核電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造過程中的問題及其解決措施*

李 濤 馬 駿 張玲峰

(1.上海核工程研究設(shè)計(jì)院；2.浙江中控技術(shù)股份有限公司)

核電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造過程中的問題及其解決措施*

李 濤1馬 駿1張玲峰2

(1.上海核工程研究設(shè)計(jì)院；2.浙江中控技術(shù)股份有限公司)

分析核電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造的必要性，探討改造過程中的問題及其應(yīng)對措施。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 核電廠 設(shè)備老化 改造

目前，我國核電廠每個(gè)機(jī)組都配置有一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[1]。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)顯示、處理和設(shè)備控制功能，在核電廠各種工況(正常運(yùn)行工況、事故工況及系統(tǒng)檢修等)下，為核島、常規(guī)島及其輔助系統(tǒng)提供重要的監(jiān)視平臺，為操作人員和其他有關(guān)人員提供正常操作、事故診斷與事故分析所需的各種信息。

核電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)采集模塊、控制器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)、服務(wù)器及操作站等組成。這些電子設(shè)備的使用壽命一般為15年左右[2,3]。在達(dá)到使用壽命后，根據(jù)可靠性的浴盆曲線，電子設(shè)備一般會出現(xiàn)較高的故障率，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和核電廠的發(fā)電效率，甚至威脅核電廠的安全。

近年來，許多核電廠的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都已運(yùn)行十多年，面臨著系統(tǒng)硬件老化、故障率高、無擴(kuò)展裕量及備品備件缺失等狀況，因此系統(tǒng)亟需改造。

1 核電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造的必要性

核電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，一般要求其可靠性達(dá)到99.9%甚至更高。然而，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加、電子設(shè)備的老化，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性逐漸降低，進(jìn)而影響操作員的正常操作。因此，該問題是觸發(fā)核電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造的直接原因。

除設(shè)備老化因素外，其他觸發(fā)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)亟需改造的原因如下：

a. 供貨商硬件設(shè)備停產(chǎn)，導(dǎo)致備品備件無法正常采購，影響核電廠的正常維修和更換。

b. 供貨商停止對軟件維護(hù)。例如，微軟停止對Windows XP操作系統(tǒng)進(jìn)行更新，導(dǎo)致該操作系統(tǒng)面臨越來越多的安全漏洞；防病毒軟件廠商對病毒軟件停止維護(hù)，不更新病毒庫，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)系統(tǒng)暴露在更多的病毒威脅中。

c. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中無安裝I/O模塊的擴(kuò)展空間，且模擬量和開關(guān)量模塊的所有I/O采集通道已全部用完，無法滿足后續(xù)擴(kuò)展要求。

2 改造過程中的問題及其應(yīng)對措施

核電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)幾乎與所有電廠系統(tǒng)都存在硬接線或通信接口，因此，在改造前需要全面評估系統(tǒng)改造的可行性和相關(guān)問題的應(yīng)對措施。

2.1改造前的先決條件

在拆除舊計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和新系統(tǒng)接線的過程中，不可避免地會影響與之相連的其他系統(tǒng)或設(shè)備，且后果難以評估。為此，建議在大修期間核電廠處于無料狀態(tài)時(shí)，完成設(shè)備拆除、電纜敷設(shè)、新設(shè)備安裝、接線恢復(fù)及新系統(tǒng)調(diào)試等工作。

需要注意的是，針對一些在大修期間必須監(jiān)視的參數(shù)或控制的設(shè)備，如安全殼地坑液位、設(shè)備冷卻水泵狀態(tài)、入口溫度、220kV母線電壓及頻率等，應(yīng)考慮在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)拆除后設(shè)置監(jiān)視和控制方案。例如，可以設(shè)置臨時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)供主控制室操作員監(jiān)視和控制相關(guān)參數(shù)與設(shè)備；對于可以就地監(jiān)視和控制的設(shè)備，可安排相關(guān)人員就地監(jiān)視或控制。

2.2改造原則

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用統(tǒng)一的集散控制系統(tǒng)平臺，舊系統(tǒng)設(shè)備由于老化等原因不可回收使用，因此一般來說核電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造采用整體更換的方式，以實(shí)現(xiàn)原計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所有功能。

2.3設(shè)計(jì)基準(zhǔn)

原計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、制造時(shí)遵循的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)可能已經(jīng)更新或作廢，因此在改造過程中必須考慮新標(biāo)準(zhǔn)對其他系統(tǒng)的影響及其應(yīng)對方案。例如，原計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可能與電廠信息管理系統(tǒng)直接通信，中間未加隔離裝置或單向網(wǎng)關(guān)。按照目前現(xiàn)行的信息安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)與電廠信息管理系統(tǒng)單向通信，以防止電廠信息管理系統(tǒng)對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)造成影響。

2.4改造需求的確定

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造受諸多因素的制約，如布置空間、用電量、通風(fēng)效果、電纜長度及橋架裕量等，應(yīng)綜合考量各種因素后確定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的改造需求。

2.4.1基本要求

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造之前，要掌握原系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及設(shè)計(jì)要求等，在相關(guān)設(shè)計(jì)文件中找到依據(jù)，并做好資料整理和記錄工作。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為核電廠運(yùn)行的重要系統(tǒng)之一，操作員每天都使用該系統(tǒng)監(jiān)視和控制核電廠。因此，考慮到操作員的操作習(xí)慣和培訓(xùn)取證，原工藝系統(tǒng)名稱和變量名稱原則上不做修改，新計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主控室值長、機(jī)操、堆操和電操操作站布置位置均保持不變。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能、響應(yīng)時(shí)間、可靠性、可擴(kuò)展能力以及與外系統(tǒng)接口的能力將比原系統(tǒng)大幅提高。

2.4.2系統(tǒng)規(guī)模

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造過程中最重要的一點(diǎn)就是確定系統(tǒng)規(guī)模，包括輸入輸出點(diǎn)數(shù)(硬接線點(diǎn)數(shù))、通信接口數(shù)量及系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量(包括控制器、操作站和服務(wù)器)等。

通常，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造過程中會增加一些硬接線點(diǎn)，在改造前應(yīng)確定這些硬接線點(diǎn)的大致規(guī)模，以便確定機(jī)柜數(shù)量。在機(jī)柜布置、用電及電纜敷設(shè)等約束條件下，許多信號可能無法通過硬接線傳輸至新計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，此時(shí)針對部分相對不太重要的信號(只用于監(jiān)視)可通過通信方式傳輸至系統(tǒng)。

2.4.3布置位置

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)規(guī)模確定后，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備也就基本確定了。改造項(xiàng)目對設(shè)備的布置空間約束很大。此時(shí)，應(yīng)根據(jù)供貨商提供的設(shè)備尺寸和安裝要求，大致確定其布置位置。若在原系統(tǒng)設(shè)備布置位置沒有足夠的空間布置新設(shè)備，則需要找新的布置位置，同時(shí)要考慮電纜進(jìn)線、暖通條件和安裝施工要求的影響。

2.4.4用電和暖通

通常，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備要求由兩路冗余UPS供電。根據(jù)設(shè)備數(shù)量和單個(gè)設(shè)備功耗可大致估算出系統(tǒng)總的用電需求，然后利用這些數(shù)據(jù)復(fù)核UPS容量，以確定電源能否承受該負(fù)荷。若超出UPS電源的負(fù)載容量，則需要采取相關(guān)措施，如減少設(shè)備數(shù)量、采用更加節(jié)能的產(chǎn)品或加大UPS電源容量等。

針對發(fā)熱量，根據(jù)設(shè)備數(shù)量和單個(gè)設(shè)備散熱量可大致估算出系統(tǒng)總的散熱量，然后利用這些數(shù)據(jù)復(fù)核暖通系統(tǒng)的散熱能力，以確定房間內(nèi)的環(huán)境條件能否得到保證。若超出暖通系統(tǒng)的散熱能力，則需采取相關(guān)措施，如減少設(shè)備數(shù)量、采用更加節(jié)能的產(chǎn)品或加大暖通系統(tǒng)的散熱能力等。

2.4.5抗震要求和結(jié)構(gòu)荷載

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般為非安全級系統(tǒng)，發(fā)生地震時(shí)，不需要它執(zhí)行相關(guān)功能。但是若有計(jì)算機(jī)設(shè)備布置在安全級設(shè)備周圍，則需要根據(jù)其所在位置的抗震響應(yīng)譜進(jìn)行抗震鑒定或抗震分析，證明在該安裝方式下，計(jì)算機(jī)設(shè)備在地震過程中能夠保持結(jié)構(gòu)完整性，以免對安全級設(shè)備造成損壞。

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造后，設(shè)備荷載也發(fā)生了變化，此時(shí)應(yīng)根據(jù)設(shè)備的尺寸和重量重新復(fù)核樓板的荷載能力。

2.5實(shí)施計(jì)劃

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造過程中，面臨設(shè)計(jì)時(shí)間短、施工窗口任務(wù)繁重緊迫、接口多且復(fù)雜等問題，需整體把握改造項(xiàng)目的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和進(jìn)度，統(tǒng)籌安排各項(xiàng)工作。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造工作主要包括方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、集成、測試驗(yàn)收、舊設(shè)備拆卸、新設(shè)備安裝、現(xiàn)場接線、系統(tǒng)調(diào)試及現(xiàn)場驗(yàn)收等。

技術(shù)改造最多的工作是解決設(shè)備接口問題，且始終貫穿于整個(gè)改造過程。而計(jì)算機(jī)系統(tǒng)幾乎與核電廠所有系統(tǒng)都存在接口，因此在實(shí)施計(jì)劃中，應(yīng)充分重視各系統(tǒng)、各專業(yè)、各組織之間的接口，保證數(shù)據(jù)、規(guī)定和規(guī)約傳遞的一致性，并積極溝通解決，實(shí)現(xiàn)整體改造的目標(biāo)。

3 結(jié)束語

隨著我國投入運(yùn)行的核電廠數(shù)量的增多及其運(yùn)行時(shí)間的加長，幾乎所有的核電廠都會面臨計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造問題。為此，筆者闡述了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造的必要性、改造過程中的問題和應(yīng)對措施，為其他核電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造項(xiàng)目提供一定的參考。

[1] 張晉,于鎮(zhèn)華.核電廠電儀系統(tǒng)發(fā)展趨勢及其數(shù)字化改造研究[J].電腦知識與技術(shù),2012,8(35):8568～8570.

[2] 蔣祖躍.秦山核電廠反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)及其相關(guān)設(shè)備數(shù)字化改造規(guī)劃和實(shí)施策略[J].原子能科學(xué)技術(shù),2010,44(1):65～69.

[3] 王建成.秦山第二核電廠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的擴(kuò)充、升級和改造[J].華中電力,2009,22(2):41～44.

李濤(1984-)，工程師，從事核電廠控制室與信息處理的研究，litao@snerdi.com.cn。

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