БЛОЧНЫЙ ПУНКТ УПРАВЛЕНИЯ В ПРОЕКТАХ НОВЫХ АЭС В.В. Зверков ОАО «ВНИИАЭС»

Дисплейный способ контроля и управления с использованием рабочих станций системы верхнего блочного уровня (РС СВБУ) в составе цифровой АСУ ТП – основа построения БПУ в современных проектах АЭС. За период годы в России реализованы 5 новых проектов АЭС, среди которых дисплейный способ управления отсутствует только на БПУ энергоблока 2 Ростовской АЭС. В остальных проектах (АЭС в Иране, Индии, Китае, энергоблок 3 Калининской АЭС) и всех новых АЭС (НВАЭС-2, ЛАЭС-2, энергоблок 4 Белоярской АЭС) дисплейный способ управления как основной совмещен с резервными индивидуальными средствами контроля и управления на основе мозаичных панелей.

Определяющим для выбора компоновки и решений являются технологические требования, которые определяют объем, возможности и подходы к созданию БПУ. Технические решения по управлению энергоблоком направлены: 1)В условиях HЭ - на автоматическое поддержание параметров для экономичной и безопасной выработки электроэнергии, на обеспечение безошибочности действий персонала и обеспечение, в максимально возможной степени, информационного обеспечения персонала во всех режимах эксплуатации АС; 2)при нарушении нормальной эксплуатации - на возврат энергоблока в нормальные условия эксплуатации без работы систем безопасности, на предотвращение проектных исходных событий (ПИС), на сохранение работоспособности систем и оборудования, на предотвращение необоснованного отключения систем нормального энергоснабжения, теплоотвода, несанкционированного подключения систем безопасности, систем пожаротушения и др.; 3)В условиях предаварийной ситуации - на возврат энергоблока в нормальные условия эксплуатации с использованием систем безопасности, предотвращение перерастания в проектную аварию; 4)В условиях проектной аварии - на снижение последствий ПА и защиту неповрежденных барьеров, предотвращение перерастания проектной аварии в запроектную; 5)В условиях ЗПА – на снижение ее последствий, предотвращение тяжелого повреждения топлива.

Технологическое оборудование энергоблока, все технические, программные и информационные средства АСУ ТП подразделяются на функционально-технологические группы (ФТГ) в соответствии с решаемыми локальными технологическими задачами. Функциональное деление технологического процесса с цифровой АСУ ТП и с развитой автоматизацией управления выполняется с целью: -оптимизации компоновки средств управления и контроля для реализации принятого функционального принципа управления – автоматизированное и автоматическое управление функциями (основными и вспомогательными) технологического процесса АС и функциями обеспечения безопасности; -оптимизации оперативных полей управления и контроля персонала в составе пунктов управления и, как следствие, выполнения оптимизации функциональных задач персонала и численности оперативного персонала; -организации управления проектирования (в последовательности выработки исходных данных для проектирования), поставки оборудования и последовательности и плановости ПНР функциональных технологических групп.

Общий подход к формированию пунктов управления энергоблока. 1) Контроль и управление основными технологическими задачами, вспомогательными технологическими задачами, косвенно связанными с ОТП, функциями безопасности реализуется с БПУ во всех режимах и состояниях использования АС; 2) Уровень автоматизации технологических процессов энергоблока должен позволять эксплуатировать энергоблок без постоянного присутствия персонала на местных пунктах управления (контроля) или по месту. 3) На местных пунктах или по месту реализуются выполнение только следующих операций, входящих в состав основных технологических задач: -подготовка оборудования (технологических узлов) к пуску согласно инструкциям по эксплуатации; -периодический профилактический и визуальный контроль состояния технологического оборудования (узлов) локальная диагностика оборудования, технологических узлов не требующих вывода результатов диагностики на централизованные пункты и оперативной связи с ними. 4) Разделение ответственности между разными операторами одного или различных пунктов управления выполняется так, чтобы каждая отдельная, достаточно обособленная, технологическая задача была целиком в зоне ответственности одного оператора. Этот принцип определяет оперативную ответственность оператора и количественный состав соответствующих средств контроля и управления. 5) Основой для разделения ответственности между операторами является структура функционального деления энергоблока

Для определения объема управления с панельных щитов применяются следующие концептуальные положения по управлению энергоблоком: -индивидуальное автоматизированное управление и контроль с панелей и с пультов реализуется для решения следующих задач управления при отказе дисплейного способа управления: а) обеспечить контроль состояния блока при полном кратковременном отказе дисплейного способа управления в состоянии Работа на мощности; б) обеспечить контроль работы функционально-группового управления; в) обеспечить управление и контроль разгрузки блока и перевода его в состояние «Горячий останов» минимальным количеством средств, в случае наложения полного отказа дисплейного управления и нарушений условий нормальной эксплуатации или при невозможности восстановления дисплейного управления; -действий оператора по изменению состояния энергоблока, которое имело место в момент отказа дисплейного управления, не требуется, т.к. управление блоком обеспечивается от ПТК нижнего уровня. Требуется только контроль условий НЭ и параметров безопасности на мониторах СУЗ, ЭКП. На щитовых панелях и пультах, в сочетании с экраном коллективного пользования, мониторов резервного контроля на панелях безопасности и мониторов СУЗ, обеспечивается достаточный объем информации для контроля состояния технологического процесса. -резервные средства управления функциями безопасности должны располагаться в локальной зоне щитовых панелей. -средства управления оборудованием систем безопасности, должны компоноваться на локальных, по числу каналов систем безопасности, панелях безопасности. -резервные средства управления оборудованием НЭ должны компоноваться на локальных панелях. -индивидуальные резервные средства управления оборудованием, предназначенным для снижения последствий запроектных и тяжелых аварий, должны компоноваться на локальных панелях управления ЗПА и мониторинга послеаварийного состояния или на локальных участках панелей безопасности.

Конструкция БПУ Основные 5 зон оперативного контура БПУ: 1. Рабочие места (АРМ) операторов с РС СВБУ. 2. Зона безопасности с панелями мозаичных элементов. 3. Зона СУЗ. 4. Резервная зона контроля и управления в части НЭ РО, ТО, ЭСН. 5. Экран коллективного пользования (ЭКП). При наличии ЭКП АРМы оператора реактора и оператора турбины образуют контур оперативного управления, в котором персонал выполняет операции по автоматизированному дистанционному управлению и контролю. Существует практика выноса задач неоперативного управления на отдельное рабочее место, где управление осуществляется дополнительным оператором. Необходимость наличия зон неоперативного управления в составе дополнительных АРМ определяется исходя из результатов функционального анализа.

БПУ в проекте НВАЭС-2

БПУ в проекте ЛАЭС-2

В новых проектах дисплейный способ управления используется одновременно с традиционным ЧМИ - контроль и управление с использованием ключей, кнопок, индивидуальных приборов и табло. Оператору приходится действовать в условиях двух типов ЧМИ, что усложняет его работу. Это обстоятельство необходимо иметь ввиду при проектировании БПУ. Операторы выполняют функции автоматизированного дистанционного контроля и управления, начальник смены блока осуществляет супервизорное управление. Рабочее место НСБ оснащается дополнительно средствами дистанционного визуального контроля основного оборудования энергоблока и обстановки в основных технологических помещениях энергоблока – средствами промышленного телевидения. В случае отказа рабочих станций СВБУ управление реализуется с резервных средств контроля и управления. Резервные средства распределяются между операторами в соответствии с тем, как распределена между ними ответственность за технологические задачи энергоблока. Резервные средства контроля и управления пожарной защитой энергоблока предусматриваются в области рабочего места НСБ.

Количество дисплеев и рабочих станций в зоне конкретного оператора определяется объемом задач оператора и объемом оперативной информации, одновременно необходимой для решения оператором этих задач. Все рабочие станции, которыми оснащаются рабочие места операторов, функционально равнозначны, т.е. с каждой рабочей станции предусматриваться возможность выполнения любых функций контроля и управления. Предусмотрена возможность использования рабочей станции НСБ в качестве резервной рабочей станции оператора РО или ТО при соблюдении соответствующих прав доступа в случае отказа рабочей станции оператора РО или ТО. В основной зоне БПУ предусматривается информационное средство коллективного пользования – экран коллективного пользования (ЭКП). ЭКП является информационным средством, организующим взаимодействие персонала БПУ (основной зоны) при реализации общеблочных технологических задач, таких как перевод энергоблока из одного состояния в другое, контроль и управление режимами с нарушениями нормальной эксплуатации. Управление ЭКП осуществляется с рабочего места НСБ. Оператор со своего рабочего места перед дисплеями АРМ как из положения сидя, так и из положения стоя на панелях с индивидуальными средствами должен видеть верхнюю часть панели с элементами сигнализации на табло.

Зона безопасности В настоящее время отсутствуют компьютерные системы, соответствующие 2-му классу безопасности. Поэтому в новых проектах разрабатываются компромиссные варианты в виде использования компьютерных средств для некоторых функций и совершенствование правил компоновки панелей безопасности с целью минимизации объема традиционных средств, выносимых на панели. Объем контроля и управления, выносимого на панели безопасности, определяется технологическими заданиями проектных и конструкторских организаций разработчиков реакторной установки, технологических схем первого и второго контуров, систем вентиляции и кондиционирования, систем электропитания собственных нужд, систем радиационного контроля, водно- химического режима и т.д.

Основное правило, которым руководствуются технологи разных направлений и специализаций – принадлежность систем и оборудования к 2-му классу безопасности по ОПБ-88/97 /6/. Часто принимается простое решение – если система в целом относится к 2-му классу безопасности, то и все ее составляющие, включая весь объем контроля и управления, относятся к тому же классу и подлежат выносу на панели безопасности. При этом не делается внутренних функциональных различий между отдельным оборудованием внутри системы, часть которого используется для реализации функций, не относящихся к безопасности, например: работа в режимах нормальной эксплуатации, вывод в ремонт, решение диагностических задач, контроль параметров в диапазонах, не относящихся к аварийным. В процедурах назначения классов безопасности элементам различных типов СБ в их взаимосвязи необходимо учитывать, что 2-ой класс должен назначаться только тем элементам СБ, которые выполняют свои функции в режимах преодоления проектных и запроектных аварий (ПА и ЗПА). Если элементы СБ обеспечивают работу системы в режимах нормальной эксплуатации или нарушений нормальной эксплуатации, где не требуется выполнение функций безопасности, то такие элементы должны относиться к 3-му классу.

Защитные системы. В технологической части защитных СБ всегда имеется арматура и участки трубопроводов, которые предназначены для вывода системы в ремонт, т.е. это оборудование выполняет функции не относящиеся к безопасности и должно относиться к 3-му классу. Если по каким- либо причинам нормативного характера этого сделать нельзя, то часть управляющих СБ этим оборудованием должны иметь 3-й класс. Локализующие СБ. Суть функции безопасности локализующих систем – ограничение давления в гермооболочке при ПА и ЗПА, а также снижение выхода за ее пределы радиоактивных растворов. Основной объем на панелях безопасности занимает здесь контроль и управление локализующей арматурой (ЛА), количество которой может составлять единиц в одном канале. В проектах в этой части, как правило, выполняется 2 способа контроля и управления – индивидуально для каждой ЛА и групповое воздействие для всех ЛА в сторону закрытия от одной кнопки. При этом индивидуальные контроль и управление используются, в основном, для опробования и периодических проверок, что является режимом нормальной эксплуатации и соответствующие УСБ должны выполняться по 3-му классу без выноса объектов контроля и управления на панели безопасности. Обеспечивающие СБ. Системы вентиляции как обеспечивающие СБ очень часто классифицируют по 2-му классу безопасности только лишь по той причине, что они должны обеспечивать работу других систем того же уровня. При этом в проектах закладывается излишний консерватизм и не выполняются обосновывающие работы, которых требует ОПБ-88/97 (п ): обеспечивающие СБ должны иметь показатели надежности выполнения заданных функций, достаточные для того, чтобы в совокупности с показателями надежности систем безопасности, которые они обеспечивают, достигалась необходимая надежность функционирования последних.

Типовой канал УСБ на БПУ должен состоять из 2-х панелей. При этом индивидуальные органы управления (ключи и кнопки) располагаются на пультовых приставках обоих панелей и частично в нижней части вертикальной составляющей конструкции до высоты не менее 1600 мм только для оборудования защитных, локализующих систем и УСБТ. Управление оборудованием вспомогательных систем может иметь индивидуальный характер только в случаях наличия специальных обоснований надежности выполняемых ими функций, где должно быть показано, что надежность контуров управления этим оборудованием через дисплеи СВБУ недостаточна. Информационная часть левой панели УСБ должна содержать только индивидуальные средства контроля, отражающие основные параметры аварийных технологических процессов. К таковым относятся индивидуальных табло с сигнализацией проектных исходных событий (ПИС) и функциональных сигналов в части радиационной и пожарной безопасности. Здесь же располагают индивидуальных приборов в соответствии с МЭК – /7/ и RG /8/. Информационная часть правой панели УСБ содержит встроенный монитор СВБУ, где оператору может быть предоставлена вся остальная информация по данному каналу: предупредительная и диагностическая сигнализация, неисправности и т.д. С этого же монитора оператор должен осуществлять функции управления оборудованием обеспечивающих систем (вентиляция, значительная часть подсистемы аварийного электроснабжения, вспомогательные контура охлаждения, системы пассивного отвода тепла).

Экран коллективного пользования Основным назначением ЭКП является интеграция и представление обобщенной информации по основным технологическим параметрам энергоблока, состоянию основного оборудования и сигнализации отклонений от проектных пределов на информационном поле, постоянно доступном: Основным операторам БПУ – ВИУР, ВИУТ и НСБ; Оперативному персоналу периодически работающем на БПУ – НС РЦ, НС ТЦ, НС ЭЦ, НС АЭС и т.д.; Руководящему эксплуатационному персоналу, который в соответствии с регламентом эксплуатации в определенных ситуациях выполняет функции технического руководства на БПУ. Решение ЭКП на энергоблоке 3 Калининской АЭС – неудачное: большой экран как добавка к СВБУ, полное функциональное повторение с резервной зоной. Новое качество ЭКП – независимость от СВБУ.

ЭКП выполняет следующие функциональные задачи: Обеспечение оперативного контроля за состоянием энергоблока и проектными пределами. Обеспечение работы персонала БПУ как единой команды. Сокращение объемов необходимых навигационных действий операторов на дисплейных РС СВБУ. Функция обеспечения оперативного контроля за текущим состоянием энергоблока включает в себя следующие задачи: Постоянное представление информации об основных технологических параметрах, определяющих выполнение основного производственного назначения энергоблока – выработку электроэнергии. Постоянное представление информации о пределах и условиях безопасной эксплуатации, нарушение которых требует немедленных действий по ликвидации возникшей аварийной ситуации и предотвращения ее перерастания в аварию. Постоянное представление информации о состоянии критических функций безопасности для выполнения диагностических процедур и принятия решений по предотвращению нарушений и ликвидации их последствий. Постоянное представление информации необходимой для контроля за эксплуатационными пределами условиями, отклонение которых может вызвать вынужденную разгрузку энергоблока или внеплановый останов энергоблока, а также перерастание нарушения в аварийную ситуацию или аварию.

Объем и способы представления информации должны удовлетворять требованиям обеспечения безопасности и эффективности эксплуатации АЭС. Способ представления определяется классом безопасности систем, необходимостью дублирования информации на традиционных средствах при исходном событии с отказом СВБУ и видом информационного. Детальная информация на ЭКП должна предоставляться в основном только по параметрам, требующим оперативного реагирования или используемым при принятии решения и выполнении ответных действий. Отклонения, не требующие оперативного вмешательства, могут представляться обобщенной сигнализацией с последующим предоставлением детальной информации по запросу операторов на РС СВБУ. Поскольку основным производственным назначением энергоблока АЭС является выработка электроэнергии в энергосистему, на БПУ должны быть постоянно представлены при работе энергоблока в сети основные технологические параметры, определяющие выполнение этой задачи: тепловая мощность реакторной установки; электрическая мощность турбогенератора; частота в энергосистеме; частота генератора (или обороты ТГ); Эта информация должна быть доступна со всех рабочих мест операторов БПУ и руководящему оперативному и эксплутационному персоналу периодически работающему на БПУ.

Детальная информация по состоянию критических функций безопасности предоставляется СППБ, реализуемой в информационно-управляющем интерфейсе РС СВБУ. Поэтому на ЭКП должна быть представлена лишь обобщенная информация по основным технологическим параметрам и состоянию оборудования, которая определяет состояние КФБ и используется при выполнении действий по их восстановлению. Необходимость такой обобщенной информации по КФБ на ЭКП объясняется следующими причинами: Процедура диагностики причин нарушений состояния КФБ и действия по их восстановлению предполагают совместное участие в них всех операторов БПУ, что затруднительно организовать с использованием только видеокадров дисплейных РС СВБУ. Для обсуждения и принятия решения необходимо общее информационное поле, а в процессе выполнения восстановительных действий с различных компонент информационно-управляющего интерфейса БПУ (дисплейный РС и традиционные средств контроля и управления) необходимо получать обратную связь по их результату и сохранять общий контроль за ситуацией. ЭКП БПУ обеспечивает операторам возможность подтверждения диагностической информации предоставляемой СППБ на дисплейных РС.

На ЭКП должна в основном располагаться необходимая информация по системам нормальной эксплуатации, задействованных в операциях по восстановлению КФБ и, соответствии с принципами глубокоэшелонированной защиты; по системам нормальной эксплуатации и оборудованию, отказы которого ведут к нарушению КФБ и перерастанию отклонений от эксплуатационных пределов и условий в аварийные ситуации и аварии. На ЭКП должна представляться обобщенная информация по состоянию РУ, так как для исключения отказов по общей причине панели СБ сформированы по канальному принципу, что приводит к разбросу требуемой информации по панелям различных каналов СБ. Необходимость представления на ЭКП информации по контролю за определенными эксплуатационными пределами объясняется следующими факторами: Обеспечение реализации концепции глубокоэшелонированной защиты – предотвращение перерастания отклонений от эксплуатационных пределов и условий в аварийные ситуации и аварии. Обеспечение максимального КИУМ энергоблока – выполнение требуемых оперативных действий по восстановлению эксплуатационных пределов и условий для предотвращения внеплановых разгрузок и остановов энергоблока.

В связи с большим объемом информации необходимой для контроля эксплуатационных пределов и условий, наиболее эффективным средством контроля является информационно – управляющий интерфейс дисплейных РС СВБУ. Здесь информация может быть предварительно обработана, отсортирована и сгруппирована на отдельных видеокадрах по функциональным или системным признакам, а так же с учетом текущего состояния энергоблока (работа на мощности, «горячий» останов, «холодный» останов и т.д.). Поэтому на ЭКП следует представлять только следующие типы информации по отклонениям эксплуатационных пределов и условий: Основные технологические параметры и состояние основного технологического оборудования первого и второго контуров, определяющие текущее состояние энергоблока. Состояние оборудования и/или основные функциональные параметры вспомогательных/обеспечивающих систем, отказы которых требуют автоматического или дистанционного отключения основного технологического оборудования и разгрузки или останова энергоблока. Обобщенная сигнализация неисправностей в системах, отказы которых требуют разгрузки или останова энергоблока.

На рисунке приведена схема ЭКП в составе 8-ми видеокубов с габаритами 1000х750 мм по каждому при общих размерах ЭКП – 4000х1500 мм. Расположение ЭКП в компоновке БПУ таково, что операторы могут получать информацию отсюда практически из любой точки. Приведена схема подключения ПТК ЭКП, которая обеспечивает полную независимость представления информации операторам БПУ с ЭКП от состояния СВБУ. Примерный перечень видеокадров ЭКП следующий: 1. Полная схема энергоблока с электрической частью. 2. Детальная схема первого контура. 3. Детальная схема второго контура. 4. Детальная схема третьего контура. 5. Полная схема контроля натрия. 6. Детальная схема электрической части энергоблока 7. Системы безопасности в составе всех каналов. 8 Полные схемы сложных систем нормальной эксплуатации. 9. Сигнализация состояния всех ПТК подсистем АСУ ТП. 10. Контроль состояния радиационной обстановки всего энергоблока. 11. Контроль состояния пожарной безопасности всего энергоблока. 12. Контроль состояния систем вентиляции основных зданий. 13. Протокол текущих событий. 14. Сигнализация состояния КФБ, основные параметры энергоблока. В качестве примера приведена версия видеокадра ЭКП для контроля натрия в объеме всех контуров, которые содержат натрий. Видеокадр содержит около 400 точек контроля и может использоваться операторами для контроля как режимов нормальной эксплуатации, так и в режимах срабатывания САРХ.

Модель работы операторов При проектировании БПУ необходимо учитывать предполагаемые модели работы операторов при управлении, которые определяются технологическим регламентом по эксплуатации основного оборудования. Основные модели действий операторов для следующих эксплуатационных состояний и режимов энергоблока: 1)Работа на энергетическом уровне мощности; 2)Плановый разогрев/расхолаживание энергоблока; 3)«Холодное» состояние, ремонтное расхолаживание и перегрузка топлива; 4)Выход на МКУ и первоначальный набор мощности; 5)Синхронизация ТГ и плановые переключения в системе электроснабжения собственных нужд; 6)Плановый набор/снижение нагрузки энергоблока; 7)Нарушения в работе энергоблока, не требующие ввода в работу систем безопасности; 8)Опробование систем безопасности; 9)Обесточивание энергоблока; 10)Срабатывание защит САОЗ с локализацией гермообъема; 11)Разрыв паропровода ПГ между ГО и БЗОК; 12)Отказ СВБУ.