BRENT0.00
GOLD0.00
USD0.00
EUR
Математическое моделирование для поддержки операторов атомных энергоблоков 19.10.2015

Математическое моделирование для поддержки операторов атомных энергоблоков

Но периодически даже мирный атом проявляет свой грозный характер, что чревато различного рода инцидентами и авариями. Всем известны три наиболее крупные техногенные катастрофы – Три Майл Айленд (США), Чернобыль (СССР) и Фукусима (Япония), которые показали ограниченность знаний человека-ученого о природе ядерных реакций и неспособность человека-опе­ратора управлять ядерным реактором в экстремальных ситуациях, даже в условиях мощного насыщения энергоблоков системами автоматического контроля и управления.

Поэтому проблема безопасности при использовании объектов атомной энергии является ключевым фактором ее развития как в современных условиях, так и в ближайшей перспективе, не зависимо от того, какого типа реакторы будут использоваться в будущем. Даже так называемые реакторы с внутренне присущей им без­опасностью будут эксплуатироваться человеком-оператором, что несет риск человеческой ошибки в стрессовых ситуациях.

В состав проекта атомного энергоблока помимо отчета по воздействию на окружающую среду (ОВОС) входит техническое обоснование безопасности (ТОБ), в котором проводится расчетный анализ возможных аварийных ситуаций в самом консервативном приближении, то есть в предположении самых наихудших сценариев их развития. При этом в соответствии с требованиями Общих положений обеспечения безопасности (ОПБ) предполагается самое неблагоприятное отклонение технологических параметров в исходном стационарном состоянии, когда может возникнуть отказ оборудования, приводящий к началу динамического переходного процесса. При расчетном анализе таких ситуаций постулируется наложение дополнительных отказов активного и пассивного элементов оборудования, а также однократная ошибка или пропуск действия оперативного персонала.

Понятно, что проанализировать в ТОБ отказы такого огромного количества оборудования (см. таблицу) физически невозможно. Поэтому анализ проводится для нескольких десятков аварийных режимов, возникающих при отказах наименее надежного оборудования, перечень которого выявляется проведением специального вероятностного анализа безопасности (ВАБ) или которые приводят к наиболее тяжелым последствиям.

Эти режимы являются базовыми при разработке эксплуатационных инструкций и противоаварийных процедур, которые в дальнейшем используются оперативным персоналом при возникновении нештатных ситуаций на энергоблоке.

Однако при длительной эксплуатации энергоблока возможны различные отказы оборудования в любой последовательности и в любой комбинации. Это может привести к реализации такого сценария, который не рассмотрен в противоаварийных инструкциях. В этом случае оператор должен действовать в соответствии со своим опытом и знаниями, полученными при обучении на ПМТ.

ПМТ моделирует поведение энергоблока в реальном масштабе времени, при этом в объем моделирования входит все оборудование, которое управляется оператором с блочного и резервного пультов управления.

Для обучения и поддержания квалификации оперативного персонала инструкторы ПМТ разрабатывают учебно-тренировочные занятия, представляющие собой различные, в том числе маловероятные, сценарии развития аварийных ситуаций. Это позволяет сформировать у операторов понимание технологических симп­томов, характеризующих тенденции отклонения состояния реакторной установки от безопасного регламентного состояния.

В последнее время полномасштабные тренажеры стали широко использоваться при проведении противоаварийных тренировок и командно-штабных учений, проводимых Концерном «Росэнергоатом». При этом тренажер АЭС моделирует нештатную аварийную ситуацию и непрерывно передает данные – значения технологических параметров и дискретных сигналов состояния оборудования – в Кризисный центр Концерна РЭА. Там собирается группа экспертов, задачей которых является оценка масштабов аварийной ситуации, тенденций ее развития и выработка рекомендации оперативному персоналу энергоблока по управлению аварией. Разыгрываемая на тренажере ситуация может иметь любой порядок сложности, определяемый видом, количеством и последовательностью моделируемых отказов оборудования. В общем случае она может быть заранее не известна ни оперативному персоналу, ни экспертам Кризисного центра, что вызывает определенные трудности в идентификации аварийной ситуации и способах ее преодоления. Поэтому для повышения надежности человеческого фактора в условиях множественности и не­определенности отказов оборудования необходимы развитые системы поддержки операторов.

Для энергоблока нового поколения ВВЭР-ТОИ в эскизном проекте АСУ ТП уже сформулировано обязательное требование наличия в системе информационной поддержки оператора (СИПО) функции «поддержки оператора во всех режимах эксплуатации, включая предсказание поведения технологического процесса с использованием динамических моделей энергоблока».

До недавнего времени математические модели энергоблоков разрабатывались для двух основных целей – расчетного обоснования безопасности и для использования в ПМТ. Первые – модели высокой точности – проводят расчет параметров энергоблока в несколько раз медленнее реального времени, а вторые – тренажерные – ведут расчет в реальном масштабе времени. Понятно, что они не годятся для целей прогнозных расчетов, которые необходимо проводить значительно быстрее реального времени.

С целью выполнения прогнозных расчетов развития аварийных ситуаций, которые могут привести к наступлению тяжелой фазы с повреждением топлива в активной зоне реактора, фирмой «ДЖЭТ» разработан специальный программный комплекс «КАРАВАН», расчетная схема которого приведена на рис. 1.

В настоящее он комплекс внедрен для опробования и совершенствования на двух полномасштабных тренажерах – для пятого и шестого энергоблоков Нововоронежской АЭС.

Данный комплекс постоянно находится в работе в режиме мониторинга состояния энергоблока. Его расчетная модель получает технологические данные с энергоблока (тренажера) и постоянно подстраивает свое состояние под текущее состояние энергоблока. То есть фактически модель находится в ожидании возможной аварийной ситуации на энергоблоке, постоянно формируя свое исходное состояние для быстрого прогнозного расчета.

При возникновении отказа оборудования или разрыва трубопровода первого контура реактора модель диагностирует данный отказ, принимая его как исходное событие переходного процесса или аварии. С этого момента оператор может включить режим прогноза, когда расчет может проводиться с ускорением до 20 раз быстрее текущего времени. Таким образом, оператор уже через десять минут расчета может видеть состояние реакторной установки, в котором она будет через 3,5 часа. Однако если в этот период на блоке произойдут дополнительные (сопутствующие) отказы, модель может дать неверный прогноз (рис. 2).

Поэтому модель по требованию оператора может вернуться в момент возникновения дополнительного отказа и выполнить прогнозный расчет с учетом нового отказа, и тем самым оператор может получить более точный прогноз (рис. 3).

Особенностью модели ПК «КАРАВАН» является то, что в ней заложена возможность интерактивного управления моделируемым оборудованием, как это делается в тренажерных моделях. Поэтому при прогнозном расчете модель может учитывать возможные действия оператора, которые он может предпринять на каком-то этапе развития ситуации, или действия внешних специалистов, которые могут либо восстановить отказавшее оборудование, либо ввести в действие альтернативные внешние источники.

Ввиду того что аварийные ситуации только в начале процесса имеют быстрый динамический характер, а в дальнейшем протекают плавно и достаточно медленно, у оператора имеется достаточно времени, чтобы выполнить серию прогнозных расчетов с различными вариантами своих действий в конкретной технологической ситуации. Тем самым осознанно и обоснованно выбирается наиболее эффективная стратегия управления аварией для приведения реакторной установки в стабильное безопасное состояние.

Полагаем, что прогнозно-диагностический комплекс «КАРАВАН» найдет эффективное применение не только для обучения операторов выработке оптимальной стратегии управления аварийными ситуациями с наложением множественных отказов на тренажере, но и для поддержки экспертов в Кризисном центре Концерна «Росэнергоатом» и Центрах технической поддержки, которые по примеру зарубежных энергоблоков будут организованы на новых российских АЭС.


Возврат к списку