CPR1000核电机组DCS报警优化的应用

阮先为 徐 江 刘君发 吕明明 胡 鹏 宋 超

(福建宁德核电有限公司，福建 宁德 355200)

某核电厂主控监控的报警主要分为两大类——工艺报警与IC(设备异常)报警，其中工艺报警代表系统健康状态，IC报警代表设备健康状态，两个报警系统均通过DCS(集散控制系统)平台实现，但报警机制不同，且相互独立、互不影响。

经调查，该核电厂自商运以来，4台机组长期存在20多条工艺报警与200多条IC报警，其中真正的异常报警寥寥数几，绝大部分的报警是因为系统未在线，或者设备未供电等原因而产生，属于正常工作情况下触发的正常报警，无法通过维修手段消除，这类报警被统称为状态报警。状态报警无用信息较多，严重干扰了运行人员有效地监视机组报警信息[1]，不利于监控机组的安全，故本项目优化状态报警触发机制，减少满功率运行期间状态报警的数量。

1 调研分析

1.1 工艺报警

1.1.1 工艺报警实现

根据工艺报警产生原理，工艺报警大致分为三类：单条件触发的单点报警，多条件经逻辑运算触发的综合报警，多条件组合触发的组合报警。

单点报警：通过编辑数据库中数据类型为DVI2(开关量输入信号)的报警点名、报警点描述、报警级别等，或是编辑AVI4/6/8(模拟量输入信号)的高、低限制报警点名、报警点描述、报警级别实现，将编辑好的数据库下装至计算服务器/主控制器生效。单点报警是工艺报警中使用最多的报警。

综合报警：在控制器内部根据模拟图/逻辑图编辑好触发报警的逻辑运算程序，下装控制器，编辑数据DM2(开关量中间变量)类型的中间变量点存储逻辑运算的结果，下装计算服务器/控制器生效。主控器采集多个现场的信号，经控制内部逻辑运算后，将结果赋予DM2点，DM2点生成报警状态字传输给计算服务判断报警。与单点报警不同的是，综合报警可以根据设计需求，修改报警逻辑，属可编程报警。

组合报警：编辑数据库CAI(组合报警)类型点，将组合报警的子条件一一写入，子条件最多可达150个，各个子条件的逻辑关系为或，即任一子条件满足则触发报警，仅下装计算服务器生效。与综合报警不同的是，逻辑运算与报警判断均由计算服务器实现，组合报警最大的意义在于具有报警重闪功能。

报警重闪：组合报警K由A/B两个子条件组成，当A条件触发组合报警K后，主控以2Hz的频率闪烁报警提醒操纵员，操纵员点击确认后，报警停止闪烁；若此时B条件触发，则组合报警K将重新以2Hz的频率闪烁，同时刷新报警时间，再次提醒操纵员组合报警中有其他子条件也触发了，操纵员可以从组合报警的点详细列表中获取所有子条件的触发信息。而综合报警表现为，综合报警K由条件A/B相或，条件A触发综合报警K后，条件B触发不会导致综合报警K重闪，报警时间为条件A触发时间，仅有当报警K恢复后，条件B才能重新触发报警K。

1.1.2 KSN系统传递报警实现

三废系统有独立的计算机控制平台KSN(三废计算机控制系统)，KSN系统的报警机制与DCS系统一样，通过在KSN系统定义数据库、编辑逻辑组态，下装KSN计算服务器与控制器，实现在三废控制室的报警功能。

部分三废系统的重要报警不仅要在三废控制室显示，也需要在主控同步显示，所以设计了域间引用功能。DCS系统数据库为一个域，KSN系统数据库为一个域，在各自的域创建一张域间引用表，两域间引用表的点一一对应，下装至各自的网关与计算服务器，建立通讯桥梁。

KSN系统计算服务器在收到控制站发来的数据包后，通过两系统各自的网关将数据包送给DCS系统计算服务器，DCS系统计算服务器根据数据包与数据库组态判断是否触发报警。

1.2 IC报警

IC报警是由控制器的功能块根据采集的设备状态信号，经过功能块内部逻辑运算，生成O/F报警状态字，再将状态字传输给计算服务器，由计算服务器判断是否触发IC报警，最后将报警结果传输至交互终端，显示在IC报警列表中。

开关偏差报警：功能块在未发出开关指令(RD/TD)的情况下，设备反馈信号(RP/TP)发生变化，功能块O/F状态字改变，产生开关偏差报警。比如，通风阀门在鉴定时，为避免操作群控开关导致无关风阀动作，所以通常以强制信号的方式动作风阀，不是用功能块发出指令，而风阀的实际状态又发生了变化，故此时产生开关偏差报警。

2 制定策略

2.1 工艺报警优化策略

数据库修改：通过修改数据库AVI4/CAI等类型点的判断值，改变报警触发条件，比如修改AVI4点高一高二限值，新增或删减CAI点的子条件。

组态修改：通过修改控制器程序页的运算公式，改变报警触发逻辑。

组合修改：对于一些复杂的报警优化，需同时修改数据库与组态。另外KSN系统传递的报警，还需修改域间引用表。功能块与计算服务器内部算法为标准库文件，无法修改。

报警抑制：由于机组设计的报警数量非常庞大，报警抑制能够快速地在大量的报警中筛选出有效信息，以便维护人员能够正确判断出故障原因[2]。比如高2报警抑制高1报警，系统隔离信号抑制系统报警，工况模式信号抑制无关的报警。在虚拟控制站增加报警抑制的逻辑，下装虚拟控制器，虚拟控制器根据抑制逻辑，改变送往计算服务器的报警状态字，计算服务器将报警从工艺列表转移至抑制列表，信号流如图1所示。

根据改动的内容，三种类型报警需选择不同的策略，详细分析如表1所示。

表1 策略分析

2.2 IC报警优化策略

由于开关偏差报警约占IC报警一半以上，故本文仅针对开关偏差报警讨论优化策略：

手段1：将设备切为就地控制，将就地状态信号引入功能块引脚RLM(远程/就地切换端脚)；经核实大部分设备的远方/就地状态信号未上传至DCS系统，无法通过此手段实现复位。

手段2：根据设备当前状态，重新发送一次相同指令，比如当前状态为“开”，再发送一次“开”指令；经核实通风阀通常是由群控开关实现，即一个开关控制多个风阀，若重新发送开关指令，可能导致一个风阀组里状态不一致的风阀误动，风险太大，不适用。

手段3：对功能块的RES(复位端脚)端输入脉冲信号，可复位偏差报警，不会导致设备动作；可通过在画面上制作专用的复位按钮，由操纵员点击复位按钮产生脉冲信号，实现复位。

手段4：改变设备状态，使反馈与指令一致；设备状态需满足实际运行工作情况，为了复位报警改变设备状态，不适用。

综上所述，手段3是开关偏差报警复位的最优方式。

3 实例展示

3.1 CRF719KA报警优化

需求：机组满功率运行期间，由于CRF(循环水系统)系统未投运，故机组长期存在CRF719KA/CRF722KA，报警非工艺异常引发的报警，而是系统状态所致，无实际意义且影响机组状态监视，建议以CRF671VA的“关”信号代表CRF系统未投运的状态，作为CRF719KA/CRF722KA的报警抑制条件，即当存在CRF671VA的“关”信号时，抑制CRF719KA/CRF722KA的触发，当CRF671VA的“关”信号消失后，报警正常触发。

优化：报警类型为单点报警，未涉及数据库修改，需增加报警抑制条件，使用策略为报警抑制，在虚拟控制站增加报警抑制逻辑，下装虚拟控制器即可。

当CRF671VACP触发时，CRF719KA/CRF722KA由工艺报警列表转移至报警抑制列表。系统重新投入后抑制功能失效，工艺报警恢复原状态。

图2 报警抑制效果

3.2 TEP708KA报警优化

需求：在TEP(硼回收系统)002～007BA(液位箱)出口泵停运、出口阀关闭的状态下，存在TEP702KA(TEP002至004BA液位低或007PO故障)/TEP708KA(TEP 012至014PO，005至007BA故障)工艺报警，无提示意义且影响机组状态监视，建议优化报警机制。

优化：在TEP002～007BA出口泵停运、出口阀关闭的状态下，BA箱内已至低液位，触发液位低报警，该报警并非工艺异常所致，属工艺状态改变所致，需优化。将原TEP002～004BA液位低直接触发TEP702KA，优化为液位低与上出口隔离阀未全关信号触发TEP702KA；将原TEP005/006BA液位低直接触发TEP708KA,优化为液位低与上出口隔离阀未全关信号触发TEP708KA；由于TEP007BA无出口隔离阀，则原液位低直接触发TEP708KA，优化为液位低与上TEP014PO未停运信号触发TEP708KA。

该报警在KSN系统与DCS系统同时触发，在DCS系统内为组合报警，上游文件要求具有重闪功能，需修改DCS数据库。在KSN系统内为综合报警，需修改KSN数据库与逻辑组态。另外需修改域间引用表，将KSN新增数据点传输至DCS。

3.3 开关偏差报警优化

需求：开关偏差报警由机械执行防火风阀试验时产生，因防火风阀使用群控开关控制整个防火分区的风阀，若使用群控开关动作防火风阀，则导致防火分区的所有防火风阀同时动作，导致系统引入较大的风险，同时机组记录的I0数量超过技术规范，机组需退状态。所以防火风阀试验由仪控强制风阀开关继电器指令，逐个动作防火风阀。因风阀功能块未接收到上游群控开关发出的控制指令，而就地阀门真实动作，所以产生开关偏差报警。

优化：涉及开关偏差报警的风阀有200多个，以防火分区为原则，对每个防火分区的风阀制作偏差复位按钮，以DVC(通风系统)060/074/075/080/090VAF(通风阀)开关偏差报警为例，在画面中制作SFZ350KGR复位按钮，将按钮输出引入DVC060/074/075/080/090VAF功能块RES复位，通过SFZ350KGR同时复位DVC060/074/075/080/090VAF开关偏差报警。

4 应用成果及经济效益

本项目对报警系统展开调研，分析报警触发机制，针对长期存在的工艺报警、IC报警，利用逻辑优化、报警抑制等手段，定制优化方案，实现报警“智能化”。

2020年已实施报警优化项目20余项，4台机组满功率运行期间报警数量保持在一个较低的数值。该优化项目全程由某核电自行设计、组态、下装，该项目在某核电1～4号机组实施以来，满功率运行期间工艺报警数量减少60%，IC报警数量减少40%，提高了运行人员对机组异常的响应能力，为机组的长期稳定运行做出了贡献。