引言：

     經(jīng)過多年努力被处，我國已確立了較為完整的核電儀控設(shè)備設(shè)計、制造安全規(guī)范蜻拨，形成了一批相對成熟的核電儀控設(shè)備供應(yīng)商，國產(chǎn)化程度得到不斷提升血崭。

　　導(dǎo)讀：日本福島發(fā)生核事故之后，客觀上對核電安全的要求提高舰讹，這也給儀控設(shè)備行業(yè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇借睬，同時也對儀控技術(shù)與裝置的研究、設(shè)計卸窿、制造唐肩、選型、應(yīng)用称啸、維護(hù)提出了越來越高的要求澜术。全數(shù)字化儀控系統(tǒng)的應(yīng)用將對確保核電廠的安全猜敢、可靠缩擂、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行撇叁，起到至關(guān)重要的作用。

    今年5月，首屆中國(國際)核電儀控技術(shù)大會在北京召開燕瞭，包括國家核安全主管部門黎困、電力企業(yè)、科研院所以及核電儀控設(shè)備供應(yīng)商等方面的200余名專家质圾，對國內(nèi)外核電儀控技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進(jìn)行交流與研討。

　　全數(shù)字化是發(fā)展趨勢

　　核電站從工程管理拗疯、工程設(shè)計、設(shè)備制造莱找、工程建設(shè)、安全運(yùn)行和退役相满，無一不體現(xiàn)高端技術(shù)。儀控系統(tǒng)就是其中一項(xiàng)重要的組成部分建蹄。

　　中核集團(tuán)科技委副主任、中國工程院院士葉奇蓁認(rèn)為缓墅，雖然國內(nèi)核電行業(yè)采用數(shù)字化控制系統(tǒng)還處于起步階段挑单，但隨著全球信息化和數(shù)字化技術(shù)的迅猛發(fā)展，核電儀表控制系統(tǒng)的數(shù)字化是當(dāng)前核電技術(shù)發(fā)展的必然趨勢扇牢。

　　日本福島發(fā)生核事故之后，客觀上對核電安全的要求提高奕污，這也給儀控設(shè)備行業(yè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，同時也對儀控技術(shù)與裝置的研究嘱根、設(shè)計慌洪、制造冈爹、選型、應(yīng)用农泊、維護(hù)提出了越來越高的要求拷治。全數(shù)字化儀控系統(tǒng)的應(yīng)用將對確保核電廠的安全廊擦、可靠觉浦、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，起到至關(guān)重要的作用歹垫。

　　作為全數(shù)字化儀控系統(tǒng)在國內(nèi)首次應(yīng)用的江蘇田灣核電站，其出色的運(yùn)行業(yè)績?yōu)楹穗娬緝x控領(lǐng)域的發(fā)展提供了良好實(shí)踐暮芭。全數(shù)字化儀控系統(tǒng)降低了人為誤操作引起的非計劃停堆停機(jī)的概率，并從軟件和硬件上確保了電站安全系統(tǒng)的高可靠性舷蟀；全數(shù)字化儀控系統(tǒng)自田灣核電站投入臨時運(yùn)行至今一直穩(wěn)定運(yùn)行，從未發(fā)生由于系統(tǒng)軟件或硬件原因造成的非計劃停堆户痒；與傳統(tǒng)的模擬儀控系統(tǒng)相比赠槽，數(shù)字化儀控系統(tǒng)大大提高了核電廠運(yùn)行的效率、安全性和可靠性外抓。

　　田灣核電站的投運(yùn)，標(biāo)志著國內(nèi)核電市場全數(shù)字化儀控時代已到來，目前在建的核電站均采用了全數(shù)字化的儀控技術(shù)沙庐。

　　何為數(shù)字化儀控系統(tǒng)

　　據(jù)北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司總工程師朱毅明介紹， 核電儀控系統(tǒng)是核電站“神經(jīng)中樞”古涧，體現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域的前沿技術(shù)羡滑，可分為模擬凳宙、模擬加數(shù)字、全數(shù)字三種類型陆宝，經(jīng)歷了三代的發(fā)展過程。

　　最早是上世紀(jì)60年代却坦，核電站是完全基于模擬組合儀表和繼電器的設(shè)計，這種設(shè)計還是比較可靠的扫皱，狀況良好,盡管功能比較簡單，維修起來比較費(fèi)勁，但運(yùn)行效果還是不錯的厕怜。

　　目前在國內(nèi)的核電站基本上都是第二代，控制系統(tǒng)基本沿用了模擬單元組合式儀表递雀，加入了計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)，包括數(shù)據(jù)的采集裤狱、顯示捡霹、報警和日志記錄、趨勢的記錄等岖疲，與國內(nèi)上世紀(jì)80年代火電廠的技術(shù)水平差不多。

　　全數(shù)字化的核電站儀控系統(tǒng)是第三代產(chǎn)品碟狞，它的控制層、監(jiān)控層完全計算機(jī)化脆淹，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)主控室的設(shè)計盖溺，控制回路也根據(jù)計算機(jī)化的特點(diǎn)進(jìn)行了改進(jìn)，而不是把原來模擬系統(tǒng)的邏輯圖、原理圖直接拿過來用計算機(jī)實(shí)現(xiàn)蝗蛙。計算機(jī)系統(tǒng)是有其特點(diǎn)的哮内，所以必須改進(jìn)之后才能應(yīng)用于DCS(分散式控制系統(tǒng))，田灣核電站是世界第一家使用全數(shù)字化控制系統(tǒng)的新建核電站尸钢。

　　在大亞灣和秦山核電站,反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)是組合式模擬儀表加繼電器邏輯仙衩；到上世紀(jì)90年代篇挡，嶺澳等核電站加入了采集系統(tǒng)报葬，在主控室有幾個終端來顯示采集的數(shù)據(jù)和報警挺久，模擬操作盤臺加上數(shù)字化采集系統(tǒng)，常規(guī)島與一般的火電廠基本相同驻债，采用DCS，核島控制系統(tǒng)比較重要暮的，沿用了組合式儀表冻辩。2000年以來，田灣等在建的核電站都用到了全數(shù)字化的控制系統(tǒng), 主控室模擬盤大大縮小拆祈，甚至只剩下一個緊急操作盤恨闪，保護(hù)系統(tǒng)也升級為基于核安全級的DCS。

　　朱毅明把核電儀控系統(tǒng)分為三個層次：

　　一是儀表和執(zhí)行器層次放坏。核電站儀控系統(tǒng)的最基礎(chǔ)層次是儀表和執(zhí)行器層,無論是火電轻姿、核電犁珠、輕工祷骂、化工、石化嗅呻，與主設(shè)備打交道的主要是傳統(tǒng)的變送器藤习、傳感器和執(zhí)行器等。目前在核電站中大部分都是采用模擬技術(shù)导劝，數(shù)字化技術(shù)很少采用第粟，在信號傳輸方面也沒有采用現(xiàn)場總線技術(shù)。

　　二是控制層次齐皂⌒控制層基于數(shù)據(jù)采集單元糕但、DCS控制站和PLC產(chǎn)品，完成現(xiàn)場信號輸入輸出簇娩、自動控制和保護(hù)功能唠魏。

　　三是監(jiān)控層次。傳統(tǒng)的主控室基于老式的模擬盤货裳，有點(diǎn)像上世紀(jì)70年代火電廠的大型模擬操作盤例吹，上面有一些計算機(jī)化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。新型的主控室已經(jīng)取消了模擬盤景图，完全采用計算機(jī)化的操作界面较雕，每個操作員面前會有5~6臺操作終端，但會保留有少量的后備手動操作手段挚币，作為計算機(jī)系統(tǒng)的后備亮蒋。

　　儀控系統(tǒng)安全分級

　　據(jù)朱毅明介紹，各國對核電儀控系統(tǒng)設(shè)備的安全分級有很多種方式妆毕。比如慎玖，歐洲和美國的分類方法就不相同。美國只有核安全級(lE)和非安全級(NC)设塔，歐洲的分類方式比較復(fù)雜凄吏，在歐洲主導(dǎo)的IEC 61226 標(biāo)程中，將安全性重要的儀控系統(tǒng)分為A 闰蛔、B 痕钢、C 三個等級。

　　在美國序六，儀表和執(zhí)行器層次由安全級和非安全級設(shè)備組成任连，安全級設(shè)備中包括一些核專用的核測儀表，如中子通量的測量和與反應(yīng)堆相關(guān)的特殊的變送器拒吧、傳感器划疟。除此之外，還要用到很多核級的常規(guī)儀表描蹦。這種核級設(shè)備的設(shè)計制造苦恶，需要取得國家頒發(fā)的許可證。在非核級的設(shè)備中仆阶，除了一些核電站筝踢、反應(yīng)堆專用的儀器儀表，大多是壓力驯祖、流量彰碑、溫度傳感器和變送器，與普通發(fā)電設(shè)備應(yīng)用的沒有太大的差異彪御，這部分設(shè)備的量也是很大的详般。

　　在控制層初藐，分為核島、常規(guī)島玷利、BOP等部分乍恐。核島的運(yùn)行控制要?dú)w到核安全級系統(tǒng)，因?yàn)槠浔ＷC電廠處于正常穩(wěn)定的運(yùn)行工況丰包。核安全級系統(tǒng)包括反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)禁熏、專設(shè)安全設(shè)施控制(安注、安噴邑彪、輔助給水瞧毙、安全殼隔離等)，還有一些相關(guān)的測量系統(tǒng)寄症。如棒控棒位系統(tǒng)宙彪、堆芯測量系統(tǒng)。常規(guī)島部分基本全是非安全級的有巧；BOP 部分也基本上是非安全設(shè)備,如放射性廢物處理释漆、壓縮空氣、除鹽水篮迎、制氫男图、輻射監(jiān)測、安防系統(tǒng)等甜橱。在監(jiān)控層揭凭，除了主控室外，還有遠(yuǎn)程停堆操作站乞微，當(dāng)主控室不可用時俯重，操作人員可以在遠(yuǎn)程停堆操作站停止反應(yīng)堆反應(yīng)。

　　數(shù)字化儀控系統(tǒng)安全分級

　　據(jù)朱毅明介紹蝉徒，核電數(shù)字化儀控系統(tǒng)也分為非安全級(NC)夕锹、安全級(1E) 二類。非安全級主要完成機(jī)組在運(yùn)行狀態(tài)下的自動控制和監(jiān)控操作认寓，也叫做運(yùn)行儀控系統(tǒng)檬桅；安全級主要完成在事故工況下的保護(hù)和事故緩解功能，主要包括反應(yīng)堆跳堆奉量、專設(shè)安全設(shè)施控制绿捶、事故后監(jiān)視等功能。

　　一网燃、非安全級DCS。從核電站方面講继溯，核電站不愿意采用數(shù)字化控制系統(tǒng)有二個顧慮雄炕。一是因?yàn)閿?shù)字化控制系統(tǒng)都是采用馮諾依曼計算機(jī)基本結(jié)構(gòu)沈条，這種結(jié)構(gòu)的計算機(jī)會不會在某種特定情況下導(dǎo)致全部失效? 比如2000年世界范圍內(nèi)曾經(jīng)爆發(fā)過“千年蟲”。二是軟件的可靠性問題诅炉。軟件的可靠性問題是一個世界級的難題蜡歹，很難對軟件的可靠性進(jìn)行量化評估。國外對于硬件的可靠性已經(jīng)研究了幾十年涕烧，是可以應(yīng)用概率論的方法進(jìn)行量化的月而。復(fù)雜軟件的缺陷是不可避免的,如果要求將數(shù)字化儀控系統(tǒng)軟件的所有條件組合進(jìn)行全覆蓋測試，將是一個天文數(shù)字议纯，沒有任何人任何國家能夠做到父款。所以，造成了核電場對使用基于軟件的數(shù)字化儀控系統(tǒng)是非常謹(jǐn)慎的瞻凤。一般情況下安全級憨攒、非安全級采用不同廠家的設(shè)備或不同設(shè)計技術(shù)的設(shè)備，這是一種多樣化的措施阀参，可以避免控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)同時出現(xiàn)問題的情況肝集。

　　核電站非安全級DCS與火電廠DCS的差異主要在于可靠性和可維護(hù)性的不同。核電站出于運(yùn)營的需要蛛壳，要求產(chǎn)品至少能夠在現(xiàn)場運(yùn)行10~15年芙糙，維護(hù)期20~25年，這對廠家來說是非常困難的骨矗。很多芯片鹊逛、顯示器、計算機(jī)等零部件和裝置都已經(jīng)停產(chǎn)刮血，而DCS廠家卻還要維護(hù)下去款腥。在一些核電站，對于DCS還有抗地震要求颂鞭，要求在SLl/SL2地震條件下保持系統(tǒng)功能的完整性综翠。

　　二、核安全級DCS刑袒。這部分是與火電廠不同的涤墙，反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)是核安全級DCS 重要的應(yīng)用,基本是按照獨(dú)立多通道設(shè)計。目前運(yùn)行的大亞灣程悼、嶺澳一期核電站均采用模擬組合儀表惯缚、繼電器和磁邏輯的反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng), 田灣核電站在國內(nèi)首先采用基于數(shù)字化技術(shù)的反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng), 嶺澳二期和秦山一期保護(hù)系統(tǒng)改造也采用了類似的系統(tǒng)。

　　目前诬像，核安全級DCS研發(fā)最大的問題是軟件的可靠性屋群。目前，軟件可靠性無法量化。

　　核安全級DCS對于實(shí)時性要求很高芍躏，在DCS系統(tǒng)中邪乍，實(shí)時性一方面意味運(yùn)算周期短，但更主要的是確定性对竣。核安全級DCS對于信息安全有很高的要求庇楞，程序和數(shù)據(jù)受到保護(hù)，不受偶然的或者惡意的原因而遭到破壞否纬、更改吕晌。數(shù)據(jù)真實(shí)性和完整性在儀控系統(tǒng)中更為重要，數(shù)據(jù)校驗(yàn)和冗余是有效的方法临燃。

　　國產(chǎn)化是突破重點(diǎn)

　　據(jù)了解厘线，國內(nèi)的核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)發(fā)展了很多年卓俱，但是因?yàn)槭袌鎏「睿^去20多年就3~5個項(xiàng)目物邑，發(fā)展緩慢。但現(xiàn)在不一樣贼匾，在建就是幾十臺,將來還會有幾十臺铛田，市場容量擴(kuò)大了。

　　數(shù)字化儀表控制系統(tǒng)控制著核電站300多個系統(tǒng)近萬套設(shè)備瞪栋，是核電站的“控制中樞”和“神經(jīng)中樞”嚣历，核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)由于安全性、可靠性要求極高荷焦，是核電裝備國產(chǎn)化最重要盟挤、最困難的部分。而控制系統(tǒng)一直是我國成套裝備國產(chǎn)化的薄弱環(huán)節(jié)掌范。

　　目前腻俏，國內(nèi)核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)和關(guān)鍵儀控設(shè)備主要被國外技術(shù)所壟斷，已投運(yùn)或已開工建設(shè)的國內(nèi)核電站項(xiàng)目睦键，所采用的全數(shù)字化儀控系統(tǒng)均直接采用國外產(chǎn)品和技術(shù)目尘，或者由國外公司總承包。數(shù)字化儀表控制系統(tǒng)設(shè)計自主化栗沫，成為我國大規(guī)模建設(shè)核電機(jī)組必須突破的核心技術(shù)之一诺秒。

　　“本次大會為核科學(xué)和儀器儀表領(lǐng)域?qū)＜业膶W(xué)術(shù)交流搭建了一個良好的平臺，對于推動我國核電儀控技術(shù)的發(fā)展谤绳，促進(jìn)產(chǎn)占锯、學(xué)、研缩筛、用緊密結(jié)合消略，推動我國核電儀控學(xué)術(shù)界的國際交流堡称，有非常重要的意義∫杉螅”國家環(huán)保部核安全管理司司長劉華在第一屆中國(國際)核電儀控技術(shù)大會上指出粮呢。

　　據(jù)悉，經(jīng)過多年努力钞艇，我國已確立了較為完整的核電儀控設(shè)備設(shè)計、制造安全規(guī)范豪硅，形成了一批相對成熟的核電儀控設(shè)備供應(yīng)商哩照，國產(chǎn)化程度得到不斷提升。其中懒浮，核電站非安全級數(shù)字化儀控系統(tǒng)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)自主化飘弧；核安全級數(shù)字化控制平臺研制也取得了突破性進(jìn)展，發(fā)布了具有完整自主知識產(chǎn)權(quán)據(jù)的原理樣機(jī)階段的研制成果删广。國產(chǎn)化儀控技術(shù)的發(fā)展將為核電安全架起更為穩(wěn)固的防護(hù)網(wǎng)要尚。

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