Геодезическое обеспечение строительства и эксплуатации атомных электростанций в Чешской Республике – история и современность Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ В ЧЕШСКОЙ РЕСПУБЛИКЕ -ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОСТЬ

Иржи Лехнер

Научно-исследовательский институт геодезии, топографии и картографии, Ustecka 98, 250 66 Zdiby, Чешская Республика, заведующий отделом, тел. (00420) 284890330, e-mail: jiri. lechner@vugtk. cz

Карел Радей

Научно-исследовательский институт геодезии, топографии и картографии, Ustecka 98, 250 66 Zdiby, Чешская Республика, директор института, тел. (00420) 284890302, e-mail: karel.radej @vugtk. cz

Статья посвящена вопросу геодезического обеспечения строительства атомных электростанций в Чешской Республике. Кратко рассмотрен полезный опыт сотрудничества геодезических служб СССР, ГДР и ЧССР в 1981-1985 годах, в результате которого была разработана технологическая документация геодезического обеспечения строительства, монтажа и эксплуатации атомных электростанций с реакторами типа ВВЭР-1000 МВт. Далее описана, применяемая в Чешской Республике, автоматизированная система гидростатического нивелирования HYNI и предложения по международному сотрудничеству при разработке и реализации интегрированной информационноизмерительной системы, которая бы могла использоваться для мониторинга состояния крупнейших стратегических объектов (ГЭС, ТЭЦ, АЭС, телебашни, высотные здания, небоскребы, мосты и т. п.).

Ключевые слова: система гидростатического нивелирования, интегрированная

система мониторинга, наблюдение за деформациями строек, технологии разработанные геодезическими службами.

SURVEYING ACTIVITIES BY CONSTRUCTION AND OPERATION OF NUCLEAR POWER STATIONS IN THE CZECH REPUBLIC - PAST AND PRESENT

Jin Lechner

Research Institute of Geodesy, Topography and Cartography, Ustecka 98, 250 66 Zdiby, Czech Republic, Head of Department, tel. (420)226-802-330, e-mail: jiri.lechner@vugtk.cz

Karel Radёj

Research Institute of Geodesy, Topography and Cartography, Ustecka, 98, 250 66 Zdiby, Czech Republic, Director, Candidate of Sciences, tel. (420)226-802-302, e-mail: karel.radej @vugtk. cz

This paper discusses the security survey activities associated with the construction of nuclear power plants in the Czech Republic. Briefly mentions the useful experience of international cooperation geodetic services USSR, East Germany and Czechoslovakia in the years 1981 to 1985, when it was processed Technological geodetic documentation ensuring the construction, installation and operation of nuclear power plants with VVER-1000. We also describe an automated system hydrostatic surveyor HYNI relied just on major energy buildings in the Czech Republic and is given a stimulus to international cooperation in the implementation of integrated information measuring system that would be usable for monitoring the behavior of important strategic facilities

(hydropower stations, thermal power plants, nuclear power plants, television towers, tall buildings, skyscrapers, bridges, etc).

Key words: hydrostatic leveling system, integrated monitoring system, deformational monitoring of buildings, technology processed by surveying services.

1. Введение

Задача автоматизации процесса измерения горизонтальных и вертикальных смещений и деформаций объектов эксплуатируемых атомных электростанций была сформулирована геодезической службой СССР уже в рамках международного научно-технического сотрудничества геодезических служб социалистических стран, в период с 1986 по 1990 год под названием "Автоматизированная информационно-измерительная системы (AIGMS)". Решение этой задачи, обозначенной как подтема № 5.1 координировал в СССР Научно-исследовательский институт прикладной геодезии в Новосибирске при участии геодезических служб ГДР и Чехословакии. План решения является приложением к договору, заключенным тремя странами, как было решено на совещании в мае 1986 года в Берлине.

2. Концепция AIMGS

Целью AIGMS была автоматизация процесса измерения горизонтальных и вертикальных смещений и деформаций объектов действующих АЭС и обеспечение оперативного контроля и обработки результатов измерений. Выгодой AIGMS была оперативность системы соответствующая требованиям безопасности атомных электростанций, улегчение измерений, тем самым улучшение условий работы при проведении измерений, повышение точности и снижение затрат на измерения. Функция AIMGS состоит из измерения смещений и деформаций, оценки результатов и сравнения результатов с нормативными данными смещений и деформаций, оперативной передачи информации и записи результатов измерений.

3. Методы и приборы, выбранные для AIMGS

Требованиям AIMGS, особенно в плане автоматизации соответствуют следующие системы:

- для измерения вертикальных смещений и вертикальных деформаций метод стационарного автоматизированного гидростатического нивелирования,

- для измерения наклона горизонтальных конструкций электронный уровень,

- для измерения наклона вертикальных конструкций электронный уровень и отвес с автоматической регистрацией,

- для изменения расширения элементов конструкции - дилатометр.

4. Технические требования

Методология контрольного измерения геометрических параметров на атомных электростанциях мощностью 1000 МВт была определена стандартом СТ СЭВ 2045-79 Система обеспечения точности геометрических параметров в строительстве, основные положения а также стандартом из этой серии под названием Проверка точности, где подробно описаны цели проверки, объект проверки, организация контрольных измерений на определённых этапах и обязательство соблюдать правила проведения проверки точности. Согласно этому стандарту правила контроля должны включать в себя названия контролируемых параметров, методы контроля, график контроля и способ его исполнения, в том числе используемые инструменты, точность измерений и методов оценки. Точность контрольного измерения должна удовлетворять условию

8х < 0,2 Ах,

где 8х - максимальное отклонение контролируемого параметра,

Ах - допуск контролируемого параметра.

5. Измерение смещений и деформаций конструкций основного блока

Смещения и деформации, которым подвергается конструкция основного блока в связи с последствиями сжатия фундамента, изменениями уровня грунтовых вод и другими факторами, значительно влияют на качество конструкции. Измерение смещений и деформаций основывается на контрольных измерениях геометрических параметров и для этой цели можно использовать метод оптического нивелирования, гидростатических систем нивелирования, электронные уровни и т.д.

6. Измерение деформаций на энергетических объектах

Основой безопасной эксплуатации новых технических устройств на АЭС являются периодические проверки наиболее важных технических компонентов, план оперативного контроля и другие юридические обязательства. К объектам, которые требуют периодического контроля вертикальной устойчивости в соответствии с CSN 73 0405 (Наблюдения за осадками строительных объектов) относятся здание реактора и объекты газотурбинного двигателя. Согласно этому стандарту, для этих объектов необходимо создать проект измерения деформаций.

Стандарт определяет измерения изменений положения и формы (смещений и деформаций) зданий и их элементов от положения и формы в начальном или предыдущем этапе измерений, порожденных изменениями в грунте под объектом или поблизости от него в результате строительных или иных мероприятий, или в результате статических, динамических и сейсмических нагрузок и других воздействий на объект.

Фактическая точность исходит из допусков для:

- наклона здания реактора - наклон фундамента под зданием реактора,

- относительного изменения высоты оси вращения турбины.

Наиболее строгие требования предъявляются к оси турбины а именно к подшипникам между частью низкого давления NT3 и генератором, где в соответствии с этими критериями допускается отклонение 0,2 мм в процессе эксплуатации турбогенератора. Для соблюдения этого требования необходимо проводить измерения с точностью не менее 0,04 мм.

Такой точности очень трудно достичь с точки зрения условий проведения работ (высокая температура, вибрация), и с учётом времени необходимого для выполнения необходимых измерений - если применяется технология высокоточного нивелирования, которое занимает около 4 часов, т.е. невозможность обеспечения постоянства положения контролируемых точек на турбогенераторе во время проведения измерений. Другим параметром является цикличность измерений и актуальность информаций о высотном положении объекта измерений.

По этим причинам, большое значение имеет стационарная система, которая обеспечивает требуемую точность и предоставляет информацию в реальном времени.

Мониторинг в режиме реального времени предоставляет оператору:

- информацию о геометрии зданий и технологического оборудования, -возможность сразу же влиять на режим работы оборудования,

- возможность устранения износа машины из-за неправильной геометрии,

- продлить время между капитальными ремонтами оборудования,

- повысить экономическую эффективность,

- повысить безопасность производства.

Одним из таких устройств, позволяющих мониторинг высотного положения зданий и технологического оборудования электростанций является автоматизированная стационарная система гидростатического нивелирования HYNI разработанная в УЦ^ТК.

7. Автоматизированная стационарная система гидростатического нивелирования

Автоматизированная стационарная система гидростатического нивелирования УОиТК была разработана в период между 1984 и 1985 годами. Была проверена на турбине мощностью 500 МВт тепловой электростанции в г. Мельник. Опираясь на опыт, накопленный в области использования новых технологий до 1997 года, система была модернизирована перед её установкой на I блоке АЭС Темелин. Автоматизированная стационарная система гидростатического нивелирования установлена на I и II блоке АЭС с 1998 года. В новых оригинальных датчиках полностью независимых от температуры и условий окружающей среды также были устранены влияния частоты и амплитуды вибрации вращающихся машин. Деформации контролируемых точек регистрируются с точностью характеризуемой стандартным отклонением 0,05 мм. Пример измеряемых параметров вертикального смещения приведён на следующем рисунке:

Рис. 1. Ежемесячные записи измеренных данных отображающие изменения режима работы турбогенератора (значения в мм,)

8. Стимулы международного сотрудничества при разработке комплексной измерительной системы

В последние годы становится все более важным оперативное реагирование на кризисные ситуации на крупных стратегических объектах. В то же время существует широкий спектр доступных методов измерений и возможность полной автоматизации процессов измерения. Поэтому сотрудники УииТК призывают другие организации к международному сотрудничеству и участию в решении финансируемых ЕС программы для осуществления комплексной информационно-измерительной системы, которая будет использоваться для мониторинга поведения важных стратегических объектов (ГЭС, тепловых и атомных электростанций, телевизионных башен, высотных зданий, небоскребов, мостов и т.д.).

9. Разработка интегрированной системы для мониторинга деформаций крупных инженерных сооружений, в том числе и атомных электростанций

Разработка и оптимизация решений интегрированной системы мониторинга для наблюдений за деформациями на крупных инженерных сооружениях, в том числе и на атомных электростанциях и других объектах предлагается на период 2-3 лет. В рамках этого сотрудничества предлагается решить:

1) Анализ современного состояния и перспектив развития:

а) требования законодательства и нормативных актов к наблюдениям за состоянием во времени геометрических параметров на крупных инженерных сооружениях, в том числе и на атомных электростанциях с указанием геометрических параметров, параметров точности и частоты измерений,

б) имеющиеся системы для мониторинга деформаций объектов,

в)электронные базы компонентов используемых для автоматизации процесса мониторинга деформаций.

г) анализ состояния современных и перспективных компонентов для решения автоматизации измерений;

2) Разработку технологий реализации практического применения интегрированной системы мониторинга деформаций применительно к различным типам крупных инженерных сооружений,

3) Разработку архитектуры управляющего и обрабатывающего сервера,

4) Разработку и изготовление экспериментального датчика для наблюдений за вертикальными смещениями, базирующемся на новейших технологиях гидростатической системы нового поколения,

5) Блок схемы интегральной системы, включающей в себя высокоточную аппаратуру ГНСС, квантово-оптическую систему, оптико-электронную систему и систему гидростатического нивелирования,

6) Разработку и реализацию коммуникационных процессов интерфейса и комплексного программного обеспечения,

7) Создание и экспериментальное исследование прототипа интегральной системы.

8) Испытания прототипов с определением результирующей точности измерений и отладкой программного обеспечения,

9) Проверку функции прототипа системы в реальных условиях.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

[1], CSN 73 0405 Измерение смещений строительных сооружений.

[2], CSN 73 1020 Проектирование фундаментов вращающихся машин.

[3], Vyzkumna zprava с. 846/1986 Vyzkumne a vyvojove prace pro zajistern kontroly jakosti stavebrnch prati JE VVER 1000 MW. Geodeticka merern a kontrola geometrickych parametru. VUGTK, Zdiby, 1986.

[4], Лехнер, И., Радей,К. (2012): Автоматизированная гидростатическая измерительная система на объектах атомной электростанции Темелин.

Сборник материалов VIII Международного научного конгресса и выставки. Новосибирск 2012 г., с.168 - 175.

© И. Лехнер, К. Радей, 2013