ИНЖЕНЕРНО – ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР“АТОМЭНЕРГОТРЕНИНГ”

Разработка и внедрение полномасштабных тренажеров

энергоблоков АЭС

Основными направлениями деятельности предприятия ИТЦ «Атомэнерготренинг» является разработка и модификации полномасштабных тренажеров (ПМТ), подготовка персонала для АЭС Украины.

ИТЦ «Атомэнерготренинг» располагает необходимым для выполнения работ оборудованием и квалифицированным персоналом, принимавшим участие в разработке и модификации полномасштабных тренажеров для АЭС Украины.

ИТЦ «Атомэнерготренинг» является корпоративным поставщиком услуг для НАЭК «Энергоатом» и АЭС Украины.

ИТЦ «Атомэнерготренинг» имеет практический опыт работы по разработке и модернизации полномасштабных тренажеров для АЕС Украины. В период с 2001 по 2013г. ИТЦ «Атомэнерготренинг» принимал участие в разработке 4 полномасштабных тренажеров БЩУ, 5 полномасштабных тренажеров РЩУ, моделировании ИВС, разработке аналитического тренажера АЭС с реактором ВВЭР-1000 для Севастопольского Национального Университета, разработке тренажера обессоливающей установки для Академии энергетики Объединенных Арабских Эмиратов, а также выполнил 58 модернизаций ПМТ АЭС Украины.

Перечень выполненных проектов по разработке/модернизации ПМТ

№ Наименование Дата

1 Разработка ПМТ энергоблока 2 РАЭС 2000-2002

2 Разработка ПМТ энергоблока 3 РАЭС 2000-2002

3 Разработка ПМТ энергоблока 2 ЮУАЭС 2000-2002

4 Разработка ПМТ энергоблока 3 ЗАЭС 2003-2005

5 Модернизация системы предоставления параметров безопасности для ПМТ Энергоблока 3 ЗАЭС 2003

6 Замена главного моделирующего компьютера на ПМТ энергоблока 3 ЗАЭС 2003

7 Разработка РЩУ ПМТ энергоблока 5 ЗАЭС 2004

8 Разработка РЩУ ПМТ энергоблока 1 ЮУАЭС 2004

9 Разработка РЩУ ПМТ энергоблока 3 ЮУАЭС 2004

10 Разработка РЩУ ПМТ энергоблока 2 РАЭС 2004

11 Разработка РЩУ ПМТ энергоблока 3 ЗАЭС 2005

12 Разработка ИВС для ПМТ энергоблока 3 ЮУАЭС 2004

13 Замена главного моделирующего компьютера на ПМТ энергоблока 1 ХАЭС 2005

14 Модернизация системы предоставления параметров безопасности для ПМТ Энергоблока 1 ХАЭС 2005

15 Разработка аналитического тренажера АЭС с реактором ВВЭР-1000 для Севастопольского Национального Университета 2005-2006

16 Модернизация системы предоставления параметров безопасности для ПМТ Энергоблока 3 ЗАЭС 2007

17 Модернизация системы предоставления параметров безопасности для ПМТ Энергоблока 3 ЗАЭС 2007

18 Модернизация системы предоставления параметров безопасности для ПМТ Энергоблока 3 ЮУАЭС 2007

19 Разработка тренажера обессоливающей установки для Академии энергетики ОАЭ 2007

20 56 Модернизаций ПМТ АЭС Украины 2003-2013

Порядок разработки и внедрения ПМТ АЭС

• Разработка программного обеспечения ПМТ:o разработка технических требований к программному обеспечению математической

моделиo разработка и согласование предварительной спецификации математических моделейo разработка математических моделей систем энергоблокаo разработка процедур приемочного тестирования ПМТo разработка проекта сопряжения математической модели с имитаторами систем АСУ

ТПo проведение приемочных испытаний и тестирования программно-технического

комплекса ПМТ

• Разработка аппаратного обеспечения ПМТ:o разработка проекта конструкторской документации

разработка спецификации на закупаемое оборудование

разработка видов панелей БЩУ (чертежи)

разработка схемы электрических соединений оборудования с ПМТ

разработка смет на выполнение строительно-монтажных работ

o закупка комплектующих для ПМТ (КИП, органы управления и коммутирования, средства индикации и сигнализации, и пр.)

o изготовление панелей БЩУo монтаж/демонтаж оборудования, несущих элементов, кабельной разводки (питание,

линии связи и пр.) на ПМТo проведение приемочных испытаний и тестирования программно-технического

комплекса ПМТ

• Поставка и внедрение автоматизированной системы управления конфигурацией (CMS) ПМТ для целей соответствия блоку-прототипу

• Подготовка персонала УТЦ по ведению тренажерных занятий, управлению и обслуживанию ПМТ o разработка программ обучения персонала и проведение обучения персонала АЭСo разработка учебно-методических материалов, включающих в себя методики и

программы учебно-тренировочных занятий для подготовки и поддержания уровня квалификации оперативного персонала АЭС

• Гарантийное и сервисное обслуживание ПМТ

• Модернизация ПМТ

Назначение и функции ПМТ

Полномасштабный тренажер энергоблока АЭС предназначен для:• первичной подготовки, переподготовки и поддержанию уровня квалификации

оперативного персонала блочного щита управления (БЩУ) АЭС;• проведения экзаменов оперативного персонала по управлению энергоблоком АЭС;• отработки взаимодействия оперативного персонала БЩУ АЭС в составе смены;• проведения противоаварийных тренировок;• отработки программ и методик подготовки оперативного персонала АС; разработки

программ новых учебно-тренировочных занятий;• подготовки инструкторского персонала учебно-тренировочных пунктов и центров,

повышения его квалификации.

ПМТ энергоблока АЭС представляет собой точную копию реального блочного и резервного щитов управления (БЩУ и РЩУ) и базируется на комплексной полномасштабной математической модели энергоблока, функционирующей в реальном времени. Приборы и ключи управления, расположенные на панелях и пультах моделей БЩУ и РЩУ воспроизводят аппаратуру энергоблока АЭС по составу, расположению, размерам, форме и цвету. Информация, отображаемая на мониторах и индикаторах, предоставляется оператору в том же виде и величинах, как и на БЩУ и РЩУ энергоблока АЭС.

ПМТ обеспечивает воспроизведение параметров систем энергоблока АЭС, соответствующих конкретным рабочим условиям, отображает эти параметры в динамике в реальном масштабе времени на соответствующих устройствах и обеспечивает соответствующее действие систем сигнализации и защитных систем.

ПМТ обеспечивает моделирование в реальном масштабе времени основных состояний энергоблока:

• «холодное» состояние энергоблока;• «горячее» состояние энергоблока;

• минимально контролируемый уровень мощности;• работу энергоблока на мощности 0 – 100 % при различном состоянии моделируемого

оборудования.

и всех режимов эксплуатации энергоблока:

• режимы нормальной эксплуатации:• пуск энергоблока из исходного состояния останова;• вывод реактора на минимально контролируемый уровень мощности;• подъем мощности реактора с плановой скоростью;• пуск турбогенератора;• синхронизация с энергосистемой и подъем мощности;• разогрев реакторной установки до номинальных параметров;• разгрузка реактора с плановой скоростью;• разгрузка турбины с плановой скоростью;• быстрый останов реактора и последующий вывод энергоблока из «горячего» состояния на заданный уровень мощности;• перевод реактора в подкритическое состояние;• расхолаживание реакторной установки;• опробование каналов систем безопасности и других систем, находящихся в режиме ожидания;• опробование защит и блокировок путем изменения параметров модели или имитации сигналов датчиков и приборов;• изменения нагрузки энергоблока (ручное и автоматическое);• операции пуска, останова, изменения мощности энергоблока при неполном расходе теплоносителя через реактор (неполное количество включенных ГЦН или петель);• разгрузка энергоблока от заданной мощности и приведение его в «горячее» состояние, «холодное» состояние;• подключение неработающей петли первого контура;• отключение петель (ГЦН).

• режимы нарушений нормальной эксплуатации:• режимы с изменением реактивности;• режимы с нарушениями расхода теплоносителя через реактор;• режимы с нарушениями в системе подачи питательной воды;• режимы с отключением или отказами оборудования;• режимы с потерей теплоносителя первого контура;• режимы с разрывами паро- и трубопроводов питательной воды малого и большого диаметра;• режимы с компенсируемыми течами радиоактивных сред из систем и оборудования;• режимы с потерей источников энергоснабжения;• пожары;

• режимы проектных и запроектных аварий.

Набор «отказов» обеспечивает реализацию всех режимов с нарушением условий нормальной

эксплуатации и аварийных режимов. Под «отказом» понимаются специальные функции управления ПМТ, доступные через интерфейс инструкторской станции, которые предназначены для задания предварительно определенных условий, вызывающих нарушение функционирования моделируемого оборудования или его полный отказ.

Инструктор, через интерфейс инструкторской станции, имеет возможность формировать необходимые исходные состояния и сценарии учебных занятий и контролировать ход процесса обучения. Инструктор может выбрать начальное эксплуатационное состояние, ввести установки отказов и сбоев, «заморозить» выполнение упражнения и просмотреть его с начала.

Реакция ПМТ на задаваемые инструктором исходные события, автоматические действия систем управления, на правильные или неправильные действия оператора, принятие или непринятие мер должна быть аналогична реакции энергоблока-прототипа и не должна противоречить физическим законам (сохранение массы, импульса, энергии) Оператор выполняет на ПМТ такие же действия, как и на БЩУ энергоблока-прототипа.

Состав и конфигурация ПМТ

Технически ПМТ – сложная программно-аппаратная система, в которой можно выделить следующие основные компоненты:

• Вычислительный комплекс / главный моделирующий компьютер (ГМК) с источниками бесперебойного питания;

• Система ввода-вывода (СВВ);• Имитатор панелей и пультов БЩУ и РЩУ; • Имитаторы внешних систем отображения БЩУ (информационно-вычислительная

система, СППБ, отображающие подсистемы СГИУ и СВРК и т.д.);• Математическое и программное обеспечение;• Дополнительное периферийное оборудование.

Основные компоненты ПМТ и потоки данных приведены на рисунке ниже:

Главный моделирующий компьютер – это мощный сервер, на котором размещена математическая модель систем энергоблока, работающая в реальном масштабе времени. Математическая модель обычно представлена набором из 20 – 30 исполняемых модулей, каждый из которых моделирует в заданном объеме ту или иную систему реального энергоблока (активная зона, система питательной воды, система сигнализации, промконтур, система спецканализации и т.д.). Программные модули работают в общем информационном

пространстве, что обеспечивает их взаимодействие и имитирует связи между системами реального блока. Главный моделирующий компьютер связан с интерфейсом оператора через систему ввода-вывода. Интерфейс оператора может состоять из панелей управления и контроля, видеотерминалов и позволяет обучающемуся манипулировать органами управления способом, приближенным или идентичным используемому в реальном процессе.

Система ввода-вывода предназначена для связи между математической моделью ПМТ и имитатором панелей БЩУ. Она представляет собой комплекс аппаратных и программных средств и обеспечивает двунаправленный поток данных: от модели к панелям (аналоговые данные для отображения на показывающих приборах и самописцах БЩУ и дискретные данные для отображения на сигнальных лампах) и в обратном направлении (аналоговые данные от задатчиков БЩУ и дискретные данные от ключей и других дискретных устройств ввода). Возможны различные варианты реализации аппаратуры системы ввода-вывода – с использованием специальных плат, устанавливаемых в ГМК и без таковых, например, с передачей данных по протоколу TCP/IP. Кроме того, в систему ввода-вывода всегда входит набор контроллеров и прочих устройств для сбора и обработки информации.

Имитатор панелей БЩУ – это точная копия панелей управления реально блока, со всем их оборудованием (реальным или изготовленным специально для тренажера), обеспечивающим визуальное и функциональное подобие оборудования БЩУ ПМТ и блока-прототипа.

Имитаторы внешних систем отображения БЩУ могут строиться по различным принципам. В некоторых случаях на ПМТ устанавливаются реальные системы отображения (например, ИВС). В других случаях принимается решение о создании имитатора конкретной системы в рамках заранее утвержденного объема моделирования, при этом некоторые функции системы-прототипа, не влияющие на решение задач подготовки персонала, могут не моделироваться (например, подсистемы архивирования). В любом случае, разрабатывается программное обеспечение для сопряжения имитатора или реальной внешней системы и математической модели на ГМК. Передача данных обычно производится по стандартным протоколам, в зависимости от используемого физического уровня передачи данных (TCP/IP, и т.д.).

Дополнительное периферийное оборудование включает в себя принтеры, панели аварийной сигнализации и любое другое оборудование, необходимое для повышения реалистичности моделируемой окружающей обстановки или документирования процесса тренировки.

Рабочее место инструктора ПМТ

Автоматизированное рабочее место инструктора ПМТ – «инструкторская станция» предназначено для формирования задания на тренировку (возможность задавать исходное состояние энергоблока), контроля и управления ходом тренировки, задания отказов и нарушений в работе оборудования как единичных, так и множественных, в любых комбинациях и в любой временной последовательности до начала занятия или в его процессе, изменению масштаба времени, останову процесса, возврату к исходному состоянию, фиксации времени, количества и типа ошибок, срабатыванию защит и блокировок, фиксации отклонений и графиков основных параметров, протоколированию и анализу результатов тренировки.

Задание нарушений и отказов в работе оборудования осуществляется с комплекта мнемосхем инструкторской станции.

На инструкторской станции предусмотрены функции управления тренажером, позволяющие инструктору создавать необходимые исходные состояния и сценарии учебных

занятий, осуществлять демонстрацию изучаемых режимов, контролировать ход процесса при самостоятельной работе операторов, выполнять необходимые операции с оборудованием управляемым по месту, проводить анализ действий обучаемого персонала и учебно-тренировочных занятий.

Следующие функции управления ПМТ доступны с инструкторской станции:

• ЗАГРУЗКА / ВЫГРУЗКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ - загрузка/выгрузка программного обеспечения ПМТ;

• РАБОТА/СТОП - включение/останов процесса моделирования на ПМТ;

• ЗАПОМИНАНИЕ - запоминание текущего состояния модели ПМТ по команде инструктора с возможностью последующей инициализации модели ПМТ в данное состояние как исходное;

• ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ - установка ПМТ в требуемое исходное состояние;

• ВОЗВРАТ – возврат модели ПМТ по заданию инструктора в промежуточное состояние между текущим и исходным;

• ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ - автоматическое воспроизведение процесса моделирования вместе с действиями инструктора и обучаемых с промежуточного состояния, задаваемого функцией возврат;

• ВВОД/УДАЛЕНИЕ ОТКАЗА - ввод и удаление моделируемых отказов, задание их жесткости и других условий;

• МЕСТНОЕ УПРАВЛЕНИЕ - выполнение операции с моделируемым оборудованием, управляемым вручную или с местных щитов, или задание параметров на границах моделируемых систем;

• КОНТРОЛЬ ПРЕДЕЛОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ - контроль за установленными для ПМТ пределами моделирования и извещение инструктора об их превышении;

• УПРАВЛЕНИЕ ВРЕМЕННЫМ МАСШТАБОМ МОДЕЛИРОВАНИЯ - задание реального, замедленного или ускоренного времени моделирования;

• РЕГИСТРАЦИЯ ДЕЙСТВИЙ - автоматическая регистрация действий обучаемых и инструктора в ходе учебного занятия;

• РЕГИСТРАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ - регистрация изменения моделируемых технологических параметров энергоблока в соответствии с перечнем параметров, формируемым инструктором;

• ПРЯМОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ - прямое воздействие с РМИ на приборы контроля и управления имитатора БЩУ с приоритетом над действиями, соответственно, компьютера тренажера и операторов;

• ТРИГГЕР СОБЫТИЙ - задание логических условий ввода/удаления отказов, прямых воздействий, изменение состояний местных управлений и т.д.;

• ДИАГРАММЫ МОДЕЛИРУЕМОГО ОБОРУДОВАНИЯ - схематические изображения всего моделируемого оборудования, на которых показаны технологические (логические - для логических диаграмм) связи, точки КИПиА, органы управления, моделируемые отказы, мишени местного управления и т.д. Диаграммы моделируемого оборудования позволяют осуществлять ввод/удаление отказов, прямых воздействий на оборудование, изменять состояния функций местного управления;

• АВАРИЙНОЕ ОБЕСТОЧИВАНИЕ - возможность аварийного обесточивания технических средств ПМТ;

• ОТКЛЮЧЕНИЕ ЗВУКОВОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ - возможность полного отключения звуковой сигнализации ПМТ;

• РАСПЕЧАТКА ИНФОРМАЦИИ - возможность распечатки цифровой, текстовой и графической информации по моделируемому режиму, действиям операторов и инструктора.

Ввод отказа: «Течь первого контура (разрыв трубопровода ГЦТ)» с инструкторской станции

Объем моделирования технологических систем и математическая модель ПМТ

Объем моделирования технологических систем на ПМТ включает все технологические системы и оборудование, оперативный контроль и управление которыми осуществляется с БЩУ, РЩУ, а также, в необходимом объеме, оборудование и технологические системы, не управляемые с БЩУ, но оказывающие существенное влияние на моделируемые режимы.

Состав моделируемых программным комплексом ПМТ технологических систем и оборудования АЭС должен обеспечивать воспроизведение, контроль и управление:

• в режимах нормальной эксплуатации,

• при отклонениях от режимов нормальной эксплуатации с нарушениями пределов и/или условий безопасной эксплуатации и аварийных режимах

и включает технологические системы и оборудование реакторного и турбинного отделений, электроцеха, цеха ТАИ, а также компоненты АСУ ТП в объеме, необходимом для реализации оперативной деятельности с БЩУ и местных щитов.

На данный момент ПМТ включает математические модели следующих технологических систем энергоблока-прототипа:

• AN – Табло сигнализации и ИСУ

• СС – Промконтур

• СН – Гермопомещения и система охлаждения бассейна выдержки

• CR – нейтронно-физическая модель активной зоны реактора

• CV – Управление объемом и химсоставом 1-го контура

• CW – Циркуляционная вода

• ED – Электроснабжение

• EG – Электрический генератор и ДГ

• FP – Система пожаротушения

• FW – Система питательной воды

• IA – Технологические среды (воздух, азот)

• MS – Система основного пара

• NI – Система нейтронно-физические измерения

• RC – Система охлаждения и поддержания давления 1-го контура

• RD – Система СУЗ

• RM – Система радиационного контроля

• RP – Система защиты реактора

• RX – Регуляторы 1-го и 2-контуров

• SI – Система аварийного охлаждения активной зоны

• SW – Система технической воды

• ТС – Система управления турбиной

• TH – термогидравлическая модель первого контура

• TU – Маслосистема и термомеханический контроль турбин

• WD – Система удаления радиоактивных отходов

• YP «Инструкторская Станция» – моделирует систему управления непосредственно самим тренажером.

Объем моделирования технологических систем и оборудования во всех имитируемых режимах должен быть таким, чтобы от обучаемых требовалось выполнение тех же действий и процедур на ПМТ, что и при работе на энергоблоке-прототипе.

Объем моделирования технологических систем и оборудования на ПМТ ВВЭР-1000 представлен ниже:

Панели / пульты / мониторы информационных систем, установленные на БЩУ

50 / 15 / 12

Теплообменники 31

Насосы 250

Задвижки, регуляторы 1462 +113

Датчики 5689

Ключи 2369

Лампы 3244

Баки 93

Табло технологической сигнализации 1761

Выключатели 107

Приборы показывающие (стрелочные) 486

Дискретные сигналы, выводимые на устройства отображения

15191

Аналоговые сигналы, выводимые на устройства отображения

8146

Фрагменты ИВС 230

Количество сигналов, выводимых на устройства отображения

До 20000

Нейтронно-физическая модель активной зоныПрограммно активная зона разбивается на 1141 расчетную точку: 163 расчетных канала по горизонтали и 7 расчетных уровней по высоте активной зоны

Тепло-гидравлическая модель активной зоныПрограммно активная зона разбивается на 18 расчетных точек: 3 расчетных канала по горизонтали (самые горячие ТВС, средние ТВС, холодные ТВС) и 6 расчетных уровней по высоте активной зоны

Ниже представлены фото ПМТ БЩУ энергоблока №1 ХАЭС

Математические модели ПМТ базируются на фундаментальных уравнениях сохранения массы, моментов и энергии и имитируют в реальном времени все нейтронно-физические, теплофизические и тепло-гидравлические процессы энергоблока, а также всю логику систем управления и автоматики так, чтобы изменение технологических параметров в моделируемых режимах соответствовало изменению этих же параметров в реальных режимах или расчетным данным и не противоречило физическим законам.

Моделирование работы энергоблока осуществляется в реальном масштабе времени (как основной режим), а также должна быть предусмотрена возможность останова процесса моделирования, изменения масштаба времени протекания определенных процессов (ускорение, замедление). Изменение масштаба времени касается только определенных, заранее выбранных процессов, таких как разогрев оборудования при пуске, расхолаживание, ксеноновые колебания и т.п.

Нодализационная модель гермооболочки

Пример технологической схемы (flownet)

Пример графического редактора G-flow,

предназначенного для моделирования гидравлических систем

Критерии достоверности моделирования

Точность моделирования при работе в стационарном состоянии:• для основных технологических параметров (I группа) - 1%; • для неосновных технологических параметров (II группа) - 2%;• вспомогательных технологических величин до 10 %

в % от диапазона измерительного канала.Точность моделирования при выполнении процедур нормальной эксплуатации:

• при выполнении процедур пуска-останова энергоблока на ПМТ должны достигаться результаты и состояния, получаемые на энергоблоке-прототипе;

• реакция ПМТ на выполнение ошибочных действий или невыполнение регламентных действий персонала должна быть аналогичной реакции энергоблока-прототипа;

• наблюдаемые по приборам и штатным системам контроля изменения параметров на ПМТ должны соответствовать изменению параметров на энергоблоке-прототипе в идентичных условиях и не выходить за регламентные пределы.

Точность моделирования переходных и аварийных режимов должна быть в пределах ± 10 %.Воспроизводимость моделируемого процесса - при повторных пусках ПМТ из того

же самого исходного состояния и использовании той же самой комбинации автоматических действий, выполняемых с инструкторской станции, изменения моделируемых аналоговых и дискретных параметров должно быть каждый раз идентично.

Адекватность алгоритмов работы защит, блокировок и сигнализации - алгоритмы срабатывания аварийной сигнализации, защит и блокировок или автоматических действий на ПМТ должны происходить в логической и временной последовательности так же, как это происходит на энергоблоке-прототипе.

Моделируемые отказы и неисправности ПМТ

В ПМТ реализуются следующие группы отказов:• Системные отказы - воздействуют на уникальные (с точки зрения проекта

или функционирования) моделируемые элементы оборудования или системы (течи, заклинивание ГЦН, перегрев подшипников и как следствие заклинивание механизма, отказы переключения режимов АРМ, отказ модуля управления, потеря питания управляющей стойки, и т.д.);

• Компонентные (типовые) отказы – отказы, воздействующие на типовое оборудование (оборудование, которое моделируется единообразным способом, например, электроприводная арматура, пневмоарматура, регуляторы, центробежные насосы, датчики и т.д.).

Для каждого отказа на ПМТ, должна быть определена следующая информация:• формулировка причины (наименование) отказа;• тип отказа в соответствии с принятой структурной схемой отказов: индивидуальный,

групповой, типовой, дискретный или переменный, восстановимый или невосстановимый;

• описание характера отказа, его месторасположения и вызываемого им эффекта;• для групповых и типовых отказов - перечень оборудования, на которое они могут

воздействовать;• для переменного отказа - пределы изменения его жесткости;• для восстановимого отказа - эффект производимый его удалением.

04074 г. Киев, ул. Автозаводская, 2

тел. (38044) 467-52-08, 545-67-44, факс 467-52-02

эл. почта info@aetc.com.ua, komarov@aetc.com.ua