Квалификация электрооборудования системы управления и защиты реакторов ВВЭР по критерию сейсмостойкости

• Автор: Каверин, Владимир Викторович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 158 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
1 Современное состояние задачи подтверждения
сейсмостойкости электрооборудования АЭС
1.1 Обеспечение сейсмостойкости АЭС
1.2 Отечественные и международные стандарты
1.2.1 Стандарты, действующие на территории РФ
1.2.2 Требования международных стандартов
1.2.3 Сравнение отечественных и иностранных стандартов
1.3 Анализ методов подтверждения сейсмостойкости
1.3.1 Способы задания сейсмических воздействий
1.3.2 Испытания
1.3.3 Расчетный метод
1.3.4 Расчетно-экспериментальный метод
1.3.5 Использование результатов испытаний прототипов оборудования и опыта
предыдущей эксплуатации
1.4 Постановка задачи
2 Экспериментальное исследование конструкции шкафов СУЗ
2.1 Измерительное и испытательное оборудование
2.2 Исследование динамических параметров каркаса шкафа
2.2.1 Исследование динамических характеристик элементов шкафов
электрооборудования
2.2.2 Определение собственных частот и форм колебаний конструкции шкафа
электрооборудования
2.3 Определение амплитудно-частотных характеристик
шкафов с использованием вибростенда
2.4 Методика формирования режимов испытаний по заданным
спектрам ответа
2.4.1 Теоретическое обоснование
2.4.2 Разработка и верификация программного обеспечения
2.4.3 Расчет обобщенного спектра ответа
2.4.4 Расчет режима испытаний из обобщенного спектра ответа
2.5 Испытания на сейсмостойкость
Выводы
3 Моделирование шкафов электрооборудования и проведение
расчетов на сейсмические нагрузки
3.1 Особенности расчета конструкции
3.2 Формирование исходных данных
3.3 Конечно-элементное моделирование конструкции
3.4 Расчеты на сейсмостойкость
3.5 Верификация расчетных моделей по результатам
измерений
3.6 Примеры проведенных расчетов
Выводы
4 Алгоритм и база данных для проведения квалификации
электрооборудования СУЗ
4.1 Алгоритм проведения квалификации
4.2 Анализ требований
4.3 Прототипы оборудования
4.4 Создание базы данных для проведения квалификации
электрооборудования СУЗ
4.5 Квалификация промышленного оборудования
Выводы
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
ФГУП «НПП ВНИИЭМ» более 50 лет, практически с самого зарождения атомной энергетики, осуществляет разработку, изготовление и поставку электрооборудования систем управления и защиты (СУЗ) для энергоблоков АЭС с реакторами типа ВВЭР. Оборудование, разработанное ФГУП «НПП ВНИИЭМ», успешно эксплуатируется более, чем на 50-ти энергоблоках АЭС в России и зарубежных энергоблоках, сооруженных по российским проектам.
Комплекс электрооборудования СУЗ является сложной многофункциональной системой, предназначенной для реализации функций защит реактора и управления мощностью реактора в режимах нормальной эксплуатации и в режимах с нарушением условий нормальной эксплуатации.
Эволюция развития комплексов электрооборудования СУЗ насчитывает несколько поколений оборудования, каждое из которых отличается от предыдущего не только применяемой элементной и конструктивной базой, но и существенным расширением функциональных информационно-диагностических возможностей системы. Первые поколения электрооборудования СУЗ были выполнены с использованием дискретной логики (релейно-контакторная аппаратура, ТТЛ-логика, интегральные микросхемы), конструктивно это оборудование было выполнено в виде стационарных шкафов собственного производства, которые представляли собой сварные рамы.
Качественный скачок в развитии электрооборудования СУЗ был сделан на рубеже нового тысячелетия, обусловленный интенсивным развитием процессорной техники, активизацией строительства АЭС в России и первым появлением на российском атомном рынке зарубежных заказчиков. В настоящее время 80% оборудования в составе СУЗ выполнено на микропроцессорной технике с использованием сетевых технологий управления. Конструктивно оборудование выполняется в виде стационарных шкафов зарубежного производства, так как изучение зарубежных технологий
производства оборудования показало экономическую и технологическую целесообразность монтажа оборудования в типовых шкафах ведущих фирм-производителей с использованием типовых сборочных единиц.
Разработка оборудования для зарубежных АЭС поставила вопрос о его соответствии требованиям не только российской, но и международной нормативной документации.
Учитывая, что оборудование, входящее в состав СУЗ, по своему влиянию на безопасность относится к оборудованию систем безопасности (оборудование класса 2У по НП-001-97) и к оборудованию нормальной эксплуатации, важной для безопасности (оборудование класса ЗН по НП-001-97), большое внимание уделяется подтверждению способности оборудования выполнять свои функции при заданных условиях окружающей среды и, в первую очередь, подтверждению сейсмостойкости оборудования. Соответственно, эти две группы оборудования относятся к первой и второй категориям сейсмостойкости в соответствии с НП-031-01.
В международной практике указанный процесс подтверждения способности оборудования выполнять свои функции при заданных внешних климатических (температура, влажность, соляной туман, плесневые грибы) и механических факторах окружающей среды широко известен как квалификация оборудования [58].
Впервые вопрос сейсмостойкости оборудования для АЭС встал после землетрясения в Спитаке (Армения). В то время подтверждение сейсмостойкости оборудования осуществлялось, в основном, экспериментальными методами. Ограниченность нормативной базы, невозможность, при формировании требований к оборудованию, учета особенности грунтов в местах строительства АЭС, динамических характеристик строительных конструкций, на которых устанавливалось оборудование, приводило к необоснованным затратам на усиление конструкций оборудования и избыточным запасам при проведении испытаний. Используемые в то время методы, стандарты и оборудование,

1.3.3 Расчетный метод
При проведении подтверждения сейсмостойкости возможны ситуации, когда виброиспытания невозможно провести или их проведение оказывается дорогостоящим. В этом случае возможен вариант расчетного подтверждения сейсмостойкости для определенных видов оборудования. Как правило, это трансформаторы, двигатели, и другие изделия, не содержащие электронных блоков, реле и измерительных средств. Использование этого метода для квалификации электроники практически невозможно, вследствие большого количества паяных соединений и сложности моделирования печатных плат и контактов. Как правило, в этом случае используется расчетно-экспериментальный метод, описанный далее.
Расчетный метод подтверждения сейсмостойкости может применяться на стадии проектирования изделия, что дает возможность оценить его прочность до проведения испытаний [2,4,7].
В настоящее время для оценки сейсмостойкости конструкций используют современные методики расчета, основанные на методе конечных элементов (МКЭ)[81]. Подробно методы расчета на основе МКЭ представлены в [6,8,44].
При подтверждении сейсмостойкости расчетным методом проводится анализ исходных требований и формирование условий нагружения, после чего подготавливают конечно-элементную модель, формируют нагрузки, и проводят расчет на заданные воздействия. При проведении расчетов применяются методики, описанные в [20,19,72,73].
В зависимости от наличия исходных данных возможны два основных типа расчета - статический и динамический.
В первом случае проводится прочностной расчет.