交叉監視控制功能在CPR1000核電站的應用

宋永彬

(中廣核工程有限公司，廣東 深圳　518124)

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交叉監視控制功能在CPR1000核電站的應用

宋永彬

(中廣核工程有限公司，廣東 深圳518124)

摘要：在CPR1000核電站中，為滿足操作員觀察、操作的需要，在DCS中使用了交叉監視和控制功能。這部分功能的信號具有涉及多系統、多類別、跨機組的特點，相關儀控工程師并不能很好地應用這些功能。通過對六臺機組的數據和工程內容進行整理、分析，并結合DCS平臺的特性，對這類功能信號進行了總結和歸納，為核電站儀控工程師處理日常工作提供幫助，也能提高排查現場問題的效率。

關鍵詞：核電站主控室儀控系統數字化DCSPLC安全級

0引言

隨著計算機等數字化技術的發展，核電站逐漸采用先進的數字化技術DCS或PLC來取代傳統的模擬技術設計儀控系統。我國首先將西門子的DCS平臺TXS+TXP應用于田灣核電站，并設計了儀控系統[1]；隨后在嶺澳二期、紅沿河、寧德、福清等核電項目中也全部采用了數字化技術。

核電站的儀控系統一般分為安全級和非安全級兩大部分，安全級儀控系統主要用于保證核電站的安全控制功能[2]，其余部分由非安全級儀控系統承擔。

本文基于CPR1000核電機組使用的集散式控制系統 (DCS)[3]——MACS VI非安全級儀控平臺，分析研究了核電站單元機組間信號交叉監視控制功能的技術應用方案，為我國核電站儀控系統人員在處理類似問題時提供借鑒。

1交叉監視控制功能要求和應用分類

根據核電站實際工藝系統中的功能需要，操作員不僅要對本機組的設備進行監視或控制，還要對其他機組的設備進行監視或控制，以達到使操作員充分了解工藝系統中設備狀態的目的，為操作員作出正確判斷提供幫助。這些工藝系統設備[4]主要集中在通風系統，也涉及電廠輻射監視系統、水壓試驗泵汽輪發電機組、核島排氣和輸水系統、設備冷卻水系統、廢氣處理系統等設備。

交叉監視控制功能主要分為兩大類。

(1)雙機組僅須進行監視：

①兩個機組同時顯示的信號;

②單機組的設備在公共機組畫面中顯示；

③公共機組的信號。

(2)雙機組都有對設備進行控制的需要：

①指令類；

②設備類。

2不同類型交叉監視控制功能的應用分析

2.1MACS VI域間引用功能的簡介

MACS VI平臺中，一個機組的儀控系統被轉化為一個域，不同機組分屬在不同的域中。例如1號機組和2號機組的非安全級儀控系統分屬MACS VI平臺中不同的域，兩個域之間可以通過通信接口[5]進行數據交換，如圖1所示。

圖1　 MACS VI域間引用示意圖Fig.1　Schematic diagram of MACS VI inter-domain quote

2.2雙機組僅需要進行監視

2.2.1兩個機組同時顯示的信號

信號分屬于不同機組，但是卻要由兩臺機組同時能夠觀察到信號狀態。

以1號機組1DVN057KS和2號機組2DVN057KS兩個信號為例，其目的是對碘吸附器或電熱器的溫度進行監視。這兩個信號一個屬于1號機組設備狀態顯示，另一個屬于2號機組設備狀態顯示，但是1號機組和2號機組在各自的主控室[6]屏幕上都要能夠觀察到這兩組設備的狀態信號，即1號機組主控室屏幕也可以看到1DVN057KS和2DVN057KS信號、2號機組主控室屏幕也可以看到1DVN057KS和2DVN057KS信號。

通過MACS VI平臺的域間引用功能，可實現相應信息在各自機組主控室畫面的顯示，即在數據庫[7]的DGI表中按照格式將兩個信號的信息填寫進去，后續通過數據導入、平臺工程編譯、下裝[8]等MACS VI平臺儀控操作手段即可實現上述功能。實現方案如圖2所示。

圖2　兩個機組同時顯示的信號實現方案示意圖Fig.2　Signals for realizing two units displaying at the same time

2.2.2單機組信號在公共機組顯示

此類設備僅屬于單臺機組，但是卻要兩臺機組都可以觀察到此設備的狀態信息。

例如3DVN035ZV是3號機組設備，在3號機組主控室屏幕中可以監視此設備狀態。由于此設備不屬于4號機組，原本4號機組是不會采集此設備狀態的，也就是說在4號機組主控室是不會顯示此設備狀態。但是由于工藝系統和操作員監視的需要，此設備狀態也要在4號機組主控室屏幕中顯示，并且顯示的信息要與在3號機組主控室上顯示的信息一致。設計方將此信號放在了公共機組畫面中(8DVN001YCD)，以滿足這種需要。

對于MACS VI平臺，實現上述功能的方案如下。

①由于3DVN035ZV是3號機組設備，所以，在3號機組中正常組態，與其他設備狀態采集方案一樣。

②將3號機組組態方案頁中使用的算法塊名稱復制到4號機組數據庫中，須將設置改成0號站調用(即4號機組服務器調用)。

③在4號機組中的公共機組畫面調用已經在4號機組數據庫內設置完成的3DVN035ZV信息(步驟②中已經完成)，并完成下裝。

經過上述步驟，即可實現在4號機組主控室上顯示3號機組設備3DVN035ZV狀態的功能。

2.2.3公共機組的信號

核電站儀控系統中的所謂公共機組是一種機組編碼，并沒有實體反應堆與之對應，而是包含了幾個實際工藝系統的統稱。為方便儀控數據的統一管理，MACS VI平臺分配了相應的儀控控制站，以實現對公共機組的數據和設備進行采集、控制。

例如三廢系統就是兩臺機組共用一套(例如1號機組和2號機組共用一套三廢系統)，在儀控系統中將此歸結為公共機組(9號機組)中的一部分。

這類工藝系統是由兩臺機組共用，那么兩臺機組就要對其狀態進行監視。基于上述兩種交叉監視的方案，這部分信號的監視功能實現方案就較為容易理解，即：將9號機組的信號、邏輯的信息在1號機組內正常組態(等價于1號機組中工藝系統設備儀控功能實現方法)，在2號機組內只要將1號機組數據庫中對應信息復制到2號機組數據庫中，同時將工藝系統對應的畫面信息填寫清楚，完成編譯下裝即可。

2.3雙機組都有對設備進行控制的需要

當兩個機組都可以對一個設備進行控制，為避免兩臺機組同時發出設備控制命令，使設備發生偏離預期控制要求的情況，必須先指明當前時刻可以對哪一臺機組進行控制，同時無法對另外一臺機組進行控制。例如：1號機組主控室與2號機組主控室都可以對設備A進行控制。當1號機組主控室對設備A有操作需求的時候，要先核實是否有操作權限：如果有，則可以直接操作并且操作成功；如果沒有操作權限，則設備A當前僅能在2號機組主控室進行操作，或是等待2號機組主控制室將對設備A進行操作的權限切換至1號機組主控。

2.3.1指令類

此類指令要求不受被控制設備所屬機組限制，可以在兩臺機組的任一一臺機組中輸出，實現對設備的控制。

例如3DVN007KG是用來控制3DVN007ZV動作的指令按鈕，3DVN007KG按鈕在畫面8DVN001YCD中。由于此設備專屬于3號機組，可以接收3號機組主控室的控制指令；控制按鈕所在畫面是8DVN001YCD，屬于公共機組畫面，這就要求在4號機組主控室中也可以對3DVN007ZV進行控制。

在MACS VI平臺中，實現上述功能的方案如下。

①在3號機組中正常實現控制功能的相關要求，通過編譯后下裝至公共機組所在的控制站中；

②在4號機組中復制3號機組數據庫信息，將該設備所屬控制站號設置修改為0號站，編譯后下裝；

③在4號機組中將公共機組畫面調用4號機組數據庫中3DVN007KG信息，并完成下裝。

經過上述步驟，即可實現在4號機組主控室上通過8DVN001YCD中3DVN007KG對3號機組設備3DVN007ZV進行控制的功能。

2.3.2設備類

此類設備要求在本機組主控室，通過本機組專屬畫面，對專屬于另外一個機組的設備進行控制。

例如4RPE024PO是專屬于4號機組的就地設備，設備控制信息在4RPE002YCD和3RPE002YCD中均存在，這就要求3號機組和4號機組都可以對此設備進行控制。對于3號機組而言，此功能就是在3號機組主控室的3號機組的畫面中對4號機組的設備進行控制。

此部分設備控制實現方案與“指令類”的實現方案區別在于：“指令類”中提及的按鈕在公共機組的畫面上，而公共機組的畫面是3號機組和4號機組均可使用的。而此類設備信息在各自機組專屬的畫面上，即：4RPE002YCD屬于4號機組專有畫面，3RPE002YCD屬于3號機組專有畫面。

此類設備的實現方案與之前介紹的幾種方案相比，較為復雜：

①3號機組和4號機組均按照此設備為本機組設備，實現數據庫和方案頁組態的工作；

②3號機組在實行方案頁組態工作時，須注意將方案頁中體現畫面上指令操作的信號送到4號機組；

③4號機組在實行方案頁組態工作時，須注意將方案頁中的算法塊輸出信號和第二步由3號機組送過來的信號作一個“或”邏輯輸出。

經過上述步驟，即可實現在3號機組主控室上通過3RPE002YCD對4號機組設備4RPE024PO控制的功能。交叉監視設備類功能實現如圖3所示。

圖3　交叉監視設備類功能實現示意圖Fig.3　Implementation of the functions of equipment class for cross monitoring

3結束語

核電站系統設備的監視和控制對核電站的安全性和經濟性至關重要，交叉監視控制功能的應用無疑為電站系統設備的有效控制增加了一層保障。本文通過對交叉監視控制功能的應用分析和梳理，總結了五類情況，希望這些內容可以為核電站儀控系統人員提供一些參考。

參考文獻：

[1] 周海翔.田灣核電廠TXP/TXS系統的數據通訊[J].核動力工程，2006(6)：67-70.

[2] 姚萬業,鄭偉智,侯軍委.APWR安全級儀控系統通信應用淺析[J].自動化儀表，2014(5)：47.

[3] 王翠芳,任永忠.DCS 在核電站通風系統中的應用[J].自動化儀表,2010,31(1): 26-29.

[4] 廣東核電培訓中心.900MW壓水堆核電站系統與設備 [M].北京：原子能出版社,2005.

[5] 翟偉翔,蘇適.火電廠分散控制系統數據通信接口[J].自動化儀表,2011,32(10): 21-24.

[6] 楊大新.核電廠主控室數字化人機界面中信息顯示對人因失誤的影響及信息布局的實驗優化[D].衡陽：南華大學,2011.

[7] 韓慶蘭.數據庫技術[M].長沙：湖南科學技術出版社,2001.

[8] 韓超,劉曉宇,馬永光,等.通用DCS組態平臺的設計與開發[J].熱力發電,2012,41(1):16-20.

中圖分類號：TH-39;TP273

文獻標志碼：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201607015

Application of the Function of Cross Monitoring and Control in CPR1000 Nuclear Power Plant

Abstract：In order to meet the needs for observation and operation of operators in CPR1000 nuclear power plant,the function of cross monitoring and control is used in DCS.The signals of this function are involving multiple systems,multiple categories and cross-unit.The related I&C engineers are unable to use the function very well.Through sorting out and analyzing the data and engineering contents of six units,and combining with the characteristics of DCS platform,these functional signals are reviewed and summarized,thus the I&C engineers are assisted in their daily works,and the efficiency of troubleshooting field issues is also enhanced.

Keywords:Nuclear power plantMaster control roomI&C systemDigitizationDCSPLCSecurity level

修改稿收到日期：2015-09-22。

作者宋永彬(1985—)，男，2008年畢業于東北電力大學自動化專業，獲學士學位，工程師；主要從事核電方向的研究。