CC BY
112
ГЛОБАЛЬНАЯ ЯДЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, 2013 №4(9), С.35-39
== ЭКСПЛУАТАЦИЯ АЭС -
УДК 621.039.54:621.311.25
МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕГРУЗКОЙ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА НА ЭНЕРГОБЛОКЕ №1 РОСТОВСКОЙ АЭС
© 2013 г. И.А. Якубенко
Волгодонский инженерно-технический институт - филиал Национального исследовательского ядерного
университета «МИФИ», Волгодонск, Ростовская обл.
Поступила в редакцию 10.10.2013 г.
Статья посвящена модернизации системы перегрузочной машины МПС-1000 на
энергоблоке №1 Ростовской АЭС в соответствии с требованиями новых нормативных
документов. Описывается суть модернизации и обосновываются принятые решения.
Ключевые слова: перегрузочная машина, система управления перегрузочной машины,
Siemens.
Ядерное топливо в реакторном отделении перегружают при помощи перегрузочной машины МПС-1000М (ПМ). ПМ представляет собой напольный робот-манипулятор, управляемый дистанционно с пульта управления, вынесенного за герметичную оболочку реакторного помещения.
В 2001 г. Концерн «Росэнергоатом» утвердил «Концепцию модернизации перегрузочных машин для энергоблоков АЭС с ВВЭР»[1]. Причины, обусловившие необходимость проведения работ по модернизации перегрузочной машины, следующие:
- несоответствие перегрузочной машины, в первую очередь, системы управления, требованиям современных норм и правил по безопасности, действующих в области атомной энергетики;
- необходимость сокращения времени компании перегрузки ядерного топлива за счет увеличения скоростей извлечения и установки ТВС, а также включения в состав перегрузочной машины системы контроля герметичности ТВС в рабочей штанге перегрузочной машины (КГО МП);
- моральное и физическое старение элементов системы управления;
- отсутствие автоматических режимов управления;
- несоответствие электротехнических изделий условиям эксплуатации.
В настоящей статье приводятся результаты модернизации электротехнической части ПМ.
Цели модернизации:
1) Обеспечить синхронность работы приводов секций рабочей штанги, фиксаторов, захвата кластера.
2) Устранить динамические проблемы в электрической части ПМ.
3) Внедрить электродвигатели переменного тока с частотным регулированием, что обеспечит повышение точности позиционирования и улучшит динамические параметры разгона и торможения для ограничения нагрузки на электрическую и механическую часть ПМ.
4) Оптимизировать массогабаритные показатели всего комплекта электрооборудования до 100-150 кг (и габариты шкафов) с целью расположения всего электрооборудования на мосту.
©Издательство Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», 2014
5) Установить бесконтактные датчики.
В процессе перегрузки ядерного топлива (ЯТ) на реакторных установках ВВЭР выполняются операции по изменению конфигурации активной зоны в условиях отсутствия двух барьеров безопасности. Поэтому перегрузка ЯТ является одним из ответственных этапов эксплуатации АЭС в части повышенных требований к соблюдению правил ядерной безопасности.
Соблюдение принципов безопасности при перегрузке ЯТ на действующих АЭС требует максимальной технологической независимости машины перегрузочной, обеспечиваемой ее работой в режиме робототехнического комплекса, т.е. при минимальном участии человека в процессе управления. Такой режим возможен при оснащении машины перегрузочной системой управления, действующей на уровне управляющего вычислительного комплекса (УВК).
Конструктивно СУМП представляет собой комплектные устройства низковольтной аппаратуры (шкафы управления) и пульты (рис. 1), с которых оператор осуществляет дистанционное управление процессом перегрузки. Шкафы и пульты управления расположены в т.н. "чистой зоне" с нормальными климатическими условиями.
Рис. 1. Общий вид УВК
Выполнение системы управления машины перегрузочной (СУМП) на уровне УВК требует реконструкции и модернизации трех обособленных подсистем -непосредственно механической, электрической частей и программно-технического комплекса с целью приведения их к соответствию современным нормам и правилам по безопасности в атомной энергетике.
УВК предназначен для управления машиной перегрузочной в процессе выполнения транспортно-технологических операций при перегрузке ЯТ реакторной установки, а также диагностики, контроля и измерения рабочих параметров оборудования, используемого в технологическом процессе перегрузки.
УВК имеет распределенную двухканальную структуру, обеспечивающую выполнение требований отказоустойчивости при независимости информационных и управляющих функций.
УВК может функционировать в одном из режимов:
- «автоматический» режим, обеспечивающий выполнение циклов перегрузки или отдельных операций, установленных технологическими алгоритмами;
- «ручной» режим, обеспечивающий выполнение действий, установленных
МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕГРУЗКОЙ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА 37
оператором (обеспечивается возможность работы только одного механизма ПМ);
- «тренажерный» режим, обеспечивающий обучение операторов ПМ, осуществляет имитационное моделирование на персональной ЭВМ в реальном масштабе времени процесса перегрузки без непосредственного управления механизмами ПМ.
Согласно рисунку 2 для управляющих команд в СУМП реализован принцип «2 из 2» (функция «И»), а для команд защиты и отключения - принцип «1 из 2» (функция «ИЛИ»). Каналы СУМП идентичны и состоят из интерфейсов датчиков, микроконтроллерной системы, двух промышленных ПЭВМ (в составе рабочих станций). Оба канала работают одновременно, выполняя одни и те же функции в одном из выбранных режимов: автоматическом, ручном или тренажерном.
Уменьшение времени на техническое обслуживание, оптимизация скорости перемещения составных частей ПМ по минимизации времени и, как следствие, уменьшение времени на кампанию перегрузки, зависит от типа применяемого электрооборудования.
ЛСБУ
ТР
^ЛВС или ^ СО
РС1
ПДУ
РС2
|
ЛВС
I
УВК
усо|-
* & *
ПК1
Сеть1
380В,50Г ц
РУП •
•и
Канал 1 -| КВА |
■ил
-\ ДКПН| -| ДКПД|
1
-| усо["
ПК2
Сеть1
380В, 50Г Ц
кУВКи СТС
кист
РУП 2
£
УПЧ УПЧ УКУ1 УКУ2 УКУ3
1 1
шн ааа и и @
КЭ
| Канал 2
МП
ПЕУ
| ДКПН|-| ДКПД[-
Рис. 2. Структурная схема СУМП
РС-рабочая станция; ПДУ-пульт дистанционного управления; ПК-программируемый контроллер (П-процессор; И-интерфейс; УСО-устройство связи с объектом); ЛСБУ-локальная сеть блока; ЛВС-локальная вычислительная сеть; РУП-распределительное устройство питания; УПЧ-управляемый преобразователь частоты; УК (УКУ)-устройство коммутации (и управления); Д-двигатели; СТС-специальная телесистема; ССЭП-сигналы состояния электропитания; ТР-тренажёр; КВА-конечные выключатели аварийные; ДУ-датчики усилия; ДКПН-датчики контроля положения непрерывные; ДКПД-датчики контроля положения дискретные.
До модернизации на ПМ были установлены регулируемые электроприводы постоянного тока таблица 1. На ПМ ВВЭР-1000 электроприводы выполнены по схеме "тиристорный преобразователь—электродвигатель постоянного тока". [2]
Опыт эксплуатации ПМ с электроприводами постоянного тока выявил многие недостатки, основными из которых являются низкая надежность работы, вызванная наличием скользящего контакта, и необходимость частого профилактического обслуживания и ремонта машин постоянного тока, затрудненного в условиях реакторного зала (Р3).[3]
Таблица 1. Электроприводы постоянного тока перегрузочной машины энергоблока №1 с ВВЭР-1000
№ п.п Привод перемещения Кол-во Тип Мощность
1 Мост 2 ПБСТ-52-Т 2,2кВт
2 Тележка 1 ПБСТ-33-У4Т 1,0 кВт
3 Штанга рабочая 2 ПБСТ-62-Т ПБСТ- 62-Т 7,2кВт 6,5 кВт
4 Захват кластера 1 ПБСТ-32-Т 0,72кВт
5 Разворот РШ 1 ВАО-12-6У2 0,6кВт
6 Поворот обоймы ТШ 1 ВАО-12-6У2 0,6кВт
7 Механизма подъема ТШ 1 ВАО-12-6У2 0,6кВт
После модернизации электродвигатели постоянного тока были заменены электродвигателями переменного тока с частотным регулированием фирмы «SIEMENS».
Электропривод включает в себя электрический двигатель, преобразователь частоты и систему управления. Частотный преобразователь защищает электродвигатель от перегрузок и позволяет экономить потребляемую электроэнергию. Он используется для снижения тепловых потерь, регулировки производительности и частоты оборотов двигателя.
Частотный преобразователь фирмы «SIEMENS» обычно имеет программируемый контроллер, управляющий частотой тока на выходе для достижения оптимальной работы двигателя. Схемы обратной связи способствуют передаче на частотный преобразователь сигналов о состоянии объекта, на который воздействует двигатель, и эти сигналы влияют на частоту и амплитуду тока. Это актуально для двигателей, нагрузка на которые неравномерна.
Данные электродвигатели предназначены для работы под герметичной оболочкой АЭС, обладают устойчивостью ко всем оговоренным механическим, климатическим и радиационным воздействиям, не требуют замены за все время работы реактора под герметичной оболочкой, где влажность достигает 100 %, температура более 40°С, а также возможно возникновение парогазовой смеси при температуре до 60°С и давлении 125 кПа.
Также новое электрооборудование позволит оптимизировать массогабаритные показатели всего комплекта до 100-150 кг (в габариты одного шкафа) с целью расположения всего оборудования на мосту. Это решение позволяет снять все гибкие кабели между ПМ и пультовой, сохраняя лишь два силовых кабеля для питания шкафов с взаиморезервированием.
МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕГРУЗКОЙ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА 39
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Модернизация перегрузочных манипуляторов для энергоблоков АЭС с ВВЭР. Концепция модернизации перегрузочных манипуляторов. РЭ АТЭ.118.0003-2001 [Текст]. - М., 2001. -57с.
2. Гизатуллин, Ш.К. и др. Системы управления перегрузкой топлива реактора ВВЭР-1000 [Текст] / Ш.К. Гизатуллин, Г.П. Жилкин, Ю.Т. Портной // Труды ВНИИЭМ. - М., 1990. -Т.94.
3. Гизатуллин, Ш.К. Оптимизация планирования траектории перегрузочной машины [Текст] / Ш.К. Гизатуллин // Труды ВНИИЭМ. - М., 1990. - Т. 94.
Control System Modernization for Overloading Nuclear Fuel at Unit #1
Rostov Nuclear Power Plant
I.A. Jakubenko
Volgodonsk Engineering Technical Institute the branch of National Research Nuclear University «MEPhI», 73/94 Lenin St., Volgodonsk, Rostov region, Russia 347360 e-mail:IA Yakubenko@mephi.ru
Abstract - The purpose of article is system modernization of the refueling machine MPS-1000 at Rostov Nuclear Power Plant power unit # 1 according to the new normative documents requirements. The reasons of carrying out the refueling machine modernization, decision-making justification on its modernization are described in the article.
Keywords: refueling machine, control system, Siemens.
