馬賽克控制盤臺在核電廠主控制室的應用

竇 穎，郭毅飛，曾 剛，劉志賓，孟慶軍

（北京廣利核系統工程有限公司，北京 100094）

0 引言

核電廠主控制室是集中監視和操縱核電設備的控制中樞，其整體設計大致可劃分為3 個類型：以模擬技術為核心的常規模擬主控制室（即全硬盤控制室）；將核島常規控制以及常規島數字化控制相結合的主控制室（即硬盤和數字化兼有的控制室）；及以數字化儀表和控制技術為基礎的先進主控制室（即除后備盤以外全數字化控制室）[1,2]。主控制室內的主要設施——控制盤臺，是核電儀控系統人機接口的主要載體，肩負著日常信息收集處理，核電廠運行情況監控，以及儀表設備操控等重要工作。隨著技術的不斷創新，盤臺設計也不再局限于整體面板開孔并放置儀表設備的傳統控制盤臺。

表1 馬賽克后備盤與傳統后備盤差異對比Table 1 Comparison of mosaic reserve disks with traditional back-up discs

馬賽克控制盤臺因其設計工藝新穎、簡約，且更符合現代化控制室的整體風格，近年來受到越來越多客戶的青睞，一些核電項目正逐步將馬賽克控制盤臺應用于核電廠主控制室。

1 核電廠控制盤臺類型及功能

核電廠典型的先進主控制室一般包含以下幾種盤臺[3,4]：

1）操作員工作站（OWP，Operator Work Place），該盤臺為操作員的主要控制手段，通常配置為全數字化設備，包括多個顯示模塊、主機以及鍵盤鼠標等設備。基于數字化人機接口，操作員可對核電廠運行狀態進行監視和控制。

2）后備盤（BUP，Backup Panel），該盤臺為OWP 的后備盤，通常盤面布有核電廠工藝流程的概覽圖，在相應位置嵌有參數儀表，實時顯示核電廠各個關鍵的參數值。同時盤面還嵌有多個控制按鈕及手操器等設備，以便OWP盤臺失效時，操作員可利用該盤臺監視或操控核電廠，使其保持在安全狀態[5]。

3）緊急操作盤（ECP，Emergency Control Panel），當發生緊急情況時，操作員可通過此盤臺上的緊急操作按鈕進行手動停堆和專用安全設施驅動，以保證核電廠的安全。

4）多樣性驅動盤（DHP，Diversity HSI Panel），當反應堆保護系統發生共因故障喪失控制功能時，可操作該盤臺觸發停堆和安全設施。

5）嚴重事故盤（SAP，Severe Accident Panel），當發生故障導致電源切斷時，該盤臺可提供安全信息監控。

6）大屏顯示盤（LDP，Large Display Panel）

隨著主控制室設計需求不斷提升，控制盤臺設計也更加人性化、模塊化。不僅在盤臺結構設計過程中結合了人因工程、人體工程學[6,7]，使得操作員操縱和監視活動更加合理，一定程度上減輕操作員工作強度及精神壓力；同時主控室盤臺趨于多樣化，其單體結構設計趨于小型化[8,9]。

2 馬賽克控制盤臺優劣勢分析

傳統控制盤臺通常采用整塊面板切割制造，加工人員參照概覽圖，在面板相應位置開孔并放置手操器和儀表等設備，如CPR1000 的陽江3、4 號機組采用的就是日本三菱公司設計的傳統后備盤。該類型后備盤由于面板切割工作在項目詳細設計前期就已完成，盤面設備類型和位置被固化，一旦后期設計優化升版，如新增設備，則需要在原有面板上再加工，不僅容易損傷現有設備，同時還可能會影響盤面概覽圖布局；如若調整部分設備位置或刪減部分設備，則需要填充盤臺面板開孔，費時費力，而應用馬賽克控制盤臺的后備盤則可有效解決上述問題。

馬賽克控制盤臺與傳統控制盤臺相較，主要有以下幾點優勢：

馬賽克盤臺的盤面由不同規格的設備及瓦片填充，可依據實際使用需求靈活配置。

在盤臺設計固化后，仍具有調整和新增盤面設備的能力，更有利于核電廠后續改造等需求。

馬賽克盤臺的支撐骨架可通過專業固定件進行擴展以滿足不同規格的盤面需求。

馬賽克盤臺的設備及儀表采用預制電纜插頭插拔的安裝方式。因此，接線簡潔，成套性強，維護方便。既提升了盤內可利用空間和日常維護空間，也提高了設備更換及日常維護的效率。

馬賽克盤臺的設備及儀表相較傳統盤臺的設備及儀表更小型化，增加了后備盤對設備的容納能力，可滿足核電廠業主對于主控制室盤臺更多樣化的要求。

為更直觀表明馬賽克控制盤臺的特點，表1 詳細列出了其與傳統后備盤的差異。

當然，馬賽克控制盤臺也有待優化的方面：

首先，馬賽克盤臺設備相對較小，限制了設備文字打印空間。針對此類問題，可以考慮在設備周邊馬賽克瓦片增加文字描述或從盤臺結構設計角度改進，以滿足人因工程中可視要求；其次，馬賽克盤臺盤面操作范圍減小，雖然提升操作員工作效率但也增加了誤操作的可能。針對此類型問題，通過兩步操作，增加確認按鈕來防止誤操作。

3 馬賽克控制盤臺功能及應用

馬賽克控制盤臺主要由柜體、馬賽克設備及瓦片、配套骨架及其安裝附件組成。配套骨架為網格狀合金面板，作為馬賽克設備及瓦片的基礎支撐。馬賽克設備及瓦片依據設計需求卡在骨架相應位置上，組合成完整的操縱盤面，并安裝于柜體上；也可對骨架進行切割用來放置顯示器或其他除馬賽克設備以外的設備。

3.1 馬賽克控制盤臺設備類型及功能

馬賽克控制盤臺有多種不同類型及規格的設備。以主控制室后備盤的設備需求為例，馬賽克設備通常有報警指示燈、信號指示燈、旋鈕開關、按鈕開關、控制瓦片、模擬量指針儀表以及數碼顯示管儀表等7 種類型。

1）報警指示燈

后備盤報警燈一般分布在盤臺上方，其主要功能是核電廠運行過程中的故障信息反饋。依據系統設計需求確定故障信息報警級別，繼而確定相應報警指示燈顏色及對應馬賽克設備型號。

2）信號指示燈

后備盤除報警指示燈以外，還會在盤面上布置指示燈來顯示工藝參數信息等。同樣，信號指示燈需根據設計需求，確認馬賽克設備顏色以及外觀尺寸規格。

3）旋轉開關

后備盤通常需要給DCS 發送模式切換指令或控制指令，如KIC 系統和BUP 系統間的切換等指令。旋轉開關的選擇需根據系統設計需求，如是否需要自復位或非自復位功能，兩相還是三相的切換需求來確認。對于個別需具有雙步確認功能的特殊設備或需要保障系統功能不受未經授權人員操縱的設備，可選擇旋轉手柄帶鑰匙的開關類型。

4）按鈕開關

當啟動、停止某些設備或確定設備狀態時，后備盤需發出執行指令，如報警喇叭和消音喇叭的確認等。按鈕開關的選擇需根據系統設計需求，如控制指令的重要程度是否需加裝按鈕保護措施，亦或是否需要指示燈狀態反饋等來確認馬賽克設備型號。

5）控制瓦片

后備盤通常會發出控制指令給DCS，且需要接收其反饋信號，如控制某些設備開（運行）、關（停止）的指令及接收其相應的狀態反饋指示或故障狀態指示，不同的狀態分別用不同的顏色指示。控制瓦片的指示燈和按鈕數量需根據系統設計需求來確定。

6）模擬量指針儀表

操作員需要實時監控核電廠工藝流程中關鍵設備的參數值，以便確保其安全穩定地運行。因此，后備盤嵌有接收DCS 送來4mA ～20mA 模擬量信號的指針儀表來完成指示功能。儀表類型需根據所反映的工藝流程，來確定指示量程及儀表的外觀規格。

7）數碼顯示管儀表

后備盤除模擬量指針儀表外，通常還會嵌入數碼顯示管儀表，以便通過數字的形式更為精確直觀地顯示出工藝參數數值。儀表類型需根據所反映的工藝流程，來確定顯示位數及儀表顯示量程。

3.2 馬賽克控制盤臺在核電廠主控制室的應用

目前，馬賽克控制盤臺已應用于多個核電項目。

陽江5、6 核電項目是中國首個具備“三代”核電主要技術特征，滿足最新安全技術標準的自主品牌核電機組。其主控制室后備盤應用了國內首臺自主設計并制造的安全級馬賽克控制盤臺，通過了基準試驗、環境試驗、電磁兼容性試驗、地震試驗等多項鑒定試驗，完全滿足核電廠主控制室對硬件設備的技術要求。2018 年5 月，陽江5 號機組并網發電，順利完成168h 示范運行，宣布具備商運條件。陽江6 號機組也順利完成冷試并按計劃推進后續調試工作，預計在2019 年具備商運條件。同時，該項目緊急控制盤臺、多樣性驅動盤及嚴重事故盤也應用了馬賽克控制盤臺，無論從外觀還是實際操作體驗都取得了良好的效果。

紅沿河5、6 核電項目及田灣5、6 核電項目[10]，主控制室后備盤、緊急控制盤等同樣應用馬賽克控制盤臺。田灣5、6 項目后備盤除大量馬賽克設備外還集成多個無紙記錄儀，應用效果良好。現紅沿河5 號機組及田灣5 號機組主控制室馬賽克盤臺均以已全部安裝就位，正在開展后續調試工作。

防城港3、4 核電項目是中國自主研發核電技術——“華龍一號”的依托項目，全面貫徹“縱深防御”的設計理念，安全指標和技術性能均達到國際三代核電技術的先進水平。該項目主控制室內布置的核島輔助控制盤、常規島輔助控制盤、多樣化系統人機接口盤及嚴重事故處理盤等均采用馬賽克控制盤臺。馬賽克盤臺的應用既滿足不同盤臺多樣化設計需求，同時主控制室整體風格更彰顯簡潔現代化。目前，防城港3 號機組正在工程建設階段。

4 結束語

通過馬賽克控制盤臺與傳統盤臺對比所展現的特點，分析了該技術用于核電廠主控制室的優勢及不足。馬賽克控制盤臺在實際核電項目的成功應用，既肯定了該技術在核電領域的趨勢及地位，也顯示了其在核電國產化道路上的成果和貢獻。

1）在核電廠安全級盤臺設計和制造方面，因需充分考慮盤臺的抗震、安全通道隔離、人因工程學等多重因素，使得設計人員面臨諸多難點。因此，該技術長久以來都被國外廠商所壟斷。隨著陽江5、6 號機組項目馬賽克盤臺在核安全局的見證下，順利通過嚴格的鑒定試驗，實現了核電廠安全級盤臺“中國造”的目標。國內首套自主設計和制造的安全級馬賽克盤臺的成功應用，不僅提升了中國核電站國產化的進程，更填補了中國在該技術領域的空白。

2）在核電廠儀控系統的制造成本方面，馬賽克盤臺的應用一定程度上減少了盤臺制造成本。同時，馬賽克盤臺最大限度地降低了單個設備對整體盤臺的影響，直接減少了盤面設計優化和改造可能帶來的附加成本，也間接減少了核電廠后續的維護成本。

3）國產安全級馬賽克盤臺在陽江5、6 號機組項目的應用，打破了先前國外制造廠商對中國整體安全級盤臺進口的價格壁壘，隨著國產化的推進，后續單機組后備盤的造價成本相比整體進口馬賽克安全級盤臺將進一步降低。