Имитация будущего: как создают полномасштабный тренажер для реактора, которого еще не существует
Во Всероссийском научно-исследовательском институте по эксплуатации атомных электростанций 30 января представили полномасштабный тренажер для строящегося энергоблока с реактором БРЕСТ‑ОД‑300 в Северске. По сути, это "виртуальный двойник" установки, которой пока нет в металле, а аналогов в мире не существует.
Заказчиком выступает Сибирский химический комбинат, на площадке которого создается опытно‑демонстрационный энергокомплекс с быстрым реактором на свинцовом теплоносителе. Между комбинатом и ВНИИАЭС заключено соглашение о разработке целой линейки тренажеров для нового блока. В пакет вошли три типа учебных комплексов:
- аналитический тренажер;
- тренажер местного пульта управления, который воспроизводит работу систем, управляемых вне блочного щита;
- полномасштабный тренажер, максимально приближенный к реальному блочному и резервному пультам.
Аналитический тренажер, как рассказывают в институте, был завершен и введен в эксплуатацию на СХК первым. Он позволяет отрабатывать расчетные режимы, анализировать поведение реакторной установки и проверять алгоритмы управления без привязки к реальному пульту. Полномасштабный же тренажер, который специалисты называют вершиной атомного тренажеростроения, совсем недавно прошел комплексные испытания и готовится к отправке на площадку заказчика.
Его наличие - не формальная опция, а обязательное требование надзорных органов. Без подготовки на полномасштабном тренажере персонал будущего энергоблока к управлению реактором допущен не будет. Это ключевой элемент системы допуска и подтверждения квалификации операторов, инженеров и дежурного персонала.
К разработке "венца" тренажеростроения ВНИИАЭС привлек сразу несколько профильных научных организаций. Институт проблем безопасного развития атомной энергетики РАН взял на себя моделирование свинцовой части БРЕСТ‑ОД‑300 - сложнейшей системы с уникальными теплофизическими характеристиками. Научно‑исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Доллежаля отвечал за создание модели автоматизированной системы управления технологическими процессами.
Снаружи имитаторы блочного и резервного пультов практически неотличимы от настоящих: те же панели, расположение экранов, кнопок, переключателей и сигнализации. Сейчас реальные пульты еще дорабатываются конструкторскими бюро, и макеты тренажера создавались параллельно с проектированием. Разница только в источнике данных: на действующем блоке сигналы приходят от датчиков и измерительных приборов, а на тренажере - с моделирующего сервера в виде цифровых расчетных значений температуры, давления, вибраций, частоты вращения валов и множества других параметров.
Для ВНИИАЭС задача построить тренажер для пока еще не действующего блока не нова. По такому же принципу институт разрабатывал полномасштабный тренажер для АЭС в Турции, где также шло параллельное проектирование станции и учебного комплекса. Однако там речь шла о водо‑водяных реакторах - типе, с которым специалисты института работают десятилетиями и для которого отлажены подходы к моделированию.
В таких проектах ВНИИАЭС обычно самостоятельно создает и физические модели, и модели систем управления. Для автоматизированных систем управления технологическими процессами широко используется метод полной эмуляции: в тренажер интегрируется настоящая прикладная программа с реального оборудования, что обеспечивает полное соответствие логики работы автоматике. Это практически снимает вопрос актуальности модели: обновляется программное обеспечение станции - обновляется и тренажер.
С БРЕСТ‑ОД‑300 ситуация принципиально сложнее. Реактор еще строится, готовых прототипов нет, а сам проект во многом пилотный: быстрый реактор со свинцовым теплоносителем - это не развитие существующей линейки, а принципиально новый шаг. К тому же стройка идет в активном режиме, и разработчикам тренажера приходилось постоянно синхронизироваться с выходом проектной и конструкторской документации. Объем данных, необходимый для тренажера, сравним с набором информации, требуемой для реальной эксплуатации энергоблока.
Математическая модель, реализованная в полномасштабном тренажере, должна описывать объект с той же глубиной и детализацией, что и система управления реального блока. Для обучаемых не должно быть никаких отличий: и интерфейс, и поведение установки, и реакции на действия оператора должны полностью соответствовать будущей эксплуатации. Важный критерий - работа в режиме реального времени, без задержек и "подвисаний" при расчете сложных процессов в активной зоне и контурах теплоносителя.
Программную часть, при всей ее сложности, корректировать относительно проще: обновилась исходная документация - доработали модель, загрузили новые параметры, пересчитали алгоритмы. С "железом" тренажера так не получится: чтобы изготовить имитаторы блочного и резервного щитов, требовался хотя бы минимальный пакет утвержденной конструкторской документации по пультам и панелям реального блока. Лишь после его получения удалось запустить закупочные процедуры и заказать изготовление оборудования. Завод‑изготовитель выпустил корпуса и панели для тренажерных пультов, после чего специалисты ВНИИАЭС в сжатые сроки выполнили монтаж, подключение и наладку.
Итогом стала система, которая способна воспроизводить полный спектр режимов работы будущего энергоблока - от штатной плановой эксплуатации до нештатных и аварийных ситуаций. В базовой конфигурации уже заложено более двухсот уникальных отказов и нарушений. Инструктор, управляющий занятием, может комбинировать их, запускать последовательно, одновременно или с задержкой, создавая практически бесконечное количество сценариев.
Во время учебных занятий инструктор видит поведение оперативного персонала в режиме онлайн: какие кнопки нажимаются, какие команды отдаются, насколько быстро и корректно операторы реагируют на изменения параметров. Это позволяет оценить не только теоретические знания и владение регламентами, но и психологическую устойчивость, способность работать в стрессовой ситуации, грамотно распределять задачи в смене.
Важно и то, что на таком тренажере можно безопасно моделировать ситуации, которые на реющем объекте допустить нельзя в принципе. Речь идет об отказах, приводящих к серьезным нарушениям, сложностям в системе охлаждения, потере питания, ошибкам оператора на фоне уже развивающейся нештатной ситуации. В реальной эксплуатации цель - не довести до подобных событий. А на тренажере - показать персоналу, к чему ведет то или иное решение, и научить выводить блок в безопасное состояние даже из крайне неблагоприятных режимов.
Полномасштабный тренажер становится и инструментом для отработки взаимодействия между подразделениями. Можно моделировать учения, в которых участвуют не только операторы блока, но и службы радиационной безопасности, ремонтный персонал, дежурные диспетчеры. Отрабатываются регламенты оповещения, принятия решений, передачи информации, связь с внешними структурами. Такая "репетиция" сложных взаимосвязанных действий особенно важна для принципиально нового типа объекта.
Отдельное направление работы с тренажером - совершенствование эксплуатационной документации. Пока энергоблок еще строится, регламенты и инструкции проходят несколько итераций доработки. На тренажере можно проверить, насколько реально выполнимы те или иные требования, нет ли логических противоречий, не перегружен ли оператор действиями в критические моменты. По результатам таких тестов корректируются инструкции, меняются приоритеты сигналов, дорабатывается интерфейс пультов.
Фактически полномасштабный тренажер превращается в рабочий инструмент обратной связи между проектировщиками, эксплуатационниками и надзором. Если в процессе обучения выявляются неочевидные риски или неудобства, это еще один повод вернуться к проектным решениям, детализировать алгоритмы работы автоматики или уточнить параметры срабатывания защит. Для уникального проекта, каким является БРЕСТ‑ОД‑300, такая итерационная донастройка особенно ценна.
Немаловажный аспект - кадровый. Новому энергоблоку нужен персонал, который придет на площадку уже с опытом управления именно этим типом реакторной установки. Тренажер позволяет начинать подготовку задолго до физического пуска реактора: будущие операторы изучают интерфейс, учатся "чувствовать" динамику блока, привыкают к специфике работы со свинцовым теплоносителем и быстрым нейтронным спектром. Когда оборудование будет готово к вводу в эксплуатацию, у станции уже будет сформирован "обкатанный" коллектив.
Кроме основного состава оперативного персонала, на тренажере могут учиться инженеры‑проектировщики, специалисты по наладке, молодые ученые и студенты профильных вузов. Для них это шанс увидеть, как теоретические модели превращаются в реальные алгоритмы управления и какие решения принимаются в щитовой в разных режимах. Такой опыт помогает формировать новое поколение специалистов, ориентированных не только на исследования, но и на практическую эксплуатацию сложных ядерных объектов.
В перспективе такие тренажеры могут стать ядром для создания полноценных "цифровых двойников" энергоблоков, когда учебный комплекс интегрируется с эксплуатационными системами анализа данных, планирования ремонтов и мониторинга оборудования. Тогда граница между тренажером и системами поддержки принятия решений для действующей станции станет условной: то, что сегодня используется для обучения, завтра может подсказывать оптимальные действия дежурному персоналу в реальной смене.
Проект полномасштабного тренажера для БРЕСТ‑ОД‑300 показывает, как меняется сама философия подготовки персонала на объектах атомной энергетики нового поколения. От простого "повторения кнопок" отрасль переходит к комплексной отработке поведения человека и коллектива в условиях высокой технологической сложности и неопределенности. И в случае с реактором, для которого еще нет мировых аналогов, такая подготовка становится одной из ключевых гарантий его безопасной и эффективной работы в будущем.
