CPR1000核電機組DCS報警優化的應用

阮先為 徐 江 劉君發 呂明明 胡 鵬 宋 超

(福建寧德核電有限公司，福建 寧德 355200)

某核電廠主控監控的報警主要分為兩大類——工藝報警與IC(設備異常)報警，其中工藝報警代表系統健康狀態，IC報警代表設備健康狀態，兩個報警系統均通過DCS(集散控制系統)平臺實現，但報警機制不同，且相互獨立、互不影響。

經調查，該核電廠自商運以來，4臺機組長期存在20多條工藝報警與200多條IC報警，其中真正的異常報警寥寥數幾，絕大部分的報警是因為系統未在線，或者設備未供電等原因而產生，屬于正常工作情況下觸發的正常報警，無法通過維修手段消除，這類報警被統稱為狀態報警。狀態報警無用信息較多，嚴重干擾了運行人員有效地監視機組報警信息[1]，不利于監控機組的安全，故本項目優化狀態報警觸發機制，減少滿功率運行期間狀態報警的數量。

1 調研分析

1.1 工藝報警

1.1.1 工藝報警實現

根據工藝報警產生原理，工藝報警大致分為三類：單條件觸發的單點報警，多條件經邏輯運算觸發的綜合報警，多條件組合觸發的組合報警。

單點報警：通過編輯數據庫中數據類型為DVI2(開關量輸入信號)的報警點名、報警點描述、報警級別等，或是編輯AVI4/6/8(模擬量輸入信號)的高、低限制報警點名、報警點描述、報警級別實現，將編輯好的數據庫下裝至計算服務器/主控制器生效。單點報警是工藝報警中使用最多的報警。

綜合報警：在控制器內部根據模擬圖/邏輯圖編輯好觸發報警的邏輯運算程序，下裝控制器，編輯數據DM2(開關量中間變量)類型的中間變量點存儲邏輯運算的結果，下裝計算服務器/控制器生效。主控器采集多個現場的信號，經控制內部邏輯運算后，將結果賦予DM2點，DM2點生成報警狀態字傳輸給計算服務判斷報警。與單點報警不同的是，綜合報警可以根據設計需求，修改報警邏輯，屬可編程報警。

組合報警：編輯數據庫CAI(組合報警)類型點，將組合報警的子條件一一寫入，子條件最多可達150個，各個子條件的邏輯關系為或，即任一子條件滿足則觸發報警，僅下裝計算服務器生效。與綜合報警不同的是，邏輯運算與報警判斷均由計算服務器實現，組合報警最大的意義在于具有報警重閃功能。

報警重閃：組合報警K由A/B兩個子條件組成，當A條件觸發組合報警K后，主控以2Hz的頻率閃爍報警提醒操縱員，操縱員點擊確認后，報警停止閃爍；若此時B條件觸發，則組合報警K將重新以2Hz的頻率閃爍，同時刷新報警時間，再次提醒操縱員組合報警中有其他子條件也觸發了，操縱員可以從組合報警的點詳細列表中獲取所有子條件的觸發信息。而綜合報警表現為，綜合報警K由條件A/B相或，條件A觸發綜合報警K后，條件B觸發不會導致綜合報警K重閃，報警時間為條件A觸發時間，僅有當報警K恢復后，條件B才能重新觸發報警K。

1.1.2 KSN系統傳遞報警實現

三廢系統有獨立的計算機控制平臺KSN(三廢計算機控制系統)，KSN系統的報警機制與DCS系統一樣，通過在KSN系統定義數據庫、編輯邏輯組態，下裝KSN計算服務器與控制器，實現在三廢控制室的報警功能。

部分三廢系統的重要報警不僅要在三廢控制室顯示，也需要在主控同步顯示，所以設計了域間引用功能。DCS系統數據庫為一個域，KSN系統數據庫為一個域，在各自的域創建一張域間引用表，兩域間引用表的點一一對應，下裝至各自的網關與計算服務器，建立通訊橋梁。

KSN系統計算服務器在收到控制站發來的數據包后，通過兩系統各自的網關將數據包送給DCS系統計算服務器，DCS系統計算服務器根據數據包與數據庫組態判斷是否觸發報警。

1.2 IC報警

IC報警是由控制器的功能塊根據采集的設備狀態信號，經過功能塊內部邏輯運算，生成O/F報警狀態字，再將狀態字傳輸給計算服務器，由計算服務器判斷是否觸發IC報警，最后將報警結果傳輸至交互終端，顯示在IC報警列表中。

開關偏差報警：功能塊在未發出開關指令(RD/TD)的情況下，設備反饋信號(RP/TP)發生變化，功能塊O/F狀態字改變，產生開關偏差報警。比如，通風閥門在鑒定時，為避免操作群控開關導致無關風閥動作，所以通常以強制信號的方式動作風閥，不是用功能塊發出指令，而風閥的實際狀態又發生了變化，故此時產生開關偏差報警。

2 制定策略

2.1 工藝報警優化策略

數據庫修改：通過修改數據庫AVI4/CAI等類型點的判斷值，改變報警觸發條件，比如修改AVI4點高一高二限值，新增或刪減CAI點的子條件。

組態修改：通過修改控制器程序頁的運算公式，改變報警觸發邏輯。

組合修改：對于一些復雜的報警優化，需同時修改數據庫與組態。另外KSN系統傳遞的報警，還需修改域間引用表。功能塊與計算服務器內部算法為標準庫文件，無法修改。

報警抑制：由于機組設計的報警數量非常龐大，報警抑制能夠快速地在大量的報警中篩選出有效信息，以便維護人員能夠正確判斷出故障原因[2]。比如高2報警抑制高1報警，系統隔離信號抑制系統報警，工況模式信號抑制無關的報警。在虛擬控制站增加報警抑制的邏輯，下裝虛擬控制器，虛擬控制器根據抑制邏輯，改變送往計算服務器的報警狀態字，計算服務器將報警從工藝列表轉移至抑制列表，信號流如圖1所示。

根據改動的內容，三種類型報警需選擇不同的策略，詳細分析如表1所示。

表1 策略分析

2.2 IC報警優化策略

由于開關偏差報警約占IC報警一半以上，故本文僅針對開關偏差報警討論優化策略：

手段1：將設備切為就地控制，將就地狀態信號引入功能塊引腳RLM(遠程/就地切換端腳)；經核實大部分設備的遠方/就地狀態信號未上傳至DCS系統，無法通過此手段實現復位。

手段2：根據設備當前狀態，重新發送一次相同指令，比如當前狀態為“開”，再發送一次“開”指令；經核實通風閥通常是由群控開關實現，即一個開關控制多個風閥，若重新發送開關指令，可能導致一個風閥組里狀態不一致的風閥誤動，風險太大，不適用。

手段3：對功能塊的RES(復位端腳)端輸入脈沖信號，可復位偏差報警，不會導致設備動作；可通過在畫面上制作專用的復位按鈕，由操縱員點擊復位按鈕產生脈沖信號，實現復位。

手段4：改變設備狀態，使反饋與指令一致；設備狀態需滿足實際運行工作情況，為了復位報警改變設備狀態，不適用。

綜上所述，手段3是開關偏差報警復位的最優方式。

3 實例展示

3.1 CRF719KA報警優化

需求：機組滿功率運行期間，由于CRF(循環水系統)系統未投運，故機組長期存在CRF719KA/CRF722KA，報警非工藝異常引發的報警，而是系統狀態所致，無實際意義且影響機組狀態監視，建議以CRF671VA的“關”信號代表CRF系統未投運的狀態，作為CRF719KA/CRF722KA的報警抑制條件，即當存在CRF671VA的“關”信號時，抑制CRF719KA/CRF722KA的觸發，當CRF671VA的“關”信號消失后，報警正常觸發。

優化：報警類型為單點報警，未涉及數據庫修改，需增加報警抑制條件，使用策略為報警抑制，在虛擬控制站增加報警抑制邏輯，下裝虛擬控制器即可。

當CRF671VACP觸發時，CRF719KA/CRF722KA由工藝報警列表轉移至報警抑制列表。系統重新投入后抑制功能失效，工藝報警恢復原狀態。

圖2 報警抑制效果

3.2 TEP708KA報警優化

需求：在TEP(硼回收系統)002～007BA(液位箱)出口泵停運、出口閥關閉的狀態下，存在TEP702KA(TEP002至004BA液位低或007PO故障)/TEP708KA(TEP 012至014PO，005至007BA故障)工藝報警，無提示意義且影響機組狀態監視，建議優化報警機制。

優化：在TEP002～007BA出口泵停運、出口閥關閉的狀態下，BA箱內已至低液位，觸發液位低報警，該報警并非工藝異常所致，屬工藝狀態改變所致，需優化。將原TEP002～004BA液位低直接觸發TEP702KA，優化為液位低與上出口隔離閥未全關信號觸發TEP702KA；將原TEP005/006BA液位低直接觸發TEP708KA,優化為液位低與上出口隔離閥未全關信號觸發TEP708KA；由于TEP007BA無出口隔離閥，則原液位低直接觸發TEP708KA，優化為液位低與上TEP014PO未停運信號觸發TEP708KA。

該報警在KSN系統與DCS系統同時觸發，在DCS系統內為組合報警，上游文件要求具有重閃功能，需修改DCS數據庫。在KSN系統內為綜合報警，需修改KSN數據庫與邏輯組態。另外需修改域間引用表，將KSN新增數據點傳輸至DCS。

3.3 開關偏差報警優化

需求：開關偏差報警由機械執行防火風閥試驗時產生，因防火風閥使用群控開關控制整個防火分區的風閥，若使用群控開關動作防火風閥，則導致防火分區的所有防火風閥同時動作，導致系統引入較大的風險，同時機組記錄的I0數量超過技術規范，機組需退狀態。所以防火風閥試驗由儀控強制風閥開關繼電器指令，逐個動作防火風閥。因風閥功能塊未接收到上游群控開關發出的控制指令，而就地閥門真實動作，所以產生開關偏差報警。

優化：涉及開關偏差報警的風閥有200多個，以防火分區為原則，對每個防火分區的風閥制作偏差復位按鈕，以DVC(通風系統)060/074/075/080/090VAF(通風閥)開關偏差報警為例，在畫面中制作SFZ350KGR復位按鈕，將按鈕輸出引入DVC060/074/075/080/090VAF功能塊RES復位，通過SFZ350KGR同時復位DVC060/074/075/080/090VAF開關偏差報警。

4 應用成果及經濟效益

本項目對報警系統展開調研，分析報警觸發機制，針對長期存在的工藝報警、IC報警，利用邏輯優化、報警抑制等手段，定制優化方案，實現報警“智能化”。

2020年已實施報警優化項目20余項，4臺機組滿功率運行期間報警數量保持在一個較低的數值。該優化項目全程由某核電自行設計、組態、下裝，該項目在某核電1～4號機組實施以來，滿功率運行期間工藝報警數量減少60%，IC報警數量減少40%，提高了運行人員對機組異常的響應能力，為機組的長期穩定運行做出了貢獻。