Суть методического подхода заключается в следующем. На интервале наблюдения в 10-15 минут определяются статистические характеристики измеряемых величин, такие как среднее значение, погрешность определения среднего значения, скорость изменения величины. Достоверные показания имеют погрешность определения среднего значения меньше определенной величины, обусловленной точностью измерения физической величины, приведенной в проекте. При этом средние значения на наблюдаемом интервале должны укладываться в определенные границы, так называемое режимное значение. Естественно, достоверными показаниями можно признать лишь те, которые будут выполнять эти два условия.

Как правило, датчики СВРК имеют определенную избыточность, т.е. один и тот же параметр измеряется несколькими датчиками. Естественно, все датчики, измеряющие одну физическую величину, должны иметь близкие показания. Тогда можно предложить еще одну проверку достоверности показаний. А именно, сравнение показаний отдельного датчика с остальными. Если показания отдельного датчика выбиваются из группы параллельных показаний больше допустимой величины, то они признаются недостоверными.

Для проведения проверок по методике необходимо иметь набор констант для каждого проверяемого канала контроля, таких как максимально допустимая погрешность, допустимое минимальное и максимальное значение (так называемое «режимное» значение), допустимое отклонение значения рассматриваемого канала контроля от значений группы параллельных каналов контроля. Таким образом, получается база знаний, состоящая из набора таких констант.

Необходимо также учитывать, что проверка достоверности возможна лишь в стационарном режиме работы РУ, когда показания контролируемых датчиков постоянны. Только в этом случае можно корректно рассчитать статистические характеристики измеряемых величин на интервале времени 10-15 минут. В переходных режимах данную методику применять нельзя. Кроме того, проведение проверок СВРК возможно лишь в тех режимах работы РУ, когда значения измеряемых величин находятся в рабочем диапазоне. По этим причинам на человека - оператора специального программного обеспечения ложится задача по правильному выбору интервала времени, на котором возможно производить проверку достоверности.

2.2 Проверка достоверности показаний общетехнологических параметров в системе диагностики

Рассмотрим, какие проверки можно предложить для определения достоверности показаний общетехнологических параметров в системе диагностики. Можно предложить ряд проверок для каждого канала контроля. Если все предложенные проверки будут пройдены успешно, то канал контроля следует признать каналом с достоверными показаниями. В противном случае канал контроля имеет недостоверные показания.

В общем случае показания канала контроля общетехнологических параметров во времени имеют значения отличные от константы. Это связано с тем, что от одного до другого цикла измерения свойства самой измеряемой среды могут незначительно изменяться, могут проявиться радиоэлектронные помехи в линиях связи или может проявиться погрешность перевода аналоговой величины в цифровую. По этим или другим причинам на интервале наблюдения мы будем иметь набор значений около определенной величины. Разброс показаний, как правило, носит случайный характер, а распределение плотности вероятности подчиняется гауссовскому закону. Тогда можно определить среднее значение этой величины на интервале наблюдения и также определить погрешность величины по формуле:

,

где - коэффициент Стьюдента, СКО - среднеквадратичное отклонение от среднего значения.

Интуитивно понятно, что в случае достоверных измерений погрешность измерения должна быть небольшой. Возникает вопрос, какая максимальная величина погрешности допускается для признания показаний достоверными? Автором предлагается в качестве этой величины использовать значение максимальной погрешности канала измерения. Это значение, как правило, приводится в проектной документации [63]. Если же значение на весь канал контроля не приведено в проекте, то можно эту максимальную величину погрешности рассчитать самостоятельно, зная характеристики элементов канала измерения [63].

Таким образом, в качестве первой проверки на достоверность можно предложить сравнение погрешности канала контроля с проектной величиной. В случае погрешности канала контроля меньше проектной величины, естественно, делается вывод о достоверности показаний. Если же погрешность канала выше проектной величины, то канал контроля признается каналом с недостоверными показаниями. Причин получения этого результата может быть несколько: неустойчивая работа блоков по переводу аналоговой величины сигнала в цифровую форму, наличие радиопомех в линиях связи, плохой контакт в клеммном шкафу и другие. Однако зачастую большая погрешность канала может быть получена на временном интервале, в котором характеристики измеряемой среды не были постоянными. Например, если измеряется температура в первом контуре, то в случае разогрева или расхолаживания или другого нелинейного изменения температуры на интервале наблюдения можем получить величину погрешности, превышающую проектную. Однако было бы ошибочно делать из этого вывод о недостоверности показаний канала контроля температуры. По этой причине необходимо выбирать интервал со стабильными характеристиками среды. Этот вопрос будет рассмотрен позже. Продолжим рассмотрение алгоритма проверки достоверности показаний.

Одной весьма часто встречающейся интуитивной проверкой на достоверность показаний пользуются, когда соотносят текущее показание прибора с возможным значением для реализованного состояния контролируемой среды. Например, в случае работающего ГЦНА перепад давления на нем для проекта НВАЭС-2 должен быть около величины 0.6 МПа. Если же мы увидим, что значение перепада давления на работающем ГЦНА составляет 0.4 МПа, то мы сделаем вывод о недостоверном показании этого датчика. Эту интуитивную проверку можно формализовать для осуществления автоматических проверок. Необходимо задать нижнее допустимое значение и верхнее допустимое значение для каждого канала контроля для определенных состояний оборудования, прежде всего реакторной установки. Тут возникает другая задача - определение состояния РУ. Эта задача будет описана позднее.

Итак, необходимо задать нижнее и верхнее режимное значение для каждого канала контроля. Удобнее создать базу данных для хранения этой информации. При этом имеет смысл для однотипных параметров задать одно верхнее и одно нижнее режимное значение. В этом случае после однократного изменения режимного значения оно будет задействовано для всех каналов контроля одного типа. Остается вопрос, как задать нижнее и верхнее режимное значение? Как правило, на контролируемый параметр в проекте [63] задается номинальное значение в виде константы или диапазона. А также известна максимальная допустимая погрешность. Вычитая из номинального значения допустимую погрешность, получим нижнее режимное значение. Прибавляя к номинальному значению допустимую погрешность, получим верхнее режимное значение. Зачастую таким образом можно задать режимные значения для большинства каналов контроля. В случае если в проекте нет сведений о номинальном значении контролируемой величины, следует воспользоваться опытом аналогичных измерений на других энергоблоках АЭС.

В качестве следующей проверки на достоверность можно предложить сравнение показания канала контроля с другими каналами контроля, с помощью которых измеряется тот же параметр. На АЭС параметры важные для безопасности обязательно имеют резервирование и дублирование [64]. По этой причине существует несколько каналов контроля, измеряющих один и тот же параметр. В качестве примера можно привести наличие 6-ти каналов контроля перепада давления на одном ГЦНА в проекте НВАЭС-2. Можно назвать эти 6 каналов контроля параллельными.

Возможно несколько вариантов сравнения с параллельными каналами. Самый простой для реализации заключается в расчете среднего значения по всем каналам контроля. Если мы для примера рассмотрим 6 каналов контроля перепада давления на ГЦНА, то необходимо рассчитать среднее значение по этим 6-ти каналам. После этого показания каждого из 6-ти датчиков следует сравнить со средним значением. Если показания канала контроля не отличаются больше, чем на величину суммы погрешности канала контроля и среднего значения, то такой канал контроля прошел проверку достоверности показаний успешно. Такой способ проверки на достоверность описан в диссертации Ю.В. Саунина [65].

Несмотря на простоту реализации, автор считает, что недостатком этого подхода является тот факт, что сам рассматриваемый канал контроля входит в расчет среднего значения, с которым он сравнивается. Такой подход противоречит самой идее сравнения с параллельными каналами контроля. Гораздо правильнее выделить рассматриваемый канал контроля из всей группы и сравнить его с оставшимися. Если продолжать пример с перепадом давления на ГЦНА, то необходимо каждый канал контроля сравнить с оставшимися пятью параллельными каналами контроля. Этот способ вынуждает проводить расчет среднего значения параллельных каналов контроля для каждого рассматриваемого канала контроля. Для ручной обработки этот факт значительно усложняет процедуру и делает ее практически невыполнимой в случае большого количества каналов контроля, имеющихся в составе СВРК. Однако в случае реализации этого метода на компьютере данный подход не представляется сложным.

Оба вышеперечисленных способа сравнения с параллельными каналами имеют недостаток, состоящий в том, что при наличии резко выделяющихся значений в группе параллельных каналов среднее значение параллельных каналов может оказаться недостоверным. Для исправления данного недостатка автором предлагается применить расчет медианного значения [66] по группе параллельных каналов. Тогда усовершенствованный алгоритм расчета среднего значения параллельных каналов контроля будет выглядеть так: сначала определяется медианное значение по группе всех каналов контроля, затем те каналы контроля, значения показаний которых отличаются от медианного больше 2-х погрешностей канала контроля, следует отбросить из расчета средней величины. Такой способ позволяет отбросить резко выделяющиеся значения, которые потенциально могут быть недостоверными. Этот способ будет работать успешно, если большинство каналов контроля имеют достоверные значения.

Автор предлагает для проверки на достоверность каналов контроля, входящих в группу параметров в ПТК-З, использовать следующий алгоритм, изображенный на рисунке 2.1:

- определить случайную погрешность измерения канала контроля;

- сравнить случайную погрешность с предельно допустимым значением ;

- если случайная погрешность больше предельно допустимой, то считать канал контроля каналом с недостоверными значениями;

- если показания канала контроля после первой проверки не признаны недостоверными, то производится проверка на соответствие среднего значения установившемуся режиму (§ 2.4), т.е. проверка того, что среднее значение находится в интервале значений от минимально возможного до максимально возможного, причем значения минимально и максимально возможные находятся в значительно более узком диапазоне, чем при проверке на нижнем уровне СВРК. Если среднее значение не попадает внутрь интервала минимально и максимально возможных значений, то показания признаются недостоверными;

- если показания канала контроля не признаны недостоверными, то производится проверка на соответствие параллельным каналам контроля. При этом сравниваются показания отдельного канала контроля со средним значением других параллельных каналов контроля. Допускается отличие меньше определенной величины предельно допустимого отклонения .

Сравнение погрешности показаний канала контроля с максимально допустимой величиной позволяет признать недостоверными показания, имеющие «шум» больше допустимого. Действительно, если измеряемая величина постоянная, то ее измерения от цикла к циклу не должны отличаться больше погрешности измерительного канала. Если же погрешность оказывается выше, то это означает, что элементы измерительного канала имеют «шум» выше проектных величин, а, следовательно, имеют дефекты или помехи. В этом случае нельзя признать канал контроля достоверным.

Рисунок 2.1. Схема алгоритма по определению достоверности показаний канала контроля

2.3 Расчет погрешности канала контроля

Каждый канал контроля имеет допустимую величину погрешности, определенную по классу точности датчика, помехам в линии связи и разрядностью АЦП.

Рассмотрим на примере канала контроля перепада давления на ГЦНА формирование максимально допустимой величины погрешности измерения.

Канал контроля перепада давления на ГЦНА представлен на рисунке 2.2.

В проекте НВАЭС-2 перепад давления на ГЦНА измеряется датчиком ТЖУ406-М100-АС [63], который имеет погрешность измерения 0.5%. Манометр связан линией связи с размножителем SNV-1, входящим в состав блока TXS. Затем от размножителя идет линия связи с блоком АЦП, установленным в блоке БПА в ПТК-З СВРК. Погрешность линии связи от манометра до размножителя составляет 0.1%, погрешность размножителя составляет 0.03%, погрешность линии связи от размножителя до блока БПА составляет 0.1%, погрешность АЦП в блоке БПА составляет 0.05%.

Рисунок 2.2. Канал контроля перепада давления на ГЦНА

Все погрешности, присутствующие в канале контроля, являются независимыми. Распределение плотности вероятности для элементов в канале контроля можно считать гауссовским. В этом случае для определения суммирующей погрешности измерения необходимо использовать следующее выражение [67]:

,

где - погрешность каждого элемента в канале контроля,

n - количество элементов в канале контроля, в нашем случае n=5

Таким образом, суммарная величина погрешности канала измерения перепада давления на ГЦНА в СВРК получается равной 0.52 %. С учетом правил округления погрешности получим величину 0.6%. Поскольку шкала прибора перепада давления составляет от 0 до 1 МПа, величина погрешности составит 0.006 МПа.

Однако полученная величина характеризует только канал контроля. Т.е. мы бы имели такую погрешность измерения, если у нас измеряемая величина являлась константой. Но перепад давления на ГЦНА подвержен влиянию пульсаций давления, связанных с вращением рабочего колеса. По этой причине значение измеряемой величины нельзя считать константой и к полученной погрешности канала контроля необходимо добавить величину погрешности, обусловленную пульсациями перепада давления, связанными с вращением рабочего колеса ГЦНА. К сожалению, это значение не приводится ни в какой документации. Оценить величину погрешности, обусловленную вращением рабочего колеса ГЦНА, довольно трудно. Для наблюдателя доступны результаты измерения с помощью манометра, которые удобнее анализировать уже после их регистрации в СВРК. А эти показания уже содержат в себе погрешность канала контроля и погрешность, обусловленную вращением рабочего колеса. Опыт показывает, что погрешность показаний, зарегистрированных в СВРК, по перепаду давления на ГЦНА может быть меньше полученной нами погрешности 0.6% (0.006 МПа). Т.е. дополнительная погрешность, обусловленная вращением рабочего колеса ГЦНА, много меньше погрешности измерения и ее можно не учитывать.

2.4 Сравнение значения параметра с режимным значением

Следующей проверкой является сравнение значения параметра с режимным значением по формуле (1.1). Эта проверка базируется на утверждении, что при работе реакторной установки на параметрах показания каналов контроля должны иметь определенные значения в довольно узких рамках, ограничивающих так называемый режим или режимное значение. Режимное значение для каждой измеряемой величины зачастую возможно найти в регламенте безопасной эксплуатации энергоблока, а также в проектной документации [63]. В случае отсутствия информации о режимных значениях можно воспользоваться опытом проведения пусконаладочных работ на других энергоблоках и установить режимное значение, соответствующее полученным на других энергоблоках. Для определенных параметров режимное значение остается постоянным при работающем оборудовании. К таким параметрам можно отнести перепад давления на ГЦНА. Для перепада давления на ГЦНА можно установить режимное значение, ограниченное интервалом 0.58 - 0.66 МПа для режима работы на 4-х ГЦНА. Если измеренное значение перепада давления на ГЦНА оказывается внутри этого интервала, то показания признаются достоверными. Если же значение оказывается выше или ниже этого значения, то показания признаются недостоверными.

Для определенных параметров нельзя установить фиксированные рамки по той причине, что их показания зависят от мощности РУ. К таким параметрам относятся показания температур в холодных и горячих нитках ГЦТ, показания температур на выходе из кассет, показания токов ДПЗ и ряд других. Как правило, зависимость показаний таких параметров от мощности носит линейный характер. Для иллюстрации приведен рисунок 2.3.

Рисунок 2.3. Зависимость показаний температуры в холодных и горячих нитках ГЦТ от мощности РУ

По этой причине автором предлагаются следующие формулы для режимных значений:

,



где - минимальное режимное значение,

- максимальное режимное значение,

- константа, определяющая минимальное режимное значение при нулевой мощности РУ,

- константа, определяющая максимальное режимное значение при нулевой мощности РУ,

- коэффициент зависимости параметра от мощности РУ для минимального режимного значения,

- коэффициент зависимости параметра от мощности РУ для максимального режимного значения,

KN - коэффициент, учитывающий текущий уровень мощности РУ, имеющий значение 0 для нулевой мощности РУ и 1 для мощности 100%Nном.

Формулы (2.3) и (2.4) позволяют задавать режимное значение и для тех параметров, которые не зависят от мощности, для этого достаточно задать значения и , равные нулю. Поэтому при разработке системы диагностики формулы (2.3) и (2.4) следует использовать для всех параметров.

2.5 Расчет погрешности параллельных каналов контроля

Как описано выше, для измерения параметров одного типа в СВРК используется несколько датчиков. Например, в проекте НВАЭС-2 перепад давления на ГЦНА измеряется 6-ю датчиками. Показания каждого датчика заводятся в отдельную стойку ПТК-З. А затем они передаются на верхний уровень. В расчете перепада давления на ГЦНА на верхнем уровне СВРК используется средняя величина перепада давления, вычисленная на всем 6-ти датчикам. Интуитивно понятно, что все 6 каналов контроля должны показывать приблизительно одинаковую величину, если они все достоверны. Но и в этом случае они могут незначительно отличаться. Отличие обусловлено погрешностью измерения контролируемой величины. Проведение проверки на достоверность путем сравнения со значениями параллельных каналов контроля основывается на предположении, что значения параллельных каналов контроля являются достоверными. В этой связи возникает вопрос, каким образом должна быть определена достоверность значений параллельных каналов. Можно предложить несколько способов. Во всех способах предполагается, что в группе параллельных каналов контроля либо все представленные каналы контроля достоверны, либо бомльшая часть каналов контроля достоверны. В случае, если в группе параллельных каналов контроля все показания недостоверны, проверка на соответствие параллельным каналам контроля даст неправильный результат. Рассмотрим способы сравнения с параллельными каналами контроля и проанализируем достоинства и недостатки каждого способа.

Наиболее распространенное решение - рассчитать среднее значение по всем каналам контроля, измеряющим одну физическую величину, и сравнить это среднее значение с каждым каналом контроля [65]. Это решение является достаточно простым для реализации, так как среднее значение по всей группе параллельных каналов контроля требуется рассчитать только один раз. Однако такое решение имеет существенный недостаток. В случае, если в группе параллельных каналов имеется малое количество каналов контроля, а это самый распространенный случай, и при этом имеется хотя бы один канал контроля со значениями, значительно отличающимися от остальной совокупности каналов контроля, то среднее значение по всем каналам контроля будет значительно отличаться от среднего по совокупности достаточно близких по значению каналов контроля. Это может привести к ситуации, при которой критерий по соответствию отдельного канала контроля значениям параллельных каналов контроля будет невыполненным для всех каналов контроля. Тогда будут отбракованы как канал контроля с сильно отклоняющимися значениями, так и остальные каналы контроля, значения которых достаточно близки.

Пояснения приведем на примере рисунка 2.4.

Рисунок 2.4. Пример поведения 3-х каналов контроля перепада давления на ГЦНА

На представленном рисунке имеется один канал контроля перепада давления на ГЦНА с недостоверными значениями, которые значительно превышают значения двух остальных. Если рассчитать среднее значение по всем трем каналам контроля, то график среднего значения окажется между ним и двумя другими каналами контроля. При этом два других канала контроля достаточно близки по значению друг другу и представляют достоверную информацию. Однако при проверке на отклонение каждого канала контроля от среднего значения по группе из 3-х каналов контроля оказывается, что для всех 3-х каналов контроля условие на малое отличие от среднего значения не выполняется. Конечно, в данном случае рассмотрена крайняя ситуация, когда отбраковываются все 3 канала контроля из 3-х имеющихся, где лишь в действительности 1 канал контроля имеет недостоверные значения. Гораздо чаще встречается ситуация, когда отклонение одного канала контроля отличается от остальных не слишком значительно. Это иллюстрирует рисунок 2.5.



Рисунок 2.5. Пример среднего значения по группе из 3-х каналов контроля, один из которых действительно имеет недостоверные значения

На представленном графике верхний канал контроля перепада давления на ГЦНА-2 имеет недостоверные значения, на что указывает то, что его значения достаточно сильно отклоняются от остальных. При расчете среднего значения параллельных каналов контроля оно в этом случае окажется наиболее близко к графику, лежащему между крайними. При проверке критерия отличия каждого канала контроля от среднего значения окажется, что отбракуются 2 канала контроля, значения которых лежат выше остальных и ниже остальных. Хотя в действительности только один канал контроля имеет недостоверные значения. Таким образом, будем иметь факт ложного признания канала контроля недостоверным. По этой причине предложенный алгоритм расчета является непригодным.

Наиболее логичным и интуитивно понятным является сравнение отдельного канала контроля со средним значением остальных параллельных каналов контроля. Этот подход интуитивно реализуется при необходимости оценить выделенный канал контроля путем сравнения с остальными. Такая ситуация демонстрируется на рисунке 2.6.



Рисунок 2.6. Пример расчета среднего значения параллельных каналов контроля

При сравнении значений канала контроля 12JEC20CP802BXQ3 (на графике - синий) со средним значением остальных каналов контроля этот канал контроля будет отбракован по причине значительного отклонения от параллельных каналов контроля.

Можно предложить еще один способ проверки на соответствие параллельным каналам контроля, который является более устойчивым к наличию каналов контроля с недостоверными значениями. Для этого следует рассчитывать медианное значение по группе параллельных каналов контроля. Чтобы воспользоваться этим способом, первоначально все значения в группе параллельных каналов контроля необходимо отсортировать в порядке возрастания. После этого выбрать серединный элемент последовательности. Т.о. медианное значение рассчитывается по формуле [67]:

,

если количество параллельных каналов N - нечетное число.

Если N - четное число, то медианное значение вычисляется по формуле [67]:

,

где - медианное значение,

- значение с номером в отсортированной по возрастанию последовательности значений параллельных каналов контроля.

Преимущество этого способа проверки на соответствие параллельным каналам заключается в его простоте, а также в том, что этот способ более робастный, то есть более устойчив к наличию каналов контроля с недостоверными значениями.

Рисунок 2.7. Пример определения значения параллельных каналов контроля в случае вычисления по медианному способу

На рисунке 2.7 приведен пример показаний каналов контроля перепада давления на ГЦНА, где для сравнения с параллельными каналами контроля используется медианное значение параметра 12JEC20CP802XQ3 по группе параллельных каналов контроля (на графике красный). Верхний (синий) канал контроля признается каналом с недостоверными значениями, а нижний (черный) проходит проверку на достоверность при сравнении с параллельными значениями.

Рассмотрим условие для отбраковки по признаку соответствия значениям параллельных каналов контроля:

,

где - значение i-го канала контроля, - среднее или медианное значение параллельных каналов контроля, - допустимое отклонение.

Допустимое отклонение должно быть равно сумме погрешностей измерения отдельного канала и погрешности параллельных каналов (погрешности среднего или медианного значения):

,

где - погрешность i-го канала контроля, - погрешность параллельных каналов контроля.

В случае использования сравнения выделенного канала контроля со средним значением остальных каналов контроля необходимо рассчитывать погрешность среднего значения параллельных каналов по формуле:

где - количество параллельных каналов контроля,

- погрешность j-го канала контроля из группы параллельных каналов контроля.

Как правило, параллельные каналы контроля построены на одной элементарной базе, потому погрешность у них величина одинаковая. По этой причине формула (2.9) приходит к виду:



Рассмотрим расчет допустимого отклонения для перепада давления на ГЦНА в проекте НВАЭС-2. Как уже отмечалось выше, в проекте НВАЭС-2 установлено 6 однотипных датчиков контроля давления, каждый из которых заведен в свою стойку ПТК-З. Погрешность отдельного канала контроля перепада давления на ГЦНА, как мы определили выше, равняется 0.006 МПа.

Подставим известные величины в формулу (2.10). Количество параллельных каналов контроля N = 5 , так как всего каналов контроля 6, один канал контроля - рассматриваемый Величина погрешности j-го канала. Таким образом, получаем погрешность 0.001 МПа. Подставив полученное значение в формулу (2.8) получим допустимое отклонение рассматриваемого канала контроля от среднего значения параллельных каналов контроля для перепада давления на ГЦНА .

В случае использования медианного значения параллельных каналов контроля погрешность параллельных каналов контроля можно оценить по максимальному значению: в максимуме погрешность медианного значения будет равняться погрешности одного канала контроля:

,

Допустимое отклонение по формуле (2.8) в этом случае будет равно 2-м . Подставив значения в формулу (2.8) получим = 0.012 МПа. Таким образом, допустимое отклонение оказывается существенно больше, чем при использовании способа сравнения одного канала контроля с группой остальных. И в этом случае возможно ошибочное признание значений достоверными для канала контроля, в действительности имеющего недостоверные значения. Таким образом, возможный пропуск недостоверных показаний из-за большого допустимого значения отклонения является недостатком этого способа.

Однако такая оценка погрешности медианного значения весьма груба. В статистике не приводится теоретического описания расчета погрешности для медианного значения. Автором предлагается следующая оценка погрешности параллельных каналов контроля в случае использования медианного значения:

Медианное значение всегда находится ближе к действительному значению, чем среднее значение, по этой причине погрешность медианного значения всегда меньше или, в крайнем случае, равняется погрешности среднего значения для нескольких случайных величин. Соответственно, для оценки погрешности параллельных каналов контроля можно использовать формулу (2.10). В этом случае при подстановке значений погрешности канала получим, что погрешность параллельных каналов контроля МПа, и значение допустимого отклонения показаний канала контроля перепада давления на ГЦНА от показаний параллельных каналов контроля . В этом случае использование медианного значения для параллельных каналов контроля с критерием ГЦНА будет являться наиболее подходящим способом для реализации в системе диагностики СВРК.

2.6 Диагностика токов ДПЗ

При сборке реактора возможны ошибки подключения шлейфов КНИТ к аппаратуре, из-за чего будет наблюдаться ошибка в восстановлении поля энерговыделения в СВРК. Для обнаружения таких недостоверных показаний проводятся специальные проверки [68, 69]. Однако, кроме таких недостоверных показаний, связанных с некорректным положением датчиков, возможны недостоверные показания, связанные с деградацией свойств датчиков.

В этом случае проверить каналы контроля с датчиками ДПЗ можно по признаку не превышения допустимой погрешности вследствие «шума» показаний и сравнением со средним значением на интервале. Для проверки по первому признаку необходимо на временном интервале зафиксировать достаточное большое количество значений и рассчитать среднеквадратичное отклонение. После этого сравнить погрешность определения среднего значения с максимально допустимым значением. Приведем расчет максимально допустимого отклонения для тока ДПЗ (рисунок 2.8).

Рисунок 2.8. Схема расчета погрешности измерения тока ДПЗ

Ток ДПЗ определяется следующим образом. Родиевый детектор под влиянием нейтронного потока порождает электрический ток. В то же время в линии связи также возникает электрический ток под влиянием нейтронного потока, но существенно меньший, чем от родиевого эмиттера. Для компенсации влияния тока линии связи параллельно сигнальной жиле проложена фоновая жила. В блоке БПА (АЦП) происходит их сложение со своими знаками. Тем самым достигается получение тока ДПЗ, лишенного влияния линии связи. Согласно документации [71], погрешность тока ДПЗ составляет 0.004 мкА, погрешность тока фоновой жилы составляет 0.002 мкА. Так как токи ДПЗ и токи фоновой жилы являются независимыми, то для расчета суммарной погрешности необходимо использовать формулу:

,



где - погрешность тока сигнальной жилы,

- погрешность тока фоновой жилы,

погрешность тока ДПЗ

В соответствии с формулой (2.12) погрешность тока ДПЗ = 0.0045 мкА, округляя по правилам записи погрешности получим = 0.005 мкА. Таким образом, максимальная допустимая погрешность для тока ДПЗ составляет 0.005 мкА. Следующей проверкой на достоверность показаний является сравнение токов ДПЗ с режимными значениями. Показания токов ДПЗ прямо пропорциональны нейтронному потоку в месте размещения датчиков. Потому значения токов ДПЗ значительно разнятся по слоям размещения. По этой причине граничное значение, определяющее максимальное допустимое значение тока ДПЗ, должно быть различным для каждого слоя (см. рисунок 2.9).

Рисунок 2.9. График значений токов ДПЗ в одном СВРД по слоям

Значение тока ДПЗ сильно зависит от орбиты обогащения. По этой причине граничное значение должно определяться орбитой обогащения. Также понятно, что значение тока прямо пропорционально мощности РУ. С учетом этого автором предложена формула для граничных условий:



,

где - максимальное допустимое значение тока ДПЗ в i-том слое, в о-той орбите,

- коэффициент, задающий превышение над средними значениями,

KN - коэффициент мощности РУ от нуля до единицы, KN=1 при N=Nном,

- коэффициент, учитывающий распределение по высоте активной зоны,

- коэффициент, учитывающий распределение по орбите симметрии.

= ,

где ток ДПЗ в i-том слое в j-том СВРД

= ,

где количество СВРД в одной орбите симметрии.

В связи с тем, что существуют орбиты симметрии, в которых установлено менее 3-х СВРД, для них сравнение с параллельными каналами не используется, так как если в орбите симметрии только два канала контроля, то нет никаких оснований один считать достоверным, а другой с ним сравнивать. Только если в орбите симметрии имеется 3 и более СВРД, то можно, используя медианное значение, произвести сравнение с параллельными каналами контроля.

9. Разработан принципиальный методический подход к автоматизации проверок СВРК на основе разработанного автором специального программного обеспечения, включающий использование предложенного автором набора констант.

10. Предложен метод сравнения с режимным значением, в котором учтена зависимость нижнего и верхнего режимных значений от мощности.

11. Предложен метод оценки допустимого отклонения показаний в группах параллельных каналов контроля с использованием медианного значения. Показано, что величина погрешности медианного значения, определенного таким методом, существенно меньше погрешности среднего значения, что повышает надежность оценки достоверности канала контроля.

12. Предложен метод проверки каналов контроля энерговыделения с помощью ДПЗ, в котором учитываются зависимости показаний от обогащения, распределения по высоте и уровня мощности РУ. Предложено выражение, учитывающее эти зависимости.



Глава 3. Температурный контроль и контроль мощности РУ

3.1 Диагностика температурного контроля теплоносителя первого контура в горячем состоянии

Как говорилось выше, в первом контуре имеются датчики температурного контроля как зонные, так и петлевые. С целью корректного расчета подогрева на ТВС необходимо знать входные температуры, которые в современных СВРК рассчитываются на основе коэффициентов влияния петлевых температур в холодных нитках, для чего проводятся специальные испытания на этапе ввода энергоблока в эксплуатацию [72-76].

Проверка температурного контроля теплоносителя первого контура существенно отличается в зависимости от режима работу РУ. Проверку температурного контроля можно провести в горячем состоянии РУ и при работе РУ на мощности. В горячем состоянии РУ кроме проверки достоверности показаний датчиков температурного контроля теплоносителя первого контура можно провести тарировку этих датчиков. Рассмотрим этот случай. Проверку достоверности показаний датчиков температурного контроля можно провести аналогично общетехнологическим датчикам, входящим в ПТК-З (рис. 2.1). А именно, проверить на превышение погрешности предельно допустимой величины. Далее сравнить с режимным значением и с параллельными каналами.

Для определения максимально допустимой величины погрешности можно воспользоваться способом, описанным выше для перепада давления на ГЦНА. А можно использовать нормативный документ [71], определяющий допустимую погрешность измерений для температуры теплоносителя в холодной и горячей нитке ГЦТ, если установлены термометры сопротивления ТС. В соответствии с [71] максимальная погрешность измерения температуры с помощью ТС является величина 0.5 0С, с помощью ТП 1 0С.

В горячем состоянии РУ после длительного останова или при первом выходе на МКУ единственными поставщиками тепла является работающие ГЦНА. Количество теплоты, вносимой работающими ГЦНА, в соответствии с расчетом определения тепловых потерь на НВАЭС-2 составляет порядка 18.7 МВт. Это тепло рассеивается за счет тепловых потерь с первого контура (2.7 МВт для блока №1 НВАЭС-2) и остальное (16 МВт) отводится с паром из парогенераторов. По этой причине, строго говоря, температура теплоносителя первого контура неодинакова до и после парогенератора, что фиксируется как раз при измерении температуры холодных и горячих ниток.

Оценим величину разницы в показаниях температуры между датчиками в холодных и горячих нитках петель ГЦТ в горячем состоянии. Если отбор пара из ПГ прекратить, то мы будем наблюдать разогрев со скоростью 9.5 0С/час. Длина одной нитки ГЦТ, включая трубчатку ПГ и реактор, приблизительно составляет 60 м. Расход теплоносителя в петле составляет 27600 м3/час. Таким образом, скорость теплоносителя в петле составляет 48700 м/час, т.е. всю петлю ГЦТ теплоноситель проходит за 0,001 часа. Тогда за один оборот теплоноситель нагревается на величину порядка 0,01 0С. При отборе пара из ПГ разогрева не происходит, но эта разница возникает до и после ПГ, что фиксируется между температурой в горячих и холодных нитках ГЦТ в горячем состоянии РУ.

Как мы видим, эта величина много меньше погрешности измерения температуры с помощью одного термометра сопротивления. Погрешность средней температуры холодных ниток ГЦТ составит порядка 0,1 0С, что на порядок больше, чем величина различия температуры холодных ниток и горячих ниток ГЦТ. В этом случае величиной разницы в показаниях следует пренебречь. Тогда в горячем состоянии можно считать, что температура по всему первому контуру выровнена. В этом случае в качестве параллельных каналов контроля для петлевых и зонных датчиков температурного контроля можно использовать среднее значение показаний в холодных и горячих нитках ГЦТ.

Возникает вопрос, как рассчитать среднее значение показаний в холодных и горячих нитках ГЦТ? В расчет средней величины стоит брать только достоверные показания температуры. Каналы контроля с недостоверными показаниями необходимо отбросить. Автором предлагается следующий алгоритм для определения среднего значения параллельных каналов контроля. Первоначально определяется медианное значение по всем петлевым датчикам температурного контроля. Затем выполняется сравнение показаний каждого канала контроля с медианным значением по формулам (2.5), (2.6). Если отклонение от медианного значения больше определенной величины , то этот канал контроля отбрасывается из расчета среднего значения параллельных каналов контроля.

Определим предельную величину отклонения от медианного значения . Так как необходимо определить перечень каналов контроля, которые войдут в расчет средней величины, то можно задать как две величины погрешности измерения температуры с помощью одного канала контроля, которым в случае НВАЭС-2 является термометр сопротивления с допустимой погрешностью измерения 0.5 0С. Использование двух величин погрешности обосновывается тем, что можно считать совпадающими показания двух независимых каналов контроля, если их величины не отличаются с учетом погрешности. Таким образом, = 1 0С.

Далее, по тем каналам контроля, которые не отбракованы по вышеприведенному методу, производится расчет среднего значения параллельных каналов контроля. Погрешность определения среднего значения:

,

Где - погрешность среднего значения параллельных каналов контроля,

- погрешность отдельного канала контроля температуры с помощью ТС,

M - количество датчиков в расчете среднего значения параллельных каналов контроля, без исключенных каналов контроля.

Для проверки достоверности показаний датчиков температурного контроля можно предложить сравнение показаний каждого канала контроля со средней величиной параллельных каналов контроля, определенной по формуле (3.1).

Если значение показания отдельного канала контроля отличается от среднего значения параллельных каналов контроля меньше величины , то такой канал контроля признается каналом с достоверными показаниями. При этом необходимо определить величину предельного отклонения . Расчет производится по формуле (2.8).

Кроме 48 датчиков в петлях ГЦТ, установлено еще 150 ТП в активной зоне. Поэтому в качестве параллельных каналов контроля можно использовать их показания. Однако при проведении проверки температурного контроля на блоке №1 НВАЭС-2 на этапе физического пуска было обнаружено, что среднее значение по всем зонным ТП отклоняется от среднего значения по всем петлевым ТС на величину порядка 0.6 - 0.7 0С (рисунок 3.1).

Это означает, что показания по ТП смещены относительно показаний ТС. Повторная проверка показаний датчиков температурного контроля после работы энергоблока на мощности в течение 48 эффективных суток показала, что снова наблюдается смещение показаний всех ТП относительно ТС на величину около 0.3 °С. Это может говорить о неустойчивости характеристики ТП, возникающей в процессе естественного обжига во время эксплуатации энергоблока на мощности. По этой причине разумнее в качестве параллельных каналов контроля использовать только показания петлевых ТС.



Рисунок 3.1. Гистограмма распределения усредненных аддитивных поправок к показаниям каналов температурного контроля теплоносителя 1-го контура. Нововоронежская АЭС-2, блок №1, СВРК

3.2 Тарировка датчиков температурного контроля теплоносителя первого контура

Как показано выше, в горячем состоянии РУ температура теплоносителя первого контура выровнена по всем объему. Это позволяет провести тарировку датчиков температурного контроля теплоносителя первого контура. Первоначально необходимо определить опорную температуру теплоносителя первого контура, от которой следует рассчитать аддитивные поправки. Расчет опорной температуры можно провести несколькими способами.

Можно предложить рассчитать опорную температуру теплоносителя первого контура через давление в ПГ. Пар в парогенераторах находится в состоянии насыщения. В этом случае по известным формулам можно получить температуру, соответствующую давлению насыщения. Оценим погрешность определения опорной температуры таким способом. Согласно проекту НВАЭС-2 в ПГ установлены манометры давления с точностью 0.05МПа. Чтобы определить точность определения температуры в ПГ таким способом, можно воспользоваться программой вычисления свойств воды и пара WaterStreamPro [77]. Точность определения температуры через давление в ПГ получаем 0.5 0С. В каждом ПГ установлено по одному датчику давления. Тогда точность определения средней температуры теплоносителя получим 0.25 0С.

Рассмотрим другие способы определения опорной температуры теплоносителя первого контура. Можно использовать сами датчики контроля температуры в первом контуре. Их достаточно большое количество, и в этом случае погрешность определения опорной температуры будет небольшой. Как говорилось выше, по проекту блока №1 НВАЭС-2 в петлях ГЦТ установлены термометры сопротивления в количестве по 6 штук в каждой холодной и горячей нитке с погрешностью каждого канала контроля 0.5 0С, а также имеются термопары в КНИТах, установленные в активной зоне в количестве 150 штук с погрешностью каждого канала 1 0С. Можно предложить рассчитать опорную температуру только по ТП в зоне, можно только по ТС в петлях, а можно предложить комбинированный способ. В случае использования комбинированного способа расчета опорной температуры необходимо использовать разные весовые коэффициенты для петлевых ТС и зонных ТП, так как они имеют разную проектную погрешность измерения.

Однако в ходе пусконаладочных работ при вводе в эксплуатацию энергоблока №1 НВАЭС-2 выяснились такие особенности поведения ТП в зоне, как существенный дрейф показаний с течением срока эксплуатации. На этапе физического пуска показания всех ТП в среднем отличались на 0.6-0.7 0С относительно показаний петлевых ТС. Затем, при повторном проведении тарировки после ППР после 50 эффективных суток эксплуатации показания всех зонных ТП в среднем снова стали отличаться от петлевых ТС на величину около 0.3 0С. Причем на обоих этапах значение опорной температуры, определенной через давление насыщения в ПГ, совпадало со средним значением температуры по петлевым ТС. Таким образом, подтверждается предположение, что дрейф показаний имеется именно у зонных ТП. По этой причине для расчета опорной температуры в случае первого блока НВАЭС-2 целесообразно использовать только петлевые ТС.

Оценим точность определения опорной температуры при использовании только петлевых ТС. Среднее значение по всем 48 датчикам будет иметь точность 0.07 0С. Таким образом, способ расчета по петлевым ТС оказывается самым точным.

Рассмотрим подробнее способ определения опорной температуры, основанный на показаниях петлевых ТС. Для расчета опорной температуры необходимо использовать только достоверные показания каналов контроля. В этом случае можно использовать вышеописанный алгоритм (рис. 3.1), применяемый при расчете среднего значения параллельных каналов контроля с целью проверки достоверности показаний температурных каналов контроля в горячем состоянии.

3.3 Диагностика температурного контроля теплоносителя первого контура на мощности

Принципиальным отличием температурного контроля теплоносителя первого контура на мощности от аналогичной проверки в горячем состоянии является наличие подогрева на активной зоне, причем величина подогрева на одной ТВС отличается от подогрева на другой ТВС, и, естественно, будут наблюдаться различные показания температур на выходе. По этой причине также будут наблюдаться различные показания по температуре теплоносителя в горячих нитках ГЦТ, или так называемая стратификация теплоносителя в горячих нитках [78-85]. По этой причине проверка достоверности показаний каналов контроля температуры в холодных нитках несколько усложняется.

Показания каналов контроля в горячих нитках ГЦТ можно сравнить со средней температурой в горячих нитках с учетом расслоения теплоносителя. Величину расслоения теплоносителя трудно определить до проведения измерений на необходимом уровне мощности для каждого блока АЭС. Существуют сведения, что на серийных блоках ВВЭР-1000 расслоение теплоносителя доходит до величины 7-8 0С при работе на мощности 104% Nном. При анализе данных блока №1 НВАЭС-2 установлено, что величина расслоения теплоносителя при работе на 100% Nном составляет величину порядка 3-4 0С. Существенно меньшее значение расслоения теплоносителя в горячих нитках ГЦТ в проекте НВАЭС-2 (В-392М) в отличие от проекта В-320, возможно, объясняется значительно лучшим перемешиванием теплоносителя в месте расположения датчиков температурного контроля из-за более длинной выгородки реактора [86], которая не позволяет пристеночному потоку теплоносителя попадать на датчики контроля температуры без подмешивания с более горячими потоками через ТВС [87, 88].

...