核电厂DCS反应堆保护功能响应时间测试规范

1核电厂DCS反应堆保护功能响应时间测试规范本文件规定了核电厂DCS反应堆保护功能响应时间测试的基本要求。本文件适用于核电厂DCS项目工厂测试和工厂验收测试阶段反应堆保护功能响应时间测试，规定了仪器仪表、测试环境、操作方法、数据记录和结果判定的要求，核电厂DCS现场调试可参考使用。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。HAD102/10-2021核动力厂仪表和控制系统设计GB/T4083-2005核反应堆保护系统安全准则GB/T5204-2021核电厂安全系统定期试验与监测GB/T9386-2008计算机软件测试文档编制规范GB/T13284.1-2008核电厂安全系统第1部分：设计准则NB/T20069-2012核电厂安全重要仪表通道性能监督试验3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1响应时间ResponseTime从被测变量发生阶跃变化到输出信号第一次达到其最终值的某一给定百分数（通常取90%）时所经历的时间。注：核电厂DCS反应堆保护功能响应时间是指DCS完成保护功能过程中，输[NB/T20069-2012，3.14]3.2输入信号InputSignal施加到装置、元件或系统输入端的信号。[GB/T17212-1998，P1.1.0.09]3.3输出信号OutputSignal由装置、元件或系统发出的信号。[GB/T17212-1998，P1.1.0.10]3.4传感器Transducer2接受物理或化学变量（输入变量）形式的信息，并按一定的规律将其转化成同种或别种性质的输出变量的装置。[GB/T17212-1998，P3.0.0.09]3.5执行装置ExecuteFeatures由电气设备和机械设备及其连接件组成，接到来自监测指令设备的信号后，执行与安全功能直接或间接有关的某一功能。执行装置的范围是从监测指令设备的输出端开始，直到并且包括执行装置与过程的耦合处。注2：执行装置通常包括驱动设备、原动机[GB/T13284.1-2008，3.13]3.6反应堆保护系统ReactorProtectionSystem产生哪些触发安全驱动器和安全系统支持设施动作所必须的输出信号，防止反应堆状态超过规定的安全限值，或减轻超过安全限值后果的系统。它包括从敏感元件到安全驱动器输入端或到安全系统支持设施输入端的所有设备。[GB/T4083-2005，3.1]3.7紧急停堆系统ReactorTripSystem反应堆保护系统的一部分。它触发安全驱动器动作，使反应堆快速停闭。[GB/T4083-2005，3.2]3.8专设安全设施驱动系统EngineeringSafetyFeatureActuationSystem反应堆保护系统的一部分。它触发专设安全设施动作，以缓解事故后果，防止放射性物质外泄。[GB/T4083-2005，3.3]4响应时间概述4.1总则根据GB/T5204-2021的6.1.1要求，响应时间试验属于安全系统定期试验的一部分，宜在核电厂寿期内执行反应堆保护功能响应时间测试，确认反应堆保护功能响应时间是否满足DCS采购技术规格书的要求，确保核电厂的安全。4.2反应堆保护系统响应时间核电厂反应堆保护系统响应时间路径通常包括传感器、输入信号采集处理、控制器处理、数据传输、输出信号、执行装置，核电厂DCS反应堆保护功能响应时间不包括传感器和执行装置部分。根据HAD102/10-2021的7.5.3.6要求，核电厂DCS反应堆保护系统应设计为具有确定性行为，对该物项规格书范围内的任一给定输入序列总是会产生相同的输出和相同的响应时间，即激励与响应之间的时间延迟具有确定的最大值和最小值。3核电厂DCS反应堆保护功能响应时间为执行一个控制循环所需要的时间，系统响应时间与控制器的性能、容量、速度、负荷率、控制算法的复杂程度有关。4.3响应时间评价方式工程实施过程中应对核电厂DCS反应堆保护功能响应时间采用理论分析的方法进行定量计算，确认响应时间的最大值和最小值，保证确定性的核电厂DCS反应堆保护功能响应时间。附录A给出了典型DCS平台下反应堆停堆保护功能响应时间的理论分析方法。工程实施过程中应对核电厂DCS反应堆保护功能响应时间进行实际测试，验证DCS反应堆保护功能的实际响应时间小于采购技术规格书要求和理论分析最大值。响应时间测试应与书面程序一致，测试结果应形成文档并存档。工程实施过程中核电厂DCS反应堆保护功能响应时间测试流程主要包括测试设计、先决条件确认、测试执行、测试数据整理、结果判定。5响应时间测试设计5.1总则按照GB/T9386-2008标准要求，测试活动开始前应编写相关测试文件，包括测试计划、测试设计说明、测试用例、测试规程等，并按照测试文件要求执行测试，生成测试日志、测试记录，最终形成测试报告。针对核电厂DCS反应堆保护功能响应时间测试，在测试设计阶段需要明确以下几个方面的要求。5.2确定测试范围核电厂安全分析对每一个反应堆保护功能提出具体响应时间要求，并在DCS项目采购技术规格书中提供，因此工厂测试阶段根据采购技术规格书的要求，宜对所有保护功能的响应时间执行测试。如采购技术规格书没有列出每一个反应堆保护功能的响应时间要求，只有统一的响应时间要求，并且在采用标准化DCS系统架构前提下，宜针对相同响应时间要求的保护功能具体分析DCS中响应时间信号的路径（通常考虑卡件类型、数量、网络传输等因素），针对最长信号路径执行DCS反应堆保护功能响应时间测试。5.3确定输入信号工厂测试环境下执行核电厂DCS反应堆保护功能响应时间测试时应最大限度模拟核电厂现场运行工况，执行传感器信号源头到被驱动设备指令的整个系统的响应时间测试，覆盖输入信号、控制器处理、数据传输、控制器处理、输出信号整个路径。若一次测试不能覆盖整个系统时，应测试该系统各分立部分的响应时间，并表明所有响应时间之和处在整个系统要求的限值之内。根据核电厂反应堆保护功能需求或逻辑图，确定每个保护功能的输入信号。如果保护功能由两个或两个以上不同组变量触发动作（如压力、温度等），应列出所有的输入信号。根据核电厂反应堆运行规程，允许信号作为反应堆保护功能的前提条件，不作为允许信号条件下其它保护功能响应时间测试的输入信号。如采购技术规格书对允许信号有响应时间要求，应单独测试允许信号的响应时间。5.4确定输出信号4根据核电厂反应堆保护功能需求或逻辑图，确定每个保护功能的输出信号。对于同一个保护功能触发的多个输出信号，宜具体分析DCS中响应时间的信号路径（通常考虑卡件类型、数量、网络传输等因素），针对不同信号路径执行测试，相同信号路径下可选取一个输出信号执行测试。5.5输入信号组合和变化要求对于单组输入信号（如稳压器压力）触发保护功能的情况，应确保每一个输入信号均发生过变化，参与过保护功能的触发。对于多组输入信号组合触发保护功能的情况，如输入信号类型不同（电流信号、电压信号、电阻信号），应确保此多组输入信号中每一种类型均发生过变化，参与过保护功能的触发。对于多组相同类型输入信号应具体分析DCS中的信号路径，宜确保不同信号路径的输入信号均发生过变化，参与过保护功能的触发。在测试某个输入信号触发时，其余输入信号应设置在它们的预期运行范围内，保证保守的测试结果。为了触发反应堆保护功能，响应时间测试采集的输入信号应由正常值变化到高于或低于保护功能设置的阈值，变化范围应最大限度模拟核电厂现场运行工况，通常选择输入信号的变化范围不大于输入信号工程量程的5%。针对非固定数值的保护功能阈值（如阈值根据现场工况相关变量值实时运算后得出需要根据阈值计算方法具体分析输入信号的变化范围。5.6测试次数要求根据核电厂DCS反应堆保护功能响应时间理论分析，每次测量的数据具有一定的随机性和不确定性，根据统计学理论，实际测试的响应时间数据在理论最大值与最小值之间符合正态分布的规律。核电厂DCS反应堆保护功能响应时间的最大值由理论分析获取，工程实际值由工程测试经多次测量取最大值。随测试次数的增加，测试结果最大值越接近核电厂DCS反应堆保护功能的理论分析最大值。宜使用自动化工具执行核电厂DCS反应堆保护功能响应时间测试，针对每一个DCS反应堆保护功能，响应时间测试次数宜不少于10次。5.7测试结果判定标准DCS采购技术规格书中的反应堆保护功能响应时间作为测试结果最大值的判定标准，理论分析和实际测试最大值都应小于该判定标准。6响应时间测试先决条件确认6.1总则本章给出核电厂DCS反应堆保护功能响应时间测试先决条件确认的要求，主要确认测试环境、测试仪表、测试文件、测试对象、测试和验证人员。6.2测试环境测试环境应参考对应项目合同中核电厂DCS现场运行环境条件。地震、极端温度、极端湿度等非正常环境条件下的响应时间在鉴定试验中已考虑。因此，上述环境中响应时间测试不在本标准范围内。如合同中无要求，测试环境应满足：温度：15℃-35℃5湿度：5%~95%，无冷凝。6.3测试仪表测试设备应有法定计量技术机构出具的检定或校准证书，并在有效期内使用。不得使用未经标识、或超过有效期的测试设备，不得使用禁用、报废测试设备，不得超范围使用“限用”测试设备。测试中所使用的测试设备的额定精确度应高于被测对象的额定精确度，通常不确定度应不超过被测对象规定误差限的四分之一。测试设备主要包括波形记录仪、信号发生器、光电倍增管以及自动化测试装置等。6.4测试文件测试开始前，应有批准发布的测试计划、测试设计说明、测试用例等。测试设计说明中应明确规定测试方法、要求和判定标准。测试用例中应至少包含测试的反应堆DCS保护功能名称、系统初始化要求、测试的输入、期望的测试结果、判定标准、测试工具、操作过程等；测试用例中预留填写测试记录的位置，包括测试日期、测试人员、测试工具等。测试文件应定期修订，以便确定它的整体有效性。6.5测试对象测试对象应满足：1装配及检验完成；2DCS系统已上电且完成软硬件集成，反应堆DCS保护功能响应时间测试路径上的被测设备通讯正常，无报警；3宜先完成保护系统逻辑功能测试，再开展响应时间测试，避免逻辑设计有问题，影响响应时间测试。6.6测试和验证人员核电厂DCS反应堆保护功能响应时间测试应由独立于设计人员的测试和验证人员执行，这些测试和验证人员应该经过培训、考核，取得测试资质，并保存相关记录。测试与验证人员资质认证培训可包括：1响应时间测试原理；2输入信号和输出信号采集；3测试仪表使用；4自动化测试工具使用；5测试记录整理。7响应时间测试执行7.1总则本章给出核电厂DCS反应堆保护功能响应时间测试执行的要求，包括测试环境准备、输入信号采集要求、输出信号采集要求、测试注意事项。7.2测试环境准备6测试开始前应按照测试用例要求准备测试环境，主要包括：1确认温度、湿度是否满足测试环境要求；2确认DCS状态是否满足测试要求，包括系统运行是否正常（无异常报警）、DCS保护功能是否触发（初始运行工况）等；3准备测试执行需要的测试检验设备；4确认DCS机柜内光纤、电缆正常连接，被测试的DCS反应堆保护功能信号路径完整。7.3输入信号时间的采集7.3.1总则输入信号分为开关量、模拟量信号。开关量信号通常为现场设备反馈，如泵运行状态、阀门开关状态。模拟量信号通常为现场物理变量，如安全壳压力、一回路温度。7.3.2开关量输入信号的采集开关量输入信号（包括有源型和无源型）动作可采集其阶跃变化的时间。对于输入信号为开关量的情况：1如果输入信号为有源型，可直接使用波形记录仪采集输入信号的电压变化；2如果输入信号为无源型，应在测量回路内接入电源和负载，然后使用波形记录仪采集输入信号的电压变化。仪控系统人机界面的操作信号，如触摸屏点击、鼠标点击等，宜将其转化为开关量信号进行采集：1鼠标点击画面产生输入信号动作的情况：将鼠标内部微动开关两端端子引出，鼠标点击画面时可同时发出对应的开关量信号，应使用波形记录仪采集此开关量信号作为输入信号。2触摸屏点击画面产生输入信号动作的情况：触摸屏点击时，其信号输出线对应引脚电压值发生跳变，应使用波形记录仪采集此开关量信号作为输入信号。7.3.3模拟量输入信号的采集模拟量输入信号的值超过一定阈值经保护系统运算，使输出信号发生变化的，可采集输入信号超过阈值的时刻作为响应时间测试的起始时间，测试过程中使用波形记录仪设置一定的阈值判断值（基于实际被测仪控系统和工艺得出），便于记录时间。7.4输出信号时间的采集要求7.4.1总则输出信号分为开关量、模拟量信号。开关量信号通常为现场设备控制指令，如泵启动指令、阀门关闭指令。模拟量信号通常为现场执行器调节指令，如流量调节阀开度信号。7.4.2开关量输出信号的采集开关量输出信号（包括有源型和无源型）可采集其阶跃变化的时刻，采集方式参考7.3.2。7.4.3模拟量输出信号的采集模拟量输出信号的值超过一定阈值使设备物理状态发生变化（阀门开度等可采集其值超过阈值的时间，测试过程中使用波形记录仪设置合适的阈值判断值（基于实际被测仪控系统和工艺得出便于记录响应时间测试的终止时间。77.5测试执行注意事项1测试输入信号需要在机柜端子排短接操作时，测试人员应确认信号供电方式，避免发生短路；2对于电流信号在使用波形记录仪采集时可串入电阻将电流信号转化为电压信号进行测量，串入电阻的阻值应符合板卡负载要求；3测试过程中使用波形记录仪采集输入或输出信号时应设置为直流电压模式，并设置合适的采集频率，采集的幅值范围应大于输入或输出信号的最大幅值范围；4对于输入信号逻辑组合使输出产生变化的情况，在波形记录仪上需对应输入设定相应的组合逻辑，便于输入信号变化时刻的采集；5测试完成后应将测试环境恢复到测试前的状态；6测试结果不满足保护系统要求时，应填写不符合项清单并进行缺陷提交，测试记录中记录测试结果和不符合项编号，待缺陷修复后重新进行测试。8测试数据的处理1核电厂DCS反应堆保护功能响应时间测试结果为输出信号跳变时刻与输入信号有效触发时刻的时间差值。2核电厂DCS反应堆保护功能响应时间数据精度计算时不采用四舍五入的原则，宜采用向上取整的原则，按照DCS采购技术规格书中响应时间要求保留一定精度的测试结果作为测试记录。3如使用自动化工具采集输入信号和输出信号，需要分析自动化工具采集原理，保证输入信号和输出信号采集时刻的准确性。9测试结果的判定考虑被测DCS系统中不同板卡运行周期、网络通讯周期等因素，每次测试的响应时间结果不同，应在相同测试环境下测试多次，记录每次的测试数据，并取响应时间最大的一组测试数据作为结果，判断响应时间是否满足要求，保证数据最大限度地反映DCS反应堆保护功能的响应时间性能指标。如实际测试结果接近理论分析最大值或DCS采购技术规格书中给定的限值（判定准则），宜增加响应时间测试次数，提高测试的置信度，以准确评价被测系统的响应时间指标。10系统变更测试要求由于系统设计方案变化或测试过程中发现异常引起核电厂DCS反应堆保护功能发生变更，需要分析变更内容，评估对响应时间测试的影响，确定是否重新执行测试。如发生以下变更，宜重新执行响应时间测试：1DCS系统设计方案变更导致DCS保护功能信号路径发生变化（如新增输入、输出板卡或模块2DCS反应堆保护功能逻辑变更；3其它影响响应时间的变更。如DCS反应堆保护功能测试判定标准发生变化，宜先开展评估分析，根据分析结果确定是否重新执行响应时间测试。811其他要求1应按照项目配置管理的要求，将测试过程中产生的各种软件工作产品纳入配置管理，包括被测对象、测试工具、测试文档等；2测试过程中如使用自动化测试工具，应明确对工具的功能、性能、安全性等需求，并对工具进行验证和评估，避免工具对核电厂DCS反应堆保护功能响应时间的测试结果造成影响；3测试报告应包括DCS被测对象的系统硬件、软件以及相关配置，记录响应时间测试的结果，识别预期结果与实际结果之间的偏差，记录不符合项的原因分析、处理措施和验证情况，并形成文档；4测试报告应以便于未直接参与测试工作的人员审查的方式保存，附录B给出了响应时间测试记录的模板。9（资料性）核电厂DCS反应堆停堆保护功能响应时间理论分析方法A.1典型DCS反应堆停堆保护系统架构核电厂典型DCS停堆保护系统如图A.1所示，采用4通道冗余设计(Ⅰ通道、Ⅱ通道、Ⅲ通道、Ⅳ通道，每个通道相对于其它通道独立工作）。DCS通过模拟量输入卡采集现场传感器信号，信号输入控制器单元经阈值比较后参与本通道的表决逻辑处理；同时，阈值比较结果通过网络通讯传送到其它通道，参与其它通道的表决逻辑处理。各保护通道接受到阈值判断结果经“4取2冗余表决逻辑”输出停堆信号。图A.1DCS反应堆停堆保护系统架构示意图A.2DCS停堆保护功能响应时间理论分析根据图A.1典型DCS反应堆保护系统架构，DCS反应堆停堆保护功能信号流如图A.2所示。图A.2DCS反应堆停堆保护功能信号流示意图AI卡是DCS保护系统的模拟量输入卡，DO卡是DCS保护系统的开关量输出卡。所有I/O卡件均位于DCS系统输入/输出（I/O）机箱的卡槽内。现场传感器仪表信号经AI卡采集后经I/O总线卡传输到总线管理卡，然后送CPU控制器运算处理，处理结果通过网络通讯卡传输到另一通道的网络通讯卡，然后送CPU控制器运算处理，处理结果由总线管理卡输出经I/O总线送至DO卡，驱动现场设备。整个信号处理流时间包括：①输入信号处理与通讯（T1表示②控制器运算处理（T2表示③输出信号处理与通讯（T3表示）。根据以上分析，可以得出DCS反应堆保护功能响应时间的理论分析值：T=T1+T2+T3