核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較分析

相溢炯

中圖分類號：TL374 文獻(xiàn)標(biāo)識：A 文章編號：1674-1145（2016）06-000-02

摘要隨著“十二五”核電的飛速發(fā)展，以及“十三五”核電走出去的規(guī)劃落地，核電儀控系統(tǒng)也經(jīng)歷了長足的發(fā)展。本文對國內(nèi)核電廠儀控系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行回顧，結(jié)合國內(nèi)核電廠的實(shí)際應(yīng)用情況，對核電廠儀控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較分析并提出國內(nèi)供貨商研制核電數(shù)字化儀控產(chǎn)品需關(guān)注的問題。

關(guān)鍵詞核電廠 數(shù)字化儀控系統(tǒng) 比較分析

基于核電行業(yè)的特點(diǎn)，核電廠儀控系統(tǒng)需要具備成熟性、安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的原則。本文對早期基于模擬組合單元儀表和繼電器等硬件邏輯電路技術(shù)的核電廠儀控系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用情況進(jìn)行了介紹，對國內(nèi)新建核電廠數(shù)字化的儀控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比分析。通過對比分析，總結(jié)出國內(nèi)供貨商研制數(shù)字化儀控系統(tǒng)的需要解決的問題。

一、早期的核電廠儀控系統(tǒng)

世界上絕大多數(shù)核電廠于20世紀(jì)70-80年代建成，由于數(shù)字化儀控系統(tǒng)技術(shù)尚未成熟，因此早期的核電廠采用的是在當(dāng)時看來成熟的基于模擬組合單元儀表系統(tǒng)和繼電器等硬件邏輯電路技術(shù)。我國的大亞灣、嶺澳一期、秦山一期和秦山二期均采用這種模擬技術(shù)。其中，大亞灣和嶺澳采用法國的Bailey9020單元組合儀表進(jìn)行模擬量控制，采用繼電器進(jìn)行開關(guān)量控制。秦山一期和秦山二期采用Foxboro公司spec-200系列單元組合儀表進(jìn)行模擬量控制，采用繼電器進(jìn)行開關(guān)量控制。

二、核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)的發(fā)展

隨著數(shù)字化儀控系統(tǒng)技術(shù)的日益發(fā)展，以及在傳統(tǒng)行業(yè)（火電、石化）中的大量使用，其成熟性不斷提高，其優(yōu)越性越來越明顯。如：計(jì)算精度高，運(yùn)算能力強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)通訊減少電纜數(shù)量，冗余、容錯、自診斷易于故障檢測和維護(hù)，數(shù)據(jù)存儲、事故追憶、改善人因工程和人機(jī)接口提高安全性。數(shù)字化儀控系統(tǒng)不斷地被核電廠所接受并采納。從上世紀(jì)90年代開始，國外開始出現(xiàn)了采用DCS技術(shù)的核電廠。英國Sizewell-B核電廠采用了數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通信、邏輯處理控制算法和自動控制指令，然而人機(jī)接口依然采用常規(guī)儀表的“半數(shù)字化”儀控系統(tǒng)。法國的N4核電廠，采用了基于微處理器和局域網(wǎng)通訊的DCS技術(shù)的全數(shù)字化儀控系統(tǒng)。隨著早期核電廠儀控系統(tǒng)產(chǎn)品的逐步退役，國外對在役核電廠的儀控系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)字化改進(jìn)，匈牙利波克什（PAKS）核電廠1-4號機(jī)組于2002年完成了儀控系統(tǒng)數(shù)字化改造；保加利亞科茲洛杜伊核電廠（Kozloduy）5&6號機(jī)組于1996年進(jìn)行了全數(shù)字化改造；瑞士 Beznau 核電廠于2001年完成保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)字化改造。

國內(nèi)核電數(shù)字化儀控系統(tǒng)的發(fā)展基本上是三家集團(tuán)之間的較量，中核、廣核、總得來說這些公司的國產(chǎn)化工作還在進(jìn)行當(dāng)中，數(shù)字化儀控系統(tǒng)特別是安全級數(shù)字化儀控系統(tǒng)國內(nèi)還沒有非常成熟產(chǎn)品。因此，國內(nèi)新建的核電廠基本上都是引進(jìn)國外數(shù)字化儀控系統(tǒng)產(chǎn)品（安全級+非安全級），其中阿?，m和西門子的產(chǎn)品TXS + TXP應(yīng)用于我國田灣一期/二期、嶺澳二期和福清三期核電廠，西屋公司的產(chǎn)品Common Q + Ovation應(yīng)用于我國海陽一期和三門一期核電廠，施耐德公司的產(chǎn)品Triconex + I/A應(yīng)用于我國方家山、福清一期/二期和昌江一期核電廠，三菱和和利時公司的產(chǎn)品Meltac + HOLLiAS_N產(chǎn)品應(yīng)用于我國紅沿河一期、寧德一期、陽江一期/二期、臺山一期和防城港一期核電廠。

三、核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)的對比分析

以TXS + TXP是歐洲核電數(shù)字化儀控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的代表，系統(tǒng)采用多樣化的功能方案。人機(jī)接口采用全功能工作站，通訊方式實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，控制室有較大規(guī)模的后備盤和應(yīng)急控制盤和大屏幕。Common Q + Ovation是美國AP1000堆型核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)代表，人機(jī)接口分為安全級工作站和非安全級工作站，布置上采用“前三后一”的形式，分別設(shè)置了ROA，ROB，ROC和SRO四個操縱站。

Triconex + I/A從2008年開始應(yīng)用于國內(nèi)M310和CP650堆型， Triconex在石化領(lǐng)域ESD系統(tǒng)有大量的應(yīng)用，其三重冗余的設(shè)計(jì)提高了機(jī)組的可靠性，非安全級DCS產(chǎn)品為I/A在火電廠應(yīng)用廣泛，其儀控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。

Meltac + HOLLiAS_N產(chǎn)品應(yīng)用CPR1000機(jī)組，日本核電數(shù)字化儀控系統(tǒng)引進(jìn)美國技術(shù)，其產(chǎn)品的技術(shù)路線與美國是一致的，非安全級產(chǎn)品由和利時供貨。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

數(shù)字化儀控系統(tǒng)給核電廠帶來諸多優(yōu)越性的同時，也引入了新的問題：比如1）儀控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的論證不夠充分，例如采用集中式還是分布式的數(shù)據(jù)庫等。2）新的故障模式——共模故障，影響著失效模式、安全評價的研究；3）控制系統(tǒng)軟件質(zhì)量保證。

隨著國家對“十三五”核電走出去的號召，核電儀控系統(tǒng)數(shù)字化、國產(chǎn)化是歷史必然。國內(nèi)三大集團(tuán)都在加緊核電數(shù)字化儀控系統(tǒng)的研制，本文針對國外成熟產(chǎn)品的使用情況和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的對比分析并提出了新的需要解決的問題，為國內(nèi)供貨商研制出成熟、安全、可靠的核電數(shù)字化儀控系統(tǒng)產(chǎn)品提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]王遠(yuǎn)隆.核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較分析[J].中國核電，2011，04（3）：212-219.

[2]朱雯，王強(qiáng).CPR1000核電站全廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)不同 DCS 平臺的比較分析[J].電子測試，2013，（8）：68-70.

[3]孫偉，張龍強(qiáng)，江輝等.數(shù)字化儀控系統(tǒng)EUR-URD需求分析對比探討[J].自動化儀表，2015，36（11）：11-14.

[4]王振營，李紅林，鄭文波等.核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)缺省值分析研究[J].自動化儀表，2011，32（5）：24-27.

[5]常青.核電廠數(shù)字化儀控系統(tǒng)可靠性模型及建模軟件研究[D].東南大學(xué)，2014.