Назначение, структура, состав и средства АСУ ТП

Автоматизированная система контроля и управления технологическими процессами предназначена для:

- управления всеми технологическими объектами станции в условиях, определяемых проектом АЭС;

- контроля технологических объектов управления (ТОУ) и автоматизированного ведения эксплуатационных режимов АЭС, защиты оборудования, а также автоматического регулирования параметров ТОУ;

- диагностики основного оборудования

- информационного обеспечения персонала во всех эксплуатационных режимах АЭС.

Целью создания АСУ ТП является выполнение контроля и управления технологическими процессами и оборудованием для обеспечения:

- ядерной и радиационной безопасности на энергоблоке;

- надежности выработки электроэнергии на энергоблоке;

- экономичности производственных процессов станции.

Для выполнения основного назначения АЭС - выработки электроэнергии, в АСУ ТП присутствует ряд систем нормальной эксплуатации (часть из которых относятся к важным для безопасности), которые предназначены для контроля и управления технологическими, электротехническими, вентиляционными и пр. системами, связанными с ведением технологического процесса по выработке электроэнергии.

Для обеспечения безопасной эксплуатации в составе АСУ ТП предусмотрены управляющие системы безопасности УСБ.

Для выполнения всех возлагаемых на АСУ ТП задач, включая обеспечение безопасности, в ее состав входят:

- датчики;

- импульсные трубные проводки за отсечными устройствами или коренными вентилями;

- стенды и элементы для установки датчиков;

- средства оперативно- диспетчерского и местного дистанционного управления, блокировок, защит, сигнализации и авторегулирования;

- программно-технические средства обработки, хранения и передачи информации;

- средства отображения и регистрации информации (вторичные приборы, дисплеи, табло, индикаторы и т.п.);

- местные посты и посты центрального управления с оперативно-командными элементами;

- средства приема и выдачи информационных и управляющих дискретных сигналов на исполнительные устройства;

- кабели, кабельные коммуникации и проходки;

- средства электропитания средств АСУ ТП от шин РУСН, включая устройства пониженного напряжения;

- средства автоматизации, поставляемые комплектно с технологическим оборудованием;

- средства радиационного контроля;

- низковольтные комплектные устройства электропитания арматуры;

- аппаратура, стенды, оборудование и инструменты, обеспечивающие обслуживание, ремонт и метрологическое обеспечение средств ТС АСУ ТП.

Особенности технологического процесса

Оборудование и технические процессы на атомной электростанции обладают рядом особенностей, в значительной степени определяющих требования к АСУ ТП.

К этим особенностям относятся:

- работа оборудования в условиях радиационных нагрузок, высоких давлений и температур, которая является результатом как быстропротекающих, так и инерционных ядерно-физических и тепловых процессов;

- недоступность значительной части оборудования во время работы на мощности;

- необходимость обеспечения радиационной и ядерной безопасности, как при нормальной эксплуатации, так и при аварийных ситуациях и авариях;

- необходимость обеспечения пожаро-, взрыво- и электробезопасности, надежности и экономичности работы АЭС;

- сложность и многообразие основного и вспомогательного оборудования: большое количество запорной и регулирующей арматуры, механизмов, устройств, агрегатов, большое число и значительное разнообразие измеряемых параметров (температура, давление, расход, уровень, механические перемещения, электрические и радиационные измерения, химконтроль и др.);

- разнообразие целей и требований, предъявляемых к управлению технологическими процессами;

- высокие стоимости простоев энергоблока;

- климатические условия;

- сейсмические условия;

- требования по экологии (охрана окружающей среды, воздушного бассейна, почвы, воды).

Все эти особенности делают атомную электростанцию сложным объектом управления, требующим высокой степени автоматизации оборудования и централизации управления, применения современных средств вычислительной техники, высоконадежной и эффективной системы управления, позволяющей небольшому количеству обслуживающего персонала осуществлять управление технологическими процессами.

Объем автоматизации энергоблока

Сведения об объеме автоматизации энергоблока на этапе техпроекта приведены в таблице 8

Таблица 8 - Объем автоматизации энергоблока

Технологическая область энергоблока	Количество
Точек кон-троля	Электроприводной запорной арматуры	Насосов, вентилято-ров, электрона-гревателей	Регули-рующей армату-ры	ФГУ
Реакторное отделение, системы безопасности (один канал)
Реакторное отделение – системы НЭ, НЭ ВБ, вспомогательные
Турбинное отделение – системы НЭ, НЭ ВБ, вспомогательные
СВО
Вентиляция для обеспечения работы систем безопасности
Огнезадерживаю-щие клапана НЭ			-	-
Огнезадерживаю-щие клапана в каналах систем безопасности
Итого

АСУ ТП энергоблока представляет собой децентрализованную и пространственно распределенную по функциям и средствам иерархическую структуру. АСУ ТП включает в себя следующие уровни иерархии:

1) Уровень связи с ТОУ (датчики, пусковые устройства) – обеспечивает подготовку и проведение автоматических измерений параметров технологического процесса, контроля состояния оборудования, отработку управляющих команд автоматического и автоматизированного управления и защит (подача силового питания на исполнительные механизмы).

2) Нижний уровень автоматизации– обеспечивает прием и обработку данных автоматических измерений и контроля, обмен информацией с верхним уровнем, АСУТП, осуществляет реализацию алгоритмов управления системами безопасности, технологических защит и блокировок, автоматического и автоматизированного (по командам с БПУ и РПУ)

3) Верхний уровень АСУ ТП – обеспечивает обработку информации, ее архивирование, документирование и представление оперативному персоналу БПУ и РПУ, осуществляет формирование команд автоматизированного управления технологическим процессом энергоблока, обеспечивает передачу необходимой информации от АСУ ТП ЭБ через УПД в сеть АСУ П и СПНИ, а через коммутаторы межсерверного обмена в систему верхнего общестанционного уровня (СВСУ) для АРМ начальника смены станции (НСС) и АРМ локального кризисного центра, а также от СРВПЭ в АРМ СРВПЭ, размещенном в помещении ЛКЦ защищенного пункта управления (ЗПУ).

В отношении влияния на безопасность АСУ ТП функционально делится на:

- системы важные для безопасности;

- системы, не относящиеся к безопасности (системы нормальной эксплуатации).

Системы, важные для безопасности состоят из управляющих систем безопасности (УСБ) и систем нормальной эксплуатации, важных для безопасности (СНЭ ВБ). В свою очередь, УСБ состоят из системы аварийной защиты (АЗ), предназначенной для останова реактора и управляющей системы безопасности по технологическим параметрам (УСБТ), которые предназначены для отвода тепла от активной зоны и удержания радиоактивных выбросов в при авариях в проектных пределах.

АСУ ТП энергоблока включает следующие подсистемы:

- система верхнего блочного уровня (СВБУ);

- системы управления и защиты реактора и УСБТ (СУЗ-УСБТ)

- системы контроля и управления оборудованием нормальной эксплуатации (СКУ НЭ), включая:

- ПТК реакторного отделения (ПТК СКУ РО);

- ПТК контроля и управления турбинного отделения (ПТК СКУ ТО);

- ПТК системы контроля и управления оборудованием специальной водоочистки (ПТК СКУ СВО);

- ПТК системы контроля и управления вентиляционным оборудованием (ПТК СКУ В);

- ПТК системы контроля и управления вспомогательным оборудованием турбогенератора (ПТК СКУ ТГ);

- ЭЧСЗ – шкафы собственных защит турбины и генератора (разрабатывается по отдельному от ПТК СКУ НЭ ЧТЗ);

- ЭЧСР - электронная часть системы регулирования турбины (разрабатывается по отдельному от ПТК СКУ НЭ ЧТЗ);

- датчики технологических параметров систем НЭ;

- автоматизированная система радиационного контроля (АСРК);

- система контроля, управления и диагностики РУ (СКУД), включающая в себя систему внутриреакторного контроля (СВРК), а также диагностические системы: система контроля вибрации (СКВ), система обнаружения течи теплоносителя первого контура (СОТТ), система обнаружения свободных предметов (СОСП), система комплексного анализа (СКА), система автоматизированного контроля остаточного ресурса оборудования (САКОР) РУ;

- система обнаружения течи теплоносителя второго контура (СОТТ-2);

- система контроля и управления противопожарной защитой (СКУ ПЗ);

- система контроля и управления электротехническим оборудованием НЭ (СКУ ЭЧ);

- система контроля вибрации и механических величин и диагностики (АСВД);

- система контроля и управления водно-химического режима (СКУ ВХР) –реализуется как распределенная задача СКУД, СКУ НЭ, СВБУ и АРМ лабораторий ВХР, в составе которой обеспечивается анализ, прогнозирование и выдача рекомендаций персоналу по ведению ВХР;

- система регистрации важных параметров эксплуатации (СРВПЭ);

- МПУ – местные пункты управления, включая систему контроля гидроамортизаторов (СКГА);

Подсистемы АСУ ТП имеют следующие назначения:

СВБУ - система, выполняющая общеблочные функции и объединяющая все подсистемы АСУ ТП в единую систему управления технологическими процессами энергоблока.

СУЗ-УСБТ - управляющая система, предназначенная для контроля и управления реактором, выполнения нормального и аварийного останова реактора по теплотехническим, нейтронно-физическим параметрам, поддержания его в подкритическом состоянии. В ней выделена система УСБТ - управляющая система безопасности по технологическим параметрам, предназначенная для реализации команд инициирующей части СУЗ-УСБТ, дистанционного управления с целью формирования сигналов на запуск технологических систем безопасности (активных), контроля и управления защитных, обеспечивающих и локализующих системы безопасности, а также реализации защиты и блокировок НЭ.

АСРК – система, предназначенная для контроля радиационных параметров, их обработки и выдачи обработанной информации.

СКУД - система, предназначенная для контроля состояния активной зоны и реакторной установки в целом, формирования сигналов ограничения мощности реактора, управления полем энерговыделения по активной зоне, а также диагностики состояния основного оборудования РУ.

СКУ ПЗ - система, предназначенная для автоматического обнаружения возникновения пожара, сигнализации и запуска систем пожаротушения, а также контроля и управления ими, вентсистемами и системами дымоудаления в процессе ликвидации пожара.

СКУ НЭ – система контроля и управления оборудованием НЭ, включая:

- ПТК СКУ РО - система, предназначенная для выполнения функций защит и блокировок, дистанционного управления, технологической сигнализации и авторегулирования, применительно к технологическим системам нормальной эксплуатации реакторного отделения.

- ПТК СКУ ТО - система, предназначенная для выполнения задач защит и блокировок, дистанционного управления, авторегулирования и технологической сигнализации применительно к технологическим системам турбинного отделения, за исключением задач, решаемых в ЭЧСР и ПТК, ТГ и технологических защит собственно турбины и генератора (ЭЧСЗ).

- ПТК СКУ ТГ - система, предназначенная для температурного контроля генератора, а также контроля и управления технологическими системами генератора.

- ПТК СКУ СВО - система, предназначенная для автоматизации задач контроля и управления системами спецводоочистки I и II контуров энергоблока.

- ПТК СКУ В - система, предназначенная для автоматизации задач контроля и управления системами вентиляции энергоблока, включая контроль за обеспечивающими системами вентиляции.

ЭЧСР - система, предназначенная для контроля и регулирования параметров турбоустановки, а также контроля тепломеханических величин, характеризующих работу турбины.

ЭЧСЗ - шкафы (ПТК) собственных технологических защит турбины и генератора;

- Датчики технологических параметров соответствующих технологических подсистем ЭБ АЭС, являющиеся интерфейсом с технологическим объектом контроля и управления в части контроля.

СРВПЭ - система регистрации важных параметров при нарушениях нормальной эксплуатации в предаварийных и аварийных ситуациях.

СКУ ВХР – система/задача/ контроля и управления водно-химическим режимом контура; указанная задача реализуется в ПТК ТО.

АСВД – система вибродиагностики основного оборудования (турбогенератор, ГЦН, циркуляционные насосы и питательные насосы).

На энергоблоке предусматриваются следующие посты управления: БПУ, РПУ, ЩРК, ЦТП и МПУ. На БПУ предусмотрено присутствие следующего персонала: НСБ ВИУР и ВИУТ. При этом на БПУ предусмотрены две зоны контроля и управления: оперативный контур и неоперативный. Постоянное присутствие персонала на неоперативном контуре БПУ, а также РПУ, МПУ и ЦТП не предусматривается.

На БПУ предусмотрен контроль и управление всем оборудованием блока за исключением некоторого вспомогательного оборудования управляемого с МПУ. При этом контроль и управление частью оборудования (вентиляция, СВО и пожарная автоматика и пожаротушение) контролируется и управляется с неоперативного контура. Контроль и управление обеспечивающими системами вентиляции дублируется на МПУ, размещенных в помещениях каналов УСБ, а часть, которая связана с оперативным управлением вентиляцией БПУ и РПУ дублируется на панелях безопасности.

На РПУ предусмотрен контроль и управление оборудованием систем безопасности, а также основным оборудованием нормальной эксплуатации (с мониторов рабочих станций СВБУ, размещенных на РПУ).

Основные решения по АСУ ТП вытекают из двух основных целей: выработка энергии и обеспечения безопасности.

В технологической части проекта предусмотрены два канала систем безопасности. В соответствии с этим в АСУ ТП предусмотрено двуканальное построение УСБ. При этом в каждом канале УСБ предусмотрена общая инициирующая часть АЗ, ПЗ, УСБТ для выявления исходного события аварии и выдачи команд управления технологическими системами безопасности через исполнительные части АЗ, ПЗ и УСБТ.

Для обеспечения высокой готовности и исключения отказов, включая по общей причине, приняты следующие решения:

- каналы УСБ автономны и физически разделены;

- инициирующая часть, реализующая все необходимые алгоритмы, включая функциональное разнообразие для ряда исходных событий, построена по логике «2 из 3»;

- программное обеспечение инициирующей части выполнено с разнообразием между каналами;

- для каждого канала безопасности предусматриваются автономные комплекты панелей контроля и управления СБ, обеспечивающие автономность канала СБ;

- исполнительные части управления системами безопасности реализованы на средствах отличных друг от друга в разных каналах УСБТ, датчики инициирующей части также приняты с разнообразием между каналами.

Контроль безопасности обеспечивается путем реализации в проекте следующих информационных функций:

- контроль состояния функций безопасности;

- контроль готовности систем безопасности;

- сигнализация, обеспечивающая контроль событий, связанных с выполнением функций безопасности.

Сигнализация, связанная с контролем безопасности, включает:

– сигнализацию нарушений эксплуатационных пределов и пределов безопасной эксплуатации;

– сигнализацию запуска аварийных автоматических защитных действий;

– сигнализацию срабатывания технологического оборудования СБ, участвующего в реализации аварийных защитных действий;

– сигнализацию отказов функций управляющих систем безопасности и технологических систем безопасности, приводящих к невыполнению функций безопасности;

– сигнализацию процесса восстановления нарушенных пределов параметров безопасности.

В составе УСБ реализуется также функция поставарийного мониторинга (КИП применяемый на АЭС для оценки окружающей среды и обстановки на станции во время и после аварии). Эта функция реализуется в объеме информации имеющейся в УСБ на средствах и по принципам, примененным в УСБ, а информация выводится на монитор системы безопасности или индивидуальные приборы.

АСУ ТП состоит из ряда подсистем выделенных по технологическому или функциональному признаку. Все системы объединяются в единую систему с помощью системы верхнего блочного уровня (СВБУ), которая обеспечивает сбор и обмен информации, дистанционное управление предусмотренного проектом состава оборудования, а также реализовывает общеблочные задачи.

В АСУ ТП принят принцип однократного ввода сигнала по параметру с использованием его для всех задач.

При этом кратность резервирования датчиков контроля одного параметра определяется исходя из требований надежности.

Как правило, для контроля и представления информации применяется один датчик, для реализации управляющих задач - два, а для защит основного оборудования и защит безопасности - три.

Сигналы по параметрам, которые измерены в УСБ, передаются в СКУ НЭ, для реализации информационных и управляющих задач.

При резервировании датчиков для защит, блокировок и авторегуляторов оператору на монитор рабочей станции предоставляется результирующий сигнал среднего значения исправных датчиков. Исключение составляет предоставление информации по параметрам безопасности на панелях безопасности, которое обеспечивается от одного датчика.

Технологическая сигнализация на энергоблоке реализуется:

- традиционным способом (на индивидуальных табло с подсветкой транспаранта) для аварийных сигналов и всех сигналов в УСБ;

- на мониторах рабочих станций для всех сигналов (аварийных, предупредительных, вызывных и неисправностях в АСУ ТП) в виде упорядоченных в хронологическом порядке протоколов событий.

Авторегулирование реализуется в виде комплекса локальных регуляторов.

В составе систем автоматизации НЭ предусматривается обобщенная мнемосхема, включающая индивидуальные приборы, индикаторы положения основного оборудования и табло, и средства индивидуального управления для возможности быстрой оценки состояния энергоблока, а также возможности его эксплуатации на мощности в течение ограниченного времени и планового останова при ситуации связанной с потерей СВБУ.

Концепция обеспечения безопасной эксплуатации энергоблока с АСУ ТП базируется на следующих положениях:

– выполнения требований НД;

– оснащения энергоблока УСБ, состоящей из независимых двух каналов;

– оснащения энергоблока БПУ и РПУ, последний из которых предназначен для аварийного останова и контроля подкритичности РУ;

– выполнения ряда технических решений, препятствующих возникновению нарушений в технологическом процессе, а при их возникновении - перерастанию в аварию;

– обеспечения приоритета действий команд защит безопасности над всеми другими командами с сохранением возможности за оператором вмешательства в этот процесс с соблюдением организационных и технических мер по исключению ошибочных команд, направленных против действий аварийных защит;

– оснащения энергоблока комплексом аварийного КИП.

Аппаратура систем нормальной эксплуатации, единичные неисправности в которых могут привести к необходимости снижения блока, как правило, дублируется для основного оборудования, механизмов с АВР и регуляторов.

В ряде систем АСУ ТП реализованы задачи диагностики технологического оборудования, такие как:

– остаточный ресурс оборудования РУ;

– течей I и II контуров;

– вибродиагностика роторного основного оборудования (ГЦН, турбогенератора, циркнасосов и пр.);

– мониторинг вибрации основных механизмов систем безопасности и механизмов, размещенных в гермообъеме;

– сбор и передача информации по электрическим параметрам работы арматуры для ее последующей обработки с целью определения состояния арматуры.

Для сокращения кабельной продукции в проекте принят ряд решений:

– -цифровой канал передачи команд с индивидуальных аппаратов БПУ в СКУНЭ и выдачи информации из СКУ НЭ на табло и приборы панелей БПУ;

– максимально возможное приближение ПТК нормальной эксплуатации к КРУЗА, КТПСН и технологическому оборудованию;

– установку ряда МПУ на базе средств ТПТС-ЕМ в непосредственной близости к оборудованию: для градирни, береговой насосной и пр. с обеспечением цифрового канала связи с СКУ НЭ.

Проектом обеспечивается всережимность авторегуляторов основных контуров автоматического регулирования относящихся к основному технологическому процессу с автоматическим изменением при необходимости значений уставок регулирования при переходе энергоблока из одного состояния в другое.

Проект предусматривает централизацию контроля и управления энергоблоком.

В состав пунктов управления и контроля энергоблока входят:

- централизованные пункты;

- блочный пункт управления (БПУ);

- резервный пункт управления (РПУ);

- блочный пункт радиационного контроля (БПРК);

- местные пункты управления (контроля).

Оперативный контроль и управление блоком осуществляется с БПУ, на котором предусмотрено постоянное пребывание трех операторов: НСБ, ВИУР и ВИУТ. При необходимости может быть привлечен дополнительный персонал к зоне вспомогательных систем и электрической части. На БПУ энергоблока для контроля и управления энергоблоком предусмотрены необходимые средства автоматизации, включая автоматизированные рабочие станции (АРМ), средства индивидуального контроля и управления и экран коллективного пользования (ЭКП).

Основной режим работы оператора - контроль и управление с мониторов рабочих станций. При этом осуществляется контроль и управление, как системами нормальной эксплуатации, так и системами безопасности. При работе защит безопасности накладывается запрет на управление с мониторов рабочих станций оборудованием систем безопасности.

На операторов возлагаются задачи ввода в работу и вывода из работы систем и отдельного оборудования (при изменении режима блока), контроля за работой блока, задания режимов работы оборудования, регуляторов, АВР, ФГУ и периодического опробования СБ, а также автоматизированного дистанционного контроля и управления оборудованием при аварийных режимах работы (при необходимости такого управления) и в условиях, когда может потребоваться автоматизированное дистанционное управление.

Операции, требующие немедленного выполнения при создании соответствующих условий, реализуются автоматически с выдачей оперативному персоналу необходимых сообщений.

Для быстрой оценки всеми операторами текущей ситуации на блоке БПУ оснащен экраном коллективного пользования (ЭКП) с выводом на него технологических видеокадров текущего режима с составом информации, которая должна однозначно информировать персонал о режиме работы блока и имеющих место нарушениях. Информация на ЭКП выводится от СКУ НЭ минуя серверы СВБУ.

На панелях НЭ предусматривается минимальный объем индивидуальных приборов и аппаратов управления системами нормальной эксплуатации для возможности останова блока и сохранения дорогостоящего основного оборудования при отказе информационно-управляющей технологической системы на базе компьютерных программно-технических средств (СВБУ).

Основной целью управления в режимах нормальной эксплуатации является автоматическое поддержание параметров в условиях экономичной и безопасной выработки электроэнергии, обеспечение безошибочности действий персонала и обеспечение, в максимально возможной степени, информационной поддержки персонала во всех режимах нормальной эксплуатации, включая пуск, останов, работу на мощности, перегрузку топлива.

АСУ ТП создается как единая цифровая система контроля и управления, состоящая из УСБ и УСНЭ. При этом АСУ ТП реализуется на современных программно-технических средствах.

Для обеспечения деятельности персонала БПУ оснащен средствами жизнеобеспечения, устройствами связи, освещения и радиационного контроля.

Зона безопасности по конфигурации и панели безопасности по наполнению для РПУ выполнены в полном соответствии с решениями по БПУ в этой части (за исключением вентиляции, которая для БПУ и РПУ разная). На РПУ предусмотрена рабочая станция для контроля и управления основным оборудованием нормальной эксплуатации, а также аппаратура представления информации и пожаротушения, аналогичная БПУ. На РПУ предусмотрен в каждом канале УСБ переключатель перевода управления с БПУ на РПУ. Указанное обеспечивает персонал необходимыми средствами для останова блока и контроля за его состоянием, а также облегчает адаптацию персонала в случае перехода с БПУ на РПУ.