大亞灣核電站KKO4系統(tǒng)綜合自動(dòng)化方案設(shè)計(jì)

梁忠英，張 奇

（1.大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司技術(shù)部，廣東 深圳518124；）2.環(huán)境保護(hù)部核與輻射安全中心系統(tǒng)設(shè)備材料部，北京100082）

大亞灣核電站開(kāi)關(guān)站儀表和控制設(shè)備（KKO4）系統(tǒng)作為電廠重要的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在平衡2臺(tái)核電機(jī)組的電力收支、記錄系統(tǒng)參數(shù)、分析系統(tǒng)事故原因和監(jiān)測(cè)超高壓電力設(shè)備安全運(yùn)行等方面發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)的快速發(fā)展[1］，傳統(tǒng)的KKO4監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代核電廠管理模式的需求。因此，核電廠KKO4系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化升級(jí)已是刻不容緩。

大亞灣核電站KKO4系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化設(shè)計(jì)方案，首次對(duì)國(guó)內(nèi)早期投運(yùn)核電廠KKO4系統(tǒng)進(jìn)行整體換型設(shè)計(jì)，這對(duì)于我國(guó)早期投運(yùn)的核電廠自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的升級(jí)具有重要的示范和借鑒意義。

1 大亞灣核電站KKO4系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

圖1 現(xiàn)有KKO4系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DFig.1 The network topology of the existing KKO4system

大亞灣核電站KKO4系統(tǒng)由間隔層、通信層和站控層3層構(gòu)成，如圖1所示。間隔層的錄波單元、事件順序記錄（SOE）單元及監(jiān)測(cè)單元將實(shí)時(shí)采集的各種數(shù)據(jù)發(fā)送到通信層，并由通信層向站控層轉(zhuǎn)發(fā)。

系統(tǒng)主要功能是：在大亞灣核電站開(kāi)關(guān)站超高壓配電裝置（GEW）系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)、準(zhǔn)確地記錄故障從發(fā)生到被切除整個(gè)過(guò)程中電流、電壓、頻率、有功功率、無(wú)功功率等電氣量的變化情況，記錄斷路器、刀閘、繼電保護(hù)以及安全自動(dòng)裝置的動(dòng)作行為；并通過(guò)通訊工作站將以上運(yùn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送核電廠內(nèi)部管理信息網(wǎng)絡(luò)。

1.2 系統(tǒng)存在的不足

目前，大亞灣核電站在運(yùn)行的KKO4自動(dòng)化系統(tǒng)主要存在以下缺陷和問(wèn)題：

（1）間隔層裝置性能低。大亞灣核電站KKO4系統(tǒng)間隔層裝置均是基于工控機(jī)構(gòu)建，承擔(dān)電廠內(nèi)人－機(jī)接口、監(jiān)視、管理等任務(wù)，實(shí)現(xiàn)“四遙”以及繼電保護(hù)信息處理等功能。諸多功能集于一體，過(guò)多處理任務(wù)使裝置性能下降，降低了系統(tǒng)可靠性。

（2）站控層計(jì)算機(jī)穩(wěn)定性差。由于站控層計(jì)算機(jī)程序開(kāi)發(fā)時(shí)間較早，計(jì)算機(jī)配置比較低，操作系統(tǒng)版本也比較老，因此，監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性差。一旦KKO4增容改造，就會(huì)造成系統(tǒng)更不穩(wěn)定。

（3）系統(tǒng)部分設(shè)備停產(chǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，大亞灣核電站KKO4系統(tǒng)間隔層裝置已經(jīng)停產(chǎn)。由于技術(shù)原因，其他新技術(shù)間隔層設(shè)備無(wú)法接入當(dāng)前KKO4系統(tǒng)。

（4）通信模式和規(guī)約版本落后。由于早期KKO4自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)，國(guó)家還沒(méi)有形成統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，設(shè)備供應(yīng)廠家以自己的思維習(xí)慣和技術(shù)風(fēng)格使用通信規(guī)約版本和通信模式，給核電廠KKO4自動(dòng)化系統(tǒng)的科學(xué)管理帶來(lái)諸多不便。

2 KKO4系統(tǒng)綜合自動(dòng)化方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)升級(jí)方案

經(jīng)綜合自動(dòng)化升級(jí)后，大亞灣核電站KKO4系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)仍由間隔層、通信層和站控層3層構(gòu)成，系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖2所示。站控層主要包括2臺(tái)塔式主服務(wù)器作為冗余配置的后臺(tái)處理主機(jī)、1臺(tái)系統(tǒng)維護(hù)工程師站、1臺(tái)主控操作員工作站和1臺(tái)故障錄波工作站。通訊層由冗余配置的工業(yè)級(jí)模塊式光電以太網(wǎng)交換機(jī)組成雙網(wǎng)，連接站控層各個(gè)設(shè)備以及間隔單元。間隔層則由故障錄波單元、監(jiān)測(cè)單元及智能電子設(shè)備（IED）組成。

圖2 經(jīng)綜合自動(dòng)化升級(jí)后的大亞灣核電站KKO4系統(tǒng)拓?fù)鋱DFig.2 The topology of upgraded KKO4system

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn)

（1）間隔層

間隔層設(shè)備由監(jiān)測(cè)裝置、繼電保護(hù)裝置及故障錄波單元組成。監(jiān)測(cè)單元采用集中布置的方式。根據(jù)大亞灣核電站升壓站一次接線的特點(diǎn)，分串布置監(jiān)測(cè)柜，并按照斷路器數(shù)量配置監(jiān)測(cè)單元。同時(shí)，布置公用監(jiān)測(cè)柜、公用監(jiān)測(cè)單元監(jiān)測(cè)母線和核電廠輔助變壓器等公用元件。

根據(jù)大亞灣核電站升壓站一次接線的特點(diǎn)，故障錄波單元按照每串1臺(tái)的原則進(jìn)行配置。故障錄波單元通過(guò)雙以太網(wǎng)絡(luò)與故障錄波工作站實(shí)現(xiàn)通訊，錄波單元之間采用獨(dú)立的連鎖啟動(dòng)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，保證1臺(tái)錄波單元啟動(dòng)錄波，其他所有錄波單元同時(shí)啟動(dòng)錄波。

（2）通訊層

通訊層將間隔層采集的信息數(shù)據(jù)送到監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，所有站控層設(shè)備可以共享信息，站控層發(fā)出的命令也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳給間隔層[2］。通信網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)，支持100M電以太網(wǎng)和光纖以太網(wǎng)絡(luò)，通信協(xié)議采用網(wǎng)絡(luò)103規(guī)約。為了提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和故障錄波網(wǎng)絡(luò)均采用雙網(wǎng)冗余配置。

（3）站控層

監(jiān)測(cè)主站是KKO4綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)主要的人－機(jī)交互界面[3］，是站控層數(shù)據(jù)收集、處理及存儲(chǔ)的中心。網(wǎng)控室主服務(wù)器采用雙機(jī)配置原則，其操作系統(tǒng)為UNIX操作系統(tǒng)。

系統(tǒng)維護(hù)工程師站供系統(tǒng)管理人員進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)使用，可完成數(shù)據(jù)庫(kù)的定義、修改，系統(tǒng)參數(shù)的定義、修改，報(bào)表的制作、修改以及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、系統(tǒng)診斷等工作。

操作員工作站負(fù)責(zé)管理和顯示有關(guān)的運(yùn)行信息，供主控運(yùn)行人員對(duì)變電站的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視。主控室操作員工作站采用單機(jī)配置通過(guò)光纜接入站控層監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)電網(wǎng)要求，大亞灣核電站KKO4系統(tǒng)需通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)遠(yuǎn)程終端控制系統(tǒng)（RTU）上送電力調(diào)度部門(mén)所需遙信，遙測(cè)信息。當(dāng)前，大亞灣核電站RTU采用網(wǎng)絡(luò)104規(guī)約，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)裝置在監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的直采直送[4］，RTU裝置將增加規(guī)約轉(zhuǎn)換插件，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)104規(guī)約與網(wǎng)絡(luò)103規(guī)約的轉(zhuǎn)換。

3 KKO4系統(tǒng)綜合自動(dòng)化升級(jí)后的功能

KKO4系統(tǒng)綜合自動(dòng)化升級(jí)后將極大提升大亞灣核電站GEW系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化水平，完善故障錄波功能。通過(guò)該系統(tǒng)，可以完成就地監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)動(dòng)信息交換以及變電站設(shè)備管理、系統(tǒng)配置等各種功能。

3.1 監(jiān)視和報(bào)警

通過(guò)操作員站畫(huà)面對(duì)主要電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。通過(guò)電氣主接線圖，可以監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、潮流方向及電壓、電流、有功無(wú)功的實(shí)時(shí)值；可以監(jiān)視保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；可以監(jiān)視KKO4系統(tǒng)本身的配置和狀態(tài)；可以看模擬量報(bào)表和趨勢(shì)圖。當(dāng)所采集的模擬量發(fā)生越限、數(shù)字量變位及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)診斷故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即處理并通過(guò)彈出窗口報(bào)警。

3.2 數(shù)據(jù)的采集與處理

電氣綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的測(cè)控裝置采集電流、電壓、溫度等模擬量和斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、變壓器分接頭位置信號(hào)等開(kāi)關(guān)量，以及有功和無(wú)功的脈沖量等，并能檢測(cè)出開(kāi)關(guān)量變位、模擬量越限、保護(hù)出口、裝置異常等，生成事件／報(bào)警信息，并能把所有必要的信息通過(guò)通信層發(fā)送至站控層。

3.3 統(tǒng)計(jì)計(jì)算和打印

在線方式下，能夠按照數(shù)值變換和規(guī)定時(shí)間間隔不斷處理和計(jì)算有功、無(wú)功、功率因數(shù)、功率總加、電量累計(jì)、分時(shí)統(tǒng)計(jì)、開(kāi)關(guān)量動(dòng)作次數(shù)、主要設(shè)備運(yùn)行小時(shí)統(tǒng)計(jì)等，還能實(shí)現(xiàn)報(bào)表、事件、記錄等的打印。

3.4 遠(yuǎn)動(dòng)功能

通過(guò)規(guī)約轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)RTU對(duì)KKO4系統(tǒng)遙測(cè)信息、遙測(cè)量的直采直送，從而更好地保障大亞灣核電站與調(diào)度中心的通信。

4 大亞灣核電站KKO4系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展方向

國(guó)際電工委員會(huì)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在互操作性、功能自由配置和長(zhǎng)期穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢(shì)非常明顯，大大簡(jiǎn)化了工程設(shè)計(jì)、調(diào)試及維護(hù)流程，方便了系統(tǒng)的集成與拓展，作為新一代通用標(biāo)準(zhǔn)，未來(lái)將得到廣泛應(yīng)用[1］。

大亞灣核電站KKO4系統(tǒng)的裝置均兼容IEC61850標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，為KKO4系統(tǒng)未來(lái)的數(shù)字化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)指明了核電廠KKO4系統(tǒng)的發(fā)展方向。

（1）大亞灣核電站一次設(shè)備還未實(shí)現(xiàn)智能化，目前尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)IEC61850的3層理論?；诖髞啚澈穗娬镜默F(xiàn)狀，目前只能針對(duì)二次部分逐步升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備的數(shù)字化。

（2）基于可靠性的要求，KKO4系統(tǒng)還未完全實(shí)現(xiàn)對(duì)一次設(shè)備的控制操作，可以考慮在今后的改造中分批次實(shí)現(xiàn)對(duì)一次設(shè)備的控制，并通過(guò)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)KKO4系統(tǒng)IED、監(jiān)測(cè)單元等裝置間的信息交換和互操作。

（3）大亞灣核電站部分保護(hù)還不支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，缺乏全站統(tǒng)一規(guī)約，無(wú)法實(shí)現(xiàn)所有保護(hù)設(shè)備的IEC61850標(biāo)準(zhǔn)接入，特別是站內(nèi)直流、電度表等輔助設(shè)備，還未能配置支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的接口。全站接入是基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化應(yīng)用的關(guān)鍵。

5 結(jié)束語(yǔ)

大亞灣核電站KKO4系統(tǒng)綜合自動(dòng)化升級(jí)是一項(xiàng)綜合性系統(tǒng)工程，不僅涉及方案設(shè)計(jì)、停電計(jì)劃、人員配置、現(xiàn)場(chǎng)施工安全措施，還要考慮升級(jí)改造對(duì)日常運(yùn)行管理所帶來(lái)的變化。隨著核電廠運(yùn)行管理水平的不斷提高，KKO4系統(tǒng)也在結(jié)合核電廠的實(shí)際需求而不斷發(fā)展和升級(jí)。我國(guó)核電廠正逐步向模塊化、信息化和數(shù)字化方向發(fā)展，KKO4綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的升級(jí)以及未來(lái)數(shù)字化的改造對(duì)于核電廠各種數(shù)字化控制系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的借鑒意義。

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