大亞灣核電站KKO4系統綜合自動化方案設計

梁忠英，張 奇

（1.大亞灣核電運營管理有限責任公司技術部，廣東 深圳518124；）2.環境保護部核與輻射安全中心系統設備材料部，北京100082）

大亞灣核電站開關站儀表和控制設備（KKO4）系統作為電廠重要的自動化監測系統，在平衡2臺核電機組的電力收支、記錄系統參數、分析系統事故原因和監測超高壓電力設備安全運行等方面發揮著關鍵的作用。隨著計算機技術、網絡技術、通訊技術的快速發展[1］，傳統的KKO4監測系統已經遠遠不能滿足現代核電廠管理模式的需求。因此，核電廠KKO4系統的綜合自動化升級已是刻不容緩。

大亞灣核電站KKO4系統的綜合自動化設計方案，首次對國內早期投運核電廠KKO4系統進行整體換型設計，這對于我國早期投運的核電廠自動化監測系統的升級具有重要的示范和借鑒意義。

1 大亞灣核電站KKO4系統運行現狀

1.1 系統簡介

圖1 現有KKO4系統網絡拓撲圖Fig.1 The network topology of the existing KKO4system

大亞灣核電站KKO4系統由間隔層、通信層和站控層3層構成，如圖1所示。間隔層的錄波單元、事件順序記錄（SOE）單元及監測單元將實時采集的各種數據發送到通信層，并由通信層向站控層轉發。

系統主要功能是：在大亞灣核電站開關站超高壓配電裝置（GEW）系統發生故障時，自動、準確地記錄故障從發生到被切除整個過程中電流、電壓、頻率、有功功率、無功功率等電氣量的變化情況，記錄斷路器、刀閘、繼電保護以及安全自動裝置的動作行為；并通過通訊工作站將以上運行數據轉送核電廠內部管理信息網絡。

1.2 系統存在的不足

目前，大亞灣核電站在運行的KKO4自動化系統主要存在以下缺陷和問題：

（1）間隔層裝置性能低。大亞灣核電站KKO4系統間隔層裝置均是基于工控機構建，承擔電廠內人－機接口、監視、管理等任務，實現“四遙”以及繼電保護信息處理等功能。諸多功能集于一體，過多處理任務使裝置性能下降，降低了系統可靠性。

（2）站控層計算機穩定性差。由于站控層計算機程序開發時間較早，計算機配置比較低，操作系統版本也比較老，因此，監控系統運行穩定性差。一旦KKO4增容改造，就會造成系統更不穩定。

（3）系統部分設備停產。隨著技術的發展，大亞灣核電站KKO4系統間隔層裝置已經停產。由于技術原因，其他新技術間隔層設備無法接入當前KKO4系統。

（4）通信模式和規約版本落后。由于早期KKO4自動化系統開發時，國家還沒有形成統一的技術規范，設備供應廠家以自己的思維習慣和技術風格使用通信規約版本和通信模式，給核電廠KKO4自動化系統的科學管理帶來諸多不便。

2 KKO4系統綜合自動化方案設計

2.1 系統升級方案

經綜合自動化升級后，大亞灣核電站KKO4系統的基本設計結構仍由間隔層、通信層和站控層3層構成，系統拓撲圖如圖2所示。站控層主要包括2臺塔式主服務器作為冗余配置的后臺處理主機、1臺系統維護工程師站、1臺主控操作員工作站和1臺故障錄波工作站。通訊層由冗余配置的工業級模塊式光電以太網交換機組成雙網，連接站控層各個設備以及間隔單元。間隔層則由故障錄波單元、監測單元及智能電子設備（IED）組成。

圖2 經綜合自動化升級后的大亞灣核電站KKO4系統拓撲圖Fig.2 The topology of upgraded KKO4system

2.2 系統設計方案的實現

（1）間隔層

間隔層設備由監測裝置、繼電保護裝置及故障錄波單元組成。監測單元采用集中布置的方式。根據大亞灣核電站升壓站一次接線的特點，分串布置監測柜，并按照斷路器數量配置監測單元。同時，布置公用監測柜、公用監測單元監測母線和核電廠輔助變壓器等公用元件。

根據大亞灣核電站升壓站一次接線的特點，故障錄波單元按照每串1臺的原則進行配置。故障錄波單元通過雙以太網絡與故障錄波工作站實現通訊，錄波單元之間采用獨立的連鎖啟動網實現互聯，保證1臺錄波單元啟動錄波，其他所有錄波單元同時啟動錄波。

（2）通訊層

通訊層將間隔層采集的信息數據送到監測網絡，所有站控層設備可以共享信息，站控層發出的命令也可以通過網絡傳給間隔層[2］。通信網絡采用以太網，支持100M電以太網和光纖以太網絡，通信協議采用網絡103規約。為了提高網絡的可靠性，監測網絡和故障錄波網絡均采用雙網冗余配置。

（3）站控層

監測主站是KKO4綜合自動化系統內主要的人－機交互界面[3］，是站控層數據收集、處理及存儲的中心。網控室主服務器采用雙機配置原則，其操作系統為UNIX操作系統。

系統維護工程師站供系統管理人員進行系統維護使用，可完成數據庫的定義、修改，系統參數的定義、修改，報表的制作、修改以及網絡維護、系統診斷等工作。

操作員工作站負責管理和顯示有關的運行信息，供主控運行人員對變電站的運行情況進行監視。主控室操作員工作站采用單機配置通過光纜接入站控層監測網絡。

根據電網要求，大亞灣核電站KKO4系統需通過遠動遠程終端控制系統（RTU）上送電力調度部門所需遙信，遙測信息。當前，大亞灣核電站RTU采用網絡104規約，為實現遠動裝置在監測網絡中數據的直采直送[4］，RTU裝置將增加規約轉換插件，實現網絡104規約與網絡103規約的轉換。

3 KKO4系統綜合自動化升級后的功能

KKO4系統綜合自動化升級后將極大提升大亞灣核電站GEW系統監測的自動化水平，完善故障錄波功能。通過該系統，可以完成就地監測、遠動信息交換以及變電站設備管理、系統配置等各種功能。

3.1 監視和報警

通過操作員站畫面對主要電氣設備的運行參數和設備狀態進行監視。通過電氣主接線圖，可以監視設備運行狀態、潮流方向及電壓、電流、有功無功的實時值；可以監視保護設備的運行狀態；可以監視KKO4系統本身的配置和狀態；可以看模擬量報表和趨勢圖。當所采集的模擬量發生越限、數字量變位及計算機系統自動診斷故障時，系統會立即處理并通過彈出窗口報警。

3.2 數據的采集與處理

電氣綜合自動化系統的測控裝置采集電流、電壓、溫度等模擬量和斷路器、隔離開關、變壓器分接頭位置信號等開關量，以及有功和無功的脈沖量等，并能檢測出開關量變位、模擬量越限、保護出口、裝置異常等，生成事件／報警信息，并能把所有必要的信息通過通信層發送至站控層。

3.3 統計計算和打印

在線方式下，能夠按照數值變換和規定時間間隔不斷處理和計算有功、無功、功率因數、功率總加、電量累計、分時統計、開關量動作次數、主要設備運行小時統計等，還能實現報表、事件、記錄等的打印。

3.4 遠動功能

通過規約轉換，實現遠動RTU對KKO4系統遙測信息、遙測量的直采直送，從而更好地保障大亞灣核電站與調度中心的通信。

4 大亞灣核電站KKO4系統未來發展方向

國際電工委員會IEC61850標準在互操作性、功能自由配置和長期穩定性方面的優勢非常明顯，大大簡化了工程設計、調試及維護流程，方便了系統的集成與拓展，作為新一代通用標準，未來將得到廣泛應用[1］。

大亞灣核電站KKO4系統的裝置均兼容IEC61850標準協議，為KKO4系統未來的數字化發展奠定了基礎，同時指明了核電廠KKO4系統的發展方向。

（1）大亞灣核電站一次設備還未實現智能化，目前尚無法實現IEC61850的3層理論。基于大亞灣核電站的現狀，目前只能針對二次部分逐步升級改造，實現二次設備的數字化。

（2）基于可靠性的要求，KKO4系統還未完全實現對一次設備的控制操作，可以考慮在今后的改造中分批次實現對一次設備的控制，并通過IEC61850標準實現KKO4系統IED、監測單元等裝置間的信息交換和互操作。

（3）大亞灣核電站部分保護還不支持IEC61850標準，缺乏全站統一規約，無法實現所有保護設備的IEC61850標準接入，特別是站內直流、電度表等輔助設備，還未能配置支持IEC61850標準的接口。全站接入是基于IEC61850標準的數字化應用的關鍵。

5 結束語

大亞灣核電站KKO4系統綜合自動化升級是一項綜合性系統工程，不僅涉及方案設計、停電計劃、人員配置、現場施工安全措施，還要考慮升級改造對日常運行管理所帶來的變化。隨著核電廠運行管理水平的不斷提高，KKO4系統也在結合核電廠的實際需求而不斷發展和升級。我國核電廠正逐步向模塊化、信息化和數字化方向發展，KKO4綜合自動化系統的升級以及未來數字化的改造對于核電廠各種數字化控制系統的發展具有重要的借鑒意義。

[1]刁冠勛 .基于IEC61850的220kV變電站監控系統建模與實現[J］.上海電力，2010，1：27－30.

[2]沈鴻彥，劉堯智，姬希軍 .變電站自動化系統技術升級及應用[J］.自動化應用，2010，1：47－49.

[3]趙軍 .220kV變電站電氣監控系統綜合自動化改造[J］.華北電力技術，2009，4：37－39.

[4]暢廣輝，代飛.500kV變電站計算機監控系統的發展建議 .2002，24（26）：67－69.