, описанные в главе 3, стали основой при создании программного комплекса «КАРУНД». Он реализован на языке Borland С++ Builder [80 – 82], и предназначен для работы на персональном компьютере под управлением операционной системы семейства windows®. Применение методов объектно-ориентированного программирования для написания функций программы позволяет легко реализовать ее алгоритмы на платформе под управлением операционной системы семейства nix, на которой работает ПО СВРК [83; 84].

Программный комплекс 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 оценку необходимости корректировки коэффициентов физической модели;

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

4.1  Режимы работы и входные данные программного комплекса «КАРУНД»

Программный комплекс «КАРУНД» [85] может работать в трех основных режимах:

-  работа с базой данных СВРК текущей топливной кампании (“0”);

-  работа с архивом данных, сохраненным на электронном носителе или сетевом ресурсе (“1”);

-  работа с отдельными файлами данных, извлеченными из архивов СВРК (“2”).

При работе с архивами СВРК существует возможность выбора обрабатываемой записи архива по дате и времени или эффективным суткам работы РУ.

В зависимости от задачи и режима работы программный комплекс использует следующие исходные данные:

a)  массив линейного ЭВ по показаниям ДПЗ, [МВт/м];

b)  массив температур на выходе из активной зоны по показаниям ТП, [°C];

c)  массив восстановленного СВРК поля относительного ЭВ;

d)  массив расчетных относительных ЭВ по программе нейтронно-физического расчета, например БИПР-7А.

Кроме выше перечисленных данных, «КАРУНД» использует для своей работы следующие данные СВРК: мощность активной зоны реактора, дату и время регистрации данных, эффективное время работы загрузки, положение ОР СУЗ (только для представления информации), значения входной температуры теплоносителя по петлям, расхода по петлям.

При работе с архивами СВРК в режимах “0” и “1” считывание исходных данных происходит автоматически.

4.2  Описание интерфейса программного комплекса «КАРУНД»

На рисунке 31 представлено основное рабочее окно программы «КАРУНД».

Рисунок 31 Основное рабочее окно

Работа начинается с выбора номера блока атомной станции, для которого необходимо выполнять анализ состояния активной зоны. Автоматически, загружаются все геометрические свойства соответствующей активной зоны, определяются номера ТВС, в которых установлены КНИ, ТП, ПС СУЗ и т. д. Кроме того, в диалоговом окне, в зависимости от режима работы, предлагается указать путь к архиву данных СВРК или файлу данных рис.32.

На графике в левом верхнем углу главного окна отображается мощность РУ (красный график), относительный расход теплоносителя через активную зону реактора (фиолетовый график), положение X группы ОР СУЗ (синий график) с начального момента времени и по текущее либо конечное время записи архива. Под графиком расположены кнопки навигации по архиву. В правом верхнем углу отображаются: дата текущей записи архива, мощность активной зоны РУ, значение эффективных суток; ниже отображаются расходы по петлям, температуры по петлям на входе и выходе из реактора.

Рисунок 32 Диалоговое окно «Открыть»

Далее, выполняется обработка данных по методу, который описан в разделе 3.1 и в [86; 87]. Результаты обработки представляются на графике в левом нижнем углу главного окна программного комплекса «КАРУНД», а так же на картограмме активной зоны в центральной части основного окна. На картограмме отображаются ТВС с измерительными каналами в нормальном состоянии (градиент красного цвета), ТВС с измерительными каналами в аномальном состоянии (градиент зеленого цвета), ТВС с ПС СУЗ (серый цвет), и ТВС без средств контроля (белый цвет). Критерий для выбора аномальных показаний измерительной системы может быть выбран любой. В процессе опытной эксплуатации программного комплекса хорошо зарекомендовал себя критерий согласия χ2 [67; 88].

Используя вкладку “Graf” в левой средней части основного окна (рис.33) можно анализировать состояние активной зоны методом, представленным в разделе 3.2 и в [72; 89]. Представление состояния активной зоны выполнено аналогично, описанному выше, и изложено в разделе 3.2.

Для любого представления состояния активной зоны существует возможность просмотра показаний измерительного канала и/или положения ПС СУЗ. Информация отображается на графике и гистограмме в правой средней части основного окна (рис. 33).

Рисунок 33 Основное рабочее окно

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

Данная функция использует для своей работы ряд файлов и каталогов, информация о которых находится в корневом каталоге программы, в инициирующем файле Filename. ini.

Первые четыре строчки в Filename. ini содержат информацию о расположении файлов данных с информацией об евклидовом расстоянии, характеризующем среднее отклонение расчетов, выполненных ПО СВРК, от эталонного поля ЭВ и дисперсии этих отклонений ( см. раздел 3.1.4). В пятой строчке указан путь к папке с файлами данных эталонного поля ЭВ. Пример файла Filename. ini приведен в приложении 3.

Каталог с файлами данных эталонного поля ЭВ должен иметь определенную структуру. Файлы, содержащиеся в нем, должны именоваться в соответствии со значением эффективных суток, для которых рассчитано поле ЭВ. Пример такого каталога приведен в приложении 4.

Рисунок 34 Рабочее окно функции «Анализ СВРК»

В момент вызова функции «Анализ СВРК» выполняется выборка данных ЭВ из архива данных СВРК, в соответствии со значением эффективных суток в имени файла эталонного поля, далее выполняется расчет отклонения восстановленного поля от эталонного в соответствии с разделом 3.1.4, сохранение результатов расчета. Открывается окно для представления результатов расчета – «Анализ СВРК» (рис. 34).

В левом верхнем углу окна подпрограммы указан путь к файлам с результатами расчетов. В центре графически отображается отклонение расчетного поля ЭВ от эталонного и дисперсия этого отклонения ( см. раздел 3.1.4).

Существует возможность работы подпрограммы «Анализ СВРК» в режиме «on-line». Этот режим полезен при работе с текущими данными показаний СВРК, и позволяет вести оперативный текущий контроль за состоянием измерительной системы и ПО СВРК.

В программном комплексе «КАРУНД» есть возможность сохранения всех графиков и картограмм в формате точечного рисунка. bmp, если необходимо их использование при подготовке различного рода документации.

Подробно функционирование и интерфейс программного комплекса «КАРУНД» описаны в руководстве пользователя.

4.3  Выводы по главе 4

Разработан программный комплекс «КАРУНД», который позволяет работать с базами данных СВРК ВВЭР-1000, выполнять анализ измерительной системы и ПО СВРК.

Программный комплекс разработан для работы на персональном компьютере под управлением операционной системы семейства windows®. Данная платформа выбрана из-за того, что она используется для рабочих станций инженеров, сопровождающих работу СВРК, а также на рабочих станциях операторов, управляющих реакторной установкой.

Гибкость языка программирования C++ и применение методов объектно-ориентированного программирования позволят легко реализовать программный комплекс на платформе ПО СВРК семейства nix.

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

В этом разделе приведены результаты работы программы «КАРУНД» в задачах определения состояния измерительной системы и программного обеспечения СВРК, а также представления информации о состоянии активной зоны реактора ВВЭР-1000.

Для этого, с помощью программы, обработано несколько записей архива данных СВРК с различным состоянием измерительной системы ВРК, а так же с различным состоянием активной зоны реактора.

5.1  Определение недостоверных показаний измерительной системы ВРК

В программном комплексе «КАРУНД» состояние измерительной системы ВРК определяется по результатам расчетов по алгоритмам [раздел 3.1]. Информация о недостоверных показаниях представляется на картограмме активной зоны (Рис. 1 Приложение 5). Показания канала измерения №1 определены как не достоверные.

Таблица № 5 Показания КНИ № 1, 2, 33

№ ДПЗ № КНИ	1	2	3	4	5	6	7
1	6.438	6.789	6.996	6.863	5.016	6.865	6.004
2	6.055	6.438	6.656	6.777	6.734	6.672	5.918
33	6.484	6.371	6.938	6.953	7.016	7.059	5.859

Если проанализировать показания всех измерительных каналов на данной орбите симметрии (таблица №5) №№1, 2, 33, то выделяются показания ДПЗ № 5 КНИ №1, которые отличаются от среднего значения показаний ДПЗ №5 в КНИ 2 и 33 на 27%.

Такое же состояние представлено на рис. 2 (Приложение 5). Показания канала измерения №18 определены как не достоверные. Показания каналов измерения, симметричных КНИ №18 представлены в таблице № 6. 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%.

Таблица № 6 Показания КНИ № 17, 18, 19, 49, 50, 51

№ ДПЗ № КНИ	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

5.2  Подтверждение положения ОР СУЗ по показаниям измерительной системы ВРК

Как описывалось выше, положение ОР СУЗ в программном комплексе «КАРУНД» определяется одновременно по двум алгоритмам [разделы 3.1, 3.2]. Первый алгоритм использует показания КНИ и ТП СВРК, а второй только показания ДПЗ.

На рисунке 3 приложения 5 показан сход с верхнего положения ОР СУЗ в ТВС № 000 на 27%. То, что движение ОР СУЗ имело место, подтверждает и аномалия в показаниях КНИ № 25 и 60, определенная по алгоритмам, описанным в разделе 3.1.

То же состояние обработано в соответствии с алгоритмами раздела 3.2, результат представлен на рисунке 4 приложения 5. Изменение положения ОР СУЗ в ТВС 153 подтверждается деформацией в сторону уменьшения поля ЭВ в ней и окружающих ТВС.

Еще один пример работы используемых алгоритмов представлен на рисунках 5, 6 приложения 5. В рассмотренном состоянии произошло падение ОР СУЗ в ТВС № 000 на 88% и ОР СУЗ в ТВС № 000 на 19%. Это состояние подтверждается показаниями КНИ (рис. 5 приложение 5). Наблюдаются аномалии в КНИ № 7, 17, 25, 28, 52, 60. Кроме того, наглядная картина представляется при совместной обработке показаний КНИ и ТП (рис. 6 приложение 5). На картограмме видна сильная деформация поля ЭВ в районе расположения ТВС № 000, перераспределение ЭВ в противоположную часть активной зоны с большим коэффициентом размножения, и, связанная с этим процессом, не значительная деформация поля ЭВ в районе ТВС № 000.

Кроме подтверждения падения ОР СУЗ, важной задачей является определение сбоев в индикации положения ОР. Это позволяет избежать необоснованного ограничения мощности реакторной установки, при ошибочном определении системой измерения положения ОР схода стержней СУЗ с верхнего положения.

На рисунке 7 приложения 5 показано нормальное положение ОР СУЗ в активной зоне на номинальном уровне мощности, а также поле ЭВ в этом состоянии по данным СВРК. На рисунках 8, 9 приложения 5 показан сбой в системе индикации ОР СУЗ в ТВС 14-33 (№ 13). По данным системы измерения, ОР 14-33 погрузился в активную зону на 14%. Такое изменение положения ОР СУЗ, приводит к корректировке расчета СВРК поля ЭВ в активной зоне и, соответственно, недостоверному снижению относительного ЭВ в ТВС 14-33, и провалу офсета в ней (рис. 8, 9 приложение 5). То, что это ошибка измерительной системы было подтверждено оперативным персоналом цеха тепловой автоматики и измерений, и подтверждается расчетами программы «КАРУНД» (рис. 10 приложение 5). Аномалии в состоянии активной зоны отсутствуют.

5.3  Представление информации о состоянии активной зоны

В программном комплексе «КАРУНД» информация о состоянии активной зоны, в основном, предоставляется по результатам расчетов по алгоритмам раздела 3.2.

На рисунке 11 приложения 5 представлен результат обработки состояния активной зоны после срабатывания предупредительной защиты первого рода. Как видно из рисунка, в данном режиме, наиболее четко выделяется класс измерительных каналов ТВС с ОР СУЗ рабочей группы, за счет которой происходит снижение мощности РУ – это каналы в ТВС № 41, 44, 79, 85, 120, 123. Кроме этого, остальные измерительные каналы делятся на два класса – пониженного (в центре) и повышенного (на периферии) ЭВ. Такое разделение на классы очень легко объяснимо, так как при срабатывании предупредительной защиты происходит снижение мощности РУ погружением рабочей группы в активную зону. В виду того, что рабочая группа расположена достаточно близко к центру активной зоны, происходит выдавливание нейтронного потока на периферию, а, следовательно, увеличение там относительного ЭВ и снижение относительного ЭВ в центре.

На рисунке 12 приложения 5 представлено состояние активной зоны в режиме срабатывания ускоренной предупредительной защиты. В данном режиме, наиболее четко выделяется класс измерительных каналов, в местах расположения ОР СУЗ группы УПЗ – это каналы в ТВС № 52, 58, 82, 133. Из-за специфики расположения ОР СУЗ УПЗ, распределение относительного ЭВ в активной зоне очень специфично (см. рис 12 приложение 5), но так же хорошо объяснимо с физической точки зрения.

5.4  Анализ состояния программного обеспечения СВРК

Для примера работы функции «Анализ СВРК» программного комплекса «КАРУНД» выполнено сравнение работы различного ПО СВРК блока № 1 Калининской АС, а также сравнение восстановленного СВРК блока № 3 Калининской АС поля ЭВ с результатами расчетов БИПР-7А со стандартными граничными условиями и с корректированными граничными условиями в период с 1-й по 5-ю кампании.

На данный момент на блоке № 1 Калининской АС данные измерительной системы ВРК обрабатываются параллельно двумя программами старой ВМПО «Хортица» и модернизированной «Хортица – М». На рисунках 13 – 16 приложения 5 представлены результаты сравнения работы двух систем с помощью функции «Анализ СВРК». Видно, что больше половины кампании результаты расчетов ВМПО «Хортица» (треугольный маркер) более близки к расчетам БИПР-7А [90], чем результаты расчетов модернизированной «Хортица-М» (квадратный маркер). Исключение только для орбиты симметрии № 13 (рис. 15 приложение 5). На данной орбите симметрии отсутствуют КНИ, поэтому результаты расчета ЭВ в ТВС 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 15 приложения 5, 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 результаты расчетов по «Хортица-М» объясняются тем, что подобная корректировка коэффициентов адаптации физической модели производится постоянно, перед выполнением восстановления поля ЭВ.

На рисунках 13-16 приложения 5 виден общий сбой в расчетах ВМПО «Хортица» на всех орбитах симметрии после 158 эфф. суток. Это нарушение связано с проблемами в корректировке коэффициентов адаптации для ТВС с большой глубиной выгорания. К тому моменту в активной зоне реактора было уже достаточно большое количество ТВС с выгоранием более 50 МВт·сут/кг, в то время как ВМПО «Хортица» разрабатывалась в условиях когда средняя глубина выгорания ТВС составляла ~ 40 МВт·сут/кг [91].

На рисунках 17, 18 приложения 5 представлены результаты сравнения восстановленного поля ЭВ с расчетом БИПР-7А с корректированными (треугольный маркер) и стандартными (квадратный маркер) граничными условиями [92] на протяжении 5 кампаний блока №3 Калининской АС, начиная с этапа пуска блока и наладки СВРК.

Как видно из рисунков, процесс наладки СВРК характеризуется максимальным отклонением расчетного и восстановленного поля ЭВ. Минимальное значение отклонения в момент завершения наладки СВРК следует брать за эталон восстановления поля программным обеспечением. Далее, в процессе эксплуатации СВРК, любые значительные превышения минимального значения отклонения для данной орбиты симметрии рассматриваются, как сбои в работе СВРК. Как показывает опыт эксплуатации СВРК на блоке № 3, такой подход полностью себя оправдывает. На рисунках 17, 18 показаны периодические сбои в работе СВРК в начале каждой кампании, и нормализация ее работы за счет выполнения определенного комплекса наладочных операций.

5.5  Выводы по главе 5

В главе 5 приведены результаты работы программы «КАРУНД» с архивом данных СВРК.

Определены недостоверные показания измерительной системы, не отбракованные ПО СВРК. Правильность отбраковки ДПЗ подтверждается экспертами, которые сопровождают работу СВРК.

Корректно определено состояние активной зоны, связанное с нештатным положением ОР СУЗ, неисправностью в системе индикации положения, работой защитных систем. Результаты работы программы «КАРУНД» соответствуют выводам, которые делали операторы РУ после анализа всей совокупности данных, представляемых АСУ ТП.