核電廠控制室DCS系統(tǒng)盤(pán)臺(tái)外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

馬陟　李平　劉躍鋒

摘要：控制室DCS系統(tǒng)盤(pán)臺(tái)作為核電廠控制系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)于保證核電廠工業(yè)設(shè)施的穩(wěn)定運(yùn)行起到重要的作用。本文針對(duì)控制室盤(pán)臺(tái)的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作需考慮的基本要素進(jìn)行了闡述，對(duì)各基本要素進(jìn)行了相應(yīng)的說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：核電廠；DCS系統(tǒng)；盤(pán)臺(tái)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）10-0225-02

1 引言

隨著我國(guó)清潔能源戰(zhàn)略的實(shí)施。核電廠的地位不斷凸現(xiàn)，正在逐漸成為我國(guó)電力工業(yè)不可或缺的組成部分。核電廠控制室為核電廠操縱人員提供了抗震的、可居留的工作場(chǎng)所。核電廠操縱人員在控制室通過(guò)DCS控制系統(tǒng)等設(shè)備監(jiān)視和控制核電廠的運(yùn)行過(guò)程，確保核設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行。控制室盤(pán)臺(tái)作為核電廠控制室DCS控制系統(tǒng)人機(jī)接口的主要載體，其外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作是整個(gè)核電廠DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分。

2核電廠控制室DCS系統(tǒng)盤(pán)臺(tái)的組成

典型的核電廠控制室DCS系統(tǒng)盤(pán)臺(tái)的組成一般包括：

計(jì)算機(jī)化操縱員控制臺(tái)：一般安裝有若干操縱員工作站（OWP）、每套OWP配置有3至5塊顯示器，主機(jī)，鍵盤(pán)鼠標(biāo)軌跡球等。同時(shí)，操縱員控制臺(tái)還安裝有通訊設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

后備盤(pán)（BUP）： BUP作為核電廠信息化監(jiān)視和控制系統(tǒng)（KIC）的后備，在KIC失效工況下后備盤(pán)能幫助安全工程師進(jìn)行全廠安全狀態(tài)的評(píng)價(jià)，監(jiān)測(cè)主要安全參數(shù)和安全系統(tǒng)狀態(tài)。此外，可對(duì)后備盤(pán)設(shè)備進(jìn)行定期試驗(yàn)，以確保后備盤(pán)上設(shè)備是可用的。

緊急操作臺(tái)（ECP）： 在緊急情況下，操縱員可以利用ECP上的緊急操作設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)停堆及專設(shè)安全設(shè)施系統(tǒng)級(jí)驅(qū)動(dòng)等保護(hù)動(dòng)作，保證全廠的安全。

大屏顯示盤(pán)。

3核電廠控制室DCS系統(tǒng)盤(pán)臺(tái)外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要素

核電廠控制室DCS系統(tǒng)盤(pán)臺(tái)設(shè)計(jì)的基本要素一般包括：

盤(pán)臺(tái)設(shè)備分級(jí)；

盤(pán)臺(tái)基本機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

盤(pán)臺(tái)人因工程與外形設(shè)計(jì)；

盤(pán)臺(tái)的鑒定。

3.1 盤(pán)臺(tái)設(shè)備分級(jí)

核電站控制室盤(pán)臺(tái)設(shè)備分級(jí)包括：安全等級(jí)（1E/NC）、抗震等級(jí)（I類、II類等）、質(zhì)保等級(jí)（QA1、QA2、QA3、QNC等）。

下表為一般核電站控制室盤(pán)臺(tái)設(shè)備分級(jí)，供參考。

3.2機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 抗地震

盤(pán)臺(tái)設(shè)備抗震等級(jí)為抗震I類，抗震鑒定參照RCC-E 2005（B4000）、HAF J0053和 GB 13625規(guī)定進(jìn)行。盤(pán)臺(tái)結(jié)構(gòu)滿足相應(yīng)樓層的反應(yīng)譜的抗震要求。

3.2.2設(shè)備結(jié)構(gòu)特性

盤(pán)臺(tái)均為下進(jìn)線，其安裝方式是通過(guò)螺栓固定在廠房的預(yù)埋件上。

盤(pán)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)為盤(pán)臺(tái)臺(tái)面前沿、側(cè)邊沿等處設(shè)計(jì)倒角，并考慮預(yù)留充分的空間以便于：

盤(pán)臺(tái)設(shè)備的安裝和布置；

安裝和檢修，要求在盤(pán)臺(tái)的前、后側(cè)均留有檢修門(mén)；

盤(pán)臺(tái)內(nèi)的接線、匯線和布線；

盤(pán)臺(tái)內(nèi)設(shè)備的散熱。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將考慮如下第三方設(shè)備在盤(pán)臺(tái)內(nèi)的安裝：

通信設(shè)備

輻射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。

3.2.3防護(hù)等級(jí)

盤(pán)臺(tái)防護(hù)等級(jí)不低于IP30。

盤(pán)臺(tái)內(nèi)部通風(fēng)

盤(pán)臺(tái)內(nèi)部通過(guò)自然通風(fēng)散熱，避免安裝風(fēng)扇，在盤(pán)臺(tái)背面開(kāi)設(shè)百葉窗，形成自然對(duì)流，保證盤(pán)臺(tái)內(nèi)設(shè)備的正常散熱。

盤(pán)臺(tái)能承受正常與異常運(yùn)行中所遇到的環(huán)境條件。

設(shè)計(jì)時(shí)將考慮安裝在盤(pán)臺(tái)內(nèi)部設(shè)備的運(yùn)行溫度，以確保當(dāng)其在最高環(huán)境溫度時(shí)，設(shè)備的運(yùn)行溫度不超過(guò)額定值。

3.2.4 噪聲

控制室環(huán)境將保證給控制室內(nèi)人員提供舒適的工作條件，在進(jìn)行盤(pán)臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)充分考慮盤(pán)內(nèi)設(shè)備噪聲（如果有）的影響，將盤(pán)臺(tái)區(qū)域噪聲值限在制標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。

盤(pán)臺(tái)設(shè)計(jì)盡量降低盤(pán)臺(tái)內(nèi)設(shè)備對(duì)主控制室噪聲的影響，如有必要可在通風(fēng)百葉上設(shè)計(jì)加裝隔聲罩，隔聲罩使用低煙、無(wú)鹵、阻燃的輕質(zhì)材料。

3.3 電氣設(shè)計(jì)

3.3.1 隔離

盤(pán)臺(tái)設(shè)備按照不同安全等級(jí)，其電氣連接、電纜路徑、接線、供電都將電氣隔離和實(shí)體隔離，以保證共因故障不會(huì)同時(shí)影響不同安全等級(jí)的冗余電纜連接。

以下是考慮的隔離方案：

不同冗余設(shè)備的隔離；

不同安全級(jí)的隔離；

第三方設(shè)備的隔離；

屏蔽設(shè)備的隔離。

用來(lái)隔離安全級(jí)和非安全級(jí)設(shè)備的隔離裝置由安全級(jí)供電。

當(dāng)盤(pán)面1E控制設(shè)備用于不同安全級(jí)時(shí)，使用繼電器隔離。

3.3.2供電

盤(pán)臺(tái)所需電源由處于相同等級(jí)的DCS側(cè)提供。為滿足冗余供電這一重要需求，所有電源至少由兩路獨(dú)立的電源路徑，當(dāng)一路電源失效時(shí)，盤(pán)臺(tái)內(nèi)部將實(shí)現(xiàn)電源自動(dòng)切換。

盤(pán)臺(tái)供電將考慮安裝在盤(pán)臺(tái)內(nèi)的第三方設(shè)備的供電需求，如必要，將為其安裝供電所需端子、熔斷絲等電氣設(shè)備。

3.3.3接地

盤(pán)臺(tái)內(nèi)部采用保護(hù)地和屏蔽地接地銅排分開(kāi)，單點(diǎn)接地原則。接地銅排安裝在盤(pán)臺(tái)內(nèi)部的底部位置，盤(pán)臺(tái)拼接時(shí)接地銅排短接。

“保護(hù)地”的連接

盤(pán)臺(tái)的保護(hù)地接地銅排通過(guò)不絕緣的螺栓，固定在盤(pán)臺(tái)本體上。安裝在盤(pán)臺(tái)上的設(shè)備金屬外殼與保護(hù)接地母線可靠地相連。盤(pán)臺(tái)門(mén)將通過(guò)柔軟的銅質(zhì)電纜與盤(pán)臺(tái)本體相連。保護(hù)地電纜與屏蔽地電纜路徑分開(kāi)。在盤(pán)臺(tái)內(nèi)測(cè)量其對(duì)地的接地電阻應(yīng)不大于4歐姆；接地導(dǎo)線截面≥16 mm2。

“屏蔽地”的連接

屏蔽地銅排通過(guò)絕緣螺栓固定在盤(pán)臺(tái)上，屏蔽地與盤(pán)臺(tái)本體絕緣。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量或者控制電纜的屏蔽僅在DCS機(jī)柜側(cè)接地。盤(pán)內(nèi)端子到盤(pán)面設(shè)備之間的電纜屏蔽層通過(guò)端子與屏蔽地銅排相連。在盤(pán)臺(tái)內(nèi)測(cè)量其對(duì)地的接地電阻應(yīng)不大于4歐姆；接地導(dǎo)線截面≥16 mm2。

3.3.4 接地

盤(pán)臺(tái)的設(shè)計(jì)可抵御典型的工業(yè)環(huán)境中可能出現(xiàn)的電磁干擾。為減小干擾，可以應(yīng)用的方法包括：接地、使用低電壓部件、進(jìn)行實(shí)體分隔及電氣隔離、屏蔽敏感部件或干擾源等。

盤(pán)面設(shè)備和盤(pán)內(nèi)端子之間采用屏蔽電纜連接，單個(gè)盤(pán)面設(shè)備盡量共用一根多芯屏蔽電纜。電纜屏蔽層連接到空的端子模塊，各端子模塊短接后連接屏蔽接地銅排。

為了防止電磁干擾信號(hào)，將盤(pán)臺(tái)內(nèi)不同類型電纜進(jìn)行隔離。電源與信號(hào)電纜通過(guò)連接獨(dú)立的端子模塊及不同的布線路徑實(shí)現(xiàn)隔離，遵循以下規(guī)則：

不同安全等級(jí)的接線必須分開(kāi)；

220V AC接線必須與24V DC接線分開(kāi)。

屏蔽電纜需要有效覆蓋至少80%。

電纜屏蔽層連接端子與信號(hào)連接端子相鄰。

3.3.5照明

盤(pán)臺(tái)內(nèi)部配置自動(dòng)照明系統(tǒng)，便于檢修。

3.4 盤(pán)臺(tái)人因工程與外形設(shè)計(jì)

盤(pán)臺(tái)的外形在設(shè)計(jì)過(guò)程中嚴(yán)格按照人因工程的要求，以提高整個(gè)控制室的人機(jī)功效性。NUREG-0700作為人因工程應(yīng)用的重要參考標(biāo)準(zhǔn)，從中提取出所有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，以作為盤(pán)臺(tái)人因工程的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)準(zhǔn)則；標(biāo)準(zhǔn)中第11.1.1節(jié)站姿操作臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和11.1.2節(jié)坐姿操作臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是參考重點(diǎn)。同時(shí)，設(shè)計(jì)過(guò)程中參考《中國(guó)成年人人體尺寸》（GB10000-1988），以設(shè)計(jì)出適合中國(guó)人身體結(jié)構(gòu)的操作盤(pán)臺(tái)。

除外形、尺寸方面外，盤(pán)臺(tái)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，盤(pán)內(nèi)設(shè)備安裝等設(shè)計(jì)也充分考慮人因原則，在維修和運(yùn)行方面避免由人員因素引起對(duì)反應(yīng)堆安全或可用性的影響。

3.5盤(pán)臺(tái)的鑒定

安全級(jí)盤(pán)臺(tái)需要通過(guò)鑒定試驗(yàn)，來(lái)證明滿足核安全級(jí)設(shè)備的需求，鑒定試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括：

EMC試驗(yàn)；環(huán)境試驗(yàn)；老化試驗(yàn)；長(zhǎng)期運(yùn)行試驗(yàn)；抗震鑒定。

參考文獻(xiàn)：

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