核電廠非安全級控制系統(tǒng)質量位應用與風險防控

盧俊李曉飛尹躍【摘要】核電廠非安全級控制系統(tǒng)承擔著機組的正常運行控制功能。在各個電廠均有電廠的啟動過程中，均發(fā)生過因質量位觸發(fā)導致的運行事件。核電廠的運維人員對于非安全級的質量位普遍缺乏了解，本文從非安全級質量位的概念、應用、影響和風險防范方面進行了詳細分析，提供了較好的設計與運行參考。【關鍵詞】非安全級DCS;質量位;缺省值;輸入輸出模塊;通訊TM623.8：A：2095-2457（2019）03-0216-002DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2019.03.0911DCS系統(tǒng)設計特點非安全級DCS控制系統(tǒng)是核電廠的重要組成部分，承擔著核電廠的正常運行控制功能，以及常規(guī)的設備保護功能，對核電站（包括常規(guī)島、BOP、核島）進行集中監(jiān)測、控制、操作、管理。福清核電非安全級使用了IA平臺，本文對基于IA平臺設計特點進行簡要介紹，并在此基礎上對質量位問題進行分析并提出解決方案，可有效提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。1.1質量位的一般設計參數(shù)IA系統(tǒng)的質量位主要參數(shù)如下：（1）.BAD參數(shù)：FBM故障，模擬量超量程、快速大幅波動，上游信號FBM故障;（2）..O參數(shù)：軟件置于OFF，對于與IO卡件故障（如FBM故障、離線）;（3）..D參數(shù)：失去連接狀態(tài)（disconect），對應于無法取得數(shù)據(jù)（如網(wǎng)絡故障）;（4）..E參數(shù)：上游點值獲取或計算錯誤;（5）..BODE參數(shù)：以上幾種狀態(tài)取或。同時DCSIA系統(tǒng)默認將失效點設置為最后一個有效值，DCS廠家手冊給出了部分質量位解釋，但與實際有少部分差異，通過試驗驗證，我們總結出以下質量位組成參數(shù)的判斷矩陣表格：1.2質量位和缺省值設計對于模擬量，默認輸入范圍為4-20mA標準信號，由于模擬量信號受現(xiàn)場變送器故障或超量程、卡件故障、斷線等原因影響，會使DCS系統(tǒng)讀取到的信號超出4-20mA的標準范圍。為了識別模擬量信號的失效，通常設計了模擬量信號的質量位判斷邏輯。初始設計中，按照2%的范圍進行定義。對于數(shù)字量，一般的無法進線開路檢測，質量主要體現(xiàn)為卡件故障、FIELDBUS通訊故障，卡件離線等原因影響。特別的，區(qū)別于反應堆保護系統(tǒng)和其他一般的控制系統(tǒng)，福清核電的DCS非安全級控制系統(tǒng)支持數(shù)字量輸出通道、模擬量輸出通道的質量位設置。當輸出通道無法正常的輸出4-20mA信號或者數(shù)字量輸出通道異常時，也可以觸發(fā)質量位置壞。2質量位問題研究非安全級的質量位問題導致的事件與潛在事件在各個電廠數(shù)量較大，以下列舉一些具有代表性的問題進行分析并提出解決和優(yōu)化辦法。2.1調節(jié)系統(tǒng)測量值誤切手動導致調節(jié)失效某電廠維修儀控工作負責人持兩張工單同時開工，分別對低加兩個液位計（2ACO008MN、2ACO009MN）的對空閥漏氣缺陷進行處理，將兩液位計在DCS系統(tǒng)中的信號強制為當前值，導致水位調節(jié)系統(tǒng)自動控制功能失效，造成低加疏水箱水位持續(xù)上漲。低加因水位觸發(fā)三高定值而隔離，機組手動降功率至1047MWe。經(jīng)過對圖紙進行技術分析，該液位測量使用了3取中值的信號選擇，對兩個信號打手動之后在信號選擇器看來這些信號仍為正常信號，不會被舍棄，從而導致最終的測量值也為手動值，最終導致調節(jié)系統(tǒng)失效。造成該問題的主要原因為：（1）工作控制過程環(huán)節(jié)中未審查識別出風險，突破了重要系統(tǒng)控制/保護關聯(lián)信號不允許交叉作業(yè)的原則;（2）未識別出同時對2ACO008MN和2ACO009MN信號進行強制的疊加風險，造成3A低加疏水箱水位自動調節(jié)功能失效。通常地，儀控人員在進行打手動操作時，可以屏蔽掉異常信號的誤動作風險。但此處，因為將信號切為手動后，信號狀態(tài)為正常值，信號選擇器不會主動剔除該信號，不能簡單對兩個參與動態(tài)調節(jié)的信號同時切手動操作，需要對人員進行技術學習宣貫和管理要求上的把關。2.2卡件故障導致的質量位觸發(fā)某核電廠運行期間因單塊DCS采集卡件上兩個通道同時故障，導致循泵電機繞組溫度1CRF113/123MT信號丟失，經(jīng)3取2邏輯觸發(fā)循泵跳泵信號，1CRF001PO停運。經(jīng)過擴展分析，福清項目中，除循泵電機三相繞組溫度信號外，還有多個系統(tǒng)也同樣存在其中兩路分配在同塊I/O采集卡件上的問題。經(jīng)過梳理重要設備邏輯表決冗余通道共I/O卡件的情況;分析共模風險，制定調整方案，納入變更流程逐個處理。作為擴展的要求，在處理相應卡件的故障時，需要一并考慮質量位對信號的影響。2.3輸出信號的質量位觸發(fā)影響某電廠3號主控出現(xiàn)3ADG004KA除氧器液位低報警，查看KIC畫面：除氧器液位從300mm下降至150mm，3CEX026VL開度20%，3CEX025VL開度為0。手動開大3CEX025VL時發(fā)現(xiàn)無法開啟。經(jīng)儀控檢查：3CEX025VL在一層被切手動，導致操縱員無法通過KIC二層畫面操作兩個閥門。一層恢復自動后，目前3CEX025、026VL控制正常。根據(jù)DCS供貨商家的圖紙設計（AOUT模塊INITO邏輯），此時025RG、026RG、下游兩個閥門，以及上游的主調節(jié)器被打手動屬于FD圖的設計，此情形下運行無法執(zhí)行切自動操作，并且也無法在此種手動狀態(tài)下對閥門在KIC上執(zhí)行動作操作。輸出壞點、手動導致調節(jié)器跳手動是DCS供貨設計，但沒有專門報警。經(jīng)過分析整理，福清項目完善了對調節(jié)器輸入輸出信號異常的綜合報警補充設計，從而確保調節(jié)回路因質量位出現(xiàn)異常時，運行人員能及時對機組實施干預。2.4特殊質量位設置辦法RCV137MD/139MD/141MD為測量三臺主泵高壓泄露流量儀表，量程范圍0-300L/h，正常運行情況每臺主泵的高壓泄漏流量約為800L/h，超出儀表量程，導致邏輯中判定為測量信號失效，從而觸發(fā)質量位。同時RCV137/139/141MD流量低低分別和RCV036/038/040MD流量低低相與觸發(fā)保護停主泵信號（4S延時），在正常運行情況下，存在RCV036/038/040MD之一故障時，觸發(fā)質量位停運對應環(huán)路主泵的風險。在主泵正常運行工況下，高壓泄漏流量超出窄量程儀表的測量范圍屬于正常情況，不能將其判定為儀表故障，進而觸發(fā)質量位和缺省值，帶來停泵風險。通過在DCS軟件中修改BADOPT值可實現(xiàn)閉鎖超量程觸發(fā)質量位邏輯，規(guī)避寬量程流量計單一故障而誤造成停泵。定向的對窄量程儀表取消超高量程質量位設計為較為普遍的設計，取消ARE窄量程變送器超量程上限質量位判斷，保留超量程下限質量位判斷和其觸發(fā)下游2/3表決邏輯退化的功能，這是DAS避免質量位誤動作的一個重要措施，同樣的做法也用到了RCP一回路壓力表中。3結論質量位問題的核心是質量位的認識與應用。質量位作為數(shù)字化核電系統(tǒng)興起以后的一種普遍設計，具有非常重要的地位。目前，非安全級軟件中的質量位問題在各個電廠都缺乏足夠重視，而實際也正因為認識上的問題，出現(xiàn)了多次因為簡單問題導致的機組運行事件。非安全級DCS系統(tǒng)包含的質量位設計數(shù)量龐大，遠遠超過安全級，文章以幾個典型的視角，解釋了質量位分析中的關鍵問題，正常掌握和合理運用將可以有效保證機組的安全性和經(jīng)濟性?！緟⒖嘉墨I】[1]Nuclearpowerplants-Instrumentationandcontrolimportantforsafety-Softwareaspectsforcomputer-basedsystemsperformingcategoryBorCfunct