三門核電主控/遠(yuǎn)停切換功能分析

暢小龍（三門核電有限公司 設(shè)備管理處，浙江 臺(tái)州 317112）

0 引言

三門核電的OCS系統(tǒng)即運(yùn)行和控制中心系統(tǒng)，是電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)的重要組成部分，處于AP1000電站儀控系統(tǒng)2層（電站監(jiān)控層）[1]。

出于結(jié)構(gòu)緊湊化設(shè)計(jì)和安全冗余配置的角度，OCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)了非安全級(jí)的主控/遠(yuǎn)停切換功能，在正常運(yùn)行工況下，操縱員在主控室執(zhí)行電站的運(yùn)行監(jiān)控。發(fā)生主控撤離事件時(shí)，操縱員將主控功能切換到遠(yuǎn)程停堆室，實(shí)現(xiàn)安全停堆。除了非安全級(jí)切換，還有安全級(jí)硬操開(kāi)關(guān)的切換，以輔助安全停堆，其主要通過(guò)硬觸點(diǎn)在安全保護(hù)系統(tǒng)不同層級(jí)中觸發(fā)功能，本文不做贅述。

本文將結(jié)合三門項(xiàng)目實(shí)際情況，對(duì)非安全切換功能進(jìn)行分析，并就故障診斷給出建議。

1 主控/遠(yuǎn)停切換簡(jiǎn)介

1.1 三門項(xiàng)目主控/遠(yuǎn)停切換功能與布置

圖1 KVM控制網(wǎng)構(gòu)架Fig.1 KVM Control network architecture

核電站先進(jìn)控制室區(qū)域主要涉及主控制室、應(yīng)急控制室、技術(shù)支持中心等，主控室不可用時(shí)，一般都有應(yīng)急控制室輔助完成停堆任務(wù)，應(yīng)急控制室布置人機(jī)接口和后備儀表盤[2]。三門項(xiàng)目的應(yīng)急控制室即遠(yuǎn)程停堆室。

三門項(xiàng)目主控室MCR配置3個(gè)操作臺(tái)，1個(gè)高操臺(tái)；遠(yuǎn)程停堆室RSR配置1個(gè)操作臺(tái)，每個(gè)操作臺(tái)都配有不同序列電源供電的兩個(gè)操縱員站，每個(gè)站有兩塊顯示器，一套鼠標(biāo)鍵盤接口設(shè)備。

在正常運(yùn)行時(shí)，MCR執(zhí)行電站監(jiān)控功能，所有操縱員站正常可用，RSR的操縱員站顯示功能保持可用狀態(tài)，但鼠標(biāo)鍵盤不可用。

當(dāng)發(fā)生MCR撤離事件時(shí)，運(yùn)行人員從MCR向RSR撤離。遠(yuǎn)程停堆室RSR位于主控室MCR下方，在撤離至即將進(jìn)入RSR時(shí)，通過(guò)操作樓梯旁的切換面板上的相關(guān)硬操開(kāi)關(guān)，操縱員能實(shí)現(xiàn)MCR/RSR功能切換，通過(guò)RSR的人機(jī)接口建立并維持電廠處于安全停堆狀態(tài)。

1.2 切換邏輯與信號(hào)流

通過(guò)硬操開(kāi)關(guān)和畫面軟操兩種方式均可觸發(fā)相應(yīng)的切換邏輯。硬切換的觸發(fā)信號(hào)是由同一個(gè)切換開(kāi)關(guān)的兩副不同觸點(diǎn)共同生成，任何一個(gè)觸點(diǎn)故障都會(huì)導(dǎo)致對(duì)應(yīng)序列的硬切換失效。

硬操切換面板為僅有的RSR相關(guān)的1E級(jí)設(shè)備，切換面板的開(kāi)關(guān)觸發(fā)后，觸點(diǎn)信號(hào)由控制器機(jī)柜DPU002/DPU003采集，硬操觸點(diǎn)信號(hào)和軟操觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，生成執(zhí)行切換對(duì)應(yīng)序列的切換指令。該命令經(jīng)由DPU047/DPU048機(jī)柜DO模塊輸出到同房間的VX80A/B中，完成切換，同時(shí)VX80將執(zhí)行結(jié)果反饋給PLS，用于判斷切換是否成功。

1.3 服務(wù)器配置

切換分為序列1和序列2兩個(gè)序列，由切換開(kāi)關(guān)PLSI和PLSII實(shí)施。遠(yuǎn)程停堆室的兩個(gè)站和主控室對(duì)應(yīng)站共用服務(wù)器，切換的實(shí)質(zhì)只是切換人機(jī)接口的控制，即鼠標(biāo)鍵盤的操作權(quán)限，切換后會(huì)導(dǎo)致主控室對(duì)應(yīng)序列的所有站只可以顯示。

2 MCR/RSR切換功能分析

2.1 MCR/RSR切換功能優(yōu)點(diǎn)

2.1.1 布局緊湊，便于管理，安全可靠

非安全級(jí)主控/遠(yuǎn)停切換功能采用先進(jìn)的光纖矩陣式路由器VX80和KVM技術(shù)，通過(guò)KVM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)切換控制，KVM控制網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

三門項(xiàng)目采用該技術(shù)，所有的服務(wù)器布置在網(wǎng)絡(luò)柜中，不僅節(jié)省主控空間資源，也便于服務(wù)器集中管理，主控室布局更為緊湊。人機(jī)接口和服務(wù)器在空間上的隔離也確保了主控喪失時(shí)后臺(tái)的可靠性。

VX80路由器接口各工作站用戶端和服務(wù)器I/O端口間的映射可配置，從而實(shí)現(xiàn)了同一個(gè)服務(wù)器可以切換到分布在不同的工作站進(jìn)行操作，同一個(gè)工作站也可以切換管理多個(gè)服務(wù)器，通過(guò)較少的資源就可以進(jìn)行復(fù)雜的管理。

三門項(xiàng)目OCS采用的KVM型號(hào)為VEL-24DH，含有4個(gè)光纖口：L1，L3，K1，K2。KVM是顯示器、鼠標(biāo)、鍵盤和服務(wù)器接口VX80路由器的中間設(shè)備。

VX80光纖矩陣式路由器可以通過(guò)串口訪問(wèn)，可以通過(guò)配置訪問(wèn)權(quán)限密碼確保安全，此外還有兩種策略保證安全路由：

1）映射約束設(shè)置

80對(duì)I/O光纖端口可設(shè)置優(yōu)先級(jí)1～80，輸出端口只能連接到優(yōu)先級(jí)不低于它的端口。優(yōu)先級(jí)設(shè)置格式為：“Port direction”“Port number”“Port Priority”，并保存為csv格式的文件。其中，端口方向?yàn)閕或o，即輸入或輸出。

2）分區(qū)設(shè)置

分區(qū)設(shè)置功能可以將VX80輸入源和目標(biāo)設(shè)備分區(qū)，分區(qū)后目標(biāo)工作站只能接收同個(gè)分區(qū)的源計(jì)算機(jī)傳輸來(lái)的信號(hào)，VX80最多可以有80個(gè)分區(qū)，并且分區(qū)允許重疊。分區(qū)設(shè)置格式為：“Port”“Partition”，默認(rèn)分區(qū)為1[3]。

2.1.2 冗余配置，可靠性高

冗余配置體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

◇ 切換方式冗余，有軟硬切之分

MCR和RSR的兩個(gè)操縱員站共享服務(wù)器，有軟硬兩種切換方式，硬切換面板布置在RSR外撤離樓梯口，軟操界面則布置在DDS工程師站。

◇ 序列配置冗余，有兩個(gè)獨(dú)立的序列，由獨(dú)立的VX80控制切換

主控室操縱員站和DDS服務(wù)器的配置都是冗余的兩列。相應(yīng)地，有兩個(gè)切換開(kāi)關(guān)可以獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)兩列設(shè)備的切換，相互之間并不影響。

◇ 單開(kāi)關(guān)雙觸點(diǎn)輸出，通過(guò)邏輯運(yùn)算防止誤觸發(fā)

圖2 VX80路由器關(guān)鍵報(bào)警Fig.2 Key alarms of VX80 router

如前文所述，每個(gè)序列的硬切換開(kāi)關(guān)都通過(guò)同一個(gè)開(kāi)關(guān)的一副NC和一副NO觸點(diǎn)進(jìn)行輸出，生成硬操觸發(fā)信號(hào)，避免了單觸點(diǎn)故障造成切換誤觸發(fā)。

◇ 面板門限報(bào)警和切換觸發(fā)報(bào)警雙重保障

切換面板布置于主控--遠(yuǎn)程撤離樓梯旁、遠(yuǎn)程停堆室門口，為了便于事故狀態(tài)下迅速便捷地進(jìn)行控制權(quán)的無(wú)擾切換，面板帶透明窗且不設(shè)鎖。雖然不設(shè)鎖，但切換面板的門一旦打開(kāi)，就會(huì)在主控及遠(yuǎn)程停堆室產(chǎn)生報(bào)警，提前提醒操縱人員注意。此外，任意一個(gè)序列觸發(fā)切換同樣會(huì)在主控及遠(yuǎn)程停堆室產(chǎn)生報(bào)警。

2.2 MCR/RSR切換功能的不足

2.2.1 VX80的維護(hù)

非安全級(jí)主控/遠(yuǎn)停切換功能的實(shí)現(xiàn)使用了光纖矩陣式路由器VX80。VX80為Thinklogical產(chǎn)品，本身帶有信號(hào)端子，用于系統(tǒng)報(bào)警，如圖2所示。

由于MCR/RSR切換功能的需求，要求VX80具有接收觸點(diǎn)信號(hào)的能力，以便接收切換控制指令。VX80配置必須與Ovation DO輸出在供電方式等接口方面兼容。

現(xiàn)場(chǎng)使用的VX80信號(hào)端子可以采集外部觸點(diǎn)控制信號(hào)，由電廠控制系統(tǒng)PLS通過(guò)DO模塊提供有源控制指令信號(hào)，VX80采集后觸發(fā)其內(nèi)部配置，通過(guò)預(yù)先配置的宏文件實(shí)現(xiàn)I/O光口的映射切換，從而完成MCR到RSR的功能切換。

而根據(jù)圖2可知：Thinklogical標(biāo)準(zhǔn)VX80產(chǎn)品的信號(hào)端子只能輸出觸點(diǎn)信號(hào)，并對(duì)外提供報(bào)警信息。因此，VX80的備件需要充分考慮其改造的因素。

2.2.2 備用軟切換的時(shí)效性和可達(dá)性

RSR的操縱員站和RO-A及RO-B中的操縱員站共享服務(wù)器，節(jié)約成本的同時(shí)能快速實(shí)現(xiàn)操縱員站控制功能的無(wú)擾切換。硬切換面板布置在RSR門外撤離樓梯旁，面板面罩含透明窗且不設(shè)鎖，在可達(dá)性上非常好。

而軟切接口則布置在位于附屬?gòu)S房（40廠房）的DDS工程師站，距離遠(yuǎn)程停堆室有一段距離：

其一，完成操作需要的距離被拉長(zhǎng)，耗費(fèi)時(shí)間。DDS工程師站位于計(jì)算機(jī)房間，當(dāng)運(yùn)行人員撤離到RSR，有序列未切換成功時(shí)，首先需要確認(rèn)硬切換失效的序列，再走到對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)房間。從RSR走到計(jì)算機(jī)房間，耗費(fèi)的時(shí)間大概是從MCR撤離到RSR的4倍。

其二，需要聯(lián)系儀控工程師，耗費(fèi)時(shí)間。正常運(yùn)行時(shí)，工程師站并無(wú)人值班，當(dāng)硬切換故障時(shí)，操縱員并不具備工程師站操作的權(quán)限，一般情況下需要通過(guò)LAN工作站查找并聯(lián)系當(dāng)值儀控人員進(jìn)行處理，耗費(fèi)時(shí)間比撤離和軟切本身所花的時(shí)間還要長(zhǎng)。

其三，登入工程師站需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間。正常電廠運(yùn)行期間，計(jì)算機(jī)房間是鎖著的。而工程師站是可以離線的，甚至關(guān)機(jī)的。工程師站有鎖屏設(shè)置，需要有相應(yīng)授權(quán)的人員使用特定賬號(hào)密碼才能登陸，這些都為快速切換造成阻礙。

2.3 常見(jiàn)故障及診斷

對(duì)于主控/遠(yuǎn)停操作臺(tái)及其切換，調(diào)試期間由于光纖鏈路問(wèn)題或設(shè)備問(wèn)題，常出現(xiàn)故障。常見(jiàn)故障現(xiàn)象有：

◇ 顯示器無(wú)信號(hào)

◇ 鼠標(biāo)鍵盤無(wú)效

◇ 切換失效

在故障排查時(shí)，應(yīng)對(duì)光纖及其接頭給予足夠的重視，光纖及其接頭故障會(huì)影響信號(hào)的品質(zhì)。針對(duì)上述故障，具體的排查策略如下：

1）顯示器無(wú)信號(hào)

顯示器無(wú)信號(hào)，故障排查策略應(yīng)該為：

①顯示器/服務(wù)器電源→②服務(wù)器運(yùn)行確認(rèn)→③VX80運(yùn)行確認(rèn)→④KVM配置確認(rèn)→⑤電纜/光纖線路連接檢查

2）鼠標(biāo)鍵盤無(wú)效

鼠標(biāo)鍵盤失效，故障排查策略為：

①鼠標(biāo)鍵盤功能確認(rèn)→②VX80運(yùn)行確認(rèn)→③切換狀態(tài)檢查→④鼠標(biāo)鍵盤信號(hào)傳輸光纖連接檢查

3）切換失效

切換失效處理應(yīng)該從切換實(shí)現(xiàn)的整個(gè)鏈路考慮，排查策略為：

①采集硬操觸點(diǎn)信號(hào)的PLS卡件檢查→②切換指令輸出PLS卡件檢查→③VX80運(yùn)行檢查→④光纖連接檢查

3 結(jié)語(yǔ)

工程調(diào)試和運(yùn)行階段，OCS系統(tǒng)始終處在核心地位，承擔(dān)著監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)工藝系統(tǒng)的重要功能。MCR/RSR切換功能對(duì)于保證OCS功能完整性、穩(wěn)定性特別重要，對(duì)于運(yùn)行人員在主控撤離發(fā)生時(shí)管理電站，實(shí)現(xiàn)安全停堆意義重大。相信隨著不斷地總結(jié)和發(fā)展，切換功能必會(huì)更加穩(wěn)定可靠地保障電站安全運(yùn)行。