КОВАЛЕНКО С.В., Национальный технический университет «ХПИ»

ОПЕРАТИВНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ РЕМОНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ ЭНЕРГОБЛОКОВ АЭС ПРИ РАБОТЕ НА МОЩНОСТИ

Рассмотрена одна из задач поддержки принятия технических решений, которая может быть включена в состав новых информационных и управляющих систем энергоблоков АЭС. Задача относится к классу задач оперативного планирования оптимальных объемов ремонтов оборудования технологических систем энергоблока в режиме его работы на мощности.

Опыт эксплуатации энергоблоков показывает, что оборудованию, которому в период ежегодного планово-предупредительного ремонта (ППР) по разным причинам не был сделан ремонт, обеспечивающий его работоспособность до момента времени с вероятностью , в ряде случаев целесообразно по условиям безопасности сделать ремонт в период работы энергоблока на мощности. В период работы на мощности могут возникать отказы оборудования, которые не приводят к необходимости немедленного снижения мощности или даже останова энергоблока. Кроме того, отдельные единицы оборудования могут расходовать свою надежность в более высоком темпе, чем предполагалось в период ППР. Наличие такого рода эксплуатационных обстоятельств могут приводить к увеличению вероятности радиационной аварии (ВРА) за время до . Чтобы этого избежать, можно сделать ремонт «на ходу», если это допустимо по условиям эксплуатации, соответствующей технологической системе (не обязательно отказавшей единице оборудования). Возникает естественная по условиям безопасности энергоблока целесообразность в определении рациональных объемов ремонтов технологических систем «на ходу».

Критерий управления технологическим комплексом энергоблока АЭС в общем случае может быть записан в виде интегрального соотношения [1]:

, (1)

где – рассматриваемый период эксплуатации объекта; – время; – вектор выходных контролируемых величин; – собственный вектор управляющих воздействий; – вектор управляющих воздействий от внешней управляющей системы; – вектор возмущающих воздействий.

В состав вектора контролируемых величин могут быть включены показатели надежности оборудования технологических систем энергоблока. Тогда часть параметров функции окажется не только контролируемыми величинами в момент времени , но и прогнозируемыми на период времени .

Показатели надежности оборудования формируются на основании статистических данных, и могут быть скорректированы в любой момент времени по результатам дискретного или непрерывного контроля выходных данных. Современные вычислительные средства информационных и управляющих систем энергоблока позволяют за приемлемое время решить задачу оптимального планирования ремонтов технологических систем при работе энергоблока на мощности.

Если величина соответствует ежегодному периоду работы энергоблока на мощности, то более целесообразно использовать частный критерий управления безопасностью – вероятность радиационной аварии.

Для оценки ВРА энергоблока АЭС разработан специальный метод «дерева» событий и «дерева» отказов [2], в котором ВРА до есть некоторая известная функция от вероятности безотказной работы (ВБР) всех единиц оборудования энергоблока , :

. (2)

В результате ремонта оборудования энергоблока в период ППР (в момент времени ) формируется ВРА за время до . Наибольшую ВРА до , которую можно было бы допустить по требованиям безопасности, обозначим . Нормативные отраслевые документы по безопасности и документы МАГАТЭ требуют, чтобы приближалась к величине на один реактор в год.

Предположим, что в момент времени всем элементам энергоблока сделан капитальный ремонт, который восстанавливает ВБР элементов до единицы. Тогда может быть оценена минимально возможная ВРА на энергоблоке до момента времени . То есть, по условию безопасности энергоблока для любого на интервале времени должна быть верна оценка:

. (3)

Однако в процессе работы энергоблока на мощности, по указанным выше причинам, величина или , где некоторый интервал времени, может приобрести значение большее величины , что недопустимо. Возникает необходимость ремонта технологических систем «на ходу» и оперативного определения соответствующего плана ремонта.

Для построения плана ремонта примем следующие условия: 1) энергоблок работает на номинальном режиме выработки электроэнергии; 2) для каждого элемента , , установлена вполне определенная технология ремонта; 3) осуществленный ремонт элемента восстанавливает ВБР до единицы; 4) на безопасность энергоблока влияют только отказы оборудования, а другие факторы игнорируются.

Пусть в момент времени произошел отказ оборудования или установлено недопустимое по условиям безопасности значение его ВБР до . Принимаются условия: интервал времени известен; ремонт может быть осуществлен только той системы, которая включает отказавшее оборудование или то оборудование, ВБР которого за время недопустимо мала.

Построение математической модели планирования ремонтов можно осуществить по методу, изложенному в [3]. Объемы ремонтов элементов , , функционально обособленной системы, содержащей элементов, можно количественно характеризовать произведенными затратами на ремонт. Определяя связь между величиной повышения ВБР элемента в момент времени и произведенными затратами на его ремонт через удельную ВБР элемента (как величину повышения ВБР элемента, приходящуюся на одну условную единицу затрат на ремонт этого элемента), получим:

(4)

Ограничиваясь, по предположению, только одной системой, содержащей отказавшее оборудование, подставляя (4) в (3), и заменяя на , получим по условию безопасности требование к плану ремонта:

. (5)

Условие (5) можно свести к требованию не превышения предельно допустимой ВБР системы. Тогда задачу планирования оптимальных объемов ремонтов в момент времени можно сформулировать так. Требуется найти такие значения , чтобы выполнялись условия:

, , , (6)

где – ВБР за время системы, содержащей дефектное оборудование.

Решая оптимизационную задачу (6), получим план ремонта, который будет удовлетворять требованию безопасности энергоблока, и будет самым экономным по затратам на ремонт. Такой вывод будет верным, если время ремонта системы мало по сравнению со временем , и им можно пренебречь.

Решение задачи (6) может быть не единственно. Выбор из множества эффективных решений одного решения, которое будет реализовано на практике, предоставляется специалисту.

Математическая модель (6) оперативного (в момент времени появления необходимости) планирования ремонтов и намеченный путь ее решения позволяют разработать соответствующее программное обеспечение, и включить его в состав информационных и управляющих систем энергоблока в качестве автоматизированного инструмента подготовки технических решений.

Список литературы

1. Плютинский В.И., Погорелов В.И. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок АЭС. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 296 с., ил.

2. Бахметьев А.М., Самойлов О.Б., Усынин Г.Б. Методы оценки и обеспечения безопасности ЯЭУ. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 136 с.

3. Коваленко С.В. Декомпозиционный подход к расчету надежности сложной системы. Восточно – Европейский журнал передовых технологий, 3/6 (27) 2007 – с. 30–33.