岭澳二期核电站集散控制系统设备安装

张建军

（中电投电力工程有限公司烟台分公司，山东 海阳 265116）

岭澳二期核电站集散控制系统设备安装

张建军

（中电投电力工程有限公司烟台分公司，山东 海阳 265116）

岭澳二期核电站DCS的应用是岭澳二期核电站重大技术改进项之一，采用德国西门子公司TELEPERM XP和AREVA公司TELEPERM XP产品，机柜主要安装在电气厂房LX和联接厂房WX的+11.5 m、+15.5 m标高层，主控室在LX+19.4 m，厂房土建结构与岭澳一期结构相同。受设计、供货和土建问题影响，很大程度上不能满足DCS机柜安装的需要，出现了一些安装问题。此外，由于各种原因，导致DCS供货、设计上存在一定问题，对DCS安装影响很大。

岭澳二期；DCS；TXP；TXS；机柜；安装

1 岭澳二期核电站 DCS系统介绍

岭澳二期核电站是继田湾核电站后，我国第二个应用集散控制系统（DCS，Distributed Control System）的核电站。岭澳二期采用DCS替代了岭澳一期的纯模拟控制系统（继电器、接触器控制），控制及组态更为灵活，人机接口功能增强，为运行人员提供系统自我诊断功能、控制集中、风险分散。

1.1 DCS的组成

岭澳二期核电站DCS系统由TELEPERM XP和TELEPERM XS组成，简称TXP和TXS。TXP为安全相关和非安全相关自动化控制系统，TXS为1E级和安全相关自动化控制系统。TXP是西门子公司成熟的DCS系统，TXS是AREVA公司专门针对核电站核安全仪控领域研发的DCS仪控系统。

1.2 DCS功能分级

DCS按执行的功能分为3个部分，分别为：

1）核级（1E）。

2）安全相关级（SR）。

3）无级（NC）。

1.3 DCS结构

DCS结构分为4层，分别为：

1）LEVEL0工艺接口层：包括现场测量设备和执行机构。

2）LEVEL1自动化层：包括监视和控制电站各系统的信号调整及处理设备。

3）LEVEL2人机接口层：包括供电站运行人员操作使用的常规装置和计算机处理设备。

4）LEVEL3管理层：包括用于支持维修、周期性测试、I&C组态、设备应急管理的计算机设备。

按系统设计及供货顺序又分为3个包，分别为LOT1、LOT2和LOT3，每个包又分为两个批次。3个供货包按电气系统、工艺系统、主控制室和通风、主回路及汽轮机系统来划分，每个供货包之间间隔期约3.5个月。

1.4 DCS设备

岭澳二期核电站DCS设备包括：操作台、大屏幕显示器、计算机、打印机、TXS、TXP机柜和后备盘。

1.5 DCS设备的布置

DCS设备主要分布在电气厂房LX、联接厂房WX，辅助厂房ND246/248房间为辅助控制室。

根据DCS供货商提供的信息和中国核电工程有限公司（原核工业第二设计研究院）出版的设备布置图纸统计，3+8+4号机组共517台DCS设备，其中3+8机组共272台。

1.6 DCS供货商的供货范围

DCS供货商负责所有DCS系统范围内的设备供货，如TXP、TXS机柜、后备盘、操作台、显示器、网络服务器、大屏幕等。此外，还提供DCS设备与设备之间的连接电缆、光缆，并且提供设备接线的相关材料和专用工机具。

2 DCS设备安装先决条件

DCS设备安装，主要是TXP和TXS机柜的安装。DCS机柜安装比普通盘柜对环境的要求更高，这是因为DCS设备特别是控制柜，都是由若干个控制模块组成，每个控制模块都是由大量微电子器件集成，这些微电子器件对灰尘、烟雾、温湿度和静电等更敏感，如果环境条件恶劣，将影响设备的功能和寿期。因此，凡是参加DCS安装的班组和技术人员都必须进行DCS专业培训和考核合格后，方可上岗作业。

2.1 DCS设备间的环境要求[1]

DCS机柜安装所要满足的环境要求是机柜安装的先决条件。根据供货商的安装指导书，具体要求有：

1) 基础结构、墙面粉刷、电缆孔洞、防火通道、密封、防静电地板（如果有）安装完成。

2) 电缆托盘安装完成。

3) 通风和空调系统安装完成并且可用（温度：18～25 ℃，相对湿度：≤70%）。

4) 火灾报警系统安装完成并且可用。

5) 现场电源安装完成并且可用。

6) 接地安装完成。

7) 消防器材安装完成并且可用。

8) 照明及电源插座安装完成并且可用。

9) 通讯系统安装完成并且可用。

10) 地板、油漆、镶板安装完成。

11) 最终可锁的门安装完成。

12) 运输通道的检查。

2.2 文件要求

1）盘柜安装布置图。

2）正确格式的盘柜基础安装质量记录文件。

3）焊工的资质证书。

2.3 人员准备

1）特殊工种应持有上岗资格证。

2）施工班长具备一座核电站以上电气设备安装经验。

3）必须经过DCS安装专业培训，并考试合格。

4）必要时由厂家进行培训并考核合格的人员。

2.4 工具准备

DCS设备安装常用工具如表1所示。

表1 DCS设备安装常用工具Table 1 Normal tools for DCS equipment installation

3 为了满足DCS环境要求需要采取的措施

DCS对环境的要求是DCS设备安装的先决条件，也就是说，一旦DCS机柜引入到房间内，温湿度条件要具备，其他会产生灰尘、烟雾或对DCS机柜造成潜在破坏的施工作业就不能再进行。

下面具体介绍为了满足DCS安装先决条件所采取的主要措施。

3.1 落实供货计划、确定具体房间

在土建、通风、管道、电缆桥架、IED（照明、火警、通讯系统）的设计供图滞后、材料采购供货滞后的情况下，这些专业不可能把全部DCS房间的安装工作全部结束。那么，就要有重点的跟踪和协调，其中最关键确定每一批到货的设备清单和对应的房间。上述几个专业根据分批移交的房间，有计划、有重点地协调图纸材料，调整施工计划，最终达到按期完成施工任务，满

足DCS机柜引入条件。

3.2 设计、安装临时空调系统

在DCS机柜安装时，通风系统不具备投用条件，为了满足房间的温湿度要求，需要由专业人员进行暖通设计，并安装临时空调和抽湿机。

3.3 增设临时消防设施

在DCS机柜安装时，部分机柜固定采用焊接，焊接过程中容易产生火花；端接作业时，对电缆端头进行热缩，带有火源；因消防系统不具备投用条件，需配置临时消防设施，对DCS房间的所有孔洞采用矿棉板进行临时封堵，并派人24 h监护。

3.4 安装临时门及临时孔洞封堵

由于土建门的采购供货时间不能满足DCS房间需要，安装单位需制作临时门进行安装，对房间的孔洞进行临时封堵，以满足建立DCS控制区的要求。

3.5 运输通道具备条件

（1）设备临时运转平台

CPR1000堆型在两个机组公用部分中间位置设计了设备吊装平台，即EU塔。用于L/W厂房+7.0 m及以上标高层的电气设备吊运。

由于设计滞后导致材料采购滞后，EU塔不能按期交付安装使用。经过多方讨论决定，土建在L/W厂房＋11.5m及以上楼层靠4号机侧，每一层预留2 800 mm×2 000 mm（高×宽）的孔洞，并在孔洞处搭设临时运转平台3 500 mm×2 000 mm（宽×深），平台最大载重量为2.5 t。平台尺寸和载重量的确定依据机柜尺寸和重量。

临时平台的设计、材料采购和安装由中广核工程有限公司委托土建承包商实施，安装单位提出尺寸和载重需求。

（2）两个汽轮机厂房之间运输通道回填

这是一条与EU塔联合组成的运输通道，在DCS设备引入前，土建单位需完成此通道的回填和平整工作，以满足机柜运输和吊装的条件。

在机柜运输期间，还要与土建单位协调好汽轮机厂房混凝土浇筑的时间，避免混凝土罐车、泵车占用通道而发生冲突。

3.6 土建预埋基础的测量和修整

土建预埋基础的水平度和直线度是盘柜安装的重点检查项目，对于DCS系统机柜也不例外。在土建房间移交前，安装单位测量部门需对所有DCS设备房间的预埋件进行水平度测量。

测量结果显示，土建预埋件的水平度严重超过国标GB 50131-2007《自动化仪表工程施工质量验收规范》所规定的基础型钢安装允许偏差[2]，最大偏差达到±15 mm。针对超出国标范围的，需协调土建单位进行打磨处理。对于预埋件宽度不能满足盘柜固定点在预埋件中心线上的问题，安装单位需发出澄清，得到设计确认后，按实际轴线进行安装。

3.7 交叉作业的控制保护措施

DCS设备间控制区建立后，按要求其他专业不能再进入施工。但是由于照明、通讯、火警及管道专业供图供货影响，无法完成全部安装，需要与DCS安装交叉进行。对于这种问题，要求对于钻孔和焊接作业要使用1 000 W大功率吸尘器吸出灰尘和烟雾，并由DCS维护人员监护；对于在房间内运输管道的，必须由DCS工程师签字同意并在设备维护人员的监护下进行，从而保证DCS机柜得到可靠保护。

4 DCS机柜的安装

在满足DCS先决条件后，DCS机柜具备了安装条件。根据供货商要求，在DCS开工前，需经供货商现场代表、中广核工程有限公司以及安装单位QC人员组织先决条件联合检查，检查通过后，方可进行DCS施工活动。

DCS设备安装工序如图1所示。在高温天气运输机柜前需要特别注意，由于DCS设备存储在恒温恒湿的A级库，应先将库房温度设置在25 ℃左右运行4 h以上后再出库，避免机柜出库后与户外温度差异太大，在运输过程中产生凝露现象，对机柜构成威胁。同时在运输过程中避免雨天进行。

4.1 机柜固定

图1 DCS设备安装工序图Fig.1 DCS equipment installation process

DCS机柜固定方式有焊接和螺栓固定两种，绝大部分采用焊接。焊接固定的特点是牢固、易调整，缺点是产生焊接烟雾，为了减少焊接电流对机柜的冲击保护，对于敏感电子卡件在焊接时将其拔掉，焊接时接地点的选择尽量靠近焊接点，尽量减小焊接电流；而螺栓固定的特点是简单易操作、无污染物产生，但工作量大、效率低，不可调整。

由于DCS分3个采购包供货，机柜不能成排到货，而设计院设计的机柜固定方式为螺栓固定，这将导致盘间隙无法进行调整。针对这一问题，同供货商代表进行了讨论和分析，最终确定机柜应该采用焊接固定。在没有成排固定前，单台机柜采用点焊固定，待成排到货安装后可将焊点打磨掉，进行最终的调整，以满足盘间隙小于2 mm的要求。

4.2 机柜焊接固定的工艺要求

机柜焊接固定的具体工艺要求如下：

1）在机柜的4个边缘焊接4条焊缝，焊缝长度70 mm，焊角高度为3 mm；

2）机柜底部外边缘与预埋件外边缘之间的距离最少为10 mm；

3）预埋件表面平整。

DCS机柜焊接固定如图2所示[3]。

4.3 焊接固定时需注意的事项

在实施焊接前，要对施焊区域进行检查，检查项目有：

1）施焊区域的预埋件和机柜外壳表面油漆清除干净；

图2 DCS机柜焊接固定示意图Fig.2 Sketch of DCS cabinet fixing by welding

2）机柜外边缘与预埋件外边缘之间的距离大于10 mm；

3）在机柜落位的预埋件上就近焊接接地板供焊机接地。

4.4 焊接固定时存在的问题

由于设计和土建安装问题，导致大量预埋件宽度不能满足机柜焊接要求，机柜外边缘和预埋件外边缘间距不能满足10 mm，焊接时焊条一旦碰到水泥会引起强烈的飞溅。针对此问题，供货商代表给出了现场处理方案，如图3所示。

在预埋件基础宽度不够时，要采取图3所示的方法处理。需要土建单位配合抠开水泥，然后在预埋件上堆焊一块钢板，这样就能满足焊接所需要的宽度。这项工作要在房间内还没有引入机柜的情况下进行，否则土建施工和焊接打磨作业将对已引入的设备造成危害，不满足DCS房间的条件。

岭澳二期DCS机柜基础预埋件局部增宽处理的实物照片如图4所示。

4.5 接地

（1）机柜接地

DCS机柜接地有两种类型，分别是一点接地和两点接地。从机柜的接地点连接接地线接到接地干线上[3-4]。

（2）电缆屏蔽层接地

对于锡箔屏蔽电缆在接线箱处的接地仍需通过金属锁紧头与地连接，锡箔屏蔽层无法像网状屏蔽那样与锁紧头连接，因此需要想办法实现其可靠接地。操作步骤如下：

1）选择合适的长度剥除电缆外皮，并注意不能损伤锡箔屏蔽层；

2）将锡箔屏蔽层反折至电缆根部，留出大约1 cm的长度，去除电缆内部的塑料纸；

图3 预埋件加宽示意图Fig.3 Sketch of widening embedded parts

图4 预埋件局部加宽后的照片Fig.4 Embedded parts after widening

3）剪一段大约3 cm长的网状屏蔽，将其套

在反折后的锡箔屏蔽层上，并将金属屏蔽线从网状屏蔽中间拉出，套上适当长度的屏蔽网，然后将金属屏蔽线紧紧地缠绕在屏蔽网上，将屏蔽网固定；

4）将电缆锁紧头的护帽、塑料插入件依次套在电缆上；

5）然后将网状屏蔽层反折在塑料插入件上，反折长度不能超过塑料插入件的边缘标记；

6）然后组装好电缆锁紧头，并将其固定在接线箱上。

锡箔屏蔽的电缆中的锡箔纸一面有涂覆是导体，另外一面是绝缘体。在这种电缆结构中，与电缆芯线直接接触的一面是导体，另一面与绝缘层接触是绝缘体。因此在电缆头屏蔽处理时要将锡箔纸反折过来后再套上编织网屏蔽层。

5 DCS机柜的维护

DCS机柜引入房间前，临时空调、抽湿系统必须正式投入运行，并保证房间内温湿度满足要求，并建立控制区，控制DCS房间施工人数，严格控制其他专业施工，配备保安和专业的设备维护队伍，全天候进行维护，并按照程序规定对房间内的作业和温湿度情况进行记录、存档，确保机柜处于良好的环境。

6 结论

岭澳二期核电站DCS设备安装是CPR1000核电堆型首堆，通过首堆建设，为后续核电的建设积累了宝贵的经验，归纳如下：

1) 确保机柜运输通道提前达到可用条件；

2) 根据《自动化仪表工程施工质量验收规范》、设备布置图，对预埋件宽度、直线度、水平度进行测量、复查、验收；

3) 提前开展DCS临时空调系统和其他先决条件的准备工作；

4) 同其他各专业进行接口上的梳理，包括土建、机务、电气各专业；

5) 建立DCS控制区并做好维护记录。

[1] EM8安装技术要求DCS系统[R]. PKX4671C308B30444 SS.（Technical Requirements for EM8 Installation of the DCS[R]. PKX4671C308B30444SS.）

[2] GB 50131—2007 自动化仪表工程施工质量验收规范[S].（GB50131-2007 Specifications of the Construction Quality Acceptance for Automation and Instrument Engineering[S].）

[3] Work Instruction for DCS Erection(TXP/OM)[R]. CHN781 EDC WI1-04-05.

[4] RPCS Erection Procedure[R]. FRA NLPG/2008/en/1005.

Simple Discussion on Distributed Control System Equipment Installation in Ling AO II

ZHANG Jian-jun
(Yantai Branch of CPI Power Engineering Co.，Ltd.，Haiyang of Shandong Prov. 265116，China )

Application of DCS in Ling Ao II is a major technical improvement, which adopt German Siemens’TELEPERM XP and AREVA’s TELEPERM XP. The cabinet is mainly installed at the level of +11.5 m and +15.5 m of the electrics building LX and connection building WX. The main control room is located at LX+19.4 m, the civil structure is the same as Ling Ao I. A lot of problems was raised by design, supply and civil construction during the installation of DCS cabinet, which can not meet the requirement. For various reasons, some problems also existed between DCS supply and design, which seriously influence the DCS installation.

Ling Ao II；DCS；TXP；TXS；cabinet；installation

TL37 Article character：A Article ID：1674-1617(2014)01-0047-07

TL37

A

1674-1617(2014)01-0047-07

2013-12-13

张建军（1981—），男，江苏淮安人，工程师，学士，从事核岛电气安装技术支持工作。