福清5、6號(hào)機(jī)組DCS系統(tǒng)信號(hào)分配分析

房志剛　王中楊　劉曉光

摘要：福清核電站5、6號(hào)機(jī)組是我國第一座自主研發(fā)技術(shù)的三代核電站，即采用“華龍一號(hào)”核電技術(shù)。DCS設(shè)計(jì)是核電站儀控設(shè)計(jì)的核心， DCS技術(shù)知識(shí)龐大而復(fù)雜。本文從DCS基本概念、布置、機(jī)柜功能等方面進(jìn)行基本知識(shí)講解，對(duì)信號(hào)分配原則進(jìn)行研究，解決電纜清單開列、端接清單設(shè)計(jì)等一系列技術(shù)難題，加深對(duì)DCS的認(rèn)識(shí)和理解。

關(guān)鍵詞：接口;信號(hào);分級(jí);分配

1、DCS系統(tǒng)概念

整個(gè)系統(tǒng)以一體化分布式儀控系統(tǒng)（DCS）為核心，由DCS完成主要儀控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理、過程控制、信息顯示及操作等功能，并結(jié)合緊急操作臺(tái)ECP和后備盤BUP，保證機(jī)組維持在安全狀態(tài)。

從縱向的功能層次角度，大致分成4層：

0層：為與工藝設(shè)備、儀控設(shè)備的接口設(shè)備。1層：IPC所覆蓋的控制設(shè)備及專用儀控系統(tǒng)。2層：包括主控制室、技術(shù)支持中心、遠(yuǎn)程停堆站等人機(jī)接口HSI設(shè)備。3層：主要負(fù)責(zé)整個(gè)電廠的營運(yùn)管理。

2、安全分級(jí)

對(duì)于安全的重要性來劃分，分為安全級(jí)（1E）和非安全級(jí)（NC）。儀控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)按照安全分級(jí)的要求來進(jìn)行，分別滿足對(duì)安全的不同程度的要求。^[1]

安全級(jí)系統(tǒng)一般要求由冗余的通道組成，通道之間要求實(shí)體和電氣隔離。其中反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)中安全級(jí)測(cè)量儀表、數(shù)據(jù)采集處理單元由四重冗余通道組成，邏輯處理和驅(qū)動(dòng)單元由A、B列組成。^[2][3]

另外，在非核安全級(jí)電氣儀控設(shè)備中，有一些是對(duì)安全重要的設(shè)備，為滿足“特殊運(yùn)行工況”、以及“極不可能發(fā)生的工況”而使用的部件等，雖然不屬于安全級(jí)，但是卻執(zhí)行和安全相關(guān)的工作，定義為NC+。

3、功能分級(jí)

系統(tǒng)的功能分級(jí)根據(jù)其在事故處理中的重要程度進(jìn)行分級(jí)，執(zhí)行器在過程處理及控制層（1層）中執(zhí)行的功能級(jí)別，共分為1E、NC兩級(jí)，NC*是NC級(jí)里帶有特殊要求的部分。

4、安全級(jí)保護(hù)系統(tǒng)

安全級(jí)系統(tǒng)主要包括安全級(jí)核儀表系統(tǒng)、安全級(jí)過程儀表系統(tǒng)、反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)，專設(shè)安全設(shè)施ESFAS及其支持系統(tǒng)的邏輯控制系統(tǒng)，手動(dòng)系統(tǒng)級(jí)驅(qū)動(dòng)的擴(kuò)展處理系統(tǒng)，PAMS系統(tǒng)以及其它安全系統(tǒng)，共分為4個(gè)保護(hù)組I/II/III/IV和2個(gè)安全列A/B。

主要有如下機(jī)柜：

專用儀控系統(tǒng)機(jī)柜;Marshalling機(jī)柜：接受0層硬線信號(hào)的匯線機(jī)柜，通過硬線向BUP傳輸狀態(tài)信號(hào)的反饋;PIP機(jī)柜：將來自Marshalling機(jī)柜的0層信號(hào)進(jìn)行采集、預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的隔離再分配;APU機(jī)柜：實(shí)現(xiàn)冗余信號(hào)的閾值比較等邏輯處理功能;ALU機(jī)柜： APU機(jī)柜通過光纖將信號(hào)分別發(fā)送給所有安全列的ALU機(jī)柜;TU機(jī)柜：通訊機(jī)柜，實(shí)現(xiàn)APU、ALU和PI機(jī)柜之間信號(hào)傳輸;GW機(jī)柜：網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)TU和非安全級(jí)二層網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換。PAC-EHL機(jī)柜：接受BUP/RSS的切換開關(guān)，實(shí)現(xiàn)切換功能;PAC機(jī)柜：優(yōu)選機(jī)柜;IRC機(jī)柜：實(shí)現(xiàn)48VDC命令驅(qū)動(dòng)0層設(shè)備的電磁閥、氣動(dòng)閥等設(shè)備，以及0層USER供電的信號(hào)傳輸。

5、非安全級(jí)機(jī)柜

PSAS NC機(jī)柜：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)NC功能的邏輯機(jī)柜，接受、發(fā)送來自0層設(shè)備的硬線信號(hào);PSAS NC*機(jī)柜：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)NC*功能的邏輯機(jī)柜，接受、發(fā)送來自0層設(shè)備的硬線信號(hào);IRC機(jī)柜：中間繼電器機(jī)柜; ISO機(jī)柜：隔離機(jī)柜;RC機(jī)柜：大功率中間繼電器機(jī)柜;DAS機(jī)柜：作為軟件共模故障的保護(hù)，多樣化保護(hù)系統(tǒng)作為保護(hù)功能的多樣化設(shè)計(jì); SA機(jī)柜：提供必要的監(jiān)督和控制功能，緩解嚴(yán)重事故后果;GW SPPA-T2000機(jī)柜：通訊機(jī)柜，實(shí)現(xiàn)與安全級(jí)儀控系統(tǒng)IPS301AR的數(shù)據(jù)交換; 專用儀控系統(tǒng)：通過硬線或網(wǎng)絡(luò)通訊等方式與IPP系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換; IAW機(jī)柜：采用就地集中控制。

6、DCS信號(hào)分配原則

（1）DCS信號(hào)分配應(yīng)根據(jù)信號(hào)的功能分級(jí)進(jìn)行判定，而不能根據(jù)安全分級(jí)進(jìn)行判定。

（2）按照信號(hào)線制的功能特性，將不同I/O信號(hào)分配到執(zhí)行相應(yīng)功能的機(jī)柜內(nèi)。

（3）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEEE379中單一故障準(zhǔn)則的要求，DCS 輸入輸出I/O信號(hào)的硬件通道分配原則，控制同一個(gè)重要設(shè)備的I/O 冗余信號(hào)應(yīng)避免分配在同一卡件上，防止一個(gè)卡件故障導(dǎo)致的設(shè)備保護(hù)誤動(dòng)作^[4]。對(duì)于冗余信號(hào)以及多個(gè)信號(hào)實(shí)現(xiàn)VOTER（二取平均、三取平均/中值）的邏輯，應(yīng)將信號(hào)分配在不同卡件上。

（4）根據(jù)信號(hào)對(duì)電源要求，將不同電源等級(jí)的信號(hào)分配到相應(yīng)電源等級(jí)的DCS機(jī)柜中。

（5）按LOT包劃分信號(hào)分配。DCS供貨商根據(jù)LOT包進(jìn)行信號(hào)分配，即相同LOT包系統(tǒng)內(nèi)的信號(hào)分配到對(duì)應(yīng)的DCS機(jī)柜內(nèi)。

（6）避免多芯電纜的接線交叉。根據(jù)DCS機(jī)柜內(nèi)IO卡件布置原則，電纜芯線要端接在機(jī)柜內(nèi)同一側(cè)端子排上，不能兩側(cè)分開接線。

（7）FUM210的特點(diǎn)是每兩個(gè)DI通道共用一個(gè)負(fù)端。當(dāng)來自現(xiàn)場(chǎng)的2個(gè)DI信號(hào)引出三根芯線送入DCS FUM210時(shí)， DCS側(cè)應(yīng)避免將2個(gè)DI信號(hào)接在不共負(fù)端的兩個(gè)通道上，防止與電纜開列的3根芯線要求不一致。

除此之外，影響信號(hào)分配設(shè)計(jì)的原則還包絡(luò)電纜芯線線徑的大小、信號(hào)有效性等，不再一一贅述。

參考文獻(xiàn)：

[1] IEC 60709.Nuclear power plants - Instrumentation and control systems important to safety – Separation[S].2004

[2]孫輝，核電廠DCS供電電源設(shè)計(jì)研究[J].華東電力，2005

[3] 夏利民.核電站安全級(jí)DCS隔離設(shè)計(jì)研究[J].自動(dòng)化博覽，2014.

[4] Institute of Electrical and Electronics Engineers. IEEE Std 379， Standard for Application of the Single-Failure Criterion to Nuclear Power Generating Station Safety Systems[S]. 2014.