核电厂仪控系统数字化改造关键要素探究

核电厂仪控系统数字化改造关键要素探究

发表时间：2019-04-29T16:41:05.820Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第36期作者：林永嘉

[导读] 核电厂老旧仪控系统的数字化改造已经成为趋势。就数字化系统本身而言，在技术上没有明显的风险，与全新的核电厂相比，改造工作有众多的约束条件。

福建福清核电有限公司福建福州 350318

摘要：核电厂老旧仪控系统的数字化改造已经成为趋势。就数字化系统本身而言，在技术上没有明显的风险，与全新的核电厂相比，改造工作有众多的约束条件。由于技术的进步和数字化仪控系统的广泛应用，已有改造指导对数字化技术本身的关注已经不再重要。针对指导的关注点与现实脱节的情况，为了能够成功进行仪控系统的数字化改造，本文提出了改造的实施策略，分析了改造时必须关注的要素，给出了相应的建议。

关键词：仪控系统；数字化；改造；关键要素

引言

随着当前社会经济的快速发展，人们在生产生活中对电能的需求量也快速增加，在此过程中关于核电站的建设和应用也引起了广泛的关注。区别于传统的火力发电以及水力发电，核电站在运行中具有能耗低、污染小、电能产出稳定的特点，实际应用中能为区域电能的稳定供应奠定良好的基础。核电站的运行原理为：通过核装置运行产生热量，之后通过加热水蒸气，转换机械能的方式推动发电机进行发电，以此实现能量转换的过程。在此过程中，分析仪控系统作为核电站运行中的主要控制单元，其运行状态以及效果也引起了研究人员及维护人员的重视。笔者针对当前核电站仪控系统数字化改造进行简要的剖析研究，以盼能为我国核电企业发展核电装置的仪控系统数字化改造提供参考。

1核电站数字仪控系统简介

核电站在运行中主要通过仪表盘及控制系统进行各类组件的控制运行。在实际运行中，机组的安全可靠、经济运行在很大程度上取决于仪表控制系统的性能水平。从我国已经建成的和在建的核电工程来看，我国核电站仪控系统技术在发展中历经了三个阶段。第一阶段是以模拟量组合单元仪表为主的控制系统，如正在运行的我国３００ＭＷ秦山核电站主控制系统应用的ＦＯＸＢＯＲＯ公司的ＳＰＥＣ２００组装仪表，大亚湾２×９８０ＭＷ核电站主控制系统采用的Ｂａｉｌｙ９０２０系统也属于这一类。其模拟量仪表采用小规模集成电路运算放大器为基础的元件来控制，逻辑量仪表采用继电器等硬逻辑电路来控制。因而系统所需要的仪表控制器件数量多，运行操作管理和维护工作任务重，大部分采用手动操作，主控室格局占用空间异常大。第一阶段发展中主要以模拟量组合单元进行系统控制，该类控制模式在应用中存在控制延迟以及手动作业过多的现象。第二阶段在发展中以第一阶段系统控制技术为基础，增加了数字量控制技术，实际应用中通过数字量和模拟量控制的混合应用，有效提升了控制系统的应用效果，并且减少了手动控制操作量，对于系统控制质量的提升效果显著。但在核岛系统的运行中，仍然采用以小规模集成电路运算放大器为核心的模拟单元量，进行系统的模拟控制。常规岛及辅助岛部分，则结合数字化ＰＬＣ自动化控制系统进行控制运行，实际应用中通过软件的自动化检测，有效减少了就地控制柜的设置数量，以及硬性接线的数量，提升了系统运行的稳定性和可靠性。第三阶段称为全数字化仪表控制系统阶段，该阶段在技术应用中以ＤＣＳ技术为核心，实现了全面系统运行的数字化、自动化、分布式控制，增强了系统运行的智能性和可靠性。实际应用中，ＤＣＳ技术结合ＰＬＣ技术全方面地应用在核岛、常规岛、ＢＯＰ部分，构成了核电站全新数字化仪表控制系统。

2核电站仪控系统数字化改造解析

2.1备件问题和设备老化

备件问题及设备老化问题为当前核电站仪控系统运行中主要存在的问题。两类问题的出现造成核电站在运行中组件运行的可靠性和稳定性降低，且造成了一定的安全隐患。实际工作中为有效优化该类问题，应用单位可通过应用分布式控制系统的方式，或采用现场总线控制系统的方式进行仪控系统的数字化改造。通过优化软件技术的方式达到降低设备应用局限性的问题，最终达到提升设备应用质量并发挥组建控制应用效果的目的。另外，分析两类技术方案在实际应用中，智能化控制为其核心运行技术。实际应用中通过核心智能化技术的运行，实现了全站控制设备运行现状的监测以及运行性能的监测，及时针对设备运行中存在的问题及故障现象进行预警提示，最终达到提升系统运行可靠稳定性的目的。具体分析通过核心智能技术的运行应用，有效地减少了独立监测装置的安装数量，并且实现了系统控制的无障碍化。另外，ＤＣＳ系统及ＦＣＳ控制系统在应用中，其备件之间都可进行互换应用，有效降低因设备组件应用选择局限，造成了设备老化及运行成本升高问题。并且在实际运行中设备组件的互换应用，对系统控制运行中的智能性、可靠性、安全性、稳定性提升，奠定了良好的基础。

2.2多样性

冗余设计不能应对共模故障。通常设计采用多样化的仪控系统，将共模故障引发的风险降低至可接受的水平。设置了数字化保护系统的核电厂几乎全部采用了两种或更多种具有显著多样性的软硬件平台。保护动作的触发信号尽量来自基于不同探测原理、方法的传感器，触发变量进行分组并在不同的处理器上进行处理等方法，是防止共模故障造成不可接受后果的有效方法。万一软件的共模故障导致数字化保护系统失效后，则由具有多样性的后备保护系统执行反应堆紧急停堆、停机和启动辅助给水等必要功能。设置操纵员手动紧急停堆以及触发专设动作的功能，旁路数字化保护系统的逻辑处理器，经过固态或机械继电器等进行命令扩展，直接触发执行机构则是另一种有效应对共模故障的手段。正常工况下，核电厂的信息显示、手动控制在数字化系统上实现。在这些计算机化的工作站发生共模故障的情况下，利用与计算机化的人机接口设备具有多样性的后备盘，可在规定长的时间内维持核电厂的正常运行，并在需要时将电厂带入安全停堆状态。由于数字化仪控系统软件的固有特性，通常采用数字化保护系统的核电厂常常设有专门的多样性驱动系统。在软件共模故障后，必要时，采用多样性方式进行反应性的控制，驱动选定的专设等。

2.3控制的优先与切换

特定的执行机构可能会接受不止一个控制命令。当发生设计基准事故时，它要接受来自保护系统的命令。此时,保护命令应优先于其它