Страница 4: ДСТУ IEC 62385:2015. Атомні електростанції. Інформаційні та керувальні системи, важливі для безпеки. Методи оцінювання робочих характеристик вимірювальних каналів системи безпеки (61830)

Метод аналізування шумів засновано на контролюванні природних флуктуацій, які є на виході давачів тиску під час технологічного процесу. Ці флуктуації (шуми) обумовлено турбулентністю, спричиненою потоком води в системі, випадковим теплопередаванням в активній зоні й іншими природними явищами.

Для випробування потрібно реєструвати в цифровій формі шуми на виході кожного давача тиску впродовж приблизно 1 год і потім виконати аналізування. Завади з вихідного сигналу давача треба відокремлювати за допомогою фільтра верхніх частот або механізму зсуву постійним стру­мом і треба виконати відповідну фільтрацію нижніх частот для усунення сторонніх завад та знеді- яння завад. Частота дискретизації має бути високою (наприклад, 100 чи більше вибірок за секунду).

Перед аналізуванням потрібна вибірка шумових даних для підтвердження виведення резуль­татів випробування часу реагування з відповідних записів даних. Аналізування даних шумів має містити алгоритм частотної області та/або часової області, розроблений для обчислення часу реа­гування давача. Обґрунтованість аналізування має бути встановлено за допомогою змодельованих даних, а також фактичних даних зі станції або з лабораторії від давачів із відомими значеннями часу реагування. Результати валідації також треба застосовувати для встановлення похибки ре­зультатів часу реагування, одержаних методом аналізування шумів. Наявний досвід показує, що се­редня похибка результатів аналізування шумів для випробування часу реагування давача зазвичай становить приблизно ± 10 % від значення часу реагування, одержаного за допомогою аналізування шумів, або ± 0,10 с (залежно від того що більше). Це визначення є правильним за умови, що дані шумів збирають, виконують належну вибірку й аналізують за допомогою затверджених алгоритмів аналізування частотної області та/або часової області.

Якщо виявиться, що час реагування давача тиску погіршився, або його час реагування пере­вищує допустиму границю, треба в окремому дослідженні визначити, чи проблему спричинено давачем тиску або вимірювальними трубопроводами, чи обома чинниками. Якщо діапазон частот шумів технологічного процесу не є «білим шумом», то результати випробування часу реагування можуть бути консервативними. Зокрема, якщо діапазон частот шумів технологічного процесу буде менший, ніж частотна характеристика давача, то результати аналізування шумів будуть більші, ніж час реагування випробуваного давача.

Метод аналізування шумів можна також застосовувати для випробування часу реагування термопар і нейтронних детекторів у такий спосіб, як для давачів тиску. Зазвичай для випробування часу реагування нейтронних детекторів дані шумів має бути зібрано дуже швидко (за частоти дискретизації в діапазоні кілогерців), але для термопар достатньо менших частот дискретизації (наприклад, 100 Гц).

Метод аналізування шумів не можна застосовувати для випробування часу реагування давачів тиску герметичної оболонки, давачів рівня рідини в баку і давачів, що мають невеликі технологічні шуми чи не мають їх зовсім. Для таких давачів вхідні шумові дані часто може бути згенеровано в штучний спосіб за допомогою генератора механічних шумів, що включає перетворювач струму в тиск (І в Р або І/Р). Перетворювач струму в тиск з’єднано з генератором сигналів, що видає широкосмуговий випадковий шум. Перетворювач струму в тиск перетворює цей шум у шумовий сигнал тиску і його використовують для випробування часу реагування давача. Збирання й ана­лізування даних, пов’язане із цим підходом, виконують у спосіб, як і для методу аналізування шумів, описаного вище.

Додатково до методу аналізування шумів є метод, який називають випробування на пере­ривання електроживлення (ПЕ), його можна використовувати тільки для натурного випробування часу реагування компенсаційних давачів тиску. Для випробування ПЕ живлення давача потрібно вимкнути на кілька секунд і потім увімкнути. Якщо живлення ввімкнено, давач видає вихідний сиг­нал, який потрібно зареєструвати в цифровій формі, і потім проаналізувати, для одержання часу реагування давача. Аналізування має містити відповідний алгоритм, розроблений і затверджений для обчислення часу реагування компенсаційних давачів тиску методом ПЕ.

Випробування ПЕ враховує динамічну характеристику механічних й електронних елементів давача й, отже, показує загальний час реагування повної електромеханічної системи давача.

Час реагування температурного давача вимірюють у лабораторних умовах за допомогою методу, який називають випробуванням із зануренням. Після того як давач установлено в техно­логічний процес, час його реагування треба вимірювати за допомогою випробування за східчастим зміненням контурного струму. Вимоги щодо використання цих випробувань на атомній станції наве­дено далі. Є також додаткові випробування, такі як метод саморозігрівання та метод аналізування шумів, також описані далі.

Випробування із зануренням треба виконувати в лабораторних умовах у воді за низької тем­ператури (наприклад, від 20 °С до 70 °С). Вода має текти зі швидкістю 1 м/с. Давач треба занурити з повітря у воду. Під час цього процесу треба реєструвати вихідний сигнал давача, до досягнення ним сталого стану. Час реагування має бути визначено за допомогою вимірювання часу, що від­повідає 63,2 % від різниці між початковим і кінцевим стаціонарним значеннями вихідного сигналу давача. Має бути встановлено засіб ідентифікування моменту часу, коли давач входить у воду. Цей час має бути використано як час початку випробування із зануренням.

Важливо зазначити, що час реагування температурних давачів залежить від швидкості потоку та температури рідини, у якій їх випробовують із зануренням. Крім того, для давачів, які монтують у захисній гільзі, час реагування також залежить від якості з’єднування між робочим кінчиком давача та його захисною гільзою. У зв’язку з цим результати випробування із зануренням мало­значні стосовно часу реагування температурного давача після його встановлення на станції. Для одержання часу реагування температурного давача за робочих умов його потрібно перевіряти в натурних випробуваннях методом східчастого змінення контурного струму, описаним нижче.

Випробування реагування на східчасте змінення контурного струму (РЗКТ) треба виконувати для вимірювання штатного часу реагування термоперетворювача опору чи термопар у стані, коли їх задіяно в робочому технологічному процесі. Випробування треба виконувати подалі від шаф ви­мірювальних приладів у зоні пункту керування, де дроти від давача досягають апаратури перетво­рення сигналів. Випробування РЗКТ ґрунтовано на нагріванні давача за допомогою електричного струму, який має бути застосовано до кінців подовжувачів дротів давача. Для термоперетворювача опору треба використовувати малий постійний струм (наприклад, від 40 мА до 80 мА). Для тер­мопар треба використовувати змінний струм від 0,2 А до 0,6 А. Зазвичай для випробування РЗКТ і термоперетворювача опору та термопар не можна використовувати те саме устатковання через різні вимоги до випробування.

Струм спричиняє температурний перехідний процес у давачі, що має бути зареєстровано в цифровій формі та проаналізовано, для одержання часу реагування давача. Для термопере­творювача опору дані треба реєструвати, доки струм іде через термоперетворювач опору і по мірі того як термоперетворювач опору нагрівається. Для термопар дані треба реєструвати після того, як струм відключено та термопара охолоджується, повертаючись до температури довкілля.

Випробування РЗКТ ураховує всі впливи місця встановлення давача на його час реагування. Сюди долучають вплив захисної гільзи (у разі її використання), зазор між давачем і захисною гіль­зою та всі впливи режимів технологічного процесу, такі як швидкість потоку рідини, температуру тощо. Щоб одержати фактичний штатний час реагування давача, випробування РЗКТ треба ви­конувати за нормального режиму роботи чи близьких умов. Це дуже важливо, оскільки на відміну від давачів тиску, час реагування температурних давачів залежить від температури, тиску та швид­кості потоку рідини, у якій установлено давач. Однак якщо на станції встановлюють нові давачі, випробування РЗКТ можна виконувати за холодного зупинення, для підтвердження, що давачі встановлено належно і вони забезпечать оптимальну якість функціонування за часом реагування, коли станція відновить роботу на потужності. Випробування РЗКТ під час холодного зупинення дають результати, які порівнюють між давачами, для ідентифікування викидів із положення часу реагування. Буде ідентифіковано викид чи ні, випробування РЗКТ треба повторювати на всіх не­щодавно встановлених давачах за нормального режиму роботи чи умов, близьких до нормальних, щоб одержати фактичний час реагування давачів. Викид — це давач, результати РЗКТ якого значно відрізняються від інших резервованих давачів за тих самих умов установлення та технологічного режиму. Викиди можуть виникнути через такі проблеми: недостатнє введення давача в його захисну гільзу, забруднення захисної гільзи, неузгодженість давача/захисної гільзи тощо.

Дані РЗКТ має бути проаналізовано за допомогою математичного алгоритму, розробленого на основі теплового аналізування давача та відповідної моделі теплопередавання. Аналізування даних РЗКТ має надати в результаті значення часу реагування та формулювання щодо похибки результатів часу реагування. Точність результатів має ґрунтуватися не тільки на точності випро­бувального устатковання, а також і на точності алгоритму, застосованого для визначення часу реагування. На основі минулого досвіду відомо, що похибка результатів часу реагування для методу РЗКТ становить ± 10 %.

Випробування на саморозігрівання доповнює метод РЗКТ, але не забезпечує значення часу реагування. Це додаткове випробування і його можна застосовувати тільки до термоперетворю­вача опору. У цьому випробуванні кількісно вимірюють внутрішнє нагрівання термоперетворювача опору залежно від вхідної електричної потужності (l²R). Результатом є показник, який зазвичай ви­ражають в омах на ват (Ом/Вт) і називають індексом саморозігрівання (ІСР) термоперетворювача опору. Відчутні змінення ІСР будуть ознакою змінення часу реагування термоперетворювача опору.

Випробування на саморозігрівання виконують за допомогою того самого устатковання, що й для випробування РЗКТ.

Якщо мета випробування часу реагування полягає в тому, щоб проконтролювати суттєві змінення часу реагування щодо еталонного значення або виявляти відчутне погіршення часу реагування давача, можна застосувати метод аналізування шумів. Однак випробування РЗКТ здебільшого забезпечує точніші результати й тому має бути використано, якщо немає великої різниці між прийнятним значенням часу реагування й очікуваним значенням часу реагування давача.

6. ОПЕРАТИВНЕ ВИЯВЛЕННЯ ЗАКУПОРЕННЯ ТА ПОРОЖНЕЧ

У ТРУБОПРОВОДІ ВИМІРЮВАННЯ ТИСКУ

Системи вимірювання тиску на атомних станціях зазвичай містять вимірювальні трубопроводи (які також називають імпульсними лініями) для перенесення інформації про тиск із технологічного процесу на давач. Залежно від станції та супутніх служб вимірювальні трубопроводи можуть мати довжину від кількох метрів до кількох сотень метрів.

Хімікати, такі як бор і забруднювальні речовини у воді реактора, та інші чинники впливу, можуть спричинити закупорення вимірювальних трубопроводів на деякий час. Крім того, проблеми з відсічними та вирівнювальними клапанами у вимірювальних трубопроводах можуть призвести до часткового закупорення вимірювальних трубопроводів, протікань та інших проблем.

Вплив закупорення вимірювального трубопроводу полягає в тому, що це збільшує час реа­гування відповідного давача тиску, на який здійснюється вплив. Збільшення часу реагування залежить від піддатливості давача. У давачів, які мають більшу піддатливість, закупорення вимі­рювального трубопроводу має значно збільшити час реагування, а у давачів, які мають малу під­датливість — закупорення має незначно вплинути на час реагування. Піддатливість — це величина зсуву чутливого елемента на одиницю прикладеного тиску.

Крім того, повітря або газ у трубопроводах вимірювань тиску є проблемою, що впливає на стаціонарний режим (калібрування) або характеристики часу реагування давачів тиску. Отже має бути виконано випробування для ідентифікування закупорень, повітряних пробок і протікань у системах вимірювання тиску. Випробування треба виконувати за допомогою методу аналізування шумів. Для виявлення закупорення чи повітряних пробок у трубопроводах вимірювання тиску треба виконати вибірку даних шумів від порушеного давача тиску в комп’ютер, проаналізувати й порівняти результати з вихідними даними для визначення того, чи утворилися закупорення чи повітряні пробки у вимірювальному трубопроводі. Для виявлення протікань треба обчислити дисперсію шумового сигналу та порівняти з вихідною дисперсією для тих самих чи аналогічних давачів для визначення наявності протікань у вимірювальному трубопроводі.

По суті, випробування часу реагування давачів тиску, рівня та витрати методом аналізування шумів автоматично буде містити долучений закупоренням внесок під час реагування давача, а також допоможе ідентифікувати повітряні пробки та протікання.