BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM DOKTORI TÉZISFÜZET MÉRNÖK-FIZIKUS SZAK DOKTORI TANÁCSA
KISS SÁNDOR
ATOMERŐMŰVI ZAJDIAGNOSZTIKAI MÉRÉSEK JELEINEK VIZSGÁLATA ÉS KOMBINÁLT MINŐSÍTÉSE PhD értekezés tézisei
BME Nukleáris Technikai Intézet KFKI Atomenergia Kutatóintézet Budapest, 2003
1. A KUTATÁS ELŐZMÉNYEI A hazai és nemzetközi tapasztalatok azt mutatják, hogy a zajdiagnosztika hasznos információkkal szolgálhat a reaktor üzemeltetésekor felmerülő esetleges rendellenességek kivizsgálásában [1]. Az iparági tapasztalatok szerint az élettartamuk felénél idősebb reaktorok esetén a technológiai folyamat és a rendszerkomponensek monitorozása fokozott figyelmet igényel. Paks vonatkozásában a tervbe vett átalakítások, nevezetesen az élettartam meghosszabbítása, a teljesítmény növelése és az új típusú fűtőelemek bevezetése további indokokat adnak a diagnosztikai fejlesztésekre. Ezen projektek megvalósítása esetén olyan új vagy továbbfejlesztett, on-line monitorozó rendszer kifejlesztése válik szükségessé, amely nagyobb kapacitású adatgyűjtő és jelvizsgálati képességekkel rendelkezik. Ehhez kapcsolódóan szükségesnek látszik a jelenlegi zajdiagnosztikai rendszerek fokozatos rekonstrukciója is. A dolgozat célja, hogy olyan eredményekkel szolgáljon, amelyek közvetlenül hasznosíthatók az elkövetkezendő zajdiagnosztikai rendszerépítések, illetve -fejlesztések során, ezért a rendszerfejlesztésben közvetlenül felhasználható, a reaktorra jellemző mérési és detektálási problémákat, valamint a reaktorspecifikus jelminősítési lehetőségeket járja körül. 2. A KITŰZÖTT KUTATÁSI FELADATOK A reaktor-zajdiagnosztika egyik jellegzetessége, és egyben nehézsége is, hogy a vizsgálati eljárások technikai és gazdasági okok miatt főleg a reaktor üzemviteli detektorainak (ionizációs kamrák, SPND detektorok, hőelemek stb.) használatára épülnek. Ugyanis a reaktorban uralkodó szélsőséges viszonyokat – a magas hőmérsékletet és az intenzív sugárzást – csak az erre készített speciális detektorok képesek tartósan elviselni. Az üzemviteli detektorok hátránya azonban, hogy főleg statikus állapotok mérésére készülnek, így pl. a frekvenciaátvitelük fluktuáló jelek mérésére nem optimális. Esetükben általában nem állnak rendelkezésre olyan kalibrációs vagy átviteli görbék, amelyek zajdiagnosztikai alkalmazásnál szükségesek lennének. Mivel a jel dinamikai tulajdonsága – a detektor átviteli tulajdonságain túl – a detektort és a detektor szerkezeti elemeit érő intenzív sugárzástól, valamint az adott mérési elrendezéstől is függ, ezért ezeket együttesen kell figyelembe venni. A kiépített mérőrendszer egyes elemeinek a vizsgálatára, bemérésére a reaktor üzeme alatt már nincs lehetőség. Ezért gyakori, hogy a mérőrendszer meghatározó elemeinek (pl. detektoroknak, előerősítőknek stb.) az állapotát is csak közvetve, a mérési eredmények alapján lehet meghatározni. Ahhoz, hogy önmagából a jelből állapítsuk meg a jelnek a használhatóságát, szét kell választani a jel különféle összetevőit, és ismerni kell azok lehetséges forrásait. Ezért a dolgozat egyik célkitűzése, hogy feltérképezze, illetve átfogóan megvizsgálja a reaktor zajjeleinek jellemző tulajdonságait, továbbá feltárja az ezeket meghatározó okokat. Mint minden mérésnél, úgy a zajdiagnosztikai vizsgálatoknál is valamilyen módszerrel meg kell győződni arról, hogy a mért értékek vagy jelsorozatok mennyire tükrözik a valóságot, azaz a mérésbeállítás, a mérőrendszer állapota stb. mennyiben felelt meg a
-1-
mérési követelményeknek, nem történtek-e olyan, a vizsgált rendszertől független jelenségek, amelyek hatással lehettek a mért jelekre. (Ezt a vizsgálatot tekintjük a jel hitelesítésének.) Ugyanis a hibás adatok feldolgozása és elemzése helytelen eredményekre, illetve következtetésekre vezet. A kézi mérések során a szakember a műszereket, kijelzőket folyamatosan figyelve, sokéves tapasztalataira támaszkodva végezte el – illetve a technika korábbi szintjén még éppen el tudta végezni – a jel hitelesítését, azaz annak megállapítását, hogy a mért értékek megfelelnek-e a valóságnak. A mai technikai színvonalon olyan mennyiségű adat mérésére és feldolgozására van lehetőség, és egyben szükség is, ami már csak automatizáltan oldható meg. A nagyobb jeltömeget a korábbihoz képest összetettebb – analóg és digitális elemeket vegyesen tartalmazó – mérőrendszerek szolgáltatják, amelyekhez újabb potenciális hibaforrások is társulnak. Mindennapi tapasztalat, hogy digitális rendszereknél a legmeglepőbb hibák felbukkanására is fel kell készülni. Napjainkig a zajdiagnosztikai vizsgálatokra sok jelvizsgálati, jelhitelesítési módszert fejlesztettek ki, melyek egy része az atomreaktorok zajdiagnosztikájában is meghonosodott. Az eddig készített rendszerek is tartalmaznak olyan egyszerű automatizmusokat, amelyekkel bizonyos jelhibákat, illetve mérőrendszer-hiányosságokat ki lehet szűrni, azonban ezek a mai igényeket már nem elégítik ki. Ezért a dolgozat másik fontos célkitűzése egy olyan jelhitelesítési eljárás kidolgozása, amellyel a reaktorzónából származó zajjeleknek – illetve a reaktor belsejének állapotát mérő detektorok zajjeleinek – a hitelesítése megbízhatóan, automatizáltan végezhető el. 3. AZ ELVÉGZETT VIZSGÁLATOK MÓDSZEREI ÉS EREDMÉNYEI A detektorok átviteli tulajdonságainak vizsgálata A reaktorzóna zajdiagnosztikájára Pakson a már létrehozott, illetve a jövőben kialakítandó modernebb zajdiagnosztikai rendszerekben [2, 3] a vizsgált jelek döntő részét a 36 SPND detektorlánc jelei és a kilépőhőmérséklet-jelek alkotják. A neutronfluxust mérő in-core neutrondetektorok zajjelei lehetőséget adnak a belső szerkezeti elemek rezgéseinek felderítésére [4], valamint a hűtőközeg sebességének zónán belüli mérésére. Ez utóbbinak az ad aktualitást, hogy 1997 óta – a gőzgenerátor dekontaminálások következtében – a kazettákon lerakódás képződik, ami miatt a zónán áthaladó hűtőközeg sebességeloszlásában anomáliák alakulnak ki [5]. A paksi reaktorokban a neutronfluxus mérése – a nyugatiakkal ellentétben – kompenzálatlan neutrondetektorokkal történik. A kompenzálatlan detektorok kábelében a sugárzás hatására áram keletkezik, amely a detektor jeléhez hozzáadódik. Ez a zajdiagnosztikai mérésekben is jelentkezik [6]. Míg a kábeláram az üzemviteli mérések kiértékelésekor figyelembe van véve [7], addig zajdiagnosztikai vonatkozásainak részletes vizsgálata nem történt meg. Ezért a kábeláram következményeinek tisztázására az alábbiakban ismertetett vizsgálatokat végeztem el. 1987-es és 1997-es VERONA [8, 9] archív adatokat felhasználva megvizsgáltam a kompenzációs kábelek és SPND detektorláncok áramának viszonyát. Ennek során elkészítettem a kompenzációskábel-áramok gyakorisági hisztogramját a detektorláncon belüli átlagos detektoráram százalékában kifejezve. A gyártó által megadott prompt detektorválaszt számításba véve a statisztikai vizsgálat megmutatta, hogy a kábeláram -2-
0,1 Hz frekvencia fölött meghaladhatja a detektoráramot. SPND detektorláncon végrehajtott zajméréssel, a kompenzációskábel-jelek és a detektorjelek közötti fázismenetek elemzésével kimutattam, hogy a mért detektorláncnál a kábeláram a jel alacsonyfrekvenciás tartományában a második detektorszintig meghaladja a detektoráramot, valamint a hosszú és a rövid kábelű detektorok közötti fázis-visszafordulás valószínűleg a kábeláram következménye. A leghosszabb kábelű detektor jeléből a kompenzációs kábel áramát kivonva kompenzáltdetektor-jelet állítottam elő. A kompenzált detektor és a kompenzációs kábel jelének spektrumát kiszámítva és azokat összehasonlítva bebizonyítottam, hogy az adott mérésnél a kábeláram a leghosszabb kábelű detektor esetén 1,5 Hz-ig meghaladta a detektoráramot. A VVER-440 reaktorban a terjedő perturbációk vizsgálatakor kapott fázismenetek alakjának értelmezésekor a detektor kábelének hatását figyelmen kívül hagyták. Ezért a kábel hatásának vizsgálatára egy olyan egyszerű, a mérési geometriát tartalmazó zajdiagnosztikai modellt alkottam, amelyben az egyes zajösszetevők elkülönítve jelentek meg. Az egyszerű modell három tényezőt – a detektoráramot, a kábeláramot és a globális hatást (azaz a reaktorzóna minden pontjában azonos fázisban jelentkező neutronfluxus-ingadozást [10]) –, valamint a mérési geometriát vette figyelembe. A modellel végzett kísérletek megmutatták, hogy terjedő perturbációk mérésekor a kábeláram fázis-visszafordulást okozhat két különböző kábelhosszúságú detektor között mérhető fázismenetben. A valóságot jobban megközelítő vizsgálatot végeztem a Házi és Pór által készített zajszimulátorral [11] előállított idősorokkal. A szimulátor a vizsgálathoz külön-külön állította elő a detektoráramoknak és a hozzájuk tartozó kábelek áramainak az idősorait. Ezek segítségével megmutattam, hogy ha a kábeláramot, illetve a kábel elektronproduktivitását fokozatosan növeljük, akkor a detektorok jelében a globális effektus fokozatosan csökken, majd egy meghatározott kábeláramnál gyakorlatilag eltűnik. Ekkor a terjedő perturbációknak – a globális effektus által elnyomott – lineáris fázismenete helyreáll. Ezt a kábeláram-értéket túllépve a fázismenetben fázis-visszafordulások alakulnak ki. A különböző kábeláramokhoz tartozó fázisjellegzetességek a valós mérés fázisdiagramjain is felismerhetők voltak. A szimulációs eredményeket valós mérési adatokon is ellenőriztem. Ennek során a detektor jelében megváltoztattam a kábeláram erősségét úgy, hogy a mért detektor jeléhez – illetve adatsorához – a kompenzációs kábel áramát egy alkalmasan megválasztott faktorral megszorozva hozzáadtam. A korrekciót úgy hajtottam végre, hogy az a globális effektust optimális mértékben kompenzálja. Ezt követően előállítottam a korrigált jelek közötti fázis- és korrelációs függvényeket. A kompenzált jelek fázismeneteiben a globális effektus által eltorzított lineáris fázismenet helyreállt, valamint eltűnt belőlük az eredeti jelekben látható – a kábelnek tulajdonított – fázisvisszafordulás. A kompenzált jelek keresztkorrelációs függvényeit az eredeti jelekkel összehasonlítva megmutattam, hogy az alkalmazott kompenzációval a keresztkorrelációs függvényekben a tranzitidő csúcsa az eredeti állapothoz képest tisztán, jól azonosíthatóan jelenik meg. A globális effektus eltűnéséhez tartozó adatok felhasználásával előállítottam egy becslést a leghosszabb kábelű detektor jelének lokális és globális komponensére. A becsült adatsorokat felhasználva magyarázatot adtam arra, hogy mi-
-3-
ért jobb a hűtőközeg sebességének mérésére az impulzus-válaszfüggvény a korrelációs függvénynél.
A kombinált jelhitelesítés A zajdiagnosztikai vizsgálatok a kilencvenes évekig döntően a helyszínen időszakosan végzett kézi mérések utólagos feldolgozása és elemzése alapján készültek. Magyarországon a paksi erőmű első blokkjának a beindításától kezdve készültek rendszeres zajdiagnosztikai mérések [6]. A jelek hitelesítése a mérés (magnetofonos mérésfelvétel) előtt a jel egyszerű műszeres ellenőrzésével (feszültségmérő, oszcilloszkóp és később frekvenciaanalizátor segítségével), valamint a reaktorállapotot rögzítő úgynevezett Órás naplók és a VERONA naplók alapján történt. Bonyolultabb jelvizsgálati megoldások kidolgozására, mint pl. Kálmán-szűrő, parity space, SPRT, MAR, ARMA) elsősorban elméleti kutatások folytak [12, 13, 14, 15]. Ezek gyakorlati alkalmazása atomerőművi zajjelek hitelesítésére azonban nem történt meg. A kilencvenes évekre jelentek meg azok a helyszínre telepített, nagy mennyiségű adatot gyűjtő és feldolgozó számítógépes rendszerek, amelyeken akár órás gyakorisággal is lehetett zajvizsgálatokat (mérést és feldolgozást együttesen) végezni. Az AEKI az elsők között készített és szállított le komplex, automatikus mérésre és feldolgozásra képes zajdiagnosztikai rendszert VVER-1000 reaktorra [2]. Mint minden mérésfeldolgozás, úgy a számítógépes zajdiagnosztikai vizsgálatok eredményeinek elfogadhatósága is függ a mért jelek valódiságától, ezért a jelek bizonyos mértékű hitelesítése már a kezdetektől fogva helyt kapott a számítógépes zajdiagnosztikai rendszerekben. Az iparilag alkalmazott jelhitelesítési megoldások gyakorlatilag néhány mondatban összefoglalhatók. A 90-es évek elején az automatizált vizsgálatok az akkori lehetőségek miatt döntően csak egyszerű szintfigyelési (határértéktúllépésfigyelési) eljárással valósultak meg, amelyek döntően annak felismerésére irányultak, hogy előfordult-e a jelben túlvezérlés. Az általunk szállított zajdiagnosztikai rendszerekben ezt az eljárást egy olyan speciális referenciacsatornával kombináltuk, amely lehetővé tette a mérőrendszer állapotának mérés alatti diagnosztizálását is. Ha a rendszerbe épített vizsgálatok bármelyike hibát jelzett, akkor a jel hibásnak lett minősítve. A számítástechnika fejlődésének következtében a jel hitelesítésére napjainkra sok, korábban inkább csak elméletinek számító módszer vált alkalmazhatóvá. Ugyanakkor összetett jelhitelesítési eljárások elsősorban az állapothatározók hitelesítésére ismertek [16, 17]. Ezért kézenfekvő, hogy – a mérőrendszereink üzemeltetése és a jelfeldolgozások során nyert tapasztalatainkat hasznosítva – sokfajta vizsgálati módszert rendszerbe szervezve végezzük el a zajjelek hitelesítését. A zajjelek automatizálható hitelesítésének megvalósításához a jelhitelesítési eljárást két részre bontottam: •= egyedi hitelesítési vagy vizsgálati eljárásokra, •= az egyedi vizsgálati eljárások eredményeit összegző mechanizmusra. Az egyedi hitelesítési eljárásokat – a vizsgálat céljának megfelelően – a következő három, önkényesen kialakított szempont szerint csoportosítottam:
-4-
a) A zajforrás minősítése. A mért berendezés (esetünkben a reaktor) viselkedésének minősítését jelenti a mérés időtartama alatt. Ez tulajdonképpen annak vizsgálata, hogy a mérés időtartama alatt a zajforrás (reaktor) bizonyos paraméterei a megadott (mérhetőségi) korlátok között maradnak-e. b) A mérőlánc minősítése. Az elektronikai lánc egyes elemeinek készültségi, illetve működési állapotát jellemzi. Lényeges szempont, hogy ebbe a sorba nem tartozik bele a jelforrás, azaz a detektor. c) Detektorminősítés. Olyan eljárást jelent, mely a detektorok (termopár, SPND stb.) állapotát határozza meg. Az egyedi vizsgálati eljárásokat – a szakértői vizsgálati és döntésmechanizmus mintájára, valamint a fenti hármas csoportosítást figyelembe véve – egységes rendszerbe foglaltam. A kidolgozott minősítő rendszerben az egyedi vizsgálati eljárások minősítő értékeket állítanak elő, melyekből az alkalmazott struktúra összegzési mechanizmusa egy végső minősítési értéket határoz meg. A feladat megvalósításához több mint húszféle egyedi jelvizsgálati módszert tekintettem át. Az egyedi vizsgálati eljárásoktól elsősorban azt vártam el, hogy azok lehetőség szerint egyszerűek és megbízhatóak legyenek, akár azon az áron is, hogy az általuk szolgáltatott eredmény esetleg pontatlanabb. A módszerek közül az alábbiakban részletezett négy módszert közelebbről is megvizsgáltam. 1) Az adatgyűjtő rendszer ellenőrzésére hatékony eszköz a referenciacsatorna. A módszer lényege, hogy az egyik mérőlánc bemenetére állandó jelleggel egy ismert tulajdonságú jelet kapcsolunk. A mért referenciajel statisztikai tulajdonságait az eredetivel összevetve a mérőrendszer állapota a mérés alatt monitorozható. 2) Az idősorok vizsgálatának, és ezen keresztül az elektronikai meghibásodások felderítésének hatékony eszköze az UAR+SPRT (egyváltozós autoregresszióval összekapcsolt szekvenciális valószínűségi teszt). A módszer zajjelekben bekövetkezett változások kimutatására való alkalmasságának tisztázására laboratóriumi kísérletet terveztem és állítottam össze, továbbá elkészítettem a kísérleti eszköz idősorait feldolgozó programrendszert is. A kísérleti elrendezés négy anomália előidézését tette lehetővé. Ezek a gerjesztés mértékének, illetve a vizsgált rendszer dinamikai tulajdonságainak a megváltoztatása, a detektorfellazulás, valamint az ütődések modellezése voltak. A laboratóriumi kísérletek eredményei a módszer zajdiagnosztikai alkalmazhatóságát mutatják. 3) A detektor meghibásodására figyelmeztethet a detektor időállandójának megváltozása. Ennek kimutatására a detektorjel autoregressziós modelljének a negatív egységugrás függvényre adott válaszát felhasználva kidolgoztam az időállandó-számítás számítástechnikailag könnyen és megbízhatóan megvalósítható módszerét, melynek a számítógépes programját is elkészítettem. Mesterséges adatokkal és valós kísérletekkel is megvizsgáltam a módszer alkalmazhatósági feltételeit. 4) Meghibásodásra utalhat, ha egy jelről készített Fourier-spektrum alakja alapvetően megváltozik. A változás kimutatására megfelelő eszköznek kínálkoznak a neurális hálók. A neurális háló spektrumosztályozási alkalmazhatóságának vizsgálatára laboratóriumi kísérletet végeztünk, melyhez tanuló- és tesztadatbázist állítottam össze. A hálóval végrehajtott kísérletek kedvező eredményeket adtak. -5-
A kombinált jelhitelesítési eljárás gyakorlati próbájához a Pakson készült zajdiagnosztikai mérések közül kiválasztottam egy termoelemjel három olyan mérését (egy jó és két, különböző mértékben hibás mérést), amelyeknél ismert, illetve megállapítható volt a mérés során fellépett hiba természete. A jelhitelesítési eljárást a kiválasztott jelekre alkalmaztam. Az ennek eredményeképpen kapott minősítő értékek összhangban voltak az idősorok tényleges meghibásodásának mértékével. 4. ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK, TÉZISEK, GYAKORLATI ALKALMAZÁSOK 1) A kompenzálatlan detektorok kábelében áram keletkezik, amely a detektor jeléhez hozzáadódva torzítja a mérési eredményeket. A kompenzációs kábelek és SPND detektorláncok áramának statisztikai vizsgálatával, valamint a detektorlánc zajspektrumainak elemzésével bebizonyítottam, hogy a VVER-440 reaktor kompenzálatlan neutrondetektoraival mért neutronfluktuációk 0,1-1,5 Hz tartományában a detektor kábelében keletkező áram – a detektorok gyártási különbségei miatt – esetenként meghaladhatja a detektor által termelt áramot. Ennek következtében két egymás alatti detektor között mért fázismenetben alacsony frekvencián ellenfázis figyelhető meg. (Ld. a disszertáció 2.5.2.1. fejezetét a 22. oldal 2. bekezdésétől.) [A/2, B/2] 2) A VVER-440 reaktorok kompenzálatlan SPND detektorláncának jelei között mért fázismenetek alakjának értelmezésekor a detektor kábelének hatását figyelmen kívül hagyták. Modellkísérletekkel bemutattam, hogy a VVER-440 reaktorok kompenzálatlan neutrondetektoraival mért terjedő perturbációk lineáris fázismenetének alakját a hűtőközeg áramlási sebességén kívül a speciális mérési elrendezés, azaz a detektor és a kábel mérete, a detektor- és a kábeláram aránya, valamint a globális effektus határozza meg. Olyan modellt alkottam a kompenzálatlan neutrondetektorokkal történő mérésekre, mellyel a terjedő perturbációk mért fázismenete a detektor kábelének, a fluktuáció globális komponensének és a detektorok hosszának a figyelembevételével jól magyarázható. (Ld. a disszertáció 2.5.2.3.1. fejezetét.) Zajszimulátorral előállított idősorok segítségével bemutattam a lineáris fázismenet alakjának függését a kábeláramtól. Az eredményeket valós mérési adatokkal támasztottam alá. (Ld. a disszertáció 2.5.2.3.2. fejezetét.) [A/2, B/2, C/3] 3) Reaktoron végzett mérések felhasználásával megmutattam, hogy az SPND detektorlánc kompenzációs kábelének jelével – a kompenzációs kábel áramát egy alkalmasan megválasztott faktorral megszorozva, és a detektor jeléhez hozzáadva – a reaktor globális hatása kompenzálható, és így a detektorok közötti lineáris fázismenet helyreállítható. A kompenzált jeleket az eredeti jelekkel összehasonlítva megmutattam, hogy az alkalmazott kompenzációval a keresztkorrelációs függvényekben a tranzitidő csúcsa az eredeti állapothoz képest tisztán, jól azonosíthatóan jelenik meg. (Ld. a disszertáció 2.5.2.4. fejezetét.) [A/2, B/2] A zajdiagnosztikai mérések kiértékelésekor az 1)–3) eredményeket a KFKI AEKI-ben már rendszeresen felhasználjuk. Ezzel elkerülhető, hogy hibás következtetéseket vonjunk le a mérések detektorkábel által okozott torzításából. 4) Kezdeményeztem a KFKI AEKI által fejlesztett zajdiagnosztikai rendszerekben referenciacsatorna alkalmazását a jel hitelességének megállapítására. Ennek lényege, -6-
hogy az adatgyűjtő rendszer egyik mérőláncára állandó jelleggel egy ismert tulajdonságú jelet (úgynevezett referenciajelet) kötünk, amelyet a vizsgált jelekkel együtt mérünk. A továbbiakban a mért adatállományban, a referenciacsatorna adatsorát megvizsgálva, hatékonyan minősíthetjük a mérőrendszer (beleértve a számítástechnikai részeket is) állapotát, ami egyúttal a jelek hitelességének megállapításához is fontos járulékot ad. A módszer alkalmazásával az általunk szállított kalinyini és paksi zajdiagnosztikai rendszerekben a meghibásodott adatsorok kiszűrését automatizáltan, nagyobb biztonsággal lehet elvégezni. A referenciacsatornára alapozva olyan módszert és a módszert megvalósító számítógépes programot dolgoztam ki, amely a hiba felismerésén túl helyreállította a multiplexer tévesztése miatt meghibásodott adatsorokat, és ezáltal további feldolgozások számára is alkalmassá tette. A módszer a kalinyini erőműben a zajdiagnosztikai rendszer egyik létfontosságú eleme lett, mivel segítségével kiszűrhetővé váltak az erőműben rendszeresen tapasztalt elektronikai zavar által a mérésben okozott hibák. (Ld. a disszertáció 3.2.3. fejezetét.) [A/5] A paksi reaktor jelenleg készülő zajdiagnosztikai jelkicsatolásának rekonstrukciójában is bevezetjük a referenciacsatorna használatát. 5) Az időjelekben bekövetkezett változások detektálásának egyik lehetséges eszköze a szekvenciális valószínűségi teszt, röviden SPRT. Laboratóriumi kísérletet terveztem és állítottam össze annak vizsgálatára, hogy az autoregressziós jelmodellezéssel (UAR) összekapcsolt SPRT (UAR+SPRT) mennyire alkalmas a zajjelekben bekövetkezett változások kimutatására. A kísérleti elrendezés négy anomália előidézését tette lehetővé. Ezek a gerjesztés mértékének, illetve a vizsgált rendszer dinamikai tulajdonságainak a megváltoztatása, a detektorfellazulás, valamint az ütődések modellezése voltak. A detektorfellazulás reverzibilis modellezését egy speciális kísérleti eszközzel valósítottam meg, amelyben a detektor fellazulását egy hő hatására megnyúló rögzítő huzal idézte elő (a huzal szabályozható hevítését a huzalon keresztülvezetett elektromos áram segítségével oldottam meg). A mérési adatok kiértékeléséhez számítógépes UAR+SPRT programcsomagot készítettem, amely lehetővé tette a vizsgálati paraméterek széleskörű változtatását is. A laboratóriumi kísérletekkel bemutattam és bizonyítottam, hogy az UAR+SPRT módszer alkalmas a detektorok fellazulásának, valamint rudak, illetve pálcák rögzítettségében beállt változásoknak a kimutatására. Az UAR+SPRT-t elsőként használtam zajmérésekben kábelhibák (törések, szakadások, kontaktushibák) és jelhibák azonosítására is. (Ld. a disszertáció 3.2.4.2.2. és 3.2.4.2.3. fejezeteit, valamint a 4.2.2. fejezet 10. pontját.) [A/8] 6) A detektor állapotának fontos ismertetője a detektor időállandója, amely üzem közben közvetlenül nem határozható meg. Az időállandó-meghatározás korábbi módszerének kiváltására kidolgoztam a negatív egységugráson alapuló számítás módszerét és annak alkalmazhatósági feltételeit. A korábbi, egydimenziós autoregressziós modellezésen alapuló időállandó-számításban az időállandó meghatározása a detektor pozitív egységugrásra adott válaszának a kiszámításával történt. Ez a módszer nem határozta meg a válaszfüggvény felső korlátját, továbbá a számítás numerikusan bizonytalan volt, ha a függvényben oszcillációk jelentek meg. Ezért kidolgoztam a negatív egységugrás függvényen alapuló időállandó-meghatározás módszerét. Ez kiküszöböli az említett problémákat, így a korábbi módszerhez képest egyszerűbb, üzembiztosabb,
-7-
könnyebben programozható és gyorsabb időállandó-meghatározást tesz lehetővé. Megvizsgáltam a módszer alkalmazhatóságának feltételeit is. A vizsgálat során kimutattam a számított időállandó függését a mintavételi időtől, amit kísérleti adatokkal is alátámasztottam. Elkészítettem a módszer számítógépes programját is. (Ld. a disszertációban a 3.3.1.1. fejezetet a (3.3.1.6) összefüggést követően, valamint a 3.3.1.2. és 3.3.1.3. fejezeteket.) [A/5, C/3] A kidolgozott eljárás az AEKI tervezés alatt álló jelhitelesítő rendszerébe is beépítésre kerül. 7) A zajspektrumokban bekövetkezett változások kimutatásának egyik lehetséges eszköze a neurális hálózat. A neurális hálózat spektrumosztályozási alkalmazhatóságának vizsgálatára elsőként állítottam össze reaktorzaj-spektrumokból tanuló- és tesztadatbázist. Az adatbázisok felállításához spektrumosztályokat készítettem, majd az adatsorokat a neurális hálózat számára könnyebben osztályozható mintasorokká alakítottam át. Az adatbázis felállításakor rámutattam, hogy a spektrumok logaritmikus értékeiből a neurális hálózat számára jobban elkülöníthető spektrumosztályok hozhatók létre. A létrehozott spektrummintákon a neurális hálózat tanítása és a mintasorozatok osztályozása egyaránt sikeresnek bizonyult. A kísérlethez használt tanuló- és tesztadatbázis elkészítése egyben a dolgozatban leírt – spektrumokon alapuló – szakértői jelhitelesítés első gyakorlati megvalósítása is volt. (Ld. a disszertáció 3.3.2.1.2. fejezetét.) [A/9] Az eredmények hasznosítása a KFKI AEKI saját fejlesztésű új zajdiagnosztikai rendszerének jelhitelesítő moduljában várható. 8) A zajjelekről készült idősorok minősítéséhez az egyszerű jelvizsgálati eljárásokat – a szakértői vizsgálati és döntésmechanizmus mintájára – egységes rendszerbe foglaltam, és eljárást adtam arra, hogy a struktúra alapján hogyan lehet az idősor hitelességét megállapítani. (Ld. a disszertáció 4.1. fejezetét.) A mérő- és feldolgozórendszereken szerzett tapasztalataim alapján a fuzzy halmazelméletben használt tagsági függvényekhez hasonló fenomenologikus minősítési függvényeket alkottam, melyek segítségével valós adatsorokon mutattam be a kombinált jelminősítési eljárás használhatóságát. (Ld. a disszertáció 4.2. fejezetét.) [A/5, C/3, C/5] A paksi atomerőműbe tervezett reaktor-zajdiagnosztikai kiértékelő rendszer már ezt a kombinált jelminősítési eljárást fogja tartalmazni. Figyelembe véve, hogy a paksi reaktor zajdiagnosztikai jelkicsatolásának rekonstrukciója milyen nagy számú jel egyidejű mérését teszi majd lehetővé, az eljárás különösen fontos részét fogja képezni az új rendszernek. 5. IRODALOM 1.
2.
U. Kunze and P. Jirsa „Report on Analysis of Known Events from Russian and Foreign NPP’s Detected with Diagnostic Systems or Methods”, Report for the project Monitoring Vibrations RPV Internals; PHARE project N° PH.1.03/95 (CEC Contract: 97-0749.00); Technical Report N° S01. G. Pór, S. Bende-Farkas, O. Glöckler, S. Kiss, K. Krinizs and S. Lipcsei „Development and Utilization of an Automated Reactor Noise Measuring and Processing System”, SMORN VI, 1992.
-8-
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11. 12.
13.
14.
15.
T. Czibók, Z. Dezső, S. Kiss, K. Krinizs and S. Lipcsei „Upgrading the Reactor Noise Diagnostic Systems at the Paks NPP”, Proceedings of the International Conference Nuclear Energy for New Europe, 0709, Kranjska Gora (Slovenia), 912 September, 2002. I. Pázsit and O. Glöckler „On the Neutron Noise Diagnostics of PWR Control Rod Vibration, I.”, Periodic Vibrations, Nuclear Science and Engineering, Vol. 85, pp. 167-174, 1983. F. Adorján, T. Czibók, S. Kiss, K. Krinizs, J. Végh „Core Asymmetry Evaluation using Static Measurements and Neutron Noise Analysis”, Annals of Nuclear Energy, Vol. 27, pp. 649-658, 2000. S. Kiss and G. Pór „On Interpretation of Noise Spectra Measured at an Operating NPP Unit”, IAEA-NPPCI Specialists' Meeting on Early Failure Detection And Diagnosis In Power Plants – System And Operational Experience, pp. 205-214, Dresden, June 20-22, 1989. Adorján Ferenc, Végh János „A VERONA-u rendszer input adataiként használt mérések hibaanalízise”, MTA KFKI AEKI Alkalmazott Reaktorfizikai Laboratórium, 1996. március. F. Adorján, L. Bürger, I. Lux, M. Makai, J. Valkó, J. Végh „Core Monitoring System for VVER-440 PWR’s”, Computerization of Operation and Maintenance for Nuclear Power Plants, IAEA-TECDOC-808, 1995. I. Lux, J. Végh, F. Adorján, L. Bürger „Experiences with the Upgraded VERONA-u VVER-440 Core Monitoring System”, Proceedings of the IAEA Specialists Meeting on Advanced Information Methods and Artificial Intelligence in Nuclear Power Plant Control Rooms, Halden (Norway), 1994. D. Wach, G. Kosály „Investigation of the Joint Effect of Local and Global Driving Source in Incore-neutron Noise Measurements”, Atomkernenergie, Vol. 23, pp. 244-250, 1974. G. Házi, G. Pór „Numerical Simulator for Noise Diagnostic Investigations in NPPs”, Annals of Nuclear Energy, Vol. 26, pp. 1113-1130, 1999. Belle R. Upadhyaya and Evren Eryurek „Application of Neural Networks for Sensor Validation and Plant Monitoring”, Nuclear Technology, pp. 170-176, Vol. 97, Feb. 1992. Keith E. Holbert and Belle R. Upadhyaya „An Integrated Signal Validation System for Nuclear Power Plants”, Nuclear Technology, Vol. 92, pp. 411-427, Dec. 1990. A. Rácz „Detection of Small Leakages by a Combination of Dedicated Kalman Filters and an Extended Version of the Binary Sequential Probability Ratio Test”, Nuclear Technology, Vol. 104, pp. 128-146, 1993. O. Glöckler, B. R. Upadhyaya and T. W. Kerlin „Signal Validation Algorithms for Consistency Checking and Sequential Probability Ratio Testing of Redundant Measurements”, Report, The U. S. Departments of Energy, Contract No. DEAC02-86NE37959, 1987.
-9-
16. MSET (Multivariate State Estimation Technique); On-Line Monitoring of Instrument Channel Performance, EPRI, Palo Alto, CA: 1998. TR-104965. 17. P. F. Fantoni, S. Figedy, A. Rácz „PEANO, a Toolbox for Real-time Process Signal Validation and Estimation”, HWR-515, Halden (Norway), 1998. 6. PUBLIKÁCIÓS LISTA A. Folyóiratcikkek A/1. T. Czibók, G. Kiss, S. Kiss, K. Krinizs, J. Végh „Regular Neutron Noise Diagnostics Measurements at the Hungarian Paks NPP”, Progress in Nuclear Energy, in press. A/2. S. Kiss, S. Lipcsei and G. Házi „Effect of Uncompensated SPND Cables on Noise Signals Measured in VVER-440 Reactors”, Nuclear Engineering and Design, Vol. 220/2, pp. 179-192, 2003. A/3. S. Kiss, S. Lipcsei, J. Végh „Overview of Recent KFKI AEKI Activities of Plant Surveillance and Diagnostic”, Power Plant Surveillance and Diagnostics – Modern Approaches and Advanced Applications, Editors: Da Ruan and Paolo F. Fantoni, pp. 51-62, Physica-Verlag, Germany, 2002. A/4. F. Adorján, T. Czibók, S. Kiss, K. Krinizs, J. Végh „Core Asymmetry Evaluation using Static Measurements and Neutron Noise Analysis”, Annals of Nuclear Energy, Vol. 27, pp. 649-658, 2000. A/5. S. Kiss and S. Lipcsei „Combined Validation of Noise Signals Measured in NPPs”, Annals of Nuclear Energy, Vol. 26, pp. 327-346, 1999. A/6. Házi G. és Kiss S. „Nukleáris reaktorok zajdiagnosztikai szimulációja”, Magyar Energetika, pp. 2-6, 1999/5. A/7. S. Kiss and S. Lipcsei „Laboratory Experiments with Impacting Fuel Rods”, Progress in Nuclear Energy, Vol. 29, No. 3/4, pp. 193-201, 1995. A/8. A. Rácz and S. Kiss „Methodological Examination of UAR-Based Change Detection”, Progress in Nuclear Energy, Vol. 29, No. 3/4, pp. 299-320, 1995. A/9. A. Rácz and S. Kiss „Systematic Classification and Identification of Noise Spectra Using Perceptron-Based Neural Networks”, Annals of Nuclear Energy, Vol. 21, No. 1, pp. 19-44, 1994. A/10. G. Pór, S. Kiss, K. Krinizs, A. Husemann, J. Runkel and D. Stegemann „Phase Behaviour between the Signals from Detectors Located in and Around the Reactor”, Progress in Nuclear Energy, Vol. 28, No. 2, pp. 103-113, 1994. A/11. S. Lipcsei, S. Kiss and G. Pór „Effect of Detector Size and Position on Measured Vibration Spectra of Strings and Roads”, Progress in Nuclear Energy, Vol. 28, No. 2, pp. 91-102, 1994.
- 10 -
A/12. A. Rácz, S. Kiss and S. Bende-Farkas „Logic Based Feature Detection On Incore Neutron Spectra”, Annals of Nuclear Energy, Vol. 20, No. 4, pp. 265278, 1993. A/13. S. Lipcsei, S. Kiss and G. Pór „On the Eigenfrequencies of Fuel Rod Vibration in NPPs”, Progress in Nuclear Energy, Vol. 27, No. 1, pp. 11-24, 1992. B. Konferencia cikkek és előadások B/1. T. Czibók, Z. Dezső, S. Kiss, K. Krinizs and S. Lipcsei „Upgrading the Reactor Noise Diagnostic Systems at the Paks NPP”, Proceedings of the International Conference Nuclear Energy for New Europe, 0709, Kranjska Gora (Slovenia), 9-12 September, 2002. B/2. S. Kiss, S. Lipcsei and G. Házi „Investigations of SPND Noise Signals in VVER-440 Reactors”, Proceedings of the International Conference on Nuclear Energy in Central Europe 2001, Portorož (Slovenia), 10-13 September, 2001. B/3. S. Lipcsei and S. Kiss „Investigation and Enhancements of Some Models Describing Core Barrel Motion in VVER-440 Type Reactor”, IMORN 28, Athens (Greece), 11-13 October, 2000. B/4. S. Kiss and S. Lipcsei „Combined Validation of Noise Signals Measured in NPPs”, IMORN 27, Valencia (Spain), 18-20 November, 1997. B/5. J. Végh, F. Adorján, I. Lux, L. Bürger, S. Kiss, A. Rácz „Developing Operator Support Systems for VVER-440 Type Nuclear Power Plants”, OECD Halden Reactor Project, Proceedings of the Enlarged Halden Programme Group Mtg., HRP-348/25, Loen (Norway), 19-24 May, 1996. B/6. A. Rácz, S. Kiss, T. Czibók, J. Láz, S. Lipcsei, O. Glódi, T. Csikós, T. D. Tri, K. Krinizs, G. Pataki and A. Dévényi „A Family of Integrated Information and Expert System for Plant Noise Analysis”, SMORN VII, Avignon (France), 19-23 June, 1995. B/7. G. Pór, S. Kiss „Reactor Noise Diagnostic System for Experts Using Neutron Noise Fluctuation”, 8th International IMEKO Symposium On Technical Diagnostics, pp. 552-561, Dresden, 23-25 September, 1992. B/8. G. Pór, S. Bende-Farkas, O. Glöckler, S. Kiss, K. Krinizs and S. Lipcsei „Development and Utilization of an Automated Reactor Noise Measuring and Processing System”, SMORN VI, Gatlinburg (USA), 1991. B/9. S. Lipcsei, S. Bende-Farkas, O. Glöckler, S. Kiss, K. Krinizs and G. Pór „Development of an Automated Reactor Noise Measuring and Processing System”, Proceedings of the First Symposium of AER (Atomic Energy Research), pp. 535-543, Řež near Prague (Czech and Slovak Federal Republic), 23-28 September, 1991. B/10. S. Kiss and G. Pór „On Interpretation of Noise Spectra Measured at an Operating NPP Unit”, IAEA-NPPCI Specialists' Meeting on Early Failure
- 11 -
Detection and Diagnosis in Power Plants – Systems and Operational Experience, pp. 205-214, Dresden, 20-22 June, 1989. C. Tanulmányok, kutatási jelentések C/1. Kiss S. és Czibók T. „A Paksi Atomerőmű reaktordiagnosztikai rendszereinek felmérése”, Kutatási jelentés, KFKI AEKI ARL, Budapest, 2000. december. C/2. Kiss S., Adorján F., Házi G., Lipcsei S., Péter A., Bessenyei Z., Pór G. „VVER440 típusú reaktorok primerköri diagnosztikájának stratégiai kérdései”, Főkonzulensi tanulmány, Szerkesztette: Kiss S., KFKI AEKI, 2000. október. C/3. Kiss S. „Atomerőművi zajdiagnosztikai mérések jeleinek szisztematikus minősítése”, Szakmérnöki szakdolgozat, BME NTI, 1997. C/4. Kiss S., Czibók T., Glódi O., Házi G., Horváth Cs., Krinizs K., Láz J., Lipcsei S. „Zárójelentés a bonyolult ipari berendezések operátorait segítő eszközök fejlesztése című OMFB által is finanszírozott kutatás-fejlesztési munkáról”, OMFB-04448 94 09 05; KFKI AEKI, Budapest, 1997. december. C/5. Kiss S. „Atomerőművi zajdiagnosztikai mérések jeleinek szisztematikus minősítése”, KFKI Report, KFKI-1996-12/G. C/6. Rácz A., Kiss S., Házi G., Láz J., Lipcsei S., Horváth Á., T. D. Tri., Csikós T., Krinizs K., Glódi O., Dévényi A. „Zárójelentés az emberi tényező megbízhatóságának növelése, az ember-gép kapcsolat vizsgálata, az operátort segítő rendszerek az atomerőművek biztonságának fokozása céljából”, OMFB-91-9742-0344, KFKI AEKI, Budapest, 1993. C/7. Rácz A. és Kiss S. „Az emberi tényező megbízhatóságának növelése, az embergép kapcsolat vizsgálata, az operátort segítő rendszerek kidolgozása az atomerőművek biztonságának fokozása céljából című OMFB által is finanszírozott kutatás-fejlesztési munka; Mesterséges ideghálózat mintarendszer”, OTKA 1845 és OMFB-91-97-42-0344, KFKI AEKI, Budapest, 1993. C/8. Kiss S., Lipcsei S. és Pór G. „A detektor helyzetének hatása a húr- és rúdrezgési spektrumokra”, KFKI Report, KFKI-1990-41/G. C/9. Kiss S., Lipcsei S. és Pór G. „A fűtőelem-rezgésmodell alátámasztása laboratóriumi kísérletekkel”, KFKI Report, KFKI-1990-18/G. C/10. Lipcsei S., Kiss S. és Pór G. „Atomerőművi fűtőelempálca hajlítólengéseinek mechanikai modelljei”, KFKI Report, KFKI-1989-46/G. C/11. Kiss S., Pór G. „Detektorok és mérőláncok működőképességének monitorozása”, KFKI Report, KFKI-1988-67/G. C/12. Kiss S., Pór G. „Kutatási jelentés a Paksi Atomerőműben végzett rendszeres zajdiagnosztikai mérésekről”, Kutatási jelentés, KFKI AEKI, 1987. C/13. Kiss S., Pór G. „Rendszeres zajdiagnosztikai mérések a PAE reaktorain telepített neutron mérőláncokkal”, Kutatási jelentés, G4/1.2.2.3, KFKI AEKI, 1986. - 12 -
