Содержание материала

Алгоритм работы системы аварийной защиты парогенератора в условиях АЭС
Под алгоритмом работы системы аварийной защиты понимаются формирование и взаимосвязь команд, последовательность и режимы исполнения операций по обеспечению безопасности парогенератора во всем возможном спектре течей.
Алгоритмы формирования сигналов, связанных с истечением воды в натрий. Применение в пределах одного парогенератора различных устройств индикации течи, основанных на разных физических принципах (например, измерение концентрации водорода в натрии или газе и флуктуации расхода натрия), а также использование различных предельных величин, характеризующих аварийный процесс (например, повышение абсолютного уровня концентрации или скорости ее изменения во времени), как правило, требуют комплексной обработки поступающих на ЭВМ сигналов по специальным алгоритмам.
Используемые в настоящее время математические модели (алгоритмы) можно условно разделить на три типа.
Тип I — достаточно полная система уравнений, которая учитывает показания устройств индикации течей, нарушения в их работе, а также возможные отклонения технологических параметров натриевого контура, способных повлиять на показания систем индикации.
Тип II - упрощенная система уравнений, решение которой ориентировано на использование значительных по величине аварийных уставок по основным индикаторам течи (например, резкое увеличение концентрации водорода в натрии или резкое увеличение расхода натрия на выходе из парогенератора).
Тип III - система уравнений, которая дает информацию об основных параметрах аварийного процесса (расход воды; размер разрушения; количество воды, попавшей в натрий; количество примесей в теплоносителе и т. д.).
Алгоритмы I и III типов реализуются на ЭВМ, входящих в комплекс автоматической системы управления технологическими параметрами (АСУ ТП) АЭС. Наиболее часто они используются в режиме оперативной поддержки оператора, который с учетом получаемой информации принимает решение по управлению парогенератором и АЭС. Алгоритм II типа, как правило, реализуется на специальных микропроцессорных устройствах повышенной надежности. Сигналы, вырабатываемые этими устройствами, чаще всего используются в качестве управляющих для воздействия на САЗ парогенератора в автоматическом режиме.
Таким образом, для формирования сигналов, непосредственно влияющих на срабатывание системы защиты парогенератора, используются алгоритмы I и II типов. Следует также отметить, что информация, получаемая с ЭВМ по всем алгоритмам (особенно по алгоритму III типа), необходима для оперативного анализа аварийного процесса с целью планирования после аварийных мероприятий и прогнозирования объема ремонтных работ.
Вся входная информация, поступающая на ЭВМ с индикаторов течи и требуемая для функционирования алгоритмов, проходит предварительную обработку и нормировку в заданных кодах. Принципиальная схема формирования управляющих сигналов в САЗ ПГ представлена на рис. 5.14.
Основные принципы построения алгоритма I типа можно свести к следующему положению. При математической обработке сигналов устройств индикации течи, поступающих на информационно-вычислительную систему (ИВС) АСУ ТП блока, выполняются следующие операции:
рассчитывается значение основного параметра устройства по каждому из каналов (концентрация водорода в натрии — индикатор типа ИВА, концентрация водорода в газе — индикатор типа СОВ, усредненное значение расходомерного или ’’пузырькового” сигналов — индикатор типа ИШИТ и т. д.). Расчетные значения концентраций по каждому из индикаторов корректируются через коэффициент чувствительности или нормирующий коэффициент из предположения равенства исходной концентрации на всех устройствах;

управляющих сигналов в САЗ парогенератора
рассчитываются локальные отклонения концентраций или других сигналов для каждого из каналов (будем далее рассматривать секционную схему парогенератора как более общий случай, тогда каждый из измерительных каналов будет соответствовать определенной секции);
рассчитывается темп изменения измеряемых параметров;
анализируется состояние технологических параметров систем, влияющих на работоспособность или на достоверность показаний устройств индикации;
проверяется работоспособность собственно устройств индикации; проводится сравнительный анализ расчетных величин, характеризующих состояние натриевого контура; на основании этого анализа с учетом состояния технологических систем и собственно индикаторов формируются следующие сигналы; информационные об отклонении режимов работы устройства индикации или его элементов от заданных; информационные об ухудшении характеристик устройства индикации течи или неисправностях в нем; предупредительные об отклонении контролируемого параметра или достижения им заданного значения; аварийные типа течь  секции парогенератора, течь в парогенераторе.

Рис. 5. 14. Принципиальная схема формирования

По системе регистрации изменения расхода натрия. Обработка сигналов устройств измерения расхода натрия обычно сводится к определению следующих величин:
усредненного расходомерного сигнала при заданном числе измерений на выбранном интервале измерений Li и заданном числе измерений в секунду Ι1:
(5.25)
отклонению расходомерного сигнала ί-го датчика от среднего значения на заданном интервале времени Δτ с числом измерений L2:

(5.26)
По системе регистрации пузырьков водорода в потоке натрия. Определение среднего ’’пузырькового” сигнала Ιпз расходомерного датчика i-го канала:
(5.27)
Определение среднеквадратичного значения флуктуационной составляющей пузырькового сигнала:
(5.28)
По системе измерения давления. Наиболее информативным признаком изменения состояния газовой полости является темп изменения давления на заданном интервале m2∆τ. Тогда
(5.29)
Обычно осуществляется следующий анализ технологических параметров, влияющих на работу индикаторов течи.
По концентрации водорода в натрии вычисляется и учитывается отклонение температуры натрия, омывающего никелевую мембрану; вычисляется и учитывается отклонение сигнала датчика магнитного расходомера на линии подачи натрия на ί-й индикатор течи; определяется и учитывается отклонение температуры натрия на выходе из холодной ловушки.
По системе измерения концентрации водорода в газе контролируется наличие расхода исследуемого газа через чувствительный элемент индикатора, контролируется и учитывается температура в термостатах датчика и фильтра - ловушки паров натрия на газовых линиях.
Признаками нарушения работоспособности индикаторов течи наиболее часто являются исчезновение (ИВА) или зашкаливание (СОВ) токового сигнала при обрыве измерительной или питающей цепей, а также повышенный шум токового сигнала (ИВА).
На основании анализа перечисленных выше технологических параметров и сравнения с допустимыми нормами формируются информационные сигналы об их отклонении. Иноформационные сигналы об отказах в индикаторах течи формируются по отмеченным выше признакам нарушения их работоспособности.

Предупредительные сигналы об истечении воды в натрий в парогенераторе (или в i-й секции) формируются при достижении заданным параметром (например, абсолютным значением концентрации, скорости ее изменения и т. д.) значения предупредительной уставки.
Аварийный сигнал ”Течь воды в натрий в i-й секции” формируется при достижении соответствующего локального параметра предельного (аварийного) значения либо если совокупность изменений нескольких параметров однозначно указывает на наличие течи в i-й секции [например, зарегистрировано отклонение расходомерного сигнала в i-й секции от среднего значения и одновременно с этим темп изменения концентрации водорода в натрии (или газовой полости) той же секции достиг аварийной уставки].
Обязательным условием, при котором допускается формирование аварийного сигнала, должно быть отсутствие информационных сигналов об отклонении режимов работы, ухудшении характеристик или неисправностях в соответствующих устройствах индикации.
В каждом конкретном случае предупредительные и аварийные уставки назначают по результатам пусконаладочных работ на натриевом контуре и системах индикации с учетом фоновых значений регистрируемых параметров в реальной чувствительности измерительных устройств.
Сигнал об аварийном состоянии парогенератора i-й петли должен характеризовать состояние конструкции, когда при отсутствии сигнала ’’Течь i-й секции” параметры в натриевом контуре тем не менее достигли аварийных уставок, или из-за наличия аварийных эффектов уже произошло срабатывание одного из элементов системы защиты ПГ и дальнейшая эксплуатация парогенератора невозможна, или при срабатывании САЗ по сигналу ”Течь ί-й секции” (для секционной схемы) алгоритм отключения секции не сработал. Иноформативными параметрами в этом случае являются сигналы об изменении характеристик натриевого контура всей петли, характеристик нескольких секций (выделение аварийной уставки при этом невозможно), а также сигналы об отказе или срабатывании одного из предохранительных устройств или одного из исполнительных механизмов системы защиты. При этом остается в силе требование отсутствия информационных сигналов, связанных с нарушением режимов работы или неисправностями в устройствах индикации.
Основной особенностью алгоритма II типа по отношению к алгоритму I типа является его простота, которая достигается за счет отказа от требований к ЭВМ в отношении проверки исправности измерительного канала и анализа технологических параметров, влияющих на показание индикаторов; уменьшения числа логических операций, связанных с анализом соотношения параметров, регистрируемых различными индикаторами; отбора наиболее информативных параметров, не требующих подтверждения по другим каналам.

Сокращение объема вычислений совместно с уже отмеченным ранее использованием аварийных уставок, существенно превышающих их значения по алгоритму I типа, позволяет повысить надежность вычислительных устройств и снизить вероятность ложных срабатываний, а следовательно, использовать указанный алгоритм в автоматическом режиме. При этом алгоритм II типа резервирует алгоритм I типа в отношении обеспечения безопасности парогенератора в случае перехода аварийной ситуации в стадию с более сильно выраженными эффектами.
Приведенные примеры алгоритмов обработки информации, поступающей с индикаторов течи, и формирования аварийных сигналов на срабатывание САЗ, безусловно, не охватывают всех возможных вариантов их реализации на практике. Рассмотренные алгоритмы наиболее сложны и характерны для секционных схем парогенераторов, где требуется выявлять дефектную секцию по сигналам различных индикаторов течи. Для интегральных схем возможно использование более простых алгоритмов без применения ЭВМ.
Так, на парогенераторе АЭС БН-350 большая течь фиксируется по сигналам электроконтактных манометров при увеличении давления в газовой полости. Аварийный сигнал может также формироваться при разрыве электрической цепи, связанном с разрушением предохранительной мембраны, или по замыканию электрических контактов при протоке натрия через сбросные трубопроводы (АЭС PFR, ’’Феникс”, ’’Супер- Феникс”).
Алгоритмы определения параметров аварийного процесса в эксплуатационных условиях. Для правильной оценки ситуации, связанной с истечением воды в натрий, важно не только своевременно сформулировать аварийный сигнал и привести в действие САЗ парогенератора, но и знать после аварийное состояние натриевого контура и его элементов. В связи с этим в перечень задач, решаемых на ЭВМ в информационно-вычислительной системе АСУ ТП блока, обычно включается алгоритм определения основных параметров аварийного процесса (массы воды, попавшей в контур; количества продуктов реакции в теплоносителе; расхода воды; возможного размера повреждения конструкции модуля и т. п.).
Рассмотрим секционную схему парогенератора как наиболее общий случай в отношении работы устройств индикации течей.
Расчет массы воды, попавшей в контур. Запуск расчетного алгоритма (т=0) осуществляется при достижении концентрации водорода в натрии на одной из секций (i=1) заданного фонового значения (Ciφ).
Текущая концентрация вычисляется по (5.15) алгоритма I типа. Зафиксированная секция считается аварийной, при этом

128
(5.30)