第26卷  第11期2019年11月仪器仪表用户INSTRUMENTATION
reactor technologyVol.262019  No.11
安全级DCS典型故障及处理方法
公 民，张 谊，黄 鹏，张子鹏
（中国核动力研究设计院 核反应堆系统设计技术重点实验室，成都 610213）
摘    要：
对于核电厂安全级DCS 而言，除了保障核电厂反应堆的安全运行以外，还要保证降低安全级DCS 系统的故障率，避免因为安全级DCS 系统故障导致核电厂反应堆停堆，影响核电厂正常运行，从而提高核电厂的经济效益。本文以广核集团的M310机组为例，其使用的安全级DCS 为日本三菱公司Meltac 平台，结合安全级DCS 自身的技术特点和工程应用实践，借鉴常规火电厂DCS 的应用运行经验，结合对电厂相关的运行维护相关规范进行的研究，总结了安全级DCS 在运行期间发生的典型故障，给出了故障类型定义和相应的故障解决方法，并给出了优化建议，为核电厂仪控维修人员提供有价值的反馈和参考。关键词：核电厂；安全级DCS ；系统故障；原因分析；典型故障分析中图分类号：TL361              文献标志码：A
Typical Fault and Treatment Method of Safety DCS
Gong Min ，Zhang Yi ，Huang Peng ，Zhang Zipeng
（Science and Technology on Reactor System Design Technology Laboratory, Nuclear Power Institute of China,
Chengdu,610213,China）
Abstract：For safety DCS of NPP, in addition to ensuring the safe operation of NPP, it has to reduce system failure rate, to avoid the reactor trip due to safety DCS, it affects the normal operation of NPP, this improves economic benefits of NPP. This paper takes the M310 unit as an example, it uses the Meltac platform of Mitsubishi, combine the technical features and engineering application of safety DCS, refer to the application and operation experience of DCS in conventional thermal power plant, combine the study of  NPP phase standard, this paper summarize the typical faults of safety DCS, also give the definition of fault type and corresponding solutions, and give the suggestions of optimization. It provide valuable feedback and reference for the I&C maintenance personnel of NPP.
Key words：NPP；safety DCS；system failure；reason analyze；analysis of typical fault
0  引言
DCS（集散控制系统）具有开放性好、可靠性高、灵活性高、便于扩充、具备自诊断能力等技术优点。核电厂的仪控系统承担着保障核电厂安全和稳定运行的任务，是核电厂的重要组成部分。随着核电厂仪控系统数字化程度越来越高，DCS 在核电厂的应用越来越广泛。通常，核电厂的DCS 系统分为安全级DCS 和非安全级DCS 两大组成
收稿日期：2019-08-16
作者简介：公民（1979-），男，吉林人，学士，助理工程师，从事核电厂DCS系统设计和测试工作。
DOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2019.11.019文章编号：1671-1041(2019)11-0071-04
部分。其中，安全级DCS 执行保护功能，确保核电厂的安
全运行；非安全级DCS 执行控制功能，保障核电厂的稳定运行[1]。因此，如何合理有效进行安全级DCS 日常维护，快速定位故障并进行维修，保证安全级DCS 正常运行就非常重要。但是，由于核电厂工艺复杂、系统众多、测点数量大、控制设备多，导致安全级DCS 系统庞大，机柜数量多，给安全级DCS 维护和维修提出了新的要求。本文结合
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设计规范要求和工程应用实际，总结了核电厂安全级DCS 常见故障及其处理建议。
1  安全级DCS结构和典型故障
1.1  安全级DCS结构
由于不同反应堆堆型不同，安全级DCS的结构略有不同。本文以广核M310机组（辽宁红沿河核电一期机组）为例分析，该项目安全级DCS采用的是日本三菱公司的Meltac平台。典型的核电厂安全级DCS系统主要由反应堆保护单元、专设驱动控制单元和优先级控制单元三部分构成。反应堆保护系统单元是安全级DCS与现场仪表的接口，接收现场仪表信号并产生阈值报警，用于停堆和专设驱动控制，由4个保护通道共18个机柜组成；专设驱动控制单元用于产生专设驱动控制信号，如安注、喷淋等，分为A/ B两列共8个机柜组成；优先级控制单元是安全级DCS与现场控制设备的接口，可根据优先级判断产生现场控制设备驱动信号，分为A/B两列共21个机柜组成。其整体架构如图1所示。
1.2  安全级DCS典型故障分类
根据故障出现的地点，安全级DCS的常见故障可以分为四大类：
1）现场回路故障：此类故障为安全级DCS与现场设备之间的故障，可分为安全级DCS与现场仪表的故障和安
全级DCS与现场控制设备之间控制回路故障。
2）安全级DCS机柜故障：此类故障为安全级DCS自诊断产生的故障，可分为安全级DCS自诊断故障（如，主控单元故障、输入输出模块故障、通讯模块故障等）和机柜配套设备的故障（如，机柜门开、机柜温度高、电源故障、风扇故障等）。
3）安全级DCS计算机固件故障：常见的计算机固件故障，如蓝屏、黑屏、死机、重启等问题也会在安全级DCS的工程师站等计算机设备上出现[2]。
4）安全级DCS软件故障：安全级DCS软件组态错误[3]（如，设计错误、阈值设置不合理或阈值错误等），由于安全级DCS在出厂之前做过严格的V&V测试，此类故障由软件故障发生的概率较小。
2  安全级DCS典型故障及处理方法
2.1  安全级DCS维护维修的技术特点
由于安全级DCS承担着确保核电厂的安全运行的任务，因此必须对安全级DCS进行有效维护和维修就非常必要。由于核电厂辐射防护的要求，在进行安全级DCS维护和维修时应注意：
1）即使在核电厂停堆时，为确保不丧失所有必要的安全功能，仍要求有最低数量的部件保持可运行，这给维修带来限制。
2）即使在核电厂停堆时，由于辐射防护的限制，也难于接近核电厂某些物项。
2.2  现场的回路故障及处理方法
现场的回路故障的常见处理方法，见表1。
2.3  安全级DCS机柜故障及处理方法
安全级DCS机柜故障的常见故障及处理方法，见表2。
2.4  安全级DCS计算机固件及处理方法
安全级DCS中有计算机类部件（如工程师站等），因此安全级DCS也会出现计算机固件故障，如显示器故障、硬盘故障或者损坏等会导致计算机出现黑屏、死机、重启等问题。其处理步骤和方法如下：
1）根据故障现象确认故障部件。
2）更换故障部件。
工程师站中最重要的硬盘，其上包含有安全级DCS重要的工程数据。因此，需要对工程师站中的工程数据进行定期备份和版本管理，以防止工程师数据丢失或者损坏，导致工程师站无法使用。
2.5  安全级DCS软件故障
安全级DCS软件故障的常见故障及处理方法，见表3。
2.6  故障处理步骤
安全级DCS日常故障通常的处理步骤如下：
1）和操作人员确认故障状态和报警信息。
2）确认故障类型：根据报警信息和故障表现形式初步
图1  安全级DCS结构简图
Fig.1  Security level DCS structure diagram
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公 民·安全级DCS典型故障及处理方法
表1  现场回路故障
Table 1  Field circuit fault
表2  安全级DCS机柜故障
Table 2  Failure of the safety grade DCS cabinet
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判定故障的类型和故障源点位置。
3）确认故障源点所在的控制站。
4）利用工程师站连接故障所在的控制站，确认故障的详细状态及详细的故障位置信息。
5）去对应的机柜间对应的机柜中做详细检查，定位故障的物项。
6）更换故障的物项，恢复系统正常功能。
7）确认报警消失，确认系统恢复正常状态，且没有新的故障产生。
8）维护完成后，需对整个维修过程形成书面记录[5]。
9）故障的物项必须进行特殊的标识或者放在特定区域内，以免误用。
3  安全级DCS维护优化建议
3.1  开展预防性维修
为了提高经济性，核电厂单个反应堆的在役时间很长，一般为40年～60年，但是由于设备老化和物项本身寿命等原因，安全级DCS中所采用的物项是无法满足60年使用要求的。因此，在日常故障维修的基础上，还需进行有计划的预防性维修[6]，即在物项达到寿期末时提前进行物项的更换，以减少安全级DCS故障发生的概率，提高安全级DCS的稳定性和可靠性。预防性维修的关键在于确认物项的使用寿命，可以采用老化试验和工程经验相结合的方法估算物项的寿命，根据物项寿命定期安排预防性维修。3.2  增加维护辅助系统
由于按照设计规范中实体分隔的要求，安全级DCS的机柜被分配在多个不同的房间内，造成安全级DCS机柜布置非常分散，这样给安全级DCS的维护带来了一定的困难。目前安全级DCS很多的故障信息，需要通过工程师站来确认和检查，这就要求维护人员需要携带移动工程师站才能很方便地完成维护。另外由于安全级DCS没有进行校时，工程师站上无法正确地记录和显示故障发生时间，容易误导维护人员。鉴于此，三菱的Meltac平台将安全级DCS的详细故障信息都传递给了PAMS（事故后监测系统）系统，由PAMS系统显示和记录故障时间，并可以对故障报警进行管理。但是PAMS系统的显示屏只是布置在BUP（后备盘）上，由于BUP安装在主控室中，仪控人员在进行维护和维修时使用仍然不太方便。因此，
建议增加一种安全级DCS故障维护辅助系统，该系统可以收集安全级DCS的故障信息，并在安全级DCS机柜间中设置显示屏，可以方便确认故障状态和故障位置，以方便维护人员快速地定位故障源点，不用必须使用工程师站，以提高维护工作的效率。
4  结束语
安全级DCS是确保核电厂安全运行的重要物项，必须在日常的维护中尽量减少安全级DCS的故障，降低故障的维修时间，使安全级DCS更加稳定和可靠运行，对核电厂的经济效益有显著地提高。
参考文献：
公民，黄鹏，肖林，等.核电站安全级DCS系统IO分配原则浅析[J].
仪器仪表用户,2018,25(11):40-42.
李晋，张皓云，桂思玉，等.核电仪控系统DCS典型故障分析及优化实践[C].第四届中国（国际）核电仪控技术大会论文集,2017.
陈杰.核电厂安全级DCS调试期间常见故障及解决方案[C].第四届中国（国际）核电仪控技术大会论文集,2017.
凡阳阳，谷鹏飞，叶王平，等.防城港核电站安全级DCS网络典型故障的分析和理[C].第四届中国（国际）核电仪控技术大会论文集,2017.
国家能源局.核电厂安全重要仪表和控制系统总体要求:NB/ T20026[S].北京：核工业标准化研究所,2010:50.
国家能源局.核电厂安全重要电气、仪表和控制设备维修要求:NB/T2029[S].北京：核工业标准化研究所,2014:2.
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表3  安全级DCS软件故障
Table 3  Safety level DCS software failure

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