全数字化仪控系统在核电厂中的应用

全数字化仪控系统在核电厂中的应用

路明播,张毅,曹璇

中国核电工程河北分公司   河北石家庄050000

摘要：我国社会经济提升与科学技术发展和进步，在各个领域发展方面发挥了巨大推动作用，随着核电领域持续发展，我国已经拥有完整自主知识产权的核电站数字化仪控系统，成功打破了核电厂建设应用进口数字化仪控系统设备的限制，也因此促进了核电厂自动化控制水平大跨步提高，鉴于最新投建的核电厂，仍会继续顺应时代发展形式，逐步实现全数字化控制，所以下文首先梳理仪控系统主要特点，继而分析核电厂全数字化仪控系统应用实例并探讨仪控系统发展模式。

关键词：全数字化仪控系统；核电厂；系统应用

引言

核电具备环保、发电成本低等优势，核电厂稳定运行，可以在提升电力生产效率、提高供电质量等方面发挥重要作用，随着核电厂不断发展革新，数字化仪控系统因为具备控制功能完备、协调灵活且可靠等优势，故而成为保证核电厂安全可靠运营的有效保障，但是出现科技持续优化创新的形势下，核电厂数字化仪控系统需要进行相应的改进，因此很有必要进行全数字化仪控系统总体结构、功能分层以及安全分级等各个方面的深入分析，并探讨仪控系统的未来发展。

1仪控系统的特点介绍与分析

1.1模拟量仪表控制简介

随着科学技术的不断进步，现代化的数字化控制系统已经逐渐取代了传统的模拟量和逻辑量控制系统，这些新型控制系统能够更加高效、准确地对核电厂进行控制，并且具有更高的安全性和经济性。数字化控制系统采用现代化的计算机技术，将模拟信号转换成数字信号，然后通过编程算法进行处理和控制。相比于模拟量和逻辑量控制系统，数字化控制系统具有更高的可靠性，更高的控制精度以及灵活性。

1.2集散控制系统DCS简介

集散控制系统（DCS）在发展过程中，确实是将模拟量仪控技术和计算机技术相结合的产物。作为一种基于工业自动化的控制系统，DCS主要用于监控和控制工业过程中的各种参数和设备。它可以将电厂内的各类信息进行统一处理，并能够帮助操作员更加方便、安全地操纵设备。与传统的仪表控制系统不同，DCS使用数字信号处理技术来处理各种数据，因此需要解决AD和DA转换问题。AD转换器是将模拟信号转换成数字信号的装置，而DA转换器则是将数字信号转换为模拟信号的装置。这两个转换过程都十分重要，因为他们关系到数字信号的精度和可靠性。

1.3现场总线控制系统FCS简介

采用FCS控制系统可以大大降低信号传递所需的电缆数量，因为数字智能现场装置可以通过发送多变量信息来传输信号。此外，FCS还具有智能化的信息实时分析和故障诊断能力，它能够采集和处理设备运行过程中的各种数据，并进行分析和判断，从而帮助操作员及时发现设备故障，并进行修复。这种实时的分析和诊断功能，使得FCS成为一种非常高效、可靠的控制系统。

2核电厂仪控应用实例分析

某核电厂它采用了国际上成熟先进的全数字化控制系统，其中反应堆保护系统基于Invensys公司的安全级Triconex平台，全厂过程控制系统基于Invensys公司非安全级T/ASeries平台。Triconex是一种安全级别很高的数字化控制系统，具有极强的可靠性和安全性。它采用三重容错结构，能够保证在出现故障的情况下依旧能够正常运行，并且支持在线升级和灵活配置等功能。在某核电厂中，Triconex被广泛应用于反应堆保护系统中，确保了核电站的安全稳定运行。

2.1全数字化仪控系统的总体结构

某核电厂DCS系统基于工业自动化的控制系统，它能够对核电站的各个参数进行实时监测和控制。通过采集、处理、分析和传输设备运行过程中的各种数据，DCS帮助操作员更加方便、快捷地操纵设备，提高了核电站的效率和安全性。

2.2仪控系统功能分层

仪控系统在不同层次上主要是按照系统的功能划分的，划分的目的是为了更好地进行管理和维护。一般来说，仪控系统可以被划分为0层、1层、2层和3层。0层，也叫现场层，是指仪表、电控设备等现场设备，主要负责数据的采集和控制，是仪控系统的基础层次；1层，也被称为自动化层，是指PLC、DCS等控制器设备，主要实现对现场层的控制；2层，也叫显示操作层，是指人机界面系统，主要用于工艺参数的显示和操作；3层，也被称为全厂技术管理层，是指企业级管理系统，主要用于数据的处理和分析，以及企业级决策的支持。在实际应用中，根据不同的行业和需求，仪控系统的层次划分可能会有所不同。通过对仪控系统的不同层次的划分，可以更好地对系统进行管理和维护，提高生产效率和质量。

2.3仪控系统安全分级

某核电厂仪控系统的等级，主要参照《法国900MWe：压水堆核电厂设计与建设规程》（RCC-P,1995年），划分为1E和NC两个等级，具体等级如表la1.4。DCS系统的控制原则：全数字仪控系统拥有完整的数据，高可靠性，全面的控制算法，强大的诊断能力，以及开放的灵活性，因此，为了充分利用DCS的优势，我们在设计时，尽量把核岛与常规岛的控制系统放入全数字的整体结构中，只在少数情况下使用单独的控制装置，以充分利用DCS的优势。

某核电厂核岛的仪器和控制系统以DCS为主，核岛上的仪表和控制系统（包括放射性仪表、堆芯仪表和棒控制）因其各自具有各自的功能，且均由专门的厂家制造，因此均以单独供应，并预留了与DCS之间的连接接口。常规岛上的控制系统，除了蒸汽涡轮的控制系统（阿尔斯通）由蒸汽涡轮的制造商提供之外，其余的都被纳入了DCS。

2.4P320平台

阿尔斯通P320Y2作为某核电厂机组的控制平台，实现了对机组的自动控制。由于涡轮控制系统是独立的，所以DCS的总供应商并不能完全掌握所有的参数，所以某核电厂决定将涡轮控制系统交给汽轮机生产商的供货控制系统，并指定涡轮控制系统的输出接口，以便在DCS中对涡轮控制系统进行实时监控。

3未来核电厂仪控系统的发展模式

未来核电厂仪控系统的发展趋势是将分散控制系统(DCS)、可编程控制器(PLC)以及现场总线控制系统(FCS)等技术相融合，从而实现多元化的控制功能

3.1对仪控设备老化问题进行解决

利用智能化控制系统能够有效的延长设备的使用寿命，并提升设备的安全利用率。同时可以利用在线故障诊断技术，能够及时有效地诊断出设备存在的故障，从而提高了维修和调试的效率，并减少了因故障造成的停机时间和生产损失。

3.2核电厂运行管理分析

通过对电厂实时运行参数进行记录和存储，并对分析数据进行分析和管理，可以更好地了解核电厂的运行状态，及时发现潜在的风险和问题。这些分析数据可以为操作员提供有价值的决策支持，在生产过程中帮助他们更加精准地掌握生产情况并采取相应的调整和改进措施。此外，优化的仪控系统还可以实现故障诊断、预测性维护和生命周期管理等功能，提高了设备可靠性和安全性。因此，优化的仪控系统对于核电站的生产和管理具有重要的意义，可以提高生产效率和能源利用效率，降低运营成本，同时增强核电站的竞争力和可持续发展能力。

3.3核电厂经济性分析

由于FCS系统所需变送器数量减少，这简化了与就地设备的连接数量，降低了基建成本，并提高了核电厂的经济效益。此外，多功能智能设备还具有数据全面、可靠性高、控制算法全面、诊断功能强大以及开放灵活等特点，更好地满足核电厂生产过程中复杂的控制需求。因此，尽可能地采用多功能智能设备来完成数字化控制，可以有效提高核电厂的自动化水平和管理效率，提升生产效率和能源利用效率，降低运营成本，促进核电站可持续发展。

结束语：核电厂安全生产与平稳运营，是实现核电厂运营经济效益最大化的基本条件，仪控系统控制能力与控制水平，是影响核电机组设备运行状态的重要因素，无疑也会对核电厂运营发展造成一定影响，据了解，如今核电厂新建项目开始积极应用全数字化仪控系统，因此核电厂对于全数字化仪控系统的应用研究，也成为相关人士重要课题。

参考文献

[1]徐国彬.SH核电工程数字化仪控系统项目管理研究[D].西北大学,2016.

[2]尹宝娟,丁义行,孙王强,等.核电站数字化仪控系统安全保密分析方法研究[J].核科学与工程,2016,36(3):5.

[3]相溢炯.核电厂数字化仪控系统科技创新[J].中华建设,2016(11):2.