Consulenza ingegneristica per sistemi Elettrici e di Strumentazione e Controllo di SPIDER

SERVIZIO MERCATO CLIENTE FUSION FOR ENERGY (F4E) ANNO 2018-2019

Brief cliente

L’obiettivo del progetto è l’analisi delle caratteristiche di affidabilità del sistema di controllo e protezione di SPIDER, sorgente di ioni negativi all’interno del complesso sperimentale in costruzione a Padova, prototipo del sistema di iniettori di neutri (Neutral Beam Test Facility) che sarà utilizzato nel progetto ITER.

In particolare, le valutazioni sono riferite alle funzioni di protezione implementate dal Ion Source and Extraction Power Supplies – Protection system  (ISEPS-PS) e dal Fast Interlock di SPIDER.

Sfide di progetto

  • Definire una metodologia di analisi funzionale del sistema di controllo che potrà essere utilizzata in successivi / diversi sviluppi, fin dalla concezione del sistema.
  • Definire un modello funzionale del sistema di controllo attualmente funzionante in SPIDER, a supporto della definizione delle funzioni di protezione, della comprensione delle modalità di funzionamento del sistema e della discussione tra progettisti ed esercenti l’impianto.
  • Completare i dati disponibili con assunzioni adeguate i dati e informazioni disponibili, alle tecnologie impiegate ed alle modalità di conduzione dell’impianto.
  • Fornire una stima delle performance di affidabilità del sistema di controllo di SPIDER nella implementazione delle funzioni di protezione, che permette di evidenziare le attuali vulnerabilità (e.g. funzioni che coinvolgono numerosi componenti per una attuazione diffusa delle reazione richiesta).
  • Fornire indicazioni per una futura implementazione del sistema di controllo in accordo alle indicazioni dello standard IEC 61508 (Functional Safety).

Soluzione

  • Il modello funzionale del sistema elettronico di controllo è stato definito mediante la caratterizzazione delle interfacce (fisiche e funzionali, esterne ed interne) del sistema e la classificazione delle condizioni di allarme, utilizzando una rappresentazione IDEFØ.
  • Le modalità di guasto funzionali del sistema (i.e. deviazioni dal funzionamento atteso) sono state identificate e analizzate in termini di effetti ultimi sulle funzioni di protezione richieste.
  • I componenti e gli assiemi coinvolti nella acquisizione delle segnalazioni di avari e/o nella elaborazione della reazione necessaria e/o nella sua attuazione sono stati identificati per ciascuna funzione di protezione.
  • L’affidabilità dei singoli assiemi e componenti elettronici è stata valutata mediante l’elaborazione di dati di guasto di ritorno dal campo, l’applicazione di modelli di predizione, l’utilizzo di banche dati affidabilistici, metodi strutturati di “giudizio degli esperti”.
  • L’affidabilità del sistema nell’implementazione di ciascuna funzione di protezione è stata valutata in termini di Probability of Failure on Demand (PFD) e Probability of Failure per Hour (PFH).

Fasi di esecuzione

FASE 1

Sviluppo del modello funzionale del sistema e individuazione delle funzioni di protezione.

FASE 2

Analisi delle condizioni di guasto del sistema (Functional FMEA).

FASE 3

Valutazione dell’affidabilità di componenti e assiemi elettronici.

FASE 4

Stima quantitativa dell’affidabilità delle funzioni di protezione (mediante RBD).

Risultati ottenuti

Le valutazioni quantitative sono state realizzate mediante ReliaSoft-BlockSim.

   

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