核电厂LSS监测系统优化

张荆荆

【摘 要】目前压水堆电站普遍采用LSS系统（L0CA Surveillance System——失水事故检测系统）监测反应堆的运行情况，计算堆芯的LOCA裕度和功率分布，辅助操作员进行反应堆的控制。经过多年实践运行，LSS系统的设计缺陷逐渐暴露，本文对当前频发的故障进行了分析，并提出相应的优化方案，为后续电厂LSS的设计提供了参考。

【关键词】LOCA监测系统;故障分析;系统优化

中图分类号： TM623 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）13-0097-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.044

The Majorization of LSS Surveillance System in Nuclear Power Plant

ZHANG Jing-jing

（China Nuclear Power Operation Technology Corporation，LTD.，Zhejiang Haiyan 314300，China）

【Abstract】The current PWR power plant LSS system（L0CA Surveillance System，commonly used accident detection system） monitoring the operation of reactor，LOCA margin and power distribution calculation of core，auxiliary control operator for reactor. After years of operating，the shortcomings of LSS gradually exposure.In this paper presented analysis improve ，and proposed optimization.Provide reference for subsequent power plant design of LSS.

【Key words】LOCA monitoring system;Fault analysis;System optimization

0 引言

在核电站仪控系统中，反应堆失水事故L0CA（loss of coolant accident）是压水堆核电站严重的事故之一，当前很多核电站使用LSS系统（L0CA Surveillance System——失水事故检测系统）监控压水堆核电站反应堆运行情况。LSS监测系统是RPN系统的一部分，该系统主要用于监测反应堆的运行状态，以数值、图表和曲线等形式反应堆芯的状态变化，当发生异常情况时发出报警信号，提醒并辅助操作员控制反应堆状态。

1 LSS监测系统介绍和设计缺陷

LSS监测系统接收来自DCS系统的数字信号（开关量和模拟量数据），对输入信号进行采集、预处理后送往计算模块，计算模块主要用于计算一回路平均热功率、LOCA裕度、线功率密度、象限倾斜度等数据，计算结果通过系统终端显示设备显示或输出到DCS系统在其他设备上显示。当计算结果超过限值或系统软/硬件故障时输出报警信号，提示操作员进行必要的干预[1]。

系统硬件主要由LOCA计算子系统和CFM堆芯跟踪子系统组成， LOCA计算子系统主要由安装与RPN006AR机柜中的ROCKWELL公司ControlLogix5000系列PLC系统设备实现[2]。其主要功能是采集核仪表系统（RPN）功率量程通道的数据，进行滤波处理，并通过专用的物理计算模型计算堆内的中子通量分布，重构反应堆堆芯的功率分布，最后将计算结果输出相关系统。

LOCA监测系统软件主要包括LOCA计算应用程序和CFM监控及参数修改应用程序。LOCA计算应用程序需要实现数据的采集、计算、滤波、输出等功能;CFM监控及参数修改应用程序需要实现系统的图形显示、报警、交互操作、参数修改下装等功能。

目前某核電厂LSS系统历经几个循环周期后，存在以下几个问题：

（1）C21驱动信号为单列输出，可靠性较低。

（2）上位机运行CITCET程序时，偶发性进程退出导致系统假死;

（3）上位机在主控室操作员切换至梯形图页面时，读取数据缓慢并导致系统假死;

（4）升功率期间误发报警J段象限倾斜超标，且无相应的象限功率倾斜比超标报警。

2 缺陷原因分析

LOCA监测系统故障报警记第一组IO，系统单列设计要求更可靠的报警机制，大亚湾、阳江、防城港、红沿河电厂均采用冗余设计，C21报警信号直接传到RGL系统，作为降功率的重要参考依据，必须可靠。LOCA系统发出的C21信号为单列输出，在PLC程序中C21输出没有做3取2逻辑，安全性、冗余性不高，容易导致C21信号的误发或拒动，为机组安全运行埋下隐患。

工控机作为上位机，运行WINDOWS系统和CITECT用户程序，安装于主控室，提供重要的梯形图、LOCA裕度等重要信息，频繁死机导致系统不可用风险。LSS系统判定不可用后，在6小时内不能恢复，机组将立即快速降功率，后撤至NS/SG模式。原工控机硬件配置仅满足Windows XP系统运行，工控机CPU、内存、硬盘等硬件配置较低，上位机长期运行消耗大量的内存和CPU资源，硬件资源不够用。

电厂LOCA监测系统供货项目于2010年开始设计，当时PLC及上位机软件平台只支持Windows XP操作系统，内存利用率低，运行效率低，现在微软也停止了该系统的服务及升级;原系统上位机CITECT与PLC通讯采用OPC协议，必须运行RSLinx网关版软件，占用大量网络和内存资源;上位机软件中梯形图绘制功能的选取、缩放、时间切换功能强大，Cicode高级语言程序代码复杂，数据读取占用大量CPU和内存资源。

由LOCA监测系统下位机接收来自堆外核测系统4个象限的6节电离室电流信号，并转换为每节电离室的节功率，然后计算每节功率倾斜比，并与其他象限的节功率倾斜比进行比较，如果某节象限倾斜比超标，则发出“J段象限超标”报警[3]。此报警的计算与设置方法与运行技术规范的要求有偏差。在LOCA监测系统发出“J段象限超标”报警后，还需要操纵员手动计算堆芯上、下部功率倾斜比，然后再判断是否超出核电厂运行技术规范中的限值。机组缺少相应的监视参数，操纵员无法监视堆芯象限功率的倾斜情况，也无法通过相应报警迅速得知堆芯某象限可能存在的功率不平衡的问题。在机组升功率阶段，频繁触发该报警，影响机组功率上升。

3 改造方法

（1）通过增加PLC输出模块、中间继电器等搭建硬件电路，并增加软件3取2逻辑增强C21输出的可靠性。

a）系统原有1路C21开关量输出模块，为做到开关量输出模块的冗余，需要在增加2路C21隔离输出，那么需要相应增加2块1756-OB8开关量输出模块，原系统PLC机架留有2个预留槽位，满足新增1756-OB8开关量输出模块的安装;

b）对应修改PLC硬件配置，并搭建硬件模块的控制回路及其配电电源;

c）在PLC用户程序中，增加C21输出3取2逻辑程序，新增2路C21输出，通过3路C21报警信号在3块1756-OB8开关量输出模块的输出，驱动3路中间继电器串联控制回路，以增加系统触发C21报警信号的安全性。

（2）升级工控机CPU、内存等硬件配置及操作系统，采用与原工控机尺寸相同的高端系列机架式工控机。

（3）PLC、上位机软件适应性升级。

（4）优化通讯协议。

（5）优化梯形图绘制机制

a）数据存储随时间周期性执行，数据量相对小很多，不会给CPU负荷带来严重压力，但绘图时，尤其是24小时绘图，需要短时间内需读取选定时间范围内所有历史数据，成为资源耗尽的重要杀手，那么需要精简绘制点，规划数据点的时间间隔;

b）修改绘图功能读取历史数据的CI-CODE代码，选取一半（或1/4）的历史数据进行打点绘图，优化绘图机制，排除资源占用瓶颈。

（6）修改象限功率倾斜比计算与增加报警信号

a）上下部分象限功率倾斜比（QPTR）的计算公式修改如下：

其中，Ih（k）是k象限上下部的电流水平。

b）在主控制室KIC系统和LSS控制柜就地中新增“象限功率倾斜比”报警信号。取消原LOCA系统送KIC系统的“J段象限倾斜超标”报警，改為LSS机柜就地报警;

在进行“象限功率倾斜比”计算时，是分成上部功率倾斜比和下部功率倾斜比两部分的。任一象限的上部或下部功率倾斜比超标都会进行汇总后送主控室报警，并且在LOCA监测系统的上位机显示画面中新增一幅画面，专门用于显示“象限功率倾斜比”计算结果和报警（参见图1）。

4 结论

目前方家山核电的LOCA监测系统已完成改造升级，改进后LOCA系统已经安全稳定运行两年，C21驱动信号输出可靠性相比以往大幅提升，数据读取加快，无系统崩溃，画面假死，误报警等情况发生。为操作员的日常监盘提供了便利以及对反应堆状态和堆芯轴向偏差提供了必要的监视手段，同时也为其他核电厂的LSS系统的升级改造提供了借鉴意义。

【参考文献】

[1]刘金环，李洋，等.《核电厂LOCA监测系统功能介绍》[J].    2014年第2月刊《科技风》.

[2]中广核研究设计院《秦山核电厂扩建工程LOCA监测系统设计说明书》[S].

[3]张帅，常向阳，赵怡春.《核电厂LSS系统浅析》[J].