Повышение эффективности оценки параметров температурных полей при контроле течи теплоносителя ядерных энергоустановок

Развитие экономики России, выход промышленного производства на новые рубежи требуют развития энергетического комплекса опережающими темпами. В этой связи Правительством РФ принят ряд программ развития ядерной энергетики РФ, как наиболее прогрессивной в энергетической отрасли. Производство тепловой и электрической энергии из ядерного топлива на атомных станциях (далее — АС) является наиболее высокотехнологичным, эффективным (экономически целесообразным из всех энергопроизводящих отраслей при учете всего производственного цикла от добычи сырья до производства тепловой и электрической энергии) и экологически безопасным из существующих в настоящее время технологий, позволяющих осуществлять генерацию электроэнергии в промышленных масштабах, несмотря на то обстоятельство, что по ряду признаков часть объектов АС является опасными производственными объектами, а производство — потенциально • опасным. Именно атомная отрасль использует самые передовые, научно обоснованные технологии и сама является генератором новейшей науки, техники, подлинной культуры производства и культуры безопасности [26].

Мировыми лидерами в производстве ядерной электроэнергии являются: США (836,63 млрд. кВт-ч/год), Франция (439,73 млрд. кВт-ч/год), Япония (263,83 млрд. кВт-ч/год), Россия (170,01 млрд. кВт-ч/год), Корея (142,94млрд. кВт-ч/год) и Германия (140,53 млрд. кВт-ч/год). В мире (32 страны) действует 443 энергетических ядерных реакторов общей мощностью- 376,692 ГВт. Ядерная (на территории1 РФ, вопреки физики ядерных процессов получения энергии за счет дефекта масс, а не атомных процессов типа испускания фотонов за счет изменения энергетических уровней электронов при. химических реакциях окисления" ценнейшего «природного топлива» — невосстанавливае-мых углеводородов, устоялся термин «атомная») энергетика в настоящее время играет существенную роль в производстве электроэнергии во многих странах мира. В ряде стран ее доля достигает более 50%, а мировым лидером по доле АС в национальном производстве электроэнергии является Франция.

Атомная энергетика в этой стране развивается планомерно и устойчиво. Здесь эксплуатируются 59 атомных энергоблоков суммарной электрической мощностью около 70 ГВт, которые вырабатывают около 80% всей электроэнергии страны. Доля атомной генерации в общем энергобалансе России около 17%. Высокое значение атомная энергетика имеет в европейской части России (порядка 30%) и особенно на северо-западе, где выработка на АС достигает 42%, а в субъектах Федерации по месту расположения АС — 75−90 и более %. В настоящее время на 10 АС России эксплуатируется 32 энергоблока установленной мощностью 24,242 ГВт, из них 16 реакторов с водой под давлением: 10 ВВЭР-1000, 6 — ВВЭР-440- 11 — РБМК-1000, 4 — ЭГП-6, 1 реактор на быстрых нейтронах.

В Швеции доля выработки энергии на 10 энергоблоках составляет около 50% в общем национальном производстве электроэнергии. В Японии эксплуатируются 55 ядерных энергоблока, которые производят в стране 34% электрической энергии, и еще один строится. Причем в 1991 году их было 41, то есть за последнее десятилетие построено 14 новых энергоблоков. К 2016 году планируется доведение этой доли до 40%. Все АС в Японии размещаются на морском побережье в сейсмически активных районах. На территории Германии действуют 17 ядерных энергоблоков, и доля вырабатываемой на АС электроэнергии составляет более 30%. Самый большой в мире парк АС принадлежит США. Находящиеся в эксплуатации 103 энергоблока суммарной мощностью почти 100 ГВт обеспечивают производство почти 20% всей электроэнергии страны. На семи ядерных энергоблоках в Бельгии вырабатывается почти 60% электроэнергии страны. Почти 50% энергии в Болгарии производится на 6 ядерных реакторах. В Великобритании 23 энергоблока дают около 20% всей производимой энергии в стране. В Испании работают 8 энергоблоков, что позволяет производить 20% энергии. Южная Корея получает 40% всей электроэнергии от 20 работающих ядерных реакторов. В Словакии 6 ядерных установок обеспечивают более половины электропроизводства. 25% энергии на Тайване производится на 6 ядерных энергоблоках. На.

Украине работают 15 энергоблоков, которые обеспечивают примерно 50% вырабатываемой энергии. 35% мощности в Финляндии производится на АС (4 энергоблока) и в Швейцарии на 5 ядерных установках. В Чехии 6 энергоблоков обеспечивают более 30% потребностей страны в электроэнергии. Бурно развивается при поддержке РФ данная отрасль и в КНР и Индии. Программы развития атомной энергетики приняты во многих странах мира. По данным МАГАТЭ к 2020 году в мире планируется ввести в эксплуатацию более 100 ядерных реакторов. По различным оценкам, к 2020 году только в государствах Азии будет построено от 40 до 80 новых энергоблоков. В настоящее время в 14 различных странах мира строятся 36 новых энергоблоков АЭС общей электрической мощностью более 23 ГВт. Среди стран, активно развивающих ядерную энергетику, можно выделить Францию, Украину, Финляндию, Японию, Южную Корею, Китай, Индию и др.

Если (теоретически) заменить все действующие в мире атомные электростанции на тепловые, мировой экономике, всей планете и каждому человеку в отдельности будет нанесен непоправимый ущерб. Этот вывод основывается на том факте, что выработка энергии действующими АС одновременно предотвращает ежегодный выброс в атмосферу Земли до 2300 миллионов тонн двуокиси углерода, 80 миллионов тонн диоксида серы и 35 миллионов тонн оксидов азота. Это происходит за счет уменьшения количества сжигаемого органического топлива на тепловых электростанциях. Кроме того, мало кто знает, что при сгорании органического топлива (угля, нефти) в атмосферу выбрасывается большое количество радиоактивных веществ, содержащих, в основном, изотопы радия с периодом полураспада около 1600 лет. При замене атомной энергетики на тепловую все эти вредные вещества оказались бы дополнительно в атмосфере (закрытие в Швеции атомной станции Барсебек-1 привело к тому, что: Швеция, впервые за последние 30 лет, вынуждена импортировать электроэнергию из Даниина угольных электростанциях Дании было сожжены дополнительно сотни тысяч тонн угля из России и Польши, что привело к росту выбросов двуокиси углерода на 4 млн. тонн в год и значительному увеличению количества выпадающих кислотных дождей во всей южной части Швеции). Многолетний опыт эксплуатации АС во всех странах подтверждает, что АС не оказывают заметного (как сжигающие органическое топливо) вредного воздействия на окружающую среду. Накопленный опыт показывает, что отсутствие воздействия не зависит от срока работы АС — в составе парка АС имеются энергоблоки разных поколений. Среднее время эксплуатации действующих АС составляет на сегодняшний день около 30 лет. Надежность, безопасность и экономическая эффективность АС опираются не только на жесткую регламентацию процесса функционирования АС, но и на сведение до минимума влияния АС на окружающую среду [82].

Приоритетом эксплуатирующей АС организации является эффективное ведение технологического процесса при безусловном соблюдении критериев и принципов безопасности, что возможно достичь контролем и управлением техпроцессом только на основании достоверной измерительной информации об его параметрах и состоянии оборудования ядерной энергетической установки (далее — ЯЭУ) и энергоблока в целом. Контролируемых параметров и измеряемых величин — тысячи, точек отбора измерительной информации и средств измерений (в т.ч. измерительных каналов измерительных и информационных систем) — десятки тысяч на энергоблок АС. Для обеспечения эффективности и безопасности контроль и управление техпроцессом постоянно совершенствуются в соответствии с развитием науки и техники. Модернизируется штатное оборудование и вводятся новые точки контроля — измеряются новые параметры техпроцесса, недоступные для контроля ранее. Достоверность результатов измерений, необходимая для создания условий безопасной эксплуатации, обеспечивается, в том числе, дублированием (а порой и троированием) измерительной информации, ее избыточностью и замещением, использованием для контроля определенного параметра техпроцесса или состояния оборудования одновременно нескольких физических методов измерения, применением косвенных и совокупных методов измерений.

Безопасность и эффективность эксплуатации АС неразрывно связаны как единая часть технологического процесса с контролем и диагностикой состояния оборудования АС.

Для контроля течи теплоносителя ЯЭУ разработаны и введены в эксплуатацию автоматизированные системы с распределенными функциями измерений физических величин, совокупность которых характеризует своим поведением отсутствие/наличие течи и ее параметры. На энергоблоках АС с ЯЭУ — реакторными установками типа ВВЭР-1000 и 440 эксплуатируются системы контроля протечки теплоносителя первого контура (СКТТ), с РБМК-1000 — автоматизированные системы обнаружения течи теплоносителя (АСОТТ), которые контролируют наличие или отсутствие течи, а также производят оценку расхода теплоносителя через течь и координат места ее расположения. Учитывая важность этой проблемы, исследования и разработка автоматизированных систем обнаружения и контроля течи теплоносителя ЯЭУ ведутся во всех странах, обладающих ядерными производствами. В области разработки систем контроля и диагностики оборудования АС России (а также Украины, Литвы, Болгарии, Чехии, Словаки, Финляндии, Индии, Китая) большой вклад внесли A.A. Абагян, Е. П. Велихов, В. В. Клюев, В. А. Легасов, A.C. Штань, Б. В. Антонов, А. Ф. Гетман, H.H. Давиденко, Л. К. Исаев, Ю. Н. Козин, Н. Г. Рощин, Б. П. Стрелков, Б. М. Финкель, В. Г. Фирстов, В. М. Шевченко. Также хорошо известны работы G. Bartholome, R. Keskinen, R. Olson, S. Rahman, J. Zdarek.

Повышение эффективности способов обработки измерительной информации о текущих значениях физических величин, получаемой от первичных измерительных преобразователей по измерительным каналам систем диагностики, описания физическими и математическими моделями течи теплоносителя, ее возможного наличия и оцененных значений параметров, представляет актуальную составляющую проблемы обеспечения безопасной эксплуатации АС.

Государственная значимость этой проблемы установлена Федеральными законами от 21 ноября 1995 года № 170-ФЗ «Об использовании атомной энергии», от 9 января 1996 года № З-ФЗ «О радиационной безопасности населения», федеральной целевой программой «Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007 — 2010 годы и на перспективу до 2015 года», подпрограммами по безопасности и развитию атомной энергетики, энергетической стратегией России на период до 2020 года.

Целью диссертационной работы является повышение безопасности эксплуатации АС за счет повышения эффективности оценки параметров температурных полей в контролируемых помещениях энергоблоков АС при обнаружении и контроле течи теплоносителя.

Достижение поставленной в диссертационной работе цели обеспечивается решением следующих задач:

— проведение системногоанализа состояния методов и средств контроля течи теплоносителя энергоблоков атомных станций;

— построение и исследование распределения, обобщающего нормальное и экспоненциальное, и обоснование возможности его использования при контроле течи теплоносителя;

— разработка методов применения экспоненциально-нормального распределения для оценки параметров распределений' данных температурного контроля при обнаружении и контроле течи теплоносителя;

— исследование температурного режима и распределений результатов температурных измерений в контролируемых помещениях энергоблока с реакторной установкой РБМК-1000;

— проведение мониторинга системы метрологического обеспечения неразрушающего контроля и диагностики атомных станций и разработка комплекса нормативной, технической и методической документации в данной области.

Научная новизна представленной работы состоит в том, что предложен новый метод функциональной обработки данных стохастических процессов работающего энергоблока, основанный на экспоненциально-нормальном распределении, и разработан математический аппарат его применения для оценки параметров, контролируемых системами обнаружения течи теплоносителявпервые обоснована возможность и показана эффективность применения экспоненциально-нормального распределения в полномасштабных системах обнаружения и контроля течи теплоносителяна основе экспоненциально-нормального распределения разработана математическая модель составляющих температурного состояния с учётом динамики и переходных состояний в контролируемых помещениях при различных режимах работы основного оборудования энергоблокаразработан и обоснован метод анализа сложных, многофакторных процессов, характеризующих температурный режим в контролируемых помещениях энергоблока АС, основанный на представлении их смесью экспоненциально-нормальных функций распределения.

Практическая значимость работы определяется разработанными практическими методами использования экспоненциально-нормального распределения в автоматизированных системах обнаружения и контроля течи теплоносителя ЯЭУ, способом ранней идентификации события в подсистемах контроля температуры и влажности и их апробацией, а также разработанными и введенными в действие на АС РФ комплексной системой метрологического обеспечения неразрушающего контроля и диагностики и системой первичной калибровки средств неразрушающего контроля и измерительных каналов систем диагностики. Практическая значимость разработанной системы метрологического обеспечения отмечена в 2010 году золотой медалью Федерального агентства по техническому регулирования и метрологии «За большой вклад в работы по метрологическому обеспечению безопасности эксплуатации атомных станций».

Достоверность результатов работы подтверждается соответствием результатов проведенных исследований фактическим данным контроля и обнаружения течи теплоносителя, полученным в условиях работающего энергоблока, и результатам моделирования, известным из литературных источниковрезультатами применения разработанных методов экспоненциально-нормального распределения к данным температурного контроля разных подсистем при обнаружении и контроле течи теплоносителя различных энергоблоковрезультатами проверки методов, разработанных для температурного контроля АС с реакторной установкой РБМК-1000, применением на данных контроля влажности АС с реакторной установкой ВВЭР-1000.

Результаты диссертационной работы реализованы в системах обнаружения и контроля течи теплоносителя, эксплуатируемых на энергоблоках КуАЭС, ЛАЭС и НВАЭС и внедрены на всех АС РФ в системе метрологического обеспечения неразрушающего контроля и диагностики.

Основные положения, выносимые на защиту:

— результаты исследования распределений составляющих температурного состояния с учётом динамики и переходных состояний в контролируемых помещениях при различных режимах работы основного оборудования энергоблока и математическая модель температурных состояний, основанная на экспоненциально-нормальном распределении;

— методы обработки результатов измерений и описания флуктуирующих и многофакторных состояний с использованием экспоненциально-нормального распределения и обоснование эффективности их применения при обработке данных температурного контроля для обнаружения и контроля течи теплоносителя в условиях работающего энергоблока;

— метод анализа сложных, много факторных процессов, характеризующих температурный режим в контролируемых помещениях энергоблока АС, представлением их смесью экспоненциально-нормальных функций распределения;

— графический метод построения и оценки параметров экспоненциально-нормального распределения и метод аппроксимации экспоненциально-нормальным распределением с сохранением математического ожидания, дисперсии и асимметрии распределения для контроля течи теплоносителя;

— комплексная система метрологического обеспечения неразрушающего контроля и диагностики АС.

Всего по теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, из которых: в журналах, рекомендованных ВАК — 7, в зарубежных научных изданиях — 3- выпущено 15 нормативных и методических документов. Основные результаты работы доложены и обсуждены на XV Российской научноi технической конференции «Неразрушающий контроль и диагностика» (Москва, 1999), II Международной конференции «Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики» (Москва, 2001), III Международной конференции «Диагностика трубопроводов» (Москва, 2001), VI Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права» (Москва, 2003), III международной специализированной выставке-конференции приборов и оборудования для промышленного неразрушающего контроля и технической диагностики «Промышленный неразрушающий контроль NDT» (Москва, 2004) — II Московском международном симпозиуме метрологов (Москва, 2010), отраслевых и ведомственных, в т. ч. с международным участием, конференциях и совещаниях по измерениям, контролю и диагностике, метрологическому обеспечению в системе Росатома (1998;2010).

В первой главе говорится о значении оперативного обнаружения течи теплоносителя ядерной энергетической установки и контроля за ее состоянием в глобальной проблеме обеспечения безопасности атомных станций. Рассматриваются автоматизированные системы обнаружения течи теплоносителя, физические эффекты, используемые при их создании, способы отбора, обработки и хранения измерительной информации, критерии принятия решений. Показано, что сочетание требований приемлемой эффективности при безусловной безопасности и высокой надежности ведения технологических процессов АС определило построение полномасштабной автоматизированной системы обнаружения течи теплоносителя, включающей четыре независимые подсистемы, реализующие различные физические принципы контроля для обеспечения безопасного останова ядерного реактора до или в случае разрыва трубопроводов контуров охлаждения и питания, в т. ч. аварии типа LOCA — мгновенного разрыва трубопровода большого диаметра. Системы оперативной диагностики обеспечивают своевременное обнаружение дефекта трубопровода и, тем самым, исключают его внезапный разрыв. Построение таких систем опирается на факт устойчивого докритического роста дефектов трубопроводов перед его мгновенным катастрофическим разрушением. На этой концепции — течь перед разрушением (ТПР), основаны требования к комплексным полномасштабным системам автоматизированного контроля течи трубопроводов АС. В рамках концепции ТПР принято положение, что ни один из существующих в настоящее время методов обнаружения течи не может одновременно обеспечивать требуемую чувствительность обнаружения течи, приемлемую точность оценки расхода теплоносителя через течь и обладать способностью определения ее местоположения. Для корректного применения концепции ТПР требуется использование информации, поступающей одновременно от минимум трех независимых, дополняющих друг друга и при этом разнотипных, построенных на различных физических эффектах, подсистем системы контроля и обнаружения течи: контроля аэрозольной активности воздушной среды, контроля' влажности окружающей среды и акустического контроля. Показано, что при технической невозможности осуществления акустического метода в контролируемых помещениях АС — для «холодных» помещений, применение находит контроль параметров температурных полей, и его значимость в повышении эффективности оперативной диагностики состояния трубопроводов ЯЭУ определена концепцией ТПР, правилами и нормами, действующими в атомной энергетике.

Во второй главе приводятся теоретические исследования распределений и математического аппарата, используемых для описания распределений данных о физических величинах, характеризующих возникновение и развитие течи теплоносителя, и обосновано применение экспоненциально-нормального распределения в полномасштабных системах автоматизированного контроля течи теплоносителя.

Для исследований и описания распределений результатов измерений в условиях работающего энергоблока показана необходимость привлечения распределения с более широкими описательными возможностями, чем равномерное и нормальное. Качественный анализ показал, что нужное распределение должно также обладать свойствами экспоненциального распределения. Показано, что это распределение является однопараметрическим обобщением экспоненциального и нормального распределений, имеет широкие описательные возможности и обладает дополнительными свойствами, полезными при обработке результатов измерений. Полезным является рассмотрение дисперсии как суммы (неравных) левой и правой частей от математического ожидания, порождающих меру асимметрии и, в частности, обобщающее традиционное графическое представление точности результатов указанием стандартных отклонений. Наиболее важным из дополнительных свойств является повышение точности аппроксимации суммы конечного числа слагаемых. Для практического применения этого распределения разработаны методы его построения и оценки параметров с учётом качества исходных данных и использования робастных характеристик. Свойства этого распределения использованы для конструирования многомодальных распределений как смесей экспоненциально-нормальных.

В третьей главе приведены результаты исследований по применению экспоненциально-нормального распределения для оценки параметров распределения температуры полномасштабными системами автоматизированного обнаружения и контроля течи теплоносителя. Проведено статистическое исследование результатов измерений температуры в различных режимах работающего энергоблока. Получено описание температурного состояния ШОТ (шахта опускных трубопроводов), помещения БС (барабан-сепаратора), помещение РГК (раздаточного группового коллектора) во временном диапазоне от месяца до десятка минут. Исследована структура и динамика полученных функций распределения. Показано, что использование равномерного и нормального распределений не достаточно для описания даже такой общей характеристики, как эффективная температура. В основу модели положено экспоненциально-нормальное распределение. Выполнен сравнительный анализ характеристик аппроксимации экспериментальных данных в условиях работающего энергоблока при различных гипотезах об их распределении. Для исследования сложных многофакторных процессов, описываемых многомодальными распределениями, разработана методика построения смеси экспоненциально-нормальных распределений. Выполнен анализ переходного процесса с быстрым повышением температуры и особое внимание уделено его начальной стадии. Проведённое исследование выявило наличие шума, который требует для описания состояний системы в интервалах времени порядка минут — десятка минут расширения исследовательского аппарата, т. е. переход от описания функциями распределения к совокупности распределений, зависящих от времени — стохастическим процессам. Найдена функциональная зависимость, чувствительная к быстрому повышению температуры и полезная как идентификатор при оперативной оценке характеристик течи. Развитая методика, в силу своей общности, применена к результатам прямых измерений влажности. Её использование показало, что идентификация начала течи возможна за значительно меньшее время, чем необходимое в рамках применения концепции ТПР.

В четвертой главе приводится обоснование, разработка и внедрение системы метрологического обеспечения неразрушающего контроля и диагностики атомных станций, в том числе концепции и нормативной базы системы метрологического обеспечения неразрушающего контроля и диагностики АС, уникальных средств неразрушающего контроля и систем диагностики АС вне сферы государственного регулирования обеспечения единства измерений, разработка методической базы системы метрологического обеспечения неразрушающего контроля и диагностики АС, разработка и развитие научно-методического и организационно-административного механизма управления системой метрологического обеспечения эксплуатации и развития АС.

В заключении сформулированы основные выводы по диссертационной работе в целом.

Основные результаты и выводы.

В ходе выполнения работы и процессе решения поставленных задач получены следующие основные результаты:

— показано что для обнаружения течи теплоносителя ядерных энергоустановок АС с чувствительностью не хуже 3,8 л/мин за время не более часа в системах автоматизированного контроля необходимо использование не менее трех независимых информационно-измерительных подсистем и обосновано, что наиболее эффективно применение в таких системах акустического, гидрометрического, радиометрического и термометрического методов контроля;

— предложен метод, основанный на применении экспоненциально.

— с)2 f Сх") = А (а Ь~) ¦ е «<-х~с'>+2ь2 нормального распределения ¦/епК — 4 ' } и разработан математический аппарат обработки результатов измерений и описания флуктуирующих и многофакторных состояний, показана эффективность его использования при функциональной обработке данных для повышения достоверности обнаружения и контроля течи теплоносителя в полномасштабных автоматизированных системах;

— на основе экспоненциально-нормального распределения разработана математическая модель составляющих температурного состояния и установлены типичные распределения температурных полей, включая закономерности динамики, в контролируемых помещениях энергоблока с реакторной установкой РБМК-1000;

— предложены удобные для использования в инженерной практике простые и эффективные методы аппроксимации результатов измерений экспоненциально-нормальным распределением, позволившие оптимизировать процедуру оценки параметров данных автоматизированных систем контроля и обнаружения течи теплоносителя, внедренных на КуАЭС, ЛАЭС, НВАЭС;

— разработан и обоснован метод анализа сложных, многофакторных процессов, на основе представления их смесью экспоненциально-нормальных функций распределения, позволивший установить закономерности, характеризующие температурный режим в контролируемых помещениях энергоблока АС;

— реализация разработанных методов экспоненциально-нормального распределения в системах контроля и обнаружения течи теплоносителя КуАЭС, ЛАЭС показала, что при диапазонах изменения температуры в 23 °C, характеризующего событие, за счет более корректной обработки измерительной информации для обнаружения течи достижимо повышение точности контроля параметров температурных полей на 10%. Реализация предложенного и апробированного в подсистемах контроля температуры и влажности ЛАЭС, НВАЭС способа ранней идентификации события анализом вариации производной процесса позволит снизинить время обнаружения течи более чем в 2 раза;

— разработана комплексная система метрологического обеспечения неразрушающего контроля и диагностики АС, введенная для обязательного применения на всех АС РФ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате проведенного системного анализа состояния и развития систем диагностики оборудования ядерных энергоустановок в реализации концепции «течь перед разрушением» для целей безопасной эксплуатации атомных станций на основании требований к системам диагностики целостности трубопроводов охлаждающей и питательной воды ядерных энергоустановок показано, что для целей обнаружения и контроля течи теплоносителя в настоящий момент на российских и зарубежных АС в рамках реализации концепции ТПР применяется несколько типов автоматизированных систем обнаружения и контроля течи теплоносителя, основанных на комплексе видов контроля, использующие различные измерительные технологии. Достоверность и точность результатов измерений физических величин определяют достоверность контроля, чувствительность к обнаружению течи теплоносителя, точность оценки расхода через течь и координат расположения течи. Работа ИК систем контроля происходит в условиях вносящих шум в результаты измерений, определяющими аспектами достоверности и точности контроля становится методическое обеспечение обработки регистрируемой измерительной информации и организационно-методическое обеспечение аспектов метрологии неразрушающего контроля и диагностики АС. Решение последней задачи потребовало выполнить разработку комплексной системы метрологического обеспечения неразрушающего контроля и диагностики АС. Решение задачи методического обеспечения обработки регистрируемой измерительной информации продиктовало необходимость теоретического исследования, а по существу — построения, распределения с достаточно широкими описательными возможностями, интерпретируемыми параметрами, удобного для практического использования в задачах обработки результатов измерений, включая разработку методов его построения и методики применения для целей обнаружения и контроля течи теплоносителя.

Результаты измерений, полученные в условиях работающего энергоблока, показывают необходимость привлечеиия распределения с более широкими описательными возможностями, чем равномерное и нормальное. Качественное рассмотрение показало, что нужное распределение должно также обладать свойствами экспоненциального распределения. Поэтому было разработано экспоненциально-нормальное распределение. Это распределение, сохраняя свойства экспоненциального и нормального распределений (в частности интерпретируемость параметров и удобства использования), является однопараметрическим обобщением этих исходных распределений, имеет широкие описательные возможности, обобщает известные их свойства и обладает дополнительными свойствами, полезными при обработке результатов измерений. Полезным является рассмотрение дисперсии как суммы (неравных) левой и правой частей от математического ожидания, порождающих меру асимметрии и, в частности, обобщающее традиционное графическое представление точности результатов указанием стандартных отклонений. Наиболее важным из • дополнительных свойств является повышение точности аппроксимации суммы конечного числа слагаемых. Для практического применения этого распределения разработаны методы его построения и оценки параметров с учётом качества исходных данных и использования робастных характеристик. Свойства этого распределения определяют удобства конструирования многомодальных распределений как смесей экспоненциально-нормальных.

Для повышения точности определения характеристик процессов функционирования АС, характеризующих возможное наличие течи теплоносителя, ее развитие, параметры — местоположение и расход, и применяемые для целей течеискания в полномасштабных системах обнаружения и контроля течи теплоносителя, проведено статистическое исследование результатов измерений температуры в различных режимах работающего энергоблока. Получено описание температурного состояния ШОТ (шахта опускных трубопроводов), помещения БС (барабан-сепаратора), помещение РГК (раздаточного группового коллектора) во времменном диапазоне от месяца до десятка минут. Исследована структура и динамика полученных функций распределения. Отмечено частое появление распределений экспоненциального типа. Показано, что использование равномерного и нормального распределений не достаточно для описания даже такой общей характеристики, как эффективная температура. В основу модели положено экспоненциально-нормальное распределение как имеющее более широкие описательные возможности, сохраняющее интерпретируемость параметров и простоту оперирования. Для исследования сложных многофакторных процессов, описываемых многомодальными распределениями, разработана методика построения смеси экспоненциально-нормальных распределений. Выполнен анализ переходного процесса с быстрым повышением температуры (как часто сязанному с образованием течи) — при этом особое внимание уделено его начальной стадии. Проведённое исследование выявило наличие шума, который требует для описания состояний системы (и её элементов) в интервалах времени порядка минутдесятка минут расширения исследовательского аппарата, т. е. переход от описания функциями распределния к совокупности распределений зависящих от времени — случайным процессам. Это исследование указало на функциональную зависимость, которая должна быть чувствительна к быстрому повышению температуры и может быть полезна как идентификатор при оперативной оценке характеристик течи. Развитая методика, в силу своей общности, применена к результатам прямых измерений влажности в условиях работающего энергоблока и наличия течи. Её использование показало, что идентификация начала течи возможна за значительно (в некоторых случаях в несколько раз) меньшее время чем предельно необходимое в рамках применения концепции ТПР.

Разработана и внедрена на всех АС РФ комплексная система метрологического обеспечения НКиД АС. В разработанных документах, согласованных с органами Государственной метрологияеской службы, реализованы требования Федеральных законов «Об использовании атомной энергии» и «Об обеспечении единства измерений», в развитие Указа Президента Российской Федерации «Об эксплуатирующей организации атомных станций Российской Федерациии», рассмотрены и обоснованы основные направления системной деятельности по метрологическому обеспечению неразрушающего контроля и диагностики, включающие требования к техническим средствам и методикам (методам) измерений. Впервые в отрасли определены основные положения по метрологическому обеспечения неразрушающего контроля и диагностики на АС. Разработаны и введены в действие методические документы систем оперативной диагностики состояния оборудования АС, измерительных каналов систем контроля радиационной обстановки, измерительная информация от которых используется системами течеискания и общий по системам документ в области определения характеристик погрешностей ИК. Впервые введена процедура первичной калибровки, как решение задачи метрологического обеспечения уникальных единичных средств измерений, в том числе из состава средств неразрушающего контроля и систем диагностики, остро вставшей после отмены ГОСТа по метрологической аттестации средств измерений.

Введение

операции первичной калибровки в практику метрологического обслуживания измерительного оборудования на базе разработанной и введенной в действие в рамках Российской системы калибровки Подсистемы калибровки для АС, позволило осуществить метрологическое обеспечение контрольно-измерительного оборудования, находящегося в эксплуатации на АС вне сферы государственного регулирования.

10-летний опыт использования комплексной системы метрологического обеспечения неразрушающего контроля и диагностики на действующих АС, результаты метрологического надзора, как внутреннего, так и внешнего — отраслевого и государственного, обсуждение полученных результатов на конференциях специалистов Росатома, Росстандарта, концерна, в т. ч. АС, позволяет сделать вывод в том, что введение в действие данной системы позволили создать эффективный механизм управления метрологическим обеспечением неразрушающего контроля и диагностики АС, повысить достоверность результатов контроля и диагностики элементов, конструкций и оборудования, снизить риски принятия ошибочных решений и действий при управлении АС от использования недостоверной измерительной информации. Данное обстоятельство отмечено в 2010 году по итогам Московского международного симпозиума метрологов и Всероссийской выставочно-конкурсной программы «За единство измерений» международной выставки Мет1Ехро'2010 золотой медалью Федерального агентства по техническому регулирования и метрологии «За большой вклад в работы по метрологическому обеспечению безопасности эксплуатации атомных станций».