王 燕，沈 超，王心靈

(中廣核研究院有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

核電站的主要功能是安全、有效發(fā)電和避免放射性釋放[1]。 將這兩大功能從上而下逐級(jí)分解為不同層次的功能，最底層的功能必須分配給現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)能否正常運(yùn)行，對(duì)核電站安全有著至關(guān)重要的影響。尤其是執(zhí)行安全功能或安全相關(guān)功能的設(shè)備，其必須具備在事故工況下確保反應(yīng)堆安全的功能。因此，必須對(duì)安全級(jí)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)督。通過設(shè)備狀態(tài)偏差報(bào)警指示命令動(dòng)作的執(zhí)行情況，操縱員可識(shí)別執(zhí)行器可能發(fā)生的任何故障，并采取相應(yīng)措施[2-4]。

本文從偏差報(bào)警的定義、邏輯設(shè)計(jì)、顯示方式三方面開展分析研究。

1 偏差報(bào)警定義

當(dāng)操縱員對(duì)安全級(jí)設(shè)備進(jìn)行操作時(shí)，安全相關(guān)控制柜(safety related cabinet，SRC)應(yīng)采集相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，判斷控制指令與狀態(tài)反饋之間的一致性。當(dāng)兩者不一致時(shí)，會(huì)產(chǎn)生偏差報(bào)警信號(hào)。

對(duì)于開關(guān)量設(shè)備，設(shè)備狀態(tài)偏差分為運(yùn)行偏差和停止偏差兩類。

①運(yùn)行偏差:設(shè)備處于遠(yuǎn)程操作狀態(tài)，即從數(shù)字化控制系統(tǒng)(digital control system，DCS)啟停設(shè)備就已經(jīng)停止，且此后未經(jīng)DCS 發(fā)出運(yùn)行指令，但設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)。

②停止偏差:設(shè)備處于遠(yuǎn)程操作狀態(tài)已經(jīng)運(yùn)行，且此后未經(jīng)DCS 發(fā)出停止指令，但設(shè)備處于已經(jīng)停止?fàn)顟B(tài)。

對(duì)于模擬量設(shè)備，當(dāng)過程值(來自現(xiàn)場儀表測量)與設(shè)定值的偏差大于一定限值時(shí)，觸發(fā)偏差報(bào)警。

2 偏差報(bào)警邏輯

DCS具備專門的偏差報(bào)警邏輯功能塊。該功能塊在SRC實(shí)現(xiàn)，將來自安全級(jí)圖形化顯示單元(safety-visual display unit，S-VDU)操作面板和后備盤(back up panel，BUP)手操器的動(dòng)作指令信號(hào)與來自設(shè)備接口機(jī)柜(component interface cabinet，CIC)的狀態(tài)反饋信號(hào)進(jìn)行偏差運(yùn)算，輸出偏差報(bào)警信號(hào)，并送至S-VDU、非安全級(jí)圖形化顯示單元(non classified-visual display unit，NC-VDU)和BUP上顯示。

2.1 開關(guān)量偏差報(bào)警邏輯

開關(guān)量偏差報(bào)警邏輯如圖1所示。

圖1 開關(guān)量偏差報(bào)警邏輯圖

圖1中：A、B輸入端子分別為開指令(手動(dòng)開指令和自動(dòng)開指令的或)和關(guān)指令(手動(dòng)關(guān)指令和自動(dòng)關(guān)指令的或)；O、L輸入端子分別為全開狀態(tài)反饋全關(guān)狀態(tài)反饋；輸出端子 DIS 為設(shè)備狀態(tài)偏差信號(hào)。

當(dāng)偏差報(bào)警產(chǎn)生后，需要操縱員執(zhí)行新的輸出命令，或進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位。

2.2 模擬量偏差報(bào)警邏輯

對(duì)于模擬量設(shè)備，當(dāng)過程值與設(shè)定值的偏差大于一定限值時(shí)，觸發(fā)偏差報(bào)警。偏差報(bào)警計(jì)算公式如下:

|B-C|≥D×(E-F)

式中：B、C分別為設(shè)定值和過程值；D為偏差報(bào)警限(0～100%，默認(rèn)為10%)；E、F分別為過程值設(shè)定上限和下限。

當(dāng)過程值與設(shè)定值的偏差恢復(fù)到報(bào)警限值內(nèi)并持續(xù)2 s后，偏差報(bào)警自動(dòng)復(fù)位。

3 偏差報(bào)警顯示

設(shè)備狀態(tài)偏差報(bào)警信號(hào)需要在主控室顯示，向操縱員反饋執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)顯示位置，偏差報(bào)警顯示分為BUP顯示、S-VDU顯示和NC-VDU顯示。

偏差報(bào)警邏輯在安全相關(guān)控制柜SRC中實(shí)現(xiàn)。SRC偏差報(bào)警功能接口如表1所示。

表1 SRC偏差報(bào)警功能接口

3.1 BUP顯示

BUP偏差指示算法邏輯如圖2所示。

圖2 BUP偏差指示算法邏輯圖

BUP偏差指示通過圖2所示的算法邏輯完成。除此之外，該算法還實(shí)現(xiàn)以下功能。

①當(dāng)BUP處于正常模式時(shí)，執(zhí)行設(shè)備狀態(tài)(已開、已關(guān)、故障)判斷功能，以驅(qū)動(dòng)BUP手操器的指示燈。

②測試功能:當(dāng)BUP 處于測試模式時(shí)，對(duì)手操器的開、關(guān)功能進(jìn)行測試。當(dāng)測試信號(hào)(M)為1時(shí)，控制BUP手操器上的開關(guān)按鈕，指令下發(fā)到一層控制柜的DO板卡，再由DO板卡送至BUP手操器的開關(guān)反饋指示燈。測試模式下，指令不會(huì)下發(fā)到現(xiàn)場設(shè)備，只是驗(yàn)證控制邏輯是否正確，無異常時(shí)反饋指示燈正常點(diǎn)亮。

③燈試功能:檢測開關(guān)手操器的指示燈是否正常。當(dāng)燈試指令(T)為1時(shí)，BUP上所有指示燈均應(yīng)點(diǎn)亮。未點(diǎn)亮的指示燈存在故障。

圖2中，BUP偏差指示算法輸入/輸出變量如表2所示。

表2 BUP偏差指示算法輸入/輸出變量列表

開關(guān)量設(shè)備在以下兩種情況下不參與偏差邏輯計(jì)算。

①只發(fā)出開/關(guān)指令，不采集開/關(guān)反饋。

②設(shè)備保護(hù)自動(dòng)執(zhí)行開/關(guān)操作(出于設(shè)備保護(hù)的目的，一般由設(shè)備本體參數(shù)觸發(fā)自動(dòng)功能)。

當(dāng)偏差報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生后，由SRC通過硬接線送至BUP手操器[5]的故障指示燈顯示。BUP手操器樣例如圖3所示。

圖3 BUP手操器樣例

圖3中：上排C/F/O為指示燈；下排C/O為開關(guān)按鈕。

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)如表3所示。

表3 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

設(shè)備狀態(tài)與手操器上指示燈的對(duì)應(yīng)關(guān)系[6]如表4所示。

表4 指示燈與設(shè)備狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

3.2 S-VDU顯示

對(duì)于安全級(jí)設(shè)備，狀態(tài)偏差報(bào)警算法的輸出信號(hào)DIS不僅通過硬接線送至BUP手操器，還通過網(wǎng)絡(luò)送至S-VDU。當(dāng)偏差報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生后，設(shè)備操作面板中的“DISCREPANCY”背景和圖符的外框架均顯示紅色并閃爍 。

3.3 NC-VDU顯示

S-VDU和NC-VDU分別用于安全級(jí)設(shè)備和非安全設(shè)備信息的監(jiān)控操作[7]。當(dāng)需要對(duì)安全級(jí)設(shè)備進(jìn)行控制時(shí)，在NC-VDU畫面上點(diǎn)擊圖符，S-VDU對(duì)應(yīng)彈出設(shè)備操作面板。操縱員通過操作面板對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。正常情況下，操縱員通過NC-VDU對(duì)反應(yīng)堆進(jìn)行監(jiān)控，所有設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)都應(yīng)送至NC-VDU進(jìn)行顯示[8]，安全級(jí)設(shè)備的狀態(tài)偏差信號(hào)由安全級(jí)DCS通過網(wǎng)關(guān)送至非安全級(jí)DCS。

在NC-VDU上，根據(jù)顯示方式的不同，分為畫面顯示、儀控故障列表顯示和日志顯示這幾種。

3.3.1 畫面顯示

畫面(包括系統(tǒng)顯示畫面和輔助畫面)由各種圖符、管道連接而成，作為人機(jī)界面供操縱員進(jìn)行參數(shù)監(jiān)測和功能控制。畫面圖符[9]是現(xiàn)場設(shè)備的示意圖。圖符的動(dòng)態(tài)顯示元素指示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和故障情況。

網(wǎng)關(guān)I/O算法將安全級(jí)DCS發(fā)送的狀態(tài)偏差信號(hào)和其他運(yùn)行狀態(tài)(如啟/停超時(shí)、雙0/1故障等)一起定義為F故障(儀控故障)，作為輸出送至NC-VDU，與圖符的“F”動(dòng)態(tài)顯示元素保持對(duì)應(yīng)關(guān)系。顯示畫面如圖4所示。

圖4 顯示畫面

正常情況下，圖符上的“F”模塊和外框架不顯示；當(dāng)F故障中的一種或幾種產(chǎn)生后，圖符上的“F”和外框架顯示紅色并保持閃爍[10]狀態(tài)(2 Hz)。操縱員確認(rèn)故障報(bào)警后，“F”和外框架保持平光。當(dāng)報(bào)警條件消失，“F”和外框架以0.5 Hz頻率慢閃。

3.3.2 儀控故障列表顯示

設(shè)備狀態(tài)偏差屬于儀控故障，任何儀控故障均會(huì)進(jìn)入儀控故障列表，同時(shí)發(fā)出聲光提醒。列表中顯示具體的故障信息，包括故障分類、故障描述、故障發(fā)生時(shí)間等，供操縱員作異常診斷。除此之外，儀控故障報(bào)警的管理功能也在列表中實(shí)現(xiàn)。操縱員能夠?qū)收蠄?bào)警進(jìn)行確認(rèn)、復(fù)位、消音等操作。

3.3.3 日志顯示

全日志、設(shè)備故障日志顯示并記錄所有的儀控故障信息和恢復(fù)信息，供操縱員追溯。

4 偏差報(bào)警邏輯改進(jìn)

現(xiàn)有的開關(guān)量偏差報(bào)警邏輯能夠指示雙0故障、啟動(dòng)/停止超時(shí)、正在啟動(dòng)/正在停止?fàn)顟B(tài)，并通過BUP手操器的F故障燈進(jìn)行顯示。考慮到“正在啟動(dòng)/正在停止”只是一種中間狀態(tài)，并不是設(shè)備異常的表征信息，不應(yīng)該以故障的形式呈現(xiàn)給操縱員。因此，提出一種改進(jìn)型的偏差報(bào)警設(shè)計(jì)方案，能夠過濾設(shè)備的“正在啟動(dòng)/正在停止”狀態(tài)。開關(guān)量偏差報(bào)警邏輯改進(jìn)如圖5所示。其中，TON為延時(shí)模塊，啟動(dòng)時(shí)間(time of running position,TRP)、停止時(shí)間(time of tripping position,TTP)分別為設(shè)備啟動(dòng)/設(shè)備停止時(shí)間。

圖5 開關(guān)量偏差報(bào)警邏輯改進(jìn)圖

5 結(jié)論

設(shè)備狀態(tài)偏差報(bào)警指示安全動(dòng)作的執(zhí)行情況，反映現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。本文從偏差報(bào)警的定義、處理邏輯、顯示方式三方面開展了介紹，并對(duì)現(xiàn)有報(bào)警邏輯進(jìn)行深入分析，提出一種改進(jìn)型設(shè)計(jì)方案。該方案能夠過濾設(shè)備的“正在啟動(dòng)/停止”狀態(tài)，從而將真正有效的故障信息反饋給操縱員，有助于操縱員對(duì)故障信息進(jìn)行更好的認(rèn)知。