CN111026049B - 核电厂运行试验的效率提升方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种核电厂运行试验的效率提升方法，涉及核电厂的运行管理领域。它包括在人机交互画面增加控件以及固化试验DCS底层组态；运行试验时需维修人员配合执行，核实DCS信号状态、修改逻辑组态、下装服务器并恢复，工序复杂且风险高；通过在KIC画面中增加试验专用画面，在画面中增加KG控件，在控件底层添加对应试验需要强制/模拟的DCS组态，DCS组态中增加KG算法块及与/或门逻辑；试验时由运行人员在KIC试验画面上点击KG控件，用KG控件的输出信号(1/0信号)代替工程师站强制/闭锁信号的功能，通过DCS组态的输入输出实现信号的强制和恢复。本发明改变了核电厂运行人员原有的试验执行方式，提高了工作效率。

Description

核电厂运行试验的效率提升方法
技术领域
本发明涉及核电厂的运行管理领域，涉及核电厂的所有运行/维修试验，尤其涉及试验时需多方配合、工序复杂、风险难度高的试验步骤，具体涉及一种核电厂运行试验的效率提升方法。
背景技术
在核电厂运行过程中，需执行大量的运行试验，用于检测机组设备的运行状态，验证相关逻辑的可用性。在运行人员执行试验时，部分步序需仪控维修人员配合对现场信号进行强制、模拟、闭锁及恢复。频繁重复的强制信号存在人因失误风险，可能导致现场设备误动；反复进行DCS组态增量下装将引起控制器负荷升高，降低设备稳定性；同时仪控人员配合需长时间等待试验步序执行，浪费人力时间成本。
核电厂涉及的所有系统中，单台机组每年需的试验达数百次，频繁的强制和恢复现场信号存在以下风险：
(1)人因操作失误：因现场工作量大，重复性的强制信号、临时修改DCS组态逻辑等操作均会增加人因失误风险，存在设备非预期动作进而引起跳机跳堆的可能性。目前核电厂发生的由于人因失误强制信号引发的IOE/LOE已有4起；
(2)设备稳定性：试验过程中模拟/恢复信号，需要反复对DCS组态进行修改、增量下装，在核电厂的寿命运行期间内，长期积累的此类操作，可能引起DCS控制系统控制器负荷升高，降低设备运行稳定性；
(3)人力时间成本：因部分运行试验执行时间较长、工作步序之间时间间隔久、且试验过程存在突发异常需临时处理等情况，而维修人员需配合执行的步序较少，但均分散在单个试验的前、中、后环节中，需长时间在主控室等待，造成工作时长及人力成本上的大量浪费，影响工作效率，不符合降本增效的原则。
综上所述，有必要对核电厂运行试验中需要维修人员配合强制的步序进行优化，通过改变试验执行方式，减少DCS组态频繁的信号强制及恢复操作，进而达到提升工作效率、减低人因失误风险、提高设备稳定性、维护核电机组稳定运行的效果。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题，提出了一种核电厂运行试验的效率提升方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种核电厂运行试验的效率提升方法，它包括将运行试验中需维修配合执行的步序在DCS底层组态中进行固化，以及在KIC画面上提供试验专用的人机界面，其中，将需维修配合执行的步序在DCS底层组态中进行固化的方法为：运行试验需维修人员配合调整信号输出的方式分为强制信号、闭锁信号和模拟信号，通过在DCS组态中增加KG算法块及与/或门逻辑，由运行人员在KIC试验操作画面上点击对应KG开关(控件按钮)的ON/OFF，用KG开关(控件按钮)控件的输出信号(1/0信号)代替工程师站强制/闭锁信号的功能，通过DCS组态的输入输出实现信号的强制和恢复；同时，在KIC画面中增加定期试验的试验专用画面，在画面中增加对应的KG控件，并在控件底层添加对应试验需要强制/模拟的信号。
在上述技术方案中，在KIC画面上提供试验专用的人机界面的方法为：在KIC画面上增加专用的试验画面索引供运行人员使用，在新增的试验画面上按系统/试验进行分类导航；同时，每个试验单独设计一幅画面，画面中包含需要完成的试验KG开关(控件按钮)控件按钮，控件底层添加对应试验需要强制/模拟的信号组态。
在上述技术方案中，在KIC画面上，KG开关(控件按钮)控件按钮设置正常的操作权限，即操作员权限即可操作，同时在点击操作完成后呈现颜色变化作为提醒。
在上述技术方案中，在DCS组态中增加KG算法块及或门，执行试验时，由运行人员在KIC试验操作画面上点击对应KG开关控件按钮中的ON/OFF，用KG开关控件按钮代替工程师站强制信号的功能，以实现信号的强制和恢复。
在上述技术方案中，在DCS组态中增加KG算法块及与门，执行试验时，由运行人员在KIC试验操作画面上点击对应KG开关控件按钮中的ON/OFF，经过取“非”的与门，实现对信号输出的闭锁。
在上述技术方案中，在DCS组态中增加KG算法块和SFT无扰切换，在执行试验时，运行人员在KIC试验画面上点击对应的KG为ON后，上游信号将被赋值为组态中设定的输入值，从而实现信号的模拟。
现有的核电厂的试验方式需对现场信号进行重复的闭锁/强制操作，存在人因失误风险(如闭锁错误或试验后未恢复等)。本发明将原本只能由“人”去控制风险的不足，通过技术手段进行了规避。
本发明设计了一种全新的核电厂运行试验执行方式，将试验中需维修人员配合执行的组态修改操作转换为运行人员在KIC上点击KG控件操作，利用先进的DCS技术进将试验步骤简单化。此种方式改变了核电厂运行人员原有的试验执行方式，提高了工作效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)本发明当前已在某核电厂实施4台机组，共计22项试验。据统计，实施后每年可减少44张工作票，节约人工成本约600小时，试验效率提升30％。若推广到其他核电厂执行，其节约的人工成本及提升的工作效率将更加显著，从真正意义上实现降本增效。
2)本发明具有良好的应用前景及推广价值，目前仅在某核电厂定期试验中应用，后续可在其他电站的各类运行程序中参考执行。同时本发明是核电厂防人因系列创新工作的试金石，后续可扩展到其它数字化仪控平台及就地工作中，挖掘各类低效率高风险的工作过程环节并参考改进。
3)本发明通过新的试验执行方式，将原本包括条件设置、状态核实、组态逻辑上下游关系判定、信号强制、信号解锁等的繁琐步序，转换为简单的KIC上一键操作，大大提高了工作效率。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明中第一种新增画面的效果图。
图2为本发明中第二种新增画面的效果图。
图3为本发明中第三种新增画面的效果图。
图4为新增人机画面总体结构图。
图5为本发明中第四种新增画面的效果图。
图6为现有的核电厂强制信号试验方法原理图。
图7为本发明所述的核电厂强制信号试验方法原理图。
图8为现有的核电厂闭锁信号试验方法原理图。
图9为本发明所述的核电厂闭锁信号试验方法原理图。
图10为现有的核电厂模拟信号试验方法原理图。
图11为本发明所述的核电厂模拟信号试验方法原理图。
图12为现有的核电厂运行试验原理和本发明所述的核电厂运行试验原理的对比图。
具体实施方式
发明所要解决的技术问题为：核电厂涉及的所有系统中，单台机组每年需的试验达数百次，频繁的强制和恢复现场信号存在人因操作失误较高、设备稳定性有待提高和人力时间成本有待降低的风险。针对上述技术问题，本发明的构思为：本发明对核电厂运行试验中需要维修人员配合执行的步序进行优化，通过改变试验执行方式，减少DCS组态频繁的信号强制及恢复操作，进而达到提升工作效率、减低人因失误风险、提高设备稳定性、维护核电机组稳定运行的效果。
为了使本发明的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
实际工作时，本发明以某核电厂定期试验画面优化改进项目为例，阐述了试验执行步序优化的项目背景及总体技术方案，介绍了方案创新突破及应用价值，并对改进后的实际应用情况及成果进行总结。本发明通过软件设计优化，将运行试验中仪控配合步序在DCS底层组态中进行固化，并在KIC画面上提供试验的人机界面。运行人员通过操作KIC控件的方式代替原有的强制信号方式，降低了人因失误和设备误动风险，节约了人力时间成本，提升了试验执行效率，为核电厂运行试验的优化改进提供了典型借鉴方案。
本发明提供一种核电厂运行试验的效率提升方法，它包括将运行试验中需维修配合执行的步序在DCS底层组态中进行固化，以及在KIC画面上提供试验专用的人机界面，其中，将需维修配合执行的步序在DCS底层组态中进行固化的方法为：运行试验需维修人员配合调整信号输出的方式分为强制信号、闭锁信号和模拟信号，通过在DCS组态中增加KG算法块及与/或门逻辑，由运行人员在KIC试验操作画面上点击对应KG开关的ON/OFF，用KG开关控件的输出信号(1/0信号)代替工程师站强制/闭锁信号的功能，通过DCS组态的输入输出实现信号的强制和恢复；同时，在KIC画面中增加定期试验的试验专用画面，在画面中增加对应的KG控件，并在控件底层添加对应试验需要强制/模拟的信号。
实际工作时，本发明能够将现有的包括条件设置、状态核实、组态逻辑上下游关系判定、信号强制、信号解锁等的繁琐步序，转换为简单的KIC上一键操作，进而大大提高工作效率的。同时，本发明所记载的方法是经过逻辑分析验证的，原试验方式需维修人员在试验前核实上下游信号状态，改进后已将所有关系固化在组态中。
实际工作时，更了能够更加清楚的描述本发明的技术方案，本发明以某核电厂部分定期试验步序优化改进项目为例，阐述改造方案及影响分析。本发明的优化范围包括核电厂1-4号机组7个定期试验的步序，试验内容及需仪控配合执行的步序信息如表1所示。
表1改进前范围内需优化试验步序清单
Figure BDA0002274712160000051
Figure BDA0002274712160000061
本发明的设计原理为：当前核电厂的所有定期试验均由运行人员执行，试验规程中部分工序要求在NC-DCS组态中进行信号强制/模拟，由于运行人员不具备工程师站操作权限，且大部分运行人员不具备NC-DCS组态逻辑识图能力，所以需要仪控维修人员配合执行。本发明通过将试验中需仪控配合执行的步序在DCS底层组态中进行固化，并在KIC画面上提供试验专用的人机界面，即将复杂的组态逻辑强制操作转换为KIC人机界面中简单的按钮控件操作。无需维修人员干预，运行只需通过点击试验画面中的ON/OFF控件即可实现对信号的强制/模拟/闭锁/取消。
本发明通过将运行试验中需维修配合执行的步序在DCS底层组态中进行固化，并在KIC画面上提供试验专用的人机界面，即将复杂的组态逻辑强制操作转换为KIC人机界面中简单的按钮控件操作。当执行到“维修人员配合执行信号强制”步序时，只需通过点击试验画面中的ON/OFF控件即可实现对信号的强制/模拟/闭锁/恢复，无需频繁重复的修改DCS组态。
实际工作时，本发明主要分为人机画面实现方法、NC-DCS组态固化实现方法，具体如下：
(1)人机交互画面设计：本发明在KIC增加专用的试验画面索引(TEST)供运行人员使用，在新增的试验画面(TEST001YCD)上按系统/试验进行分类导航。每个试验单独设计一幅画面，画面中包含需要完成的试验KG控件(群控开关)，控件底层添加对应试验需要强制/模拟的信号组态。当运行程序执行到“通知仪控人员模拟或闭锁…”步骤时，运行人员只需在画面点开对应的开关控件，点击ON或OFF并执行后，该步骤即已执行完毕，无需仪控维修人员配合。KG开关按钮设置正常的操作权限，即操作员权限即可操作，同时在点击操作完成后呈现颜色变化作为提醒。新增人机画面总体结构如图4所示，画面效果示意图如图5、图1、图2和图3所示。
(2)NC-DCS组态固化实现方法为：运行人员做试验时需仪控人员配合调整信号输出的方式主要有三种，分别为强制信号、闭锁信号、模拟信号，下文分别介绍以上三种优化方式的设计原理：
a)强制信号
当前方法(现有的方案)：仪控人员在工程师站打开控制站组态，找到相应的程序页及信号名，通过强制和恢复信号来完成定期试验相应步序。
发明方案(本发明的方案)：在DCS组态中增加KG算法块及或门，执行试验时，由运行人员在KIC试验操作画面上点击对应KG开关的ON/OFF，用KG开关控件代替工程师站强制信号的功能，以实现信号的强制和恢复。
实际工作时，改进前后强制信号组态设计原理分别如图6和图7所示，图6为现有的核电厂强制信号试验方法，图7为本发明在核电厂运行试验时效率提升的方法。同时，在图7的新增KIC画面中，试验KG按钮表示报警提示，ON按钮表示点击ON即可发出强制信号。
b)闭锁信号
当前方法(现有的方案)：仪控人员在工程师站打开控制站组态，找到相应的程序页及信号名，通过闭锁和恢复信号来完成定期试验相应步序。
发明方案(本发明的方案)：在DCS组态中增加KG算法块及与门，执行试验时，由运行人员在KIC试验操作画面上点击对应KG开关的ON/OFF，经过取“非”的与门，实现对信号输出的闭锁。
实际工作时，改进前后闭锁信号组态设计原理分别如图8和图9所示，其中，图8为现有的核电厂闭锁信号试验方法，图9为本发明所述的核电厂运行试验时效率提升的方法。同时，在图9中，试验KG按钮表示报警提示，ON按钮表示点击ON即可发出强制信号。
c)模拟信号
当前方法(现有的方案)：仪控人员在工程师站打开控制站组态，找到相应的程序页及信号名，通过将输入信号断开，重新接入数值来进行信号模拟。
发明方案(本发明的方案)：在DCS组态中增加KG算法块和SFT无扰切换，在执行试验时，运行人员在KIC试验画面上点击对应的KG为ON后，上游信号将被赋值为组态中设定的输入值，从而实现信号的模拟。
实际工作时，改进前后模拟信号组态设计原理分别如图10和图11所示，其中，图10为现有的核电厂模拟信号试验方法，图11为本发明所述的核电厂运行试验时效率提升的方法。
由此可知，本发明是将现有的、繁琐的、运行效率较低的核电厂实验模式，改进为本发明所述的一键操作模式，因此，本发明通过点击KIC控件的试验执行方式极大提高了试验执行效率，打破了一贯以来通过修改DCS组态及强制进行配合的试验执行方式，其中，现有的核电厂运行实验原理和本发明所述的核电厂运行实验的原理的对比图如图12所示。
在人机交互画面设计中，需要在KIC画面中增加定期试验的试验专用画面，在画面中增加KG控件(群控开关)，控件底层添加对应试验需要强制/模拟的信号组态(具体画面如图1、2、3所示)。当运行程序执行到“通知仪控人员模拟或闭锁…”步骤时，只需在画面操作对应的KG控件即可完成试验步序，无需在工程师站修改组态。
由此可知，在DCS底层组态固化设计中，运行人员做试验时需维修人员配合调整信号输出的方式主要分三种：强制信号、闭锁信号、模拟信号。本发明通过在DCS组态中增加KG算法块及与/或门逻辑，试验时由运行人员在KIC试验操作画面上点击对应KG开关的ON/OFF，用KG开关控件的输出1/0代替工程师站强制/闭锁信号的功能，通过DCS组态的输入输出实现信号的强制和恢复。具体实现方案如图7、图9和图11所示。
本发明在某核电厂已实施4台机组共计22项定期试验的步序优化改进，目前实施后的机组最长运行时间已超过一个换料周期，期间共执行累积50余次定期试验，应用效果良好。通过点击KIC控件的试验执行方式极大提高了试验执行效率，打破了一贯以来通过修改DCS组态及强制进行配合的试验执行方式，实现了主控一键完成配合步序。节约人力时间成本，提高试验执行效率，降低人因失误风险，提升设备稳定性。
实际工作时，本发明所记载的方案在某核电集团范围内属于首创，本发明设计了一种全新的核试验的运行试验执行方式，将定期试验中需仪控人员配合执行的操作转换为运行人员在KIC上点击KG控件，利用先进的DCS技术进将试验步骤简单化。此种方式改变了核电厂运行人员原有的操作方式，提高了工作效率，具体为：
减少人因失误：按照原试验执行方式，需仪控维修人员配合执行，对信号进行闭锁或强制。存在人因失误的风险(如闭锁错误或是试验后未恢复等)。核电厂曾发生过多起因强制信号错误导致的IOE事件：例如某核电厂在2014年10月份进行试验时，由于强制信号错误，导致2号机一回路下泄回路自动隔离，稳压器水位上涨；某核电厂2号机因为逻辑信号强制不准确导致防火分区执行机构误动作。通过本发明将原本只能由“人”去控制风险的不足，通过技术手段进行了规避。
提高试验效率：原试验方式步序繁琐，包括条件设置、状态核实、组态逻辑上下游关系判定、信号强制、信号解锁等。而新的试验方式由运行人员直接在KIC上进行操作，大大提高了工作效率。
良好的推广价值：本发明在某核电集团内属于首创，利用先进的DCS技术进行创新，改变了原有陈旧的试验方法，在核电行业乃至全国各类电厂均具有良好的推广价值。目前已有其他核电厂正参考此发明方案开展问题评估设计工作。
本发明阐述的运行试验效率提升方案将运行试验中需要仪控人员配合执行的步序转化为画面操作，避免现场重复性的强制信号或临时修改DCS组态逻辑，减轻人因误操作及其导致的设备误动风险。同时解决了因反复修改、下装DCS组态可能导致的影响服务器稳定性问题。
同时，针对本发明的经济性分析如下：本方案不产生直接的经济效益，但可在提升工作效率、降低人因失误风险方面起到重要作用，具体分析如下，
(1)节约人力成本，提升工作效率
本方案在某核电厂1、2、3、4号机组，共计22项定期试验中已实施完毕。实施后运行人员使用画面代替强制信号的方式已执行定期期间累积50余次，按每次定期试验需安排2名仪控维修人员配合计算，每项定期试验按3小时计算，当前已为电厂节约共计300小时，合即38人工日(按正常工作8小时计算)。
(2)降低人因失误风险及维修成本
本方案在现场实施完毕后，后续在执行定期试验时无需重复性强制/恢复信号，无需频繁进行组态增量下装，大大提高了KCP服务器及控制器运行的稳定性，减少了相应设备的维修次数及工作量，进一步降低了机组维护成本。
本方案在某核电厂1-4号机组共计22项定期试验的步序优化已全部实施完毕，目前实施后的机组最长运行时间已超过一个换料周期，期间共执行累积50余次定期试验，应用效果良好，极大提高了运行人员执行试验的效率。
本发明所记载的优化方案具有广泛的应用前景，产生的创新成果可直接在其他核电站的试验规程中广泛应用，具有较好的推广价值。目前此方案仅在定期试验中应用实施，后续可考虑在其他运行程序中参考执行，同时已有其他核电厂正参考此发明方案开展问题评估设计工作。
综上所示，本发明所记载的技术方案在现场成功实施后，实际应用效果良好，解决了运行及维修人员在执行定期试验时需要反复强制/恢复信号的问题，降低了人因失误及设备误动风险，保证了服务器等设备运行的稳定性及可靠性，节约了人力时间成本，提升了运行执行试验的工作效率。本发明具有良好的应用价值、经济效益和推广前景，并可为其他电厂运行试验中需要配合执行的步序优化改进提供积极参考。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种核电厂运行试验的效率提升方法，其特征在于：它包括将运行试验中需维修配合执行的步序在DCS底层组态中进行固化，以及在KIC试验操作画面上提供试验专用的人机界面，其中，将需维修配合执行的步序在DCS底层组态中进行固化的方法为：运行试验需维修人员配合调整信号输出的方式分为强制信号、闭锁信号和模拟信号，通过在DCS组态中增加KG算法块及或门，执行试验时，由运行人员在KIC试验操作画面上点击对应KG开关中的ON/OFF，用KG开关代替工程师站强制信号的功能，以实现信号的强制和恢复；通过在DCS组态中增加KG算法块及与门，执行试验时，由运行人员在KIC试验操作画面上点击对应KG开关中的ON/OFF，经过取“非”的与门，实现对信号输出的闭锁；通过在DCS组态中增加KG算法块和SFT无扰切换，在执行试验时，运行人员在KIC试验画面上点击对应的KG开关为ON后，上游信号将被赋值为组态中设定的输入值，从而实现信号的模拟；同时，在KIC试验操作画面中增加定期试验的试验专用画面，在画面中增加对应的KG开关，并在KG开关底层添加对应试验需要强制/模拟的信号。
2.根据权利要求1所述核电厂运行试验的效率提升方法，其特征在于：在KIC试验操作画面上提供试验专用的人机界面的方法为：在KIC试验操作画面上增加专用的试验画面索引供运行人员使用，在新增的试验画面上按系统/试验进行分类导航；同时，每个试验单独设计一幅画面，画面中包含需要完成的试验KG开关，KG开关底层添加对应试验需要强制/模拟的信号组态。
3.根据权利要求2所述核电厂运行试验的效率提升方法，其特征在于：在KIC试验操作画面上，KG开关设置正常的操作权限，即操作员权限即可操作，同时在点击操作完成后呈现颜色变化作为提醒。
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