Qualifikation digitaler Leittechnik für den Einsatz im Sicherheitssystem von Kernkraftwerken, Anforderungen an die Auslegung

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1 Qualifikation digitaler Leittechnik für den Einsatz im Sicherheitssystem von Kernkraftwerken, Anforderungen an die Auslegung Dr. Detlev Haake TÜV NORD SysTec GmbH & Co. KG

2 Übersicht Einleitung: Rechnergestützte Systeme in KKW s Kerntechnisches Regelwerk Qualifizierung eines digitalen Leittechniksystems Anforderungen an die Auslegung Jüngste Entwicklungen Folie 2

3 Anwendungsgebiete softwaregestützter Systeme in Kernkraftwerken Prozessrechner Regelungen und Begrenzungsfunktionen Steuerstabfahrrechner (für SWR) Neutronenflussmessung Brennelementlademaschine Folie 3

4 Anwendungsgebiete softwaregestützter Systeme in Kernkraftwerken Kugelmesssystem-Rechner Turbinenschutz, Turbinenregelung Automatisierte DE-Notbespeisung Strahlenschutzinstrumentierung Reaktorschutz in Deutschland in Arbeit Folie 4

5 Übersicht Einleitung: Rechnergestützte Systeme in KKW s Kerntechnisches Regelwerk Qualifizierung eines digitalen Leittechniksystems Anforderungen an die Auslegung Jüngste Entwicklungen Folie 5

6 Kerntechnisches Regelwerk RSK-Leitlinien für Druckwasserreaktoren ( ) KTA-Regeln für Reaktorschutzsystem und Überwachungseinrichtungen des Sicherheitssystems: KTA 3501, KTA 3503 Internationale Normen für Leittechnik mit sicherheitstechnischer Bedeutung einschließlich Auslegung gegen Versagen aus gemeinsamer Ursache: DIN IEC 61226: , DIN IEC 61513: , DIN IEC 60880: , IEC 62340: Folie 6

7 Übersicht Einleitung: Rechnergestützte Systeme in KKW s Kerntechnisches Regelwerk Qualifizierung eines digitalen Leittechniksystems Anforderungen an die Auslegung Jüngste Entwicklungen Folie 7

8 Prüforganisation TXS Basis-Typprüfung ca. 15 Systemsoftware-Komponenten / KKU REALL (20 Schränke) ca. 20 Baugruppen-Typen Folie 8

9 Prüfschema TXS Hardware Basis-Typprüfung Liste offener Punkte gelieferte Unterlagen Expertenwissen Prüfnormen Baugruppen TÜV Unterlagenverzeichnis Prüfverfahrenverzeichnis Normenverzeichnis Baugruppenverzeichnis Unterlagenkorrelationstabelle Normenkorrelationstabelle Rahmenprüftabelle Baugruppen-Unterlagen Baugruppen-Funktionen Ergebnis theoretische Prüfung Prüfbescheinigungen und Prüfbericht Prüfanforderungsspezifikation Prüfspezifikation Ergebnis praktische Prüfung Folie 9

10 Softwareprüfung Phasenmodell RSK-LL Entwicklungsdokumente der TXS Systemsoftware-Komponenten: Anforderungsspezifikation Designunterlage Implementierungsunterlage Programm-Quellcode Testspezifikation Testbericht Folie 10

11 Digitales Leittechnik - System Softwarestruktur Hard- Ware Folie 11

12 Typprüfung Hardware - Baugruppen: Bestätigung für Dokumentierte Funktionen der Baugruppen Spezifizierte externe Schnittstellen der Baugruppen Einhaltung der Technischen Daten der Baugruppen Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse Konsistenz und Korrektheit der Dokumentation Folie 12

13 Typprüfung Software - Komponenten: Bestätigung für Qualitätsgesicherte Entwicklung nach Phasenmodell Erbringung der spezifizierten Funktionen Bereitstellung der spezifizierten Komponenten- Schnittstellen Konsistenz und Korrektheit der Dokumentation Folie 13

14 Systemprüfung Hardware / Software: Bestätigung für Zusammenspiel der HW/SW-Komponenten Komponentenübergreifende Systemeigenschaften und Systemfunktionen wie z. B.: Kommunikation mit mehreren Teilnehmern Laufzeitverhalten bei gestaffelten Rechnerebenen Gerichtetes Ausfallverhalten von Einzelrechnern Verhalten bei Ausfall von Teilsystemen Zyklische Abarbeitung der Anwendungsfunktionen Folie 14

15 Digitale Sicherheitsleittechnik TXS: Der Weg in die Anlage Typprüfung (anlagenunabhängig) Gutachten zum Konzept (1992) Typprüfung der Komponenten (HW und System-SW) Systemtest (integrierte HW und SW) Eignungsüberprüfung (anlagenspezifisch) Eingesetzte Komponenten, Systemarchitektur Anwendungssoftware (LEFU s, Funktionspläne) Schnittstellen zur Anlage Auslegung gegen systematisches Versagen Folie 15

16 Übersicht Einleitung: Rechnergestützte Systeme in KKW s Kerntechnisches Regelwerk Qualifizierung eines digitalen Leittechniksystems Anforderungen an die Auslegung Jüngste Entwicklungen Folie 16

17 RSK-Leitlinien: Allgemeine Anforderungen Die Anforderungen an die Leittechnik sind aus der Verfahrenstechnik abzuleiten und in einer Anforderungsspezifikation zu dokumentieren. Die verfahrenstechnischen Anforderungen sind als Leittechnik-Funktionen darzustellen und entsprechend ihrer sicherheitstechnischen Bedeutung zu kategorisieren (Kategorien 1, 2 und 3). Für die leittechnischen Aufgaben sind entsprechend ihrer sicherheitstechnischen Bedeutung abgestufte Anforderungen festzulegen. Folie 17

18 RSK-Leitlinien Kapitel (5) Bei der Auslegung der Sicherheitsleittechnik der Kategorie 1 ist Vorsorge gegen systematische Ausfälle zu treffen (6) Es ist nachzuweisen, dass die Sicherheitsleittechnik der Kategorie 1 ihre Aufgaben auch dann erfüllt, wenn zusätzlich zum Störfall ein Zufallsausfall und ein systematischer Ausfall und Folgeausfälle eintreten. Ein systematischer Ausfall braucht dabei nicht angenommen zu werden, wenn ausreichende Maßnahmen zu seiner Vermeidung nachgewiesen werden (9) Fehlerhaftes Ansteuern des Sicherheitssystems ist unter Berücksichtigung der Ausfallkombinationen nach (6) zu verhindern, wenn dadurch Störfälle mit nichttolerablen Auswirkungen auftreten können. Folie 18

19 Übersicht Einleitung: Rechnergestützte Systeme in KKW s Kerntechnisches Regelwerk Qualifizierung eines digitalen Leittechniksystems Anforderungen an die Auslegung Jüngste Entwicklungen Folie 19

20 Jüngste Entwicklungen 2 deutsche KKW s haben die Umrüstung des Reaktorschutzsystems in digitale Leittechnik beantragt, bei weiteren bestehen konkrete Planungen. Es ist bisher kein Konsens bezüglich der hinreichenden Auslegung des Reaktorschutzsystems gegen systematisches Versagen unter den Beteiligten (Hersteller, Betreiber, Gutachter, RSK, Genehmigungsbehörden) erzielt worden. Der VdTÜV Facharbeitskreis Leit- und Elektrotechnik beschließt gemeinsames Positionspapier zu Vorsorgemaßnahmen gegen systematisches Versagen ( ). Folie 20

21 VdTÜV Positionspapier Differenzierte Betrachtung und Auslegung der leittechnischen Funktionen des Schutzsystems in Bezug auf die verfahrenstechnischen Auswirkungen bei einem Versagen Einteilung in Gruppen, die eindeutig sicherheitsgerichtete Schutzaktionen beinhalten bzw. nicht für jeden Anlagenzustand sicherheitsgerichtete Aktionen beinhalten, und die zu unterschiedlichen Auslegungsanforderungen führen Einführung des Begriffs Dissimilarität (Einsatz hinreichend unterschiedlicher Hardware, Software, Entwicklungswerkzeuge, Entwicklerteams, Fertigung, Tests, Instandhaltung) Vermeidung systematischen Versagens Folie 21

22 Gruppe 1 Ereignisabläufe infolge von aktivem systematischem Versagen bei ungestörtem Leistungsbetrieb Es sind 2 Fälle zu unterscheiden: 1a) keine Verursachung von Störfällen oder unzulässigen Komponentenschäden keine dissimilare Auslegung erforderlich 1b) Verursachung von Störfällen dissimilare Auslegung erforderlich, siehe Gruppe 2b Folie

23 Gruppe 2 Ereignisabläufe infolge von systematischem Versagen bei Störfällen Es sind 2 Fälle hinsichtlich der betroffenen Schutzaktionen zu unterscheiden: 2a) eindeutig sicherheitsgerichtete Schutzaktionen dissimilare Auslegung erforderlich, wenn passives Versagen nicht in Sicherheitsebene 3 beherrscht wird 2b) nicht für jeden Anlagenzustand sicherheitsgerichtete Schutzaktionen dissimilare Auslegung immer erforderlich Folie

24 Jüngste Entwicklungen VdTÜV Position wurde beim RSK Workshop Anforderungen an rechnerbasierte Sicherheitsleittechnik für den Einsatz in der höchsten Sicherheitskategorie in deutschen Kernkraftwerken am 18./ vorgestellt und mit den dort dargestellten Positionen von Herstellern, Betreibern und Behörden diskutiert. Bisher ist noch kein Konsens in Bezug auf den notwendigen Umfang einer diversitären/dissimilaren Auslegung zur Vorsorge gegen systematisches Versagen erzielt worden. In jüngster Vergangenheit wurden die Bemühungen um einen Konsens intensiviert, es bleibt zu hoffen, dass in absehbarer Zeit eine Lösung gefunden wird. Folie 24

25 Diese Präsentation steht unter zum Download zur Verfügung (die überreichte CD enthält eine Vorversion). Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Folie 25