核电站数字化报警抑制方法的研究
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摘要：核电站的报警系统在监测电厂各个系统及设备的实时状态过程中发挥的重要作用。该文以计算机化报警系统为基础，结合人因分析对报警抑制的方法及步骤进行研究，有效的提高了报警系统的有效性，使操作员能够及时处理重要的报警信息，使人机界面更加科学合理。
关键词：核电站；报警；计算机化；人因分析
中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）18-4319-03
核能作为一种清洁、高效的能源近几十年在全世界范围内得到了迅速的发展。但是日本福岛事故的发生也使人们对于核电站的安全性、可靠性越来越重视。核电站的报警系统在帮助操纵员监测电厂各个系统及设备的实时状态的过程中发挥了重要的、不可或缺的作用。该文主要研究了核电站报警系统的计算机化，以人因分析为基础重点研究了报警抑制的相关内容。
早期的传统核电站几乎都以模拟信号为基础，报警系统的可靠性低，不够智能化，且人际界面不友好。随着计算机技术和故障报警技术的发展，以及对核电站运行过程中各种事故状态的经验积累，加上人因分析的因素，都促使了报警系统的智能化发展，对核电站安全性的提高发挥了重要作用。
1 报警系统概述
核电站的操纵员要通过监测电厂里所有的独立设备和过程变量来检测运行过程中可能出现的任何非正常的情况，对于一个庞大的电厂系统来说，这将是一项巨大的任务。设计一个报警系统的目的也就是能够连续并且自动的执行检测功能，当出现一个需要操纵员动作的情况时能够给操纵员提供视觉和听觉上的报警，让操纵员进行适当的处理动作。操纵员的操作主要包括：对过程进行手动干预以消除或弥补故障；对故障后果进行手动消除和补偿；确认自动装置动作的正确性和有效性；对电站操作的短期可预见的直接后果应采取维修措施以消除故障。
1.1 报警的基本定义
报警是为了提醒操纵员或者其他使用者对于一个非正常情况下需要在必要的时间内动作而产生的信息。它包括了由于电厂过程中非正常情况下产生的过程报警，和用来监测和控制过程的系统在非正常情况下产生的系统报警。
报警去除是指利用逻辑，连锁或者应用在报警产生点的某些方法使报警更加的智能和有意义，在指定的情况下防止一些不必要的报警的产生。例如，在逻辑上阻止了一个低排气压力报警发生除非泵是开着的。
报警过滤是指一种报警处理方法，能够阻止被认定为不重要的，不相干的或者不必要的报警的产生。
报警抑制是一种报警处理方法，使那些被认定为不重要，不相干的或者不必要的报警不会出现在操纵员面前；但是被抑制的报警可以通过操纵员的要求或者在某些条件下的报警系统来得到。
报警优先级是指报警的等级，它基于预先定义的报警的重要性准则，某种程度是根据响应的紧急性来呈现他们的相对重要性。
报警系统的整套功能是关于产生，处理，分析和显示报警以及报警规程给使用者。这个功能不仅仅要一个物理系统来执行。它还包含了硬件，软件和支持信息（例如，报警规程和任何与报警系统相互作用的规程），包括了使用者所需要的与报警系统相互作用的控制器和其它与报警显示有关的特征（例如，选择不同类型的显示器，需要报警信息的分类和分析，或者选择一个报警规程）。
1.2 报警抑制的重要性
采用数字化仪控设备（DCS）和先进主控室的设计概念，与常规控制室报警要求不一样，在设计有重要的变化：
1）常规控制室的报警信息在控制盘上方的报警窗中显示，受到主控室大小的限制，有些报警窗口显示的是组合报警信息，操作员不能立即辨别报警的具体信息。
2）采用计算机化工作站之后，数字化人机界面监测和控制系统集成的报警系统不受实际空间的限制，操纵员通过报警单画面的链接直接进入报警卡，获得相关信息并由此进入操作画面进行处理该事件的相关操作。组合报警的报警卡被拆分成对应单个报警的报警卡，有利于操纵员直观的得到报警相关信息。
采用计算机工作站后，操纵员能够获取的信息量会大大增加，为了避免同时出现大量的报警而导致操纵员负荷，因此需要对报警信号进行抑制处理，使一些非必须的，操纵员不关心的报警不出现。例如在一些特殊运行工况下，已经不再跟安全，机组运行规范相关的报警不应该作为关注的报警对象出现在报警屏上。因此报警抑制对于整个报警系统具有重要的意义。
2 报警抑制原则要求
2.1 机组运行工况报警抑制
机组运行工况报警抑制主要考虑DEC事故报警，OTS运行技术规范，设备/人身安全，机组可用率相关的报警抑制等，也称之为总体运行报警抑制，主要用来抑制与机组运行阶段没有直接关系的，可能分散操纵员注意力或增加操纵员负担的报警。
1）漏斗原则：即对于每一个可能被抑制的报警要求按照实施流程逐一过滤，对于最后确定要被抑制的报警至少需要经过【DEC-OTS-设备人身安全-机组可用率相关-运行经验反馈】五个环节。如图1所示
运行工况报警抑制“漏斗”原则的层次如下：
层次一：在当前运行工况下，与DEC规程相关的任何报警不抑制
层次二：在当前运行工况下，运行技术规范（OTS）中规定的系统/设备的报警不抑制
层次三：在当前运行工况下，与人身安全/设备相关系统的报警不抑制
层次四：在当前运行工况下，与机组可用率相关的系统/设备的报警不抑制
层次五：不属于以上几类的，需要考虑运行经验反馈，看看是否也属于不能抑制的报警
层次六（特例）：对在不同运行模式下的定期试验，隔离，系统/设备再鉴定试验状态下的报警抑制，要做专项分析和验证，在无法确认的前提下不抑制。
2）保守原则：对于不清楚能否明确实施报警抑制的报警不抑制
机组运行工况包括以下几种情况：
RCD： 所有核燃料在KX厂房
RCS： 换料冷停堆
MCS： 维修冷停堆
NCS： 正常冷停堆
NS/RRA-monophase： RRA冷却，单相中间停堆
NS/RRA-doublephase： RRA冷却，双相中间停堆
NS/SG-normal shutdown：蒸发器冷却，正常中间停堆
NS/SG-hot shutdown： 蒸发器冷却，热停堆
RP-hot standby： 功率运行和热备用，热备用
RP-low power： 功率运行和热备用，低功率运行
RP-operation： 功率运行和热备用，功率运行
House loading：机组带厂用负荷
Turbine trip：跳机
Reactor trip：跳堆（指在反应堆紧急停堆切没有安注是的状态）
Safety injection：安注（由触发安注的信号定义，此状态高于其他所有状态）
机组运行工况考虑的优先级是安注>跳堆>跳机>机组带厂用负荷>正常运行工况。
2.2 其它抑制原则
根据图2所示的建构，首先评估Mode的抑制情况，如果没有被抑制则考虑定义这个情况的组件或设备状态，这个分析之后，接下来继续分析报警与其它报警的关系，是否存在原因/结果或者冗余的情况。
1）组件和设备状态
这个规则用于在确定相关的组件或者设备的状态下报警能否过滤或被抑制。例如：报警“从XXX系统到YYY系统泵吸入低压”能够被抑制（使用这个抑制准则）：如果YYY泵的吸入阀来自于XXX系统的关了（YYY系统没有在XXX系统一排），如果YYY泵被停了（YYY系统失效）或者如果XXX系统泵停了（XXX系统失效）。
2）原因/结果
这个规则将确认是否报警是一个直接的，正常的和其它报警出现的期望结果，它表明了问题的原因和操作员不能做任何事情来清除报警直到问题解决。在这段时间内，报警将被抑制。当问题解决了，报警消失或者被抑制，所有的被这个报警所抑制的报警，将不再被抑制（如果它们不能被其它的事情所抑制）。这就是“原因/结果”（原因抑制了它的结果）。
例1 报警“XXX泵停”由于一个“YYY母线电压低”报警（假如YYY母线是XXX泵的电源）。直到母线YYY的电压恢复，操作员才能重启泵和消除报警。
例2 报警“XX交换器出口温度高”由于一个“XX交换器流量低”。直到交换器流量重新恢复，操作员才能消除报警（结果）。
例3 一个支持系统丧失。在电力丧失的情况下，压缩空气供给丧失，散热器丧失等。以支持系统丧失为特征的报警将抑制相关报警。
3）冗余
这个准则将确定是否报警是否与其它有更严重程度的报警冗余，典型的由于多点的使用在一个模拟过程变量的情况下，在更加重要的报警出现的情况下能够被抑制。
例1 低液位报警是冗余的，如果低低报警没有出现就不是冗余。
注意：每个定义的规则的评估是一个独立的过程，用一个“或”逻辑门连接它们。所以，多于一个条件可能同时被激活，如一个报警将是被抑制状态如果任何独立的评估准则结果是“准确”。
3 结论
如何准确的从大量的报警卡中选取重要的，需要及时处理的报警是核电站数字化报警系统研究的重要内容，该文在NUREG-0700的基础上重点阐述了如何进行报警抑制的方法及相关步骤。根据该方法可以有效的减少报警系统中那些不重要的，影响操纵员工作的报警。数字化报警系统对于电厂的安全性有至关重要的作用，除了提高系统的硬件功能之外更要结合人因的因素，深入研究报警抑制的相关内容，并根据操纵员的经验积累去完善报警系统的智能性及准确性，确保核电站的安全性。
参考文献：
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