Введение к работе
Актуальность проблемы. В период проведения планово предупредительных работ (ППР), при выполнении операций перегрузки ядерного топлива (ЯТ), безопасность атомных станций (АС) во многом зависит от эксплуатационного (технического, технологического и ресурсного) состояния перегрузочных машин (ПМ), обслуживающих активную зону ядерного реактора. Неконтролируемые изменения эксплуатационного состояния ПМ могут стать причиной аварии, характеризующейся выходом радиоактивных веществ за предусмотренные проектом границы.
На текущее техническое, следовательно, и, ресурсное состояние составных частей и элементов ПМ значительное влияние оказывают деградационные процессы старения металла, вызванные агрессивным характером водно-химической среды первого контура и циклическими воздействиями температурных и радиационных полей, а также характер и интенсивность реализуемых циклов механических нагружений. Выше перечисленные факторы обуславливают современные требования обеспечения безопасности, в том числе, путём организации оперативного мониторинга всех компонентов эксплуатационного состояния объектов, участвующих в реализации цикла обращения ядерного топлива АС.
В эксплуатационной практике АС оперативный контроль текущего состояния ПМ ограничен контролем условий и последовательности выполнения транспортно-технологических операций. Причиной тому являются недостаточная оснащённость штатной измерительной структуры и отсутствие апробированного метода построения информационно-измерительной системы, способной обеспечить необходимую для решения задач мониторинга организацию информационных потоков текущей и архивной информации о фактическом эксплуатационном состоянии всех составных частей, узлов и механизмов многофункционального объекта. По тем же причинам, текущий контроль технического состояния сводится к выполнению процедур опробования и проверок функциональной работоспособности основных узлов и элементов непосредственно перед началом работ на открытом реакторе, а оценка остаточного ресурса осуществляется путём анализа архивных данных протоколов и актов предшествующих перегрузочных кампаний. Условия выполнения силами ремонтного персонала технических процедур контроля ресурсного и технического состояния ПМ характеризуются повышенным радиационным фоном и жёсткими временными рамками ППР. Следствием чего является отсутствие в полной мере объективной информации о фактическом ресурсном и техническом состоянии ПМ.
Настоящее состояние проблемы определяет актуальность решения задачи создания современной многофункциональной, автоматизированной системы мониторинга эксплуатационного состояния ПМ. Практическое применение системы мониторинга повышает эксплуатационную безопасность ядерно-опасного объекта путём предотвращения развития исходных событий, влекущих за собой тяжёлые экономические и социальные последствия, связанные с затратами на ликвидацию ядерной аварии, неплановым простоем энергоблока и потенциально возможным переоблучением оперативного и ремонтного персонала АС.
-4-
Целью настоящей работы является создание эффективного метода
проектирования многофункциональной информационной системы,
обеспечивающей мониторинг эксплуатационного состояния объекта, важного для безопасной эксплуатации АС.
В процессе реализации цели настоящей работы решены следующие задачи.
Выделены элементы конструкции, определяющие текущее эксплуатационное состояние перегрузочной машины, путём анализа особенностей конструкции и технологического процесса перегрузки.
Определена необходимая информационная структура диагностической информации, обеспечивающая решение задач мониторинга эксплуатационного состояния перегрузочной машины.
Исследованы функциональные связи информационных компонентов и выполнена системная организация информационных потоков для решения задач мониторинга.
Введена мера допустимых отклонений контролируемых параметров на основе анализа природы и характера источников диагностической и ресурсной информации.
Определена общая структура многофункционального информационно-измерительного комплекса для проведения мониторинга эксплуатационного состояния перегрузочной машины.
Установлены основные требования к алгоритмическому обеспечению процедур мониторинга.
Выполнен метрологический анализ измерительного комплекса системы. Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что:
- впервые дано определение диагностической ситуации, которое
системным образом представляет информацию: о реализуемых элементами
системы функциях, о взаимосвязях этих функций, об условиях реализации
функций и их взаимосвязей, о критериях реализации функций;
- впервые дано описание информационного пространства технологических
процессов реализуемых многофункциональным роботизированным комплексом
перегрузки ядерного топлива, определены системная функция и системный
параметр для контроля и оценки ресурса его исполнительных элементов;
- впервые осуществлен синтез оптимальной структуры системы
мониторинга для контроля текущего технического, технологического состояния и
состояния ресурса механических устройств захвата кластера и захвата ТВС.
Практическая ценность работы состоит в возможности использования полученных теоретических результатов в качестве основы для разработки многофункциональных систем мониторинга комплексных объектов управления.
Внедрение результатов работы. Работа проводилась в рамках хоздоговоров с филиалами концерна ФГУП «Росэнергоатом» «Балаковская АЭС» и «Волгодонская АЭС» по темам: «Оценка остаточного ресурса машин перегрузочных, эксплуатируемых в составе энергоблоков 1-4 Балаковской атомной станции» и «Разработка системы мониторинга эксплуатационного состояния машины перегрузочной МПС - В-10003.У.4.2, зав. № 13, эксплуатируемой в составе энергоблока №1 Волгодонской АЭС», а также в рамках
хоздоговора с предприятием-изготовителем перегрузочной машины, ОАО «ЭМК-Атоммаш» - по теме: «Разработка канала виброакустического контроля эксплуатационного состояния рабочей штанги машин перегрузочных, поставляемых на энергоблоки №1,2 Тяньваньской АЭС (КНР)».
Результаты работы внедрены на энергоблоках №1,2 Тяньваньской АЭС и энергоблоке №1 Волгодонской АЭС.
Достоверность полученных результатов обусловлена корректной аргументацией положений по проектированию многофункциональных комплексов. Все, используемые в настоящей работе, теоретические положения подтверждены положительными результатами эксплуатации опытно-промышленных образцов системы мониторинга на вводимых в строй энергоблоках Тяньваньской АЭС (КНР) и действующем энергоблоке №1 Волгодонской АЭС.
Основные положения, выносимые на защиту:
Метод автоматизированного контроля текущего состояния ресурса по
параметрам нагружения и интенсивности срабатывания силовых и
исполнительных элементов рабочей штанги перегрузочной машины;
Структура многофункционального информационно-измерительного
комплекса системы мониторинга эксплуатационного состояния перегрузочной
машины;
Результаты экспериментальных исследований.
Апробация результатов исследования. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных технических совещаниях представителей организаций: ОАО «ЭМК-Атоммаш», ВЦ ВНИИАМ (Россия) - «ABB», «Ansaldo» (Италия), протокол технического совещания /China - Tianwan Project Minutes of 4th Meeting Moskow, 19-21 March 2002/, а также на семинарах и конференциях: второй Всероссийской, научно-технической конференции «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»/ г. Подольск, ОКБ «Гидропресс», 19 - 23 ноября 2001г; Международной научно-технической конференции «Новые технологии управления движением технических объектов». Секция 2 «Мехатроника, робототехника и интеллектуальные системы управления движением», г. Новочеркасск, 2000; на научном совете «Структурные методы проектирования сложных измерительных систем, 2007 г.; на семинарах кафедры "Информационные и управляющие системы" ВИ (ф) ЮРГТУ (НПИ), 1998-2005гг. на семинарах кафедры ВТ ВолгГТУ, 2006-2007 г.г.
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы, приложений. Работа изложена на 167 страницах, в том числе 18 таблиц, 72 рисунка. Список литературы содержит 123 наименования.
Личный вклад автора. Автор оптимизировал пути решения задачи системной организации информационного пространства для условий диагностической ситуации, задач системного синтеза информационных потоков и метрологического анализа информационно-измерительной системы мониторинга,
-6-сформулированных научным руководителем, осуществил их практическую реализацию, путём разработки и внедрения системы мониторинга эксплуатационного состояния ПМ на действующих энергоблоках АС.
