某核電廠非安全級控制系統質量位風險分析及優(yōu)化

楊東升

摘 要：本文對核電廠非安全級控制系統中的輸入信號進行分析，并且結合電廠系統配置進行功能塊劃分，同時根據質量位所涉及的模擬圖和邏輯圖對核電廠非安全級控制系統存在的潛在風險進行改進，旨在降低機組因非安全級控制系統質量位出現而導致重要系統設備誤動發(fā)生概率，從而提高機組運行可靠性。

關鍵詞：非安全級控制系統;質量位;風險分析

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）04-0036-02

Quality Signal Risk Analysis and Optimization of Nuclear

Power Plant Non-safety Control System

YANG Dongsheng

（Fujian Fuqing Nuclear Power Co.， Ltd.，Fuqing Fujian 350300）

Abstract： In this paper， the input signal in the non-safety level control system of nuclear power plant was analyzed， and the functional block was divided according to the configuration of the power plant system. At the same time， the potential risk of the non-safety level control system of the nuclear power plant was based on the simulation diagram and logic diagram involved in the quality level. Improvements were made to reduce the probability of misoperation of important system equipment caused by the presence of non-safety level control system quality， thus improving the operational reliability of the unit.

Keywords： non-safety level control system;quality bit;risk analysis

核電廠一般采用DCS數字化控制系統對生產過程進行控制，而質量位問題非常容易引起機組停機或停堆，這對電廠安全性和經濟性產生了巨大影響。所以，對核電廠控制系統質量位設計進行潛在風險分析和優(yōu)化，尤其是對不涉及反應堆保護的非安全級部分進行改進具有重要意義。

1 核電廠非安全級控制系統質量位背景介紹

數字化控制系統中，對輸入開關量和模擬量等信號進行有效性判斷稱之為質量位。所有影響現場工況測量以及影響測量有效性的問題均會觸發(fā)輸入量“無效”判定。當質量位觸發(fā)時，會觸發(fā)三種功能。

1.1 相關控制至手動模式

當儀表失效質量位觸發(fā)時，與該儀表相關的控制設備將自動切至手動模式。

1.2 引入缺省值

當儀表失效時，為了保證系統處于安全狀態(tài)，會將該儀表在邏輯控制中的輸入值直接賦予“0”或“1”，該被賦予的“0”或“1”被稱為缺省值[1]。

1.3 邏輯退化

在核電廠控制中，一般采用2/4、2/3和1/2等邏輯表決形式。當儀表失效時，要考慮誤動率與拒動率問題。反應堆保護系統退化原則為2/4→2/3→1/2→直接觸發(fā)。

2 核電廠DCS系統質量位潛在風險分析及優(yōu)化

當質量位觸發(fā)時，按原設計切換為手動模式，從而引入缺省值。如果切換為手動模式時未及時提醒操作員，將導致工藝系統控制持續(xù)偏離惡化;若缺省值不恰當，也會導致發(fā)生較大擾動;若發(fā)電機冷氫溫度控制質量位出現后，關閉冷卻控制閥，將導致發(fā)電機冷卻功能失效。結合電廠實際運行過程中因非安全級控制系統質量位導致的異常情況，有必要對質量位原設計配置進行風險分析及優(yōu)化。

某核電廠DCS非安全級控制系統使用的是IA平臺，系統內設置了近6 000個信號質量位。具體分析思路如下：①對質量位進行分類，根據質量位設計的模擬圖與邏輯圖分析質量位合理性，根據潛在風險提出改進措施;②分析過程中借鑒同行電廠相關經驗，非安全級控制系統質量位按常規(guī)島部分、汽輪發(fā)電機組部分以及循環(huán)水CRF系統進行風險分析及優(yōu)化。

2.1 常規(guī)島部分控制系統質量位分析及優(yōu)化

根據系統邏輯圖和模擬圖，常規(guī)島部分非安全級控制系統質量位分析及優(yōu)化工作包括除氧器液位控制、低高壓給水加熱器控制和蒸汽汽水分離再熱器控制。

以除氧器液位控制為例，其中3個液位計信號質量位原設計方案如下：①該組3個液位信號質量位出現2個，則觸發(fā)除氧器水位低值，需立即跳轉為主給水泵;②該組3個信號質量位出現2個，并且除氧器水位達到高值時，應關閉除氧器抽汽閥和進水閥等;③該組3個信號質量位出現3個，則除氧器水位控制需切換為手動模式，并觸發(fā)報警;④單一信號質量位出現時，僅產生報警。

根據原設計，當除氧器液位計有兩個質量位出現時，跳轉為主給水泵，從而保護除氧器抽汽閥和進水閥，此時反應堆不可能避免地會受到蒸汽發(fā)生器供水不足而出現停堆或停機情況。從反應堆保護角度來看，除氧器液位計故障會觸發(fā)質量位而導致停堆。質量位邏輯刪除后，除氧器兩個液位計發(fā)生故障時，無法自動停止主給水泵，但當前已設計有泵停運位置反饋，并且任一信號質量位觸發(fā)時都會產生報警，操縱員可以及時發(fā)現除氧器液位計異常，從而采取相應措施。

原設計中，該組3個信號質量位出現3個觸發(fā)除氧器水位，此時控制方式切換為手動模式，并觸發(fā)報警。該設計在除氧器液位計發(fā)生故障時，除氧器水位會保持在故障發(fā)生前一刻的狀態(tài)，可將故障對系統的影響降到最小，并且觸發(fā)報警提醒，操作員作出響應。單一信號質量位出現時，僅產生報警。上述兩個邏輯設計合理，未對系統產生潛在風險，故保持不變。

綜上所述，對常規(guī)島部分非安全級控制系統質量位優(yōu)化的原則為刪除相應質量位保護邏輯功能，對質量位參與調節(jié)的功能設置保持不變。

2.2 汽輪機部分控制系統質量位優(yōu)化

根據系統邏輯圖和模擬圖分析，汽輪機部分非安全級控制系統質量位分析及優(yōu)化系統包括汽輪機潤滑油系統、汽輪機安全油系統、汽輪機調節(jié)系統和發(fā)電機氫氣冷卻系統。

針對汽輪機潤滑油系統過濾器壓差控制，其質量位原設計方案為該組3個壓差信號質量位出現2個，則導致停機;單一信號質量位出現時，則產生報警。從汽輪機保護角度分析，結合同行電廠實踐經驗，該設置停機誤動率高，且汽輪機潤滑油壓力和流量正常時即可保證汽機安全運行。因此，取消汽輪機潤滑油過濾器壓差質量位跳機邏輯設置。但為了能及時發(fā)現過濾器壓差信號異常情況，保留單一信號質量位出現時產生報警設置。

針對發(fā)電機氫氣冷卻系統溫度控制，其2個溫度信號質量位原設計方案為該組2個溫度信號質量位同時觸發(fā)時，關閉冷卻閥門，并觸發(fā)報警。原設計在質量位觸發(fā)時，若關閉冷卻閥門，將導致發(fā)電機冷卻功能失效;若人員未及時響應，則會因發(fā)電機氫氣溫度升高停機。因此，修改質量位邏輯，改為當2個信號質量位同時觸發(fā)時，打開冷卻閥門，并觸發(fā)報警。

綜上所述，對汽輪機部分非安全級控制系統質量位優(yōu)化的方案為：刪除相應質量位保護邏輯功能，將質量位參與調節(jié)的功能改為有利于機組運行穩(wěn)定的功能。

2.3 循環(huán)水CRF系統質量位優(yōu)化

循環(huán)水CRF系統功能是向凝汽器提供冷卻海水，并將熱量排入海水。所以循環(huán)水泵運行是否安全可靠，是保證系統功能得以實現的關鍵。

對CRF泵邏輯圖進行分析可知，原設計中有大量質量位跳泵信號。以CRF泵電機繞組U相溫度為例，其質量位原設計方案為該組3個溫度信號質量位出現2個，則觸發(fā)泵電機繞組溫度升高，同時觸發(fā)循環(huán)水泵跳泵;若該組任一溫度信號質量位出現，則使該組電機繞組溫度升高，停泵邏輯從2/3降級至1/2;任一溫度信號質量位觸發(fā)時，不會產生質量位相關報警。

為了提高CRF系統運行可靠性，進而提高整個機組可靠性，需要降低誤停泵概率，并及時發(fā)現信號觸發(fā)質量異常。修改后的方案如下：①修改質量位缺省值，將該組3個溫度信號質量位缺省值修改為0，質量位出現后，該組信號不會參與觸發(fā)CRF泵電機，避免繞組溫度升高，從而避免誤跳泵;②修改質量位降級邏輯，該組任一溫度信號質量位觸發(fā)時，該組電機繞組溫度升高，停泵邏輯從2/3降級至2/2;③增設質量位報警，任一溫度質量位信號出現時，即觸發(fā)對應報警系統。

綜上所述，循環(huán)水CRF系統質量位優(yōu)化方案為取消所有循環(huán)水泵2/3和1/1質量位邏輯，質量位出現后，缺省值設置為零，并增設質量位報警。

3 結論

本文根據電廠控制系統實際情況，按照邏輯圖和模擬圖分析了非安全級控制系統基本構成與優(yōu)化對策。目前，單臺機組共梳理分析了106項非安全級控制系統質量位信號，并根據各個系統質量位觸發(fā)邏輯以及同行電廠經驗反饋制定了相應的優(yōu)化措施。通過這些質量位優(yōu)化工作，有效降低了機組重要系統設備誤動風險，提高了機組運行可靠性。

參考文獻：

[1]張宇，黃道.I/A Series系統在石化空氣分離車間中的應用[J].中南工業(yè)大學學報（自然科學版），2003（z1）：259-263.