秦山核電廠主控室更新的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)踐

羅敬平，蒲曉彬，盛建華，宋 洋，陳子明

(中核核電運(yùn)行管理有限公司，浙江 海鹽 314300)

主控室是操縱員控制核電廠主要功能所必需的人機(jī)接口設(shè)施，使核電廠在正常和事故工況下安全有效地運(yùn)行，控制室分為主控制室及應(yīng)急控制室。因控制室盤臺(tái)及安裝基礎(chǔ)存在PSR弱項(xiàng)、部分安全設(shè)備不滿足1E級(jí)要求和技術(shù)過(guò)時(shí)等原因，秦山核電廠在第十八次換料大修期間實(shí)施了控制室盤臺(tái)改造項(xiàng)目。改造期間，新盤臺(tái)調(diào)試完成前主控室及應(yīng)控室不具備原設(shè)計(jì)功能，部分設(shè)備仍需保持運(yùn)行或備用狀態(tài)，以保障乏燃料池冷卻安全、電廠供電安全及消防安全，即改造期間的最小系統(tǒng)，以及需要保障電廠操縱員對(duì)機(jī)組的有效監(jiān)控與人員調(diào)度。作為中國(guó)大陸第一個(gè)實(shí)施主控室整體改造的項(xiàng)目，如何保證以上功能無(wú)可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)，也沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)過(guò)多方論證與溝通，通過(guò)對(duì)比最終安全分析報(bào)告第16章技術(shù)規(guī)格書的條款、電廠針對(duì)換料大修的安全管理程序，以及考慮電廠實(shí)際運(yùn)行需要，項(xiàng)目組識(shí)別并建立了主控室更新的最小系統(tǒng)，形成了一套系統(tǒng)性的工作方法，改造期間設(shè)置了臨時(shí)控制室。本文對(duì)主控室更新的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)踐進(jìn)行系統(tǒng)性的介紹，以便給其他電廠實(shí)施類似改造項(xiàng)目時(shí)做參考。

1 最小系統(tǒng)與設(shè)備的篩選

1.1 最小系統(tǒng)的篩選原則

最小系統(tǒng)的篩選基于以下原則執(zhí)行。

為降低因改造帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，主控室更新選取的窗口為堆芯無(wú)料期間，該工況作為分析需保持運(yùn)行及備用狀態(tài)設(shè)備的基礎(chǔ)。

為保證改造期間的系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)滿足電廠安全及正常運(yùn)行需求，另一方面因堆芯無(wú)料狀態(tài)下大部分系統(tǒng)可以停用，為降低臨時(shí)變更接線過(guò)程中引入的其他風(fēng)險(xiǎn)，改造期間需可用的系統(tǒng)與設(shè)備數(shù)量應(yīng)保持合理可行盡量少的水平，即最小系統(tǒng)。

1)最小系統(tǒng)需包含堆芯無(wú)料狀態(tài)下技術(shù)規(guī)格書中有可運(yùn)行性要求的系統(tǒng)與設(shè)備。

2)最小系統(tǒng)的設(shè)置需滿足電廠停堆核安全管理的相關(guān)要求。

3)最小系統(tǒng)的設(shè)置需滿足電廠實(shí)際運(yùn)行需要。

4)最小系統(tǒng)又分為在臨時(shí)控制室監(jiān)控和轉(zhuǎn)就地監(jiān)控，根據(jù)需要進(jìn)行進(jìn)一步篩選。

1.2 最小系統(tǒng)的篩選流程

(1)分析電廠技術(shù)規(guī)格書及其他安全管理文件，確定滿足核安全的最小系統(tǒng)設(shè)備

秦山核電廠在法規(guī)與制度方面對(duì)系統(tǒng)與設(shè)備可運(yùn)行性有硬性要求的有兩份文件，即《秦山核電廠最終安全分析報(bào)告第16章 技術(shù)規(guī)格書》與《停堆核安全管理(秦一廠)》。

嚴(yán)格來(lái)講，西屋技術(shù)規(guī)格書體系中堆芯無(wú)料狀態(tài)無(wú)對(duì)應(yīng)的適用模式，為保守起見，最小系統(tǒng)的梳理時(shí)認(rèn)為運(yùn)行限制條件適用范圍為“全部模式”或“燃料組件在燃料貯存池”相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)備均需保持可運(yùn)行性；堆芯無(wú)料期間需滿足的核安全功能有交流和直流電源、乏燃料池冷卻，最小系統(tǒng)的設(shè)置需滿足相關(guān)要求。

經(jīng)過(guò)梳理，以下由主控控制或監(jiān)視的系統(tǒng)需保持可運(yùn)行，以滿足堆芯無(wú)料狀態(tài)下的核安全要求，見表1。[1]

(2)從改造期間的實(shí)際電廠運(yùn)行需要進(jìn)行分析，確定其他需可用的系統(tǒng)設(shè)備

因?yàn)檫\(yùn)行電廠的特殊性，即使堆芯無(wú)料期間，仍有許多非安全相關(guān)設(shè)備需保持可用性，實(shí)際執(zhí)行時(shí)主要考慮了以下幾個(gè)方面的因素：

1)重要箱槽液位的監(jiān)視及重要地坑的排水系統(tǒng)，監(jiān)視及應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的因檢修工作或設(shè)備誤動(dòng)導(dǎo)致跑水事件；

2)因改造時(shí)間長(zhǎng)，常規(guī)島設(shè)備因執(zhí)行設(shè)備保養(yǎng)需投用的設(shè)備與監(jiān)視的參數(shù)；

3)為保證大修期間的檢修用電、電梯、廠房照明及需運(yùn)行的部分非安全功能系統(tǒng)的可用性，而需保持運(yùn)行的場(chǎng)內(nèi)配電系統(tǒng)；

4)廠房的通風(fēng)系統(tǒng)；

5)因主控室改造施工導(dǎo)致系統(tǒng)停用時(shí)間長(zhǎng)，為增加必須可用系統(tǒng)的冗余性，在無(wú)檢修工作的情況下，盡量保證廠內(nèi)外電源系統(tǒng)、備用海水系統(tǒng)、備用設(shè)備冷卻系統(tǒng)的可用性；

6)以上系統(tǒng)相關(guān)的參數(shù)及報(bào)警指示。

1.3 臨時(shí)控制室控制的系統(tǒng)與設(shè)備的確定

因臨時(shí)盤臺(tái)盤面空間及臨時(shí)電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可接I/O點(diǎn)數(shù)量的限制，需進(jìn)一步篩選布置在臨時(shí)盤臺(tái)及臨時(shí)電廠計(jì)算機(jī)的設(shè)備及信號(hào)，其他最小系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備及信號(hào)轉(zhuǎn)由現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員操作及監(jiān)視，篩選使用的原則如下：

(1)完全由就地控制的功能可實(shí)現(xiàn)性

根據(jù)原設(shè)計(jì)，部分設(shè)備僅能在主控盤臺(tái)實(shí)現(xiàn)其功能，不具備就地控制的條件，只能布置在臨時(shí)盤臺(tái)。例如220 kV線路開關(guān)的同期操作相關(guān)設(shè)備、01號(hào)廠房?jī)?nèi)消防水閥門等。

(2)各崗位協(xié)調(diào)操作的便捷性

部分設(shè)備的操作需要關(guān)注多個(gè)相關(guān)參數(shù)、根據(jù)參數(shù)變化及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，而就地不具備在操作地點(diǎn)集中監(jiān)視相關(guān)參數(shù)的條件，需要將其操作開關(guān)布置在臨時(shí)盤臺(tái)，需集中監(jiān)視的參數(shù)由臨時(shí)電廠計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。例如海水泵啟停時(shí)需要根據(jù)泵出口壓力、流量對(duì)其出口蝶閥開度進(jìn)行調(diào)整。

(3)設(shè)備及參數(shù)的重要程度性

雖然設(shè)備及參數(shù)完全可以在就地操作及監(jiān)視，但考慮到其重要性，出現(xiàn)異常后如不能及時(shí)確認(rèn)及響應(yīng)可能造成比較嚴(yán)重的后果，需要將其操作開關(guān)布置在臨時(shí)盤臺(tái)，參數(shù)的監(jiān)視由臨時(shí)電廠計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。如6 kV/380 V 各配電段的電壓、設(shè)備冷卻水波動(dòng)箱補(bǔ)水閥的控制等。[2]

2 最小系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)

雖然大部分設(shè)備本身具備就地操作功能，但需增設(shè)臨時(shí)控制室來(lái)實(shí)現(xiàn)重要設(shè)備參數(shù)的集中監(jiān)控，以降低人因事件，保障操縱員對(duì)電廠有效控制。

2.1 臨時(shí)控制室位置的確定

通過(guò)設(shè)置臨時(shí)控制室，作為主控室不可用期間的機(jī)組臨時(shí)運(yùn)行調(diào)度中心，以及布置實(shí)現(xiàn)臨時(shí)系統(tǒng)控制功能的臨時(shí)盤臺(tái)。本次改造時(shí)臨時(shí)控制室位置的確定基于以下因素：

1)因臨時(shí)盤臺(tái)的接線需從原主控盤臺(tái)轉(zhuǎn)接，臨時(shí)控制室的位置需考慮轉(zhuǎn)接線的便捷性；

2)臨時(shí)控制室的空間大小需滿足臨時(shí)盤臺(tái)及人員值班工位布置的需求；

3)臨時(shí)控制室應(yīng)盡可能靠近原主控室，便于當(dāng)班主控人員快速執(zhí)行主控室與臨時(shí)控制室的切換。

2.2 最小系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路

因臨時(shí)控制室僅為供改造期間臨時(shí)使用，設(shè)計(jì)時(shí)采用以下標(biāo)準(zhǔn)：

1)臨時(shí)盤臺(tái)、機(jī)柜及設(shè)備的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為抗震二類；

2)設(shè)計(jì)中考慮人機(jī)接口和人因工程，標(biāo)準(zhǔn)與正式盤臺(tái)一致，如的確因空間所限導(dǎo)致無(wú)法滿足標(biāo)準(zhǔn)，須經(jīng)設(shè)計(jì)院及運(yùn)行人員共同評(píng)價(jià)認(rèn)可；

3)設(shè)計(jì)院對(duì)臨時(shí)控制室的通風(fēng)、照明、防靜電等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)、評(píng)估。

臨時(shí)控制室布置4個(gè)值班工位，因改造導(dǎo)致主控室不可用期間機(jī)組運(yùn)行調(diào)度中心轉(zhuǎn)移至臨時(shí)控制室，期間仍保持至少一名值長(zhǎng)、三名操縱員的配置，滿足管理程序?qū)\(yùn)行值持照人員的配置要求；臨時(shí)控制室各崗位配備的調(diào)度電話及號(hào)碼與主控室一致。

臨時(shí)控制室設(shè)置3個(gè)臨時(shí)盤臺(tái)，用于安裝臨時(shí)系統(tǒng)所需的各種控制和顯示設(shè)備，主要包括各種硬接線的顯示和控制設(shè)備及臨時(shí)電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)操作站。

2.3 電氣設(shè)備信號(hào)處理方案

主控盤臺(tái)改造期間，原主控盤臺(tái)設(shè)備的接線從盤臺(tái)下的電纜孔洞放至主控盤臺(tái)下的電纜夾層，在該電纜夾層布置了57個(gè)臨時(shí)轉(zhuǎn)接箱，電氣接線轉(zhuǎn)接至電氣轉(zhuǎn)接箱。通過(guò)接線方式的處理，保證臨時(shí)盤臺(tái)設(shè)備(臨時(shí)盤臺(tái)控制的設(shè)備都是電氣設(shè)備)及轉(zhuǎn)就地控制設(shè)備的可用性。

電氣臨時(shí)盤臺(tái)實(shí)現(xiàn)了電廠在換料大修及控制盤臺(tái)改造期間廠用電及各系統(tǒng)的可用性，報(bào)警、故障等信息通過(guò)臨時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

施工階段，針對(duì)主控盤臺(tái)涉及的電氣設(shè)備，將所有控制電纜抽出轉(zhuǎn)接至臨時(shí)轉(zhuǎn)接箱，并在臨時(shí)轉(zhuǎn)接箱進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶€和短接，再送往臨時(shí)盤臺(tái)和其他設(shè)備及控制屏，實(shí)現(xiàn)臨時(shí)盤臺(tái)控制期間需要的各項(xiàng)控制和保護(hù)功能，處理方案原理示意見圖1。

圖1 電氣信號(hào)處理方式圖

3 最小系統(tǒng)調(diào)試工單拆分及計(jì)劃安排

為保證設(shè)備控制地點(diǎn)由主控盤臺(tái)往臨時(shí)盤臺(tái)的有序轉(zhuǎn)移，設(shè)備轉(zhuǎn)接/調(diào)試工單拆分與計(jì)劃安排采用了以下原則：

1)始終保持至少一個(gè)安全系列的電源/設(shè)備可用，該原則貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)及施工過(guò)程；

2)先安排安全A列設(shè)備的停役檢修工作，期間同步開展安全A列轉(zhuǎn)臨時(shí)盤臺(tái)/轉(zhuǎn)就地控制設(shè)備的線路轉(zhuǎn)接與調(diào)試工作；待安全A列全部調(diào)試正常并在臨時(shí)盤臺(tái)/就地運(yùn)行正常后，再安排安全B列的停役檢修和其中部分設(shè)備的轉(zhuǎn)臨時(shí)盤臺(tái)/轉(zhuǎn)就地控制線路轉(zhuǎn)接與調(diào)試工作；

3)其他非安全C類設(shè)備的轉(zhuǎn)臨時(shí)盤臺(tái)/轉(zhuǎn)就地控制的轉(zhuǎn)接及調(diào)試工作在安全B列設(shè)備停役前完成；

4)轉(zhuǎn)臨時(shí)盤臺(tái)/就地控制的設(shè)備先不安排與主控控制回路有關(guān)的預(yù)維工作，待第二次停役、往主控新盤臺(tái)轉(zhuǎn)接期間再安排，以便結(jié)合新盤臺(tái)的調(diào)試進(jìn)行預(yù)維后的傳動(dòng)工作；

5)對(duì)報(bào)警系統(tǒng)信號(hào)和電廠計(jì)算機(jī)信號(hào)進(jìn)行拆分，拆分成相應(yīng)設(shè)備功能組相關(guān)報(bào)警/電廠計(jì)算機(jī)信號(hào)，如220 kV 2P59線路相關(guān)的報(bào)警/電廠計(jì)算機(jī)信號(hào)、報(bào)警和電廠計(jì)算機(jī)信號(hào)的轉(zhuǎn)接和調(diào)試工作，在設(shè)備功能組完成轉(zhuǎn)接工作、開始傳動(dòng)調(diào)試前完成離線調(diào)試工作(從信號(hào)源頭端子加新號(hào)驗(yàn)證)，確保設(shè)備功能組調(diào)試期間信號(hào)驗(yàn)證的完整性。[3]

4 結(jié)論

通過(guò)第十八次換料大修期間的運(yùn)行實(shí)踐，所選定的最小系統(tǒng)圓滿完成了主控盤臺(tái)因改造而不可用所需實(shí)現(xiàn)的正常運(yùn)行功能和備用安全功能，實(shí)現(xiàn)了新老盤臺(tái)的過(guò)渡，為后續(xù)其他電廠實(shí)施類似改造項(xiàng)目時(shí)積累了可供參考的經(jīng)驗(yàn)。在該運(yùn)行實(shí)踐上有以下經(jīng)驗(yàn)：

1)確定了主控室更新期間最小系統(tǒng)及設(shè)備的篩選原則及流程；

2)探索了主控室更新期間最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，尤其是電氣、儀控信號(hào)的處理方法。