吳一謙 吳帝就 徐曉梅 詹林鈺 王延閣

(上海交通大學自動化系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

為了進一步滿足標準《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，就有必要對其進行適當?shù)摹耙种啤碧幚?，使其不出現(xiàn)在報警列表中，以減輕操縱員的負擔。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)生該報警的信號進行功能有效性確認。當一個信號無意義時，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)處理的負荷，增強系統(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。當一個被抑制的報警產(chǎn)生或消失時，操縱員無需確認和采取行動，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擔，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)當前機組運行參數(shù)和計算邏輯實時、自動計算當前機組運行工況，同時操縱員也可以手動選擇當前機組所處的工況。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)。當報警出現(xiàn)時，如果該報警在DCS 系統(tǒng)自動計算出來的當前電站運行工況(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-機組可用率相關(guān)-運行經(jīng)驗反饋”五個環(huán)節(jié)。①在當前運行工況下，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在當前運行工況下，與機組可用率相關(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?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?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，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。

如當控制棒控制電源喪失時，控制棒落入堆芯底部，導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 公用機組報警抑制

兩個機組的公用報警可以送兩個機組，但為了避免兩個機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，對公用機組報警進行管理。

如當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 號機主控室顯示，并由該機組操縱員監(jiān)視并處理。這部分報警在2 號機主控室將被抑制，2 號機主控室將不顯示該系統(tǒng)的報警信息，從而減少兩個機組操縱員同時處理相關(guān)報警所造成的沖突，也減輕了2 號機組主控室操縱員的工作負荷。公用機組報警抑制設(shè)計樣例如表5所示。

表5 公用機組報警抑制設(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)的報警是否需要進行抑制處理。

當一個工藝設(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，從而進一步滿足《核電廠主控室的報警功能與顯示》［1］(NB/T 20027 -2010)標準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.