Введение к работе
Актуальность темы. Несмотря на передовую технологию и тщательный контроль при изготовлении твэлов реактора БН-600, отмечаются случаи образования дефектов в их оболочках. Для обеспечения безопасной и экономически эффективной работы реактора необходим непрерывный контроль герметичности оболочек (КТО) твэлов.
Штатная секторная система контроля герметичности оболочек твэлов (ССКГО) позволяет выявить наличие негерметичных по топливу ТВС (тепловыделяющих сборок, содержащих твэлы с негерметичноетью оболочек) во время работы реактора. Контроль основан на регистрации запаздывающих нейтронов, которые испускают продукты деления, попавшие в теплоноситель через дефект в оболочке твэла. Однако точность локализации этой системы в штатном режиме работы невысока.
Точное определение местоположения производится во время останова реактора путем последовательной проверки каждой подозреваемой сборки, что приводит к увеличению времени простоя реактора. Поэтому сокращение области возможного нахождения дефекта является актуальной задачей.
В диссертационной работе исследуется метод перекомпенсации нейтронного поля - активный метод, основанный на внесении локальных возмущений в различных частях активной зоны с помощью стержней системы управления и защиты (СУЗ) и регистрации отклика датчиков запаздывающих нейтронов (ДЗН). Метод перекомпенсации дает возможность определять местоположение негерметичных по топливу ТВС с высокой точностью и, тем самым, существенно сузить область поиска при выполнении работ по обнаружению дефектной ТВС на остановленном реакторе.
Наряду с традиционным способом применения метода перекомпенсации, требующим проведения специальных экспериментов на работающем реакторе, в диссертации предложена и исследована методика локализации, основанная на использовании результатов штатных перекомпенсаций. Новая методика перспективна и актуальна, поскольку не требует обоснования безопасности специальных экспериментов.
В настоящее время принята к выполнению Федеральная целевая программа «Развитие атомного знергопромышленного комплекса России на 2007-2010 годы и на перспективу до 2015 года», утвержденная постановлением Правительства №306 от 06.10.2006. В этой программе направление №4 «Переход к инновационным технологиям развития атомной энергетики» включает в себя строительство энергоблока с реакторной установкой типа БН-800, близкого по конструкции к БН-600. Таким образом, работа является актуальной как для существующего реактора БН-600, так и для нового перспективного реактора БН-800.
Цель диссертации - разработка методического, алгоритмического и программного обеспечения системы КГО, предназначенной для определения местоположения негерметичных по топливу ТВС методом перекомпенсации нейтронного поля. Система позволяет с высокой точностью определять местоположение
негерметичных ТВС на работающем реакторе и существенно сокращает время простоя реактора.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
-
Разработана методика определения местоположения негерметичных ТВС, устойчивая к зашумлению исходных данных и обладающая высокой чувствительностью при выделении полезного сигнала ДЗН.
-
Проведена модификация штатной методики проведения штатных перекомпенсаций на реакторе БН-600 для обеспечения возможности решения задачи определения местоположения негерм етичных ТВС.
-
Разработан алгоритм автоматического определения моментов движения стержней СУЗ реактора БН-600.
-
Разработана методика комплексного анализа откликов ДЗН, позволяющая уменьшить уровень ошибок при принятии решений о наличии негерметичной ТВС в исследуемом районе на основе учета коррелирован-ности показаний датчиков.
-
Разработана экспертная система, позволяющая определять зону расположения дефекта в период между проведением перекомпенсаций по соотношению активностей реперных радионуклидов в газовой подушке реактора и теплоносителе 1-го контура реактора БН-600.
Методы исследования. В качестве методов исследования применялись: разведочный анализ данных, методы цифровой фильтрации, методы проверки статистических гипотез, метод статистического моделирования бутстреп, регрессионный анализ и методы разработки экспертных систем.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Впервые проведено расчетно-экспериментапьное обоснование применимости методики перекомпенсации нейтронного поля для определения местоположения дефектных ТВС на реакторе БН-600. Предложенные оригинальные алгоритмы обработки результатов измерений позволили достичь высокой точности локализации негерметичных ТВС.
-
Впервые исследована возможность определения местоположения негерметичных ТВС при проведении штатных перекомпенсаций - регламентных работ по компенсации выгорания ядерного топлива.
-
Впервые показано, что для выделения и отбраковки откликов ДЗН, обусловленных изменением интегральной мощности реактора, может успешно применяться многомерная статистика Хотеллинга.
-
Впервые при решении задачи КГО использован байесовский подход для вероятностного учета неопределенности в расчетах активностей реперных радионуклидов в газовой подушке реактора и теплоносителе 1-го контура.
Достоверность научных положений обеспечивается следующими факторами:
хорошим согласием результатов применения разработанных методов локализации негерметичных сборок с полученными на остановленном реакторе прямыми данными по их реальному местоположению;
большим объемом обработанных данных, полученных при проведении перекомпенсаций в разных микрокампаниях реактора и при различных положениях решетки КП-ТК (уровнях выгорания топлива);
использованием как параметрических, так и непараметрических статистик, устойчивых к выбросам; проведение статистического моделирования методом бутстреп.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
-
Научные результаты воплощены в алгоритмическом и программном обеспечении системы обнаружения дефектных сборок FLUT-600, которая внедрена в опытную эксплуатацию на реакторе БН-600. В диссертации представлена модифицированная версия системы, включающая в себя подсистему локализации негерметичных ТВС по результатам специальных перекомпенсаций, подсистему ведения базы данных, полученных при проведении штатных перекомпенсаций, и подсистему проведения локализации на основе этой базы данных.
-
Применение штатных перекомпенсаций для решения задачи КТО, в отличие от специальных экспериментов, позволяет избежать непростой процедуры обоснования безопасности экспериментов.
-
Для повышения точности и достоверности результатов локализации разработано алгоритмическое и программное обеспечение экспертной системы, позволяющей уточнять зону расположения дефекта по соотношению активностей реперных радионуклидов в газовой подушке реактора и теплоносителе 1-го контура.
-
Методические разработки автора используются в учебном процессе на кафедре АКИД при выполнении курсового проекта в рамках изучения дисциплины «Обнаружение и фильтрация сигналов».
Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в решении всех задач, изложенных в диссертации. Разработал подсистему передачи данных по перекомпенсациям с измерительно-вычислительного комплекса Бе-лоярской АЭС, исследовал влияние особенностей системы регулирования реактора БН-600, вьшолнил анализ накопленной базы данных по перекомпенсациям, разработал методику определения местоположения негерметичных ТВС, алгоритмическое и программное обеспечение модифицированной версии системы FLUT-600.
На защиту выносятся:
результаты анализа данных специальных реакторных экспериментов по обоснованию применимости метода перекомпенсации нейтронного поля для определения местоположения негерметичных ТВС в реакторе БН-600, методика определения местоположения негерметичных ТВС;
модификация программы проведения штатных перекомпенсаций для решения задачи локализации негерметичных ТВС, алгоритмы и программы системы анализа результатов перекомпенсаций FLUT-600, включая применение многомерной статистики Хотеллинга для выявления районов активной зоны, содержащих негерметичные ТВС;
алгоритмы и программа BAYES-600 байесовской экспертной системы для определения зоны расположения негерметичных ТВС по соотношению активностей реперных радионуклидов в газовой подушке реактора и теплоносителе 1-го контура.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на всероссийских и международных семинарах и конференциях:
Международный научно-технический семинар МХО Интератомэнерго «Методы и средства контроля, диагностики и ремонта оборудования АЭС», Москва, 1989г.
Всероссийский семинар секции №3 «Динамика, теплогидравлика и безопасность реакторов и АЭС» НТС №1 Минатома России «Современные методы и средства диагностики ЯЭУ», Обнинск, 2001г.
VIII Международная научно-техническая конференция «Безопасность АЭС и подготовка кадров», Обнинск, 2003г.
X Международная научно-техническая конференция «Безопасность АЭС и подготовка кадров», Обнинск, 2007г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано: 3 статьи в научно-технических журналах, 6 публикаций в сборниках и трудах конференций. Получены 2 авторских свидетельства РФ на регистрацию программ для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и трех приложений. Работа изложена на 168 страницах основного текста, содержит 64 рис., список литературы из 76 наименований.
