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我国在建核电站采用数字化控制系统 国产化突破是关键

导读: 全数字化仪控系统降低了人为误操作引起的非计划停堆停机的概率,并从软件和硬件上确保了电站安全系统的高可靠性;全数字化仪控系统自田湾核电站投入临时运行至今一直稳定运行,从未发生由于系统软件或硬件原因造成的非计划停堆;与传统的模拟仪控系统相比,数字化仪控系统大大提高了核电厂运行的效率、安全性和可靠性。

  今年5月,首届中国(国际)核电仪控技术大会在北京召开,包括国家核安全主管部门、电力企业、科研院所以及核电仪控设备供应商等方面的200余名专家,对国内外核电仪控技术的现状和发展趋势进行交流与研讨。

全数字化是发展趋势

  核电站从工程管理、工程设计、设备制造、工程建设、安全运行和退役,无一不体现高端技术。仪控系统就是其中一项重要的组成部分。

  中核集团科技委副主任、中国工程院院士叶奇蓁认为,虽然国内核电行业采用数字化控制系统还处于起步阶段,但随着全球信息化和数字化技术的迅猛发展,核电仪表控制系统的数字化是当前核电技术发展的必然趋势。

  日本福岛发生核事故之后,客观上对核电安全的要求提高,这也给仪控设备行业带来了新的发展机遇,同时也对仪控技术与装置的研究、设计、制造、选型、应用、维护提出了越来越高的要求。全数字化仪控系统的应用将对确保核电厂的安全、可靠、经济运行,起到至关重要的作用。

  作为全数字化仪控系统在国内首次应用的江苏田湾核电站,其出色的运行业绩为核电站仪控领域的发展提供了良好实践。全数字化仪控系统降低了人为误操作引起的非计划停堆停机的概率,并从软件和硬件上确保了电站安全系统的高可靠性;全数字化仪控系统自田湾核电站投入临时运行至今一直稳定运行,从未发生由于系统软件或硬件原因造成的非计划停堆;与传统的模拟仪控系统相比,数字化仪控系统大大提高了核电厂运行的效率、安全性和可靠性。

  田湾核电站的投运,标志着国内核电市场全数字化仪控时代已到来,目前在建的核电站均采用了全数字化的仪控技术。

何为数字化仪控系统

  据北京广利核系统工程有限公司总工程师朱毅明介绍, 核电仪控系统是核电站“神经中枢”,体现了工业控制领域的前沿技术,可分为模拟、模拟加数字、全数字三种类型,经历了三代的发展过程。

  最早是上世纪60年代,核电站是完全基于模拟组合仪表和继电器的设计,这种设计还是比较可靠的,状况良好,尽管功能比较简单,维修起来比较费劲,但运行效果还是不错的。

  目前在国内的核电站基本上都是第二代,控制系统基本沿用了模拟单元组合式仪表,加入了计算机数据采集系统(DAS),包括数据的采集、显示、报警和日志记录、趋势的记录等,与国内上世纪80年代火电厂的技术水平差不多。

  全数字化的核电站仪控系统是第三代产品,它的控制层、监控层完全计算机化,实现先进主控室的设计,控制回路也根据计算机化的特点进行了改进,而不是把原来模拟系统的逻辑图、原理图直接拿过来用计算机实现。计算机系统是有其特点的,所以必须改进之后才能应用于DCS(分散式控制系统),田湾核电站是世界第一家使用全数字化控制系统的新建核电站。

  在大亚湾和秦山核电站,反应堆保护系统是组合式模拟仪表加继电器逻辑;到上世纪90年代,岭澳等核电站加入了采集系统,在主控室有几个终端来显示采集的数据和报警,模拟操作盘台加上数字化采集系统,常规岛与一般的火电厂基本相同,采用DCS,核岛控制系统比较重要,沿用了组合式仪表。2000年以来,田湾等在建的核电站都用到了全数字化的控制系统, 主控室模拟盘大大缩小,甚至只剩下一个紧急操作盘,保护系统也升级为基于核安全级的DCS。

朱毅明把核电仪控系统分为三个层次:

  一是仪表和执行器层次。核电站仪控系统的最基础层次是仪表和执行器层,无论是火电、核电、轻工、化工、石化,与主设备打交道的主要是传统的变送器、传感器和执行器等。目前在核电站中大部分都是采用模拟技术,数字化技术很少采用,在信号传输方面也没有采用现场总线技术。

  二是控制层次。控制层基于数据采集单元、DCS控制站和PLC产品,完成现场信号输入输出、自动控制和保护功能。

  三是监控层次。传统的主控室基于老式的模拟盘,有点像上世纪70年代火电厂的大型模拟操作盘,上面有一些计算机化的数据采集系统。新型的主控室已经取消了模拟盘,完全采用计算机化的操作界面,每个操作员面前会有5~6台操作终端,但会保留有少量的后备手动操作手段,作为计算机系统的后备。

  仪控系统安全分级

  据朱毅明介绍,各国对核电仪控系统设备的安全分级有很多种方式。比如,欧洲和美国的分类方法就不相同。美国只有核安全级(lE)和非安全级(NC),欧洲的分类方式比较复杂,在欧洲主导的IEC 61226 标程中,将安全性重要的仪控系统分为A 、B 、C 三个等级。

  在美国,仪表和执行器层次由安全级和非安全级设备组成,安全级设备中包括一些核专用的核测仪表,如中子通量的测量和与反应堆相关的特殊的变送器、传感器。除此之外,还要用到很多核级的常规仪表。这种核级设备的设计制造,需要取得国家颁发的许可证。在非核级的设备中,除了一些核电站、反应堆专用的仪器仪表,大多是压力、流量、温度传感器和变送器,与普通发电设备应用的没有太大的差异,这部分设备的量也是很大的。

  在控制层,分为核岛、常规岛、BOP等部分。核岛的运行控制要归到核安全级系统,因为其保证电厂处于正常稳定的运行工况。核安全级系统包括反应堆保护系统、专设安全设施控制(安注、安喷、辅助给水、安全壳隔离等),还有一些相关的测量系统。如棒控棒位系统、堆芯测量系统。常规岛部分基本全是非安全级的;BOP 部分也基本上是非安全设备,如放射性废物处理、压缩空气、除盐水、制氢、辐射监测、安防系统等。在监控层,除了主控室外,还有远程停堆操作站,当主控室不可用时,操作人员可以在远程停堆操作站停止反应堆反应。

 

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