马赛克控制盘台在核电厂主控制室的应用

窦 颖，郭毅飞，曾 刚，刘志宾，孟庆军

（北京广利核系统工程有限公司，北京 100094）

0 引言

核电厂主控制室是集中监视和操纵核电设备的控制中枢，其整体设计大致可划分为3 个类型：以模拟技术为核心的常规模拟主控制室（即全硬盘控制室）；将核岛常规控制以及常规岛数字化控制相结合的主控制室（即硬盘和数字化兼有的控制室）；及以数字化仪表和控制技术为基础的先进主控制室（即除后备盘以外全数字化控制室）[1,2]。主控制室内的主要设施——控制盘台，是核电仪控系统人机接口的主要载体，肩负着日常信息收集处理，核电厂运行情况监控，以及仪表设备操控等重要工作。随着技术的不断创新，盘台设计也不再局限于整体面板开孔并放置仪表设备的传统控制盘台。

表1 马赛克后备盘与传统后备盘差异对比Table 1 Comparison of mosaic reserve disks with traditional back-up discs

马赛克控制盘台因其设计工艺新颖、简约，且更符合现代化控制室的整体风格，近年来受到越来越多客户的青睐，一些核电项目正逐步将马赛克控制盘台应用于核电厂主控制室。

1 核电厂控制盘台类型及功能

核电厂典型的先进主控制室一般包含以下几种盘台[3,4]：

1）操作员工作站（OWP，Operator Work Place），该盘台为操作员的主要控制手段，通常配置为全数字化设备，包括多个显示模块、主机以及键盘鼠标等设备。基于数字化人机接口，操作员可对核电厂运行状态进行监视和控制。

2）后备盘（BUP，Backup Panel），该盘台为OWP 的后备盘，通常盘面布有核电厂工艺流程的概览图，在相应位置嵌有参数仪表，实时显示核电厂各个关键的参数值。同时盘面还嵌有多个控制按钮及手操器等设备，以便OWP盘台失效时，操作员可利用该盘台监视或操控核电厂，使其保持在安全状态[5]。

3）紧急操作盘（ECP，Emergency Control Panel），当发生紧急情况时，操作员可通过此盘台上的紧急操作按钮进行手动停堆和专用安全设施驱动，以保证核电厂的安全。

4）多样性驱动盘（DHP，Diversity HSI Panel），当反应堆保护系统发生共因故障丧失控制功能时，可操作该盘台触发停堆和安全设施。

5）严重事故盘（SAP，Severe Accident Panel），当发生故障导致电源切断时，该盘台可提供安全信息监控。

6）大屏显示盘（LDP，Large Display Panel）

随着主控制室设计需求不断提升，控制盘台设计也更加人性化、模块化。不仅在盘台结构设计过程中结合了人因工程、人体工程学[6,7]，使得操作员操纵和监视活动更加合理，一定程度上减轻操作员工作强度及精神压力；同时主控室盘台趋于多样化，其单体结构设计趋于小型化[8,9]。

2 马赛克控制盘台优劣势分析

传统控制盘台通常采用整块面板切割制造，加工人员参照概览图，在面板相应位置开孔并放置手操器和仪表等设备，如CPR1000 的阳江3、4 号机组采用的就是日本三菱公司设计的传统后备盘。该类型后备盘由于面板切割工作在项目详细设计前期就已完成，盘面设备类型和位置被固化，一旦后期设计优化升版，如新增设备，则需要在原有面板上再加工，不仅容易损伤现有设备，同时还可能会影响盘面概览图布局；如若调整部分设备位置或删减部分设备，则需要填充盘台面板开孔，费时费力，而应用马赛克控制盘台的后备盘则可有效解决上述问题。

马赛克控制盘台与传统控制盘台相较，主要有以下几点优势：

马赛克盘台的盘面由不同规格的设备及瓦片填充，可依据实际使用需求灵活配置。

在盘台设计固化后，仍具有调整和新增盘面设备的能力，更有利于核电厂后续改造等需求。

马赛克盘台的支撑骨架可通过专业固定件进行扩展以满足不同规格的盘面需求。

马赛克盘台的设备及仪表采用预制电缆插头插拔的安装方式。因此，接线简洁，成套性强，维护方便。既提升了盘内可利用空间和日常维护空间，也提高了设备更换及日常维护的效率。

马赛克盘台的设备及仪表相较传统盘台的设备及仪表更小型化，增加了后备盘对设备的容纳能力，可满足核电厂业主对于主控制室盘台更多样化的要求。

为更直观表明马赛克控制盘台的特点，表1 详细列出了其与传统后备盘的差异。

当然，马赛克控制盘台也有待优化的方面：

首先，马赛克盘台设备相对较小，限制了设备文字打印空间。针对此类问题，可以考虑在设备周边马赛克瓦片增加文字描述或从盘台结构设计角度改进，以满足人因工程中可视要求；其次，马赛克盘台盘面操作范围减小，虽然提升操作员工作效率但也增加了误操作的可能。针对此类型问题，通过两步操作，增加确认按钮来防止误操作。

3 马赛克控制盘台功能及应用

马赛克控制盘台主要由柜体、马赛克设备及瓦片、配套骨架及其安装附件组成。配套骨架为网格状合金面板，作为马赛克设备及瓦片的基础支撑。马赛克设备及瓦片依据设计需求卡在骨架相应位置上，组合成完整的操纵盘面，并安装于柜体上；也可对骨架进行切割用来放置显示器或其他除马赛克设备以外的设备。

3.1 马赛克控制盘台设备类型及功能

马赛克控制盘台有多种不同类型及规格的设备。以主控制室后备盘的设备需求为例，马赛克设备通常有报警指示灯、信号指示灯、旋钮开关、按钮开关、控制瓦片、模拟量指针仪表以及数码显示管仪表等7 种类型。

1）报警指示灯

后备盘报警灯一般分布在盘台上方，其主要功能是核电厂运行过程中的故障信息反馈。依据系统设计需求确定故障信息报警级别，继而确定相应报警指示灯颜色及对应马赛克设备型号。

2）信号指示灯

后备盘除报警指示灯以外，还会在盘面上布置指示灯来显示工艺参数信息等。同样，信号指示灯需根据设计需求，确认马赛克设备颜色以及外观尺寸规格。

3）旋转开关

后备盘通常需要给DCS 发送模式切换指令或控制指令，如KIC 系统和BUP 系统间的切换等指令。旋转开关的选择需根据系统设计需求，如是否需要自复位或非自复位功能，两相还是三相的切换需求来确认。对于个别需具有双步确认功能的特殊设备或需要保障系统功能不受未经授权人员操纵的设备，可选择旋转手柄带钥匙的开关类型。

4）按钮开关

当启动、停止某些设备或确定设备状态时，后备盘需发出执行指令，如报警喇叭和消音喇叭的确认等。按钮开关的选择需根据系统设计需求，如控制指令的重要程度是否需加装按钮保护措施，亦或是否需要指示灯状态反馈等来确认马赛克设备型号。

5）控制瓦片

后备盘通常会发出控制指令给DCS，且需要接收其反馈信号，如控制某些设备开（运行）、关（停止）的指令及接收其相应的状态反馈指示或故障状态指示，不同的状态分别用不同的颜色指示。控制瓦片的指示灯和按钮数量需根据系统设计需求来确定。

6）模拟量指针仪表

操作员需要实时监控核电厂工艺流程中关键设备的参数值，以便确保其安全稳定地运行。因此，后备盘嵌有接收DCS 送来4mA ～20mA 模拟量信号的指针仪表来完成指示功能。仪表类型需根据所反映的工艺流程，来确定指示量程及仪表的外观规格。

7）数码显示管仪表

后备盘除模拟量指针仪表外，通常还会嵌入数码显示管仪表，以便通过数字的形式更为精确直观地显示出工艺参数数值。仪表类型需根据所反映的工艺流程，来确定显示位数及仪表显示量程。

3.2 马赛克控制盘台在核电厂主控制室的应用

目前，马赛克控制盘台已应用于多个核电项目。

阳江5、6 核电项目是中国首个具备“三代”核电主要技术特征，满足最新安全技术标准的自主品牌核电机组。其主控制室后备盘应用了国内首台自主设计并制造的安全级马赛克控制盘台，通过了基准试验、环境试验、电磁兼容性试验、地震试验等多项鉴定试验，完全满足核电厂主控制室对硬件设备的技术要求。2018 年5 月，阳江5 号机组并网发电，顺利完成168h 示范运行，宣布具备商运条件。阳江6 号机组也顺利完成冷试并按计划推进后续调试工作，预计在2019 年具备商运条件。同时，该项目紧急控制盘台、多样性驱动盘及严重事故盘也应用了马赛克控制盘台，无论从外观还是实际操作体验都取得了良好的效果。

红沿河5、6 核电项目及田湾5、6 核电项目[10]，主控制室后备盘、紧急控制盘等同样应用马赛克控制盘台。田湾5、6 项目后备盘除大量马赛克设备外还集成多个无纸记录仪，应用效果良好。现红沿河5 号机组及田湾5 号机组主控制室马赛克盘台均以已全部安装就位，正在开展后续调试工作。

防城港3、4 核电项目是中国自主研发核电技术——“华龙一号”的依托项目，全面贯彻“纵深防御”的设计理念，安全指标和技术性能均达到国际三代核电技术的先进水平。该项目主控制室内布置的核岛辅助控制盘、常规岛辅助控制盘、多样化系统人机接口盘及严重事故处理盘等均采用马赛克控制盘台。马赛克盘台的应用既满足不同盘台多样化设计需求，同时主控制室整体风格更彰显简洁现代化。目前，防城港3 号机组正在工程建设阶段。

4 结束语

通过马赛克控制盘台与传统盘台对比所展现的特点，分析了该技术用于核电厂主控制室的优势及不足。马赛克控制盘台在实际核电项目的成功应用，既肯定了该技术在核电领域的趋势及地位，也显示了其在核电国产化道路上的成果和贡献。

1）在核电厂安全级盘台设计和制造方面，因需充分考虑盘台的抗震、安全通道隔离、人因工程学等多重因素，使得设计人员面临诸多难点。因此，该技术长久以来都被国外厂商所垄断。随着阳江5、6 号机组项目马赛克盘台在核安全局的见证下，顺利通过严格的鉴定试验，实现了核电厂安全级盘台“中国造”的目标。国内首套自主设计和制造的安全级马赛克盘台的成功应用，不仅提升了中国核电站国产化的进程，更填补了中国在该技术领域的空白。

2）在核电厂仪控系统的制造成本方面，马赛克盘台的应用一定程度上减少了盘台制造成本。同时，马赛克盘台最大限度地降低了单个设备对整体盘台的影响，直接减少了盘面设计优化和改造可能带来的附加成本，也间接减少了核电厂后续的维护成本。

3）国产安全级马赛克盘台在阳江5、6 号机组项目的应用，打破了先前国外制造厂商对中国整体安全级盘台进口的价格壁垒，随着国产化的推进，后续单机组后备盘的造价成本相比整体进口马赛克安全级盘台将进一步降低。