鄭繼龍　徐海心

摘要：核電站的安全性和經(jīng)濟性始終是人們關(guān)注的問題，為了保證核電站的安全性、提高經(jīng)濟性，數(shù)字化儀控系統(tǒng)正開始進入核電站核心控制領(lǐng)域。作為核電站的神經(jīng)大腦的儀控系統(tǒng)，在國內(nèi)新建核電站中已經(jīng)選擇使用國內(nèi)或者進口的分布式控制系統(tǒng)進行電站儀控系統(tǒng)設(shè)計。從工程的總體設(shè)計出發(fā)，重點討論了工程的硬件、軟件設(shè)計以及三廢處理系統(tǒng)的工藝控制過程，并從系統(tǒng)安全設(shè)計的角度給出了典型冗余系統(tǒng)設(shè)計在總體安全方面需要考慮的內(nèi)容。文中詳細介紹了硬件選擇的基本原理及輸入輸出卡件的接口特性，并根據(jù)IEC6l131、IEC60073的要求進行邏輯程序及人機界面的設(shè)計，同時結(jié)合工藝控制設(shè)計、配電設(shè)計、散熱設(shè)計、采集控制層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸響應(yīng)時間計算機理、冗余設(shè)計的模型機理，詳細闡述三廢處理控制系統(tǒng)在安全設(shè)計上所考慮的基本內(nèi)容。同時工程的有效實施鍛煉了一批產(chǎn)品研發(fā)及工程實施的隊伍，對我國核電儀控事業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：核電，三廢處理，控制，冗余，可靠性

一、項目研究的學術(shù)背景

對于核電廠來說，由于存在裂變產(chǎn)物和活化產(chǎn)物， 還會產(chǎn)生些帶有放射性的氣體、液體、廢樹脂和可壓實固體廢物和不可壓實固體廢物。 為了保護環(huán)境免受污染， 為防止工作人員和電廠周圍居民受到過量的放射性輻照，核電站在排出或利用這些放射性廢物之前，一定要采用必要的工藝、屏蔽防護對它們進行處理，經(jīng)監(jiān)測符合有關(guān)標準后再進行排放、貯存或回收再利用。

1.1國內(nèi)核島三廢處理控制系統(tǒng)的發(fā)展概況

正運行的壓水堆核電站商用：大亞灣核電站、嶺澳一期核電站、秦山二期核電站，前兩座核電站的三廢處理控制系統(tǒng)目前使用的是純模擬控制技術(shù)，包括模擬儀表+繼電器邏輯盤盤+二極管指示燈+手動電氣操作開關(guān)，秦山二期核電站的三廢處理控制系統(tǒng)使用 MODICON公司的 Quantum系列PLC，嶺澳二期核電站以核電站建設(shè)國產(chǎn)化為例，選擇在核島三廢處理控制系統(tǒng)上第一次嘗試使用純國產(chǎn)化系統(tǒng)進行核電站數(shù)字控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，最終達到向整個電站推廣國產(chǎn)化系統(tǒng)的目

1.儀控系統(tǒng)在核電站領(lǐng)域的應(yīng)用

核電站的重要組成部分核電站的儀控系統(tǒng)， 機組的安全可靠、經(jīng)濟運行已經(jīng)在程度上取決于儀控系統(tǒng)的性能水平。 從我國已經(jīng)建成的和在建的核電工程來看，核電站的儀控系統(tǒng)經(jīng)歷了三個階段。 第一階段， 模擬量組合單元儀表為主控制系統(tǒng)。其模擬量儀表采用小規(guī)模集成電路運算放大器為基礎(chǔ)的元件來控制， 硬邏輯電路來控制邏輯量儀表采用繼電器，因而系統(tǒng)所需要的儀表控制器件數(shù)量多運行操作管理和維護工作任務(wù)重，大部分采用手動操作，主控室布局也顯得較大。

第二階段主要的， 是以模擬量和數(shù)字量混合運用的主控制系統(tǒng)，這一類實際是核島系統(tǒng)仍采用小規(guī)模集成電路運算放大器為基礎(chǔ)的模擬量元件來控制。 而部分常規(guī)島， 輔助系統(tǒng)采用到的是PLC自動控制系統(tǒng)，結(jié)合軟件自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，減少很多硬接線和就地控制柜，提高了系統(tǒng)運行可靠性。

第三階段被稱為全數(shù)字化儀表控制系統(tǒng)，它將應(yīng)用成熟的常規(guī)電站分布式控制系統(tǒng)加以改進并移植過來，全面應(yīng)用在常規(guī)島、BOP、核島部分，構(gòu)成核電站全新數(shù)字化儀表控制系統(tǒng)。

二、核島三廢處理控制系統(tǒng)的總體設(shè)計

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)是以冗余工業(yè)以太網(wǎng)組成的監(jiān)控網(wǎng)， 還有系統(tǒng)網(wǎng)為骨干網(wǎng)的分布式控制系統(tǒng)。整個控制系統(tǒng)劃分為3個功能層次： 采集控制層、數(shù)據(jù)服務(wù)層和操作層。系統(tǒng)配置臺系統(tǒng)服務(wù)器、1臺工程師站、臺操作員站，臺通信控制站及8臺控制站，每臺控制站由相應(yīng)的控制柜和擴展柜組成，DCS機柜用來安裝CPU單元I/0模塊等設(shè)備，其中的臺操作員站各配置四屏顯示卡，用于連接3臺顯示器滿足操作需要。 服務(wù)器站與控制站之間采用冗余工業(yè)以太網(wǎng)連接， 服務(wù)器與操作員站之間都通過冗余以太網(wǎng)連接。控制站的CPU單元與D/0模塊之間通過現(xiàn)場總線Profi Bus-DP連接。為了區(qū)分不同應(yīng)用的具體要求，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和安全性，網(wǎng)絡(luò)均按照全冗余方式配置。系統(tǒng)服務(wù)器/歷史數(shù)據(jù)站采用冗余配置。 任一系統(tǒng)服務(wù)器的故障， 都不會影響系統(tǒng)的正常運行，也不會丟失數(shù)據(jù)設(shè)計原則？

2.2故障安全準則

單一故障不引起核島處理控制系統(tǒng)的整體故障，某個區(qū)域的故障只是部分降低整個控制系統(tǒng)的控制功能，不降低系統(tǒng)的整體功能控制功能的分組劃分，重要關(guān)鍵的工藝控制環(huán)節(jié)均在不同的控制站中配置，如3TEP、4TEP分別布置在104、16a控制站，8TFP的00EV和00 EV布置在1控制站4TEG.8TEG和TBs也是按照機組分開布置，當出現(xiàn)某個控制站功能

故障時能通過另一個控制站的另 一控制序列保證系統(tǒng)功能控制系統(tǒng)的關(guān)健設(shè)備冗余配置， 控制系統(tǒng)內(nèi)的單一故障（例如電源故障和網(wǎng)絡(luò)故障）不會導(dǎo)致運行設(shè)備與備用設(shè)備同時不能運行。

2.3設(shè)備分級要求

安全等級：非安全級

抗震等級非抗震級

控制系統(tǒng)和設(shè)備接地方式為單點接地。各電子機柜中設(shè)有獨立的保護地、信號參考地、屏敝地及相應(yīng)接地銅排。 廠區(qū)電氣專業(yè)接地網(wǎng)接地電阻到控制系統(tǒng)接地級， 系統(tǒng)只允許一點接地，與電氣接地網(wǎng)共地。 嚴格區(qū)分不同性質(zhì)的地， 做到不混接，不同性質(zhì)的地用分干線接入各自的匯流板（或者直接接入總的匯流板各匯流板用總干線接入公共接地極（網(wǎng)），在最終處匯入一點接地。具體系統(tǒng)接地.

3供配電設(shè)計

設(shè)備電子間布置臺電源柜為KSN系統(tǒng)供電，1號電源框分A、B丙路為3#、4樂統(tǒng)提供0AC電源，設(shè)計包括3明主機、4UFS主機和個UPs電池包，號電四柜設(shè)計為A、B兩路為據(jù)機組提供0VAC電源。同時兩個電源框也接收3機組，4機組，8機組的A路、B路48VDC電源給現(xiàn)場配電同時提供DI點查詢電源現(xiàn)場配電和D點查詢電源配電分開典型系統(tǒng)配電原理.4數(shù)字控制系統(tǒng)較模擬系統(tǒng)的優(yōu)越性

國內(nèi)早期的核電站儀控系統(tǒng)全部為模擬式控制系統(tǒng)，比如儀控改造前的大亞灣核電站、嶺澳一期核電站、秦山一朋核電站等，隨著電站運行管理要求的加強，模擬系統(tǒng)已經(jīng)越來越不能滿足實際機組的運行要求，并且由于模擬技術(shù)本身的維護困難、不能實現(xiàn)通訊傳輸、系統(tǒng)之問數(shù)據(jù)很難共享、能耗高、可靠性低等缺點很難采用信息化手段進行電站的上層協(xié)詞管理，國產(chǎn)化數(shù)字儀控廠商以解決目前核電站儀控系統(tǒng)需求為時機，提出了核電站控制系統(tǒng)進行了全面數(shù)字化設(shè)計改造的方案。

數(shù)字儀控系統(tǒng)的強大處理能力能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜的控制邏輯， 執(zhí)行的能力更快出錯幾率，使小數(shù)字儀控系統(tǒng)能夠有效地處理非線性因素， 在設(shè)計工況下均能提供最佳控制。

三、核島三廢處理工藝系統(tǒng)控制設(shè)計

3.1工藝系統(tǒng)總體介紹

對核電廠運行過程來說， 必然會產(chǎn)生一些放射性廢物，對這些廢物，我們在貯存、排放或利用之前，要限制各種排出物的放射性活度。對其進行處理的設(shè)備通常有收集、貯存、處理、監(jiān)測、排故、再利用等一套處理工藝，根據(jù)排出物的處理種類將其分為液體、氣體、廢濾芯、固體。

提高了系統(tǒng)的控精度和自動化水平，易于實現(xiàn)全廠一體化增強了控制系統(tǒng)的可靠性，保證了安全運行控制系統(tǒng)更為柔性，修改方使，控制質(zhì)量能得到提高縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期，降低了控制系統(tǒng)的成本實現(xiàn)了核電站控制系統(tǒng)的第一套國產(chǎn)化，捉高了對核電站控制系統(tǒng)的保障水總之，基于DCS的三廢處理控制系統(tǒng)對于提高機組安全性、控制精度、自動化四、核島三廢處理控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

4.1Dcs控制系統(tǒng)的原理

DS又是分布式控制系統(tǒng)DCS控制系統(tǒng)，它是以微處理器為基礎(chǔ)， 綜合一種工業(yè)自動控制裝置，包括計算機技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來，具有面向控制過程、面用戶、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高等優(yōu)點。

五、工藝系統(tǒng)控制方式的安全性分析

三度處理控制系統(tǒng)的單個控制站的主控按照1：1兀余方案配置，系統(tǒng)支持無擾換，對于關(guān)鍵工藝系線，通過功能分站的方式保護工藝之聞的獨立性以及不同機組同工藝之間的冗余互補性，在數(shù)據(jù)庫通道分配的過程中，具有冗余功能的通道布置在不同卡件上，站間參與邏輯運算的信息點，采用一定的方式布置，對于上下發(fā)的指令采用短指令形式，減少上位故障造成的影響。

六、結(jié)論

本項目分別從學術(shù)背景及國內(nèi)在役核電站同類系統(tǒng)儀控系統(tǒng)的運行情況、系統(tǒng)的總體設(shè)計、具體的工藝控制方式、工程實施中所用硬件軟件平臺的工程設(shè)計以及儀控系統(tǒng)的關(guān)鍵性安全機制的研究幾個方面系統(tǒng)闡述了百萬千瓦壓水堆數(shù)字化核島三廢處理控制系統(tǒng)的PLC整體升級國產(chǎn)化改造項目，為系統(tǒng)儀器控制等方面提供了可靠的理論設(shè)計，并給予了解決方案，足以證明系統(tǒng)滿足核電站三廢處理控制系統(tǒng)的實際應(yīng)用。

參考文獻

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