оптимизация планирования испытаний и ремонта

6-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»
ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия
26-29 мая 2009 г.
ОПТИМИЗАЦИЯ ПЛАНИРОВАНИЯ ИСПЫТАНИЙ И РЕМОНТА СИСТЕМ,
ВАЖНЫХ ДЛЯ БЕЗОПАСНОСТИ АЭС С ВВЭР
В.И. Скалозубов, Ю.А. Комаров, В.Н. Колыханов
Институт проблем безопасности атомных электростанций Национальной академии наук
Украины, Одесса, Украина
Аннотация
Одним из основных вопросов повышения безопасности и надежности АЭС является
методическое обеспечение программы надзора. Одной из подзадач программы надзора
является обоснование и оптимизация периодичности испытаний и своевременного
предупредительного ремонта систем АЭС. Особое внимание в этом вопросе уделяется
системам, важным для безопасности АЭС (СВБ).
В институте разработаны ряд методик, позволяющих провести анализ влияния
изменения стратегий/испытаний на надежность СВБ.
Отклонение от оптимальной периодичности испытаний/ремонтов СВБ может
существенно влиять на экономичность эксплуатации и общий уровень безопасности
реакторной установки. Оптимизация проводится на основе коэффициента готовности СВБ.
Оптимальная периодичность проведения испытаний соответствует максимальному значению
коэффициента готовности.
Необходимость изменения периодичности испытаний/ремонтов СВБ также связана с
реализацией путей повышения коэффициента установленной мощности энергоблоков.
В настоящее время на АЭС с ВВЭР-1000 испытания на герметичность гермообъема
проводятся каждый планово-предупредительный ремонт энергоблока. Данные испытания
длятся от 1,5 до 2,5 суток. Анализируя тенденцию изменения значения утечки из
гермообъема можно обосновать возможность проведения более редких его испытаний на
герметичность.
1 Введение
нормальной эксплуатации, отказы которых могут привести к аварии. Высокая
ответственность СВБ в организации процесса безопасной эксплуатации ЯЭУ определяет и
повышенные технические требования к общему уровню надежности этих систем, которые
отражаются
как
в
требованиях
к
показателям
надежности
отдельных
элементов/оборудования, так и к проектно-конструкторским принципам в отношении
резервирования каналов отдельных СВБ.
Планирование периодичности и объемов работ для проведения ремонтов и испытаний
СВБ в значительной степени влияет на надежность СВБ. В предлагаемой статье под
оптимизацией планирования ремонтов и испытаний систем безопасности понимается
определение периодичности и объемов работ, при которых достигаются максимальная
надежность выполнения проектных функций СВБ или уменьшается количество и объемы
работ при сохранении проектных показателей надежности.
При такой интерпретации оптимизации планирования ремонтов и испытаний СВБ
используется два основных критерия оптимизации: критерий максимальной надежности
выполнения проектных функций и/или критерий сохранения проектного уровня надежности.
При оптимизации планирования ремонтов и испытаний СВБ необходимо учитывать
условия проведения этих мероприятий с учетом проектно- технических ограничений. Так,
для отдельных СВБ (например, системы аварийного охлаждения активной зоны) проектом
предусмотрены ежемесячные испытания на работоспособность при работе реактора на
мощности и ежегодный плановый ремонт с послеремонтными испытаниями после остановки
6-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»
ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия
26-29 мая 2009 г.»
энергоблока на планово-предупредительный ремонт (ППР). Для других СВБ, которые по
техническим причинам не могут в полном объеме проверяться/испытываться при работе
реактора на мощности (например, защитная гермооболочка, ИПУ КД, ПГ и другие), полный
набор испытаний ремонтно-восстановительных работ предусмотрены только в процессе
ППР. Таким образом, методические обеспечения оптимизации планирования ремонтов и
испытаний для СВБ, имеющих различные условия и регламенты проведения испытаний и
ремонтно-восстановительных работ, в общем случае различны.
Важным направлением, которое связано с необходимостью оптимизации планирования
ремонтов и испытаний СВБ, является перспективный переход отечественных ВВЭР на
увеличенную топливную кампанию и увеличение межремонтного периода реакторной
установки. Переход на увеличенную топливную кампанию (более года) приводит к
необходимости пересмотра и дополнительного обоснования большого числа проектнорегламентных требований к периодичности, объемам и последовательностям процедур по
планированию ремонтов и испытаний СВБ.
2 Оптимизация периодичности испытаний систем, важных для безопасности при
работе реактора на мощности
Представлены основные положения, допущения методики оптимизации планирования
испытаний (при работе реактора на мощности) вспомогательных систем, важных для
безопасности (СВБ) АЭС. Представлены некоторые результаты расчетов.
2.1
Основные положения методики
Объектом рассмотрения являются оборудование СВБ, эксплуатируемое в сложном
режиме, который включает:
- режим выполнения назначенных функций безопасности;
- режим ожидания;
- режим проведения проверок (плановых и неплановых) и функциональных испытаний
при работе реактора на мощности;
- режим проведения внеплановых (по факту отказа) ремонтно-восстановительных работ.
Под периодичностью испытаний подразумевается интервал времени (или наработка)
между данным видом испытаний и последующим таким же видом испытаний одного канала
системы.
СВБ подразделяются на системы безопасности (СБ) и системы важные для безопасности
нормальной эксплуатации (СВБ НЭ). Для СБ характерным является отсутствие режима
работы, срабатывание таких систем осуществляется только при испытаниях каналов систем.
Для СВБ НЭ характерным также является интервал непрерывной работы, в течение которого
канал выполняет свои функции, а затем происходит плановое переключение на один из
резервных каналов и испытание других резервных каналов. Таким образом, для СВБ НЭ
периодичность плановых переключений однозначно связана с периодичностью плановых
испытаний.
Методической основой оптимизации стратегии плановых испытаний СВБ является рискориентированный подход [1]. В рамках риск-ориентированного подхода для оптимизации
стратегии плановых испытаний СВБ принимается целевая функция риска R:
R  R K нгi , Yi ,
(1)
где Yi – вероятностные показатели удельного вклада i-той системы в оценку критериев
безопасности энергоблоков;
Кнг – суммарный за рассматриваемый период t коэффициент неготовности выполнения
назначенных проектом функций безопасности:


6-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»
ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия
26-29 мая 2009 г.
t
1
K нг   Px dx .
t0
(2)
Критериями оптимизации стратегии плановых испытаний СВБ являются:
КГ(Т*) = max КГ(Т)
(3)
R(Т*) = min R(КНГi,Yi),
(4)
*
где Т
Для независимых, с точки зрения возможности проведения полного комплекса
испытаний/опробований, СВБ минимизация целевой функции риска сводится к оценке
условий, соответствующих максимуму КГ.
Для выработки оптимальной периодичности комплексных испытаний, в которых
задействована группа систем необходим анализ влияния изменения уровня надежности
каждой системы на изменение уровня безопасности АЭС. Данная задача решается с
помощью оценки коэффициентов значимости систем (взятых, например, из результатов
вероятностного анализа безопасности) с последующей оценкой общего влияния группы
систем на показатели риска.
2.2
Графы состояний
При моделировании СВБ важно отразить весь сложный график функционирования.
Состояние компонентов системы изменятся как вследствие случайных причин
(вследствие отказа; срабатывания на требование по аварийным уставкам и блокировкам
системы; по факту окончания аварийного ремонта), а также состояние компонентов может
изменяться по определенному установленному графику, то есть детерминировано. К
детерминированным переходам относятся переходы, связанные с проведением плановых
испытаний и плановых переключений (под переключениями понимается перевод компонент
системы из режима работы в резерв или обратно).
Для
циклически
работающих
элементов
на
интервалах
между
испытаниями/переключениями математическая модель иллюстрируется двумя Марковскими
графами (рис. 1).
В модели используются следующие интенсивности переходов:
 = 1/l – интенсивность отказов в режиме ожидания, где l  средняя наработка на отказ в
режиме ожидания;
р = 1/lр – интенсивность отказов в режиме работы, где lр  средняя наработка на отказ в
режиме работы;
 = 1/  интенсивность аварийных ремонтов, где   средняя длительность аварийного
ремонта;
h = 1/  частота проведения плановых обходов/осмотров, где   средняя
длительность между проведениями обходов/осмотров СБ (обычно =8 час.);
рr – вероятность качественного проведения аварийного ремонта (на один ремонт);
робн  вероятность обнаружения отказа при проверке типа обход/осмотры (на один
осмотр).
С помощью первого графа комплекса описывается поведение в режиме ожиданияю.
запуска канала (во
время испытаний для СБ или во время плановой работы для СВБ НЭ).
6-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»
ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия
26-29 мая 2009 г.»

1
2
рr
3
pобн h
р
1
3
2 – состояние скрытого отказа,
о ремонта
Рис. 1. Комплекс графов состояний для моделирования канала СБ
Для первого графа система линейных дифференциальных уравнений Колмогорова имеет
вид:
P1(t)  p r μP3 (t)  P1 ( t )


P2 (t)  P1 ( t )  h p обн P2 (t) 
(5)



P3 (t)  h p обн P2 (t) - p r μP3 (t)
Нестационарный коэффициент готовности составит: КГ(t) = P1(t).
2.3
Расчет начальных условий
Модель для расчета начальных условий представлена для каналов СБ. При проведении
периодических плановых (и внеплановых − по факту отказа в испытываемом канале)
испытаний происходит скачкообразное изменение вероятностей состояний.
Введем следующие обозначения каналов (рис. 2):
А − канал, который только прошел плановые испытания;
В − канал, который должен проходить испытания по графику после канала А;
С − канал, который должен проходить испытания по графику после канала В.
После прохождения планового испытания обнуляется вероятность нахождения в
состоянии скрытого отказа 2, и на эту же величину увеличивается вероятность нахождения в
состоянии ремонта 3. Поскольку интенсивности отказов при испытаниях (в работе) и в
ожидании могут значительно отличаться, то вероятность не отказать при испытаниях (не
перейти из работоспособного состояния в ремонт) составит
Рр = ехр(рпл),
(6)
где р  интенсивность отказов в работе, 1/ч;
пл  длительность проведения испытаний, ч.
На эту величину (Рр) уменьшается вероятность нахождения в работоспособном
состоянии 1 после прохождения планового испытания и увеличивается вероятность
6-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»
ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия
26-29 мая 2009 г.
нахождения в состоянии ремонта 3.
Рис. 2: Диаграмма функционирования трехканальной СБ, которая фактически не переводится
в режим выполнения функций безопасности
Из вышеизложенного следует, что для канала А начальные условия (в момент t=0)
имеют вид:
P1A (0)  P1A ( t ) Pp 

P2A (0)  0

(7)
A
A
P3 (0)  1  P1 (0) 
где t  длительность между ближайшими проверками в соседних каналах системы
(t = t1 = Тп/3), ч.
Для каналов В и С в момент завершения плановой проверки канала А также происходит
скачкообразное изменение вероятностей состояний. Поскольку если в канале А обнаружен
отказ, и канал переводится в ремонт, то в каналах В и С должны быть проведены испытания,
подтверждающие их работоспособность.
P1BC (0)  1  1  P1BC (t ) 1  P3A (0) 1  P3BC (t )P3A (0) 

P2BC (0)  1  P1BC (0)  P3BC (0)
(8)

BC
BC
A

P3 (0)  P3 (t ) 1  P3 (0)







Расчет начальных условий на последующем интервале (в данном случае это интервал
длительностью t) определяется по графу состояний с начальными условиями,
определенными на предыдущем интервале.
Модель для расчета начальных условий для каналов СВБ НЭ может быть получена
аналогичным образом с той лишь разницей, что на интервале А канал находится в режиме
работы и описывается вторым графом (см. рис. 1).
2.4
Результаты расчетов
Оптимальные периодичности проведения испытаний каналов СБ, полученные с точки
зрения обеспечения максимума коэффициента готовности лежат в интервале от 1040 час до
1640 час (рис. 3):
- спринклерная система (TQ1131)  1040 час;
- система аварийного расхолаживания (TQ1232)  1640 час;
- система ввода бора с насосами впрыска бора (TQ1333)  1460 час;
6-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»
ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия
26-29 мая 2009 г.»
- система ввода бора с насосами подачи бора (TQ1434)  1640 час;
- система аварийной питательной воды парогенераторов (ТХ1030)  1380 час;
- каналы системы технической воды ответственных потребителей (QF/VF)  от 1020 до
1100 час;
- каналы резервной дизельной электростанции (РДЭС)  от 2300 до 2940 час.
Периодичность комплексных испытаний (определенная с учетом значимости систем), в
которых задействована группа указанных систем, составляет 1540 час. В связи с тем, что
точность получения функциональных зависимостей К Гi=f(Ti) является конечной,
оптимальные значения периодичности носят интервальный характер от минимального
оптимального значения Т1*=1440 час до максимального Т2*=1660 час.
Кг
1,00000
TQ11-31
TQ13-33
0,99995
TX10-30
TQ14-34
0,99990
0,99985
TQ12-32
0,99980
Т, h
0,99975
0
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500
*  оптимальные характеристики
■  регламентные характеристики
Рис. 3. Зависимость стационарного коэффициента готовности от периодичности испытаний
каналов систем безопасности
3 Обоснование сокращения испытаний на герметичность гермообъема
3.1
Основные положения методики
По многолетнему опыту эксплуатации ВВЭР-1000 испытания на герметичность
гермообъема избыточным давлением 0,07 МПа являются неэффективными по следующим
причинам:
 основные дефекты, влияющие на надежность СГО выявляются на этапах
вакуумирования и локальных испытаний на герметичность гермообъема;
6-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»
ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия
26-29 мая 2009 г.
 частые испытания избыточным давлением 0,07 МПа приводят к снижению надежности
и герметичности гермообъема;
 работы по испытаниям на герметичность гермообъема избыточным давлением
0,07 МПа всегда лежат на критическом пути плановых ремонтов энергоблоков и в
зависимости от погодных факторов в районе АЭС длятся от 1,5 до 2,5 суток (при этом этап
испытаний на герметичность вакуумированием занимает около 3 часов, остальное время
занимает этап испытаний избыточным давлением).
Обоснование сокращения испытаний на герметичность гермообъема базируется на
статистическом анализе результатов испытаний:
- значение утечки (Lк);
- наличие дефектов при испытаниях;
- устранимость дефектов (были ли устранены дефекты и когда  в процессе испытаний
или позже).
Критерием обоснования выступает эксплуатационный критерий герметичности (ЭК),
который устанавливается для каждого энергоблока индивидуально (Lкр).
Сокращение одного (и более) испытаний гермообъема является обоснованным, если
консервативная оценка значения утечки на два (и более) года вперед, полученная методом
экстраполяции, не превысит значения утечки, которое выше чем значение ЭК на 15%. Это
является основным количественным условием сокращения испытаний [2].
Дополнительными (оцениваемыми на качественном уровне) условиями сокращения
испытаний являются:
а) отсутствие дефектов элементов гермообъема, после устранения которых требуется
проведение испытания всего объема гермообъема;
б) выполнение во время планово-предупредительного ремонта (ППР) энергоблока
полного объема регламентированных работ по поддержанию элементов гермообъема в
работоспособном состоянии (техническое обслуживание, локальные испытания, осмотры и
т.д.);
в) возможность проведения локальных испытаний на герметичность заменяемых и/или
ремонтируемых элементов гермообъема.
Численным критерий планирования проведения сокращенного испытания на
герметичность гермообъема является проверка выполнения неравенства:
Lэкстр(N+2)  1,15Lкр,
(9)
где Lэкстр(N+2)  верхняя граница значения утечки (с верхним пределом допуска),
полученного консервативным подходом с экстраполяцией на 2 года вперед на основании
результатов N последних испытаний.
3.2
Математический аппарат методики
Используются следующие исходные данные:
- величина утечки до устранения дефектов в i-м испытании  L1i, %/сут;
- величина утечки после устранения критических дефектов в i-м испытании (финальная
величина утечки)  L2i, %/сут.
Величина L1i=L2i=Lкi, в случае, если: дефекты отсутствуют; дефекты были и устранены
до проведения этапа испытаний избыточным пониженным давлением; дефекты были и
устранены по окончании этапа испытаний избыточным пониженным давлением (после
измерения величины Lкi); дефекты были, но они не были устранены.
В случае, если дефекты были выявлены на этапе испытаний избыточным пониженным
давлением и устранены до измерения величины Lкi, то L2i=Lкi, L1i = Lкдеф,
6-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»
ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия
26-29 мая 2009 г.»
Lкдеф
L р ,
при 1.3225  L кр  L р  0.3

 1.3225  L кр , при L р  1.3225  L кр
0.3,
при L р  0.3 или L р  неопределено

(10)
В случае, если дефекты были выявлены после определения значения утечки, которое не
удовлетворяло критерий оценки результатов испытаний, то величины: L1i=Lдефi, L2i=Lкi,.
Консервативная экстраполяционная оценка значения утечки на 2 года вперед
определяется как:
Lэкстр(N+2) = 2Lcp(i) + 2Lcp(L2i) + L2max,
(11)
где Lcp(i)  среднее значение по i, i=1,…,N, которое учитывает влияние имевших место
критических дефектов;
Lcp(L2i)  среднее значение по L2i, i=1,…,N, которое учитывает тенденцию изменения
финальной величины утечки L2;
L2max  максимальное значение утечки L2i, i=1,…,N в N испытаниях после
установления ЭК.
Расчетные выражения для оценки среднего значения величины, учитывающей наличие
критических дефектов  Lcp(i)
Весовая функция, которая учитывает, что результат каждого последующего испытания
имеет вклад в прогноз больший, чем результат предыдущего испытания и определяется с
учетом нормирования
N
 m1
i 1
 1 по:
i
1 / 2 N i
, i=1,…,N,
N
1

N i
i 1 2
Расчетное выражение для Lcp(i) имеет вид:
m1i =
Lcp(i) =
(12)
N
 m1i (L1i  L2i ) .
(13)
i 1
Расчетные выражения для оценки среднего значения возрастания финальной величины
утечки  Lcp(L2i)
Весовая функция, которая учитывает, что результат каждого последующего испытания
имеет вклад в прогноз больший, чем результат предыдущего испытания и определяется с
N
учетом нормирования
 m2
i 1
i
 1 по (12), при i=2,…,N
Расчетное выражение для Lcp(L2i) имеет вид:
N
Lcp(L2i) =
 m2i  L2i ,
(14)
i 2
где
 L2 i  L2 i 1
, при L2 i  L2 i 1 ,
L2i = 
t i
 0,
в остальных случаях ,
i=2,…,N;
ti  промежуток времени между i-м и (i-1)-м испытаниями на герметичность СГО,
года.
Расчетное выражение для оценки статистически максимальной финальной величины
утечки  L2max, после установления ЭК:
6-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»
ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия
26-29 мая 2009 г.
L2max = max (L2 i ) .
(15)
i1... N
3.3
Результаты расчетов
Расчетный анализ для энергоблоков с ВВЭР-1000, позволил сделать вывод о
возможности исключить этап испытаний на герметичность гермообъема избыточным
давлением (проводить испытания в усеченном объеме, прибегая только к этапу
вакуумирования) в ППР 2008 года, например (рис. 4, 5):
- для энергоблока №1 Запорожской АЭС  показана необходимость проведения
испытания в полном объеме для подтверждения проектных характеристик гермообъема;
- для энергоблока №2 Запорожской АЭС  исключить этап испытания избыточным
давлением.
4 Изменение стратегии испытаний и ремонтов оборудования в условиях
увеличения топливного цикла
4.1
Основные положения методики
Одним из путей повышения коэффициента использования установленной мощности
(КИУМ) является внедрения 18-ти месячного топливного цикла. Переход реакторных
установок с ВВЭР-1000 на 18-ти месячный топливный цикл с 3-х разовыми периодами
работы тепло-выделяющих сборок (ТВС) до полного выгорания, позволит уменьшить число
ремонтов в одном полном цикле с 4 до 3 (при одной и той же заданной длительности полного
топливного цикла). При этом увеличивается длительность между плановопредупредительными ремонтами энергоблока (ППР). Поэтому для внедрения 18-ти
месячного топливного цикла (18-ти месячного интервала между началами проведения ППР),
в частности, необходимо обосновать возможность изменения стратегий испытаний/ревизий
оборудования АЭС.
%/сут
0,48
- значение утечки L1
- значение утечки L2
0,38
3
2
0,28
1
0,18
1  критерий оценки 1,15(0,14+0,02); 2  консервативный прогноз на 1 год;
3  консервативный прогноз на 2 года
Рис. 4: Изменение значения утечки гермообъема ЗАЭС1
18
17
2008
16
2007
15
2006
14
2005
13
2004
12
2003
11
2002
10
2001
20009
19988
19977
19966
19955
19944
19933
19912
19901
0
0,08
год ППР
6-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»
ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия
26-29 мая 2009 г.»
%/day
0,4
- leakage value L1
- leakage value L2
0,35
3
0,3
2
0,25
1
0,2
18
200817
200716
200615
200514
200413
200312
200211
200110
2000 9
1999 8
1998 7
1997 6
1996 5
1995 4
1993 3
1992 2
1991 1
0
0,15
year
1  критерий оценки 1,15(0,17+0,01); 2  консервативный прогноз на 1 год;
3  консервативный прогноз на 2 года
Рис. 5: Изменение значения утечки гермообъема ЗАЭС2
Задача решается с использованием вероятностных методов моделирования/оценки
надежности компонентов  используются методы теории вероятности, математической
статистики, теории надежности и вероятностного анализа безопасности АЭС [2].
Удлинение промежутка между ППР приводит к росту вероятности отказа оборудования.
В качестве компенсирующих мероприятий предложено:
- проводить дополнительные испытания оборудования во время текущего ремонта
энергоблока (ТР);
- изменить периодичность проведения ревизий оборудования.
Изменение графика/номенклатуры испытаний/ревизий оборудования является
приемлемым, если выполняется неравенство:
Ризм ≤ Рб,
P
, при Р  Р
;
норм
Рб =  норм
Р
,
при
Р

Р
норм ,

(16)
где Ризм  вероятность отказа оборудования, оцененная для измененного графика/
номенклатуры испытаний/ревизий оборудования;
Рб  базовое значение вероятности отказа оборудования;
Р  вероятность отказа оборудования, оцененная по имеющейся эксплуатационной
статистике для существующего /номенклатуры испытаний/ревизий оборудования;
Рнорм  нормативно закрепленная величина вероятности отказа оборудования.
Все вероятности отказа оцениваются по верхней доверительной границе с
доверительной вероятностью q=0,95.
Основу математического аппарата составляет модель изменения с течением времени
(несколько лет) вероятности отказа оборудования, с учетом имеющихся или возможных
дополнительных испытаний/ремонтов (ревизий).
Предполагается, что проведение испытаний оборудования лишь частично
восстанавливает его работоспособность, то есть некоторые отказы при испытании могут не
выявляться. Например, свищ по фланцу арматуры гарантировано может быть выявлен по
результатам контроля металла (который, проводится в ревизию), а при испытаниях может не
6-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»
ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия
26-29 мая 2009 г.
проявиться. В дальнейшем данный дефект может проявиться при работе энергоблока и
привести к отказу оборудования и останову энергоблока.
Степень восстановления оборудования после проведения испытаний (эффективность
испытаний) оценивается по эксплуатационной статистике как доля отказов, выявленных при
испытаниях оборудования к общему количеству отказов. Оценку вклада (эффективности)
испытаний оборудования предлагается проводить по доле отказов, выявленных при
испытаниях.
Предполагается, что проведение капитального ремонта (ревизии) оборудования
полностью восстанавливает его работоспособность (устраняет все негативные последствия
предыдущей эксплуатации).
4.2
Математический аппарат методики
Верхняя граница вероятности отказа на одно требование определяется по нижней
границе вероятности безотказной работы и с учетом [3] имеет вид:

 q2 (2d  2) 
, при d  N ,
1  exp  
2K 2 ( N, d  1) 
2


,
(17)
Pтр (d)  
2



(
2
(
N

d
))
N
 exp   q

 2K ( N, N  d ) , при d  2 .

2



в котором значения K2(N,m) определяют по формуле:
m 1
K2(N,m) = m /
 ( N  i)
1
,
i 0
где d  количество отказов данного типа (например, количество отказов на открытие);
N  количество требований на срабатывание арматуры;
q2(l)  квантиль хи-квадрата распределения с числом степеней свободы l,
соответствующий доверительной вероятности q=0,95.
Верхняя граница интенсивности отказов режима ожидания определяется по [3]:
 q2 (2d  2)

,
(18)
2T
где d  количество отказов данного типа (например, количество ложных срабатываний);
Т  суммарный интервал наблюдения, на котором фиксировались отказы
оборудования, соответствующий произведению MTнабл, M  количество однотипных
элементов, Тнабл  время наблюдения;
q2(l)  квантиль хи-квадрата распределения с числом степеней свободы l,
соответствующий доверительной вероятности q=0,95.
Если анализируемое оборудование при проведении данного обоснования разбивается на
несколько элементов, то вероятность отказа группы элементов определяется с учетом их
логической структуры в соответствии с критерием отказа.
Вероятность отказа за расчетное число циклов является суммой независимых
вероятностей по каждому циклу.
Количественная оценка эффективности n испытаний в общем случае имеет вид:
n
исп =
d
i 1
i
,
(19)
d
где di  количество отказов, выявленных при проведении i-го вида испытаний оборудования;
6-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»
ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия
26-29 мая 2009 г.»
n  количество видов испытаний, которые проводятся для исследуемого оборудования;
d  суммарное количество отказов оборудования, включая отказы, выявленные при
испытаниях/ревизиях и на межиспытательном промежутке с помощью, например, внешнего
осмотра, мониторинга и т.д.
Общее выражение, описывающее изменение вероятности отказа компонента
оборудования с учетом испытаний/ремонтов (ревизий), имеет вид:
1  exp( t ), при t  T,

t
Рк =  1  exp  ( t  Ti ) (1  A i )  A i ,
при i=   ,
(19)
T



в остальных случаях ,

где   интенсивность отказов (одного вида отказа) компонента;
Т  периодичность проведения текущего ремонта энергоблока;
[x] – целая часть от х;
t  текущее время, изменяющееся в промежутке от 0 до tрев – периодичности проведения
ревизий;
Аi  коэффициент, учитывающий скачкообразное изменение вероятности отказа после
завершения испытания в ТР или в ППР энергоблока.
Значения коэффициентов Аi определяются рекуррентной зависимостью:
А1 = (1 – ехр(–Т)) (1 – Т)
(20)



i
i

 1  exp( T)(1  A i1 )  A i1 (1   ППР ), при
  0,
Аi = 
N исп  1  N исп  1
 1  exp( T)(1  A )  A (1   ), в остальных случаях ,
i 1
i 1
T

t
i=2,3,…,   +1,
T 
где tППР – длительность между ППР, годы;
k – количество проведенных ППР к моменту t, k=[t/tППР];
ППР – степень восстановления компонента после проведения испытаний в ППР;
т – степень восстановления компонента после проведения испытаний в ТР;
Nисп – количество ТР на промежутке между ППР энергоблока.
4.3
Результаты расчетов
На основании реальных эксплуатационных данных получены значения суммарной
вероятности отказа Р и степени восстановления при испытаниях исп для следующего
оборудования:
1) Быстродействующая задвижка ГЕ САОЗ
2) Обратные клапаны ГЕ САОЗ
3) Предохранительные клапаны ГЕ САОЗ
4) Задвижка с электроприводом системы газоудаления с Ду>15
5) БРУ-А
6) Паровая задвижка БЗОК
7) Задвижка подачи пара на БЗОК с Ду>15
На рисунках 6 и 7 представлены обобщенные диаграммы с приемлемыми стратегиями
испытаний/ревизий указанного оборудования в условиях увеличения длительности между
ППР с 12 до 18 месяцев. Номера на диаграммах соответствуют полученным результатам
6-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»
ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия
26-29 мая 2009 г.
(Р, исп) для группы оборудования.
Р
1
0,8
2
1
impossibly
0,6
3
0,4
5
2
6
0,2
1
7
4
исп
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Рис. 6. Необходимое количество периодов ППР (при периодичности проведения ППР
tППР=1.5 года) до проведения КР (ревизии) оборудования при отсутствии обязательных
испытаний оборудования в ТР энергоблока. При проектной периодичности проведения КР
оборудования  1 раз в 4 года
Р
1
0,8
2
3
4
0,6
5
3
6
0,4
2
4
0,2
1
7
исп
0
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Рис. 7. Необходимое количество периодов ППР (при периодичности проведения ППР
tППР=1.5 года) до проведения КР (ревизии) оборудования при проведении обязательных
испытаний оборудования в ТР энергоблока (ТР  1 раз на промежутке между ППР).При
проектной периодичности проведения КР оборудования  1 раз в 4 года
Выводы
1. Разработана теоретическая основа оптимизации периодичности плановых испытаний
СВБ при работе реактора на мощности, при этом:
- разработан комплекс графов, с помощью которого возможно моделирование
6-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»
ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия
26-29 мая 2009 г.»
функционирования любых существующих элементов оборудования СВБ;
- полученные аналитические зависимости, для описания различных графиков
функционирования СВБ. Получены аналитические зависимости для коэффициента
готовности как функции, зависящей от величины периодичности проведения плановых
мероприятий;
- разработан риск-ориентированный подход, использующий модели вероятностного
анализа безопасности для оценки значимости систем с точки зрения снижения риска. Этот
подход позволяет определять общую (единую) периодичность испытаний ряда систем,
которые задействованы в комплексных испытаниях.
2. На основе данных по отказам и дефектам энергоблоков Запорожской АЭС за период
эксплуатации энергоблоков рассчитаны показатели надежности оборудования ряда СВБ.
Предложено увеличение периодичности регламентных испытаний СВБ принимающих
участие в комплексных испытаниях (TQ11-31, TQ12-32, TQ13-33, TQ14-34, ТХ10-30, VF/QF,
РДЭС, TF, TY) ЗАЭС-5 в 2 раза.
3. Разработана методика обоснования возможности проведения сокращенного
испытания на герметичность (только с помощью вакуумирования) Containmant. Это
сокращает длительность планового ремонта энергоблока на 1-1,5 суток.
4. Разработана методика обоснования изменения стратегии испытаний и ремонтов
оборудования в условиях увеличения топливного цикла. Установлено, что с увеличением
вероятности отказа оборудования и степени восстановления при испытаниях период между
проведением капитальных ремонтов (ревизий) оборудования:
- увеличивается, при условии проведения испытаний в текущий ремонт энергоблока;
- сокращается, при условии отсутствия проведения испытаний оборудования в текущий
ремонт энергоблока.
5. На основании данных по отказам и дефектам энергоблоков Запорожской АЭС,
Хмельницкой АЭС, Южно-Украинской АЭС представлены практические рекомендации для
выбора оптимальной периодичности ремонтов, в условиях увеличения топливной кампании.
Например для быстродействующих задвижек (БЗ) гидроемкостей САОЗ энергоблоков
установлено следующее:
- если текущий ремонт энергоблока не планируется, то необходимо проведение
капитального ремонта (КР) и эксплуатационных испытаний БЗ в каждый ППР, но не реже,
чем 1 раз в 25 мес. (2 года и 1 мес.);
- если текущий ремонт энергоблока планируется, то необходимо проведение КР 1 раз в
4 ППР (1 раз в 6 лет), но не реже чем 1 раз в 87 мес. (7 лет и 3 мес.) и проведение
эксплуатационных испытаний БЗ в ППР и в текущий ремонт энергоблока, но не реже чем 1
раз в 11 мес.
Список литературы
1. Риск-ориентированные подходы оптимизации технического обслуживания и
эксплуатационного контроля систем, важных для безопасности АЭС / Д.В.Билей,
С.В.Васильченко, Н.И.Власенко, Ю.Л.Коврижкин, В.Н.Колыханов, Ю.А.Комаров,
В.И.Скалозубов, Н.А.Фридман; Монография. Под общ. ред. В.И.Скалозубова.  Одесса:
Изд-во «ТЭС», 2004.  530 с.
2. Оптимизация планирования ремонтов и испытаний систем безопасности атомных
6-я МНТК «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР»
ОКБ «ГИДРОПРЕСС», Подольск, Россия
26-29 мая 2009 г.
электростанций на основе риск-ориентированных подходов. / Ю.Л. Коврижкин ,
Ю.А. Комаров, В.М. Пышный, В.И. Скалозубов, И.М. Фольтов; Монография. Под общ.
ред. В.И. Скалозубова  Одесса: Изд-во «ТЭС», 2006.  383 с.
3. ДСТУ 3004-95. Надежность техники. Методы оценки показателей надежности по
экспериментальным данным. – К.: Изд-во стандартов, 1995. – 56 с.
OPTIMIZATION OF SCHEDULING OF TESTS AND REPAIR OF SAFETY-RELATED
SYSTEMS OF NPP WITH VVER
V.I. Skalozubov, Iu.A. Komarov, V.N. Kolykhanov
Institute of Safety Problems of Nuclear Power Plants of National Academy of Sciences of Ukraine,
Odessa, Ukraine
One of the basic NPP safety and reliability improvement issues is a methodology support to the
iation and
optimisation of NPP system tests and preventive repair periodicity. Special attention is paid to NPP
safety-related systems (SRS).
The specialists of Institute have developed a number of techniques allowing to analyse an effect
of strategies / tests change on SRS reliability.
A deviation from optimum SRS control periodicity can essentially affect operation economy
and general safety level of a reactor facility. The optimization of tests / repair periodicity is realised
on a base of an availability ratio. The optimum test periodicity corresponds to maximum availability
ratio.
The necessity of SRS tests / repairs periodicity change is also connected to realization of ways
of NPP installed nuclear capacity factor increase.
At present the containment tightness test is carried out for every preventative maintenance of a
power unit at NPPs with VVER-1000. The time of this test is 1.5 up to 2.5 days. By analyzing of
tendency of change of the containment leakage it is possible to provide an opportunity of more rare
containment tightness test.