Как создают и совершенствуют тренажеры для оперативного персонала АЭС

Уже более 30 лет разработкой полномасштабных тренажеров (ПМТ) для обучения атомщиков занимаются во Всероссийском научно-исследовательском институте по эксплуатации атомных электростанций (ВНИИАЭС). Недавно новый тренажер отгружен на турецкую АЭС «Аккую», модернизированный ПМТ первой очереди поставлен на Калининскую АЭС, обновлен тренажер блочного пульта управления энергоблока № 2 Смоленской АЭС. Рассказывает заместитель директора ВНИИАЭС‑НТП, глава отделения математического моделирования и тренажеростроения Виктор Чернаков.

О «железе» и «мозгах»

ПМТ — это программно-технический комплекс с полномасштабной математической моделью энергоблока. Если на аналитическом тренажере (АТ) обучаемый видит реплику своего рабочего места на экране компьютера, то ПМТ выполнен в «железе», со всеми приборами контроля и органами управления, как на реальном энергоблоке. Полномасштабный тренажер сегодня — обязательное техническое средство обучения персонала, допущенного к переключениям на энергоблоке, без его наличия эксплуатация энергоблока запрещена Ростехнадзором.

Кроме имитаторов блочного пульта управления, в состав тренажера входят компьютерно-вычислительный комплекс и системы видеои аудионаблюдения за действиями персонала. В ПМТ есть также система регистрации действий обучаемого и разбора занятий, которая позволяет просмотреть занятие в режиме видеофильма с возможностью повторения каждого момента, если обучаемый решит отказаться от действий, которые он производил ранее.

Но самый главный компонент тренажера, конечно, — полномасштабная программная модель энергоблока. Это самый дорогой и трудоемкий компонент. Если лет 15–20 назад в ПМТ воспроизводились только режимы нормальной эксплуатации и некоторые аварийные ситуации, то сегодня требуется воспроизведение полного спектра режимов, вплоть до тяжелых аварий с плавлением активной зоны реактора.

Создать такую модель, которая должна еще и в реальном времени работать, — основная задача разработчика ПМТ, в модели которого сегодня рассчитывается более 800 тыс. дискретных и более 2,5 млн аналоговых переменных в полном спектре режимов работы энергоблока.

О высоких темпах работ

В соответствии с нормативными документами в каждом проекте АЭС предусмотрен полномасштабный тренажер, который должен быть введен в эксплуатацию примерно за 18 месяцев до физпуска энергоблока. Это необходимо, чтобы успеть подготовить все смены персонала блочного пульта энергоблока. Есть жесткое правило регулирующего органа, что к физпуску энергоблока на ПМТ персонал уже должен быть подготовлен и лицензирован Ростехнадзором.

В этом, собственно, и состоит основная сложность создания современных тренажеров — проекты сейчас, как правило, реализуются быстро, темпы строительства высоки, зачастую к моменту сдачи ПМТ не все детали энергоблока представлены в проекте с той степенью подробности, которая нужна для модели ПМТ. Тренажер приходится сдавать, чтобы свое­временно начать обучение, а потом, в течение года после сдачи блока в промышленную эксплуатацию, он обязательно должен пройти модернизацию для соответствия реальному энергоблоку. Иными словами, мы должны этот тренажер полностью подогнать под энергоблок, уже сданный в эксплуатацию, с учетом всех изменений, которые произойдут на нем в ходе пусконаладочных работ.

Об ассортименте

Первый ПМТ ввели в эксплуатацию в 1992 году на Запорожской АЭС для энергоблока № 5 с реактором ВВЭР‑1000. С тех пор наши специалисты разработали и ввели в эксплуатацию более 40 полномасштабных и аналитических тренажеров для АЭС различного типа.

Во ВНИИАЭС созданы и впоследствии модернизированы тренажеры для энергоблоков с реакторами РБМК, ВВЭР‑440, ВВЭР‑1000, ВВЭР‑1200. Мы делали ПМТ и для быстрого реактора БН‑800. В настоящее время создаем тренажер для энергоблока, которого еще не существует в готовом виде, — с реактором БРЕСТ‑300. Сейчас идет разработка модели этого сложного технологического объекта с реактором на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем.

От проекта к проекту совершенствуется и устройство блочных пультов для ПМТ. В последние годы ВНИИАЭС привлекал к их изготовлению Уральский электромеханический завод. Опыт работы с заводом позволил ВНИИАЭС выработать концепцию и технические решения, которые позволяют гораздо быстрее и эффективнее, а самое главное без использования импортных компонентов из недружественных стран делать такое оборудование. Поэтому мы разработали и предложили концерну инвестиционный проект, касающийся создания на базе ВНИИАЭС опытного производства по изготовлению компонентов блочных пультов для ПМТ, решение за концерном.

О виртуально-цифровой АЭС

В 2009 году «Росэнергоатом» открыл НИОКР по разработке программно-технического комплекса «Виртуально-цифровая АЭС с ВВЭР» (ВЦАЭС). В рамках этого проекта на базе отработанных технологий предстояло сделать новую российскую платформу для разработки разноуровневых моделей энергоблоков, которая бы обеспечивала и создание моделей энергоблоков более высокого качества для тренажеров. Коды, применяемые в ней, должны были в перспективе иметь аттестацию Ростехнадзора для возможности использования моделей, построенных на их основе, не только для тренажеров, но и для оценки безопасности.

Такой проект был выполнен во ВНИИАЭС совместно с Институтом проблем безопасного развития атомной энергетики (ИБРАЭ РАН) под руководством главы департамента цифровизации технической поддержки эксплуатации энергоблоков Андрея Дружаева. В 2019 году ВЦАЭС принята в эксплуатацию. На сегодняшний день эта платформа с современной российской системой расчетных кодов на базе суперкомпьютерных технологий является основой для разработки новых и модернизации действующих тренажеров концерна.

С использованием модели на платформе ВЦАЭС уже создается, например, система автоматизированного тестирования энергоблоков для Курской АЭС‑2. Впервые она была внедрена на Ленинградской АЭС‑2 и обеспечила сокращение сроков проверки технологических защит и блокировок на энергоблоке после его остановов в 10–12 раз, что значительно сокращает время остановов и позволяет увеличить выработку электроэнергии.

О тренажере для АЭС «Аккую»

Последний из разработанных ВНИИАЭС на сегодняшний день полномасштабных тренажеров недавно отправлен на АЭС «Аккую». Он разработан на основе полностью российской системы проектирования. В его составе точные копии блочного и резервного пультов управления реального блока.

Испытания тренажера для АЭС «Аккую» проходили на специализированном полигоне ВНИИАЭС с участием технологов станции. В рамках испытаний с участием специалистов Технической академии «Росатома» про­шли пилотное обучение все семь оперативных смен БПУ энергоблока № 1 АЭС «Аккую». Сотрудники, которым предстоит управлять первой в Турции атомной станцией, смогли отработать навыки управления энергоблоком в основных режимах нормальной эксплуатации и при нештатных ситуациях. Дальнейшая отработка навыков в полном спектре режимов эксплуатации будет осуществляться на ПМТ и аналитическом тренажере уже после их монтажа, наладки и приемо-сдаточных испытаний на площадке АЭС «Аккую».

По окончании пилотного обучения ПМТ был разобран, упакован в 99 грузовых мест и направлен колонной из девяти магистральных грузовиков в Турцию, в учебно-тренировочный центр АЭС. Путь занял две недели, все прошло без проблем.

О планах

Модернизация ПМТ для энергоблока № 2 Смоленской АЭС — тоже наша разработка. ПМТ ввели в эксплуатацию в 1999 году, за это время он был трижды модернизирован. В 2023 году мы завершили его очередное глобальное обновление: выполнили доработку математических моделей более двух десятков технологических систем, установили новое современное компьютерное оборудование, внешний вид тренажера приведен в полное соответствие БЩУ энерго­блока № 2.

Фактически новый тренажер был создан ВНИИАЭС и для первой очереди Калининской АЭС в рамках проекта модернизации энергоблока, этот ПМТ поставлен на АЭС в договорные сроки в декабре 2021 года. Сейчас мы модернизируем два ПМТ Балаковской АЭС и ПМТ для блока № 4 Курской АЭС.

Программа «Росатома» предусматривает строительство на российских АЭС 16 новых энергоблоков до 2035 года. На каждую очередь станции из двух блоков нужен один полномасштабный тренажер. Следовательно, до 2035 года мы должны ввести в эксплуатацию восемь новых ПМТ только для российских АЭС.

О разработчиках

ПМТ — это не массовые изделия, их делают только под заказ, и здесь нужна высокая квалификация разработчиков, поэтому специализирующиеся на ПМТ для АЭС фирмы создавались в странах с развитой атомной энергетикой, их мало, около десятка. Две были образованы в США, по одной в Канаде, Франции и Испании. В России формально тоже две — ВНИИАЭС и Инженерно-технический центр «ДЖЭТ», собственником которого является «Русатом-Сервис». Обе фирмы тесно взаимодействуют, вместе решая задачи по созданию тренажеров как для АЭС в России, так и для зарубежных станций российского дизайна.

Кроме вышеназванных стран, тренажерное направление сегодня бурно развивается в Китае, имеющем свою большую программу развития атомной энергетики.

О том, как стать тренажеростроителем

Специализации тренажеростроения в вузах пока нет. В основном у нас работают выпускники ведущих российских вузов, таких как МИФИ, МГУ, МЭИ, ИГЭУ. Но одних базовых знаний по теплофизике, ядерным реакторам или автоматике недостаточно, чтобы заниматься этим делом. Специалист по тренажерам должен знать и особенности системы разработки тренажеров, и физику, и технологию энергоблоков. Но такие опыт и знания приходят только в ходе работы над конкретными проектами, и на это уходит 10–15 лет. Сейчас в отделении тренажеростроения ВНИИАЭС работают больше 100 человек — специалисты по созданию моделей активной зоны реактора и моделей гидравлических, электрических систем и систем АСУ ТП энергоблока.

Еще студентом МИФИ я принимал участие в создании первого полномасштабного тренажера в СССР для промышленных ядерных реакторов. Создавался он для Горно-химического комбината в Красноярске‑26. В 1980 году его успешно сдали в эксплуатацию, впоследствии на нем обучали персонал для всех реакторов АДЭ‑2. Сейчас эти реакторы уже остановлены, а тренажер до сих пор находится на своем месте и официально признан памятником инженерного искусства «Росатома». Кстати, это единственный в мире полностью аналоговый ПМТ.

После этого проекта мы, будучи сотрудниками МИФИ, начали разрабатывать ПМТ для Чернобыльской АЭС. Но после аварии на станции этот проект остался незавершенным. Затем совместно с фирмой STN Atlas Elektronik (Германия) и на ее тренажерной платформе мы создали ПМТ для Игналинской АЭС с реакторами РБМК‑1500, который успешно ввели в эксплуатацию. Опыт реализации этого проекта позволил нам создать собственную российскую тренажерную платформу, на базе которой впоследствии, уже после перехода коллектива на работу во ВНИИАЭС, был разработан и успешно введен в обу­чение целый ряд ПМТ для концерна, в настоящее время обеспечивающих подготовку персонала Калининской, Ростовской и Белоярской АЭС. Этот опыт мы использовали и при создании платформы ВЦАЭС.

Кстати

Импульсом для создания отечественных полномасштабных тренажеров послужила авария на Чернобыльской АЭС. С 1994 года их сооружают на каждой АЭС.

В настоящее время обучение на ПМТ проходят все специалисты, имеющие право производить оперативные переключения на энергоблоке: начальники смены станции, начальники смены энергоблока, начальники смены реакторного и турбинного цехов, ведущие инженеры управления реактором и ведущие инженеры управления турбиной.

Оперативный персонал проходит первоначальное обучение на тренажерах по индивидуальной программе подготовки, в среднем около 280 часов в год. По окончании сотрудники сдают экзамены, проходят проверку технических навыков в Ростехнадзоре. Весь цикл первоначального обучения занимает около 1000 часов.

С 2019 года в концерне действует программа непрерывного поддержания квалификации, согласно которой каждая смена и каждый специалист, допущенные к переключению, ежеквартально проходят учебу для поддержания квалификации. Каждый раз программа обучения заканчивается итоговой противоаварийной тренировкой. В среднем такая подготовка занимает от 80 до 120 часов в год.