福清5、6號機組DCS系統信號分配分析

房志剛　王中楊　劉曉光

摘要：福清核電站5、6號機組是我國第一座自主研發技術的三代核電站，即采用“華龍一號”核電技術。DCS設計是核電站儀控設計的核心， DCS技術知識龐大而復雜。本文從DCS基本概念、布置、機柜功能等方面進行基本知識講解，對信號分配原則進行研究，解決電纜清單開列、端接清單設計等一系列技術難題，加深對DCS的認識和理解。

關鍵詞：接口;信號;分級;分配

1、DCS系統概念

整個系統以一體化分布式儀控系統（DCS）為核心，由DCS完成主要儀控系統的數據采集和處理、過程控制、信息顯示及操作等功能，并結合緊急操作臺ECP和后備盤BUP，保證機組維持在安全狀態。

從縱向的功能層次角度，大致分成4層：

0層：為與工藝設備、儀控設備的接口設備。1層：IPC所覆蓋的控制設備及專用儀控系統。2層：包括主控制室、技術支持中心、遠程停堆站等人機接口HSI設備。3層：主要負責整個電廠的營運管理。

2、安全分級

對于安全的重要性來劃分，分為安全級（1E）和非安全級（NC）。儀控系統的設計應按照安全分級的要求來進行，分別滿足對安全的不同程度的要求。^[1]

安全級系統一般要求由冗余的通道組成，通道之間要求實體和電氣隔離。其中反應堆保護系統中安全級測量儀表、數據采集處理單元由四重冗余通道組成，邏輯處理和驅動單元由A、B列組成。^[2][3]

另外，在非核安全級電氣儀控設備中，有一些是對安全重要的設備，為滿足“特殊運行工況”、以及“極不可能發生的工況”而使用的部件等，雖然不屬于安全級，但是卻執行和安全相關的工作，定義為NC+。

3、功能分級

系統的功能分級根據其在事故處理中的重要程度進行分級，執行器在過程處理及控制層（1層）中執行的功能級別，共分為1E、NC兩級，NC*是NC級里帶有特殊要求的部分。

4、安全級保護系統

安全級系統主要包括安全級核儀表系統、安全級過程儀表系統、反應堆保護系統，專設安全設施ESFAS及其支持系統的邏輯控制系統，手動系統級驅動的擴展處理系統，PAMS系統以及其它安全系統，共分為4個保護組I/II/III/IV和2個安全列A/B。

主要有如下機柜：

專用儀控系統機柜;Marshalling機柜：接受0層硬線信號的匯線機柜，通過硬線向BUP傳輸狀態信號的反饋;PIP機柜：將來自Marshalling機柜的0層信號進行采集、預處理，實現信號的隔離再分配;APU機柜：實現冗余信號的閾值比較等邏輯處理功能;ALU機柜： APU機柜通過光纖將信號分別發送給所有安全列的ALU機柜;TU機柜：通訊機柜，實現APU、ALU和PI機柜之間信號傳輸;GW機柜：網關，實現TU和非安全級二層網絡的數據交換。PAC-EHL機柜：接受BUP/RSS的切換開關，實現切換功能;PAC機柜：優選機柜;IRC機柜：實現48VDC命令驅動0層設備的電磁閥、氣動閥等設備，以及0層USER供電的信號傳輸。

5、非安全級機柜

PSAS NC機柜：實現系統NC功能的邏輯機柜，接受、發送來自0層設備的硬線信號;PSAS NC*機柜：實現系統NC*功能的邏輯機柜，接受、發送來自0層設備的硬線信號;IRC機柜：中間繼電器機柜; ISO機柜：隔離機柜;RC機柜：大功率中間繼電器機柜;DAS機柜：作為軟件共模故障的保護，多樣化保護系統作為保護功能的多樣化設計; SA機柜：提供必要的監督和控制功能，緩解嚴重事故后果;GW SPPA-T2000機柜：通訊機柜，實現與安全級儀控系統IPS301AR的數據交換; 專用儀控系統：通過硬線或網絡通訊等方式與IPP系統進行數據交換; IAW機柜：采用就地集中控制。

6、DCS信號分配原則

（1）DCS信號分配應根據信號的功能分級進行判定，而不能根據安全分級進行判定。

（2）按照信號線制的功能特性，將不同I/O信號分配到執行相應功能的機柜內。

（3）根據標準IEEE379中單一故障準則的要求，DCS 輸入輸出I/O信號的硬件通道分配原則，控制同一個重要設備的I/O 冗余信號應避免分配在同一卡件上，防止一個卡件故障導致的設備保護誤動作^[4]。對于冗余信號以及多個信號實現VOTER（二取平均、三取平均/中值）的邏輯，應將信號分配在不同卡件上。

（4）根據信號對電源要求，將不同電源等級的信號分配到相應電源等級的DCS機柜中。

（5）按LOT包劃分信號分配。DCS供貨商根據LOT包進行信號分配，即相同LOT包系統內的信號分配到對應的DCS機柜內。

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

（7）FUM210的特點是每兩個DI通道共用一個負端。當來自現場的2個DI信號引出三根芯線送入DCS FUM210時， DCS側應避免將2個DI信號接在不共負端的兩個通道上，防止與電纜開列的3根芯線要求不一致。

除此之外，影響信號分配設計的原則還包絡電纜芯線線徑的大小、信號有效性等，不再一一贅述。

參考文獻：

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

[2]孫輝，核電廠DCS供電電源設計研究[J].華東電力，2005

[3] 夏利民.核電站安全級DCS隔離設計研究[J].自動化博覽，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.