核電廠報警抑制設(shè)計淺析

吳一謙 吳帝就 徐曉梅 詹林鈺 王延閣

(上海交通大學(xué)自動化系1，上海 200030;深圳中廣核工程設(shè)計有限公司2，廣東 深圳 518172)

0 引言

為了進(jìn)一步滿足標(biāo)準(zhǔn)《核電廠主控室的報警功能與顯示》［1］(NB/T 20027 -2010)中對報警精簡處理的要求，新一代核電廠報警設(shè)計引入了“報警抑制”設(shè)計理念。

新一代核電廠普遍采用的是數(shù)字化儀控系統(tǒng)，報警的數(shù)量與之前相比將增加不少。同時，數(shù)字化的報警顯示方式不如常規(guī)光字牌顯示方式直觀。數(shù)字化操縱員站一般為五屏配置，其中一個屏用于報警顯示，如果報警清單太長，超過一個屏的容量，部分報警將會被覆蓋，這將對操縱員處理報警產(chǎn)生不利的影響。為解決以上問題，避免因數(shù)字化報警清單太長而影響操縱員有效處理故障，對那些操縱員不必關(guān)注的報警，就有必要對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)摹耙种啤碧幚?，使其不出現(xiàn)在報警列表中，以減輕操縱員的負(fù)擔(dān)。這對降低操縱員的誤操作、提高操縱員處理故障和事故的效率、保證機(jī)組長期安全穩(wěn)定運行起到了重要的作用。

本文主要介紹報警抑制設(shè)計的目的、概念、分類以及設(shè)計原則，并通過工程實例分析報警抑制設(shè)計原理和方法。

1 報警抑制

1.1 報警禁止

為保證該報警信號有效且有意義，必須對產(chǎn)生該報警的信號進(jìn)行功能有效性確認(rèn)。當(dāng)一個信號無意義時，就應(yīng)該禁止該信號觸發(fā)報警，即報警禁止。報警禁止在DCS 系統(tǒng)的Level1 上實現(xiàn)。當(dāng)一個報警被禁止時，該報警所對應(yīng)的報警信號不會被送到DCS 的Level2 中去。因此，通過報警禁止不僅可以防止那些無意義的信號產(chǎn)生的報警對操縱員所造成的干擾，同時也可以減輕DCS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的負(fù)荷，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。如報警RRA501/502KA (RRA 流量低低/RRA流量低)僅在RRA 泵運行且RRA 入口閥開啟時才有意義。如果不滿足上述條件，RRA 流量低低/RRA 流量低報警將會在Level1 中被禁止觸發(fā)。報警禁止舉例如表1 所示。

表1 報警禁止舉例Tab.1 Example of alarm inhibition

1.2 報警抑制

在特定的運行工況下，當(dāng)一個報警信號已經(jīng)產(chǎn)生并送入DCS 系統(tǒng)，但該報警此刻顯示的信息操縱員并不需要關(guān)注(報警列表中需要顯示與當(dāng)時工況下需關(guān)注的報警信息)，就可以對該報警作抑制處理，使該報警不顯示在“報警列表”，而是顯示在“被抑制報警列表”中。當(dāng)一個被抑制的報警產(chǎn)生或消失時，操縱員無需確認(rèn)和采取行動，DCS 系統(tǒng)也不會給操縱員任何提示信息(閃爍或發(fā)聲)，但操縱員可以在“被抑制報警列表”中找到該報警及相關(guān)信息。這樣就能做到有用的報警顯示給主控操縱員，無用的被過濾掉，從而降低操縱員的負(fù)擔(dān)，提高操縱員處理故障和事故的效率。

報警抑制與報警禁止的區(qū)別在于:被抑制的報警信號仍被送入DCS Level2，只不過該報警不在“報警列表”中出現(xiàn)，而是在“被抑制報警列表”中;被禁止的報警信號是不會被送入DCS Level2，因此也不會產(chǎn)生報警。

2 報警抑制的分類

根據(jù)核電工程設(shè)計經(jīng)驗，可以將報警抑制分為以下幾類:

(1)運行工況報警抑制。

(2)被其他信號抑制，包括:①多閾值報警抑制;②因果報警抑制;③綜合報警抑制;④公用機(jī)組報警抑制。

(3)設(shè)備隔離報警抑制。

3 運行工況報警抑制

運行工況報警抑制設(shè)計樣例如表2 所示。表2中，0 表示報警在該工況下需被抑制，1 表示報警在該工況下不抑制。

DCS 系統(tǒng)可以根據(jù)當(dāng)前機(jī)組運行參數(shù)和計算邏輯實時、自動計算當(dāng)前機(jī)組運行工況，同時操縱員也可以手動選擇當(dāng)前機(jī)組所處的工況。對每個報警必須定義在不同運行工況下報警是有效(不能被抑制)還是無效(被抑制)。當(dāng)報警出現(xiàn)時，如果該報警在DCS 系統(tǒng)自動計算出來的當(dāng)前電站運行工況(簡稱計算工況)或者操縱員手動選擇的工況(簡稱選擇工況)下有效，則該報警將出現(xiàn)在“報警列表”中;如果在計算工況和選擇工況下都無效，則該報警出現(xiàn)在“被抑制報警列表”中;當(dāng)計算工況為“未定義工況”時，報警都出現(xiàn)在“報警列表”中。

每一個可能被抑制的報警要按照實施流程逐一過濾，對于最后確定要被抑制的報警至少需要經(jīng)過“DOS-OTS -設(shè)備人身安全-機(jī)組可用率相關(guān)-運行經(jīng)驗反饋”五個環(huán)節(jié)。①在當(dāng)前運行工況下，與DOS 規(guī)程相關(guān)的任何報警都不允許抑制;②在當(dāng)前運行工況下，運行技術(shù)規(guī)范(OTS)中規(guī)定的系統(tǒng)/設(shè)備的報警都不抑制;③在當(dāng)前工況下，與人身安全/設(shè)備相關(guān)的系統(tǒng)報警也不抑制;④在當(dāng)前運行工況下，與機(jī)組可用率相關(guān)的系統(tǒng)/設(shè)備的報警也不抑制;⑤不屬于以上幾類的，還需要考慮運行經(jīng)驗反饋，根據(jù)經(jīng)驗反饋判斷是否屬于不能抑制的報警。

如在維修冷停一回路小開口、維修冷停一回路充分打開、換料冷停堆(RCS)和反應(yīng)堆完全卸料工況(RCD)下，對控制棒故障報警進(jìn)行抑制，由于在上述工況下，控制棒已根據(jù)規(guī)程要求落入堆底部，操縱員不需關(guān)注這些報警。這時在報警屏的“報警列表”中將不會出現(xiàn)這些報警。如果這些報警觸發(fā)了，操縱員可以在“被抑制報警列表”中找到被抑制報警信息。

又如穩(wěn)壓器液位報警，在反應(yīng)堆完全卸料工況下，一回路已打開，此時穩(wěn)壓器已停止工作并排空［2］。因此，在上述工況下，穩(wěn)壓器相關(guān)的報警也將被抑制。

表2 運行工況報警抑制設(shè)計表Tab.2 Design table of alarm suppression for operating conditions

續(xù)表2

4 被其他信號抑制

一個報警可以被其他的開關(guān)量信號所抑制，因此對每個報警，都應(yīng)考慮是否可能被其他信號所抑制。同時，在進(jìn)行報警抑制設(shè)計時應(yīng)該避免報警的循環(huán)抑制，如A 報警抑制B 報警，B 報警抑制C 報警，C 報警抑制A 報警。根據(jù)抑制信號和被抑制信號之間的關(guān)系，報警被其他信號抑制可以分為三類:多閾值報警抑制、因果報警抑制、綜合報警抑制。

4.1 多閾值報警抑制

對多閾值的報警，兩個相關(guān)聯(lián)的限值報警形成“抑制”關(guān)系。例如當(dāng)?shù)偷蛨缶l(fā)生時，低報警會被抑制，即低報警會從“報警列表”中轉(zhuǎn)移到“被抑制報警列表”中，同時低低報警出現(xiàn)在“報警列表”中;當(dāng)?shù)偷蛨缶r低報警又會自動從“被抑制報警列表”中回到“報警列表”中，低低報警和低報警不會同時出現(xiàn)在“報警列表”中。

如穩(wěn)壓器設(shè)計有兩個相關(guān)聯(lián)的液位低報警:穩(wěn)壓器液位低低報警跟穩(wěn)壓器液位低低低報警。當(dāng)穩(wěn)壓器液位低低低報警出現(xiàn)時，穩(wěn)壓器液位低低報警即可被抑制。

又如主泵震動設(shè)計有兩個相關(guān)聯(lián)的震動高報警:主泵震動高報警和主泵震動高高報警。當(dāng)主泵震動高高報警出現(xiàn)時，主泵震動高報警即可被抑制。多閾值報警抑制設(shè)計樣例如表3 所示。

表3 多閾值報警抑制設(shè)計表Tab.3 Design table of multi-threshold alarm suppression

對于核電廠重要參數(shù)，一般會根據(jù)嚴(yán)重等級設(shè)計多個閾值報警，而多閾值報警抑制規(guī)則簡單明確、可操作性強(qiáng)，因此多閾值報警抑制在目前核電廠設(shè)計過程中被廣泛應(yīng)用。

4.2 原因-后果報警抑制

原因-后果報警抑制是為了防止出現(xiàn)雪崩式的報警。例如，LHA 的喪失會觸發(fā)“LHA LOSS”報警，并且觸發(fā)在眾多系統(tǒng)中超過100 個的其他報警(因為有很多的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器的電源都是由LHA 提供的)，因此“LHA LOSS”報警應(yīng)該抑制這些報警。這類報警抑制至少包括以下三種情況:

①電源喪失報警必須抑制由此電源消失而產(chǎn)生的其他相關(guān)報警;

②壓縮空氣喪失報警必須抑制由此壓縮空氣喪失而產(chǎn)生的其他相關(guān)報警;

③熱阱喪失報警必須抑制由此熱阱喪失而產(chǎn)生的其他相關(guān)報警。

如當(dāng)控制棒控制電源喪失時，控制棒落入堆芯底部，導(dǎo)致中子通量變化大報警。通過上述描述可知，中子通量變化大報警的原因是控制棒控制電源喪失，因此，電源喪失報警可抑制中子通量變化大報警。

4.3 綜合報警抑制

綜合報警是指多個故障同時出現(xiàn)時產(chǎn)生的報警。每個故障都有單獨的報警與之對應(yīng)，僅當(dāng)這些故障同時發(fā)生時才產(chǎn)生綜合報警。對于這種綜合報警，它應(yīng)該抑制構(gòu)成該綜合報警的各分報警。如“失去A/B列冷卻器(SEC021KA)”報警是由“RRI001/003RF 故障(SEC013KA )”報 警 和“RRI002/004RF 故 障(SEC014KA)”報警構(gòu)成的，那么當(dāng)報警“失去A/B列”出現(xiàn)時，就應(yīng)該抑制“RRI001/003RF 故障”報警和“RRI002/004RF 故障”報警。綜合報警抑制設(shè)計樣例如表4 所示。

表4 綜合報警抑制設(shè)計表Tab.4 Design table of comprehensive alarm suppression

4.4 公用機(jī)組報警抑制

兩個機(jī)組的公用報警可以送兩個機(jī)組，但為了避免兩個機(jī)組的操縱員同時處理該報警而造成的操作沖突問題，設(shè)計了專門的選擇開關(guān)999KG，對公用機(jī)組報警進(jìn)行管理。

如當(dāng)8LBG999KG 開關(guān)置為1 時，該公用系統(tǒng)所有的報警將統(tǒng)一在1 號機(jī)主控室顯示，并由該機(jī)組操縱員監(jiān)視并處理。這部分報警在2 號機(jī)主控室將被抑制，2 號機(jī)主控室將不顯示該系統(tǒng)的報警信息，從而減少兩個機(jī)組操縱員同時處理相關(guān)報警所造成的沖突，也減輕了2 號機(jī)組主控室操縱員的工作負(fù)荷。公用機(jī)組報警抑制設(shè)計樣例如表5所示。

表5 公用機(jī)組報警抑制設(shè)計表Tab.5 Design table of common unit alarm suppression

5 設(shè)備隔離報警抑制

當(dāng)一個工藝設(shè)備被隔離時，該隔離狀態(tài)可以在畫面上體現(xiàn)出來(如改變該工藝設(shè)備的顏色)，同時由該工藝設(shè)備所產(chǎn)生的信號都會被標(biāo)志為隔離狀態(tài)。此外，設(shè)計者應(yīng)分析該設(shè)備相關(guān)的報警是否需要進(jìn)行抑制處理。

當(dāng)一個工藝設(shè)備被隔離時，該工藝設(shè)備的儀控故障會被DCS 系統(tǒng)自動抑制，該儀控故障僅出現(xiàn)在“被抑制報警列表”中;而該設(shè)備相關(guān)的功能性報警不會被DCS 系統(tǒng)自動抑制，而需要設(shè)計者分析并列出該設(shè)備隔離時應(yīng)抑制的報警清單。DCS 系統(tǒng)將設(shè)備隔離狀態(tài)作為抑制信號抑制相關(guān)報警。

如當(dāng)水箱被隔離時，該水箱相關(guān)的工藝報警(如水位低報警、水位高報警)可以被抑制。

6 結(jié)束語

報警抑制設(shè)計是一種成熟可靠的技術(shù)，在國際國內(nèi)核電領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用。在國內(nèi)核電廠實際應(yīng)用過程中，以安全、偏保守為原則開展報警抑制設(shè)計工作。隨著報警抑制設(shè)計在國內(nèi)核電廠的應(yīng)用以及運行經(jīng)驗的積累，相信報警抑制理念將會在后續(xù)核電廠設(shè)計中得到更為廣泛的應(yīng)用和完善，從而進(jìn)一步滿足《核電廠主控室的報警功能與顯示》［1］(NB/T 20027 -2010)標(biāo)準(zhǔn)中對報警精簡處理的要求。

［1］ NB/T 20027 - 2010 核電廠主控室的報警功能與顯示［S］.2010.

［2］ 濮繼龍. 大亞灣核電站運行教程［M］. 北京:原子能出版社，1998:436 -438.