核电站试验数据采集系统应用及故障处理分析

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摘要 核电厂试验数据采集处理系统（以下简称KDO系统）用于机组调试和运行中采集、监测和分析电站数据。本文就该系统的作用及主要参数、系统构成及运行期间遇到的主要问题及处理过程和方法进行论述。

关键词 瞬态；试验数据采集；模拟量；开关量

中图分类号 TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）112-0224-02

1 系统概述

1.1系统作用及主要参数描述

KDO系统主要用于机组调试启动过程中，尤其在瞬态试验中提供主要参数的监视、记录、和分析；在机组正常运行和维修中，可作为普通瞬态记录和事故追忆设备，对机组有关参数进行长期状态记录；在事件后快速采集瞬态过程期间的数据，用于事故分析。

主要参数：秦山第二核电厂1/2号机组的KDO系统总共可以采集512个单路直流模拟量输入信号和160个单路开关量输入信号。目前1#机组共采集214个模拟量输入信号和64个开关量信号；2#机组共采集模拟量输入信号210个，开关量信号63个。目前系统可用通道为672个，实时动态刷新时间0.5秒，每屏幕显示曲线数5条/每组，模拟量通道精度≤0.1%，开关量信号输入模板以1ms的速度采集开关量变位信号，最快扫描周期为25ms。

1.2主要参数选择原则

在全面分析调试采集数据的基础上，根据参数的重要性和在试验中选取的主要参数与屏幕的曲线数，即参量根据工艺的相关联系组成，便于分析因果关系和事件瞬态，KDO采样频率高，参数的瞬态变化在幅面上很清楚，有利于事件的分析，根据试验需要，进行在线曲线组合。

2 系统构成

2.1 系统的硬件构成

该系统硬件设备分三级：第一级设备为现场开关量、模拟量采集处理机柜，分别采集、放大各种主要运行参数。信号经处理后通过系统网络（以太网）发送到服务器；第二级设备为服务器，起着承上启下的作用，接收来自各工作站的信息和采集处理机的信息，必要时可将数据发送至相关设备，如打印机等，该级设备还配备了一台HP8550型号打印机，为各工作站共享资源。第三级设备为两台分析工作站，由系统管理网（以太网）与服务器连接，通过管理网与各工作站和打印机进行传送或接收数据信息，工作站可进行在线或离线的数据分析。

2.2 系统的软件功能及构成

2.2.1 数据库

该系统的实时数据库是由最大可用性配置的“数据通道” 记录而成，一个数据通道可在线或离线分配任一测量信号。在系统提供的所有数据通道中，大部分称为固定通道，这些通道在系统运行期间，始终保持与固定测量信号的连接，构成采集系统的基本数据库；固定通道之外的通道，可以根据不同的要求临时接入不同的信号，为备用通道；同一测量信号，可以在不同的时期分配给不同的备用通道。固定通道点接入的是根据现场工艺要求提供的测点，该测点借助于ACCES数据库作为录入编辑工具，然后再导入数据库中。

KDO系统提供一个容量为800个数据通道的历史数据库，其系统软件运行于支持多种硬件连接和工业标准协议的Windows NT实时操作系统下，整套系统基于一个物理通道和中间计算点的数据库。所有的试验用到的数据，都从数据库中获得。要在试验中使用这个点，必须先在数据库中定义这个点。内部计算功能通过服务器进行。

该系统数据库的最大特点为：1）当一个参数点的点详细由于某种原因需要更改时，在分析工作站进入一定权限范围界面，选中通道列表中需要更改点的通道，点击“属性”按钮，或直接双击该通道，即可在对话框中显示当前该通道的分配情况，此时可在线修改该通道原来定义的点名（若更改点名，不能有重复）；或测点名称不变，只修改其某些量纲或计算参数；也可以删除该通道的点分配，使之成为空通道。确认修改后，其结果即存入服务器数据库中，并即刻在线运行生效。无需对数据库进行编译下装或重新启动各工作站的过程；

2）机组大修或日常检修工作中，不可避免地需要维修人员对通道进行检查处理。系统在数据库管理界面下提供了“通道测试”功能。当选中列表中某一通道，点击“通道测试”按钮，弹出测试对话框，在该通道对应的端子上加入相应的信号，就可直观地观察测试对话框中动态显示信号的电气值、工程值以及模板精确的超差精度值，供维修人员及时判断、处理。

系统的在线修改和通道测试功能给日常维护人员提供了很大的便利。

2.2.2 离线分析查询

KDO系统中的在线历史数据定期转储为离线历史数据库。受磁盘空间的限制，在转储过程中对历史数据进行了抽样压缩，对测点信息以1s的周期存储。如某测点原收集周期为25ms，1s内记录了40个数值，即每40个值抽取一个数据，转储到离线历史数据库中，并在每日零点将数据转储到CD-MO磁盘中，作为永久的保存数据，供必须时查询用。离线历史库必须由“离线分析”软件功能查询，对数据或事故进行分析。

2.2.3 趋势曲线图

趋势曲线图作为系统的一种基本图形，用于一般的历史趋势跟踪，也用于试验记录在线跟踪。为便于分析，可以分别对每条曲线执行缩放和平移操作。且有跟踪和历史2种显示方式。在分析工作站界面，点击“趋势”，即可进入趋势跟踪图的定义和显示。在定义功能中根据需要可以将要观察的变量随机地定义为若干个趋势组（最多50个趋势组），每组5个变量，在一个曲线坐标中显示。并能在线显示以当前时间为准的前72小时的趋势图形。之前的历史趋势图根据需要也可通过离线查询分析功能离线查询。

3 系统运行期间出现的问题及解决措施

3.1硬件方面

1）2B250型单路模拟量输入模板上的元器件烧毁

问题描述：系统维护人员在日常巡检时，发现设备状态图中1#机组AIS1L07B2M13的 2B250模板显示白灯状态。经检查发现该模板上的两个DC/DC模块――U8、U5烧毁。其中U5为模板向外提供24V电源的芯片，U8为模板通讯电路隔离电源芯片。

原因分析：现场模拟量信号送入KDO系统的测点，除12个测点为无源信号类型，其余均为有源信号。在无需给外电路供电情况下，2B250模板上的24V外供电电源DC/DC芯片，处于空载状态，运行时间过久易造成过热发烫，加之机柜内模板与模板之间的距离小于5厘米左右，不易通风散热，温度过高导致芯片烧毁。

处理措施：在非外供电的情况下，应拆除模板上的U5--24V电源芯片模块。

在两个机组换料大修期间，我们将1#、2#机组KDO系统现场所有2B250型输入模板，升级为2B250A和2B250B两种型号――拆除现场现有非外供电的2B250输入模板上的24V电源芯片。并对一定数量的备件进行了升级。

2B250A：非外供24V电源，用于电压型、有源电流型信号的采集。

2B250B：外供24V电源，用于无源4mA～20mA型电流信号的采集。

升级后模板烧毁现象未再发生。

2） 2B250单路直流模拟量输入模板和2B252单路直流开关量输入模板频繁离线

问题描述：1KDO系统第7机笼中模板出现不定期的白板现象，在设备状态图中该模板状态为白灯；在数据库通道测试时，提示“通讯链路故障”或“超电量程”信息。现场模板上的CAN灯时亮时灭或完全不亮。过一段时间后，能自动恢复正常运行，之后又出现离线。离线故障/故障恢复时间不等。人为对其手动复位或进行模板插拔后可恢复正常运行。当同一机笼中出现多个白灯时，对其供电的2F71电源模块断/合电后，系统可恢复正常运行。其他机笼也相继出现类似问题，乃至2#机组。

原因分析认为：其一、 CAN网络设计为星型结构不尽合理，造成通讯不稳定。其二、同一机笼中出现大量故障模板，属机笼的底板与模板接触不良引起，设计时每个机笼的16块模板同插在一个底板上，底板过宽易变成弧形，引起模板在插拔操作中接触不良。其三、由软件引起，模板本身程序芯片上的软件存在问题，故障恢复功能设计上欠考虑。

处理措施：在1#机组进行换料大修期间，我们首先对1#机组的CAN通讯线进行了调整，由原来的星型结构改为通讯稳定且接收数据快的链（总线型）连接网络结构，并更换了CAN卡。调整后的CAN网络拓扑结构如下图所示。

其次，更换了模板所在的机笼底板，保证其插拔接触良好。观察改造效果后，在适当的窗口，对2#机组也实施了CAN网络层的网络结构和机笼底板同样的改进。

3）其它

由于系统长时间不间断运行，硬盘存储出现故障，致使操作员站死机，并失去监视功能。由于该系统采集速度快，产生的数据量也大，而原配置的硬盘只有10G，为提高系统的稳定性，加快查询速度，提高趋势图切换频率，我们将硬盘更换成40G的容量。并定期检查主机，确保各操作员站稳定运行。

连接方法图

3.2 软件方面

1）为彻底解决2B250单路直流模拟量输入模板和2B252单路直流开关量输入模板频繁离线的问题，我们更换了1/2KDO系统所有2B250模块上的程序芯片，新程序芯片软件中增加通讯故障自动复位功能：即当长时间收不到同步桢或收不到人为手动复位指令时，看门狗动作。并对模板重新进行标识（包括软、硬件）。同时对所有备件进行了软件升级并加贴标识。以便于识别和提高通讯稳定性。为保证新程序芯片与旧卡的兼容性、以及软件升级后模板采集信号精度，我们对升级后的所有模板进行了精度校验，确保其精度在允许误差范围之内。升级后的模板经长时间考验未发现异常。

通过以上软件和硬件上的整改后，模板离线现象基本杜绝。

2）在试验方案管理界面下增加了随时定义系统方案页功能，利用数据库中固定通道的数据点，通过一定的计算方法来获取用户所需的信息，并能在数据库列表中直观显示。定义方案页时可以使用ST语言和功能块图2种方式。ST语言是类PASCAL语言，用于定义计算公式。可以在一个文本编辑界面中，逐条输入公式，并把这些公式规划到一个个自定义的函数中，公式中的变量必须使用数据库已有变量和中间计算点作为公式的输入、输出或中间结果。在公式中可以选择逻辑运算（与、或、非、触发器等），算术运算（加、减、乘、除）等20余种运算和函数。

功能块作为一类虚拟通道记录存在于数据库中，用于存储计算要求和中间结果，在功能块页定义中可以使用系统预装的100多种功能块来组合计算逻辑，在一个试验中最多可组态16个功能块方案页，每页最多128个功能块。用户可以使用这些功能块组态自己的计算方案页，计算方案组态编辑经编译成功后，就能直接加载到服务器执行，并不需要进行编译下装或重启服务器和操作员站，使用非常方便简洁。

4结论

KDO系统不执行安全功能、与核安全没有直接的关联。自调试、运行、至机组历次大修，特别是在大修后机组重新启机、机组瞬态过程及试验后提供了精确数据分析，起了非常大的作用。该系统通过多年的维护和整改，目前运行状况良好。

参考文献

[1]试验数据采集处理系统技术规格书.

[2]KDO系统手册.