1.5 Структура, состав и функции асутп аэс

АСУТП АЭС выполнена как единая, распределенная по функциям и средствам, система автоматизации. Она создается в виде сложной многоуровневой системы, состоящей из локальных систем автоматизации, объединенных в единую сеть с помощью информационно-вычислительной системы (рис. 1.13, рис. 1.14). Под термином «локальная система автоматизации» будем понимать либо систему управления нормальной эксплуатации, либо управляющую систему безопасности АЭС. АСУТП строится по иерархическому принципу и содержит следующие уровни: 1) верхний блочный уровень (СВБУ); 2) уровень низовой автоматики; 3) уровень связи с технологическим объектом управления.

Система верхнего блочного уровня (СВБУ) в составе АСУТП реализует информационные, управляющие и системные функции. СВБУ можно представить как объединение двух непрерывно взаимодействующих компонент – информационно-вычислительной системы и панелей управления БЩУ/РЩУ. В режимах нормальной эксплуатации управление энергоблоком производится оперативным персоналом с панелей БЩУ и местных пультов. При невозможности пребывания оперативного персонала на БЩУ управление системами безопасности и системами нормальной эксплуатации осуществляются с РЩУ.

К информационным функциям СВБУ относятся: сбор информации от систем низовой автоматики, ее регистрация и архивирование; оперативное отображение информации о технологическом процессе и состоянии безопасности энергоблока; функции сигнализации; формирование протоколов; расчет технико-экономических показателей; ведение базы данных и т.д. Информационные функции обеспечивают оперативный персонал данными, достаточными для контроля состояния технологических процессов, обеспечения безопасности энергоблока и принятия решений по управлению во всех проектных режимах. Управляющие функции СВБУ обеспечивают автоматизированное управление оборудованием энергоблока с использованием АРМ оперативного персонала. Как правило, в режимах нормальной эксплуатации управление энергоблоком осуществляется человеком-оператором с панелей БЩУ и местных пультов управления. При возникновении серьезных аварий ликвидацией последствий занимаются управляющие системы безопасности, функционирующие в автоматическом режиме (по крайней мере, на начальном этапе развития аварии). К системным функциям СВБУ относятся: поддержка коммуникаций; обеспечение отказоустойчивой работы подсистем АСУТП и энергоблока в целом; ведение единого времени. Таким образом, СВБУ – это верхний, главный уровень АСУ ТП, в котором происходит централизация информационных, управляющих и системных функций. Уровень СВБУ определяет режимы работы оборудования и систем АЭС, принимает все важные решения об управлении энергоблоком, занимается предоставлением информации оперативному персоналу о ходе управления, срабатывании защит и блокировок, сигнализации и т.д.

Средства низовой автоматики обеспечивают связь с объектом управления и реализуют функции управления и защит (если они разрешены уровнем СВБУ). Низовая автоматика 1-го блока РоАЭС реализована на аппаратуре Каскад-2, АСУТ-1000 и УКТС. Аналогичные системы 2-го блока РоАЭС создаются с использованием ПТК ТПТС и, частично, устройств с "жесткой" логикой (шкафы УКТС-А и КТПС-ПН). Объединение уровней СВБУ и низовой автоматики в единую систему, с централизацией функций контроля и управления на БЩУ, обеспечивается посредством промышленных цифровых сетей. На рис. 1.13 показана обобщенная структурная схема АСУТП АЭС с реактором ВВЭР-1000. Приведенная схема содержит две комплексные системы: управляющая система безопасности (УСБ) и система контроля и управления нормальной эксплуатации (СКУ НЭ). СКУ НЭ отвечает за управление технологическими процессами АЭС и предоставление информации о ходе управления в штатном режиме работы станции. Т.е. под СКУ НЭ понимается комплекс локальных систем автоматизации, которые управляют оборудованием АЭС в штатных режимах работы и обеспечивают нормальный ход технологических процессов АЭС. УСБ следит за эксплуатационными характеристиками оборудования и в случае неисправностей, критического отклонения параметров или аварий формирует визуальные сигналы для оперативного персонала, запускает локальные системы безопасности, призванные устранить или минимизировать причины аварий. В отличие от систем СКУ НЭ, все подсистемы УСБ выполняются многоканальными и резервированными – такая реализация позволяет повысить надежность и безопасность АЭС. В штатном режиме работы АЭС все системы УСБ находятся в дежурстве. Существуют также комбинированные локальные системы автоматизации, которые в штатном режиме контролируют процессы нормальной эксплуатации, но при возникновении аварий, также берут на себя функции систем безопасности.

Коротко рассмотрим все подсистемы АСУТП, показанные на рис. 1.13.

1) ИВС – информационно-вычислительная система – объединяет все программно-технические комплексы локальных систем автоматизации в единое информационное пространство АЭС. Основной задачей ИВС является централизация контроля за технологическими процессами, оборудованием, средствами АСУТП и электротехнической части энергоблока с целью представления полной информации персоналу станции. Относится к уровню СВБУ.

2) СКУД – система контроля, управления и диагностики реактора – служит для получения и представления оператору информации о рас­пределении энерговыделений по объему активной зоны, рас­пределении температуры теплоносителя над активной зоной, о температуре в трубопроводах и оборудовании 1-го контура, тепловой мощности установки, состоянии оборудования 1-го контура. Функционально СКУД разделена на две системы – СВРК (система внутриреакторного контроля) и СОД (система оперативной диагностики). Назначение СВРК: контроль состояния активной зоны, включая контроль над распределением энерговыделения в объеме активной зоны реактора; формирование сигналов предупредительной и аварийной защиты при превышении допустимых значений параметрами, непосредственно определяющими безопасность эксплуатации активной зоны; формирование сигналов для управления полем энерговыделения, а также выдача рекомендаций оператору по управлению полем энерговыделения. Основу СВРК составляют распределенные по сечению и высоте активной зоны нейтронные детекторы прямой зарядки (ДПЗ), а также температурные детекторы, расположенные на входе и выходе из ТВС. Кроме того, СВРК сканирует и обрабатывает датчики расхода, давления, положения ОР СУЗ, концентрации бора, теплового баланса между 1-м и 2-м контурами. Подсистема СОД предназначена для комплексной диагностики основного оборудования реакторной установки. В качестве входных сигналов в СОД используются: сигналы внереакторных ионизационных камер и внутриреакторных ДПЗ; сигналы датчиков вибрационных и тепловых перемещений, устанавливаемых на оборудовании ГЦК; сигналы датчиков давления.

3) СУЗ – система управления и защиты реактора - служит для управления мощностью реактора при его пуске, работе на мощности, плановой или аварийной остановке. Кроме управленческих функций, СУЗ также решает информационные задачи и задачи сигнализации-защиты. Функционально разделена на две системы – исполнительная часть КЭ СУЗ (комплекс электрооборудования СУЗ) и АСУЗ (инициирующая часть СУЗ в составе аварийной и предупредительной защит). Предусмотрены полностью независимые друг от друга комплекты аппаратуры СУЗ, каждый из которых выполняет функции аварийной и пре­дупредительной защиты. Каждый комплект выполнен трехканальным. СУЗ реактора ВВЭР-1000 выполняет следующие функции: контроля плотности нейтронного потока, скорости его изменения, контроля технологических параметров, необходимых для защиты и управления реактивностью и мощностью реакторной установки; управления реактивностью и мощностью реактора; разгрузки и ограничения мощности реактора; перевода активной зоны в подкритическое состояние и поддержания ее в подкритическом состоянии; защиты реактора; сигнализации. Система СУЗ относится к уровню низовой автоматики, а по влиянию на безопасность – к системам нормальной эксплуатации, важным для безопасности.

4) УСБТ – управляющая система безопасности по технологическим параметрам – предназначена для автоматизации процесса отвода тепла от реакторной установки, локализации гермообъема при аварийных ситуациях, осуществления контроля и управления системами расхолаживания в процессе их работы по ликвидации аварии. УСБТ состоит из ряда подсистем, которые в нормальном режиме работы находятся в дежурстве и ожидают запроса на срабатывание. Система УСБТ относится к уровню низовой автоматики, а по влиянию на безопасность – к системам безопасности.

УСБТ предназначена для формирования и реализации команд на запуск СБ, контроля и управления защитными, локализирующими и обеспечивающими системами безопасности во всех предусмотренных проектом режимах, включая аварийные.

По функции контроля УСБТ обеспечивает:

контроль текущих значений технологических параметров в диапазонах,

соответствующих всем режимам работы энергоблока, их предварительную об-

работку и сравнение их текущих значений с заданными значениями уставок;

расчет значений вычисляемых параметров и сравнение их с заданными

значениями уставок;

контроль дискретных сигналов из СУЗ;

контроль состояния исполнительных механизмов РО.

Параметры и дискретные сигналы, контролируемые УСБТ (рис. 2.7):

Нсаоз — уровень в емкости САОЗ, мм;

Рсаоз— давление в емкости САОЗ, МПа;

Рпг — давление в парогенераторах, МПа;

61

Рппг — давление в паропроводах парогенераторов, МПа;

Р1к — давление в 1-м контуре, МПа;

Тм — максимальная температура теплоносителя в любой из горячих ни-

ток петель, °С;

Т1к— температура теплоносителя 1-го контура, °С;

GБ — расход насосов ввода бора,

а также:

n, Ts1к ,Тsn , Тr ,Рk, Раз, Рn,Нnr

сигналы обесточивания механизмов собственных нужд любой секции

систем безопасности;

сигнал A3 из СУЗ.

По информационным функциям УСБТ обеспечивает передачу информа-

ции в СВБУ и представление информации на индивидуальных средствах пуль-

тов-панелей УСБТ на БПУ и РПУ. В состав информации входят следующие

данные:

контролируемые параметры;

сигнализация о состоянии исполнительных механизмов;

сигнализация о нарушении пределов и условий безопасной эксплуатации;

сигнализация о работоспособности комплектов аппаратуры каналов

УСБТ;

сигнализация о срабатывании УСБТ.

По функции защиты УСБТ обеспечивает реализацию алгоритмов защиты

при достижении контролируемыми параметрами соответствующих уставок и

формирование команд управления необходимыми исполнительными механиз-

мами, в том числе:

отсечение парогенераторов;

аварийное газоудаление (открытие арматуры на линии аварийного газо-

удаления);

аварийную подпитку 1-го контура;

включение насосов высокого и низкого давления для подпитки борным

раствором 1 -го контура;__

защиту от превышения давления в 1-м и 2-м контурах;

запуск дизель-генераторов и их последовательное нагружение в соответ-

ствии с программой ступенчатого пуска;

отключение ГЦН;

включение систем, обеспечивающих жизнедеятельность персонала и под-

держания необходимых условий в помещениях электротехнических, аккумуля-

торных батарей и кабельных помещениях.

По функции диагностики УСБТ обеспечивает:

диагностику измерительных каналов, начиная от выхода датчика до мо-

дуля приема информации;

диагностику технических средств системы с формированием сообщений

об отказах.

5) СКУ РО – система контроля и управления реакторного отделения – комплексная система, которая предназначена для выполнения функций защит и блокировок, дистанционного управления, технологической сигнализации и автоматического регулирования, применительно к системам нормальной эксплуатации РО. СКУ РО относится к уровню низовой автоматики и содержит подсистемы нормальной эксплуатации, важные для безопасности и подсистемы нормальной эксплуатации, не влияющие на безопасность станции.

Фун к ц и и СКУРО. Система предназначена для управления техноло-

гическим оборудованием реакторного отделения, которое обеспечивает безо-

65

пасность в условиях нормальной эксплуатации, режимах с отклонениями от

нормальной эксплуатации, предаварийных ситуациях и авариях.

СКУ РО относится к УСНЭ ВБ и классифицируется по отношению к

безопасности по классу ЗН.

Безопасное состояние при нарушении нормальных условий эксплуатации

и проектных авариях характеризуется не превышением пределов безопасной

эксплуатации, установленных для аварийных ситуаций и аварий, и конечным

состоянием РО. При этом обеспечивается:

компенсация потери теплоносителя в 1-м контуре;

расхолаживание РУ и отвод остаточных тепловыделений.

К системам, управление которыми необходимо обеспечить для безопас-

ного останова реакторной установки, относятся:

реактор;

главный циркуляционный контур, включая парогенераторы и ГЦН;

система компенсации давления;

система подпитки и борного регулирования;

система охлаждения топлива;

система охлаждающей воды потребителей реакторного и вспомогатель-

ного отделений;

система промконтура охлаждения потребителей реакторного и вспомога-

тельного отделений;

система основных паропроводов;

система вспомогательной питательной воды;

система планового расхолаживания через технологический конденсатор;

система химобессоленной воды;

системы газовых сдувок и дожигания водорода;

система охлаждающей воды для систем, важных для безопасности;

системы вентиляции;

системы электропитания.

Фун к ц и и и з а д а ч и СКУ РО. Основной задачей СКУ РО является

обеспечение ведения основного технологического процесса энергоблока совме-

стно с другими подсистемами АСУ ТП АЭС, поддержание параметров, харак-

теризующих состояние технологических барьеров безопасности в проектных

пределах при эксплуатации энергоблока в режимах, предусмотренных проек-

том АЭС.

В общем случае функции СКУ РО соответствуют функциям, приведен-

ным в п. 2.1.

К контролируемым параметрам РУ в состоянии "Работа на энергетиче-

ском уровне мощности" относятся:

тепловая мощность реактора, МВт;

подогрев теплоносителя в петле, °С;

температура теплоносителя на выходе из ТВС, °С;

расход теплоносителя через реактор, м3/ч;

температура теплоносителя на входе в реактор, °С;

66

температура теплоносителя на выходе из реактора, °С;

давление в 1-м контуре, МПа;

давление теплоносителя в реакторе, МПа;

давление пара в парогенераторах, МПа;

уровень в КД, мм;

концентрация борной кислоты в теплоносителе, г/кг;

уровень в ПГ, мм;

расход пара от каждого работающего ПГ, т/ч;

температура питательной воды ПГ, °С;

расход протечек из 1-го контура по линии оргпротечек и дренажей, м3/ч,

и др.

К основным регулируемым параметрам реакторной установки относятся:

мощность реактора;

давление в 1-м контуре;

скорость разогрева 1-го контура;

уровень теплоносителя в компенсаторе давления;

уровень воды в парогенераторе;

скорость разогрева компенсатора давления;

скорость расхолаживания компенсатора давления;

скорость расхолаживания 1-го контура.

В условиях нормальной эксплуатации энергоблока задачей управления

СКУ РО является обеспечение ведения основного технологического процесса

оперативным персоналом БПУ в соответствии с технологическим регламентом

безопасности АЭС.

При нарушениях нормальной эксплуатации, приводящих к ограничению

в нормальной эксплуатации энергоблока вплоть до ее прекращения, возрастает

доля автоматического управления на уровне технологических защит и блокиро-

вок автоматического ввода резерва, работы регуляторов ограничения мощности

по сигналам предупредительных защит СУЗ. Работа систем безопасности не

инициируется.

В случае прекращения нормальной эксплуатации СКУ РО обеспечивает

вывод энергоблока из действия и поддержание его в безопасном состоянии. На

этом уровне снижается доля автоматизированного управления, так как прекра-

щается основной технологический процесс и возрастает доля автоматического

управления, что обусловлено работой различных защит и блокировок и вводом

резерва.

При проектных авариях основными задачами управления СКУ РО явля-

ются:

прекращение основного технологического процесса;

поддержание и ограничение воздействий на барьеры в рамках макси-

мальных проектных пределов.

При запроектных авариях основными задачами управления являются:

прекращение основного технологического процесса;

67

поддержание и ограничение воздействий на барьеры с целью непревыше-

ния максимального проектного предела по системе герметичных ограждений.

Средства СКУ РО обеспечивают контроль:

состояния технологических барьеров безопасности;

параметров, характеризующих безопасное состояние энергоблока, в том

числе запасов до максимальных проектных пределов по системе герметичных

ограждений;

параметров, характеризующих воздействия на барьеры безопасности и

герметичные ограждения;

обеспечения условий жизнедеятельности персонала.

Послеаварийные мероприятия:

основными задачами СКУ РО по управлению при проведении послеава-

рийных мероприятий являются:

обеспечение управления системами нормальной эксплуатации, важными

для безопасности (СНЭ ВБ), и техническими средствами, специально преду-

смотренными для останова и расхолаживания реактора и поддержания его в

подкритическом состоянии;

восстановление эффективности барьеров безопасности;

поддержание и ограничение воздействий на технологические барьеры в

рамках пределов и условий безопасной эксплуатации;

обеспечение условий жизнедеятельности персонала.__

6) АСРК – автоматизированная система радиационного контроля - предназначена для контроля параметров, характеризующих радиационное состояние энергоблока и окружающей среды. Система АСРК относится к уровню низовой автоматики, а по влиянию на безопасность – к системам нормальной эксплуатации, важным безопасности.

Функции А С Р К [ I I ] . По отношению к безопасности АСРК класси-

фицируются по классу ЗН. Отдельные каналы контроля, используемые для вы-

дачи дискретных сигналов в АСУ ТП энергоблока, классифицируются по клас-

су 2У. Технические средства, не влияющие на безопасность (дозиметрические

комплексы, установки контроля радиоактивной загрязненности персонала и

оборудования, компьютеры, принтеры, устройства бесперебойного питания,

компоненты сетевого оборудования, носимые приборы, лабораторное оборудо-

вание) классифицируются по классу 4Н.

АСРК обеспечивает получение и обработку информации о контролируе-

мых параметрах, характеризующих радиационное состояние АЭС и окружаю-

щей среды во всех режимах работы АЭС, включая проектные и запроектные

аварии, а также состояние АЭС при выводе из эксплуатации.

АСРК обеспечивает оперативный контроль соответствия радиационных

показателей нормируемым значениям для раннего обнаружения отклонений

контролируемых параметров от нормируемых значений.

АСРК состоит из следующих взаимосвязанных функциональных систем:

автоматизированная система радиационного технологического контроля

(АСРК):

автоматизированная система контроля радиационной обстановки внутри

сооружений АЭС (АСКРО);

автоматизированная система контроля радиоактивных загрязнений

(АСКРЗ);

автоматизированная система контроля индивидуальных доз (АСКИД);

автоматизированная система контроля радиоэкологической обстановки

(АСКРЭО).

Информация по всем контролируемым АСРК параметрам энергоблока

изображается на АРМ БЩРК.

Подсистема АСРТК предназначена для контроля целостности защитных

барьеров и контроля утечки радиоактивных веществ в окружающую природ-

ную среду во всех режимах работы АЭС, включая аварии.

Подсистема АСКРО предназначена для контроля радиационной обста-

новки в производственных помещениях АЭС, своевременного выявления и

формирования сообщений об ухудшении радиационной обстановки.

Подсистема АСКРЗ предназначена для контроля загрязнения радионук-

лидами производственных помещений, оборудования, транспорта и персонала;

определения группы твердых радиоактивных отходов.

Подсистема АСКИД предназначена для контроля и учета дозовых нагру-

зок на персонал во всех режимах эксплуатации АЭС и их планирования, а так-

же для контроля за допуском и учетом нахождения персонала в зоне строгого

режима.

В АСРК предусмотрена возможность обмена информацией с внешними

абонентами: АСУ ТП, радиохимической лабораторией (PXЛ) и противоаварий-

ными центрами, ДТП, АСКРЭО.

В зависимости от режима функционирования АЭС АСРК обеспечивает:

в режиме нормальной эксплуатации АЭС — оперативное получение, об-

работку и отображение информации о соответствии радиационного состояния

АЭС требованиям нормативных документов. При превышении значений кон-

тролируемых параметров заданных уровней АСРК выдает соответствующую

информацию на БЩРК, в АСУТП, в ЦТП, АСКРЭО и по месту размещения

датчиков АСКРО и АСКРЗ;__

Рис. 1.13 Структурная схема АСУ ТП АЭС с реактором ВВЭР-1000