摘要：为减少人为介入性维修所带来的人因故障和损害设备的风险，降低维修人员辐射防护风险，一定程度上降低工作成本，某核电厂仪控领域依托计算机实时在线监视功能和相关数学概率模型，开展在线可靠性维修策略应用，取得了一定成效。本文将对该在线可靠性维修策略的基础原理进行阐述。
关键词：仪控；在线可靠性维修；交叉比较
1 核电厂常见仪控设备
核电厂仪控设备包含数字化控制系统和工艺仪表设备，工艺仪表设备包含就地仪表和远传仪表，远传仪表包含开关量仪控设备和模拟量远传设备，模拟量远传设备又主要包含液位、压力、流量、温度、转速、震动、位移测量设备。其中模拟量传感器是仪控现场设备中最重要的组成部分之一，其通常用于测量工艺系统过程参数或设备参数，用于核电机组的运行监视、自动控制或通道保护，并且模拟量远传仪表的趋势是可监视分析的。基于以上原因，本文的主要研究内容就是仪控模拟量传感器。
2 核电厂仪控设备的传统维修策略
目前核电站最常用的维修方式是纠正性维修和预防性维修。纠正性维修，即设备出现问题后采取的维修活动。而预防性维修在仪控设备上的最直接体现为定期校验。然而，定期校验是一种干预设备的维修活动，需要隔离相关设备、拆卸和重装取样管线、电缆接头等，有引入人因故障和损害设备的风险，增加维修人员受照剂量和辐射防护风险。另一方面，使用定期校验的策略来管理传感器漂移隐含着一个前提假设，即传感器漂移幅度与使用时间成正比。而根据核电站的维修实践表明，除某些应用于特殊环境的特殊型号传感器外，这个假设并不成立。综上，传统的维修方式存在一定的不足，对传统维修方式的优化必要且有意义。
3 在线可靠性维修策略基本原理和实践
最初，我们采用的是简单的同物理量测点冗余探测器间的交叉比较，通过运行人员巡盘监视，可发现明显的异常数值信息。但是该方式无法覆盖所有重要的远传仪表，且隐蔽的偏差故障无法通过人员简单的巡视发现。
经过不断地完善，我们借鉴了EDF所作的故障概率研究，这是在“探测降级或失效的准确性”和“测量值不准确的概率”这两者之间权衡的结果，该方式综合考虑了测量过程中可能会产生的误差，传感器使用的环境温度、压力影响，传感器生产厂家提供的年度漂移信息等。其主要核心是确定了仪控设备交叉比较判定设备状态的两个概念：失效和降级。失效，即设备的设计功能不可用，对于失效的设备，我们必须执行纠正失效的维修活动；降级，设备仍能使用，但是设备的设计特征无法保证，对于降级的设备，我们应该计划执行预防性维修活动。如何判定设备降级或者失效，我们需要建立设备降级或者失效的准则，而在建立准则的过程中，我们需要用到精度和误差的概念。
3.1 误差、精度说明
精度，即为设备在工作过程中因工艺和环境因素而产生的允许的不确定度；误差，即为设备设计人员给定的允许设备正常工作的偏差裕度。在实际测量过程中，通道的每个部分都会产生误差，因此必须对误差的传递进行计算。根据数学家高斯的研究，通常误差的分布是规范的（或然误差），我们采用均方根的方法计算误差的传递，明确传感器技术精度、通道功能允许误差和传感器功能允许误差三个概念。
3.2 传感器的技术精度ε(T)
ε(T )=(ε(I)2+ε(影响1)2+ε(影响2)2+…)1/2
传感器技术精度是传感器在正常工作条件下因环境等因素而产生的不确定度，这些因素包含传感器固有精度ε(I)和其他影响因素ε(影响)。
其中ε(I)为传感器固有精度，定义ε(I)=(ε(ref)2+ε(cal)2)1/2，ε(ref)为厂家提供的仪表参考精度，ε(cal)为现场或实验室校验引入的所有不确定性的均方根，例如：万用表、压力发生器等。
ε(影响)为仪表在正常工作条件下因环境等因素而产生的不确定度，这些“影响”因素包括：温度影响、静压影响、采集卡件精度影响、截流孔板影响等等。
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3.2.1 通道功能允许误差δ(FP)
δ(FP)=(δ(FT)2+δ(FS)2)1/2
通道功能允许误差是设计人员根据通道功能给出的整个通道的不确定度，用于实施通道之间的比较和监视。通道中各个部分的误差集合起来形成了通道功能允许误差的两个部分：传感器功能误差δ(FS)和处理功能误差δ(FT)。
通道功能允许误差δ(FP)为CPR1000核电站的初始设计所定义的重要通道的精度，如：一回路流量RCP/MD的(FP)=3%Qn（Qn为名义100%额定流量），稳压器水位 RCP/MN的(FP)=2.5 %等等。
处理功能误差δ(FT)为整个通道中，除了传感器本体部分以外，其他模块误差构成的处理功能误差， ( FT ) = [sum ε( t )2]1/2。其包括模拟量探头的适配卡件、数字化控制系统（以下简称DCS系统）模拟量采集卡件、孔板精度等，所有部分的误差的累积采用均方根公式计算。
3.2.2 传感器功能允许误差δ(FS)
传感器功能允许误差是传感器在正常工作环境中的总体不确定度，包括传感器技术精度和功能裕度。通常通过下面的公式计算得到：δ(FS)=(δ(FP) 2-δ(FT) 2)1/2
3.3 准则说明
明确传感器技术精度、通道功能允许误差和传感器功能允许误差三个概念后，我们计算得到传感器正常与否的判断标准“参考值”，用于判断传感器降级与否的“参考值”叫做传感器验证准则，也叫降级准则，用于判断传感器失效与否的“参考值”叫做功能验证准则，也叫失效准则。
3.3.1 传感器验证准则C(mv)
传感器验证准则C(mv) 也称为降级准则，该准则基于比传感器功能允许误差更为严格的传感器技术精度C(mv)=ε(T)。若经过诊断后发现偏差值超出传感器技术精度，其通常的后续行动是在合适窗口执行完整的校验。
3.3.2 功能验证准则C(fv)
传感器功能验证准则也称为失效准则，该准则基于传感器的功能允许误差，它包含了传感器正常工作时的功能裕度。当偏差超出功能验证准则时，必须立即进行纠正性维修。功能验证准则根据传感器功能允许误差δ(FS)计算得来，通过冗余传感器间交叉比较进行验证，C(fv)=[(δ(FS)/ε(T))-X]*ε(T)。其中δ(FS )是被验证传感器的传感器功能误差，ε(T)验证时作为参考的传感器的技术精度或作为参考的多个传感器的技术精度的均值，X为冗余传感器所决定的系数，为EDF结合实际数学推导所得，如两个通道时，X为0.82，当有三个通道时，X为0.58。
3.4 在线可靠性维修交叉比较实际应用举例
以核电厂蒸发器液位测量仪表的交叉比较为例，对应有3个液位测量模拟了仪表ARE/MN，测量范围为-1.8~+1.8m，我们选取蒸发器水位0米且水位平稳时进行交叉比较，此时参考值为50%。任意一个液位变送器读取的实际值H，则单个变送器的液位百分比X=（H-（-1.8））/3.6，当X-50%大于C(mv)时，我们认为该变送器降级，待合适窗口校验，当X-50%大于C(fv)时，我们认为该变送器失效，立即校验。
4 总结
目前该在线可靠性维修策略（交叉比较）已广泛应用，对仪控设备可靠性的提高，维修成本的下降，人员辐照剂量的减少方面做出了贡献。同时，我们也要清楚的认识到，该在线可靠性维修策略无法彻底排除共模故障，其是对基于故障的纠正性维修和对基于时间的定期试验的补充优化，而不是替代。
参考文献
[1]仪表控制设备的TCM分析.瞿勐、张烁、屈月启.大亚湾核电,200802.
[2]以可靠性为中心的维修技术在大亚湾核电站的应用 陈宇、朱卫海.电力设备,200809.
作者简介
赵明（1986年-），男，汉族，浙江金华人，本科学历。
论文作者:赵明
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/22
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