probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2025-27-5-13-25probener-3562Research ArticleМЕТОДЫ И ПРИБОРЫ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ МАТЕРИАЛОВ, ИЗДЕЛИЙ, ВЕЩЕСТВ И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫMETHODS AND DEVICES FOR CONTROLLING AND DIAGNOSING MATERIALS, ARTICLES, SUBSTANCES AND NATURAL ENVIRONMENTРазработка программного обеспечения для контроля технического состояния датчика прямого заряда ядерного реактора ВВЭР-1200 в статических и динамических режимахDevelopment of software for controlling the technical condition of the self-powered neutron detectors of the VVER-1200 nuclear reactor in static and dynamic modeshttps://orcid.org/0000-0001-6475-6454КостаревВ. С.KostarevV. S.

Костарев Вячеслав Сергеевич – аспирант Высшей школы атомной и тепловой энергетики Института энергетики

г. Санкт-Петербург

Vyacheslav S. Kostarev

St. Petersburg

slavakostarev@yandex.ruСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation2025191120252751325Copyright © Костарев В.С., 20252025Костарев В.С.Kostarev V.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/3562

АКТУАЛЬНОСТЬ. В работе представлены предложения по оптимизации существующих методов контроля технического состояния датчиков прямого заряда (ДПЗ) системы внутриреакторного контроля (СВРК), применяемых, в частности, на ядерных реакторах ВВЭР-1200, позволяющие увеличить точность постановки диагноза о работоспособности либо неработоспособности таких датчиков. ЦЕЛЬ. Провести оценку используемых на текущий момент методов контроля и диагностики датчиков. Представить предложения по оптимизации контроля технического состояния ДПЗ путем увеличения объема диагностической информации. Описать разработанное программное обеспечение, позволяющее определять параметры измерительной цепи ДПЗ для постановки диагноза о техническом состоянии датчика. Представить результаты обработки показаний ДПЗ реактора ВВЭР-1200 Ленинградской АЭС с использованием разработанного программного обеспечения. МЕТОДЫ. При решении поставленных задач применялись положения и методы технической диагностики, а также теория электрических цепей и численные методы решения уравнений, реализованные в разработанном ПО при помощи MatLab. РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность темы, представлена методика оптимизации контроля технического состояния ДПЗ, основанная на расширении объема используемой диагностической информации. Описанная методика использована в качестве основы для создания специализированного ПО в среде MatLab. Разработанное ПО было использовано для определения сопротивления изоляции измерительной цепи ДПЗ ВВЭР-1200 Ленинградской АЭС. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Использование предложенного метода контроля технического состояния ДПЗ позволяет повысить надежность ДПЗ путем использования расширенного набора информации о техническом состоянии датчика. Результаты расчетов при помощи разработанного ПО на основе данных с ЛАЭС-2 показали, что диапазон работоспособности ДПЗ по сопротивлению изоляции может быть уменьшен на 3-4 порядка. Сравнение измеренного в ходе кампании реактора значения генерирующей способности эмиттера с вычисляемым при помощи программы показало высокую степень точности расчетов.

RELEVANCE. The paper presents proposals for optimizing the existing methods for monitoring the technical condition of self-powered neutron detectors (SPNDs) of the in-reactor monitoring system (IRMS), used, in particular, at VVER-1200 nuclear reactors, which allow increasing the accuracy of diagnosing the operability or inoperability of such sensors. OBJECTIVE. To evaluate the currently used methods for monitoring and diagnosing sensors. To present proposals for optimizing the monitoring of the technical condition of SPNDs by increasing the volume of diagnostic information. To describe the developed software that allows determining the parameters of the SPNDs measuring circuit to diagnose the technical condition of the sensor. To present the results of processing the SPNDs readings of the VVER-1200 reactor of the Leningrad NPP using the developed software. METHODS. When solving the tasks, the provisions and methods of technical diagnostics were used, as well as the theory of electrical circuits and numerical methods for solving equations implemented in the developed software using MatLab. RESULTS. The article describes the relevance of the topic, presents a methodology for optimizing the monitoring of the technical condition of the SPNDs, based on expanding the volume of diagnostic information used. The described methodology is used as a basis for creating specialized software in the MatLab environment. The developed software was used to determine the insulation resistance of the measuring circuit of the SPNDs of VVER-1200 at the Leningrad NPP. CONCLUSION. Using the proposed method for monitoring the technical condition of the SPNDs allows increasing the reliability of the SPNDs by using an expanded set of information about the technical condition of the sensor. The results of calculations using the developed software based on data from Leningrad NPP-2 showed that the range of operability of the SPNDs in terms of insulation resistance can be reduced by 3-4 orders of magnitude. Comparison of the value of the emitter generating capacity measured during the reactor campaign with the one calculated using the program showed a high degree of accuracy.

ДПЗдатчик прямого зарядаконтрольэлектрическая цепьдиагностический признакядерный реакторпрограммное обеспечениеSPNDSelf-powered neutron detectorcontrolelectrical circuitdiagnostic featurenuclear reactorsoftwareReferencesАбагян А.А., Дмитриев В.М., Клебанов Л.А., и др. Система контроля и диагностики режимов работы энергоблока АЭС // Атомная энергия. 1987. Т. 63, №5. С. 311-315.Abagyan AA, Dmitriev VM, Klebanov LA, et al. Sistema kontrolya i diagnostiki rezhimov raboty energobloka AES. Atomnaya energiya. 1987; 63(5):311-315. (In Russ).Асмолов В.Г., Гусев И.Н., Казанский В.Р., и др. Головной блок нового поколения – особенности проекта ВВЭР-1200 // Известия высших учебных заведения. Ядерная энергетика. 2017. №3. С. 5-21.Asmolov VG, Gusev IN, Kazanskii VR, et al. Golovnoi blok novogo pokoleniya – osobennosti proekta VVER-1200. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniya. Yadernaya energetika. 2017; 3:5-21. (In Russ).Аркадов Г.В., Павелко В.И., Финкель Б.М. Системы диагностирования ВВЭР. М.: Наука, 2019. 398 с.Arkadov GV, Pavelko VI, Finkel' BM. Sistemy diagnostirovaniya VVER. Moscow: Nauka, 2019. (In Russ).Tingyu W., Luo S., Cai L., et al. Simulation and experimental verification for Rh-SPND burnup effect // Annals of Nuclear Energy. 2024. Vol. 205. pp. 1-6.Tingyu W, Luo S, Cai L, et al. Simulation and experimental verification for Rh-SPND burnup effect. Annals of Nuclear Energy. 2024; 205:1-6. doi: 10.1016/j.anucene.2024.110580Мительман М.Г. Зарядовые детекторы ионизирующих излучений. М.: Энергоиздат, 1982. 78 с.Mitel'man MG. Zaryadovye detektory ioniziruyushchikh izluchenii. Moscow: Energoizdat, 1982. (In Russ).Мительман М.Г., Дубовский В.Г., Любченко В.Ф., и др. Детекторы для внутриреакторных измерений энерговыделения. М.: Атомиздат, 1977. 151 с.Mitel'man MG, Dubovskii VG, Lyubchenko VF, et al. Detektory dlya vnutrireaktornykh izmerenii energovydeleniya. Moscow: Atomizdat, 1977. (In Russ).Цимбалов С.А. Характеристики родиевого детектора ДПЗ-1М. М.: Институт атомной энергии им. И.В. Курчатова, 1984. 17 с.Tsimbalov SA. Kharakteristiki rodievogo detektora DPZ-1M. Moscow: Institut atomnoi energii im. I.V. Kurchatova, 1984. (In Russ).Калинушкин А.Е., Курченков А.Ю., Марков Д.С., и др. Детектор прямого заряда с эмиттером из металлического гафния в реакторах ВВЭР // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов. 2023. №2. С. 17-19.Kalinushkin AE, Kurchenkov AYu, Markov DS, et al. Detektor pryamogo zaryada s emitterom iz metallicheskogo gafniya v reaktorakh VVER. Voprosy atomnoi nauki i tekhniki. Seriya: Fizika yadernykh reaktorov. 2023; 2:17-19. (In Russ).Мусихин А.М., Мильто Н.В., Курченков А.Ю., и др. Анализ показаний фоновых жил внутриреакторных детекторов // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика ядерных реакторов. 2022. №5. С. 102-105.Musikhin AM, Mil'to NV, Kurchenkov AYu, et al. Analiz pokazanii fonovykh zhil vnutrireaktornykh detektorov. Voprosy atomnoi nauki i tekhniki. Seriya: Fizika yadernykh reaktorov. 2022; 5:102-105. (In Russ).Шикалов В.Ф., Козлова Л.В., Капитанова Л.О. Исследование характеристик детекторов прямого заряда повышенной чувствительности // Вопросы атомной науки и техники. Серия : Физика ядерных реакторов. 2023. №2. С. 5-11.Shikalov VF, Kozlova LV, Kapitanova LO. Issledovanie kharakteristik detektorov pryamogo zaryada povyshennoi chuvstvitel'nosti. Voprosy atomnoi nauki i tekhniki. Seriya: Fizika yadernykh reaktorov. 2023; 2:5-11. (In Russ).Wu X., Cai L., Zhang X., et al. Analysis of signal cable noise currents in nuclear reactors under high neutron flux irradiation // Nuclear Engineering and Technology. 2023. Vol. 55. pp. 4628-4636.Wu X, Cai L, Zhang X, et al. Analysis of signal cable noise currents in nuclear reactors under high neutron flux irradiation. Nuclear Engineering and Technology. 2023; 55:4628-4636. doi: 10.1016/j.net.2023.08.044Turso J., Carvajal J.V., Stafford S.C., et al. Toward the implementation of self-powered, wireless, real-time reactor power sensing // Annals of Nuclear Energy. 2020. Vol. 139. pp. 1-10.Turso J, Carvajal JV, Stafford SC, et al. Toward the implementation of self-powered, wireless, real-time reactor power sensing. Annals of Nuclear Energy. 2020; 139: 1-10. doi: 10.1016/j.anucene.2019.107252Mishra A.K., Sairam K.N.V., Shimjith S.R., et al. Comparative Study of Performance of Adaptive Kalman Filtering Applied to Vanadium and Rhodium SPNDs // IFAC-PapersOnLine. 2022. Vol. 55(1). pp.321-326.Mishra AK, Sairam KNV, Shimjith SR, et al. Comparative Study of Performance of Adaptive Kalman Filtering Applied to Vanadium and Rhodium SPNDs. IFAC-PapersOnLine. 2022; 55(1):321-326. doi: 10.1016/j.ifacol.2022.04.053Khoshahval F., Zhang P., Lee D. Analysis and comparison of direct inversion and Kalman filter methods for self-powered neutron detector compensation // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2020. Vol. 969. pp. 1360-1368.Khoshahval F, Zhang P, Lee D. Analysis and comparison of direct inversion and Kalman filter methods for self-powered neutron detector compensation. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2020; 969:1360-1368. doi: 10.1016/j.nima.2020.164097Грибов А.А., Кирьянов А.А., Сдобнов С.И., и др. Система контроля для обнаружения состояний датчика. Патент РФ на изобретение №13281U1. 27.03.2000.Gribov AA, Kir'yanov AA, Sdobnov SI, et al. Sistema kontrolya dlya obnaruzheniya sostoyanii datchika. Patent RUS №13281U1. 27.03.2000. (In Russ).Панкин А.М., Калютик А.А., Костарев В.С. Контроль технического состояния внутризонного детектора нейтронов в статических и динамических режимах // Надежность и качество сложных систем. 2023. №1(41). С. 118-125.Pankin AM, Kalyutik AA, Kostarev VS. Kontrol' tekhnicheskogo sostoyaniya vnutrizonnogo detektora neitronov v staticheskikh i dinamicheskikh rezhimakh. Nadezhnost' i kachestvo slozhnykh sistem. 2023; 1(41):118-125. (In Russ).Панкин А.М., Каютик А.А., Коровкин Н.В. Способ контроля технического состояния датчика прямого заряда системы внутриреакторного контроля ядерного реактора. Патент РФ на изобретение №2783505C1. 14.11.2022.Pankin AM, Kayutik AA, Korovkin NV. Sposob kontrolya tekhnicheskogo sostoyaniya datchika pryamogo zaryada sistemy vnutrireaktornogo kontrolya yadernogo reaktora. Patent RUS №2783505C1. 14.11.2022. (In Russ).Панкин А.М., Калютик А.А., Костарев В.С. Контроль состояния датчиков прямого заряда системы внутриреакторного контроля ядерного реактора в динамических режимах // Контроль. Диагностика. 2023. Т. 26. №3. С. 50-55.Pankin AM, Kalyutik AA, Kostarev VS Kontrol' sostoyaniya datchikov pryamogo zaryada sistemy vnutrireaktornogo kontrolya yadernogo reaktora v dinamicheskikh rezhimakh. Kontrol'. Diagnostika. 2023; 26(3):50-55. (In Russ).Semenikhin A.V., Saunin Yu.V., Zhuk M.M. Testing of the ICMS input data diagnostic system at unit 1 of Novovoronezh NPP II // Nuclear Energy and Technology. 2017. Vol. 3. Iss. 4. pp. 297-301.Semenikhin AV, Saunin YuV, Zhuk MM Testing of the ICMS input data diagnostic system at unit 1 of Novovoronezh NPP II. Nuclear Energy and Technology. 2017. 3(4):297-301. doi: 10.1016/j.nucet.2017.11.004Костарев В.С., Панкин А.М., Калютик А.А. Программа для определения параметров измерительной цепи датчика прямого заряда ядерного реактора в диагностических целях на основе экспериментальной и расчетной информации. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2024688511. 28.11.2024.Kostarev VS, Pankin AM, Kalyutik AA. Programma dlya opredeleniya parametrov izmeritel'noi tsepi datchika pryamogo zaryada yadernogo reaktora v diagnosticheskikh tselyakh na osnove eksperimental'noi i raschetnoi informatsii. Certificate of state registration of computer programs RUS №2024688511. 28.11.2024. (In Russ).Куликов В.И., Попыкин А.И., Смирнова А.А., и др. Метод расчета реактивности при сбросе ОР СУЗ с использованием показаний ионизационных камер в реакторе типа ВВЭР-1000 // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы. 2023. №4. С. 43-52.Kulikov VI, Popykin AI, Smirnova AA, et al. Metod rascheta reaktivnosti pri sbrose OR SUZ s ispol'zovaniem pokazanii ionizatsionnykh kamer v reaktore tipa VVER-1000. Voprosy atomnoi nauki i tekhniki. Seriya: Yaderno-reaktornye konstanty. 2023; 4.:43-52. (In Russ).Костарев В.С., Панкин А.М., Калютик А.А. Программа для обработки результатов внутриреакторных измерений по датчикам прямого заряда. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2024665402. 12.07.2024.Kostarev VS, Pankin AM, Kalyutik AA. Programma dlya obrabotki rezul'tatov vnutrireaktornyh izmerenij po datchikam pryamogo zaryada. Certificate of state registration of computer programs RUS №2024665402. 12.07.2024. (In Russ).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.