王凱彬

福建福清核電有限公司 福建福清 350318

1 質(zhì)量位

1.1 質(zhì)量位概念

核電廠控制中，為了保證參與機組控制的儀表信號正確性，避免不必要的瞬態(tài)，設(shè)計上主要采取了兩種方式進行規(guī)避，一是通過比較選擇器比較自動剔出失真的信號，另一種就是通過設(shè)置質(zhì)量位，當(dāng)質(zhì)量“好”時正常的參與控制，當(dāng)質(zhì)量“壞”時進行相應(yīng)的安全性調(diào)整。

狹義的來說，質(zhì)量位主要用于判斷儀表信號可用與否，當(dāng)儀表信號不可用時，觸發(fā)質(zhì)量位“BAD”信號，用于表決邏輯退化或觸發(fā)缺省值。

對邏輯量信號來說，其“質(zhì)量位”可以理解為“繼電器”的常開觸點或常閉觸點，也就是產(chǎn)生缺省值。

1.2 質(zhì)量位的產(chǎn)生

質(zhì)量位的產(chǎn)生地點DCS一層機柜中實現(xiàn)，并且在IE級機柜和NC級機柜中均產(chǎn)生，以一個IE級傳感器為例，其在IE級控制中質(zhì)量位判斷在1E機柜中進行，在NC級控制中質(zhì)量位判斷在NC機柜中進行，圖1清晰的表示了質(zhì)量位的產(chǎn)生地點[1]。

標準模擬量信號為4-20mA，通過在DCS一層CP處理器軟件中的質(zhì)量位判斷模塊，當(dāng)信號超出設(shè)定范圍即產(chǎn)生質(zhì)量位“BAD”信號。設(shè)定范圍在1E級和NC級可以修改，通常為2%或5%。

常見的質(zhì)量位產(chǎn)生原因有如下幾種：超量程、變送器失電、變送器故障、卡件故障、信號線路斷線。

2 核電廠質(zhì)量位應(yīng)用

2.1 控制器置手動

當(dāng)儀表失效質(zhì)量位“BAD”觸發(fā)時，與該儀表相關(guān)的控制器將自動切至手動模式，其目的在參與控制的儀表已經(jīng)不可信的情況下，將控制器置于相對“安全”的手動模式。如圖2所示，典型閥門控制，當(dāng)參與其控制儀表故障時，閥門將自動切至手動模式。

2016年4月7日，某核電廠2號機組1070MWe運行，由于高壓加熱器6B正常疏水調(diào)節(jié)閥故障，該高壓加熱器的應(yīng)急疏水閥處于開啟狀態(tài)，導(dǎo)致凝結(jié)水流量較正常狀態(tài)下相同功率水平大；當(dāng)按計劃進行凝結(jié)水泵定期切換操作時，啟動備用狀態(tài)第三臺凝結(jié)水泵后，除氧器進水母管流量計（ADG001/002/003MD）超5000m3/h的量程，除氧器液位控制閥強制切換至手動模式[2]。

2.2 產(chǎn)生缺省值

當(dāng)儀表失效時，為了系統(tǒng)置于安全狀態(tài)，會將該儀表在邏輯控制中的輸入值直接賦予“0”或“1”，(也有少量將模擬量輸入信號賦值為模擬量數(shù)值的，這個模擬量數(shù)值又去參與下游的閾值比較，如上一刻有效值)，該被賦予的“0”或“1”（或模擬量數(shù)值）即被稱為缺省值。如圖3所示，典型缺省值產(chǎn)生示意。需要說明的是，同一塊儀表，對不同的邏輯輸入其缺省值可能是不一樣的。

2015年3月29日，某核電廠化學(xué)與容積控制系統(tǒng)容積控制箱滿水導(dǎo)致液位計2RCV011/012MN顯示”xxxx”失效，液位計失效并未啟動容控箱自動補水功能和上充泵吸入口自動切換，原因分析如表1：

表1 容積控制箱液位計主要功能

在容積控制箱液位計失效后，觸發(fā)啟動容控箱自動補水功能和上充泵吸入口自動切換的缺省值均設(shè)為“0”，即“不觸發(fā)”，從而未觸發(fā)上述自動動作。

2.3 邏輯退化

在核電廠邏輯設(shè)計中，兼顧誤動率與拒動率的綜合考慮，大量采用了2/4、2/3、1/2等邏輯表決形式，在儀表失效的情況下，同樣要考慮誤動率與拒動率的問題，尤其是反應(yīng)堆保護系統(tǒng)，設(shè)計時需要采取故障安全準則。

（1）反應(yīng)堆保護邏輯退化。反應(yīng)堆保護邏輯退化的核心是兼顧拒動與誤動風(fēng)險，因此其遵循如下兩條退化原則：

①2/4→2/3→1/2→直接觸發(fā)

表2

②參與運算的任一儀表失效，運算結(jié)果遵循原則1退化。原則2的意思當(dāng)用于邏輯表決的信號是由不同的儀表計算的結(jié)果時，任一參與計算的儀表失效都將直接導(dǎo)致該信號失效，信號失效后也按照“2/4→2/3→1/2→直接觸發(fā)”的原則進行退化.

以M310核電廠蒸汽管線流量高信號為例，GRE023/024MP參與了每一條VVP管線的蒸汽流量高信號運算，因此當(dāng)GRE023/024MP失效時，相當(dāng)于3條VVP蒸汽管線流量高信號均失效，根據(jù)2/3的邏輯退化原則，將會直接觸發(fā)蒸汽管線流量高的信號，如圖4所示。

特殊的，對核儀表源量程和中間量程儀表保護來說，只有兩個儀表，與上述退化原則稍顯不同，其邏輯退化遵循如表3：

表3 邏輯退化結(jié)果

2015年3月6日，某核電廠3號機處于熱停堆狀態(tài)，18：59：41，3號機主控出現(xiàn)落棒報警，后經(jīng)確認控制棒落棒。電廠經(jīng)檢查與分析認為，事件的原因是在進行核儀表系統(tǒng)（RPN）參數(shù)修改將核儀表3RPN030MA置于TEST位置，此時超溫超功率△T的反應(yīng)堆保護由3取2邏輯退化為2取1，與此同一時間，儀控人員在處理2號反應(yīng)堆冷卻劑泵3RCP002PO轉(zhuǎn)速探頭故障，導(dǎo)致超溫超功率△T反應(yīng)堆保護又由2取1邏輯退化為直接觸發(fā)，反應(yīng)堆保護動作導(dǎo)致停堆落棒[3]。

（2）ATWT邏輯退化。ATWT（未能緊急停堆的預(yù)期瞬態(tài)）作為正常給水流量喪失情況下的反應(yīng)堆保護緩解系統(tǒng)，在核電廠RCC-PII類工況設(shè)計中有非常重要的作用，為了避免共模故障，該保護邏輯與反應(yīng)堆保護邏輯不在同一平臺實施。圖5清晰說明了ATWT的邏輯圖退化情況。

2016年6月24日，某核電廠2號機組處于功率運行模式，在升功率至30%FP時，因DCS供貨商對主給水窄量程流量表超量程質(zhì)量位設(shè)置了上限和下限觸發(fā)，在升功率過程中，主給水窄量程流量表超出儀表上限而觸發(fā)主給水窄量程流量表質(zhì)量位信號，疊加核功率大于30%FP信號，導(dǎo)致反應(yīng)堆自動停堆。

（3）DAS邏輯退化。DAS是反應(yīng)堆保護多樣化系統(tǒng)，用于提供安全級反應(yīng)堆保護系統(tǒng)平臺失效時的反應(yīng)堆保護。安全級反應(yīng)堆保護系統(tǒng)邏輯退化的核心是避免拒動，作為后備保護的DAS，在進行邏輯退化設(shè)計時則主要是避免誤動，因此DAS的邏輯退化原則如下：

①2/4→2/3→2/2→不觸發(fā)；

②1/2→1/1→不觸發(fā)；

③參與運算的任一儀表失效，運算結(jié)果遵循原則1或2進行退化。

2015年5月25日，某核電廠2號機組在一回路升溫升壓的過程中，由于DAS系統(tǒng)穩(wěn)壓器壓力低4安注信號未閉鎖，由于DAS系統(tǒng)邏輯退化不觸發(fā)原則，該問題一直未被發(fā)現(xiàn)；當(dāng)一回路壓力升至 10.86MPa.g，穩(wěn)壓器壓力表 2RCP005、006、013MP達到量程進入低限，穩(wěn)壓器壓力表質(zhì)量位信號消失，儀表參與的保護開始生效，DAS穩(wěn)壓器壓力低4信號觸發(fā)了DAS系統(tǒng)A列安全注入動作。

（4）質(zhì)量位風(fēng)險控制。統(tǒng)計2014年以來的執(zhí)照運行事件，儀表質(zhì)量位相關(guān)的執(zhí)照運行事件達8起，福建福清核電廠結(jié)合經(jīng)驗反饋和理論分析，采取如下措施對質(zhì)量位風(fēng)險進行控制，迄今未出現(xiàn)質(zhì)量位觸發(fā)導(dǎo)致的事件或偏差，未效果顯著：

①編制質(zhì)量位培訓(xùn)教材，確保核電廠操縱員人員建立質(zhì)量位知識和風(fēng)險識別意識，并且在操縱員人員培訓(xùn)和復(fù)訓(xùn)過程中予以強化；

②設(shè)置合理的儀表質(zhì)量位觸發(fā)設(shè)定范圍，確保不因系統(tǒng)運行工況導(dǎo)致質(zhì)量位的觸發(fā)；

③儀表分散式布置消除共模隱患，如將ATWT中SG給水流量信號由此前同一通道修改為三個不同的通道；

④增加反應(yīng)堆保護儀表質(zhì)量位觸發(fā)報警和DCS畫面，確保質(zhì)量位信號觸發(fā)后可以第一時間定位和分析原因；

⑤編制反應(yīng)堆保護儀表質(zhì)量位邏輯圖，便于快速進行儀表質(zhì)量位影響范圍分析和風(fēng)險控制；

⑥對低狀態(tài)下工藝狀態(tài)不穩(wěn)定容易導(dǎo)致質(zhì)量位觸發(fā)的主蒸汽流量表和汽輪機沖動級壓力表，通過技術(shù)變更增加停機和停堆信號閉鎖質(zhì)量位下限功能，避免邏輯退化導(dǎo)致反應(yīng)堆安全注入誤觸發(fā)。

3 結(jié)語

質(zhì)量位是核電廠控制DCS化后的新概念，通過對經(jīng)驗反饋的深入研究總結(jié)，全面理解質(zhì)量位在核電廠中的應(yīng)用及規(guī)律，建立質(zhì)量位在內(nèi)的儀表失效風(fēng)險識別和控制意識；通過培訓(xùn)、工具開發(fā)、技術(shù)升級等一系列措施，全面提升質(zhì)量位風(fēng)險控制能力，確保核電廠長期安全可靠運行。