Martti Välisuo Fortum Nuclear Services

Esitys aiheesta: "Martti Välisuo Fortum Nuclear Services"— Esityksen transkriptio:

1 Martti Välisuo Fortum Nuclear Services
TKK automaatio -- Loviisan voimalaitos Loviisan uuden automaation arkkitehtuuri Martti Välisuo Fortum Nuclear Services Generation Martti Välisuo

2 Voimalaitosprosessit
Generation Martti Välisuo

3 Turvajärjestelmät Generation Martti Välisuo

4 Ydinreaktorin toimintaperiaate
Ketjureaktiota ylläpitävät hitaat neutronit. Tämän vuoksi tarvitaan hidastetta. Kevytvesi-reaktorissa se on tavallista vettä. Generation Martti Välisuo

5 Reaktiivisuuden hallinta
Positiivinen reaktiivisuus: reaktori on ylikriittinen, ketjureaktio kiihtyy. Negatiivinen reaktiivisuus: reaktori on alikriittinen, ketjureaktio hidastuu. Reaktiivisuus on nolla: reaktori on kriittinen, reaktio pysyy ennallaan. Reaktiivisuutta lisäävät polttoaineen määrä ja väkevyys hidasteen tiheys. Reaktiivisuutta vähentävät lämpötila (koska pienentää hidasteen tiheyttä) neutronien absorbtio säätösauvat hidasteen booripitoisuus. Generation Martti Välisuo

6 Uuden automaation toiminnallinen konsepti. Syvyyspuolustus
Onnettomuuden pysäyttäminen Paluu turvalliseen tilaan Onnettomuuksien ja häiriöiden ehkäiseminen Pieni häiriö Normaali prosessin- ohjaus Ehkäisevä suojaus Reaktori- suojaus ja sen varmen-nukset Onnetto- muuden- hallinta ja sen varmen-nukset Suuri häiriö tai normaalin prosessin- ohjauksen vika Konseptissa sovelletaan ns. syvyyspuolustus periaatetta, Defence-in-Depth: ehkäistään, hallitaan ja rajoitetaan uhkatekijät toisistaan peräkkäisillä, riippumattomilla kerroksilla ns. "barriääreillä". Harvinainen iso häiriö tai kahden puolustuslinjan vika Generation Martti Välisuo

7 Uuden automaation toiminnallinen konsepti. Tehtäväkategoriat
Käyttöhäiriön jälkeen Alku- tapahtuma Normaali prosessinohjaus NPC Normaali tila Normaali tila Normaali prosessinohjaus NPC Ehkäisevä suojaus PREV Normaali tila Lopullinen turvallinen tila (Kylmäseisokki) Tavallinen alasajo OSD Reaktorisuojaus RPS Turvallinen tila (Kuumavalmius) Turvallinen alasajo SSD RPS:n automaattinen varmennus RPSABU Onnettomuuden jälkeen Lopullinen turvallinen tila (Kylmäseisokki) Manuaalinen onnetto- muuksien hallinta MAM RPS:n manuaalinen varmennus RPSMBU MAM:n varmennus MAMBU Vakavien onnetto- muuksien hallinta SAM EYT Tlk 4 Tlk 3 Tlk 2 MAM:n diversi varmennus MAMDBU Diversiteetti- vaatimus Generation Martti Välisuo

8 Toiminnallisen turvallisuuden varmistaminen (1) Uhka: Satunnainen yksittäinen laitevika
Varautumiskeino Näyttö Luotettavat laitteet Laadunvarmistus Tyyppitestaus Sertifikaatti Käyttökokemukset Monikanavaisuus ja kanavien välinen äänestys (Rinnakkaisuusperiaate) Järjestelmäarkkitehtuurin kuvaus Määräaikaistestaus Suunnitelmat, raportit Turvallinen vikautuminen mm. sähkökatkoissa (fail-safe) Laitteen spesifikaatio Itsediagnostiikka Generation Martti Välisuo

9 Toiminnallisen turvallisuuden varmistaminen (2) Uhka: Ympäristön aiheuttama laitevika
Varautumiskeino Näyttö Ympäristöolosuhteiden huomioon ottaminen Sähkömagneettiset häiriöt Radioaktiivinen säteily Lämpötila, kosteus Tärinä, seismiset ilmiöt Soveltuvuusarvio Rinnakkaisten kanavien erottelu (Erotteluperiaate) Fyysinen erottelu (palo-osastointi, etäisyys) Sähköinen erottelu Tiedonsiirrollinen riippumattomuus Järjestelmäarkkitehtuurin kuvaus Suojaaminen ympäristöltä Generation Martti Välisuo

10 Ohjelmistovika on yleensä yhteisvika, koska kaikilla
Toiminnallisen turvallisuuden varmistaminen (3) Uhka: Ohjelmistovika (1) Ohjelmistovika on yleensä yhteisvika, koska kaikilla kanavilla on sama ohjelmisto. Varautumiskeino Näyttö Luotettava perusohjelmisto ja ohjelmistotyökalut Laadunvarmistus Tyyppitestaus Sertifikaatti Käyttökokemukset Perusohjelmiston sovellussuuntautuneisuus (tarjoaa mm. sopivat toimilohkot) Manuaali Generation Martti Välisuo

11 Toiminnallisen turvallisuuden varmistaminen (4) Uhka: Ohjelmistovika (2)
Varautumiskeino Näyttö Laadukas sovellusohjelmisto Laadunvarmistus Kehitysvaiheiden tulosten verifiointi Testaus Yksinkertainen sovellusohjelmisto Toimintakaaviot Toiminnallinen erilaisuus = erilaiset rinnakkaiset toiminnot (Erilaisuusperiaate) (Esim. hätälisäveden syötön käynnistys sekä primääripiirin alhaisesta paineesta että paineistimen alhaisesta pinnasta.) Järjestelmäarkkitehtuurin kuvaus Järjestelmäalustojen erilaisuus (Erilaisuusperiaate) Generation Martti Välisuo

12 Toiminnallisen turvallisuuden varmistaminen (5) Uhka: Inhimilliset virheet
Varautumiskeino Näyttö Automaattiset suojaustoiminnot (30 min sääntö) Toimintakaaviot Hätätilanneohjeet Lukitukset Ergonomia Valvomon validointi Ohjeet, esim. hätätilanneohjeet Generation Martti Välisuo

13 Toiminnallisen turvallisuuden varmistaminen (6) Tietoturvauhat
Varautumiskeino Näyttö Fyysiset, tietoteknilliset ja hallinnolliset pääsyn rajoitukset Tietoturvasuunnitelma Generation Martti Välisuo

14 Reaktorisuojaus Loviisan uudessa automaatiossa (1)
Reactor protection system RPS Manual backup of RPS RPS MBU Automatic backup of RPS RPS ABU Toiminnallinen laajuus Turvajärjestelmien automaattinen käynnistys Turvajärjestelmien valvonta Turvajärjestelmien manuaalinen käynnistys Turvatoimintojen valvonta Valikoitujen turvajärjestelmien käynnistys Alkutapahtumat joissa aktivoituu (Isot) transientit Onnettomuudet Samat kuin RPS:llä Nopeaa reagointia vaativat alku-tapahtumat Generation Martti Välisuo

15 Reaktorisuojaus Loviisan uudessa automaatiossa (2)
Reactor protection system RPS Manual backup of RPS RPS MBU Automatic backup of RPS RPS ABU Kanavia 4 2 Toiminnallinen diversitetti Valikoiduissa toiminnoissa Ei Järjestelmä-alusta TELEPERM XS (AREVA) Langoitettu tekniikka (AREVA) SPPA T2000 (Siemens AG) Generation Martti Välisuo

16 Reaktorisuojaus Loviisan uudessa automaatiossa (3)
RPS MBU, kanava 1/2 RPS, kanava 1/4 RPS ABU, kanava 1/2 Valvomo- asemat Käyttö- auto- maatioon "Viesti- asemat" Reititin Prosessi- asemat Muut kanavat Signaalin-muokkaus Prioriteetti-yksiköt Kytkin- laitos Kenttä-laitteet M Generation Martti Välisuo

17 Järjestelmäalustat, suojausjärjestelmä TXS
Teleperm XS (TXS) AREVAn tuote Suunniteltu turvallisuuskriittisiin sovelluksiin Turvaluokiteltu käyttöliittymä QDS (Qualified Display System) on osa TXS järjetelmää Prioriteettilogiikkayksikössä AV42 yhdistyy eri turvallisuusluokista tulevat ohjaukset Järjestelmässä ei ole "kelloa", järjestelmän sisäinen tiedonsiirto tapahtuu ns. deterministisesti, täsmällisesti ennalta määrätysti K-päivät 2006 , Loviisa

18 Järjestelmäalustat, käyttöautomaatio SPPA T2000
SPPA T2000 (entinen Teleperm XP (TXP)) Siemens AG:n tuote AS620-taso perustuu Simatic S-5 tekniikkaan, päivitys Simatic S-7 V.2007 OM690-taso (ES680, PU, SU, DS) Unix-alustalla Windows pohjainen OT-käyttöliittymä korvaa Unix pohjaisen OM-650 valvomojärjestelmää käytetty mm. suurissa konventionaalisissa voimalaitoksissa OM-690 valvomojärjestelmäversio kehitetty ydinvoimalaitosten automaatio-sovelluksiin Järjestelmän eri osat on integoitu yhteen Ethernet-väylillä, suuri tietomäärä siirtyy tehokkaasti, mutta on luonteeltaan ei-determinististä eli toimintaan sisältyy satunnaisuutta, esim. ns. törmäykset mahdollisia kun useampi "yksikkö" lähettää väylälle sanoman täsmälleen samaan aikaan. OM690 valvomo, käyttö- ja monitorointi (Operating and Monitoring) AS620 prossesiasema (Automation System) ES680 suunnittelujärjestelmä (Engineering system) DS670 diagnostiikkajärjestelmä (Diagnostic System) OM650 käytetty Vuosaari B 500 MW ja OL 1 ja 2 sekundääripiirien automaatiouudistusprojekteissa. K-päivät 2006 , Loviisa

19 Järjestelmäalustat. Langoitettu tekniikka
Langoitettua tekniikkaa käytetään, koska se on mahdollista testata täydellisesti - toisin kuin ohjelmoitava tekniikka. Uudistuksessa tullaan käyttämään ns. PLD:itä (Programmable Logic Device). Ne ovat uusia, tällaisiin sovelluksiin suunniteltuja "puoliohjelmoitavia" laitteita. Generation Martti Välisuo

20 TXS-järjestelmän arkkitehtuurikaavio
Mittaustoiminnot Prosessointitoiminnot Tämä kuvaa TXS-järjestelmän 2x4-kanavaista rakennetta. Kukin yksikkö (Aquisition-, Prosessing-, Actuation) toimii itsenäisesti. Sinec L2 turvaluokitellun väylän kautta tiedot siirretään kanavien välillä. Sinec H1 väylä siirtää tietoa mm. MSI-yksikön kautta käyttöautomaatioon TXP ja siten myös pääkäyttöliittymään. Ohjaustoiminnot K-päivät 2006 , Loviisa

21 TXS-järjestelmä, prosessorikortti
K-päivät 2006 , Loviisa

22 TXS-järjestelmä, ohjelmistoarkkitehtuuri
OFF-line software SPACE-suunnittelujärjestelmä: LINUX käyttöjärjestelmä Graaffinen toimintojen suunnittelu Konfigurointi Testaus, V&V-menettelyt Kunnossapito Diagnostiikka Dokumentointi ONLINE software: MICROS käyttöjärjestelmä K-päivät 2006 , Loviisa

23 TXS-järjestelmä, suunnitteluprosessi
Toiminnalliset vaatimukset Määrittelyt Koodin generointi Koodin kääntäminen ja lataus prosessoriin V&V: Muotovaatimusten tarkastus jokaisen työvaiheen jälkeen SIVAT Simulation assisted validation tool K-päivät 2006 , Loviisa

24 Automaatiokaappeja tehdastesteissä
Generation Martti Välisuo

25 Uuden automaation toiminnallinen konsepti
Uuden automaation toiminnallinen konsepti. Tehtäväkategoriat, järjestelmäalustat TXP TXP Käyttöhäiriön jälkeen Alku- tapahtuma Normaali prosessin- ohjaus NPC Normaali tila Normaali tila Normaali prosessinohjaus NPC Ehkäisevä suojaus PREV Normaali tila Lopullinen turvallinen tila (Kylmäseisokki) Tavallinen alasajo OSD TXS Reaktorisuojaus RPS Turvallinen tila (Kuumavalmius) Turvallinen alasajo SSD TXP RPS:n automaattinen varmennus RPSABU Onnettomuuden jälkeen TXS TXP Lopullinen turvallinen tila (Kylmäseisokki) Manuaalinen onnetto- muuksien hallinta MAM HWd RPS:n manuaalinen varmennus RPSMBU MAM:n varmennus MAMBU TXS Vakavien onnetto- muuksien hallinta SAM TXP/OM690 EYT Tlk 4 Tlk 3 Tlk 2 TXS/QDS MAM:n diversi varmennus MAMDBU Diversiteetti- vaatimus HWd Generation Martti Välisuo

26 Automaatiojärjestelmän järjestelmäkaavio
QDS-P liittyy ehkäisevään suojaukseen. QDS-R liittyy reaktorin suojausjärjestelmän monitorointiin. Kuvan voidaan katsoa jakautuvan 3-osaan: Suojausjärjestelmät, Käyttöautomaatio, Valvomot: Suojausjärjestelmät: Diesel-automaatio, Reaktorin suojausjärjestelmä jossa näkyy myös mm. Pikasulkukatkaisijat, neutronivuomittaukset sekä muut mittaukset ja ohjaukset Ehkäisevät suojaukset: turvaluokkaa 3, säätösauvaohjaukset Käyttöautomaatio: Se on rakenteeltaan erilainen, se koostuu kahden väylän Plant-bus ja Terminal-bus ympärille rakennetuista laitteista. Plant-bus yhdistää prosessiasemat sekä siitä on yhteys PU:n kutta Terminal-bus:iin. Sitten on 4-luokan prosessiasema PRSABU:a varten, tässä kuvassa signaali viedään 2-kanavaisesti prioriteettilogiikka-yksikölle: profibus-väylä ja I/O:n kautta langoitetusti. Myös mm. suojausjärjestelmän toimilaitteiden tilatiedot tulevat profibus-väylällä käyttöautomaatioon. Gateway yhdistää suojausjärjestelmän ja käyttöautomaation siten, että yksisuuntainen informaatiovirta on mahdollinen. XU on yksikkö jolla liitytään vieraisiin järjestelmiin esim. Loviisassa PCS:ään AP prosessiasemissa suoritetaan tiedon prosessointi: laskennat, säädön algoritmit FUM-yksiköissä sijaitsee mm. ns. laiteajurit, koska toiminto vaatii nopeaa suoritusta: toimilaitteen ohjauskäsky tulee katkaista kun toimilaite ajaa ns. tie-rajalle. Kuvasta puutuu mm. Ilmastointivalvomo sekä Diesel-valvomot Kuvasta näkyy miten eri tehtävä kategoriat sijoittuvat turvallisuusluokkiin ja järjestelmäalustoihin. Kuvasta näkyy myös esim. että turvaluokilla on omat mittaukset ja toimilaitteet ja miten eri turvaluokista tulevat ohjaukset yhdistyvät ns. prioriteettiyksikössä. Generation Petteri Lehtonen