Plnorozsahové simulátory energetických zařízení a jejich využití při inženýrských činnostech

• Foto

Dnešní přísné normy a předpisy pro provozování jaderných elektráren na celém světě totiž vylučují, že by se příprava i průběžné udržování praktických dovedností operátorů obešly bez výcviku na dostatečně kvalitním trenažéru. Provozovatelé jaderných elektráren tak jsou ušetřeni úvah o ekonomické rentabilitě a trenažéry k výcviku systematicky využívají. U nově stavěných a spouštěných jaderných elektráren jsou trenažéry zcela automatickou součástí stavby. K tomu, aby bylo možné předem provést potřebný výcvik obsluhy, trenažéry musí být zprovozněny dokonce s několikaletým předstihem před spuštěním jaderného bloku.

Na kvalitu výcvikových trenažérů, která je dána vizuální i funkční shodou repliky dozorny s dozornou reálné elektrárny a samozřejmě hlavně shodou hodnot simulovaných parametrů a jejich průběhů s hodnotami parametrů a jejich průběhy na reálném (referenčním) výrobním bloku elektrárny podle celosvětově uznávané normy ANSI/ANS-3.5, přísně dohlíží příslušný úřad jaderného dozoru. Dostatečně věrně musí být simulována všechna technologická zařízení ovládaná anebo sledovaná z operativní části blokové dozorny, pomocné i havarijní systémy, ale také všechny relevantní systémy kontroly a řízení a to až na úroveň všech pomocných obvodů a detailních funkčních vlastností jednotlivých čidel i výkonných akčních členů včetně jejich divizní či systémové redundance. Už během procesu vytváření modelů pro budoucí trenažér, který probíhá hlavně podle výrobní a stavební dokumentace technologických zařízení elektrárny, vzniká jistá nezávislá kontrola projektové dokumentace a odhalují se její nedostatky. Každá elektrárna, byť je stavěna podle typového projektu, je v jistém ohledu originál, zejména v oblasti systémů kontroly a řízení. Při ověřovacích testech modelů, které z přirozených důvodů jsou na simulátoru mnohem důkladnější a mohou se více zaměřovat na nestandardní a nežádoucí stavy zařízení, se pak dříve a snáze než na reálném zařízení mají šanci projevit nečekané nežádoucí vlastnosti použitých technologických řešení, nedomyšlenosti či chyby v algoritmech řízení, nedostatky ve spolupráci navazujících automatik či regulátorů, nestability systémů v mezních stavech či hazardy. K dispozici jsou prostředky k pozastavení a opětovnému spuštění simulace, návratu v čase, ukládání a načítání stavů jako výchozích počátečních podmínek, záznamu průběhů libovolného množství parametrů, sledování vnitřních stavů systémů a jejich vynášení do tabulek, grafů, animací a analytických vizualizačních grafik v potřebných souvislostech. Probíhá-li takovéto testování podle projektové dokumentace včas, souběžně se stavbou elektrárny, je šance včasnou korekcí zjištěné chyby či nedostatku předejít buď zdržení při spouštění zařízení, nebo následným problémům s jeho provozováním.

Takovým případem byla výstavba jaderné elektrárny Temelín, kde ověřování jednotlivých skupin algoritmů řízení a následné ověřování funkcí celoblokových řídicích systémů probíhalo na připravovaném trenažéru již dlouho před zahájením spouštěcích prací a trvalo celkem téměř 2,5 roku. Trenažér pomohl odhalit mnohé nedostatky projektového návrhu a osvědčil se natolik, že byla požadována rozsáhlá technická podpora i při vlastním spouštění prvního bloku ETE. Protože však vlastní výcvikový trenažér byl v tuto dobu plně vytížen přípravou operátorů, byl k tomuto účelu postaven druhý, tzv. displejový simulátor. Ten byl vybaven stejně plnohodnotným modelem jako výcvikový trenažér, avšak bloková dozorna u něj byla nahrazena grafickou animací na počítačových displejích. Brzy se ukázalo, jak výborný je to nástroj pro inženýrské analýzy, testování a pro podporu spouštění všeobecně.

Využití simulátorů resp. trenažérů pro analytické a inženýrské účely však spuštěním bloku nekončí. V souvislosti s prodlužováním životnosti, zvyšováním účinnosti a bezpečnosti jsou na provozovaných jaderných elektrárnách průběžně prováděny úpravy technologií i řídicích systémů. Vzhledem k vysoce nastavené laťce požadované úrovně shody chování simulátoru a referenčního bloku elektrárny je nezbytné stejným způsobem souběžně upravovat i trenažéry. Pro projektanta úpravy, ať už jde o technologii nebo řídicí systém, tím při správné koordinaci opět vzniká unikátní příležitost si řešení předem ověřit ve všech možných souvislostech včetně manipulací v reálném čase na simulátoru a zjištěné nedostatky či chyby v návrhu včas odstranit ještě před fyzickou realizací na reálném bloku.

V jaderné elektrárně Dukovany, která v uplynulých 10 letech prošla kompletní modernizací řídicích systémů, rozsáhlými úpravami zvyšující její účinnost i úpravami provedenými za účelem zvýšení celkové spolehlivosti a bezpečnosti, proběhla na simulátoru celá řada ověřovacích akcí. Ještě před předáním zhotoviteli obnovy SKŘ byly systematicky ověřeny připravené podklady, algoritmické zadání funkcí obnovovaného SKŘ. Posléze byla provedena verifikace funkčního návrhu algoritmů obnovovaných systémů ve fázi „Basic Design“. V rámci postupné implementace úprav modelů po obnově systémů SKŘ jak v akci T544, tak i V226, probíhalo připomínkování předaných projektových podkladů, které poskytlo zpětnou vazbu pro opravu a doplnění dokumentace skutečného provedení. V průběhu přípravného školení a výcviku operátorů k obsluze bloku s modernizovaným řídicím systémem na displejovém simulátoru byly úspěšně odladěny také nedostatky v návrhu ovládacího HMI. Mimo to proběhlo na displejovém simulátoru otestování úprav organizátoru výkonové regulace pro udržení tlaku v hlavním parním kolektoru při abnormálních přechodových procesech, úspěšné odzkoušení a doladění návrhu záměny hydraulické regulace TG, úpravy řídicího systému turbíny (TCS) pro zvýšený výkon TG a úprav regulátoru v režimu ostrovního provozu. V současnosti probíhá přípravná fáze ověření plánované modifikace algoritmů pro regulaci hmot v sekundárním okruhu elektrárny.

Vzhledem k vysoké věrnosti, rozsahu a komplexnosti simulovaných dějů se výcvikové simulátory vedle svého hlavního účelu v obou českých jaderných elektrárnách s výhodou používají stále více nejen k funkčnímu ověřování návrhu a úprav technologie, algoritmů systémů řízení či k jejich optimalizaci, ale také pro podporu dalších inženýrských činností, jako jsou například verifikace a validace provozních předpisů pro normální, abnormální a havarijní provozní stavy. A již zcela rutinně se simulátory používají také ke zpětným analýzám nežádoucích provozních stavů či dějů zaznamenaných z reálného výrobního bloku.

Naše zkušenosti ukazují, že i když v dnešní době projektanti dílčích technologických zařízení či řídicích systémů většinou využívají simulačních možností svých návrhových softwarů, teprve při zasazení navrženého zařízení či systému do úplného celku se správnost řešení ověří ve všech technologických a provozních souvislostech. To prakticky znamená, že bez využití plnorozsahových simulátorů je takové ověření reálně možné až v rámci komplexních zkoušek při zprovozňování celého zařízení. V této fázi však řešení zjištěného problému už může znamenat významné nežádoucí zdržení projektu. A protože „čas jsou peníze“ a „odstavený blok nevyrábí“, lze si z uvedených argumentů snadno odvodit, že správné použití komplexních plnorozsahových simulátorů k prověření úprav ještě před jejich realizací a k podpoře spouštění energetických zařízení může výsledně přinést nejen usnadnění a zkvalitnění inženýrské práce, ale i významné finanční úspory.

Autor

• Ing. Peca Robert