核電廠DCS反應堆保護功能響應時間測試規(guī)范

1核電廠DCS反應堆保護功能響應時間測試規(guī)范本文件規(guī)定了核電廠DCS反應堆保護功能響應時間測試的基本要求。本文件適用于核電廠DCS項目工廠測試和工廠驗收測試階段反應堆保護功能響應時間測試，規(guī)定了儀器儀表、測試環(huán)境、操作方法、數(shù)據(jù)記錄和結果判定的要求，核電廠DCS現(xiàn)場調試可參考使用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。HAD102/10-2021核動力廠儀表和控制系統(tǒng)設計GB/T4083-2005核反應堆保護系統(tǒng)安全準則GB/T5204-2021核電廠安全系統(tǒng)定期試驗與監(jiān)測GB/T9386-2008計算機軟件測試文檔編制規(guī)范GB/T13284.1-2008核電廠安全系統(tǒng)第1部分：設計準則NB/T20069-2012核電廠安全重要儀表通道性能監(jiān)督試驗3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1響應時間ResponseTime從被測變量發(fā)生階躍變化到輸出信號第一次達到其最終值的某一給定百分數(shù)（通常取90%）時所經(jīng)歷的時間。注：核電廠DCS反應堆保護功能響應時間是指DCS完成保護功能過程中，輸[NB/T20069-2012，3.14]3.2輸入信號InputSignal施加到裝置、元件或系統(tǒng)輸入端的信號。[GB/T17212-1998，P1.1.0.09]3.3輸出信號OutputSignal由裝置、元件或系統(tǒng)發(fā)出的信號。[GB/T17212-1998，P1.1.0.10]3.4傳感器Transducer2接受物理或化學變量（輸入變量）形式的信息，并按一定的規(guī)律將其轉化成同種或別種性質的輸出變量的裝置。[GB/T17212-1998，P3.0.0.09]3.5執(zhí)行裝置ExecuteFeatures由電氣設備和機械設備及其連接件組成，接到來自監(jiān)測指令設備的信號后，執(zhí)行與安全功能直接或間接有關的某一功能。執(zhí)行裝置的范圍是從監(jiān)測指令設備的輸出端開始，直到并且包括執(zhí)行裝置與過程的耦合處。注2：執(zhí)行裝置通常包括驅動設備、原動機[GB/T13284.1-2008，3.13]3.6反應堆保護系統(tǒng)ReactorProtectionSystem產生哪些觸發(fā)安全驅動器和安全系統(tǒng)支持設施動作所必須的輸出信號，防止反應堆狀態(tài)超過規(guī)定的安全限值，或減輕超過安全限值后果的系統(tǒng)。它包括從敏感元件到安全驅動器輸入端或到安全系統(tǒng)支持設施輸入端的所有設備。[GB/T4083-2005，3.1]3.7緊急停堆系統(tǒng)ReactorTripSystem反應堆保護系統(tǒng)的一部分。它觸發(fā)安全驅動器動作，使反應堆快速停閉。[GB/T4083-2005，3.2]3.8專設安全設施驅動系統(tǒng)EngineeringSafetyFeatureActuationSystem反應堆保護系統(tǒng)的一部分。它觸發(fā)專設安全設施動作，以緩解事故后果，防止放射性物質外泄。[GB/T4083-2005，3.3]4響應時間概述4.1總則根據(jù)GB/T5204-2021的6.1.1要求，響應時間試驗屬于安全系統(tǒng)定期試驗的一部分，宜在核電廠壽期內執(zhí)行反應堆保護功能響應時間測試，確認反應堆保護功能響應時間是否滿足DCS采購技術規(guī)格書的要求，確保核電廠的安全。4.2反應堆保護系統(tǒng)響應時間核電廠反應堆保護系統(tǒng)響應時間路徑通常包括傳感器、輸入信號采集處理、控制器處理、數(shù)據(jù)傳輸、輸出信號、執(zhí)行裝置，核電廠DCS反應堆保護功能響應時間不包括傳感器和執(zhí)行裝置部分。根據(jù)HAD102/10-2021的7.5.3.6要求，核電廠DCS反應堆保護系統(tǒng)應設計為具有確定性行為，對該物項規(guī)格書范圍內的任一給定輸入序列總是會產生相同的輸出和相同的響應時間，即激勵與響應之間的時間延遲具有確定的最大值和最小值。3核電廠DCS反應堆保護功能響應時間為執(zhí)行一個控制循環(huán)所需要的時間，系統(tǒng)響應時間與控制器的性能、容量、速度、負荷率、控制算法的復雜程度有關。4.3響應時間評價方式工程實施過程中應對核電廠DCS反應堆保護功能響應時間采用理論分析的方法進行定量計算，確認響應時間的最大值和最小值，保證確定性的核電廠DCS反應堆保護功能響應時間。附錄A給出了典型DCS平臺下反應堆停堆保護功能響應時間的理論分析方法。工程實施過程中應對核電廠DCS反應堆保護功能響應時間進行實際測試，驗證DCS反應堆保護功能的實際響應時間小于采購技術規(guī)格書要求和理論分析最大值。響應時間測試應與書面程序一致，測試結果應形成文檔并存檔。工程實施過程中核電廠DCS反應堆保護功能響應時間測試流程主要包括測試設計、先決條件確認、測試執(zhí)行、測試數(shù)據(jù)整理、結果判定。5響應時間測試設計5.1總則按照GB/T9386-2008標準要求，測試活動開始前應編寫相關測試文件，包括測試計劃、測試設計說明、測試用例、測試規(guī)程等，并按照測試文件要求執(zhí)行測試，生成測試日志、測試記錄，最終形成測試報告。針對核電廠DCS反應堆保護功能響應時間測試，在測試設計階段需要明確以下幾個方面的要求。5.2確定測試范圍核電廠安全分析對每一個反應堆保護功能提出具體響應時間要求，并在DCS項目采購技術規(guī)格書中提供，因此工廠測試階段根據(jù)采購技術規(guī)格書的要求，宜對所有保護功能的響應時間執(zhí)行測試。如采購技術規(guī)格書沒有列出每一個反應堆保護功能的響應時間要求，只有統(tǒng)一的響應時間要求，并且在采用標準化DCS系統(tǒng)架構前提下，宜針對相同響應時間要求的保護功能具體分析DCS中響應時間信號的路徑（通?？紤]卡件類型、數(shù)量、網(wǎng)絡傳輸?shù)纫蛩兀槍ψ铋L信號路徑執(zhí)行DCS反應堆保護功能響應時間測試。5.3確定輸入信號工廠測試環(huán)境下執(zhí)行核電廠DCS反應堆保護功能響應時間測試時應最大限度模擬核電廠現(xiàn)場運行工況，執(zhí)行傳感器信號源頭到被驅動設備指令的整個系統(tǒng)的響應時間測試，覆蓋輸入信號、控制器處理、數(shù)據(jù)傳輸、控制器處理、輸出信號整個路徑。若一次測試不能覆蓋整個系統(tǒng)時，應測試該系統(tǒng)各分立部分的響應時間，并表明所有響應時間之和處在整個系統(tǒng)要求的限值之內。根據(jù)核電廠反應堆保護功能需求或邏輯圖，確定每個保護功能的輸入信號。如果保護功能由兩個或兩個以上不同組變量觸發(fā)動作（如壓力、溫度等），應列出所有的輸入信號。根據(jù)核電廠反應堆運行規(guī)程，允許信號作為反應堆保護功能的前提條件，不作為允許信號條件下其它保護功能響應時間測試的輸入信號。如采購技術規(guī)格書對允許信號有響應時間要求，應單獨測試允許信號的響應時間。5.4確定輸出信號4根據(jù)核電廠反應堆保護功能需求或邏輯圖，確定每個保護功能的輸出信號。對于同一個保護功能觸發(fā)的多個輸出信號，宜具體分析DCS中響應時間的信號路徑（通?？紤]卡件類型、數(shù)量、網(wǎng)絡傳輸?shù)纫蛩兀槍Σ煌盘柭窂綀?zhí)行測試，相同信號路徑下可選取一個輸出信號執(zhí)行測試。5.5輸入信號組合和變化要求對于單組輸入信號（如穩(wěn)壓器壓力）觸發(fā)保護功能的情況，應確保每一個輸入信號均發(fā)生過變化，參與過保護功能的觸發(fā)。對于多組輸入信號組合觸發(fā)保護功能的情況，如輸入信號類型不同（電流信號、電壓信號、電阻信號），應確保此多組輸入信號中每一種類型均發(fā)生過變化，參與過保護功能的觸發(fā)。對于多組相同類型輸入信號應具體分析DCS中的信號路徑，宜確保不同信號路徑的輸入信號均發(fā)生過變化，參與過保護功能的觸發(fā)。在測試某個輸入信號觸發(fā)時，其余輸入信號應設置在它們的預期運行范圍內，保證保守的測試結果。為了觸發(fā)反應堆保護功能，響應時間測試采集的輸入信號應由正常值變化到高于或低于保護功能設置的閾值，變化范圍應最大限度模擬核電廠現(xiàn)場運行工況，通常選擇輸入信號的變化范圍不大于輸入信號工程量程的5%。針對非固定數(shù)值的保護功能閾值（如閾值根據(jù)現(xiàn)場工況相關變量值實時運算后得出需要根據(jù)閾值計算方法具體分析輸入信號的變化范圍。5.6測試次數(shù)要求根據(jù)核電廠DCS反應堆保護功能響應時間理論分析，每次測量的數(shù)據(jù)具有一定的隨機性和不確定性，根據(jù)統(tǒng)計學理論，實際測試的響應時間數(shù)據(jù)在理論最大值與最小值之間符合正態(tài)分布的規(guī)律。核電廠DCS反應堆保護功能響應時間的最大值由理論分析獲取，工程實際值由工程測試經(jīng)多次測量取最大值。隨測試次數(shù)的增加，測試結果最大值越接近核電廠DCS反應堆保護功能的理論分析最大值。宜使用自動化工具執(zhí)行核電廠DCS反應堆保護功能響應時間測試，針對每一個DCS反應堆保護功能，響應時間測試次數(shù)宜不少于10次。5.7測試結果判定標準DCS采購技術規(guī)格書中的反應堆保護功能響應時間作為測試結果最大值的判定標準，理論分析和實際測試最大值都應小于該判定標準。6響應時間測試先決條件確認6.1總則本章給出核電廠DCS反應堆保護功能響應時間測試先決條件確認的要求，主要確認測試環(huán)境、測試儀表、測試文件、測試對象、測試和驗證人員。6.2測試環(huán)境測試環(huán)境應參考對應項目合同中核電廠DCS現(xiàn)場運行環(huán)境條件。地震、極端溫度、極端濕度等非正常環(huán)境條件下的響應時間在鑒定試驗中已考慮。因此，上述環(huán)境中響應時間測試不在本標準范圍內。如合同中無要求，測試環(huán)境應滿足：溫度：15℃-35℃5濕度：5%~95%，無冷凝。6.3測試儀表測試設備應有法定計量技術機構出具的檢定或校準證書，并在有效期內使用。不得使用未經(jīng)標識、或超過有效期的測試設備，不得使用禁用、報廢測試設備，不得超范圍使用“限用”測試設備。測試中所使用的測試設備的額定精確度應高于被測對象的額定精確度，通常不確定度應不超過被測對象規(guī)定誤差限的四分之一。測試設備主要包括波形記錄儀、信號發(fā)生器、光電倍增管以及自動化測試裝置等。6.4測試文件測試開始前，應有批準發(fā)布的測試計劃、測試設計說明、測試用例等。測試設計說明中應明確規(guī)定測試方法、要求和判定標準。測試用例中應至少包含測試的反應堆DCS保護功能名稱、系統(tǒng)初始化要求、測試的輸入、期望的測試結果、判定標準、測試工具、操作過程等；測試用例中預留填寫測試記錄的位置，包括測試日期、測試人員、測試工具等。測試文件應定期修訂，以便確定它的整體有效性。6.5測試對象測試對象應滿足：1裝配及檢驗完成；2DCS系統(tǒng)已上電且完成軟硬件集成，反應堆DCS保護功能響應時間測試路徑上的被測設備通訊正常，無報警；3宜先完成保護系統(tǒng)邏輯功能測試，再開展響應時間測試，避免邏輯設計有問題，影響響應時間測試。6.6測試和驗證人員核電廠DCS反應堆保護功能響應時間測試應由獨立于設計人員的測試和驗證人員執(zhí)行，這些測試和驗證人員應該經(jīng)過培訓、考核，取得測試資質，并保存相關記錄。測試與驗證人員資質認證培訓可包括：1響應時間測試原理；2輸入信號和輸出信號采集；3測試儀表使用；4自動化測試工具使用；5測試記錄整理。7響應時間測試執(zhí)行7.1總則本章給出核電廠DCS反應堆保護功能響應時間測試執(zhí)行的要求，包括測試環(huán)境準備、輸入信號采集要求、輸出信號采集要求、測試注意事項。7.2測試環(huán)境準備6測試開始前應按照測試用例要求準備測試環(huán)境，主要包括：1確認溫度、濕度是否滿足測試環(huán)境要求；2確認DCS狀態(tài)是否滿足測試要求，包括系統(tǒng)運行是否正常（無異常報警）、DCS保護功能是否觸發(fā)（初始運行工況）等；3準備測試執(zhí)行需要的測試檢驗設備；4確認DCS機柜內光纖、電纜正常連接，被測試的DCS反應堆保護功能信號路徑完整。7.3輸入信號時間的采集7.3.1總則輸入信號分為開關量、模擬量信號。開關量信號通常為現(xiàn)場設備反饋，如泵運行狀態(tài)、閥門開關狀態(tài)。模擬量信號通常為現(xiàn)場物理變量，如安全殼壓力、一回路溫度。7.3.2開關量輸入信號的采集開關量輸入信號（包括有源型和無源型）動作可采集其階躍變化的時間。對于輸入信號為開關量的情況：1如果輸入信號為有源型，可直接使用波形記錄儀采集輸入信號的電壓變化；2如果輸入信號為無源型，應在測量回路內接入電源和負載，然后使用波形記錄儀采集輸入信號的電壓變化。儀控系統(tǒng)人機界面的操作信號，如觸摸屏點擊、鼠標點擊等，宜將其轉化為開關量信號進行采集：1鼠標點擊畫面產生輸入信號動作的情況：將鼠標內部微動開關兩端端子引出，鼠標點擊畫面時可同時發(fā)出對應的開關量信號，應使用波形記錄儀采集此開關量信號作為輸入信號。2觸摸屏點擊畫面產生輸入信號動作的情況：觸摸屏點擊時，其信號輸出線對應引腳電壓值發(fā)生跳變，應使用波形記錄儀采集此開關量信號作為輸入信號。7.3.3模擬量輸入信號的采集模擬量輸入信號的值超過一定閾值經(jīng)保護系統(tǒng)運算，使輸出信號發(fā)生變化的，可采集輸入信號超過閾值的時刻作為響應時間測試的起始時間，測試過程中使用波形記錄儀設置一定的閾值判斷值（基于實際被測儀控系統(tǒng)和工藝得出），便于記錄時間。7.4輸出信號時間的采集要求7.4.1總則輸出信號分為開關量、模擬量信號。開關量信號通常為現(xiàn)場設備控制指令，如泵啟動指令、閥門關閉指令。模擬量信號通常為現(xiàn)場執(zhí)行器調節(jié)指令，如流量調節(jié)閥開度信號。7.4.2開關量輸出信號的采集開關量輸出信號（包括有源型和無源型）可采集其階躍變化的時刻，采集方式參考7.3.2。7.4.3模擬量輸出信號的采集模擬量輸出信號的值超過一定閾值使設備物理狀態(tài)發(fā)生變化（閥門開度等可采集其值超過閾值的時間，測試過程中使用波形記錄儀設置合適的閾值判斷值（基于實際被測儀控系統(tǒng)和工藝得出便于記錄響應時間測試的終止時間。77.5測試執(zhí)行注意事項1測試輸入信號需要在機柜端子排短接操作時，測試人員應確認信號供電方式，避免發(fā)生短路；2對于電流信號在使用波形記錄儀采集時可串入電阻將電流信號轉化為電壓信號進行測量，串入電阻的阻值應符合板卡負載要求；3測試過程中使用波形記錄儀采集輸入或輸出信號時應設置為直流電壓模式，并設置合適的采集頻率，采集的幅值范圍應大于輸入或輸出信號的最大幅值范圍；4對于輸入信號邏輯組合使輸出產生變化的情況，在波形記錄儀上需對應輸入設定相應的組合邏輯，便于輸入信號變化時刻的采集；5測試完成后應將測試環(huán)境恢復到測試前的狀態(tài)；6測試結果不滿足保護系統(tǒng)要求時，應填寫不符合項清單并進行缺陷提交，測試記錄中記錄測試結果和不符合項編號，待缺陷修復后重新進行測試。8測試數(shù)據(jù)的處理1核電廠DCS反應堆保護功能響應時間測試結果為輸出信號跳變時刻與輸入信號有效觸發(fā)時刻的時間差值。2核電廠DCS反應堆保護功能響應時間數(shù)據(jù)精度計算時不采用四舍五入的原則，宜采用向上取整的原則，按照DCS采購技術規(guī)格書中響應時間要求保留一定精度的測試結果作為測試記錄。3如使用自動化工具采集輸入信號和輸出信號，需要分析自動化工具采集原理，保證輸入信號和輸出信號采集時刻的準確性。9測試結果的判定考慮被測DCS系統(tǒng)中不同板卡運行周期、網(wǎng)絡通訊周期等因素，每次測試的響應時間結果不同，應在相同測試環(huán)境下測試多次，記錄每次的測試數(shù)據(jù)，并取響應時間最大的一組測試數(shù)據(jù)作為結果，判斷響應時間是否滿足要求，保證數(shù)據(jù)最大限度地反映DCS反應堆保護功能的響應時間性能指標。如實際測試結果接近理論分析最大值或DCS采購技術規(guī)格書中給定的限值（判定準則），宜增加響應時間測試次數(shù)，提高測試的置信度，以準確評價被測系統(tǒng)的響應時間指標。10系統(tǒng)變更測試要求由于系統(tǒng)設計方案變化或測試過程中發(fā)現(xiàn)異常引起核電廠DCS反應堆保護功能發(fā)生變更，需要分析變更內容，評估對響應時間測試的影響，確定是否重新執(zhí)行測試。如發(fā)生以下變更，宜重新執(zhí)行響應時間測試：1DCS系統(tǒng)設計方案變更導致DCS保護功能信號路徑發(fā)生變化（如新增輸入、輸出板卡或模塊2DCS反應堆保護功能邏輯變更；3其它影響響應時間的變更。如DCS反應堆保護功能測試判定標準發(fā)生變化，宜先開展評估分析，根據(jù)分析結果確定是否重新執(zhí)行響應時間測試。811其他要求1應按照項目配置管理的要求，將測試過程中產生的各種軟件工作產品納入配置管理，包括被測對象、測試工具、測試文檔等；2測試過程中如使用自動化測試工具，應明確對工具的功能、性能、安全性等需求，并對工具進行驗證和評估，避免工具對核電廠DCS反應堆保護功能響應時間的測試結果造成影響；3測試報告應包括DCS被測對象的系統(tǒng)硬件、軟件以及相關配置，記錄響應時間測試的結果，識別預期結果與實際結果之間的偏差，記錄不符合項的原因分析、處理措施和驗證情況，并形成文檔；4測試報告應以便于未直接參與測試工作的人員審查的方式保存，附錄B給出了響應時間測試記錄的模板。9（資料性）核電廠DCS反應堆停堆保護功能響應時間理論分析方法A.1典型DCS反應堆停堆保護系統(tǒng)架構核電廠典型DCS停堆保護系統(tǒng)如圖A.1所示，采用4通道冗余設計(Ⅰ通道、Ⅱ通道、Ⅲ通道、Ⅳ通道，每個通道相對于其它通道獨立工作）。DCS通過模擬量輸入卡采集現(xiàn)場傳感器信號，信號輸入控制器單元經(jīng)閾值比較后參與本通道的表決邏輯處理；同時，閾值比較結果通過網(wǎng)絡通訊傳送到其它通道，參與其它通道的表決邏輯處理。各保護通道接受到閾值判斷結果經(jīng)“4取2冗余表決邏輯”輸出停堆信號。圖A.1DCS反應堆停堆保護系統(tǒng)架構示意圖A.2DCS停堆保護功能響應時間理論分析根據(jù)圖A.1典型DCS反應堆保護系統(tǒng)架構，DCS反應堆停堆保護功能信號流如圖A.2所示。圖A.2DCS反應堆停堆保護功能信號流示意圖AI卡是DCS保護系統(tǒng)的模擬量輸入卡，DO卡是DCS保護系統(tǒng)的開關量輸出卡。所有I/O卡件均位于DCS系統(tǒng)輸入/輸出（I/O）機箱的卡槽內?，F(xiàn)場傳感器儀表信號經(jīng)AI卡采集后經(jīng)I/O總線卡傳輸?shù)娇偩€管理卡，然后送CPU控制器運算處理，處理結果通過網(wǎng)絡通訊卡傳輸?shù)搅硪煌ǖ赖木W(wǎng)絡通訊卡，然后送CPU控制器運算處理，處理結果由總線管理卡輸出經(jīng)I/O總線送至DO卡，驅動現(xiàn)場設備。整個信號處理流時間包括：①輸入信號處理與通訊（T1表示②控制器運算處理（T2表示③輸出信號處理與通訊（T3表示）。根據(jù)以上分析，可以得出DCS反應堆保護功能響應時間的理論分析值：T=T1+T2+T3