一种核电厂防止电气误操作闭锁系统的模拟演示装置

一种核电厂防止电气误操作闭锁系统的模拟演示装置

第一作者郑博 第二作者李天宇

深圳中广核工程设计有限公司，518172

摘要：在核电厂电气隔离、倒闸操作过程中，人因失误风险极高。究其原因，主要由于操作票指令编写错误、操作人员技能、经验不足以及钥匙闭锁系统自身存在缺陷。本文介绍了一种核电厂防止电气误操作闭锁系统的模拟演示装置，可模拟国内几种主流堆型核电厂整个电气主系统的隔离操作过程，可对电气隔离、运行操作票正确性进行验证，同时可进一步提高核电厂电气隔离操作标准化水平和提升运行人员隔离操作技能熟练度。

关键词：核电厂；人因失误；钥匙闭锁；演示装置

1 前言

核电厂电气系统安全稳定运行是核安全的重要保障。作为电源供给系统，电气设备在机组正常运行期间基本无操作，操作人员实操机会较少，而在大修期或机组状态改变时需要进行的倒闸操作尤为繁复，因此电气设备的集中密集操作极易发生电气系统人因失误事件。现有防止电气误操作闭锁系统是保障核电厂电气系统安全运行的重要系统，是防止核电厂发生电气误操作的必备技术手段。尽管目前钥匙闭锁系统已在核电厂广泛应用，但人因失误事件仍然时有发生。根据统计分析，核电厂电气系统人因失误事件原因主要有以下几个方面：

a)操作票指令编写错误

目前核电厂电气隔离、运行操作票的操作指令的正确性也是依靠人员在图纸文件上进行推演进行验证。现场执行操作过程中，因操作票指令错误，导致无法继续执行操作、执行了错误操作、临时修改操作指令等情况时有发生。

b)操作人员技能、经验不足

    目前核电厂运行人员仅能在大修时进行实际大型电气倒闸隔离操作训练或依靠设计图纸进行学习，无法直观了解操作结果对于电气系统主接线的整体影响，不利于人员熟悉了解核电厂防止电气误操作闭锁系统工作原理和逻辑。

c)钥匙闭锁系统自身存在缺陷

根据目前在运核电厂电气钥匙闭锁系统配置情况，通常采用机械钥匙闭锁的形式实现“五防”功能。然而大量的机械钥匙联锁设计，对于人员技能和经验提出了更高的要求，而且目前机械钥匙闭锁受其工作原理限制，尚无法覆盖所有的类型电气设备。

基于以上情况，本文介绍了一种核电厂智能钥匙闭锁演示装置，该演示装置主要采用微机五防技术实现与核电厂机械钥匙程序闭锁系统部分主接线回路等同效果的电气开关柜“五防”及电气系统间安全逻辑闭锁功能，同时具备钥匙管理、图形模拟操作、操作票管理和操作数据采集功能模块，建立以保障运营期电气安全操作为重点的一体化防误操作演示平台。

2 组成架构

本演示装置主要由硬件部分和软件部分构成，其中硬件部分主要包括防误主机、智能锁具、电脑钥匙、通讯适配器、ZigBee无线基站、操作平台等，同时该演示装置配备了一套《核电厂在线智能钥匙闭锁系统》软件，系统结构见图1。

图1 系统结构图

2.1 防误主机

防误主机为演示装置的核心枢纽，用于软件安装、数据存储、数据处理，通过图形化演练操作生成操作票并传输给电脑钥匙，结合设备实时状态信息及防误规则对现场操作进行防误逻辑判断，确定操作能否继续或中止，实现操作过程正确性实时控制。

2.2 智能锁具

智能电气锁具主要用于实现断路器、隔离开关、接地刀闸等电气操作设备的电气闭锁功能，是集设备控制和设备状态采集于一体的远方闭锁控制装置。

2.3 电脑钥匙

电脑钥匙用于智能锁具解锁及检测操作，操作人员可通过电脑钥匙屏幕浏览操作票及操作信息，具备数据存储及容量扩展功能。同时具有清票、中止当前操作任务、无线网络通信、操作过程回传等功能。

2.4 通讯适配器

通信适配器主要用于网络中断时实现防误主机与智能钥匙间的有线数据传输，并具备为电脑钥匙充电的功能。

2.5 无线基站

ZigBee无线基站主要用于在站内组建VW-Net无线局域网络，实现防误主机、操作平台和电脑钥匙之间的无线通讯。

2.6 操作平台

    操作平台主要用于模拟电气主接线中断路器、隔离开关、接地刀闸的开闭锁等操作相关的隔离操作平台。操作人员在使用电脑钥匙接收操作指令打开操作平台上对应的智能锁具后，方可对操作平台上的断路器、隔离开关等电气设备进行操作，操作后的设备状态变化信息经过状态检测器通过通信接口反馈至防误主机。

3 主要功能

3.1 《核电厂在线智能钥匙闭锁系统》软件功能

3.1.1 图形化模拟及操作票系统功能

图形化模拟机操作票系统采用先进的计算机技术、网络通讯技术，可以实现操作票信息数字化、开票防误判断智能化、操作票信息共享网络化等功能。

3.1.2 实时防误系统功能

可实现防误逻辑实时判断、操作过程实时监控及设备状态实时对位三个主要功能，在操作任务进行时，防误主机可根据设备位置状态的变化，实时对当前操作进行防误逻辑判断，确定操作是否继续或中止，及时控制无线智能钥匙的操作，具体见图2。

图2 防误控制流程图

3.1.3 数据管理与分析功能

主要包括设备库、逻辑库等相关数据库及文件进行扩充和修改，对历史操作票、设备变化、误操作记录等各项数据、报表进行统计、查询，对已完成的操作任务进行存档及操作内容检索等功能。

3.2 五防功能

系统采用预存储的设备操作规则和拓扑分析相结合的方式，通过为设备加装闭锁锁具，对设备的操作实施强制闭锁，只有经系统防误检验（模拟预演）无误后方可继续实施操作。

3.3智能锁具遥控操作功能

智能锁具及信号采集、解锁控制、自诊断等功能与一体，除了可使用电脑钥匙就地进行开闭锁操作外，也可通过网络控制器在经过授权后远程遥控开闭锁。

3.4运行状态分析功能

系统运行时，在系统主接线图上能够直观反映出设备状态的变化，并实时分析接线图，显示系统运行状态。用户模拟演练时，系统能模拟用户对电气设备的操作，在接线图上直观地反映模拟演练所操作的设备变化情况，并实时分析接线图，显示模拟演练时的系统运行状态。

3.6 主接线数据建模功能

本装置可根据核电厂主接线形式、结构建立相应的主接线基础数据模型。目前已对国内4种主流在运堆型核电厂电气主接线进行了建模，可模拟核电厂大修期间发电机-变压器系统、厂用配电系统、应急电源系统等重要电气系统运行转检修及检修转运行的操作，通过系统预演操作形成典型操作票和进行日常期间电气倒闸演练。

4 特点

本核电厂防止电气误操作闭锁系统模拟演示装置具有如下特点：

a)安全性：可对操作指令的正确性进行有效验证，防止操作票指令错误导致人因失误事件发生；

b)实用性：所具备的模拟操作演练、操作票典型票调用等功能，能有效提升操作人员技术水平和熟练度、提升工作效率；

c)灵活性：所配备的系统数据模型的建立、修改方便，在电气系统改造升级后，用户可自行完成图形维护、逻辑库编译等工作。

5 结语

本文介绍了一种去机械钥匙化的核电厂防止电气误操作闭锁系统的模拟演示装置及方法，可模拟国内在运的几种主流堆型核电厂整个电气主系统的隔离操作及在线过程。核电厂智能钥匙闭锁演示装置的应用可对电气隔离、运行相关操作操作票正确性进行验证，有效提高工作文件的可用性，同时可进一步提高核电电气隔离操作标准化水平、提升运行人员隔离操作技能熟练度。

参考文献：

[1] 杨国辉. 核电厂机械闭锁钥匙系统的应用分析[J]. 大亚湾核电期刊，2010.

[2] 吴苏敏，余银辉，高达，刘华干，郭艺璇. 核电厂负荷开关改造“五防”闭锁系统设计[J]. 电气安全技术，2016.

[3] 顾良翠. 电力企业工作票操作票管理系统的设计与实现[J]. 长春工程学院学报，2009.

A Simulation and Demonstration Device for Preventing Electrical Misoperation of Key-interlocking System in The Nuclear Power Plant

Zheng Bo,Li Tianyu

China Nuclear Power Design Co., Ltd.(Shenzhen), 518172

Abstuact: The risk of human error is extremely high in the process of electrical isolation and switching operation of nuclear power plant.The reasons are mainly due to the written operation instructions error, insufficient skill and experience of operators and the defects of the key-inlocking system itself.This paper introduces a simulation and demonstration device for preventing electrical misoperation of a blocking system in the nuclear power plant, which can simulate the isolation operation of the main electrical system applied to the domestic several mainstream nuclear plants, operation ticket validity verification, at the same time can further improve the level of nuclear power plant electrical isolation standardization of operation and improve isolation operational personnel skills proficiency.

Key words: nuclear power plant; human error; key-inlocking; demonstration device