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核电厂重要工艺系统非安全级DCS单点故障应用准则

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成果主要完成人

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项目概况

实施背景: HAF102《核动力厂设计安全规定》(2016)将单一故障准则的要求限定在安全级系统,在非安全级仪控系统中,单一故障准则在电源、仪表和数字化控制系统(DCS)等设备和系统中已经得到广泛应用。但在汽轮发电机、主给水系统、润滑油系统、循环水泵、等与机组出力直接相关的控制和保护系统配置中由于没有强制性要求,已发生多起因单一仪控部件故障导致的停机、停堆和机组瞬态事件,造成巨大经济损失。在美国三代压水堆用户需求文件(ALWR-URD)中也明确了用户在部分关键重要的非安全级DCS系统同样有满足单一故障准则的需求。 随着非安全级DCS产品的成熟发展,单方面提高部件级可靠性的成本和技术难度越来越高,因此必须摆脱机组过度依赖提高单一部件可靠性的习惯性理念,寻求新的设备和技术管理思路以提高核电行业中DCS系统的设备可靠性。随着DCS系统在二代改进型及三代核电堆型中大量普及应用,实现非安全级系统的冗余配置成本越来越低,在全数字化仪控系统中,单一故障准则的应用成本更低,实现更方便的情况下,在非安全级仪控系统中应用单一故障准则对机组稳定运行和电站经济效益有巨大贡献。因此,基于单一故障准则对采用了全数字化DCS系统的方家山两台机组,进行关键重要的系统和设备相关的非安全级DCS进行全方位的排查和改进,以达到将DCS系统关键敏感部件“脱敏”的目标,是非常必要且切实可行的。 主要做法: 一、制定DCS单点敏感(SPV)设备识别原则 对于核电厂DCS系统来说,满足单一故障准则的前提是通道的冗余性,以核电厂仪控系统的庞大数量和复杂程度,要求所有的仪控通道均满足单一故障准则是不经济也不现实的,而且也是不必要的。通过分析单一设备对电站出力的影响大小,经过深入研究和多方论证,制定方家山DCS SPV设备以下识别原则:  单一故障时,可能造成机组停机停堆  单一故障时,可能造成机组降功率  单一故障时,可能造成机组瞬态 二、DCS单点敏感(SPV)设备识别与“脱敏” 1. 单一通道直接触发保护动作的SPV点识别与“脱敏”; 2. 构成保护逻辑的设备共用一路电源的SPV点识别与“脱敏”; 3. 单个构成保护逻辑的信号动作无报警的SPV点识别与“脱敏”; 4. 构成保护逻辑的信号共用同一块模块的SPV点识别与脱敏; 三、制定《非安全级DCS单一故障准则》的行业标准 功能效果: 据不完全统计,核电机组产生非计划停机停堆的事件中,涉及仪控专业的占高达比46%。2015年中核运行启动排查DCS单点关键敏感部件识别工作,对涉及电厂出力的重要工艺系统的非安全级DCS设备进行了部件级的分析、排查,识别出54个DCS部件级SPV设备,这些部件任一故障将直接对机组造成停机、或降功率等严重影响。为此中核运行充分利用数字化仪控特点制定了“脱敏”原则,通过冗余、再分配等技术变更手段,于2016年1月完成SPV信号和部件“脱敏”,即此类任一卡件故障不再对机组出力产生影响,大大提高了DCS系统和机组整体运行可靠性,并将此管理理念和措施延伸至现场仪表管线的设计排查中。 此项工作的圆满完成,成功避免了两起因DCS单一卡件故障引起的非计划停机事件(见附件一),同时消除其他重要设备连锁跳闸隐患30余项(见附件二),避免了因机组停机和瞬态对电厂运行造成的经济损失和对电网的冲击,极大程度的提高了机组运行的稳定性,对核电厂运行的经济效益和社会效益做出突出贡献。 创新亮点: 1、国内首次成功实施数字化仪控系统部件“脱敏” 在国内核电领域引入SPV设备管理理念后,方家山DCS设备管理专业科室首次提出基于机组经济性考虑将“单一设备故障准则”设计理念引入到对电厂工艺系统控制至关重要的非安全级DCS中。 2、全数字化仪控系统设备管理思路创新 利用全数字化系统的特点以极低的成本实现全厂数字化仪控系统整体可靠性提升,为采用同类型全数字化仪控系统的同行电厂相关可靠性提升工作做了积极有效的探索,提供了创新的分析手段和参照标准,并通过技术交流已推广到同类机组。 3、“脱敏”流程建立及行业标准推进 通过方家山两台机组的全厂数字化仪控系统关键敏感部件“脱敏”的实践,使用“假想单一部件故障引起的机组瞬态”事件的分析方法,将筛查原则和“脱敏”方法进行总结提炼,摸索出一套较完整的数字化仪控系统关键敏感部件的缓解流程和管理经验。 实施应用前后效果(益)情况: 实施前:据不完全统计,近三年中由仪控系统单一部件故障引起多次机组停机停堆或降功率运行案例: 2015年,某核电厂2号机组(600MWe)主给水B泵单一卡件故障导致高加解列引起停堆停机。 2015年,某核电厂1号机组(1000MWe)因1号蒸汽发生器仪控故障1号蒸汽发生器液位低并触发停堆。 2016年,某核电厂1号机组满功率运行时因非安全级DCS模块故障导致1#循环水泵停泵引起降功率至600MWe。 实施后:成功避免因控制系统卡件故障连锁引起的非计划停机事件两起,并消除其他重要设备跳闸隐患30余项,极大程度的提高了机组运行稳定性。在此基础上,总结出一套较为完整的缓解DCS SPV设备的脱敏流程和管理经验。 推广价值及范围: 方家山DCS系统关键敏感部件的识别和“脱敏”,成为国内核电行业设备管理和可靠性提升工作的成功典范,在同样采用全厂数字化DCS的同行电厂中获得良好反响。 为将这一优秀成果能在更多同行电厂中得以推广,带动整个行业DCS设备可靠性提升,使关键敏感部件的梳理和排查工作在处于设计、建造、调试和运行等不同阶段的核电厂中开展时,都能够有据可依、有章可循,中核运行将方家山机组的经验进行总结和提炼,形成一套行之有效的DCS关键敏感部件识别和“脱敏”的方法,在此基础上编制了《非安全级DCS单一故障准则》的行业标准草案,并积极推进标准立项和制定的相关工作,通过推进行标《非安全级DCS单点故障准则》的制定,可以为整个核电行业DCS设备可靠性提升管理的工作理念和思路方面提供创新的分析手段和参照标准。