CN104392756B - 一种基于数字化仪控系统的反应堆动态联锁系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于数字化仪控系统的反应堆动态联锁系统及方法，包括故障诊断模块、决策支持模块和动态联锁模块。反应堆装置发生异常状况时，故障诊断模块输出可能的故障原因，决策支持模块列出相应的应急操作规程，操纵员根据判断确定应急操作规程后，动态联锁模块通过控制器自动执行应急操作规程，并向操纵员站下载屏蔽危险操作的监控组态，能够有效提高应急操作规程的执行效率并防止操纵员的误操作，保障了反应堆的安全运行。

Description

一种基于数字化仪控系统的反应堆动态联锁系统及方法

技术领域

本发明涉及反应堆的辅助安全控制方法，更具体的说，涉及一种基于数字化仪控系统的反应堆动态联锁系统及方法。

背景技术

随着核电站工程技术的发展，数字化仪控系统已经逐步替代了传统的模拟仪控系统。数字化仪控系统在具有易于实现高级控制算法、支持在线检查与自诊断、人机接口友好等优点的同时，也给操纵员带来了更多、更复杂的系统运行信息与状态警报，这使得操纵员很难快速精确的判断反应堆的运行状态，尤其在反应堆处于异常运行工况时，现有的数字化仪控系统输出信息过多，增加了操纵员误判与误操作概率，操纵员在巨大的精神压力下更容易发生人因失误，从而导致事故的发生。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对现有的数字化仪控系统输出信息过多，增加了操纵员误判与误操作概率的不足，提供了一种基于数字化仪控系统的反应堆动态联锁系统及方法，协助操纵员梳理与分析各类信息自动执行操纵员制定的应急操作流程，并自动屏蔽危险操作的监控界面，降低人因失误的概率，从而提高反应堆的安全性。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种基于数字化仪控系统的反应堆动态联锁系统，其特征在于包括：传感器、信号处理模块、故障诊断模块、决策支持模块、动态联锁模块、控制器、监控组态、执行装置和上位机，其中：

传感器，将探测到的现场信号送至信号处理模块；

信号处理模块，探测异常信号，发出信号异常报警，将报警位号与实时测量值发送到故障诊断模块；

故障诊断模块，接收信号处理模块发送的实时测量值，以设定的时间周期分析核反应堆的当期运行参数，监测反应堆运行状况；如果反应堆装置处于非正常运行状态，故障诊断模块实时将异常信息处理与分类后按照安全等级排序后以列表的形式通知操纵员，并将故障诊断信息传递到决策支持模块；

决策支持模块，根据故障诊断模块输入的故障信息，检索操作规程数据库，自动选择相应的应急操作规程，通知操纵员确认需要执行的应急操作规程，同时将规程传递到动态联锁模块，并通知动态联锁模块与控制器建立直接通信；决策支持模块在反应堆处于非正常运行状态时，检索得到多条应急操作规程，则将所有检索结果按照紧急程度排序并以列表形式通知操纵员，由操纵员判断并确定执行最适当的应急操作规程；

动态联锁模块，根据决策支持模块提供的应急操作规程，完成指令编码，并储存动态执行过程，在操纵员确认应急操作规程后，根据应急操作规程进行联锁运算，根据运算结果通过控制器输出控制信号，同时向操纵员站发布屏蔽危险操作的监控组态，以防止操纵员误操作；对于需要谨慎判断的操作，动态联锁模块对其实施“三级确认”组态模式；

控制器，根据动态联锁模块中组态子模块提供的控制算法，向执行装置发送动作指令；

监控组态，根据动态联锁模块输入的联锁运算结果，更新面向操纵员的监控界面；

执行装置，执行控制器发出的动作执行，完成控制动作；

上位机，可以将操纵员发出的控制指令直接发送给控制器。

所述动态联锁模块中的“三级确认”组态模式是，在操纵员执行操作时弹出二次确认对话框，操纵员确实需要执行此操作，点击确认按钮后系统将通知值长最终确定，如果值长允许执行此操作，则系统将该操作解锁并询问操纵员是否确认执行，操纵员点击确定后开始执行，如果值长取消此操作，则系统不会执行操作并通知执行此操作的操纵员操作取消的原因。

所述的动态联锁模块包括：编码子模块、操作指令集、动态执行过程存储器、动态联锁人机界面、联锁运算器、组态子模块，其中：

编码子模块，根据决策支持模块提供的应急操作规程，完成相应的编码工作，将面向操纵员阅读的文本操作规程，转化为计算机可执行的操作指令，并将操作指令保存在操作指令集；

操作指令集，用于保存经过编码的计算机可执行的操作指令；

动态执行过程存储器，将操作指令集中的各条指令分解为按照时序排列的执行步骤，并保存在存储器中，供联锁运算器调用；

动态联锁人机界面，为操纵员生成执行各项应急操作规程的执行按钮，并建立执行按钮与相应操作指令之间的映射关系，当操纵员点击某一项应急操作规程的执行按钮，动态联锁系统人机界面将操纵员选择的操作指令代号通知联锁运算器；

联锁运算器，在接收到动态联锁人机界面发送的操作指令代号后，根据代号在动态执行过程存储器中读取相应指令的操作步骤，并进行联锁运算，得到需要屏蔽的操作与需要执行的动作；

监控组态读取联锁运算器传来的屏蔽操作列表，将当期状态下人机界面上可能导致危险操作的按钮屏蔽，并向操纵员实时发布屏蔽后的监控组态；

组态子模块接收到需要执行的动作列表后，实时将最新控制组态下载到控制器中，由控制器自动控制执行器执行控制动作。

一种基于数字化仪控系统的反应堆动态联锁方法，实现步骤如下：

S1：信号处理模块将传感器采集的现场信号实时转换为数字量传送到故障诊断模块，故障诊断模块以设定的时间周期分析核反应堆的当期运行参数，监测反应堆运行状况；

S2：如果反应堆处于正常运行状态，则控制系统自动执行缺省操作；

S3：如果反应堆装置处于非正常运行状态，故障诊断模块实时将异常信息处理与分类后按照安全等级排序后以列表的形式通知操纵员，并将故障诊断信息传递到决策支持模块；

S4：决策支持模块根据故障信息检索操作规程数据库，自动选择相应的应急操作规程，通知操纵员选择需要执行的应急操作规程，同时将规程传递到动态联锁模块，并通知动态联锁模块与控制器建立直接通信；

S5：操纵员确认应急操作规程后，动态联锁模块根据应急操作规程进行联锁运算，动态联锁模块中的组态子模块根据运算结果实时发布控制组态，通过控制器输出控制信号，控制执行装置完成控制动作，同时向操纵员站发布屏蔽危险操作的监控组态，以防止操纵员误操作；

S6：对于需要谨慎判断的操作，动态联锁系统对其实施“三级确认”组态模式；

S7：操纵员可以根据实际情况选择关闭动态联锁模块，通过上位机直接向控制器发布控制组态，以应对决策支持模块无法判断的工况。

本发明与现有技术相比的有益效果：对核电站数字化仪控系统的系统运行信息与状态警报按照安全等级进行程序化处理与分类，经过处理后显示给操纵员的信息，节省了操纵员的判断时间，提高了操纵员的判断准确度。同时，决策支持系统辅助检索并列出了缓解当前异常工况可能需要执行的各条应急操作规程，操纵员确定需要执行的应急操作规程后，动态联锁系统自动完成规程的执行，并锁定操纵员站的危险操作，极大的提高了应急操作规程的执行效率，并有效防止了操纵员在精神压力下的人因失误，提高了反应堆运行的安全性。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的实施，下面将对描述本发明实施例中所需要用到的附图作简单说明。显然，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，可以根据下面的附图，得到其他附图。

图1是本发明基于数字化仪控系统的反应堆动态联锁系统的框图；

图2是本发明基于数字化仪控系统的反应堆动态联锁模块的工作原理图；

图3是本发明基于数字化仪控系统的反应堆动态联锁方法的流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更换的理解本发明，下面将结合本发明中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例1：

使用基于数字化仪控系统的反应堆动态联锁方法及系统，完成厂外电源可用时的蒸汽发生器传热管破裂事故的处理过程。

如图1所示，本发明系统包括：传感器、信号处理模块、故障诊断模块、决策支持模块、动态联锁模块、控制器、监控组态、执行装置和上位机；

核电站满功率运行状态下一台蒸汽发生器的传热管发生破裂，传感器如图1所示，探测到二次侧放射性，信号处理模块发现损坏的蒸汽发生器二次侧放射性计数率异常，发出“计数率异常报警”，并将报警位号与实时测量值发送到故障诊断模块；

为了提醒操纵员反应堆出现异常工况，信号处理模块将根据蒸汽发生器二次侧放射性计数率异常发出声光报警；

故障诊断模块罗列所有可能引起二次侧放射性计数率异常的事故工况，并将列表展示给操纵员；

故障诊断模块同时实时将可能的事故工况发送到决策支持模块；

决策支持模块根据事故工况实时检索并选择相应的应急操作规程；

决策支持模块在完成操作规程检索后，将操作规程检索结果通知操纵员的同时，也发送给动态联锁模块，并通知动态联锁模块与控制器建立直接通信；

动态联锁模块收到操作规程检索结果后，如图2所示，编码子模块编码系统实时将检索结果中的各条操作规程逐条编码为操作指令；

动态联锁模块在完成操作指令编码后，在动态联锁模块人机界面上生成相应的规程执行按钮供操纵员在适当的时刻执行操作；

同时将各条操作指令对应的操作步骤保存到动态执行过程存储器；

动态联锁模块启动内部的联锁运算器，等待操纵员对应急操作规程的确认指令；

随后，由于损坏的蒸汽发生器传热管破裂触发“蒸汽发生器水位异常信号”，稳压器因冷却剂丧失而降低，稳压器的备用电加热器开启，故障诊断系统根据随后接收到的信号，进行事故工况的“与运算”，并将最符合征状的“蒸汽发生器传热管破裂”事故排列到第一行，供操纵员判断并确认；

操纵员根据信息判断并确认损坏的蒸汽发生器的传热管发生了破裂，并点击动态联锁系统人机界面上的相应执行按钮开始执行“蒸汽发生器传热管破裂瞬变”应急操作规程；

动态联锁模块完成蒸汽发生器传热管破裂应急操作规程的执行后，操纵员使用合适的方式将反应堆引向冷停堆，此时，动态联锁模块将继续监视反应堆运行参数，并重复执行上述过程配合操纵员完成其他操作规程的执行。

实施例2：

在处理厂外电源可用时的蒸汽发生器传热管破裂事故中，动态联锁模块将进行以下过程：

1.编码子模块在接收到决策支持模块发送的“蒸汽发生器传热管破裂瞬变”应急操作规程时，将动态联锁模块各功能单元转入工作状态；

2.编码子模块将“蒸汽发生器传热管破裂瞬变应急操作规程”转换为“指令I：蒸汽发生器传热管破裂瞬变应急操作指令”，并存入操作指令集；

3.动态执行过程存储器将“指令I：蒸汽发生器传热管破裂瞬变应急操作指令”分解为以下执行步骤，并保存在存储器中，供联锁运算器调用：

步骤1：插入控制棒，立即自动快速降功率，尽量避免高功率下的自动紧急停堆；

步骤2：隔离损坏的蒸汽发生器到汽轮机的辅助给水泵汽源，防止放射性物质向环境释放；

步骤3：自动调整控制器组态，适当调高蒸汽发生器管线的释放阀压力定值，且定值低于该蒸汽发生器管线上的安全阀定值，防止放射性物质向环境释放；

步骤4：关闭排污管线阀，防止放射性物质向环境释放；

步骤5：判断蒸汽发生器液位，若液位大于25％，屏蔽“关闭主蒸汽隔离阀”操作；

步骤6：关闭辅助给水泵，减少冷却剂在故障蒸汽发生器内的积累，并延长损坏的蒸汽发生器达到满溢时间；

步骤7：若安注系统已经自动启动，为防止操纵员过早停止反应堆冷却剂泵，将监控组态动态调整为“三级确认”模式，若安注系统未启动，则屏蔽反应堆冷却剂泵“停泵”操作；

步骤8：蒸汽发生器液位小于25％时，解锁“关闭主蒸汽隔离阀”操作，若操纵员3分钟内未执行操作，动态联锁系统自动执行该操作，完成故障蒸汽发生器的隔离，并将处理结果通过显示系统通知操纵员；

步骤9：自动开启正常蒸汽发生器的主蒸汽释放阀，为反应堆冷却剂系统降温达到足够的过冷度；

步骤10：若安注系统已经启动，在稳压器内液位在85％满量程时自动终止安注，并将安注系统启动组态由“自动”转为“手动”，以满足操纵员在需要时再次启动安注系统；

步骤11：反应堆冷却剂系统达到足够过冷度，且安注系统终止后，自动启动喷淋完成反应堆冷却剂降压，最终达到一次侧和二次侧压力相等，从而终止泄露；

4.动态联锁人机界面动态生成“蒸汽发生器传热管破裂瞬变应急操作”按钮，并建立按钮与动态执行过程存储器中“指令I：蒸汽发生器传热管破裂瞬变应急操作指令”间的映射关系；

5.操纵员点击“蒸汽发生器传热管破裂瞬变应急操作”按钮后，动态联锁系统人机界面将通知联锁运算器通过组态子模块开始顺序执行动态执行过程存储器中的11个处理步骤；

6.执行到步骤5时，联锁运算器为防止操纵员过早关闭阀门，冷却剂漏入二次侧导致蒸汽发生器满溢，需要判断蒸汽发生器液位，若液位大于25％，通过监控组态屏蔽“关闭主蒸汽隔离阀”操作；

7.执行到步骤7时，通过判断安注系统是否启动，动态更新反应堆冷却剂泵操作界面；

8.执行到步骤8，等待蒸汽发生器液位小于25％时，解锁“关闭主蒸汽隔离阀”操作，若解锁后3分钟操纵员为进行任何操作，联锁运算器通过组态子模块通知控制器完成“关闭主蒸汽隔离阀”操作；

9.执行完步骤11后，应急操作序列执行完毕，联锁运算器解除所有动态联锁，反应堆控制系统恢复缺省设置。

实施例3：

在处理厂外电源可用时的蒸汽发生器传热管破裂事故中，在安注系统已经自动启动的状态下，对反应堆冷却剂泵操作的“三级确认”模式实施方案如下：

当操纵员决定执行“停泵”操作时，弹出窗口要求操纵员再次确认，并向操纵员提供当前反应堆冷却剂系统压力，冷却剂过冷度，以及一、二回路压差这三个决定是否停泵的参数；

操纵员可以根据这三个参数判断是否为单一的蒸汽发生器传热管破裂事故，若操纵员不能确定当前工况是否为单一事故，为防止冷却剂过多丧失而再次确认“停泵”，值长显示器的监控界面上将出现操纵员申请的“停泵”操作，并附带当前反应堆冷却剂系统压力，冷却剂过冷度，以及一、二回路压差参数，供经验更为丰富的值长审核操纵员的判断是否准确；

若值长认可操纵员的判断，可以点击“确认”按钮对“停泵”操作进行二次确认，值长二次确认后，系统将值长确认信息返回给操纵员进行“执行”操作，操纵员点击“执行”按钮即可通过动态联锁模块自动执行后续动作；

若值长通过判断，认为此次事故仅为“蒸汽发生器传热管破裂”，则点击“取消”按钮取消操纵员的“停泵”操作，值长取消操作后需要进一步填写取消原因与判断依据，这些信息将回传给操纵员；

若操纵员随后仍需要执行“停泵”操作，这需要重新进行上述步骤，直至值长确认后方可执行。

显而易见，所述的实施例仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本发明保护的范围内。

Claims (4)

1.一种基于数字化仪控系统的反应堆动态联锁系统，其特征在于包括：传感器、信号处理模块、故障诊断模块、决策支持模块、动态联锁模块、控制器、监控组态、执行装置和上位机，其中：

传感器，将探测到的现场信号送至信号处理模块；

信号处理模块，探测异常信号，发出信号异常报警，将报警位号与实时测量值发送到故障诊断模块；

故障诊断模块，接收信号处理模块发送的实时测量值，以设定的时间周期分析核反应堆的当期运行参数，监测反应堆运行状况；如果反应堆装置处于非正常运行状态，故障诊断模块实时将异常信息处理与分类后按照安全等级排序后以列表的形式通知操纵员，并将故障诊断信息传递到决策支持模块；

决策支持模块，根据故障诊断模块输入的故障信息，检索操作规程数据库，自动选择相应的应急操作规程，通知操纵员确认需要执行的应急操作规程，同时将规程传递到动态联锁模块，并通知动态联锁模块与控制器建立直接通信；决策支持模块在反应堆处于非正常运行状态时，检索得到多条应急操作规程，则将所有检索结果按照紧急程度排序并以列表形式通知操纵员，由操纵员判断并确定执行最适当的应急操作规程；

动态联锁模块，根据决策支持模块提供的应急操作规程，完成指令编码，并储存动态执行过程，在操纵员确认应急操作规程后，根据应急操作规程进行联锁运算，根据运算结果通过控制器输出控制信号，同时向操纵员站发布屏蔽危险操作的监控组态，以防止操纵员误操作；对于需要谨慎判断的操作，动态联锁模块对其实施“三级确认”组态模式；

控制器，根据动态联锁模块中组态子模块提供的控制算法，向执行装置发送动作指令；

监控组态，根据动态联锁模块输入的联锁运算结果，更新面向操纵员的监控界面；

执行装置，执行控制器发出的动作，完成控制动作；

上位机，将操纵员发出的控制指令直接发送给控制器。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字化仪控系统的反应堆动态联锁系统，其特征在于，所述动态联锁模块中的“三级确认”组态模式是，在操纵员执行操作时弹出二次确认对话框，操纵员确实需要执行此操作，点击确认按钮后系统将通知值长最终确定，如果值长允许执行此操作，则系统将该操作解锁并询问操纵员是否确认执行，操纵员点击确定后开始执行，如果值长取消此操作，则系统不会执行操作并通知执行此操作的操纵员操作取消的原因。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字化仪控系统的反应堆动态联锁系统，其特征在于，所述的动态联锁模块包括：编码子模块、操作指令集、动态执行过程存储器、动态联锁人机界面、联锁运算器和组态子模块，其中：

编码子模块，根据决策支持模块提供的应急操作规程，完成相应的编码工作，将面向操纵员阅读的文本操作规程转化为计算机可执行的操作指令，并将操作指令保存在操作指令集；

操作指令集，用于保存经过编码的计算机可执行的操作指令；

动态执行过程存储器，将操作指令集中的各条指令分解为按照时序排列的执行步骤，并保存在存储器中，供联锁运算器调用；

动态联锁人机界面，为操纵员生成执行各项应急操作规程的执行按钮，并建立执行按钮与相应操作指令之间的映射关系，当操纵员点击某一项应急操作规程的执行按钮，动态联锁系统人机界面将操纵员选择的操作指令代号通知联锁运算器；

联锁运算器，在接收到动态联锁人机界面发送的操作指令代号后，根据代号在动态执行过程存储器中读取相应指令的操作步骤，并进行联锁运算，得到需要屏蔽的操作与需要执行的动作；

监控组态读取联锁运算器传来的屏蔽操作列表，将当期状态下人机界面上可能导致危险操作的按钮屏蔽，并向操纵员实时发布屏蔽后的监控组态；

组态子模块接收到需要执行的动作列表后，实时将最新控制组态下载到控制器中，由控制器自动控制执行器执行控制动作。

4.一种基于数字化仪控系统的反应堆动态联锁方法，其特征在于实现步骤如下：

S1：信号处理模块将传感器采集的现场信号实时转换为数字量传送到故障诊断模块，故障诊断模块以设定的时间周期分析核反应堆的当期运行参数，监测反应堆运行状况；

S2：如果反应堆处于正常运行状态，则控制系统自动执行缺省操作；

S3：如果反应堆装置处于非正常运行状态，故障诊断模块实时将异常信息处理与分类后按照安全等级排序后以列表的形式通知操纵员，并将故障诊断信息传递到决策支持模块；

S4：决策支持模块根据故障信息检索操作规程数据库，自动选择相应的应急操作规程，通知操纵员选择需要执行的应急操作规程，同时将规程传递到动态联锁模块，并通知动态联锁模块与控制器建立直接通信；

S5：操纵员确认应急操作规程后，动态联锁模块根据应急操作规程进行联锁运算，动态联锁模块中的组态子模块根据运算结果实时发布控制组态，通过控制器输出控制信号，控制执行装置完成控制动作，同时向操纵员站发布屏蔽危险操作的监控组态，以防止操纵员误操作；

S6：对于需要谨慎判断的操作，动态联锁系统对其实施“三级确认”组态模式；

S7：操纵员可以根据实际情况选择关闭动态联锁模块，通过上位机直接向控制器发布控制组态，以应对决策支持模块无法判断的工况。