核電廠數字化儀控系統結構比較分析

相溢炯

中圖分類號：TL374 文獻標識：A 文章編號：1674-1145（2016）06-000-02

摘要隨著“十二五”核電的飛速發展，以及“十三五”核電走出去的規劃落地，核電儀控系統也經歷了長足的發展。本文對國內核電廠儀控系統的發展進行回顧，結合國內核電廠的實際應用情況，對核電廠儀控系統結構進行比較分析并提出國內供貨商研制核電數字化儀控產品需關注的問題。

關鍵詞核電廠 數字化儀控系統 比較分析

基于核電行業的特點，核電廠儀控系統需要具備成熟性、安全性、可靠性和經濟性的原則。本文對早期基于模擬組合單元儀表和繼電器等硬件邏輯電路技術的核電廠儀控系統的特點和應用情況進行了介紹，對國內新建核電廠數字化的儀控系統的結構進行對比分析。通過對比分析，總結出國內供貨商研制數字化儀控系統的需要解決的問題。

一、早期的核電廠儀控系統

世界上絕大多數核電廠于20世紀70-80年代建成，由于數字化儀控系統技術尚未成熟，因此早期的核電廠采用的是在當時看來成熟的基于模擬組合單元儀表系統和繼電器等硬件邏輯電路技術。我國的大亞灣、嶺澳一期、秦山一期和秦山二期均采用這種模擬技術。其中，大亞灣和嶺澳采用法國的Bailey9020單元組合儀表進行模擬量控制，采用繼電器進行開關量控制。秦山一期和秦山二期采用Foxboro公司spec-200系列單元組合儀表進行模擬量控制，采用繼電器進行開關量控制。

二、核電廠數字化儀控系統的發展

隨著數字化儀控系統技術的日益發展，以及在傳統行業（火電、石化）中的大量使用，其成熟性不斷提高，其優越性越來越明顯。如：計算精度高，運算能力強，網絡通訊減少電纜數量，冗余、容錯、自診斷易于故障檢測和維護，數據存儲、事故追憶、改善人因工程和人機接口提高安全性。數字化儀控系統不斷地被核電廠所接受并采納。從上世紀90年代開始，國外開始出現了采用DCS技術的核電廠。英國Sizewell-B核電廠采用了數字化的數據采集、數據通信、邏輯處理控制算法和自動控制指令，然而人機接口依然采用常規儀表的“半數字化”儀控系統。法國的N4核電廠，采用了基于微處理器和局域網通訊的DCS技術的全數字化儀控系統。隨著早期核電廠儀控系統產品的逐步退役，國外對在役核電廠的儀控系統進行了數字化改進，匈牙利波克什（PAKS）核電廠1-4號機組于2002年完成了儀控系統數字化改造；保加利亞科茲洛杜伊核電廠（Kozloduy）5&6號機組于1996年進行了全數字化改造；瑞士 Beznau 核電廠于2001年完成保護系統的數字化改造。

國內核電數字化儀控系統的發展基本上是三家集團之間的較量，中核、廣核、總得來說這些公司的國產化工作還在進行當中，數字化儀控系統特別是安全級數字化儀控系統國內還沒有非常成熟產品。因此，國內新建的核電廠基本上都是引進國外數字化儀控系統產品（安全級+非安全級），其中阿海琺和西門子的產品TXS + TXP應用于我國田灣一期/二期、嶺澳二期和福清三期核電廠，西屋公司的產品Common Q + Ovation應用于我國海陽一期和三門一期核電廠，施耐德公司的產品Triconex + I/A應用于我國方家山、福清一期/二期和昌江一期核電廠，三菱和和利時公司的產品Meltac + HOLLiAS_N產品應用于我國紅沿河一期、寧德一期、陽江一期/二期、臺山一期和防城港一期核電廠。

三、核電廠數字化儀控系統的對比分析

以TXS + TXP是歐洲核電數字化儀控系統結構的代表，系統采用多樣化的功能方案。人機接口采用全功能工作站，通訊方式實現雙向傳輸，控制室有較大規模的后備盤和應急控制盤和大屏幕。Common Q + Ovation是美國AP1000堆型核電廠數字化儀控系統的結構代表，人機接口分為安全級工作站和非安全級工作站，布置上采用“前三后一”的形式，分別設置了ROA，ROB，ROC和SRO四個操縱站。

Triconex + I/A從2008年開始應用于國內M310和CP650堆型， Triconex在石化領域ESD系統有大量的應用，其三重冗余的設計提高了機組的可靠性，非安全級DCS產品為I/A在火電廠應用廣泛，其儀控系統結構圖如下圖所示。

Meltac + HOLLiAS_N產品應用CPR1000機組，日本核電數字化儀控系統引進美國技術，其產品的技術路線與美國是一致的，非安全級產品由和利時供貨。系統結構圖如下：

數字化儀控系統給核電廠帶來諸多優越性的同時，也引入了新的問題：比如1）儀控系統結構設計技術的論證不夠充分，例如采用集中式還是分布式的數據庫等。2）新的故障模式——共模故障，影響著失效模式、安全評價的研究；3）控制系統軟件質量保證。

隨著國家對“十三五”核電走出去的號召，核電儀控系統數字化、國產化是歷史必然。國內三大集團都在加緊核電數字化儀控系統的研制，本文針對國外成熟產品的使用情況和系統結構的對比分析并提出了新的需要解決的問題，為國內供貨商研制出成熟、安全、可靠的核電數字化儀控系統產品提供參考。

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