核電站試驗閥門驗證輔助計算軟件開發

劉慕緣，張瑞華，何健蓉，張進松，干炯申

（中核核電運行管理有限公司 維修三處，浙江 嘉興 314300）

PTRIS001（安全注入和安全殼隔離階段A 的綜合試驗），該項試驗是在反應堆處在換料后的維修冷停堆工況（準備向一回路充水時）時執行的試驗，且是大修進程的關鍵路徑，整個試驗在順利的情況下需7h 左右。若有設備等其他異常情況，整個試驗過程則要有17h 之多。試驗過程中有兩個環節需要大量人力與時間來進行驗證：①設備的動作情況；②閥門的動作時間。在以往的試驗中，曾出現過設備初始狀態與試驗要求不一致而導致試驗失敗的案例。試驗中需要多人從幾百條試驗日志中找出需要的試驗量來驗證閥門的動作時間，兩種情況中都極易出現差錯，導致試驗時間增加或失敗。其涉及閥門個數高達89 個，部分閥門動作時間要求精度高，關閉時間≤1，這就對閥門變位時間精度提出了很高的要求。所以，需要開發試驗閥門驗證輔助計算軟件來解決上述問題。

1 項目背景

本項目已研發出一款可自動計算閥門變位時間及狀態的可視化軟件，實現對運行需求的閥門變位時間自動運算及狀態顯示，從而解決現場由于軟件限制需手動記錄及計算導致的試驗時間冗長及計算誤差，提高試驗效率，節省大修主線時間。通過對KIT 系統平臺軟件的二次開發及組態，在主控操作員站中增加顯示畫面的方式來實現試驗系統設備狀態的整體顯示和試驗過程中的閥門時間自動輔助計算。此系統預留擴展功能，方便后續自行增加對應的試驗系統。

目前已完成秦二廠1、2 號機組試驗閥門驗證輔助計算軟件的開發調試工作，已完成PT2RIS001/EIE001 兩個試驗調試，滿足最初設計的功能要求：①實現試驗系統設備狀態的整體顯示，符合操縱員試驗的操作需求；②可正確自動計算動作時間，驗證與當前手動計算一致，實現試驗閥門時間自動輔助計算；③具有擴展功能，可增加其他試驗規程。經評估已滿足研究目標。

開發過程：本套軟件主要針對秦二廠1、2 號機組HOLLiAS MACS 系統軟件平臺進行應用，與采用HOLLiAS MACS 系統軟件平臺的其他電廠具有完全的兼容性，其他同平臺項目也可以采用本方法進行閥門動作試驗。基于電站計算機系統（KIT）平臺進行二次開發及組態，采用應用開發補丁的方式，通過新增功能頁面實現閥門動作時間自動計算的功能，可以將本補丁包安裝到工程師站，修改當前運行的工程，然后下裝操作員站，整個軟件升級過程不影響服務器的運行，不會導致服務器失效。本次開發的RIS、EIE 試驗規程中的所有閥門的到位時刻、閥門動作時間已滿足規程設計需要，在模擬體完成軟件的安裝及調試工作。另外，此次研究還具有擴展功能，后續再增加其他試驗規程時，設備狀態的整體顯示畫面只需修改圖符的開限位、關限位點名和域號信息，新增閥門動作時間畫面時，選擇本閥門時間自動計算畫面作為模板，可按照本計算方法進行其他試驗計算。

2 關鍵技術解決

對于此研發項目，其關鍵技術為如何通過本程序，在電站計算機系統（KIT）平臺軟件上進行試驗系統設備狀態的整體顯示，并對顯示閥門動作時間進行自動計算，具有其擴展性。為解決上述問題，主要通過以下3 個技術方案來實現上述3 種功能：

2.1 試驗系統設備狀態的整體顯示

集成需監測的試驗設備狀態至電站計算機系統（KIT）可視化界面，將目前試驗前需要的設備集成至監視界面，通過電站計算機系統（KIT）可視化界面確認所有設備是否在要求位置來實現試驗系統設備狀態的整體顯示，從而避免因為設備狀態不對而導致試驗失敗，節約逐個查詢時間。本程序包含試驗前所有閥門狀態的自動確認，并提示試驗條件是否已具備。

其主要工作按照操縱員試驗的具體情況，人性化為增加試驗系統設備狀態顯示頁面，按工藝系統、按列進行歸類，比如RIS 系統增加A 列和B 列兩幅頁面，分為RIS 系統A 列所有設備狀態和B 列所有設備狀態，設備狀態采用列表的方式分類進行排列，顯示風格與原有系統保持一致，如圖1 所示。

圖1 RIS系統A列設備狀態顯示示意圖Fig.1 Schematic diagram of the status display of equipment in column A of the RIS system

試驗開始前，需要確認設備狀態是否滿足初始要求。初始要求開啟的閥門，開限位為紅色，關限位為灰色時，初始狀態是否滿足列顯示黑色√，其他情況顯示紅色×；初始要求關閉的閥門，開限位為灰色，關限位為綠色時，初始狀態是否滿足列顯示黑色√，其他情況顯示紅色×。

可以通過每個頁面上的按鈕鏈接到其他頁面查看其他設備狀態，例如打開第一個頁面時，按鈕組的狀態為：按鈕1 為藍色，其余按鈕為灰色。當點擊按鈕2 打開第二個設備狀態監視頁面時，按鈕組的狀態為按鈕2 為藍色，其余按鈕為灰色。

設備狀態顯示頁面增加切換按鈕，可方便地切換到對應的閥門動作時間計算頁面。

閥門計算軟件需保證現場信號正常，假如現場電纜進線方向的數據有誤，目標函數能將風險減到最低，繼續編寫自動優化算法[1]。定義站為邊界，以當前模塊布置、通道位置為初態數據開始優化，每一輪計算結果看作一個樹節點，每次只調整偏差小于零的點，每調整一輪都判斷小于零的點數。如果點數增加，則認為優化變差，返回上一節點，進入另外分支優化[2]。

2.2 試驗閥門時間自動輔助計算

整理試驗中對有開關時間要求的閥門，在電站計算機系統（KIT）中核實相關點名，在電站計算機系統（KIT）平臺中提取相關點時標。梳理所有閥門的計算公式，根據公式開發軟件算法計算閥門動作時間，對比標準邏輯判斷是否符合要求，并在電站計算機系統（KIT）可視化界面顯示，包括RIS、EIE 等試驗規程中的所有閥門的到位時刻、閥門動作時間，是否滿足規程設計需要。

增加試驗系統閥門動作時間計算頁面，以列表的方式顯示閥門動作時間計算的相關信息，并自動完成計算和判定是否滿足準則。示意圖如圖2 所示。

計算：手動安注信號出現后，試驗開始。頁面提取試驗開始后各個閥門第一次變位（0 變1）時刻，并根據算式計算出動作時間，動作時間滿足準則的，是否滿足列顯示黑色√，不滿足準則時顯示紅色×。

模式：閥門動作時間計算功能分為24h 和歷史兩種模式，24h 模式顯示當前時間向前24h 內最新的一次試驗結果，歷史模式下需要設定起始時間，然后點擊“查詢”按鈕，頁面查找并顯示設定的起始時間后24h 內的第一次試驗結果。

翻頁：通過頁面前翻、后翻按鈕查看所有閥門的動作情況。

2.3 擴展功能

通過現有的系統組態程序及配置文件進行擴展，方便后續用于其他試驗規程。需要增加其他設備試驗時，可以參照擴展說明文件進行擴展功能的實現，通過以下兩步即可實現擴展功能。

1）通過組態工具增加試驗系統設備狀態顯示畫面。

2）通過組態工具及配置文件增加試驗系統閥門動作時間計算頁面。

3 技術指標的實現

3.1 功能技術指標實現

試驗系統設備狀態監視畫面中顯示各個閥門的開限位狀態、關限位狀態且閥門圖幅及顏色與原電站計算機系統（KIT）中顯示一致，程序頁面中用于各閥門計算的時刻應與電站計算機系統（KIT）試驗日志中的時刻一致。閥門時間輔助計算的程序頁面打開時，如試驗初始條件已觸發，則程序自動運行開始篩選日志并記錄對應時刻。試驗結束時，閥門時間輔助計算的程序頁面自動停止，且頁面數據保持不變，直至下一次試驗開始。閥門時間輔助計算的結果，可通過篩選功能在試驗日志中篩查。每一個試驗系統為一個單獨子項，相互之間獨立，應有獨立的畫面顯示。每個子項中主要包括閥門動作時間計算的啟停、日志篩選的啟停、試驗設備狀態監視畫面、閥門時間自動輔助計算畫面，提供的軟件包含RIS、EIE 試驗規程中所有閥門的到位時刻、閥門動作時間等，滿足試驗規程標準。模擬體驗證：畫面調用、畫面顯示、設備狀態顯示、頁面調用、歷史模式數據查詢、動作時間計算正確性、特殊情況邏輯，及計算處理問題。

3.2 擴展功能技術指標實現

以數字化技術為核心的數字化系統也不斷應用到工業生產當中，并在自動化生產線中發揮著越來越重要的作用[3]。應具備擴展功能，在后續可根據現場實際需要，按照擴展說明文件自行增加擴展現有試驗規程外的試驗子項。查詢同類電廠，如嶺澳二期核電廠進行了數字化監視方面的改進。操作人員將運行程序和監控畫面分離，把數字化的部分運行程序內容視同獨立的一個計算機顯示屏現實程序，通過程序的相應步驟的鏈接按鈕另屏調取顯示的監控畫面，并在監控畫面上進行操縱和監視，在程序界面上進行記錄[4]。軟件開發過程中，及時糾正軟件平臺的錯誤，保證系統的安全穩定運行，使電站計算機系統的功能更加完善、穩定，可靠性不斷提高[5]。

4 結束語

通過數字化手段實現對運行需求的閥門變位時間自動運算及狀態顯示，減少計算誤差，提高試驗效率，節約操縱員人力，縮短試驗時間。項目完成后，縮短試驗時間10h，大大減少試驗期間的操縱員的人力，并且給操縱員減負，使試驗更加準確，減少因人因或設備異常導致的試驗不合格。試驗閥門軟件具有良好的經濟和社會效益，為其他在役核電廠的數字化試驗方式提供了借鑒經驗。