核电厂数字化仪控系统结构比较分析

相溢炯

中图分类号：TL374 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2016）06-000-02

摘要随着“十二五”核电的飞速发展，以及“十三五”核电走出去的规划落地，核电仪控系统也经历了长足的发展。本文对国内核电厂仪控系统的发展进行回顾，结合国内核电厂的实际应用情况，对核电厂仪控系统结构进行比较分析并提出国内供货商研制核电数字化仪控产品需关注的问题。

关键词核电厂 数字化仪控系统 比较分析

基于核电行业的特点，核电厂仪控系统需要具备成熟性、安全性、可靠性和经济性的原则。本文对早期基于模拟组合单元仪表和继电器等硬件逻辑电路技术的核电厂仪控系统的特点和应用情况进行了介绍，对国内新建核电厂数字化的仪控系统的结构进行对比分析。通过对比分析，总结出国内供货商研制数字化仪控系统的需要解决的问题。

一、早期的核电厂仪控系统

世界上绝大多数核电厂于20世纪70-80年代建成，由于数字化仪控系统技术尚未成熟，因此早期的核电厂采用的是在当时看来成熟的基于模拟组合单元仪表系统和继电器等硬件逻辑电路技术。我国的大亚湾、岭澳一期、秦山一期和秦山二期均采用这种模拟技术。其中，大亚湾和岭澳采用法国的Bailey9020单元组合仪表进行模拟量控制，采用继电器进行开关量控制。秦山一期和秦山二期采用Foxboro公司spec-200系列单元组合仪表进行模拟量控制，采用继电器进行开关量控制。

二、核电厂数字化仪控系统的发展

随着数字化仪控系统技术的日益发展，以及在传统行业（火电、石化）中的大量使用，其成熟性不断提高，其优越性越来越明显。如：计算精度高，运算能力强，网络通讯减少电缆数量，冗余、容错、自诊断易于故障检测和维护，数据存储、事故追忆、改善人因工程和人机接口提高安全性。数字化仪控系统不断地被核电厂所接受并采纳。从上世纪90年代开始，国外开始出现了采用DCS技术的核电厂。英国Sizewell-B核电厂采用了数字化的数据采集、数据通信、逻辑处理控制算法和自动控制指令，然而人机接口依然采用常规仪表的“半数字化”仪控系统。法国的N4核电厂，采用了基于微处理器和局域网通讯的DCS技术的全数字化仪控系统。随着早期核电厂仪控系统产品的逐步退役，国外对在役核电厂的仪控系统进行了数字化改进，匈牙利波克什（PAKS）核电厂1-4号机组于2002年完成了仪控系统数字化改造；保加利亚科兹洛杜伊核电厂（Kozloduy）5&6號机组于1996年进行了全数字化改造；瑞士 Beznau 核电厂于2001年完成保护系统的数字化改造。

国内核电数字化仪控系统的发展基本上是三家集团之间的较量，中核、广核、总得来说这些公司的国产化工作还在进行当中，数字化仪控系统特别是安全级数字化仪控系统国内还没有非常成熟产品。因此，国内新建的核电厂基本上都是引进国外数字化仪控系统产品（安全级+非安全级），其中阿海珐和西门子的产品TXS + TXP应用于我国田湾一期/二期、岭澳二期和福清三期核电厂，西屋公司的产品Common Q + Ovation应用于我国海阳一期和三门一期核电厂，施耐德公司的产品Triconex + I/A应用于我国方家山、福清一期/二期和昌江一期核电厂，三菱和和利时公司的产品Meltac + HOLLiAS_N产品应用于我国红沿河一期、宁德一期、阳江一期/二期、台山一期和防城港一期核电厂。

三、核电厂数字化仪控系统的对比分析

以TXS + TXP是欧洲核电数字化仪控系统结构的代表，系统采用多样化的功能方案。人机接口采用全功能工作站，通讯方式实现双向传输，控制室有较大规模的后备盘和应急控制盘和大屏幕。Common Q + Ovation是美国AP1000堆型核电厂数字化仪控系统的结构代表，人机接口分为安全级工作站和非安全级工作站，布置上采用“前三后一”的形式，分别设置了ROA，ROB，ROC和SRO四个操纵站。

Triconex + I/A从2008年开始应用于国内M310和CP650堆型， Triconex在石化领域ESD系统有大量的应用，其三重冗余的设计提高了机组的可靠性，非安全级DCS产品为I/A在火电厂应用广泛，其仪控系统结构图如下图所示。

Meltac + HOLLiAS_N产品应用CPR1000机组，日本核电数字化仪控系统引进美国技术，其产品的技术路线与美国是一致的，非安全级产品由和利时供货。系统结构图如下：

数字化仪控系统给核电厂带来诸多优越性的同时，也引入了新的问题：比如1）仪控系统结构设计技术的论证不够充分，例如采用集中式还是分布式的数据库等。2）新的故障模式——共模故障，影响着失效模式、安全评价的研究；3）控制系统软件质量保证。

随着国家对“十三五”核电走出去的号召，核电仪控系统数字化、国产化是历史必然。国内三大集团都在加紧核电数字化仪控系统的研制，本文针对国外成熟产品的使用情况和系统结构的对比分析并提出了新的需要解决的问题，为国内供货商研制出成熟、安全、可靠的核电数字化仪控系统产品提供参考。

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