CN117406673A - 一种核电厂维修规则中数字化仪控系统监测单元划分方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于核电站维修技术领域，具体涉及一种核电厂维修规则中数字化仪控系统监测单元划分方法。包括以下步骤：步骤1：对所有核电厂与DCS相关系统进行分类，分别确定划分大单元和小单元的系统；步骤2：对所有重要功能设备进行筛选，分别确定需要高精度、中精度和低精度监测的设备；步骤3：将特殊考虑的设备划入特定系统功能的监测单元；步骤4：整合重叠交叉功能对监测单元进行合并和拆分；步骤5：分析历史数据，在监测单元中补充失效次数多或不可用时间长的设备。步骤6：试运行验证并评估监测单元划分合理性与维护可操作性。优点是：能够有效解决在核电厂MR开发过程中，业内缺乏具有较高科学性和普适性的DCS系统监测单元划分方法的问题。
Description
技术领域
本发明属于核电站维修技术领域，具体涉及一种核电厂维修规则中数字化仪控系统监测单元划分方法。
背景技术
维修规则(Maintenance Rule，以下简称“MR”)是对核电厂开展的维修活动有效性进行评价的一套体系，目的是推动核电厂对安全相关和部分非安全相关的构筑物、系统和设备(Structures、Systems and Components，以下简称“SSCs”)采取更有效的维修活动，提高设备的可靠性和可用性，提高核电机组安全水平和核电厂安全效益。在我国，随着投运核电机组的增加，国家核安全局也越发重视对核电厂维修有效性的监管，MR体系的建设也成为新建和在运核电厂所必需开展的工作。
MR功能由监测单元组成，每个功能至少包含一个监测单元。监测单元划分是指标设定的基础，需要满足全面性和独立性两个原则。核电厂大部分系统在划分监测单元时，一般筛选出与功能直接相关的基本事件，可以直接采用功能重要类分析时找到的该功能对应的顶事件，在PSA模型中筛选出与该功能直接相关的基本事件。
但是对于数字化仪控系统(Digital Instrument&Control System或DistrubutedControl System，以下简称“DCS”)，由于其系统复杂性和功能重叠度高，且不同核电厂对于DCS系统的建模思路有较大差异，导致涉及DCS的各系统无法按照一般方法进行监测单元划分。
目前，国内已完成MR体系建设且具有DCS系统的核电厂，以及国外部分核电厂，对于MR中DCS系统的监测单元划分有不同处理方法，有的以保护或控制通道为最小监测单元，有的以机柜作为最小监测单元，但是其划分方法都存在监测精度不足、单元划分不合理等问题，直接影响后续MR的应用与监管。在国内MR体系逐步完善的过程中，业内缺乏具有科学合理性和普适性的DCS系统监测单元划分方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种核电厂维修规则中数字化仪控系统监测单元划分方法，本方法能够针对特定核电厂实际情况，通过分析DCS设计方案，根据系统及设备重要度，结合可靠性和可用性历史数据，根据具体DCS设计特征和核电厂运维实际情况调节与DCS相关系统的监测单元划分精度，给出合理有效、易于维护的监测单元划分方案。
本发明的技术方案如下：一种核电厂维修规则中数字化仪控系统监测单元划分方法，包括以下步骤：
步骤1：对所有核电厂与DCS相关系统进行分类，分别确定划分大单元和小单元的系统；
步骤2：对所有重要功能设备进行筛选，分别确定需要高精度、中精度和低精度监测的设备；
步骤3：将特殊考虑的设备划入特定系统功能的监测单元；
步骤4：整合重叠交叉功能对监测单元进行合并和拆分；
步骤5：分析历史数据，在监测单元中补充失效次数多或不可用时间长的设备。
步骤6：试运行验证并评估监测单元划分合理性与维护可操作性。
所述步骤1包括如下：
步骤11：获取核电厂所有与DCS相关系统清单，具体包括计算机控制、网络通信、报警、记录、诊断、监测、人机交互系统；
步骤12：根据核电厂DCS系统的用户手册或说明技术文件对DCS系统基础逻辑进行分析，主要考虑不同通道设备的物理布置和信号传输路径，并在此基础上对DCS重要系统进行初步划分，初步划分的常见依据是信号通道或信号通道子系统，同时，分析PSA模型所计算的SSCs风险重要类计算结果，对于PSA分析模型中已有的功能，通过依次判断是否RAW≥2、是否RRW≥1.005、相关割集累计CDF贡献是否超过90％，来判断系统的功能是风险重要的；对于PSA分析模型中没有的功能，可直接判定为风险重要类低；
步骤12：将所有DCS相关系统分为重要度高系统和重要度低系统，对重要度高系统采取小单元划分方法，对于重要度低系统采取大单元划分方法。
所述的大单元划分方法指的是：无论系统中有几个MR功能，整个系统只建立一个监测单元，其中入选监测单元的设备需要与系统内的MR功能客观相关。
所述的小单元划分方法指的是：不完全依赖系统的具体MR功能进行划分，将整个功能或若干个合并后的功能进行划分，从而得到若干个小单元。
所述步骤2中，通过分析DCS系统的上下游系统流程图，结合PSA模型中的故障树序列，在DCS系统已有的重要设备分级基础上，筛选出重要功能设备，将风险重要度高系统内的所有重要功能设备对应到高中低三个设备监测精度进行进一步处理；对于仪控机柜，低精度监测指将对应仪控机柜按机柜级监测，中精度监测指将对应仪控机柜细分到机箱/机架级监测，高精度监测指将对应仪控机柜细分到卡件/模块级监测。
所述步骤3中，需要特殊考虑的设备主要是0层设备和优选逻辑模块；对于0层设备，在划分监测单元时不与仪控设备划在一起，而是划入各自对应的工艺系统；对于优选逻辑模块，处理方法类似0层设备，保持高精度监测的同时，将优选逻辑模块划入所驱动设备的工艺系统中，不与对应的仪控设备划在一起，将优选逻辑模块的供电单独作为一个监测单元保留在过程控制系统中。
所述步骤4中，功能合并基于重要类计算时确定的故障树顶事件判断能否合并功能；合并时可能出现三种情况：顶事件完全相同，直接合并；顶事件部分相同，不合并功能，但需要删除重复的顶事件；顶事件完全不同，不合并功能，但需要检查子门或者顶事件是否有重复。功能拆分主要是针对两个不同系统存在功能交叉的情况，当两个系统都依赖同一组设备的不同部分，需要根据步骤3中的监测精度分级方法进行进一步调整。
本发明的有益效果在于：本发明所述的核电厂维修规则中数字化仪控系统监测单元划分方法，能够有效解决在核电厂MR开发过程中，业内缺乏具有较高科学性和普适性的DCS系统监测单元划分方法的问题，有助于帮助核电厂建立更加完善的MR体系，有助于在MR中对DCS系统进行更加全面精细、科学完备的维修有效性监督。同时，本发明所述方法也能够为已建成MR体系的核电厂改进DCS系统监督方案提供参考。
附图说明
图1为本发明的实施例一核电厂维修规则中数字化仪控系统监测单元划分方法的具体实施流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明首先结合核电厂DCS系统划分、DCS设计、PSA模型以及SSCs风险重要类计算结果，对所有与DCS相关的系统进行分类，确定相关监测单元划分尺度；接着，结合相关系统流程图与保护控制拓扑图对重要功能设备进行筛选，在MR功能筛选结果基础上，确定监测单元内重要功能设备的监测精度；然后，分析需要特殊考虑的设备，主要涉及靠近0层的驱动设备以及重要功能设备所在监测单元的电气设备；最后，结合核电厂可靠性与可用性历史数据，评估监测单元划分合理性与维护可操作性，并最终确定所有与DCS相关系统的MR监测单元。
一种核电厂维修规则中数字化仪控系统监测单元划分方法，包括以下步骤：
步骤1：对所有核电厂与DCS相关系统，如反应堆保护系统、控制系统、过程控制系统、棒控棒位系统、核功率测量系统、汽轮机监视系统、发电机变压器保护系统、汽轮机保护系统、计算机信息和控制系统、远程停堆系统、辐射监测系统、主控制室系统、堆芯测量系统等进行分类，分别确定划分大单元和小单元的系统。
步骤11：获取核电厂所有与DCS相关系统清单，所有涉及计算机控制、网络通信、报警、记录、诊断、监测、人机交互的系统都应被纳入DCS相关系统进行单独考虑。
步骤12：根据核电厂DCS系统的用户手册或说明技术文件对DCS系统基础逻辑进行分析，主要考虑不同通道设备的物理布置和信号传输路径，并在此基础上对DCS重要系统(如保护系统、紧急停堆控制和专设驱动控制系统等)进行初步划分，初步划分的常见依据是信号通道或信号通道子系统。同时，分析PSA模型所计算的SSCs风险重要类计算结果。对于PSA分析模型中已有的功能，通过依次判断是否RAW(Risk Achievement Worth风险增加重要度)≥2、是否RRW≥1.005、相关割集累计CDF(Core Damage Frequency堆型损伤频率)贡献是否超过90％，来判断系统的功能是风险重要的。对于PSA分析模型中没有的功能，可直接判定为风险重要类低。
步骤13：结合步骤12中的分析及计算结果，将RAW≥2，或者RAW＜2但是RRW≥1.005，或者RAW＜2且RRW＜1.005但是相关割集累计CDF贡献超过90％的DCS相关系统确定为重要度高系统，否则，或者PSA分析模型没有模化的DCS相关系统确定为重要度低系统，对重要度高系统采取小单元划分方法，对于重要度低系统采取大单元划分方法。
所述的大单元划分方法指的是：无论系统中有几个MR功能，整个系统只建立一个监测单元。大单元的处理原则是入选监测单元的设备需要与系统内的MR功能客观相关。
小单元划分方法指的是：不完全依赖系统的具体MR功能进行划分，更多地依赖系统本身的物理分布，将整个功能或若干个合并后的功能进行划分，从而得到若干个小单元。
步骤2：对所有重要功能设备进行筛选，分别确定需要高精度、中精度和低精度监测的设备。
通过分析DCS系统的上下游系统流程图，结合PSA模型中的故障树序列，在DCS系统已有的重要设备分级基础上(如：安全级、非安全级、安全相关等)，筛选出重要功能设备。
其中，筛选重要功能设备的主要规则为：
1)PSA中已经模化的设备需要全部重要功能设备清单。
2)系统流程图中需要定期试验的设备需要全部重要功能设备清单。
3)对历史记录中出现过失效或人因失效的设备需要全部纳入重要功能设备清单。
4)其他专家判断的重要设备需要全部纳入重要功能设备清单。
随后，将风险重要度高系统内的所有重要功能设备对应到高中低三个设备监测精度进行进一步处理。首先，判断设备本身是否满足进一步划分的条件，如，一般地，对于仪控机柜，认为低精度监测指将对应仪控机柜按机柜级监测，中精度监测指将对应仪控机柜细分到机箱/机架级监测，高精度监测指将对应仪控机柜细分到卡件/模块级监测。接着，判断重要功能设备所在设备组对应的功能是否为MR功能，并结合重要功能设备的设备分级情况，构建监测精度矩阵并最终确定设备的监测精度；
步骤3：将特殊考虑的设备划入特定系统功能的监测单元。
所述步骤3中，主要需要特殊考虑的设备主要是0层设备和优选逻辑模块。对于0层设备，在划分监测单元时不与仪控设备划在一起，而是划入各自对应的工艺系统。对于优选逻辑模块，处理方法类似0层设备，保持高精度监测的同时，将优选逻辑模块划入所驱动设备的工艺系统中，不与对应的仪控设备划在一起，但是将优选逻辑模块的供电单独作为一个监测单元保留在过程控制系统中。
步骤4：整合重叠交叉功能对监测单元进行合并和拆分。
所述步骤4中，功能合并主要基于重要类计算时确定的故障树顶事件判断能否合并功能。合并时可能出现三种情况：顶事件完全相同(不符合独立性原则)，直接合并；顶事件部分相同，不合并功能，但需要删除重复的顶事件；顶事件完全不同，不合并功能，但需要检查子门或者顶事件是否有重复。功能拆分主要是针对两个不同系统存在功能交叉的情况，当两个系统都依赖同一组设备的不同部分，需要根据步骤3中的监测精度分级方法进行进一步调整。需要额外明确的是，在功能合并与拆分的过程中，可能会出现某一个系统的所有MR功能都已被其他系统功能包括，或者某一个系统的所有MR功能相关设备都已被其他系统功能的监测单元划走，这是判定该系统为虚拟系统，不进行监测单元划分。但在MR监督时，需要将涉及这些虚拟系统的工单同步列为功能交叉系统的MR源事件。
步骤5：分析历史数据，在监测单元中补充失效次数多或不可用时间长的设备。
步骤6：试运行验证并评估监测单元划分合理性与维护可操作性。
所述步骤5和步骤6可以根据核电厂具体运行维修和设备管理情况进行调整，对设备可靠性和可用性的分析不影响对应性能指标的设定，两部分工作独立考虑。
实施例一：
某核电厂棒位棒控系统是DCS相关系统的重要组成之一，现计划对该系统进行MR的监测单元划分，利用本发明所述方法开展对该系统的监测单元划分具体实施过程如下。
步骤1：对系统进行分类，确定划分大单元或小单元。
棒控棒位系统在该核电厂PSA模型中进行了模化，且SSCs风险重要类计算结果为POSA、B模式下RAW大于2，认为是重要度高的系统，对其采取小单元的划分方法。
步骤2：对所有重要功能设备进行筛选，分别确定需要高精度、中精度和低精度监测的设备。
根据该核电厂系统手册，棒控棒位系统有四个功能，分别为：1)反应性控制、2)棒位控制及监控、3)停堆驱动紧急落棒、4)断电重力落棒。其中功能3)和4)为MR功能。对于非MR功能的1)和2)，DCS设计手册中将棒控、棒位及功调的控制系统认定为非安全级，结合其对应功能是非MR功能，将功能1)和2)中的所有设备保持低精度监测，所有相关控制机柜监测到机柜级。对于MR功能的3)和4)，落棒驱动信号控制、停堆断路器控制、控制棒是与这两个功能相关的重要设备，其中驱动信号控制和停堆断路器控制在DCS设计手册中均为安全级设备，结合其对应功能是MR功能，将这两类设备保持高精度监测，所有相关控制机柜监测到卡件/模块级。控制棒不属于DCS系统，一般情况下仅卡棒事故会影响4)功能的执行，但由于其对应功能是MR功能。故将这类设备保持中精度监测，即监测精度大于棒组但小于棒束机构，监测到棒束本体级别。
步骤3：将特殊考虑的设备划入特定系统功能的监测单元。
棒控棒位系统不涉及特殊考虑的设备。
步骤4：整合重叠交叉功能对监测单元进行合并和拆分。
如步骤2所述，棒控棒位系统的功能3)和4)的执行设备重合度较高，在PSA模型中也调用相同的顶事件，故应将功能3)和4)合并监测。同时，功能3)和4)与过程控制机柜系统的紧急停堆功能、反应堆保护系统的停堆保护功能、反应堆控制系统的停堆断路器控制功能有功能上的重复，且控制停堆部分的控制系统均不属于棒控棒位系统，故应将3)4)功能的控制部分剥离，控制设备划入其他系统，棒控棒位系统仅保留停堆执行部分的设备，即仅保留控制棒部分。
步骤5：分析历史数据，在监测单元中补充失效次数多或不可用时间长的设备。
在对棒控棒位系统所有设备的历史工单进行查阅的过程中，发现该核电厂某棒位探测器会受上游控制机柜的信号处理卡的影响而失去棒位探测功能，影响MR功能。且该类型卡件失效次数相对较多，直接造成棒位探测器不可用时间相对较长，因此在划分棒位监测功能的监测单元时，提升棒位控制机柜的监测精度至卡件级(高精度)。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种核电厂维修规则中数字化仪控系统监测单元划分方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对所有核电厂与DCS相关系统进行分类，分别确定划分大单元和小单元的系统；
步骤2：对所有重要功能设备进行筛选，分别确定需要高精度、中精度和低精度监测的设备；
步骤3：将特殊考虑的设备划入特定系统功能的监测单元；
步骤4：整合重叠交叉功能对监测单元进行合并和拆分；
步骤5：分析历史数据，在监测单元中补充失效次数多或不可用时间长的设备。
步骤6：试运行验证并评估监测单元划分合理性与维护可操作性。
2.如权利要求1所述的一种核电厂维修规则中数字化仪控系统监测单元划分方法，其特征在于，所述步骤1包括如下：
步骤11：获取核电厂所有与DCS相关系统清单，具体包括计算机控制、网络通信、报警、记录、诊断、监测、人机交互系统；
步骤12：根据核电厂DCS系统的用户手册或说明技术文件对DCS系统基础逻辑进行分析，主要考虑不同通道设备的物理布置和信号传输路径，并在此基础上对DCS重要系统进行初步划分，初步划分的常见依据是信号通道或信号通道子系统，同时，分析PSA模型所计算的SSCs风险重要类计算结果，对于PSA分析模型中已有的功能，通过依次判断是否RAW≥2、是否RRW≥1.005、相关割集累计CDF贡献是否超过90％，来判断系统的功能是风险重要的；对于PSA分析模型中没有的功能，可直接判定为风险重要类低；
步骤12：将所有DCS相关系统分为重要度高系统和重要度低系统，对重要度高系统采取小单元划分方法，对于重要度低系统采取大单元划分方法。
3.如权利要求2所述的一种核电厂维修规则中数字化仪控系统监测单元划分方法，其特征在于：所述的大单元划分方法指的是：无论系统中有几个MR功能，整个系统只建立一个监测单元，其中入选监测单元的设备需要与系统内的MR功能客观相关。
4.如权利要求2所述的一种核电厂维修规则中数字化仪控系统监测单元划分方法，其特征在于：所述的小单元划分方法指的是：不完全依赖系统的具体MR功能进行划分，将整个功能或若干个合并后的功能进行划分，从而得到若干个小单元。
5.如权利要求1所述的一种核电厂维修规则中数字化仪控系统监测单元划分方法，其特征在于：所述步骤2中，通过分析DCS系统的上下游系统流程图，结合PSA模型中的故障树序列，在DCS系统已有的重要设备分级基础上，筛选出重要功能设备，将风险重要度高系统内的所有重要功能设备对应到高中低三个设备监测精度进行进一步处理；对于仪控机柜，低精度监测指将对应仪控机柜按机柜级监测，中精度监测指将对应仪控机柜细分到机箱/机架级监测，高精度监测指将对应仪控机柜细分到卡件/模块级监测。
6.如权利要求1所述的一种核电厂维修规则中数字化仪控系统监测单元划分方法，其特征在于：所述步骤3中，需要特殊考虑的设备主要是0层设备和优选逻辑模块；对于0层设备，在划分监测单元时不与仪控设备划在一起，而是划入各自对应的工艺系统；对于优选逻辑模块，处理方法类似0层设备，保持高精度监测的同时，将优选逻辑模块划入所驱动设备的工艺系统中，不与对应的仪控设备划在一起，将优选逻辑模块的供电单独作为一个监测单元保留在过程控制系统中。
7.如权利要求1所述的一种核电厂维修规则中数字化仪控系统监测单元划分方法，其特征在于：所述步骤4中，功能合并基于重要类计算时确定的故障树顶事件判断能否合并功能；合并时可能出现三种情况：顶事件完全相同，直接合并；顶事件部分相同，不合并功能，但需要删除重复的顶事件；顶事件完全不同，不合并功能，但需要检查子门或者顶事件是否有重复。功能拆分主要是针对两个不同系统存在功能交叉的情况，当两个系统都依赖同一组设备的不同部分，需要根据步骤3中的监测精度分级方法进行进一步调整。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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