BC/NW 2009; №2 (15):11.7
ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ БЕЗОПАСНОСТИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО КОМПЛЕКСА НА ОСНОВЕ РЕАЛИЗАЦИИ МОДЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ.
Архангельский С.Б., Шемелин В.К.
(ГОУ ВПО «Московский государственный технологический университет «Станкин», Россия)
Согласно международному опыту эксплуатации атомных электростанций (АЭС) установленные периодичность и объем надзора за системами, важными для безопасности, должны регулярно пересматриваться.
Актуальной задачей при этом является выбор рационального графика периодичности
контроля оборудования системных блоков управления (СБ) которые могут
существенно влиять на общий уровень безопасности реакторной установки и
экономичность эксплуатации.
Важным способом нахождения рациональных решений по выбору периодичности контроля оборудования системных блоков управления реакторов, является привлечение процедуры расчета надежности блоков, на основе моделей теории надежности.
Одной из основных систем, контролирующей более 30000 параметров и являющейся штатной при работе реактора является система внутриреакторного контроля (СВРК).
Работающая в настоящее время на многих АЭС модернизированная система внутриреакторного контроля (СВРК-М), обеспечивает контроль и защиту реакторной установки (РУ) как при работе в режимах нормальной эксплуатации (НЭ), так и при нарушениях нормальной эксплуатации (ННЭ) и проектных авариях, условия, протекания которых не влияют на работоспособность СВРК-М.
Повышение безопасности и эффективности работы РУ обеспечивается путем повышения точности, оперативности и надежности контроля поля энерговыделения в активной зоне и температуры теплоносителя первого и второго контуров.
Ключевыми элементами в СВРК-М являются сервера верхнего уровня – СВУ. В их функции входит передача данных от различных элементов СВРК и отображение данных оператору.
В данной статье представлены модели и расчет надежности устройства - сервера верхнего уровня СВУ. Следует обратить внимание на то, что расчет надежности берется для СВУ как аппаратной единицы. Анализ надежности операционной системы, системного программного обеспечения и прикладного программного обеспечения выходит за пределы данной работы.
Сервера верхнего уровня (СВУ) разделяются:
- по характеру применения – к категории «Б» по ГОСТ 25804.1, непрерывного применения;
- по числу уровней качества функционирования – к виду I по ГОСТ25804.1, имеющим два уровня – номинальный уровень и отказ;
- по возможности ремонта и восстановления по ГОСТ 25804.2 – к ремонтируемым или восстанавливаемым.
В соответствии с ГОСТ 27.003-90 для таких изделий задается комплексный показатель надежности Кг (коэффициент готовности) или определяющий его набор единичных показателей безотказности и ремонтопригодности.
Техническими условиями ПКЕМ.466515.001 ТУ устанавливается показатель надежности в части наработки на отказ, не менее 2,0·104 ч.
Техническими условиями ПКЕМ.466515.001 ТУ устанавливаются следующие показатели надежности в части среднего времени восстановления:
для исполнений СВУ-01Р-02, СВУ-01Р-03, CВУ-02Р-01,
CВУ-02Р-02 CВУ-03Р, CВУ-03Р-01, СВУ-04Р, СВУ-04Р-01, CВУ-05Р, CВУ-05Р-01,
CВУ-05Р-03
— среднее время восстановления, не
более, 1 ч;
для исполнений СВУ-01Р-01, CВУ-02Р, CВУ-05Р-02
— среднее время восстановления, не более, 2 ч.
Разработка моделей и методики надежности СВУ.
Во всех приведенных ниже расчетах предполагается экспоненциальный закон распределения времени безотказной работы (интенсивностей отказа i-го устройства) и интенсивности восстановления i-го устройства, с параметрами l и m соответственно [1]. Возникающие в блоках или устройствах СВУ неисправности (отказы) происходят мгновенно, независимо друг от друга и не восстанавливаются самостоятельно. Однотипные блоки и устройства имеют одинаковые интенсивности отказов. Отказавший блок, который заменяется на однотипный из состава ЗИП, имеет ту же интенсивность отказов, что и отказавший блок. В момент отказа (необходимости замены) любого блока и устройства в составе ЗИП имеется исправный однотипный блок.
СВУ изготавливается из комплектующих импортного производства. Данные производителей по надежности комплектующих по средней наработке на отказ приведены в таблице 1.
Наработка на отказ (интенсивность отказов)
модулей и блоков. Таблица 1
|
Наименование блока (устройства) |
Шифр |
Интенсивность
отказов, |
||
|
Модуль процессора (системная плата) |
МП |
50,0 |
||
|
Модуль контроллера RAID-массива |
МК |
5,0 |
||
|
Накопитель на жестком диске |
НЖД |
2,0 |
||
|
Источник бесперебойного питания |
ИБП |
10,0 |
||
|
Блок питания каркаса системного блока |
БПСБ |
20,0 |
||
|
Блок питания коммутатора сети Ethernet |
БПКС |
10,0 |
||
|
Коммутатор сети Ethernet |
КС |
5,0 |
||
|
Интерфейсный модуль коммутатора сети Ethernet |
МКС |
5,0 |
||
|
Вентилятор каркаса системного блока |
ВСБ |
50,0 |
||
|
Вентилятор шкафа |
ВШ |
50,0 |
|
|
|
Контрольная панель |
КП |
20,0 |
|
|
|
Автоматический предохранитель |
ПрА |
69,0 |
|
|
|
Монитор |
М |
71,4 |
|
|
|
Принтер |
Прт |
62,5 |
|
|
|
Блок питания монитора |
БПМ |
25,0 |
|
|
|
Клавиатура |
Клв |
40,0 |
|
|
Методика расчета показателей надежности для группы из n последовательно соединенных устройств [2].
Показатели надежности для группы из n последовательно
соединенных устройств с интенсивностями отказов и восстановлений 
и 
, соответственно, определяются по формулам (1) и (2). Тогда наработка на
отказ То, ч:
.Где: n – число устройств;
- интенсивность
отказа i-го устройства,
;
Среднее время восстановления 
, ч
, (где n – число устройств;
- интенсивность
отказа i-го устройства,
;
- отношение
интенсивности отказа i-го
устройства к интенсивности восстановления i-го устройства.
Методика расчета показателей надежности для дублированной системы соединений устройств
Показатели надежности дублированной системы соединений устройств с возможностью «горячей замены» (замена устройства без выключения питания и нарушения выполнения функций) определяются по формулам (3) и (4).
Наработка на отказ То, ч
; (3)
Среднее время восстановления 
, ч:
(4)
Наработка на отказ системы из К рабочих и n резервных элементов (N=K+n) с интенсивностью отказов и восстановлений l и m, соответственно определяются по формуле (5):
(5)
Вероятность безотказной работы системы из К рабочих и n резервных элементов (N=K+n) с интенсивностью отказов l на интервале времени Т для случая отказа без восстановления определяется по формуле (6):
(6)
Наличие встроенной самодиагностики в составе СВУ и анализ конструкции позволило путем экспертной оценки определить, что среднее время восстановления любого блока или устройства из состава СВУ составляет в среднем 1 ч.
Расчет надежности вычислительного устройства
На рис 1 приведена
структурная схема для расчета интенсивности отказов вычислительного устройства
(ВУ).
В этом случае
интенсивность отказов ВУ (
) определяется по формуле (7):
, (7)
Где: 
- интенсивность отказов такой системы в предположении
об экспотенциальности закона распределения; 
-
определяются из . Таблица .
Вероятность безотказной работы системы из четырех вентиляторов системного блока на интервале времени Т, при условии, что устройство продолжает работать при одновременном отказе двух вентиляторов, согласно формуле (6) определяется формулой (8), для случая К=2, N=2:
; (8)
При интервале
Т=1 год (8 000 ч) и интенсивности отказов 
, приведенной в таблице 1, Q1(Т) = 2,3·10-4. Тогда при
значениях интенсивностей отказов, приведенных в таблице 1: 
.
Рис. 1 Структурная схема для расчета надежности ВУ.
Выводы
Рассмотренные модели расчета надежности, по критерию наработки на отказ, на примере расчета надежности вычислительного устройства системы внутриреакторного контроля АЭС, показывают, что результаты их удовлетворяют требованиям стандартов и подтверждается практикой: безотказной работой в течение года на Калининской АЭС 1-3 Блок и Балаковской АЭС 2-ой Блок.
ЛИТЕРАТУРА
1. Надежность технических систем. Справочник. Под редакцией профессора И.А.УШАКОВА М.:, «РАДИО И СВЯЗЬ» 1985г.-386 с.
2. Дружинин Г. В Надежность автоматизированных систем. Изд. 3-е. М.:, «Энергия», 1977. – 267 с.