核电厂控制模式的工程设计研究

徐鹏栋 曾志刚

摘要：近年来，我国对电能的需求不段增加，核电厂建设越来越多。核电厂主控室是对核电站进行监督、控制和操纵的主要场所，几乎所有运行工况下，通过操作员站或后备盘能使核电厂安全地运行;当主控室失效时，就需要在远程停堆站继续对核电厂进行控制，确保核电厂的稳定、安全运行。遵照核电厂相关法规标准，运用人因工程理论，结合数字化仪控平台特点，对主控室操作员站、后备盘及远程停堆站之间操作权限切换进行工程设计与研究，将是本文重点探讨的内容。

关键词：主控室;远程停堆站;后备盘;控制权限切换

引言

数字化仪控系统是指以微处理芯片构成的，以数字处理技术为特点的智能化电子设备和计算机系统，它除了具有常规测量仪表的测量和控制功能外，还具有极强的数据处理和通讯能力，并且数字化仪控系统采用统一的人机界面，为电厂的运行和维护提供了便利。

1控制网点的设计

次级平面控制网宜布设成三角形网或GPS网等形式。其网形设计应充分顾及精度、可靠性和灵敏度等指标。控制网点应根据核电厂总平面布置图和施工总布置图，并结合施工场区内、外的地形条件布设，并满足厂区内主要建筑施工测设的需要。控制网点标石应采用有强制对中装置的钢筋混凝土观测墩，其基础宜建立在基岩上。某核电厂在首级控制网的基础上建立了厂区的次级控制网。随着现场施工工作的开展，控制点A02因与其他在建工程冲突被拆除，控制点A03因循环水管廊爆破开挖被拆除重新布置，控制点A06因离核岛区域太远使用频率不高不再进行复测。通过对变更前后控制网点的分析得知，此次级网的布设还存在很大缺陷：首先，次级网控制墩的布设距离厂房太近，在厂房负挖过程中，次级网损失1/2；其次，次级网点的点位不太理想，没有能互相通视的次级网点。因此，控制网点优先布置施工区域附近的山腰处，以避免施工的影响，并保证点的稳定性和通视。

2现场安装调试阶段

DCS设备的安装工作一般由专门的建安单位负责，但是为了规范安装阶段的工作，保障安装质量，一般需要DCS供方提供安装指导文件，或者派驻专业人员到现场做安装指导，并参与安装质量计划的编制和见证签点等。此外，安装配件的完整性也是此阶段管理的重点，安装配件和专用工具应与主设备一起供货，以免现场安装时才发现设备缺失，引起供货纠纷。在安装完工状态报告（ＥＥＳＲ）签署后，DCS系统进入调试阶段。调试阶段各个设计接口开始实际对接，由于现场工况复杂，大量的现场缺陷需要通过DCS系统甄别确认，调试阶段是暴露和消除这些缺陷的主要阶段。对于DCS系统来讲，此阶段通常不会出现大范围硬件设备的变更，但是大量的工艺参数、动作限值、闭锁逻辑、画面设置等会根据实际情况进行调整，这些变更需要专业的人员进行操作，所以供方在现场的调试支持是必不可少的。调试阶段的变更需提前准备程序，授权专人进行操作，进行规范化的管理。此阶段的变更费用也需制定对策，避免由于合同定义宽泛造成商务谈判中针对软件变更的争议。

3模式分类

(1)MCM操作模式。当核电厂的监控系统一切正常时，操纵员通过MCM模式实现电站全部的控制和监视。BUP的控制功能被抑制，不能向DCS发出控制指令，仅监视功能有效:BUP上的模拟量、开关量信息可显示相关信号的实时变化;BUP上的报警可用，但报警被自动确认和复位;报警闪烁和声音功能也将被抑制。ＲSS处于监视模式，不能向DCS发出控制指令，报警提示声音功能无效。(2)BUP操作模式。当MCM由于某种原因出现失效工况时，操纵员需要从操作员站转移到BUP上，对电厂进行监视和控制。本操作模式下，MCM控制功能被禁止，不能发出控制指令，监视功能有效。BUP的控制功能和声光报警功能被激活，实现电站的控制和监视功能:通过BUP向DCS发送控制命令;BUP上的模拟量、开关量信息显示可显示相关信号的实时变化;BUP上的报警功能可用，需手动确认和复位报警信息、对声音报警消音。ＲSS处于监视模式，不能向DCS发出控制指令，报警提示声音功能无效。(3)BUP测试模式。当需要对BUP上设备的可用性进行试验时，操纵员通过MCM对电厂信息进行监视和控制，对BUP上的设备进行试验。BUP测试是为了测试BUP上模拟手操器、开关手操器与IO站端子板之间的硬接线连接，报警声音提示功能，模拟量和开关量的显示等功能的一种特殊的操作模式。BUP的测试信号，不会送往现场设备，而是经过控制机柜处理后，产生模拟操作结果，返回给BUP显示，也不会对MCM上的正常操作产生影响。本操作模式下，MCM处于正常的控制模式。BUP的控制功能被抑制，监视功能仍然有效;BUP上的报警功能正常，需手动确认和复位报警，手动关闭声报警功能。ＲSS处于监视模式，不能向DCS发出控制指令，报警提示声音功能失效。(4)ＲSS操作模式。当核电厂主控室不可用时，操纵员需要从主控室撤离至远程停堆站，继续完成对反应堆的控制，将反应堆带入并维持在冷停堆状态，保证核电厂的安全。本操作模式下，ＲSS处于控制状态，通过ＲSS操作员站向DCS发出控制指令，实现对电站的控制功能，同时也接受DCS反馈信息，监视电站状态。MCM处于监视模式，报警及声报功能无效。BUP的控制功能被抑制，自动完成报警确认和复位。

4运用人因工程原则设计先进控制室

人因工程是在一项产品或一个系统研制过程中研究如何系统的利用人的特性，包括心理方面和生理方面的特性。核电厂设计中使用人因工程原则，可以减少可能危及电厂安全和可运行性的人因错误，改善电厂安全。为了最大限度减少人因失误，在数字化控制室设计时应充分考虑人的因素，发挥人的长处，避免劣势。比如功能分析与分配时综合考虑操纵员能力和仪控系统的处理能力，操纵员来不及干预时的快速响应操作，工作负荷大的要分配给仪控系统等。进行画面设计时也要充分运用人因工程原则，如字体的大小、颜色、信息分组等都要考虑人的因素。报警设计应根据重要程度进行分级，报警设计还需考虑报警分类、过滤、抑制，这样，操纵员就可以快速获得他需要的报警。操纵员的工作盘台设计要考虑为操纵员提供较为舒适的坐姿或站姿操作，比如操纵员工作站的盘台尺寸，操纵员的视角大小。数字化控制室也要为操纵员的安全操作提供舒适的环境，这可以减少操纵员的疲劳和压力，避免失误。比如要考虑主控室的通风设计、主控室的噪声设计以及照明设计等环境设计。

结语

综上所述，正常运行工况下，主控。室中操作员站作为主要的控制手段对其进行控制操作。为了保证控制方式多样性需要，应对主控室操作员站不可用情形，在主控室也保留着常规的操作手段:后备盘。极端情况下，整个主控室可能出现失效，就需要退防到远程停堆站，继续监视和控制电厂，并安全地停堆，避免造成更大的危害。

参考文献:

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