核电厂非安全级控制系统质量位应用与风险防控

1、核电厂非平安级控制系统质量位应用与风险防控卢俊李晓飞尹跃【摘要】核电厂非平安级控制系统承担着机组的正常运行控制功能。在各个电厂均有电厂的启动过程中，均发生过因质量位触发导致的运行事件。核电厂的运维人员对于非平安级的质量位普遍缺乏了解，本文从非平安级质量位的概念、应用、影响和风险防范方面进行了详细分析，提供了较好的设计与运行参考。【关键词】非平安级DCS;质量位;缺省值;输入输出模块;通讯中图分类号：TM623.8文献标识码：A文章编号：2095-2457202103-0216-002DOI：10.19694/j ki.issn2095-2457.2021.03.0911DCS系统设计特点非平安

2、级DCS控制系统是核电厂的重要组成局部，承担着核电厂的正常运行控制功能，以及常规的设备保护功能，对核电站包括常规岛、BOP、核岛进行集中监测、控制、操作、管理。福清核电非平安级使用了IA平台，本文对基于IA平台设计特点进行简要介绍，并在此根底上对质量位问题进行分析并提出解决方案，可有效提高系统的可靠性和平安性。1.1质量位的一般设计参数IA系统的质量位主要参数如下：1.BAD参数：FBM故障，模拟量超量程、快速大幅波动，上游信号FBM故障;2.O参数：软件置于OFF，对于与IO卡件故障如FBM故障、离线;3.D参数：失去连接状态disconect，对应于无法取得数据如网络故障;4.E参数：上游

3、点值获取或计算错误;5.BODE参数：以上几种状态取或。同时DCSIA系统默认将失效点设置为最后一个有效值，DCS厂家手冊给出了局部质量位解释，但与实际有少局部差异，通过试验验证，我们总结出以下质量位组成参数的判断矩阵表格：1.2质量位和缺省值设计对于模拟量，默认输入范围为4-20mA标准信号，由于模拟量信号受现场变送器故障或超量程、卡件故障、断线等原因影响，会使DCS系统读取到的信号超出4-20mA的标准范围。为了识别模拟量信号的失效，通常设计了模拟量信号的质量位判断逻辑。初始设计中，按照2%的范围进行定义。对于数字量，一般的无法进线开路检测，质量主要表达为卡件故障、FIELDBUS通讯故障

4、，卡件离线等原因影响。特别的，区别于反应堆保护系统和其他一般的控制系统，福清核电的DCS非平安级控制系统支持数字量输出通道、模拟量输出通道的质量位设置。当输出通道无法正常的输出4-20mA信号或者数字量输出通道异常时，也可以触发质量位置坏。2质量位问题研究非平安级的质量位问题导致的事件与潜在事件在各个电厂数量较大，以下列举一些具有代表性的问题进行分析并提出解决和优化方法。2.1调节系统测量值误切手动导致调节失效某电厂维修仪控工作负责人持两张工单同时开工，分别对低加两个液位计2ACO008MN、2ACO009MN的对空阀漏气缺陷进行处理，将两液位计在DCS系统中的信号强制为当前值，导致水位调节系

5、统自动控制功能失效，造成低加疏水箱水位持续上涨。低加因水位触发三高定值而隔离，机组手动降功率至1047MWe。经过对图纸进行技术分析，该液位测量使用了3取中值的信号选择，对两个信号打手动之后在信号选择器看来这些信号仍为正常信号，不会被舍弃，从而导致最终的测量值也为手动值，最终导致调节系统失效。造成该问题的主要原因为：1工作控制过程环节中未审查识别出风险，突破了重要系统控制/保护关联信号不允许交叉作业的原那么;2未识别出同时对2ACO008MN和2ACO009MN信号进行强制的叠加风险，造成3A低加疏水箱水位自动调节功能失效。通常地，仪控人员在进行打手动操作时，可以屏蔽掉异常信号的误动作风险。但

6、此处，因为将信号切为手动后，信号状态为正常值，信号选择器不会主动剔除该信号，不能简单对两个参与动态调节的信号同时切手动操作，需要对人员进行技术学习宣贯和管理要求上的把关。2.2卡件故障导致的质量位触发某核电厂运行期间因单块DCS采集卡件上两个通道同时故障，导致循泵电机绕组温度1CRF113/123MT信号丧失，经3取2逻辑触发循泵跳泵信号，1CRF001PO停运。经过扩展分析，福清工程中，除循泵电机三相绕组温度信号外，还有多个系统也同样存在其中两路分配在同块I/O采集卡件上的问题。经过梳理重要设备逻辑表决冗余通道共I/O卡件的情况;分析共模风险，制定调整方案，纳入变更流程逐个处理。作为扩展的要

7、求，在处理相应卡件的故障时，需要一并考虑质量位对信号的影响。2.3输出信号的质量位触发影响某电厂3号主控出现3ADG004KA除氧器液位低报警，查看KIC画面：除氧器液位从300mm下降至150mm，3CEX026VL开度20%，3CEX025VL开度为0。手动开大3CEX025VL时发现无法开启。经仪控检查：3CEX025VL在一层被切手动，导致操纵员无法通过KIC二层画面操作两个阀门。一层恢复自动后，目前3CEX025、026VL控制正常。根据DCS供货商家的图纸设计AOUT模块INITO逻辑，此时025RG、026RG、下游两个阀门，以及上游的主调节器被打手动属于FD图的设计，此情形下运

8、行无法执行切自动操作，并且也无法在此种手动状态下对阀门在KIC上执行动作操作。输出坏点、手动导致调节器跳手动是DCS供货设计，但没有专门报警。经过分析整理，福清工程完善了对调节器输入输出信号异常的综合报警补充设计，从而确保调节回路因质量位出现异常时，运行人员能及时对机组实施干预。2.4特殊質量位设置方法RCV137MD/139MD/141MD为测量三台主泵高压泄露流量仪表，量程范围0-300L/h，正常运行情况每台主泵的高压泄漏流量约为800L/h，超出仪表量程，导致逻辑中判定为测量信号失效，从而触发质量位。同时RCV137/139/141MD流量低低分别和RCV036/038/040MD流量

9、低低相与触发保护停主泵信号4S延时，在正常运行情况下，存在RCV036/038/040MD之一故障时，触发质量位停运对应环路主泵的风险。在主泵正常运行工况下，高压泄漏流量超出窄量程仪表的测量范围属于正常情况，不能将其判定为仪表故障，进而触发质量位和缺省值，带来停泵风险。通过在DCS软件中修改BADOPT值可实现闭锁超量程触发质量位逻辑，躲避宽量程流量计单一故障而误造成停泵。定向的对窄量程仪表取消超高量程质量位设计为较为普遍的设计，取消ARE窄量程变送器超量程上限质量位判断，保存超量程下限质量位判断和其触发下游2/3表决逻辑退化的功能，这是DAS防止质量位误动作的一个重要措施，同样的做法也用到了

10、RCP一回路压力表中。3结论质量位问题的核心是质量位的认识与应用。质量位作为数字化核电系统兴起以后的一种普遍设计，具有非常重要的地位。目前，非平安级软件中的质量位问题在各个电厂都缺乏足够重视，而实际也正因为认识上的问题，出现了屡次因为简单问题导致的机组运行事件。非平安级DCS系统包含的质量位设计数量庞大，远远超过平安级，文章以几个典型的视角，解释了质量位分析中的关键问题，正常掌握和合理运用将可以有效保证机组的平安性和经济性。【参考文献】【1】Nuclearpowerplants-Instrumentationandcontrolimportantforsafety-Softwareaspectsforcomputer-basedsystemsper