Вопросы концепции создания системы представления параметров безопасности РУ ВВЭР

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

После аварии на АЭС TMI-2 в США с частичным расплавлением активной зоны, которая произошла 28 марта 1979 года, системы представления параметров безопасности (СППБ) стали разрабатываться и внедряться на АЭС как системы поддержки оперативного персонала для обеспечения правильности действий при принятии решений по управлению аварией.

Авария на АЭС Чернобыль-4 и на АЭС “Фукусима”, получившие катастрофическое развитие, дополнительно продемонстрировали последствия неэффективного управления авариями.

Проблема обеспечения эффективного управления актуализировалась как в аспекте создания дополнительных технических средств управления, так и в аспекте совершенствования процедур управления авариями оперативным персоналом. Не должно вызывать сомнений, что оперативному персоналу АЭС для осуществления эффективных действий необходимо контролировать все процессы, происходящие в РУ и АЭС и влияющие на состояние физических барьеров на пути распространения ионизирующих излучений и радиоактивных веществ в окружающую среду. В распоряжении оперативного персонала должны быть как соответствующие технические средства, так и обоснованные процедуры предотвращения аварий и смягчения их последствий в случае возникновения.

Системы поддержки оперативного персонала относятся к техническим средствам, непосредственно связанным с процедурами управления РУ и АЭС.

В докладе рассматриваются вопросы концепции создания СППБ в связи с необходимостью иметь углубленное понимание роли этой системы в управлении энергоблоком на всех уровнях глубоко эшелонированной защиты (ГЭЗ) с учетом современных требований, ориентированных как на повышение безопасности АЭС, так и на повышение экономической эффективности их эксплуатации.

Принципиальные положения концепции создания СППБ.

Базовым принципиальным положением концепции создания СППБ является постулат о взаимосвязи состояний физических барьеров на пути распространения ионизирующего излучения и радиоактивных продуктов в окружающую среду с состояниями функций безопасности (ФБ).

В соответствии с требованиями эксплуатирующих организаций акцентируется внимание на то, что СППБ предназначена для информационной поддержки действий оперативного персонала блочного пункта управления при принятии решений по предупреждению аварий и ограничению их последствий за счет:

- контроля эффективности обеспечения целостности физических барьеров на пути распространения радиоактивных веществ и ионизирующего излучения;

- упреждающего информирования персонала об угрозе нарушения целостности какого-либо из физических барьеров и об эффективности действий по предотвращению аварий и смягчению последствий аварий.

Целью разработки СППБ является представление оператору информации о состоянии ФБ в реальном масштабе времени и эффективности выполнения этих функций при отклонениях от нормальной эксплуатации и при нарушении нормальной эксплуатации, включая проектные и запроектные аварии.

Учитывая большой объем информации, с которой приходится иметь дело оператору, одной из задач при организации контроля ФБ является снижение информационной нагрузки на оператора (принцип минимизации информации).

Исходя из основной задачи СППБ - оказание помощи оперативному персоналу в быстрой оценке состояния безопасности РУ и АЭС, количество ФБ, входящих в СППБ, должно быть минимизировано. В СППБ должны включаться только те ФБ, которые оказывают прямое воздействие на состояние топливной матрицы, оболочки твэла, границы контура теплоносителя реактора, герметичного ограждения реакторной установки и биологической защиты во всех эксплуатационных состояниях энергоблока. При этом оперативному персоналу должна представляться информация для принятия решений по управлению энергоблоком на четырех уровнях ГЭЗ с целью предотвращения перерастания отклонений от нормальной эксплуатации в предаварийные ситуации и проектные аварии, а если это оказалось невозможным, то предотвращения развития последних в запроектные аварии с тяжелыми повреждениями активной зоны. Задача представления информации оперативному персоналу для управления тяжелыми запроектными авариями в настоящее время перед СППБ не стоит, так как для контроля процессов при этих авариях предусматривается специальный КИП.

Однако принципиальная возможность для включения параметров, контролируемых этим КИП, также как и других параметров, необходимость контроля которых может выявиться в процессе эксплуатации, должна быть предусмотрена в СППБ, т.е. в системе должны быть предусмотрены определенные запасы на развитие - это должна быть открытая система.

К концептуальным положениям относится также и вопрос определения набора параметров, определяющих состояние ФБ.

Предложено следующее определение параметров безопасности для СППБ: “Параметры безопасности (ПБ) - это контролируемые параметры РУ и АЭС, характеризующие состояние ФБ и эффективность их выполнения по обеспечению целостности физических барьеров”.

Исходя из принципа минимизации информации, представляемой оператору СППБ, количество (ПБ) должно быть также минимизировано, как и количество ФБ. Вместе с тем задачей разработки СППБ является не только определение набора ПБ, но и определение их предельных значений для различных состояний ФБ, и в этой связи появляется необходимость введения термина входные параметры. Этот термин также должен иметь свое определение.

На основе имеющегося опыта входные параметры определяются как условия, которым соответствуют заданные в системе предельные значения ПБ для различных состояний ФБ. Таким образом, в данном случае просматривается взаимосвязь, аналогичная комбинациям “пределы и условия нормальной эксплуатации”, “пределы и условия безопасной эксплуатации”. В данном случае - это комбинация “параметры безопасности - входные параметры”.

Принципиально часть входных параметров может быть отнесена к ПБ, и их соотношение должно определяться при создании конкретных систем с учетом особенностей проектов.

При определении предельных значений ПБ важно установить связь этих параметров с эксплуатационными пределами, уставками на срабатывание систем безопасности, пределами безопасной эксплуатации, проектными пределами и критериями безопасности. Эти связи показаны на рисунке 1.

Данные, представленные на рисунке 1 - это модифицированная шкала проектных пределов /1, 2/ при работе на энергетических уровнях мощности с включением в неё областей изменения ПБ на уровнях 1-4 ГЭЗ. Связи, представленные на рисунке 1 в привязке к категориям проектных режимов.

Рисунок 1 - Шкала проектных пределов для состояний РУ и АЭС при работе на энергетических уровнях мощности

Рисунок 2 - Проектные пределы и параметры переходного процесса

На рисунках продемонстрировано, что на 1-ом и 2-ом уровнях ГЭЗ предельные значения ПБ могут выбираться равными эксплуатационным пределам и уставкам на срабатывание систем безопасности, на 3-ем и 4-ом уровнях ГЭЗ они могут приниматься равными пределам безопасной эксплуатации и проектным пределам аварий.

В качестве ПБ могут приниматься и так называемые “приемочные критерии для анализов аварий”, которые обозначают другим термином перечисленные выше проектные пределы.

В соответствии с имеющейся практикой, состояния ФБ классифицируются на следующие:

- удовлетворительно (нормальное);

- неудовлетворительное;

- тяжелое;

- экстремальное.

К удовлетворительному состоянию относятся состояния, при котором ни один ПБ не превышает эксплуатационные пределы.

К неудовлетворительному состоянию относятся состояния, при котором хотя бы один ПБ превышает эксплуатационный предел, но не превышает предел безопасной эксплуатации.

К тяжелым состояниям относится область проектных и запроектных аварий без превышения ПБ проектных пределов (критериев безопасности), установленных для проектных аварий.

К экстремальным состояниям относится область запроектных аварий, в которой имеет место превышение ПБ проектных пределов (критериев безопасности), установленных для проектных аварий, т.е. это область тяжелых запроектных аварий.

ПБ, соответствующие каждому из перечисленных состояний ФБ и их предельные значения, должны быть определены для всех состояний РУ и АЭС, которые могут реализовываться при эксплуатации с учетом внешних и внутренних воздействий.

Для получения представительного набора ПБ и определения их предельных значений должны быть рассмотрены сценарии, относящиеся к отклонениям от нормальной эксплуатации, проектным авариям и запроектным авариям. Принципиально, рассмотрение этих сценариев необходимо и для обоснования событийно и симптомно-ориентированных инструкций.

Таким образом, разработка СППБ должна быть увязана с работами по разработке эксплуатационных и аварийных процедур и их обоснованием. Функциональные связи, учитываемые при создании СППБ, показаны на рисунках 3 и 4.

Рисунок 3 - Блок-диаграмма. Функциональные связи, учитывающиеся при создании СППБ: * К этой категории процедур относятся процедуры, применяемые при нормальной эксплуатации и при ликвидации отклонений от нормальной эксплуатации. ** В настоящее время на АЭС с ВВЭР симптомно-ориентированные инструкции на этих уровнях ГЭЗ не применяются, но в СППБ не исключается возможность такого применения

Рисунок 4 - Блок-диаграмма. Функциональные связи, учитывающиеся при создании СППБ: * При принятии симптомно-ориентированных процедур в качестве основного метода управления аварией необходимо также стремиться идентифицировать исходное событие для возможной оптимизации процесса управления аварией. ** В процессе управления авариями часть ФБ относятся к критическим функциям безопасности (КФБ)

Следует иметь ввиду, что фрагменты, представленные на блок-диаграммах, во взаимосвязи означают проведение взаимоувязанных работ в течении всего жизненного цикла РУ и АЭС с учетом возможных модернизаций и обратных связей по опыту эксплуатации данного типа РУ и АЭС.

На этапе начала разработки СППБ для установления связей ПБ с ФБ и определения предельных значений ПБ должны рассматриваться проектные режимы, соответствующие уровням 1-4 ГЭЗ.

В соответствии с имеющейся практикой СППБ должна реализовываться как трехуровневая структура, содержащая на первом уровне форматы “Состояния ФБ”, на втором - “Деревья состояний ФБ” и на третьем уровне - “Поддерживающие форматы”.

Формат “Состояния ФБ” должен обеспечить возможность быстрого обнаружения отклонений ПБ от ПБ нормального состояния и контроль эффективности выбранных действий по восстановлению ФБ работой автоматики и действиями персонала в соответствии с инструкциями. Это обобщенный сигнальный формат информационной структуры СППБ.

Формат “Деревья состояний ФБ” должен содержать деревья состояний ФБ, обеспечивающие идентификацию нарушения ФБ и тяжесть этого нарушения.

“Поддерживающие форматы” могут содержать другую информацию, которая может потребоваться для принятия решений.

Выполнение функций СППБ должно быть обеспечено на основе контроля параметров, предусмотренных в АСУ ТП.

Примеры разработки требований к СППБ со стороны РУ.

Приведенные здесь примеры разработки требований к СППБ относятся к проекту РУ В-320 и ориентированы на реализацию на 3-ем энергоблоке Ростовской АЭС.

Прежде всего о наборе ФБ.

В соответствии с принципом минимизации информации для оператора в рамках СППБ, предполагается реализация контроля следующих ФБ:

- ФБ «Аварийный останов реактора и обеспечение подкритичности активной зоны реактора» (ФБ1);

- ФБ «Охлаждение активной зоны реактора» (ФБ2);

- ФБ «Охлаждение бассейна выдержки» (ФБ3);

- ФБ «Отвод тепла от первого контура ко второму» (ФБ4);

- ФБ «Обеспечение целостности первого контура» (ФБ5);

- ФБ «Обеспечение запаса теплоносителя» (ФБ6);

- ФБ «Обеспечение целостности герметичного ограждения» (ФБ7).

Остальные ФБ /4/ должны контролироваться в соответствии с технологическим регламентом безопасной эксплуатации и соответствующими инструкциями, включающими инструкции по управлению авариями.

Связь ФБ с эксплуатационными состояниями энергоблока представлена в таблице 1, связь ФБ с группами проектных режимов представлена в таблице 2.

Таблица 1 - Связь эксплуатационных состояний с ФБ

Таблица 2 - Связь групп проектных режимов с ФБ

Группы проектных режимов, представленные в таблице 2, относятся к режимам нарушения нормальной эксплуатации и включают проектные аварии. Принципиально эти группы применимы и к запроектным авариям, которые также учитываются при разработке требований к СППБ. Разбиение режимов по категориям, относящимся к уровням 1-4 ГЭЗ, уже демонстрировалось ранее на рисунке 2. Определение предельных значений ПБ для всех состояний ФБ проведено в соответствии с принципами, рассмотренными выше.

В качестве примеров для двух ФБ (ФБ1 «Аварийный останов реактора и обеспечение подкритичности активной зоны реактора» и ФБ2 «Охлаждение активной зоны реактора») приведены алгоритмы определения “Состояния ФБ” (рисунки 5 и 6 для ФБ1, рисунок 7 для ФБ2), а также состояния ФБ во взаимосвязи с ПБ, ДППБ и проектными пределами (таблица 3 для ФБ1 и таблица 4 для ФБ2).

Рисунок 5 - Алгоритм определения состояния ФБ1 «Аварийный останов реактора и обеспечение подкритичности активной зоны реактора»

Рисунок 6 - Алгоритм определения состояния ФБ1 «Аварийный останов реактора и обеспечение подкритичности активной зоны реактора»

Время 10 мин. После срабатывания АЗ включает в себя время, необходимое оперативному персоналу для проведения операций по увеличении концентрации борной кислоты в теплоносителе первого контура для создания требуемой подкритичности.

Таблица 3 - Состояния ФБ 1 во взаимосвязи с ПБ, ДППБ и проектными пределами

Рисунок 7 - Алгоритм определения состояния ФБ2 «Охлаждение активной зоны реактора»

Таблица 4 - Состояния ФБ 2 во взаимосвязи с ПБ, ДППБ и проектными пределами

Примечание: Кроме входных параметров и параметров безопасности должны контролироваться параметры, предусмотренные технологическим регламентом безопасной эксплуатации РУ и АЭС, такие как:

- мощность реактора;

- расход теплоносителя через реактор;

- распределение энерговыделений в активной зоне;

- давление теплоносителя в реакторе;

- температура теплоносителя на входе в реактор;

- коэффициент запаса до кризиса теплообмена.

Наборы ПБ и количество ФБ приведены в соответствии с принципом минимизации информации, представляемой оператору в рамках СППБ для оказания помощи оперативному персоналу в быстрой оценке состояния безопасности эксплуатации энергоблока и эффективности управления авариями и ликвидации отклонений от нормальной эксплуатации.

Приведенные численные значения ПБ являются предварительными и подлежат уточнению в процессе создания СППБ и испытаниях при вводе её в эксплуатацию.

Отдельные вопросы реализации СППБ.

О приоритетах.

В соответствии с концепцией ГЭЗ /5/ “Приоритетной является стратегия предотвращения неблагоприятных событий, особенно для уровней 1 и 2”. Таким образом, прежде всего, необходимо выявить физический барьер, который подвергается наибольшей опасности повреждения.

Так, например, в режимах с уменьшением теплоотвода от первого контура ФБ4 «Отвод тепла от первого контура ко второму» будет обладать 1-м приоритетом и действия оператора должны быть направлены в первую очередь на ликвидацию этого отклонения. В режимах с уменьшением запаса теплоносителя приоритетом будет обладать ФБ2, а при реактивностных авариях ФБ1.

Вместе с тем существует подход определения приоритетов, основанный на значимости физических барьеров на пути распространения радиоактивных продуктов /6/. В соответствии с этим подходом для ФБ, обеспечивающих прямую защиту оболочки твэл, устанавливается высший приоритет: 1-й приоритет ФБ1 и 2-й приоритет ФБ2, т.е. приоритетность соответствует последовательности барьеров.

Для управления запроектными авариями введены понятия “Критические функции безопасности (КФБ)” и стратегии управления авариями /7/. В этих случаях в ходе аварии из ФБ выделяются КФБ и приоритеты КФБ определяются ходом аварийного процесса.

Надежность и классификация СППБ.

Из рассмотренного выше следует, что СППБ должна относиться к системам важным для безопасности, как информационная система поддержки оператора.

В этой связи существенной является информация, приведенная в докладе /8/. По приведенным в статье данным вклад ошибки персонала в вероятность ЗПА с плавлением активной зоны в проекте ВВЭР-ТОИ составляет 19,9%, в то время, как отказ СПОТ - 2,8 %.

Элементы системы должны быть высокого качества и надежности. СППБ должна быть рассчитана на внешние и внутренние воздействия, как и проекты РУ и АЭС.

Технологический регламент безопасной эксплуатации должен предусматривать компенсирующие мероприятия на период времени, когда СППБ находится в состоянии неготовности.

Использование параметров безопасности при разработке эксплуатационной документации.

Так как ПБ характеризуют состояние физических барьеров на пути распространения ионизирующего излучения и радиоактивных веществ в окружающую среду, а задачей эксплуатационных документов по обеспечению безопасности РУ и АЭС является установить процедуры своевременного выявления и ликвидации отклонений от проектных условий эксплуатации на всех уровнях ГЭЗ, то ПБ должны использоваться при разработке таких основных документов, как: технологический регламент безопасной эксплуатации (ТРБЭ), событийно и симптомно-ориентированные инструкции по управлению авариями.

В соответствии с ТРБЭ должны соблюдаться пределы и условия нормальной эксплуатации и исключаться достижение пределов безопасной эксплуатации при соблюдении условий безопасной эксплуатации на 1-ом и 2-ом уровнях ГЭЗ. Успешные действия оперативного персонала на этих уровнях дают возможность не только исключить перерастание отказов в предаварийные ситуации и аварии, но и обеспечить работу РУ и АЭС на мощности. энергоблок безопасность проектный атомный

Таким образом, использование СППБ обеспечивает реальную поддержку оперативному персоналу и по повышению экономической эффективности работы энергоблоков по выработке электроэнергии.

В соответствии с событийно и симптомно-ориентированными инструкциями задачей управления авариями на 3-м и 4-ом уровнях ГЭЗ является предотвращение перехода предаварийных ситуаций и проектных аварий в запроектные аварии. СППБ представляет технические средства, способствующие успешности этих действий.

Таким образом, разработка СППБ и указанных эксплуатационных документов должны координироваться как в части технологической, так и в части сценариев, используемых для обоснования этого комплекта документов.

Заключение:

1. Сформулированы и предлагаются для обсуждения актуализированные принципиальные положения создания СППБ, как системы важной для безопасности.

2. Отмечено, что в современных условиях повышения требований к обеспечению безопасности АЭС при одновременном повышении требований к экономической эффективности эксплуатации повышается роль информационных систем поддержки оператора, как в обеспечении безопасности на уровнях 3 и 4 ГЭЗ для предотвращения перехода ПА в ЗПА и ТЗПА, так и при ликвидации отклонений от нормальной эксплуатации на уровнях 1 и 2 ГЭЗ.

3. Предлагается включить в решение МНТК-8 рекомендацию Ростехнадзору включиться в работу по созданию и использованию информационных систем поддержки операторов, включая СППБ, при эксплуатации АЭС.

Список литературы

1. Комментарии к “Общим положениям обеспечения безопасности атомных станций ОПБ-87/97”, Труды НТЦ ЯРБ, 2004г.

2. В.Н. Камнев, А.К. Подшибякин, М.А. Подшибякин, Н.П. Коноплев, Методология и результаты анализов динамической устойчивости РУ ВВЭР. Статья в сборник докладов 7-ой МНТК “Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР”, ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, 17-20 мая 2011.

3. Safety Standards Series № NS-G-2.2. Operational Limits and Conditions and Operating Procedures for Nuclear Power Plants, IAEA, Vienna, 2000.

4. Safety Reporty Series № 46. Assessment of Defence in Depth for Nuclear Power Plants, IAEA, Vienna, 2005.

5. Общие положения обеспечения безопасности атомных станций, ОПБ-87/97, Москва, 1997.

6. Руководство по организации контроля состояния критических функций безопасности, Концерн “Росэнергоатом”, ВНИИАЭС, Москва, 1997.

7. А.В. Михальчук, В.С. Севастьянов, Ю.М. Семченков, А.И. Суслов “Методология разработки и расчетного обоснования комплекта симптомно-ориентированных аварийных инструкций для АЭС-2006”, Статья в сборнике докладов 5-ой МНТК “Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР”, ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Май 2007.

8. В. Морозов. Проектом предусмотрено. Результаты вероятностного анализа безопасности проекта. Ежемесячный журнал атомной энергетики России, Росэнергоатом, декабрь 2012, №12.

Размещено на Allbest.ru