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核电站数字化 核电站数字化仪控系统简介 2010 年 05 月 28 日 13:25:04 查看数：162 摘 要 在总结不同时期核电站仪表控制系统应用特点和发展趋势的基础上，以两座典 型的核电站全数字化仪控系统为例，结合核电站仪控系统的特点及设计准则，进行详细的 系统结构和功能分析，并提出我国新世纪核电站数字化仪控系统的改造与设计思路。 　　关键词 过程控制 DCS 智能化 以太网 现场总线 　　核电站的仪表和控制系统是核电站的重要组成部分，机组的安全可靠、经济运行已经 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， 核电站的仪控系统经历了三个阶段。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 300 MW 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 2×980 MW 核电站主控制系统采用的 Baily 9020 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，主控室布局也显得较大。第二阶段是以模拟量和数字量混合运用的主 控制系统，这一类实际是核岛系统仍采用小规模集成电路运算放大器为基础的模拟量元件 来控制。而部分常规岛和辅助系统采用 PLC 自动控制系统，结合软件自诊断技术、冗余技 术和网络通信技术，减少很多硬接线和就地控制柜，提高了系统运行可靠性。刚刚建成的 广东岭澳核电站（2×980 MW）仪表控制系统就属于这一类。第三阶段称为全数字化仪表控 制系统，它将应用成熟的常规电站分布式控制系统（DCS）加以改进并移植过来，全面应用 在常规岛、BOP、核岛部分，构成核电站全新数字化仪表控制系统。现阶段应用比较典型的 全数字化仪控系统有：日本日立等公司开发的 NUCAMM－90 系统、法国法马通公司 N4 控制 系统、ABB 公司的 NUPLEX80 系统、美国西屋公司的 Eagle21 WDPFⅡ系统以及我国在建的 田湾核电站所采用的德国西门子公司的 TELEPERM XP XS 系统等。 　　1 核电站仪控系统的特点及全数字化仪控系统的功能设计原则 　　 　　核电站仪控系统的特点是由其工艺过程的特点决定的，一般来讲典型的核电站仪控系 统特点可以归纳为以下几点： 　　（1）控制对象的工艺流程复杂，监测和控制的参数多而且各种过程参数联系密切， 1000 MW 典型的核电站仪控系统的参数信息量和指令大约是 7000~9000 个。 　　（2）系统安全性、可靠性要求高，运行质量直接与仪控系统性能相关。 　　（3）反应堆工作或停堆后一段时间内，大部分设备人员无法接近。 　　 　　（4）控制和监测核燃料裂变链式反应及堆芯状态监测的必要性。 　　（5）大量核物理、热工、水力及其它一些直接测量无法得到的参数计算多，且精确性 和实时性要求高。这些特性使核电站的控制对象变得十分复杂，必须采用先进的计算机技 术使仪控系统的软硬件装置的设计功能满足生产工艺过程的需要和对过程设备在机组运行 工况下的监督和控制，才能保证电站的安全、稳定、经济运行。因此，核电站数字化仪控 系统的功能设计应该遵循以下原则： 　　 　　（1）故障安全原则； 　　（2）单一故障原则； 　　（3）多样性原则； 　　（4）独立性原则； 　　（5）冗余性原则； 　　（6）共模故障最小原则； 　　（7）节能降耗原则； 　　（8）经济性原则。下面就以两种典型的核电站数字化仪控系统为例，进行详细的功能 分析，以便进一步探讨现阶段核电站数字化仪控系统的设计思路和具体应用。 　　2 典型的核电站数字化仪控系统功能分析 　　2.1 N4 核电站的数字化仪控系统 　　 　　N4 是法国法马通公司推出的 1450 MW 系列的必威体育精装版一代压水堆核电站，分别在法国的 Chooz 和 Civaux 两个地方建造 4 台机组，其中 Chooz 的两台机组已投入运行。N4 的仪表控 制系统也是在原来该公司 1300 MW P4 机组的仪控系统上进一步发展而来的。从功能上分为 4 级，即：现场设备级、控制和保护系统级、人机接口级、远程和就地技术管理系统级。 其中前两级的安全系统由两条实体隔离的通道 A 和 B 组成，这样每条通道均能独立控制整 个机组。其中现场设备级的控制和保护系统主要有 150 个称为Contronic E的仪表控制单 元组成，组成一个完全模块化的分布式控制系统，用于数据采集、传输和处理。每个控制 站由一个中央系统（CMX）和 I/O 单元组成。中央单元执行控制、操作和诊断任务以及外围 总线（P－Bus）和通信网络之间的数据传输