核电厂PSA设备可靠性数据库数据自动获取机制探讨

摘   要：核电厂PSA设备可靠性数据须根据监管单位要求每年进行获取和上报。本文重点讨论当前行业内PSA设备可靠性数据获取机制的现状与不足之处，以及数据获取自动化和详细的优化改进建议。通过各种不同类型设备数据的特点进行针对性改进，可以有效提高核电厂自动获取可靠性数据的效率与准确性，拓展自动获取的范围，并减少人员的工作量。

关键词：核电  PSA  设备可靠性数据

中图分类号：TM623                                文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2020）06（b）-0012-02

1  PSA设备可靠性数据简介

核电厂须根据监管单位的要求，每年提交电厂PSA相关设备的可靠性数据报告。可靠性数据一般包含两种类型的数据：一种是失效数据，另一种是运行数据。其中运行数据包括了设备的运行时间，启动、停运、开启、关闭次数，以及这些数据获取时所对应的电厂状态。这些数据一方面用于汇总给监管单位，用于国家范围的统计;另一方面，也用于电厂内部统计，并更新电厂的PSA模型数据，使得PSA的计算结果能够更好地反映电厂实际情况。

2  当前PSA设备可靠性数据获取现状分析

PSA设备可靠性数据中，失效数据一般均根据电厂的状态报告、维修工单等进行统计。失效数据的判断由于涉及到失效机理、失效程度和影响的判断，且电厂设备众多、型号原理各不相同，因此一般均为人工判断。

而运行数据则相对明晰，因此具备自动获取的条件。目前核电厂中旧电厂一般使用非数字化仪控系统，这部分电厂所使用的PSA设备可靠性数据库软件一般不与电厂仪控系统连接。而是通过电厂操纵人员的运行日志、设备试验周期、电厂运行周期内启停设备的次数进行估计。而实际上电厂运行较为复杂，与估算的理想情况可能相差较大，从而导致估算不准确，带来较大误差。

新电厂一般使用数字化仪控系统，可以获取并储存大量的設备相关的状态，因此新电厂的PSA设备可靠性数据库软件可以与电厂仪控系统相连，获取更加准确的状态信息。能够直接从仪控系统中读取状态的设备主要为泵、风机、远程控制阀门、断路器以及一些成套设备。大部分非能动的设备由于没有信号反馈，因此无法直接获取相关运行数据。另外，泵、风机等经常会进行电机单体试验，由于反馈至仪控系统中的信号取自断路器，因此无法判别泵或者风机等设备实际是否真实启动。

另外，电厂状态数据是另外一类所需的较为重要的数据类型。核电厂的运行状态一般分为：功率运行、启动、热备用、热停堆、冷停堆和换料6种工况。另外，根据PSA建模的需要，在此基础上可能再细分出更多的工况类型，即PSA机组状态。这部份的工况的信息一般也是根据电厂启停的信息进行确认，绝大部分为人工判断，存在的问题即为不够精确。

3  数据自动获取改进探讨

根据以上的PSA设备可靠性数据获取的现状分析，可以得出PSA自动获取数据的机制可以进一步优化。以此实现更好的自动化获取过程，减少人工判断并增加数据获取的准确度。

3.1 增加辅助判断逻辑

针对泵、风机、成套设备等具备状态反馈功能的设备，从仪控系统中获取的启动、停运信号可能无法真实表征设备的状态，如进行电机单体测试、断路器单体测试等工作也会产生信号，直接引用会导致错误的记录。

为了避免虚假的启动、停运数据产生，可以增加辅助判断逻辑，用以剔除虚假数据。以下针对几种典型设备进行探讨。

（1）泵。

泵在真正运行时，出口压力会升高;如果有流量的情况下，出口可以测得流量;同时泵的电机亦会测得电流，该电流正常均大于电机空载的电流。因此，可以选取泵出口的压力参数、流量信号、电机电流值作为辅助判断参数，并设置合适的阈值，超过该阈值且有启动状态反馈可认为设备已经真正启动。

（2）风机。

风机与泵类似，可以通过设置风机出口的压力参数、流量信号、电机电流值作为辅助判断参数，并设置合适的阈值，超过该阈值且有启动状态反馈可认为设备已经真正启动。

（3）成套设备。

成套设备一般用于满足电厂某项功能、提供某种介质、改变电厂某种参数。因此可以选取其可以表明设备启动的特征参数作为辅助参数。如空压机组可以选取空压机出口压力、冷冻机组可以选取出口和入口的温差、柴油发电机组可以选取发电机出口电压等参数作为辅助参数，超过该阈值且有启动状态反馈可认为设备已经真正启动。

根据实践，值得注意的是辅助参数数量并非越多越好，一般尽可能简单，避免逻辑的复杂性。同时，阈值的设置有一定的讲究，需要根据厂家数据或者设备试验数据进行设置，避免阈值设置的不合理反而导致了额外的错误统计。另外值得注意的是，启动/停运的反馈信号与这些辅助参数变化并非同步;同时，如电机存在启动电流，即便电机空载的电流也可能大于满载正常运行的电流。因此，设置合适的判断时间段非常重要，正确的设置可以避免类似的情况产生。

3.2 通过工艺参数变化判断非能动设备的运行状态

非能动的设备状态改变往往没有状态反馈至仪控系统，如需自动统计此类设备，则需要根据该设备相近的工艺参数变化来确定设备状态的变化。

电厂最典型的非能动设备为止回阀。可以有助于止回阀状态判断的参数一般有：上下游管线的流量、串联的远程阀门状态、泵或风机的状态、上下游的压力、其他止回阀的开关状态等。通过合理的选取相关工艺参数及阈值，并通过合适的逻辑组合以上工艺参数，即可获得止回阀的开启或者关闭的状态变化。需要注意的是，电厂工艺系统可能比较复杂，存在大量支路的情况。此时确定某个止回阀开启或者关闭可能需要多个参数的判断和较为复杂的逻辑，应当注意判断逻辑的严谨性;或者适当删减次要判断逻辑，这会降低一定的准确度，但也能够避免复杂逻辑带来的错误。

该方法亦可以用于安全阀、泄压阀等类似的设备。

3.3 電厂状态自动获取

电厂状态及PSA机组状态亦可以通过电厂状态参数的逻辑进行搭建。区分不同的状态一般根据电厂功率、反应堆冷却剂平均温度、控制棒棒位、余热排出系统接入情况、一回路液位、压力容器螺栓松开情况、堆芯是否有燃料等参数或状态来判断。

需要注意的是，电厂参数同类型的较多，应当选取规程中明确用于指示状态变化的参数，如不存在也应当选取量程合适的参数进行判断。核电厂相同功能、不同通道的参数亦可以选取并进行综合判断，增强容错能力。PSA机组状态可能需要区分上行状态还是下行状态，因此判断过程中需要考虑上一个状态。另外，电厂参数波动可能会导致自动获取的状态频繁改变，此时可以考虑增加持续时间作为辅助判断逻辑，或是增加死区。

针对电厂存在的某些特殊功能，可能对于电厂状态自动获取存在干扰，应当详细研究并加以避免。如电厂存在快速降功率系统时，部分用于停堆的棒组可能快速下插，而实际电厂仍然在功率运行模式并未停堆。此时，如果未正确选取用于区别启动和热停堆的棒组指示反馈，则可能导致判断错误。

4  结语

根据以上讨论，核电厂PSA设备可靠性数据自动获取是存在可以优化的方面，这一部分是依托了数字化仪控系统能够获取全面、广泛的电厂数据;另一方面，增加辅助参数进行逻辑判断、通过工艺参数变化判断非能动设备的运行状态以及对电厂状态通过电厂参数的逻辑判断可以使得PSA设备可靠性数据获取得更加准确、并减少人员的工作量。这些优化内容目前已经应用于笔者所在电厂，起到了上述有益效果。

参考文献

[1] 杨智.核电厂PSA可靠性数据采集问题探讨[C].中国核学会.中国核科学技术进展报告（第四卷）——中国核学会2015年学术年会论文集第10册（核安全分卷）.中国核学会：中国核学会，2015：273-277.

[2] 吕娟利，孟少朋，杨旻学，等.我国重水堆核电站PSA设备可靠性分析[J].机电产品开发与创新，2016，29（5）：12-14.

[3] 李乐，孟少朋.秦山地区设备可靠性数据采集和应用[J].机电产品开发与创新，2018，31（6）：6-9.

作者简介：陶殷勇（1987，10—），男，汉族，江苏苏州人，本科，工程师，研究方向：核电厂概率安全分析和严重事故。