SISTEME DE MONITORIZARE

Sistemele de monitorizare (monitoarele):

monitoare instalate permanent

monitoare mobile.

Monitoarele mobile sunt folosite de obicei pentru protectia contra radiatiilor (dozimetrele individuale, monitoarele pt. masurarea ratei dozei, monitoarele pt. locurile contaminate sau instrumentatia de laborator).

Monitoarele instalate permanent pentru cazurile de iradiere sunt destinate protectiei contra radiatiilor, asa cum sunt monitoarele de zona, cele pentru masurarea ratei dozei din instalatie, masurarea activitatii aerului ventilat, a gazelor nobile, a aerosolilor si iodurilor sau masurarea radioactivitatii din circuitul secundar.

Toate aceste monitoare sunt parti ale sistemului de securitate, in general instalate permanent, unele dintre avand si sisteme de alarmare.

Caz partic: monitoare instalate (fixe) pentru perioade precizate de timp

Sistemele de monitorizare a vibratiilor, temperaturii si presiunii pot fi considerate ca o parte principala a sistemului de monitorizare a oboselii.

Rezultatele monitorizarii oboselii sunt folosite pentru managementul intregii vieti de functionare indica zonele unde ar fi necesara extinderea inspectiilor "in-service" sau amploarea inspectiei poate fi micsorata sau marit intervalul dintre inspectii.

- Diversele UN, apartinand filierelor CANDU, PWR si BWR, sunt echipate cu o serie de sisteme auxiliare, in concept off-line - avand posibilitatea initializarii unor sisteme de alarmare (acustica si/sau vizuala) - care sunt destinate sa supavegheze:

existenta sau aparitia, in principalele trasee de conducte, a unor piese pierdute (sau fragmente de piese);

vibratiile vasului de presiune al reactorului nuclear (VPRN);

aparitia unor scurgeri (in special a agentului primar de racire);

evolutia oboselii echipamentelor;

starea globala a zonei active

IDENTIFICAREA PIESELOR PIERDUTE - PWR 1300 (KWU),

Fig. 1 Circuit identificare piese pierdute

fiecare senzor are propriul sau circuit care, amplifica si inregistreaza fondul sonor din zona de amplasare a senzorului.

semnalul sonor este comparat cu un nivel de referinta (specific fiecarei pozitii) si in cazul depasirii pragurilor admise sistemul alarmeaza.

senzori de accelerare piezoelectrici cu fixare magnetica in locuri special alese.

- exmplu: la unitatea Biblis A (Germania) sunt montati 12 senzori, iar la Biblis B sunt montati 14 senzori, amplasamentele fiind alese astfel:

pe partea superioara a vasului de presiune al reactorului nuclear (VPRN);

pe patea cea mai de jos a VPRN;

in zona "camerei de intrare" a generatoarelor de abur (GA);

pe partea superioara a GA.

- in blocul de prelucrare, semnalul furnizat de preamplificator este supus si unei analize de frecventa.

modul de testare.

v     la revizia anuale sunt executate testari speciale: cu un ciocan calibrat se executa lovituri in locuri predeterminate ale circuitului primar si ale GA,

v     datele sunt prelucrate si inregistrate pt. analizele de frecv. care definesc:

banda de frecventa;

duratele regimurilor tranzitorii (rezonanta);

atenuarea semnalelor.

v     Fiecare circuit este supravegheat ciclic:

a.     la fiecare doua ore se cupleaza difuzorul si se asculta zgomotul rezultat;

b.     la fiecare trei luni autoritatea nationala (publica) evalueaza toate inregistrarile.

Nota: Evaluarea inregistrarilor se face atat local, de specialistii centralei, cat si de autoritatea nationala, consta in compararea inregistrarilor cu alte sunete "cunoscute".

Aparitia unor zgomote necunoscute, cu cauza neclarificabila, obliga personalul centralei sa anunte autoritatea nationala identificarea unor cazuri de strangeri insuficiente a unor suruburi.

SUPRAVEGHEREA VIBRATIILOR VPRN

pe reactorul unitatii Biblis A: montat in anul 1979.

- 4 canale de masura, cei patru senzori fiind montati pe capacul vasului de presiune al reactorului, decalati la 90^o;

Fig. 2 Circuit pentru supravegherea vibratiilor VPRN

- Valorile masurate sunt inregistrate si evaluate de o autoritate publica la fiecare 3 luni.

- Sistemul functioneaza in regim permanent de supraveghere. De mentionat ca senzorul identifica si miscarile seismice pe directie verticala.

este testat annual slabindu-se suruburile care fixeaza capacul VPRN se urmareste indicatia sistemului de supraveghere.

DETECTAREA SCURGERILOR DE D₂O

sisteme destinate detectarii si semnalizarii eventualelor scurgeri ale agentului primar de racire; sunt bazate pe diferite principii:

analiza acustica a sunetelor produse de scurgeri;

masurarea locala a temperaturii si umiditatii;

masurarea presiunii in izolatia termica a mantalei presurizate;

identificarea nivelului crescut de radioactivitate;

cresterea cantitatii de apa in sistemul de recirculare a aerului in compartimentele UN;

dezechilibrarea balantei calculate de sistemul de control al volumului;

masurarea rezistentei electrice dintre niste sonde speciale si masa electrica a UN.

Fig 3 Circuitele pentru sesizarea scurgerilor (CANDU)

Unitatea CANDU 600 este echipata cu sisteme de detectare a scurgerilor de apa grea (vezi figura I.3) dar si a scurgerilor de apa usoara. Aceste sisteme se bazeaza pe sesizarea inchiderii unui circuit electric intre electrodul (izolat) al unei sonde si "pamant", respectiv "masa electrica" (pe care se acumuleaza scurgerile).

SISTEMUL PENTRU MONITORIZAREA OBOSELII MATERIALELOR

Firma "Siemens", prin sectorul sau nuclear (KWU), a dezvoltat un sistem pentru monitorizarea interna a oboselii materialelor din care sunt executate unele componente si sisteme prestabilite. Sistemul, denumit FAMOS (Fatigue Monitoring Systen), este utilizat de SIEMENS-KWU inca din anul 1988, atat in centralele PWR cat si in cele BWR.

Pe termen scurt: punerea la punct a unui sistem care sa poata oferi permanent utilizatorilor asigurari privind siguranta si disponibilitatea, din punct de vedere al oboselii componentelor

Pe termen lung: crearea unor astfel de conditii care sa permita marirea duratei de exploatare a UN, aflate in exploatare, la peste cei 40 de ani specificati de catre proiectantul general.

v     instrumentatia "clasica" asigura functionarea optima a centralei, la parametrii specificati si in conditiile de proiectare

ea nu a fost conceputa pentru a masura si inregistra toti parametrii care sunt necesari monitorizarii gradului de oboseala a materialelor din care sunt executate echipamentele principale si nici pentru a evalua aceste date.

- In faza proiectarii sistemului a fost calculat stressul componentelor principale, pentru conditiile specifice centralei si au fost efectuate analize de oboseala pentru a verifica comportarea acestora.

- Experienta de exploatare: aceasta operatie ofera o imagine limitata asupra starii efective de oboseala a componentelor si sistemelor, fundamentand doua concluzii importante:

Prin compararea cu anumite tranzitii, s-a constatat ca activitatea efectiva de exploatare curenta produce o oboseala mai mica decat cea calculata initial, in cadrul activitatilor de proiectare.

Uneori, se produc totusi diverse incarcari semnificative provocate fie de modul de operare, fie ca urmare a defectarii sistemelor respective.

- Scopul monitorizarii oboselii de exploatare, folosind FAMOS, este de a inregistra continuu gradul de incarcare a echipamentelor si evaluarea sa in scopul determinarii oboselii materialului din care sunt facute aceste echipamente.

- In cazul UN noi este indicata folosirea de la inceput a FAMOS, inca de la punerea in functiune, pentru ca datele astfel obtinute sa fie folosite ulterior si pentru a diagnostica oboseala materialului in viitoarele faze de operare

trebuie sa fie realizate in timp util anumite operatiuni specifice:

identificarea metodelor de lucru care conduc la o oboseala mai mica;

planificarea unor examinari nedistructive;

programarea si efectuarea reparatiilor si inlocuirilor (lucrarile de reparatii si inlocuiri sa fie incluse in programul normal de lucru).

Avantaje pentru operator:

ajuta la prevenirea producerii defectiunilor si a daunelor aferente. Indicarea timpurie a oricaror modificari care au loc initiate masuri care sa elimine cauzele producerii.

evitata producerea unor daune importante sau a unor opriri pe care operatorul nu le poate controla.

Reducerea inspectiilor in timpul functionarii si/sau intervalul dintre inspectii marit.

reducerea substantiala a timpului de expunere la radiatii a personalului de verificare si/sau testare.

v     Documentatia sistemului evidentiaza si alte avantaje pentru operator:

Regim de operare cu oboseala redusa

Reprezentarea grafica a tranzitiilor de operare masurate si compararea lor cu specificatiile recomandate/date, faciliteaza considerabil cunoasterea factorilor care influenteaza oboseala.

Detectarea neconformitatilor

Sunt detectate neconformitatile cu tranzitiile specifice astfel incat proastele functionari pot corectate in timp util (de exemplu scurgerile de lichid) sau pot fi initiate actiuni corective.

Asigurarea datelor cu incarcarea curenta, analiza continua si detaliata a oboselii.

In acest fel se pot obtine indicatii privind orientarea viitoarei operari (conducand la extinderea duratei de viata).

Detectarea timpurie a defectarii iminente a unor componente permite planificarea atenta a mentenantei preventive si a lucrarilor de inlocuire pe durata opririlor planificate.

Reducerea personalului implicat in monitorizare si respectarea documentatiei de operare a UN, simultan cu implicatii pozitive in calitatea rezultatelor obtinute.

Analizele oboselii cerute de inspectori si autoritati (necesare analizelor specifice probabilistice de risc si de securitate)

Investigatii preliminare: analiza punctelor slabe

- Din totalitatea componentelor si a sistemelor relevante pentru securitate si importante din punctul de vedere al disponibilitatii, sunt selectate acelea la care oboseala materialului progreseaza rapid in cursul operarii si care pot fi totusi considerate, in comparatie cu alte piese, ca fiind reprezentative pentru obiectivele monitorizarii in timpul functionarii ("in-service").

- se ia in consideratie rezultatele analizelor de oboseala existente si experienta acumulata pana in acel moment.

- In cazul UN mai vechi, sunt luate in consideratie toate informatiile privind diferitele evenimente care au avut loc, precum scurgerile, modificarile conductelor, reparatiile dar si alte informatii suplimentare. In figura 4 sunt marcate, prin puncte, pozitia "punctelor slabe" ale unitatii PWR.

Rezultatele analizei "punctelor slabe"

v     Analiza punctelor slabe constituie baza pentru stabilirea parametrilor fizici care vor fi monitorizati cum ar fi presiunea, temperatura, nivelul apei etc. In sens larg, aceste valori sunt monitorizate de instrumente specifice existente in centrala. Se monteaza totusi, in amplasamente potrivite, termocuple pentru a monitoriza modificarile locale ale temperaturii.

Achizitia datelor

La intervale stabilite de timp, un sistem de achizitie a datelor (cu microprocesor) scaneaza senzorii conectati pentru a stabili daca s-au produs schimbari semnificative.

computerul centralei preia direct rezultatele masuratorilor de la instrumentatia existenta in UN (asa-numita instrumentatie de proces).

rezultatele masuratorilor sunt inregistrate de senzorii locali instalati special pentru a monitoriza oboseala (asa-numitele elemente locale).

Semnalele de masura sunt calibrate, amplificate, convertite analog/digital si, in final, supuse unei verificari de credibilitate (daca sunt rationale sau irationale).

- Datele sunt stocate, impreuna cu un justificarea lor, pe banda magnetica si, in aceasta forma, sunt transferate pentru prelucrare blocurilor FAMOS.

Evaluarea datelor si Analiza oboselii

Sistemul FAMOS calculeaza temperatura si stabileste tipul de stress pentru zonele specifice ale componentelor monitorizate.

Rezultatele sunt comparate cu datele de referinta si se stabileste modelul de incarcare.

Metodele de calcul sunt selectate in functie de gradul de precizie dorit.

Factorii de uzura cumulativa sunt calculati si adusi la zi folosind reguli specifice.

Suplimentar datelor masurate, pot simulate diverse niveluri de incarcare, iar rezultatele obtinute sunt folosite pentru evaluarea unor noi regimuri imbunatatite de functionare a echipamentului, sistemului sau chiar a UN.

- In figura 5 este prezentata evolutia factorului de oboseala a unei UN in care, dupa o perioada de operare "clasica", fara monitorizarea oboselii, in momentul X₁ a fost implementat un sistem FAMOS.

- Datorita avantajelor introduse, are loc o reducere a ratei de oboseala ceea ce determina o micsorare "a pantei" curbei reprezentative incepand din punctul X₂, materializata practic in micsorarea factorului de uzura, deci o prelungire a vietii UN.

.

Fig. 5 Evolutia factorului de oboseala a UN monitorizate

Principii si obiective ale sistemelor de monitorizare

- Dezvoltarea acestui sistem: noul concept de detectare timpurie a defectarii iminente a componentelor, care asigura o inalta integritate a UN, concept fundamentat in urma experiente in constructia, PIF si exploatarea UN.

In UN PWR-KWU s-au implementat sisteme autonome cu microprocesoare pentru achizitia de date privind:

monitorizarea oboselii (FAMOS),

depistarea pieselor mobile/pierdute (KUS),

monitorizarea vibratiilor (SUS),

monitorizarea scurgerilor si localizarea lor prin mijloace acustice (ALUS) sau cu ajutorul monitorizarii umezelii (LUS),

monitorizarea vibratiilor pompelor (PUM).

Toate aceste sisteme functioneaza in timp real, imbunatatind atat disponibilitatea cat si siguranta functionarii prin:

detectarea rapida a defectiunilor;

minimalizarea daunelor si prevenire;

detectarea cauzelor si gasirea solutiilor pentru remedierea

defectiunilor;

reducerea costurilor inspectilor si a expunerii angajatilor la radiatii.

- Functiile acestor sisteme de monitorizare includ:

Achizitia si procesarea de date,

stocarea si documentarea datelor primite inclusiv a rezultatelor finale.

Sistemele sunt unitati independente si reunesc module identice (ex. generare semnale de testare, calibrarea si filtrarea datelor, conversia analoag/digitala).

"Sistemele specializate sunt mai bune decat un concept general"

- specialistii Siemens nu recomanda echiparea sistemelor de monitorizare astfel incat acestea sa indeplineasca prea multe functii.

Politica adoptata de a folosi un sistem independent pt. fiecare functie de monitorizare s-a dovedit a fi de succes si este considerata de viitor.

Alte recomandari in beneficiul acestei abordari:

de preferat sisteme redundante pentru a asigura ca defectarea unui sistem nu afecteaza celelalte sisteme;

pentru a fi usor de intretinut si de actualizat, pachetele software trebuie sa aiba dimensiuni reduse.

5 SUPRAVEGHEREA ZONEI ACTIVE

CNE (PWR) de la Halden, Norvegia, o colaborare germano-suedeza,

sistemul "SCORPIO" destinat supravegherii ZA, sistem conceput sa indeplineasca urmatoarele functii:

informarea permanenta a operatorului privind starea curenta a ZA;

predictia evolutiei ZA in regimuri tramzitorii;

determinarea strategiei de control pentru realizarea nivelului dorit de putere si pentru optimizarea distributiei de putere;

realizarea acestei strategii in regim on-line.

- Motivatia realizarii: experienta de exploatare acumulata

"prin prevenirea instalarii unor stari/regimuri nedorite in ZA creste considerabil gradul de securitate al unitatii nucleare (UN)."

- structura flexibila: utilizabil atat in structura "on-line", inglobat in sistemul de control-comanda al UN, cat si in structura "off-line".

Baza de date, absolut obligatorie, defineste parametrii de reglare, limitele acestora si modalitatile de operare, iar pentru functionare necesita programe de operare si informatii detaliate.

Sistemul poate functiona in mai multe regimuri, dintre care cele mai importante sunt:

regimul de supraveghere a ZA;

regimul predictiv;

regimul de control.

Fig. 6 Structura sistemului de supraveghere

5.1 REGIMURI DE OPERARE

1. Regimul de supraveghere a zonei active

functia cea mai importanta pe durata acestui regim: furnizarea unei cat mai bune estimari a starii curente a ZA, estimare care sa poata fi prezentata operatorului si sa-i fie utila acestuia in exploatarea UN.

semnalele furnizate de detectoarele din ZA, combinate cu o distributie teoretica a puterii din ZA calculata - in configuratie tridimensionala - de catre un program de simulare on-line al ZA.

dupa obtinerea unor noi date referitoare la starea ZA, calculatorul face compararea lor cu limitele admise de operare si, in cazul depasirii limitelor, informeaza operatorul prin consola de operare.

la cererea operatorului, acestuia ii sunt furnizate informatii detaliate privind distributia de putere, pozitiile MCR precum si valorile limitelor operationale.

la identificarea aparitiei unor modificari in starea ZA, se stabileste momentul definirii/calcularii unei noi stari a ZA destinata sa inlocuiasca vechea "marime" calculata.

prin sistemul interactiv de comunicatii, operatorul poate initializa - in orice moment - o noua recalculare a starii ZA.

inaintea introducerii noilor date in calculator, aceste date sunt supuse permanent unui proces de filtrare si de interpretare deoarece:

operatorul trebuie ajutat sa poata detecta cat mai timpuriu defectarea instrumentatiei,

masurarile eronate/irationale nu trebuie transmise programului de simulare.

- Datele de iesire sunt stocate in baza de date, baza accesibila tuturor modulelor sistemului, iar la sfarsitul fiecarei secvente este activat modulul de verificare a limitei.

Dintre cele trei regimuri mentionate, regimul de supraveghere este prioritar aflandu-se permanent in "stare activa", dar nevizualizat, chiar daca - la un moment dat - este initializat regimul predictiv. Atunci cand situatia o cere, regimul de supraveghere a ZA poate intrerupe, fara consultarea operatorului, operarea in regim predictiv.

2. Regimul predictiv

opereaza numai la solicitarea operatorului si poate "precalcula" evolutia puterii din ZA pe durata regimurilor tranzitorii, ceea ce reprezinta un important ajutor pentru alegerea evolutiilor optime pentru regimurile tranzitorii.

- prin activarea modulului de verificare a limitelor de exploatare in regim predictiv, se pot exclude strategiile inacceptabile din punctul de vedere al restrictiilor functionale si al limitelor de securitate operatorul poate incerca diverse strategii de control urmarind efectele economice, de exemplu minimizarea borului (unitatea este de tip PWR), sau poate realiza o egalizare a arderii combustibilului prin actionarea corespunzatoare a barelor de control.

operatorul poate dispune de informatii utile pentru a elabora variante posibile de exploatare sau chiar regimuri predictive optimale.

Pentru facilitarea examinarii acestor rezultate, sistemul este prevazut cu un sistem interactiv de telecomunicatii care permite extragerea imformatiilor relevante din baza de date si afisarea lor pe monitorul operatorului.

Printre estimarile furnizate de catre programul de calcul, se afla valorile predictive ale presiunilor, entalpiilor, concentratiei de xenon etc.

Programul de calcul si modul de secvensare a datelor sunt la fel ca in regimul de supraveghere a ZA, modificandu-se numai datele de intrare aplicate programului de simulare.

- Toate marimile predictive, pe care sistemul le pune la dispozitia operatorului, sunt insotite de limitele critice ale ZA. Un calcul predictiv incepe intotdeauna cu elaborarea datelor de intrare pentru programul de simulare, fiind posibile trei niveluri de complexitate:

Marimile de intrare sunt stabilite de catre operator, pe baza experientei si a cunostintelor acumulate referitoare la comportarea RN;

Utilizarea unui program simplificat de "strategie de generare" a intrarilor, care considera numai doua puncte ale ZA si include dinamica xenonului;

Utilizarea unui program complex de "strategie de generare" bazat pe teoria controlului optimal predictiv in care secventa de control este obtinuta prin:

minimizarea functiei reale, supusa restrictiiilor liniare specifice controlului;

controlul pozitiei barelor de control;

distributia de putere si variatia acesteia in punctele de conexiune.

In prima varianta, elaborarea si introducerea datelor de intrare se realizeaza cu ajutorul sistemului interactiv de comunicatii. In secventa imediat urmatoare, sistemul afisaza - pe imagini relevante pentru a fi examinate de catre operator - puterea ceruta RN, temperaturile de intrare in ZA si marimile de referinta pentru regulatoarele automate.

- In urma examinarii, operatorul poate efectua modificari si, in final, le valideaza initializand rularea programului de simulare.

- Pentru celelalte doua variante :

operatorul specifica numai nivelul dorit de putere,

programul de control al grupului turbogenerator stabileste strategia regimului de tranzitie necesar atingerii noului nivel de putere cerut.

in acest caz operatorul poate face modificari in strategia stabilita, inainte de initializarea executarii regimului de tranzitie.

inaintea executarii acestei tranzitii, operatorul are posibilitatea de a simula predictiv respectiva tranzitie si astfel sa-si fundamenteze o opinie fata de propunerea sistemului.

Regimul de control

- Sistemul de control al UN poate elabora strategii prestabilite, prin modificarea marimilor de referinta ale buclelor de reglare. Daca, in general, predictiile vor fi corelate cu ora oficiala (urmarirea curbei de sarcina) sau cu alte date calendaristice, va fi necesara interventia operatorului.

- Datorita micilor perturbatii omniprezente si a impreciziilor inevitabile ale modelului, comportarea curenta a UN poate devia de la regimul prestabilit.

"regimul de control" este conceput ca o ultima solutie/etapa de operare in bucla inchisa.

In aceasta varianta un modul specializat de "control on-line" opereaza cu frecventa mare (valori mici ale pasilor de discretizare) si se "incarca" cu urmarirea strategiilor prestabilite, contracarand deviatiile mentionate.

PRINCIPALELE MODULE FUNCTIONALE

Sistemul de comunicatii

Prin intermediul sistemului de comunicatii se realizeaza circulatia bidirectionala a informatiei:

operatorul comanda, printr-o tastatura specializata, finalizarea de catre sistem a anumitor actiuni;

sistemul prezinta operatorului toate informatiile solicitate pe display-uri color, echipamente hard-copy si sisteme semigrafice.

- Informatiile (date I/O) sunt organizate in 15 imagini grafice de baza.

Datele de intrare sunt organizate in 4 imagini grafice (scheme structurale) si pot contine:

variatia puterii RN,

concentratia de bor din agentul de racire,

temperatura de intrare in RN a agentului de racire

pozitia oricarui grup de bare de control selectat de catre operator.

- Variatia diversilor parametrii este prezentata fie sub forma grafica, fie sub

forma de bare.

- Elementele continute in aceste imagini mai pot fi utilizate de catre operator pentru initilizarea unor comenzi manuale, sau ca date de intrare de catre diferitele programe de control ale principalelor sisteme ale UN.

Datele de iesire ale sistemului sunt organizate in 10 imagini grafice diferite care se impart in doua subgrupe:

3 imagini destinate prezentarii tendintei de variatie in timp a urmatorilor parametrii importanti pentru ZA:

puterea reactorului si ceilalti parametrii relativi la ea (eroare, limite operationale etc);

concentratia de bor si temperatura de intrare a agentului de racire;

pozitia oricarui grup (selectat de operator) de bare de control.

7 imagini destinate cunoasterii/inspectarii ZA, in care sunt cuprinse informatii referitoare la:

distributia spatiala a puterii si variabilele relative la aceasta;

nivelul concentratiei de bor din agentul de racire;

pozitia tuturor grupelor de bare de control.

- Oricare dintre aceste imagini, de fapt suporturi de informatie, precum si initializarea oricarui modul din program se poate realiza de catre operator prin actionarea tastelor de functii (taste specializate).

- reguli respectate la selectarea culorilor de afisare a informatiilor:

a.     culorile utilizate sa fie usor sesizabile, incat un anumit nivel de putere sa fie usor identificabil, fara nici o posibilitate de confuzie;

b.    densitatea distributiei de putere, parametru deosebit de important, sa se evidentieze prin culori corespunzatoare;

c.     culorile continute in aceste imagini sa poata fi privite timp suficient de lung, fara a irita privirea.

Nota: cerintele a si c sunt dificil de indeplinit simultan, ele fiind oarecum in contradictie.

3. Baza de date a sistemului

- reprezinta modulul central al sistemului Scorpio, ea fiind conectata cu toate celelalte module principale.

Contine

distributiile de putere in nodurile semnificative ale ZA (aproximativ 4.000 in varianta PWR si aproximativ 15.000 de noduri in varianta BWR),

distributiile de xenon si iod,

date referitoare la istoricul combustibilului aflat in ZA.

- Este prevazuta o rezerva consistenta de capacitate pentru stocarea datelor derivate si a rezultatelor partiale, atat pentru analizele "retro" cat si pentru analizele predictive; pentru varianta utilizata in structura "on-line", cerintele impuse bazei de date sunt mult mai restrictive.

- daca sistemul are rol de echipament de control-comanda, in camera de comanda, timpul de raspuns la cererea unei anumite imagini trebuie sa fie de cel mult cateva secunde; nu mai are semnificatie deosebita cand sistemul "Scorpio" este utilizat pentru studii "off-line", (gospodarirea combustibilului)

Pentru realizarea unui timp de raspuns cat mai mic, toate informatiile necesare oricarei imagini, sunt precalculate si stocate permanent in baza de date, astfel incat, la apelarea unei anumite imagini, sa nu fie necesare alte calcule suplimentare, iar raspunsul sa fie redus la minim posibil.

SIMULAREA ZONEI ACTIVE

- Pentru simularea ZA de catre sistemul "Scorpio" este utilizat programul de simulare "CYGNUS", realizat special pentru aceasta aplicatie.

s-a urmarit satisfacerea urmatoarelor cerinte:

asigurarea preciziei standard pentru simulareM;

asigurarea unei usurinte remarcabile in utilizare;

posibilitatea executarii sale pe mincalculatoare;

pentru facilitarea transferarii pe alte calculatoare, a fost utilizat limbajul FORTRAN.

UTILIZAREA ROBOTILOR IN CNE

A.I.E.A.:    recomandari cadru referitoare la toate aspectele implicate:

functiile care pot fi atribuite robotilor in CNE;

cerinte pentru proiectarea robotilor destinati CNE;

recomandari destinate activitatilor de proiectare a CNE, pentru a facilita implementarea robotilor.

- Primele utilizari de roboti in CNE au plecat de la doua motivatii diferite:

Inexistenta unor alternative posibile pentru o serie de activitati specifice, ca de exemplu:

a.    manipularea combustibilului (incarcare - descarcare) in timpul functionarii instalatiilor;

b.    inspectii in instalatie in timpul si in special dupa producerea unui accident;

c.    executarea unor lucrari pe durata dezafectarii CNE.

Necesitatea fundamentarii unor noi metode, in afara celor traditionale.

Primele utilizari de roboti au evidentiat beneficii majore:

reducerii expunerii personalului la radiatii

respectiv a asigurarii continuitatii procesului operational,

solutiile adoptate in continuare, au definit doua regimuri de lucru:

a.    roboti controlati exclusiv de personal operator specializat;

b.    roboti care au capacitatea de a "a invata si de a repeta" fiecare procedura (o secventa bine executata, sub control uman, este memorata de catre robot si apoi acesta o poate repeta automat la simpla comanda a operatorului).

avantaje:

din punct de vedere economic:

reducerea numarului de opriri;

reducerea dozei de radiatii receptionate de catre personal;

reducerea timpului de interventie.

2. din punct de vedere tehnic:

cresterea fiabilitatii exploatarii;

cresterea preciziei in exploatare;

cresterea calitatii operationale.

3. din punct de vedere al securitatii si al solicitarii umane:

reducerea riscului;

cresterea securitatii personalului;

cresterea disponibilitatii echipamentului.

- carente si dezavantaje:

1. din punct de vedere economic:

pretul ridicat al implementarii;

intretinere costisitoare;

limitari impuse de specificul CNE;

necesitatea unui mare numar de operatori specializati, de inalta calificare.

2. din punct de vedere tehnic:

nu au flexibilitatea umana;

complexitatea deosebita limiteaza flexibilitatea robotilor;

durata mare de fabricare si dezvoltare.

3. din punct de vedere uman:

deoarece robotul este rar utilizat (de cateva ori pe an), problema gradului de utilizare a personalului specializat este foarte delicata;

robotul poate deveni periculos atat pentru oameni cat si pentru echipam. UN.

- Analiza functiilor indeplinite in stransa corelare cu diversele regimuri operat. ale CNE:

a. Pe durata regimurilor normale de functionare a UN, robotii indeplinesc urmatoarele categorii de functii:

inspectii in zonele inaccesibile ale UN (pe durata functionarii);

lucrari de reparatii la componentele relative la securitate sau la echipamentele importante pentru functionarea UN;

manipularea combustibilului si repozitionarea acestuia in ZA.

- Largirea spectrului de aplicatii in acest caz este conditionata de perfectionarea controlului de la distanta a robotilor.

b. In cadrul opririlor planificate, robotii din diversele CNE, indeplinesc urmatoarele functii:

inspectarea, manipularea si repararea componentelor interne ale vasului de presiune al reactorului (VPRN);

inspectarea externa a circuitului primar din unitatile PWR (conducte, generatoare de abur, schimbatoare de caldura, presurizor);

inspectia interna a conductelor;

manipularea combustibilului si a reziduurilor.

tendinte de utilizare a robotilor si in alte lucrari specifice acestei perioade:

indepartarea/montarea mansoanelor si izolatiilor;

curatirea mecanica a componentelor;

schimbarea unor componente (filtre, senzori);

decontaminari;

activitati normale de manipulare;

inspectii detaliate (metalografiere, analize chimice).

c. Pe durata situatiilor incidentale utilizarea robotilor are urmatoarele obiective:

limitarea consecintelor incidentului;

prevenirea expunerii publicului;

minimizarea riscului pentru personal.

In acest scop robotii efectueaza inspectarea defectelor, repararea si/sau inlocuirea componentelor sau chiar a sistemelor deteriorate.

Spectrul functiilor indeplinite de roboti devine mult mai larg in cazul situatiilor accidentale dintr-o CNE, mai ales daca s-au produs imprastieri radioactive cu risc pt. personalul de interventie;

in astfel de situatii robotii sunt utilizati pentru:

inspectii in zona contaminata, masurarea nivelurilor de radiatii si elaborarea hartilor privind distributia acestora (in interiorul si exteriorul CNE);

decontaminari interioare si exterioare CNE;

demontarea si transportarea unor componente contaminate.

- Practica interventiilor in situatiile de accident evidentiaza un spectru larg de probleme care s-ar putea rezolva fericit prin utilizarea robotilor, dar a unor roboti foarte fiabili, cu control total de la distanta si chiar a unor elicoptere radiocomandate.

e. Dezafectarea CNE impune existenta posibilitatii de a comanda de la distanta demontarea unor echipamente complexe in camp de radiatii si pe suprafete contaminate.

In cadrul activitatilor de dezafectare, robotii sunt utilizati la:

inspectii si supravegheri pentru evaluarea gradului de contaminare si de radiatii;

decontaminari;

dezmembrarea prin demontare si/sau taiere a unor echipamente voluminoase;

colectarea reziduurilor si ambalarea acestora, inclusiv a reziduurilor secundare.

- Experienta acumulata    probleme de solutionat in viitorul apropiat:

desfasurarea unor activitati sub apa;

manipularea unor sarcini utile mari;

evitarea coliziunilor in cazul "navigatiei" robotilor prin sistemele complexe de conducte (sau chiar in interiorul conductelor);

rezistenta la radiatii a tuturor echipamentelor din componenta robotilor.

castigul considerabil realizat si existenta multor probleme, referitoare la exploatarea CNE, care ar putea fi solutionate in mod superior daca s-ar dispune de roboti cu anumite performante impuse de specificul CNE.

- Utilizarea robotilor in centralele nucleare din S.U.A., cu precizarea procentuala din numarul total de aplicatii, reprezinta un argument major, functiile indeplinite fiind urmatoarele:

v    curatire sub apa (4% din total aplicatii);

v    decontaminari (5%);

v    inspectarea vasului de presiune al reactorului nuclear (6%);

v    inspectii sub apa (8%);

v    manipulari si lucrari controlate de la distanta (15%);

v    inspectii generale si supravegheri (29%);

v    inspectii conducte (33%).

- Toate aceste aspecte au determinat A.I.E.A. sa elaboreze in anul 1992 o serie de cerinte si specificatii referitoare la activitatea de proiectare si realizare a robotilor destinati CNE, precum si o serie de reglementari destinate proiectarii CNE pentru a se facilita utilizarea multipla a robotilor.

Cerinte si specificatii pentru proiectarea robotilor

- In scopul optimizarii sigurantei in functionarea, intretinerea, repararea si respectiv dezafectarea CNE, A.I.E.A. a definit o metodologie pentru formularea si evaluarea specificatiilor si proiectelor de roboti destinati acestui domeniu avandu-se in vedere:

a.     contextul specific domeniului nuclear;

b.     domenii de utilizare si functii indeplinite;

c.     cerintele operationale;

d.     caracteristici (performante) functionale;

e.     cerinte de proiectare.

- Specialistii A.I.E.A. si expertii asociati au definit 10 domenii de posibile aplicatii ale robotilor in CNE:

Automatizarea manipularii combustibilului nuclear, a probelor radioactive chimice sau de aer, a reziduurilor materiale, inclusiv automatizarea diferitelor etape din fabricarea combustibilului nuclear.

Inspectiile, ca activitati de rutina sau de urgenta, pentru localizarea si inregistrarea incidentelor neobisnuite si a proastelor functionari (de ex. pierderi de apa, abur sau gaz).

Supravegherea nivelurilor de radiatii si a distributiei acestora, inclusiv masurarea si supravegherea temperaturilor, presiunii, umiditatii etc.

Siguranta CNE prin controlul acceselor in zonele critice, detectarea intrusilor si preintampinarea sabotajelor.

Intretinerea planificata (inlocuirea filtrelor, vanelor si mansoanelor sau a altor echipamente amplasate in zone periculoase si care impun o inalta fiabilitate in functionare).

Intretineri neplanificate in cazul defectarilor intempestive, respectiv repararea sau inlocuirea conductelor si componentelor, realizarea de sudari sau inspectii dupa sudari, testari si indepartarea sfaramaturilor.

Decontaminarea si curatarea sub vid a usilor, peretilor sau a altor zone, curatarea terenului de materiale radioactive imprastiate (pulberi, lichide etc), inclusiv curatarea mecanica (frecare, polizare, periere si spalare).

Dezafectarea care, printre altele, necesita dezmembrarea instalatiilor nucleare, taierea metalelor sau a betoanelor, manipularea componentelor demontate, compactarea, impachetarea si transportarea reziduurilor radioactive.

In cazul situatiilor incidentale robotii sunt un suport al personalului operator in actiunea de limitare a evenimentelor si a defectelor care ar putea capata dimensiuni serioase.

In cazul accidentelor serioase, telerobotii reprezinta singurul instrument util pentru evaluarea pericolului si supravegherea situatiei, pentru interventii in directia normalizarii situatiei, a coordonarii activitatilor de salvare si pentru alte functii critice.

Pentru o compatibilitate optima cu functiile care ii vor fi atribuite, in proiectarea unui anumit robot, vor trebui respectate o serie de cerinte operationale, precizate de catre beneficiar, cerinte care vor evidentia:

mediul in care va fi utilizat robotul;

cerintele specifice proiectului CNE;

limitari relative la timpii de operare;

standardele tehnice de referinta;

cerintele referitoare la asigurarea calitatii.

v     Intr-o stransa corelare cu functiile care ii vor fi atribuite si cu mediul in care va functiona, tema de proiectare a robotului trebuie, conform AIEA, sa precizeze:

mobilitatea ceruta (viteza, precizie etc);

gradul de implicare al personalului uman atat in activitatile legate de exploatarea robotului cat si in cele destinate intretinerii sale;

gradul de complexitate al intretinerii;

gradul de recuperabilitate a robotului in cazul defectarii sale pe durata interventiilor in instalatie;

modul de operare si gradul de autonomie;

rezistenta la radiatii;

dotarea cu diferite scule si dispozitive (magazii specializate de scule);

modularitatea constructiva;

raza de operare si sursa de alimentare cu energie;

capacitatea de autotestare si autodiagnoza;

performantele sistemului de comunicatii;

tipurile de senzori cu care va fi echipat;

modul de actionare si sistemul de control;

modul de interactionare cu utilizatorul;

implicatiile cerintelor de securitate nucleara si definirea probabilitatii de a iesi de sub control pe durata operarii in instalatie (imposibilitatea miscarilor neautorizate).

in proiectarea CNE, trebuie sa se tina seama de tot ceea ce poate permite si chiar facilita utilizarea robotilor in instalatie si anume:

accesul robotilor in locurile destinate operarii acestora, inclusiv posibilitatii de urcare/coborare (acolo unde este cazul);

structura modulara a instalatiei;

utilizarea de scule tipizate (echiparea robotului cu magazii de scule);

implementarea de interfete compatibile intre robot si sistemele UN;

existenta unui service central pentru reparatii specifice robotilor (interventii privind hardul si softul !);

amplasarea in instalatie a unor puncte de reper si/sau balize pentru facilitarea "navigatiei" robotului.

Fig. 7 Evolutia automatizarii si robotizarii CNE

Se poate afirma ca in CNE,

v     automatizarea este implicata in indeplinirea si netezirea secventelor operationale normale si anormale,

v     robotizarea confera adaptabilitate si flexibilitate, in special pe durata secventelor operationale anormale, incidentale sau accidentale.

- Realizarile de ultima ora evidentiaza roboti care permit depasirea performantelor de adaptabilitate si de autodidact, existand posibilitatea asocierii cu capacitatea detectiei predictive (pe durata inspectarii instalatiei).

- Evolutia conceptului de automatizare a CNE evidentiaza un paralelism pregnant cu evolutia utilizarii robotilor in aceleasi CNE