核电DCS信号失效判断及处理分析汪漫

核电DCS信号失效判断及处理分析汪漫
发布时间：2021-08-24T08:31:25.596Z 来源：《中国科技人才》2021年第13期作者：汪漫[导读] 下面主要从作者实际工作经验入手进行分析，核电DCS信号失效判断方法，提出有针对性地处理措施，希望对有关从业人员带来帮助。

中核控制系统工程有限公司 102401
摘要：核电厂的中枢神经可以说是数字控制系统DCS，系统分布测量装置实际上是DCS系统感知、认知被控对象的神经末梢，在DCS 系统中需要充分考虑到神经末梢信息的失效、应对机制，尽可能的提升数字化的控制系统可靠性。

下面主要从作者实际工作经验入手进行分析，核电DCS信号失效判断方法，提出有针对性地处理措施，希望对有关从业人员带来帮助。

关键词：核电站；信号失效；处理
前言：
本文对核电DCS系统的信号失效原因和判断、处理的方法进行分析，结合我国的核电厂真实的案例，对信息失效的典型处理方法进行分析，最后得出正确的信息失效机制，DCS系统可靠，就核电厂运行过程的安全性和稳定性提供保障[1]。

1 信号失效及质量位
1.1 失效原因
在核电DCS系统中，传感器故障、仪表故障、线路故障、电源模块的失电、采集模块故障、通讯故障可以造成信号失效。

1.2 质量位
DCS系统主要是经过确定技术手段，能够甄别出信号的有效性，采用一个或是多个标志位进行识别信号有效性，这个标志位可以称为是质量位。

在某个核电厂的DCS系统的I/O处理算法中，能够判断出所有输入的信号，若是信号源造成无效信号，或是因为DCS设备的故障，出现信号的无效，进而判定为信号无效。

在I/O的处理算法中能够将其信号质量位标记成无效。

质量位主要是由数据的采集、通讯模块组成的，在质量位的产生后，随着信号在DCS系统的内部需要依据规则实施传递、参与逻辑运算，质量位用在信号失效后，报警触发、表决运算缺省值生效等等[2]。

1.3 实现质量位
在DCS系统中对于现场的传感器信号、设备状态的反馈信号灯都需要经过标准化的处理，模拟量信号主要是被转换成4 -20mA的电流信号，开关量信号是转变为0-24v的标准电压信号，其标准信号送到DCS系统中，实施运算处理，DCS故障监测的机制能判断其信息。

2 信号失效处理的措施
信号的失效处理应该尽可能减少信号失效影响到工艺系统，不引起设备的拒动、误动，不会影响到人员安全性、设备安全性、系统安全性。

在信号的失效后，经过有关措施能够及时的提醒运行人员对问题的及时发现，给予一定处理的时间，信号失效的时候DCS控制、调节、保护功能是不能丧失的，不能引起大运动状态波动，DCS系统主要是采用了信号的无效性管理，设置缺省值措施，对失效信号合理处理[3]。

2.1 信号无效性管理
信号无效性的管理指的是应用质量位实施逻辑的处理，进而达到自动化或者是手动进行信号失效故障的处理。

在信号失效的时候，控制信号可以在人机界面上进行触发报警，使得操作人员对故障的获知、处理。

2.2 对缺省值的设置
DCS系统所检测信号失效后，使得该信号的失效很小程度的影响到机组运行的安全性和稳定性，将其失效的信号用在一个预先设定值，继续参与到DCS系统的逻辑运算中，预先设定值实际上就是信号的缺省值。

在进行设置缺省值的时候，选择使用量程的下限值、上限制等，确定出缺省值的过程实际上就是缺省值分析，基于单一的故障准则、保守值的分析，对于DCS系统还需要从安全角度入手控制，就安全性DCS信号应该从经济、可靠、安全的角度入手控制。

3 案例情况的分析
3.1 超高量程不会触发质量位的案例分析
某核电厂为避免稳压器电加热器的干烧，在稳压器的水位低于-4.63m的时候，自动化切除电加热器。

对于保护电加热器的设备进行分析，如果说水位信号失效，还需要对电加热器进行切除。

但是在稳压器处在满水的时候，水位测量仪表超高量程极易触发出水位的信号失效，造成电加热器的切除。

使用电加热器进行稳压器内部水的加热处理，在经过一定处理之后，在水位信号超出高量程的时候，电加热器逐渐的被水所淹没，在这个过程中，电加热器的启动不会破坏其设备。

为实现满足实际的运行需要，这个水位的信号在超出高量程的时候，是不会触发信号的失效。

3.2 超低量程不触发质量位案例
某核电厂的超温超功率△T停堆信号中，采用一回路热段温度信号和一回路冷端温度信号开展逻辑回路的运算，在启动机组的时候，要求正常冷却停堆模式对断路器闭停，将其控制棒提升至五步的位置。

在正常冷停堆过程中，一回路平均的温度是60摄氏度左右，低于一回路冷段和热段的温度信号量程，使得温度信号的失效。

出发超温、超功率，将会造成对控制棒不能提升。

依据经验分析，在一回路冷段、热段的温度低于量程下限时，是不能出现超温和超功率信号[4]。

3.3 质量位及缺省值综合应用案例分析
某个核电厂的汽轮机二级再热器疏水箱的正常运行水位为55cm，在水位高出175厘米的时候，触发汽轮机能够进行跳机处理。

水位主要是三个冗余液位信号取其平均值，对其合理的控制，在两个或者是两个以上液位信号失效过程中，采用高水位缺省值，启动水箱疏水阀，避免过高水位造成汽轮机的设备损坏。

在机组满负荷的运行阶段，二级再热器疏水箱三个水位信号的两个失效，将其DCS系统使用缺省值135.5cm进行控制水位，水箱疏水阀全开，将其机组热功率上涨到百分之百。

依据资料的分析，立即手动能够对二回路功率进行降低，使得热功率降低到百分百以内，没有停堆的问题出现，该缺省值选择虽说考虑到汽轮机设备保护，但是并未充分考虑到对热功率造成的影响，经过增加信息失效后地报警，提醒运行人员进行处理，将水位的信号质量位参与到疏水阀的控制阶段，在水位信号失效后，开启疏水阀，实现减少热功率的扰动效应。

4 加强对DCS系统的管理措施
1）在安全级DCS系统移交后，制订了《调试期间DCS工作管理通告》、《TCA实施管理规定》等，从规则上对调试期间的人员行为作了规范。

使用DCS软件必须要有工作票或者试验规程作为前提；在工作站设立强制点记录本；设立DCS专项组，由专人管理整个安全级DCS；建立定期巡检制度，及时发现现场突发异常状态。

2）定期组织DCS相关知识培训。

由有经验人员结合专业知识对相关人员进行DCS操作及常识培训，在工作过程中逐渐培养使用防人因工具、三向交流的氛围，确保工作中尽可能少地出现常识性错误。

3）定期进行其他电厂经验反馈学习，减少同类型故障导致的异常事件[5]。

结束语：
总而言之，DCS系统信号的失效处理措施正确性将会直接影响到核电厂的可靠性、经济性和安全性。

核电厂采用的DCS系统方案比较多，各DCS系统技术的差异性比较大，经过合理的应用信号失效的处理机制，可以提升自动化的系统可靠性。

在进行处理信号失效的时候，需要基于单一的故障准则，对核电厂的运行情况进行分析，在信号失效处理方案的验证过程中，除去常规审图、实物的调试验证，做好验证系统、闭环处理。

参考文献：
[1]苏朝葵，周亮等CPR1000核电厂DCS质量位传递原则探讨[J].原子能科学技术，2014.48（S1）：863-867.
[2]蒋杜，李苏，田露等.方家山核电厂DCS系统模块故障原因研究[J].自动化仪表，2018.39（9）：56-59.
[3]李启明，李景志，刘旭东.核电站安全级DCS系统故障及维护策略研究[J].自动化博览核，电仪控，2013：88-97
[4]张远强.火力发电厂DCS系统常见故障分析和处理措施[J].企业技术开发，2012，05（21）：102-103
[5]郁章斌.探讨核电调试防人因管理.山东工业技术[J]，2016：264 -265。