仪表失效后的处理

摘 要：在新设计的DCS控制的核电厂中，很多仪表采用了质量位对仪表的可用性进行判断，而其判断的结果会直接影响仪表输出信号下游的逻辑动作。通过分析仪表质量位信号在仪表故障时对控制和保护系统的影响，提升了操纵员面对该问题的处理能力。

关键词：核电站；缺省值；失电；安全

1 仪表质量位

仪表的质量位是在仪表信号传输了，附加了一个质量判断信号，一旦仪表信号超过其正常电流范围（4～20mA）一定比例（通常为2%～5%），其质量位信号将给出仪表信号故障信号。

在DCS设计时必须考虑仪表故障信号触发后逻辑降级和缺省值设置的问题。当一个仪表信号无效时，将直接导致逻辑表决单元中相应的表决逻辑降级。缺省值是指在DCS判定信号失效后，DCS内部对该失效信号采用的替代值。缺省值的选择直接关系到机组的安全运行和设备保护，意义重大。

在机组处于特殊的工况下，某些重要表计失效导致的逻辑降级将导致安注、紧急停堆等保护的误触发；某些缺省值的生效将导致重要的自动动作，可能造成事故扩大，对这些仪表失电导致的逻辑降级和缺省值选择的分析有助于在仪表故障的情况下甄别相关操作的重要性和紧急性，防止不必要的专设安全设施动作。

2 故障安全原则的实现方式

2.1 传统核电站的实现方式

传统核电站（如大亚湾核电站）的仪控系统一般采用由继电器等硬接线搭建起来的逻辑，通过定义继电器的低电压或高电压触发逻辑，配合常开和常闭触点设计，实现器件（如现场传感器）故障时的预期响应。

2.2 DCS控制电厂的实现方式

数字仪控系统DCS一般采用现场总线技术，大量信号通过网络传输，总线为虚拟环网结构，有较高的通信可靠性。其内部信号处理和逻辑实现单元一般采取冗余设计，仪控系统电源采取多样化设计，满足单一故障准则要求。与传统电站相比，DCS具有明显的优越性。

在DCS内部通过网络传输的信号，一般伴随一个指示该信号有效与否的“质量位”。对于故障信号来说，该质量位可以直接触发该信号相关的功能逻辑，也可以直接触发KIC上的仪控报警，指示信号故障，操纵员可以利用报警信息去分析判断故障的起因。该“质量位”会使对应的缺省值生效，产生相对应的自动动作。

2.2.1 缺省值方式

缺省值有多种选择：量程低值、量程高值、设定值或上次有效值等，每种选择对应不同的系统响应。在确定缺省值前，深入分析，综合考虑各种因素，并充分权衡对机组的安全、设备的保护和维修、机组的可用性等方面的影响，可以确定一个最优值。与传统设计电厂的仪控系统设计相比，手段更加丰富，性能更加优化。

2.2.2 逻辑降级方式

在反应堆保护系统设计时考虑了信号失效时的情形，当一个保护通道信号无效时，将直接导致逻辑表决单元中相应的表决逻辑降级，因此该类信号不需要缺省值。对于反应堆保护系统中的仪表信号失效，会导致该仪表对应的所有保护信号逻辑降级，而不是单纯的使其控制信号取低值或者高值，更加体现了其安全性。仪表失电后会导致RPR系统中部分逻辑的降级，误动的风险增加；会导致部分仪表对应的缺省值触发，导致或闭锁某些自动信号的动作；还将导致报警信号的误触发或者不触发；当模拟量信号故障时，其参与自动控制的值一般维持为“上一次有效值”或其他的缺省值，在二层在显示为“XXXX”。

3 操纵员面对仪表失效故障的处理方式

3.1 仪表控制母线失电时的控制

保护组母线失电时，会导致大量的仪表失电，从而触发大量的仪表“坏”质量信号。在设计时已经考虑了相关的风险，通过逻辑降级使保护系统的安全功能不降低；通过缺省值的设置一定程度上简化了事故处理操作。此外，缺省值分析时已考虑虚假显示和报警信息对事故处理过程中操纵员对机组状态的影响。

I11*事故规程编写时，充分考虑了仪表失效对机组状态的影响，并经过了完整的验证。操纵员应熟悉事故规程的主要处理思路和叠加故障的重大风险，就能很好地控制机组状态。尤其是控制好反应堆一回路平均温度，防止事故扩大。

3.2 单个仪表故障时的处理

如出现单个仪表“坏”质量信号，操纵员应根据报警规程的指引，迅速查阅相关的逻辑图和模拟机图，暂停与该信号相关的操作，防止由于其他试验或维修造成保护系统的误动作。.仪表故障恢复时，需要充分考虑其相关逻辑的变化，防止仪表恢复瞬间的保护动作。

某些仪表失效后将触发缺省值动作，闭锁或产生某些动作。操纵员需加强对该仪表相关的逻辑监视，以便在需要的时候手动触发动作以控制机组状态。仪表还会丧失显示，操纵员应该使用冗余仪表对机组状态进行监视，如果没有冗余仪表的表计故障时，则应使用关联参数的仪表对机组状态进行监视。

3.3 关联仪表的监视

此时关联仪表的监控尤为重要，一是需要利用其对机组状态进行监控；二是防止其对应的参数异常波动导致反应堆保护系统的动作；三是防止关联仪表本身异常，使机组状态恶化。

4 结论

操纵员在仪表失效故障处理时，应在规程的指引下，迅速控制好机组状态，暂停关联仪表的维修、试验等工作，并利用冗余仪表或相关仪表对机组状态进行监视。在事故处理过程中，特别是仪表恢复前，加强对关联仪表的监控。

参考文献：

[1]王振营，李红林，郑文波.核电站数字化仪控系统缺省值分析研究[J].自动化仪表，2011，355（05）：24-27.

作者简介：温庆邦（1983-），男，福建三明人，模拟机教员。