Расчет надежности системы управления полярного крана АЭС Бушер Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2010. Спецвыпуск

УДК 621.311

РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЯРНОГО КРАНА АЭС БУШЕР

© 2010 г. И.А. Якубенко, И.Ю. Валуйская

Волгодонский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института)

Volgodonsk Institute (branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute)

Разработана методика расчетов и подтверждение заданных высоких требований надежности на систему управления полярного крана по нормативным показателям. Выбран метод показателей расчета надежности - структурный. Рассмотрены две наиболее характерные структурные схемы надежности. Рассчитанный уровень надежности системы управления полярным краном в целом и его соответствие требованиям позволяет сделать вывод о достаточной эффективности принятых схемных и конструкторских решений, в том числе правильности применения электрорадиотехнических комплектующих при разработке и изготовлении составных частей.

Ключевые слова: надежность; кран кругового действия; герметичная зона; безопасность; ядерноопасный груз; транспортно-технологические операции.

The calculations technique and confirmation of the set high requirements of reliability on a control system of the polar crane according to normative parameters is developed. The structural method of reliability parameters calculation is chosen. Two most typical structural reliability schemes are considered. The calculated reliability level of the control system with a polar crane as a whole and its conformance to requirements allows to draw a conclusion on sufficient efficiency of the accepted scheme and design decisions, including correctness of application of electroradio engineering accessory in development and manufacturing of components.

Keywords: reliability; the crane of circular action; hermetic zone; safety; nuclear dangerous load; transport-technological operations.

Полярный кран предназначен для выполнения технологических подъемно-транспортных операций в герметичной зоне реакторного отделения атомной станции с реакторами типа ВВЭР-1000 в период ее монтажа, эксплуатации и ремонта. Он является оборудованием, обеспечивающим высокую безопасность станции при работах с ядерноопасными грузами, и относится к первой категории сейсмостойкости при сейсмическом воздействии до 9 баллов по шкале МЖ-64.

Расчет длительной надежности работы полярного крана (до 60 лет эксплуатации блока АЭС) распространяется как на его конструктивные составные части, так и на систему автоматического управления его механизмами (СУПК).

Целью данной статьи является разработка методики расчетов и подтверждение высоких требований надежности на СУПК по нормативным показателям [1]. СУПК относится к оборудованию нормальной эксплуатации, восстанавливаемому, ремонтируемому и обслуживаемому в специально оборудованном герметичном помещении моста крана.

СУПК совместно с электрооборудованием полярного крана (ЭОПК) предназначены для управления механизмами полярного крана, индикации их положения и состояния, контроля работы ЭОПК, защит и

блокировок при выполнении транспортно-техноло-гических операций на остановленном и заглушённом реакторе.

СУПК в целом, ее основные схемы и отдельные элементы должны соответствовать [1] следующим показателям надежности:

- назначенный срок службы не менее 60 лет (при условии своевременной замены комплектующих изделий и материалов с меньшим сроком службы);

- вероятность падения ядерноопасного груза вследствие неисправности при нормальных условиях эксплуатации не должна превышать 1 х 10-7 в год.

Выберем по [2] метод расчета показателей надежности - структурный. Этот метод основан на представлении системы управления в виде структурно-функциональной логической схемы, показывающей взаимосвязь входящих в СУПК элементов в соответствии с выполняемыми функциями и последующим расчетом по этим структурным схемам надежности (ССН) интегральных показателей надежности по известным характеристикам надежности ее элементов [3]. Всего в СУПК выделим 7 расчетных ССН, состоящих из более чем 10000 высоконадежных элементов фирмы Schneider Electric. Рассмотрим из семи ССН две наиболее характерные: подачи питания и безотказности (рис. 1).

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИМ РЕГИОН. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2010. Спецвыпуск

Рис. 1. Структурная схема расчета надежности системы подачи питания и системы безопасности

ССН панелей подачи питания включает следующие элементы цепей:

- автоматический выключатель QF1;

- две параллельно включенные цепочки элементов; для одной цепи это: автоматический выключатель QF13, сетевой фильтр 42, модуль рекуперации 43, дроссель L1, быстродействующие плавкие предохранители FU41...FU43, контактор КМ1 и гасящий резистор Л1;

- импульсные источники питания 24 В ОУ1, 2;

- автоматические выключатели QF4...QF12 и трансформатор питания Тр;

- реле промежуточные К (12 шт.);

- параллельно включенный автоматический выключатель QF3 и главный контактор КМ3.

ССН безопасности представляет набор последовательных элементов:

- кнопки аварийного останова, размещенные на ПДУ, внутри помещения концевой балки, на мосту и тележке;

- модуль безопасности А6 с промежуточным реле К10;

- две параллельные цепочки промежуточных реле (К4+К28 и К5+К29), подключенные к выходам модуля безопасности.

Система безопасности функционально включена параллельно основной цепочке ССН подачи питания. Вероятность безотказной работы ее значительно выше вероятности функционирования основной цепочки элементов.

Модуль безопасности XPS-AC3721 (фирмы Schneider Electric) [3] содержит управляющие цепи, в которые подключены сигналы аварийных блокировок всех механизмов, а так же сигналы аварийных состояний силового электрооборудования панелей управления СУПК.

Все расчеты ведем по [2] конечно-разностным методам по неявной схеме итераций c достижением сходимости результатов не более 2 %.

В результате проведенных расчетов всех ССН получены значения основных показателей надежности СУПК (безотказности и долговечности), которые позволяют сделать вывод об интегральном соответствии СУПК требованиям [1] по надежности.

Рассчитанный уровень надежности СУПК в целом и его соответствие требованиям [1] позволяет сделать вывод о достаточной эффективности принятых схемных и конструкторских решений, в том числе правильности применения электрорадиотехнических комплектующих фирмы Schneider Electric при разработке и изготовлении составных частей СУПК.

Литература

1. Надежность и эффективность в технике: справочник. В 10 т./ред. совет. В. С. Авдуевский (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1987.

2. ГОСТ 27.301-95 Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения. М.: Госстандарт, 1995.

3. Каталог фирмы Schneider Electric. Пускорегулирующая аппаратура. 2002.

Поступила в редакцию 18 февраля 2010 г.

Якубенко Игорь Алексеевич - канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой «Электротехника и автоматика», Волгодонский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). Тел. 22-78-66. E-mail: igoryakub@yahoo.com

Валуйская Ирина Юрьевна - студентка, Волгодонский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института). Тел. 26-73-37.

Jakubenko Igor Alekseevich - Candidate of Technical Science, assistant professor, head of department «Electrical Engineering and Automatics», Volgodonsk Institute (branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 22-78-66. E-mail: igoryakub@yahoo.com

Valujskaja Irina Jurjevna - student, Volgodonsk Institute (branch) of South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 26-73-37._