核电站仪控系统改造项目规划及实施要点

1郑俊、 2许铭 中核控制系统工程有限公司，北京 1000179

摘要:通过介绍核电站仪控系统改造项目的改造方式，规划了核电站改造项目全生命周期，并对其实施要点进行分析，提出合理策略，以提高仪控系统改造项目实施效率，规避项目实施风险。

关键词:数字化仪控；改造实施；生命周期

1引言

核电站仪控系统是集中管理与分散控制生产过程的计算机系统，其由计算机、网络、通讯技术以及自动控制配合而成，有着分散控制、集中管理的特点。核电站设计寿命为60年，仪控系统可替换设备设计的使用寿命至少10年。长期运行的仪控系统随着设备的老化，逐渐出现了问题，主要表现在仪控设备的可靠性下降，偶发故障增多，故障率逐年上升，维护成本增加，从而需要对其进行改造，尤其是“模拟控制系统+继电器逻辑处理”方式的模拟仪控系统。通过合理规划仪控系统改造项目的实施，可以有效的优化机组运行。

2核电站仪控系统改造的考虑

对核电站仪控系统的改造一般采用两种方式：一种是所谓”like for like”形式的替代，即采取新的仪控系统实现对原有仪控系统的替代，功能上与原有系统基本等同。另一种方式是功能增强型的改造，该种方式将充分利用新系统的技术特点，可满足核电站对安全性、可用性、可靠性的提高或提升机组出力的要求。

根据IEC61513、IEEE7-4.3.2以及国家标准GBl3629的要求，对核电站仪控系统需要考虑纵深防御、故障安全、多样性、隔离、冗余，单一故障等设计准则，并满足软件V&V、硬件鉴定、电磁兼容等方面的严格要求。核电站仪控系统从其执行的安全功能上划分为不同的安全级别，比如华龙一号安全分级为F-SC1、F-SC2、F-SC3、NC等不同安全级别。改造后的仪控系统安全分级，应在原设计的基础上，对照国际或国家标准及规范进行适应性调整。

当前新建核电机组广泛应用数字化仪控系统，其设备开发、系统设计等标准化体系已成熟并得到验证，仪控系统改造较多的是对模拟仪控系统进行数字化仪控系统替换升级改造。无论采用哪种方式，执行改造项目时都存在改造安装调试时间窗口紧张、系统接口复杂、替换系统稳定性和可靠性难以验证等困难。

3改造项目的规划

核电站仪控系统改造的项目生命周期按IAEA相关报告可划分为十一个阶段：1）项目长期战略规划阶段；2）项目可行性研究阶段；3）仪控系统整体架构和基本需求规范建立阶段；4)各子仪控系统详细需求规范建立和招标阶段；5)各子仪控系统详细设计规范阶段;6)系统实现阶段;7)工厂验收测试阶段(FAT);8)培训服务和文件移交阶段;9)各子系统设备安装阶段;10)现场验收(SAT)及调试阶段;11)系统运行和维修阶段。前3个阶段属于项目总体阶段，中间7个阶段属于各子仪控系统改造实施阶段；最后2个阶段则与电站生产工艺系统直接相关。从各阶段活动或任务责任划分，项目生命周期的初始阶段1-4和结束阶段9-11主要由电站业主负责，中间系统开发和设计制造等主要由供应商负责。

以某一供应商为例，结合IAEA相关报告和项目管理协会 (PMI)制定并发布的《项目管理知识体系指南》可将其承担的改造项目的项目生命周期规划为策划阶段、实施阶段和收尾阶段。根据供应商管理体系及设备的特点，实施阶段又可以细分为系统需求、系统设计、系统实现、系统集成、系统测试、产品发货和安装及调试。

做好核电站仪控系统改造的规划，其目的是寻求在仪控系统的维修和改造计划之间对特定电站改造的最优解决方案。生命周期管理计划提供了一种系统性的方法，使得仪控系统改造不再孤立地分系统进行，而是通过对整个电站纳入计划范围内的仪控系统现状进行评估，通过建立计划周期内仪控系统的最终愿景，对改造和纳入维修计划的子仪控系统设备进行系统性地规划管理。

4改造项目的实施要点

数字化仪控技术本身的特点，核电站仪控系统进行数字化仪控系统升级改造的复杂性，改造项目尤需关注以下风险：改造需求（包括功能需求和性能需求）的正确性、完整性及适用性；改造功能（包括功能和性能）的正确性、完整性；改造系统安装调试的及时性、正确性、完整性。通过对核电站仪控系统改造的规划，对应于系统需求、系统测试、系统安装及调试阶段。对改造项目而言，对这些重要阶段进行针对性管理，尤为重要。

4.1系统需求

核电站仪控系统改造的特殊性、复杂性，通过合同及其相关技术规格书等新建项目需求收集方式不能完整覆盖改造项目的需求。除了常规的需求收集外，仪控系统改造项目实施前需要对目标项目使用多种工具和技术完整的收集改造需求，目标项目现场运行环境、运行数据、接口的连接以及业主改造的预期等多维度的数据收集整理尤为重要。需求收集后通过专家判断、数据分析、原型系统建立等多种技术进行分析，形成需求文件及需求跟踪矩阵，来定义、规范项目范围。比如：下图是某核电站XX改造项目需求跟踪矩阵。

图1 改造项目需求跟踪矩阵

4.2系统测试

系统测试是对系统设计是否满足目标项目需求的验证，新建核电站根据安全等级的不同，其过程还有V&V的过程。当前各家供应商都采用测试用例来覆盖需求，并按测试用例执行测试。其测试过程部分采用了测试工装来模拟现场信号和接口信号，完成部分功能的验证。对于核电站改造项目，在系统测试过程中，需要执行以下策略：1、使用能模拟或仿真大范围、多维度的测试工装，进行长时间、完整覆盖的测试以验证系统的稳定性、完整性；2、为实现测试对系统功能及性能的完整覆盖，避免遗漏，需对照需求矩阵逐项对照完成测试用例，然后严格按测试用例执行。

4.3安装及调试

无论新建核电站还是改造核电站仪控系统的安装及调试都是由业主负责，一般新建核电站的安装调试阶段，供应商只提供技术支持，在其中承担工作的比重不大。核电站改造项目于新建核电项目不同，改造项目只能在机组例行检修窗口期有限时间内完成，其中包括老旧设备拆除、新设备安装就位、接口连接、系统调试及验证，不能影响整个核电机组检修后的正常运行。核电站机组检修期间，经常会因为其他系统进度延期而缩短仪控系统安装调试的窗口期，对核电站仪控系统改造项目在现场安装调试阶段，应执行以下策略：1、供应商配合业主在核电机组检修前细化、制定各道工序以及完善的施工计划；2、完善及掌握各道施工环节，尤其对特殊系统接口处理环节；3、建立原型设备，进行多次模拟演练。

5总结

在役运行核电站仪控系统改造是一项复杂的系统工程，业主及供应商应系统性的建立一套完整的项目管理办法和流程，采用行业推荐的生命周期管理理念，充分评估核电站改造期望及实际需求，结合数字化仪控技术的特点，合理识别并控制风险，才能得到最大限度的实现改造目标。

参考文献

[1] 张洁.秦山核电二期核岛控制系统维护优化及改进[J].仪器仪表用户，2016,23（8）：62-65.

[2]蒋祖跃．秦山核电厂反应堆保护系统及其相关设备数字化改造规划和实施策略[J]．原子能科学技术，2010，44