CPR1000核電機(jī)組DCS報(bào)警優(yōu)化的應(yīng)用

阮先為 徐 江 劉君發(fā) 呂明明 胡 鵬 宋 超

(福建寧德核電有限公司，福建 寧德 355200)

某核電廠主控監(jiān)控的報(bào)警主要分為兩大類——工藝報(bào)警與IC(設(shè)備異常)報(bào)警，其中工藝報(bào)警代表系統(tǒng)健康狀態(tài)，IC報(bào)警代表設(shè)備健康狀態(tài)，兩個(gè)報(bào)警系統(tǒng)均通過DCS(集散控制系統(tǒng))平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，但報(bào)警機(jī)制不同，且相互獨(dú)立、互不影響。

經(jīng)調(diào)查，該核電廠自商運(yùn)以來(lái)，4臺(tái)機(jī)組長(zhǎng)期存在20多條工藝報(bào)警與200多條IC報(bào)警，其中真正的異常報(bào)警寥寥數(shù)幾，絕大部分的報(bào)警是因?yàn)橄到y(tǒng)未在線，或者設(shè)備未供電等原因而產(chǎn)生，屬于正常工作情況下觸發(fā)的正常報(bào)警，無(wú)法通過維修手段消除，這類報(bào)警被統(tǒng)稱為狀態(tài)報(bào)警。狀態(tài)報(bào)警無(wú)用信息較多，嚴(yán)重干擾了運(yùn)行人員有效地監(jiān)視機(jī)組報(bào)警信息[1]，不利于監(jiān)控機(jī)組的安全，故本項(xiàng)目?jī)?yōu)化狀態(tài)報(bào)警觸發(fā)機(jī)制，減少滿功率運(yùn)行期間狀態(tài)報(bào)警的數(shù)量。

1 調(diào)研分析

1.1 工藝報(bào)警

1.1.1 工藝報(bào)警實(shí)現(xiàn)

根據(jù)工藝報(bào)警產(chǎn)生原理，工藝報(bào)警大致分為三類：?jiǎn)螚l件觸發(fā)的單點(diǎn)報(bào)警，多條件經(jīng)邏輯運(yùn)算觸發(fā)的綜合報(bào)警，多條件組合觸發(fā)的組合報(bào)警。

單點(diǎn)報(bào)警：通過編輯數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)類型為DVI2(開關(guān)量輸入信號(hào))的報(bào)警點(diǎn)名、報(bào)警點(diǎn)描述、報(bào)警級(jí)別等，或是編輯AVI4/6/8(模擬量輸入信號(hào))的高、低限制報(bào)警點(diǎn)名、報(bào)警點(diǎn)描述、報(bào)警級(jí)別實(shí)現(xiàn)，將編輯好的數(shù)據(jù)庫(kù)下裝至計(jì)算服務(wù)器/主控制器生效。單點(diǎn)報(bào)警是工藝報(bào)警中使用最多的報(bào)警。

綜合報(bào)警：在控制器內(nèi)部根據(jù)模擬圖/邏輯圖編輯好觸發(fā)報(bào)警的邏輯運(yùn)算程序，下裝控制器，編輯數(shù)據(jù)DM2(開關(guān)量中間變量)類型的中間變量點(diǎn)存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，下裝計(jì)算服務(wù)器/控制器生效。主控器采集多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)，經(jīng)控制內(nèi)部邏輯運(yùn)算后，將結(jié)果賦予DM2點(diǎn)，DM2點(diǎn)生成報(bào)警狀態(tài)字傳輸給計(jì)算服務(wù)判斷報(bào)警。與單點(diǎn)報(bào)警不同的是，綜合報(bào)警可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求，修改報(bào)警邏輯，屬可編程報(bào)警。

組合報(bào)警：編輯數(shù)據(jù)庫(kù)CAI(組合報(bào)警)類型點(diǎn)，將組合報(bào)警的子條件一一寫入，子條件最多可達(dá)150個(gè)，各個(gè)子條件的邏輯關(guān)系為或，即任一子條件滿足則觸發(fā)報(bào)警，僅下裝計(jì)算服務(wù)器生效。與綜合報(bào)警不同的是，邏輯運(yùn)算與報(bào)警判斷均由計(jì)算服務(wù)器實(shí)現(xiàn)，組合報(bào)警最大的意義在于具有報(bào)警重閃功能。

報(bào)警重閃：組合報(bào)警K由A/B兩個(gè)子條件組成，當(dāng)A條件觸發(fā)組合報(bào)警K后，主控以2Hz的頻率閃爍報(bào)警提醒操縱員，操縱員點(diǎn)擊確認(rèn)后，報(bào)警停止閃爍；若此時(shí)B條件觸發(fā)，則組合報(bào)警K將重新以2Hz的頻率閃爍，同時(shí)刷新報(bào)警時(shí)間，再次提醒操縱員組合報(bào)警中有其他子條件也觸發(fā)了，操縱員可以從組合報(bào)警的點(diǎn)詳細(xì)列表中獲取所有子條件的觸發(fā)信息。而綜合報(bào)警表現(xiàn)為，綜合報(bào)警K由條件A/B相或，條件A觸發(fā)綜合報(bào)警K后，條件B觸發(fā)不會(huì)導(dǎo)致綜合報(bào)警K重閃，報(bào)警時(shí)間為條件A觸發(fā)時(shí)間，僅有當(dāng)報(bào)警K恢復(fù)后，條件B才能重新觸發(fā)報(bào)警K。

1.1.2 KSN系統(tǒng)傳遞報(bào)警實(shí)現(xiàn)

三廢系統(tǒng)有獨(dú)立的計(jì)算機(jī)控制平臺(tái)KSN(三廢計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng))，KSN系統(tǒng)的報(bào)警機(jī)制與DCS系統(tǒng)一樣，通過在KSN系統(tǒng)定義數(shù)據(jù)庫(kù)、編輯邏輯組態(tài)，下裝KSN計(jì)算服務(wù)器與控制器，實(shí)現(xiàn)在三廢控制室的報(bào)警功能。

部分三廢系統(tǒng)的重要報(bào)警不僅要在三廢控制室顯示，也需要在主控同步顯示，所以設(shè)計(jì)了域間引用功能。DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)為一個(gè)域，KSN系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)為一個(gè)域，在各自的域創(chuàng)建一張域間引用表，兩域間引用表的點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，下裝至各自的網(wǎng)關(guān)與計(jì)算服務(wù)器，建立通訊橋梁。

KSN系統(tǒng)計(jì)算服務(wù)器在收到控制站發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)包后，通過兩系統(tǒng)各自的網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)包送給DCS系統(tǒng)計(jì)算服務(wù)器，DCS系統(tǒng)計(jì)算服務(wù)器根據(jù)數(shù)據(jù)包與數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)判斷是否觸發(fā)報(bào)警。

1.2 IC報(bào)警

IC報(bào)警是由控制器的功能塊根據(jù)采集的設(shè)備狀態(tài)信號(hào)，經(jīng)過功能塊內(nèi)部邏輯運(yùn)算，生成O/F報(bào)警狀態(tài)字，再將狀態(tài)字傳輸給計(jì)算服務(wù)器，由計(jì)算服務(wù)器判斷是否觸發(fā)IC報(bào)警，最后將報(bào)警結(jié)果傳輸至交互終端，顯示在IC報(bào)警列表中。

開關(guān)偏差報(bào)警：功能塊在未發(fā)出開關(guān)指令(RD/TD)的情況下，設(shè)備反饋信號(hào)(RP/TP)發(fā)生變化，功能塊O/F狀態(tài)字改變，產(chǎn)生開關(guān)偏差報(bào)警。比如，通風(fēng)閥門在鑒定時(shí)，為避免操作群控開關(guān)導(dǎo)致無(wú)關(guān)風(fēng)閥動(dòng)作，所以通常以強(qiáng)制信號(hào)的方式動(dòng)作風(fēng)閥，不是用功能塊發(fā)出指令，而風(fēng)閥的實(shí)際狀態(tài)又發(fā)生了變化，故此時(shí)產(chǎn)生開關(guān)偏差報(bào)警。

2 制定策略

2.1 工藝報(bào)警優(yōu)化策略

數(shù)據(jù)庫(kù)修改：通過修改數(shù)據(jù)庫(kù)AVI4/CAI等類型點(diǎn)的判斷值，改變報(bào)警觸發(fā)條件，比如修改AVI4點(diǎn)高一高二限值，新增或刪減CAI點(diǎn)的子條件。

組態(tài)修改：通過修改控制器程序頁(yè)的運(yùn)算公式，改變報(bào)警觸發(fā)邏輯。

組合修改：對(duì)于一些復(fù)雜的報(bào)警優(yōu)化，需同時(shí)修改數(shù)據(jù)庫(kù)與組態(tài)。另外KSN系統(tǒng)傳遞的報(bào)警，還需修改域間引用表。功能塊與計(jì)算服務(wù)器內(nèi)部算法為標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)文件，無(wú)法修改。

報(bào)警抑制：由于機(jī)組設(shè)計(jì)的報(bào)警數(shù)量非常龐大，報(bào)警抑制能夠快速地在大量的報(bào)警中篩選出有效信息，以便維護(hù)人員能夠正確判斷出故障原因[2]。比如高2報(bào)警抑制高1報(bào)警，系統(tǒng)隔離信號(hào)抑制系統(tǒng)報(bào)警，工況模式信號(hào)抑制無(wú)關(guān)的報(bào)警。在虛擬控制站增加報(bào)警抑制的邏輯，下裝虛擬控制器，虛擬控制器根據(jù)抑制邏輯，改變送往計(jì)算服務(wù)器的報(bào)警狀態(tài)字，計(jì)算服務(wù)器將報(bào)警從工藝列表轉(zhuǎn)移至抑制列表，信號(hào)流如圖1所示。

根據(jù)改動(dòng)的內(nèi)容，三種類型報(bào)警需選擇不同的策略，詳細(xì)分析如表1所示。

表1 策略分析

2.2 IC報(bào)警優(yōu)化策略

由于開關(guān)偏差報(bào)警約占IC報(bào)警一半以上，故本文僅針對(duì)開關(guān)偏差報(bào)警討論優(yōu)化策略：

手段1：將設(shè)備切為就地控制，將就地狀態(tài)信號(hào)引入功能塊引腳RLM(遠(yuǎn)程/就地切換端腳)；經(jīng)核實(shí)大部分設(shè)備的遠(yuǎn)方/就地狀態(tài)信號(hào)未上傳至DCS系統(tǒng)，無(wú)法通過此手段實(shí)現(xiàn)復(fù)位。

手段2：根據(jù)設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，重新發(fā)送一次相同指令，比如當(dāng)前狀態(tài)為“開”，再發(fā)送一次“開”指令；經(jīng)核實(shí)通風(fēng)閥通常是由群控開關(guān)實(shí)現(xiàn)，即一個(gè)開關(guān)控制多個(gè)風(fēng)閥，若重新發(fā)送開關(guān)指令，可能導(dǎo)致一個(gè)風(fēng)閥組里狀態(tài)不一致的風(fēng)閥誤動(dòng)，風(fēng)險(xiǎn)太大，不適用。

手段3：對(duì)功能塊的RES(復(fù)位端腳)端輸入脈沖信號(hào)，可復(fù)位偏差報(bào)警，不會(huì)導(dǎo)致設(shè)備動(dòng)作；可通過在畫面上制作專用的復(fù)位按鈕，由操縱員點(diǎn)擊復(fù)位按鈕產(chǎn)生脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)復(fù)位。

手段4：改變?cè)O(shè)備狀態(tài)，使反饋與指令一致；設(shè)備狀態(tài)需滿足實(shí)際運(yùn)行工作情況，為了復(fù)位報(bào)警改變?cè)O(shè)備狀態(tài)，不適用。

綜上所述，手段3是開關(guān)偏差報(bào)警復(fù)位的最優(yōu)方式。

3 實(shí)例展示

3.1 CRF719KA報(bào)警優(yōu)化

需求：機(jī)組滿功率運(yùn)行期間，由于CRF(循環(huán)水系統(tǒng))系統(tǒng)未投運(yùn)，故機(jī)組長(zhǎng)期存在CRF719KA/CRF722KA，報(bào)警非工藝異常引發(fā)的報(bào)警，而是系統(tǒng)狀態(tài)所致，無(wú)實(shí)際意義且影響機(jī)組狀態(tài)監(jiān)視，建議以CRF671VA的“關(guān)”信號(hào)代表CRF系統(tǒng)未投運(yùn)的狀態(tài)，作為CRF719KA/CRF722KA的報(bào)警抑制條件，即當(dāng)存在CRF671VA的“關(guān)”信號(hào)時(shí)，抑制CRF719KA/CRF722KA的觸發(fā)，當(dāng)CRF671VA的“關(guān)”信號(hào)消失后，報(bào)警正常觸發(fā)。

優(yōu)化：報(bào)警類型為單點(diǎn)報(bào)警，未涉及數(shù)據(jù)庫(kù)修改，需增加報(bào)警抑制條件，使用策略為報(bào)警抑制，在虛擬控制站增加報(bào)警抑制邏輯，下裝虛擬控制器即可。

當(dāng)CRF671VACP觸發(fā)時(shí)，CRF719KA/CRF722KA由工藝報(bào)警列表轉(zhuǎn)移至報(bào)警抑制列表。系統(tǒng)重新投入后抑制功能失效，工藝報(bào)警恢復(fù)原狀態(tài)。

圖2 報(bào)警抑制效果

3.2 TEP708KA報(bào)警優(yōu)化

需求：在TEP(硼回收系統(tǒng))002～007BA(液位箱)出口泵停運(yùn)、出口閥關(guān)閉的狀態(tài)下，存在TEP702KA(TEP002至004BA液位低或007PO故障)/TEP708KA(TEP 012至014PO，005至007BA故障)工藝報(bào)警，無(wú)提示意義且影響機(jī)組狀態(tài)監(jiān)視，建議優(yōu)化報(bào)警機(jī)制。

優(yōu)化：在TEP002～007BA出口泵停運(yùn)、出口閥關(guān)閉的狀態(tài)下，BA箱內(nèi)已至低液位，觸發(fā)液位低報(bào)警，該報(bào)警并非工藝異常所致，屬工藝狀態(tài)改變所致，需優(yōu)化。將原TEP002～004BA液位低直接觸發(fā)TEP702KA，優(yōu)化為液位低與上出口隔離閥未全關(guān)信號(hào)觸發(fā)TEP702KA；將原TEP005/006BA液位低直接觸發(fā)TEP708KA,優(yōu)化為液位低與上出口隔離閥未全關(guān)信號(hào)觸發(fā)TEP708KA；由于TEP007BA無(wú)出口隔離閥，則原液位低直接觸發(fā)TEP708KA，優(yōu)化為液位低與上TEP014PO未停運(yùn)信號(hào)觸發(fā)TEP708KA。

該報(bào)警在KSN系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)同時(shí)觸發(fā)，在DCS系統(tǒng)內(nèi)為組合報(bào)警，上游文件要求具有重閃功能，需修改DCS數(shù)據(jù)庫(kù)。在KSN系統(tǒng)內(nèi)為綜合報(bào)警，需修改KSN數(shù)據(jù)庫(kù)與邏輯組態(tài)。另外需修改域間引用表，將KSN新增數(shù)據(jù)點(diǎn)傳輸至DCS。

3.3 開關(guān)偏差報(bào)警優(yōu)化

需求：開關(guān)偏差報(bào)警由機(jī)械執(zhí)行防火風(fēng)閥試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生，因防火風(fēng)閥使用群控開關(guān)控制整個(gè)防火分區(qū)的風(fēng)閥，若使用群控開關(guān)動(dòng)作防火風(fēng)閥，則導(dǎo)致防火分區(qū)的所有防火風(fēng)閥同時(shí)動(dòng)作，導(dǎo)致系統(tǒng)引入較大的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)機(jī)組記錄的I0數(shù)量超過技術(shù)規(guī)范，機(jī)組需退狀態(tài)。所以防火風(fēng)閥試驗(yàn)由儀控強(qiáng)制風(fēng)閥開關(guān)繼電器指令，逐個(gè)動(dòng)作防火風(fēng)閥。因風(fēng)閥功能塊未接收到上游群控開關(guān)發(fā)出的控制指令，而就地閥門真實(shí)動(dòng)作，所以產(chǎn)生開關(guān)偏差報(bào)警。

優(yōu)化：涉及開關(guān)偏差報(bào)警的風(fēng)閥有200多個(gè)，以防火分區(qū)為原則，對(duì)每個(gè)防火分區(qū)的風(fēng)閥制作偏差復(fù)位按鈕，以DVC(通風(fēng)系統(tǒng))060/074/075/080/090VAF(通風(fēng)閥)開關(guān)偏差報(bào)警為例，在畫面中制作SFZ350KGR復(fù)位按鈕，將按鈕輸出引入DVC060/074/075/080/090VAF功能塊RES復(fù)位，通過SFZ350KGR同時(shí)復(fù)位DVC060/074/075/080/090VAF開關(guān)偏差報(bào)警。

4 應(yīng)用成果及經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)目對(duì)報(bào)警系統(tǒng)展開調(diào)研，分析報(bào)警觸發(fā)機(jī)制，針對(duì)長(zhǎng)期存在的工藝報(bào)警、IC報(bào)警，利用邏輯優(yōu)化、報(bào)警抑制等手段，定制優(yōu)化方案，實(shí)現(xiàn)報(bào)警“智能化”。

2020年已實(shí)施報(bào)警優(yōu)化項(xiàng)目20余項(xiàng)，4臺(tái)機(jī)組滿功率運(yùn)行期間報(bào)警數(shù)量保持在一個(gè)較低的數(shù)值。該優(yōu)化項(xiàng)目全程由某核電自行設(shè)計(jì)、組態(tài)、下裝，該項(xiàng)目在某核電1～4號(hào)機(jī)組實(shí)施以來(lái)，滿功率運(yùn)行期間工藝報(bào)警數(shù)量減少60%，IC報(bào)警數(shù)量減少40%，提高了運(yùn)行人員對(duì)機(jī)組異常的響應(yīng)能力，為機(jī)組的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行做出了貢獻(xiàn)。