;docx

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Опыт создания моделирующего комплекса
для АЭС с РУ БН-1200
В.А. БОЛНОВ, И.С. ЗОТОВ,
С.А. МАЛКИН, А.С. УШАТИКОВ,
ОАО «ОКБМ Африкантов»
Проекты энергоблоков АЭС наряду с обоснованием безопасности должны проходить
процедуру верификации – проверки проекта
и его отдельных частей на моделях и экспериментальных данных, что соответствует рекомендациям МАГАТЭ[1]. В актуальной ревизии
Европейских требований (EUR(D)) проект АЭС
должен сопровождаться «инженерным симулятором» или моделирующим комплексом, который помимо верификации проектных решений
должен использоваться как средство исследования динамических свойств установки на
ранней стадии проектирования и поддержки
эксплуатирующей организации.
Применение моделирующих комплексов
позволяет конструктору (проектировщику) оперативно анализировать последствия отказов
отдельного оборудования и принимать обоснованное решение по необходимой степени
резервирования. Моделирующий комплекс
является удобным инструментом для отработки
алгоритмов автоматики и режимов при проектировании реакторной установки.
В ОАО «ОКБМ Африкантов» накоплен большой опыт создания моделей, предназначенных
для отладки комплексных систем управления,
компьютерных тренажеров и симуляторов для
установок различных типов[2, 3]. Но особую
актуальность создание моделирующих комплексов приобретает при проектировании
инновационных реакторных установок.
Главной особенностью работ по созданию
моделирующего комплекса для АЭС с РУ БН1200 является разработка моделирующего
комплекса на этапе технического проекта, что
позволяет проводить проверку эффективности
принимаемых технических и технологических
решений по основным и вспомогательным
системам, оптимизацию алгоритмов управления оборудованием и системами в различных
режимах работы АЭС.
На этапе технического проекта целями создания моделирующего комплекса являются:
– проведение комплексной валидации
проекта АЭС;
– моделирование режимов работы АЭС с
целью обоснования технических и технологических решений по основным системам РУ и
системам управления;
– подтверждение технических и технологических решений по системам и оборудованию
АЭС;
– отработка алгоритмов управления оборудованием и системами РУ в составе проекта
систем контроля и управления;
– проверка эксплуатационных пределов
АЭС.
62
АТОМНЫЙ ПРОЕКТ
Структура моделирующего комплекса
АЭС с РУ БН-1200
Моделирующий комплекс представляет собой совокупность расчетных кодов (РАСНАР-БН,
SimInTech), объединённых в мультизадачу с программными оболочками, обеспечивающими
выполнение расчета, связь кодов и графического интерфейса ввода-вывода, а также аппаратные средства, необходимые для моделирования
процессов АЭС в реальном времени.
Моделирующий комплекс включает в себя:
„zмодель активной зоны, включая точечную модель кинетики нейтронов;
„zтеплогидравлические модели первого
и второго контуров, промежуточного и воздушного контуров САОТ;
„zграничные условия по третьему контуру;
„zмодель системы управления;
„zвидеокадры и упрощенную модель пультов управления.
Теплогидравлическая модель
Теплогидравлические модели первого и
второго контуров, промежуточного и воздушного контуров САОТ, а также граничные условия
по третьему контуру были созданы на базе
программного комплекса (ПК) РАСНАР-БН. Расчетная схема в ПК РАСНАР-БН формируется
по свободному принципу, обеспечивающему
возможность выбора пользователем состава моделируемого оборудования, тепловых
Рис. 1. Пример расчетной схемы
и гидравлических связей между элементами
установки, разбиения элементов на расчетные
участки в зависимости от целей расчета. В
рамках данной работы ПК РАСНАР-БН был
доработан в части возможности стыковки с
ПК SimInTech, а также в части повышения
устойчивости расчета воздушных контуров.
Исходные данные для моделирования были
сформированы в виде интерактивных расчетных
схем в среде SimInTech. Для этого ПК SimInTech
был дополнен новой библиотекой блоков, соответствующих элементам ПК РАСНАР-БН.
Расчетная схема первого контура описывает основной тракт циркуляции для каждой из
четырех петель, в который входят газо-натриевые объемы, промежуточный и автономный
теплообменники, ГЦН-1, обратный клапан,
клапан АТО и напорные трубопроводы. В расчетной схеме тракт циркуляции второго контура для каждой из четырех петель включает
ПТО, два модуля ПГ, ГЦН-2, газовые объемы,
трубопроводы и арматуру. Расчетная схема
третьего контура включает в себя ПГ, коллектор на входе в ПГ и граничные условия.
На рисунке 1 приведен пример внешнего
вида расчетной схемы.
Модель системы управления
Математическая модель системы управления (СУ) РУ была разработана в формате
ПК SimInTech. Исходные данные для модели
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Рис. 2. Видеокадр контроля нейтронного
потока
представляют собой совокупность файлов,
содержащих все данные по моделируемым
алгоритмам, базу данных сигналов, а также
информацию о сетевых настройках ПО, данные, необходимые для обмена с моделью РУ.
В ПК SimInTech исходные данные для модели
СУ РУ представлены в виде графических диаграмм функциональных блоков. Это обеспечивает простоту и наглядность представления
создаваемых алгоритмов. Непосредственно
математическая модель создается автоматически при запуске расчета.
Модель СУ включает модель системы измерений, алгоритмы перемещения регулирующих
органов, алгоритмы формирования сигналов
АЗ и ПЗ, автоматический регулятор мощности.
Всем сигналам СУ, элементам арматуры,
насосам, элементам системы измерения было
присвоено имя в соответствии с KKS.
Пульт управления
Виртуальный пульт оператора представляет собой стендовую часть рабочего места
оператора, которое содержит в себя средства
отображения мозаичных панелей и видеокадров. Пульт оператора позволяет тестировать
эргономику видеокадров, обосновывать функции оператора, а также проводить управление
расчетом и визуальную демонстрацию работы
математической модели энергоблока. Виртуальный пульт управления полностью эмулирует
реальный пульт управления.
Разработка видеокадров мозаичных панелей и видеокадров произведена на базе
программного комплекса SimInTech, который
обладает полной библиотекой виртуальных
элементов управления и контроля, применяемых на мозаичных панелях (рисунок 2). Разработка велась на базе мозаичных панелей
и видеокадров проекта БН-800. Элементы
управления и контроля разработанных видеокадров и мнемосхем «привязаны» к базе
данных моделирующего комплекса.
Возможности комплекса по объему
моделируемых режимов
Моделирующий комплекс РУ БН-1200
предоставляет возможность реалистичного
динамического моделирования нейтронно-физических и теплогидравлических процессов в
основных системах и оборудовании в режимах
нормальной эксплуатации и режимах с нарушением нормальной эксплуатации:
„zпереходные режимы снижения мощности со 100 %;
„zотключение циркуляционных насосов
первого и второго контура на номинальном
режиме;
„zрежим со снижением или полной потерей питательной воды парогенератора (ов);
„zпотеря системного электроснабжения
АЭС БН-1200.
Структура комплекса позволяет расширять
номенклатуру рассчитываемых режимов, увеличивая состав моделируемого оборудования
и систем, создавая на его базе стенд для отладки системы управления, полномасштабный
или функциональный тренажер.
Пример использования комплекса
для расчета режимов и отработки
алгоритмов управления
Одним из применений моделирующего
комплекса является отработка алгоритмов системы управления. Представление алгоритмов
в виде функциональных схем позволяет значительно сократить сроки внесения изменений
в модель системы управления и не требует от
разработчика глубоких знаний языков программирования. В качестве примера можно
рассмотреть задачу выбора режима работы
шиберов ВТО при расхолаживании в случае
потери системного электроснабжения АЭС.
Данное исходное событие приводит к снижению расходов по первому и второму контурам,
мощности теплоотвода третьим контуром и, как
следствие, к увеличению температуры теплоносителя в реакторе. В качестве исходного
состояния рассмотрим работу РУ на четырех
петлях на номинальной мощности.
Для предотвращения указанных выше последствий в проекте предусмотрено срабатывание АЗ с подключением САОТ. Рассмотрим
возможность осуществления расхолаживания
в случае потери системного электроснабжения
при одновременном участии САОТ и оборудования третьего контура. Рассмотрим вариант
участия третьего контура при снижении давления за ПГ до 6 МПа и работе ВПЭН с подачей 10 % Dном для двух алгоритмов работы
шиберов ВТО.
Моделируемая последовательность работы
систем РУ для предложенного варианта приведена в таблице 1.
Результаты анализа влияния заданного
значения температуры натрия на выходе
из ВТО (рисунки 3-5) показали, что плавное
снижение температуры натрия на выходе
ВТО с 310° С до 230° С (для рассматриваемого значения расхода по третьему контуру и
давления за ПГ) может привести к снижению
мощности, отводимой САОТ, к прекращению
расхода теплоносителя по первому контуру и
промежуточному контуру АТО и, как следствие,
«замерзанию» натрия в ВТО.
Таблица 1. Моделируемая последовательность работы систем РУ
Событие
Время, с
Снижение частоты вращения ГЦН-1 до 0
0 – 125
Снижение частоты вращения ГЦН-2 до 125 об/мин
0 – 28
Формирование сигнала АЗ «Потеря системного электроснабжения»
2
Ввод отрицательной реактивности 0,0206 К/К от стержней АЗ
2,7 – 3,7
Открытие шиберов ВТО (4 САОТ)
2,5 – 22,5
Закрытие отсечных секций выходных шиберов и изменение заданного значения температуры на выходе из ВТО - 310° С
При снижении температуры на входе в ВТО
до 500°С
Вариант 1: Заданное значение температуры на выходе из ВТО
начинает снижаться с 310 до 230°С со скоростью 30°С за час
При снижении температуры на входе в ВТО
до 400°С
Вариант 2: Заданное значение температуры на выходе из ВТО
изменяется на 230°С
при снижении температуры на входе в ВТО
до 400°С
Рис. 3. Изменение расхода теплоносителя
Рис. 4. Изменение расхода теплоносителя
Рис. 5. Изменение температуры теплоносителя
Таким образом, проведенные оценочные
расчеты показали, что расхолаживание в случае потери системного электроснабжения при
одновременном участии САОТ и оборудования
третьего контура возможно при расходе питательной воды 10% и втором алгоритме работы
шиберов ВТО.
Из приведенного выше материала видно, что на любой стадии проектирования РУ
разработчик, используя моделирующий комплекс в качестве рабочего инструмента, имеет
возможность выбрать исследования любой
сложности, разрабатывать и оптимизировать
принципы регулирования параметров установки. Это достигается за счет использования
современных средств моделирования системы
управления установкой.
В ОКБМ создан моделирующий комплекс
АЭС с РУ БН-1200, обеспечивающий оперативное исследование динамических характеристик при проектировании РУ и упрощающий
процесс оптимизации алгоритмов управления.
В настоящее время идёт детализация
модели реакторной установки и разработка
модели паротурбинной установок, расширение
моделирования системы управления, которые
позволяют перейти к моделированию энергоблока в целом.
1. INSAG-10. Defence in depth in nuclear safety //
IAEA. 1996.
2. Ф.М. Митенков, Н.Г. Кодочигов, В.А. Болнов и др.
Разработка симулятора для проектирования реакторной установки ГТ-МГР // ВАНТ. 2004. С. 90-97.
3. А.Г. Эзеков, А.Н., Цыгвинцев, И.С. Зотов и др. Создание комплексной математической модели ЯЭУ в среде
САПР МВТУ-4 // Материалы XI молодежной научнотехнической конференции «Взгляд в будущее-2013».
СПб – ОАО «ЦКБ МТ «Рубин», 2013. С. 176-178.
АТОМНЫЙ ПРОЕКТ
63