核电站仪控系统数字化改造解析

发表时间：2019-04-24T09:47:32.140Z 来源：《基层建设》2019年第2期作者：刘仕伟1 刘帅2

[导读] 摘要：在核电站改造过程中,重要的一部分就是仪控系统数字化改造，在改造时首先要考虑的工作是处理好部件数量不足、更新换代快，设施老旧、功能退化的问题。

1.中国中原对外工程有限公司北京 100044；

2.恒力石化（大连）有限公司辽宁大连 116318

摘要：在核电站改造过程中,重要的一部分就是仪控系统数字化改造，在改造时首先要考虑的工作是处理好部件数量不足、更新换代快，设施老旧、功能退化的问题。另外，值得从业人员注意的还有，仪控系统数字化改造是一个由外到内的系统过程，不能只看到当前的部件和设备状态，还要根据当前形势、预见未来一段时期内可能出现的设施更新和维护工作。

关键词：核电站；数字仪控系统；数字化改造

引言

随着当前社会经济的快速发展，人们在生产生活中对电能的需求量也快速增加，在此过程中关于核电站的建设和应用也引起了广泛的关注。区别于传统的火力发电以及水力发电，核电站在运行中具有能耗低、污染小、电能产出稳定的特点，实际应用中能为区域电能的稳定供应奠定良好的基础。核电站的运行原理为：通过核装置运行产生热量，之后通过加热水蒸气，转换机械能的方式推动发电机进行发电，以此实现能量转换的过程。在此过程中，分析仪控系统作为核电站运行中的主要控制单元，其运行状态以及效果也引起了研究人员及维护人员的重视。

1数字化仪控系统的主要特点

1.1多样性

所谓多样性就是用两种或两种以上的完全不同的方法实现同样的一个功能，包括功能多样性、硬件多样性和软件多样性。多样性只对安全级系统有要求，而对非安全级没有要求。对于传感器的多样性，只对模拟量有要求，对数字量没有要求。保护系统之间是孤立系统，互相没有任何硬件设备的连接。保护系统内部实现同样的停堆和专设安全设施驱动的功能，但使用了不同的传感器，采用不同的保护参数，采用两套独立的机柜，两个机柜内安装不同的组态软件，采用不同的时序和计算方法，从而实现了保护系统内部的多样性。

1.2冗余性

所谓冗余性，是指并行的重复配置设备，包括软件或硬件，以保证设备出现故障时，能继续保持系统运行，冗余性配置的主要目的是解决单一故障，提高系统的可利用率。所谓单一故障，另外，冗余性配置使得不停运系统时，可进行在线的维修和试验工作，冗余性主要体现在以下几个方面：（1）操作员站和工程师站的冗余。一套仪控系统配置有多台操作员站，工程师站除自有的特殊功能外，兼具操作员站的所有功能。（2）网络的冗余。当一个网络故障，另外一个网络自动投入使用。（3）服务器的冗余。防止服务器损毁，数据丢失。

1.3独立性

保证独立性要求的方式是隔离，隔离可阻止故障的传播，包括实体隔离、功能隔离、电气隔离等。实体隔离使用障碍物或距离，防止设备的故障从一个区域传播到另一个区域。使用功能隔离，降低出现复杂瞬态的概率。使用电气隔离，防止故障通过供电线路或信号线路传播，光电耦合设备是常用的电气隔离的方式。

2核电站仪控系统数字化改造要点

2.1备件问题和设备老化

备件问题及设备老化问题为当前核电站仪控系统运行中主要存在的问题。两类问题的出现造成核电站在运行中组件运行的可靠性和稳定性降低，且造成了一定的安全隐患。实际工作中为有效优化该类问题，应用单位可通过应用分布式控制系统的方式，或采用现场总线控制系统的方式进行仪控系统的数字化改造。通过优化软件技术的方式达到降低设备应用局限性的问题，最终达到提升设备应用质量并发挥组建控制应用效果的目的。另外，分析两类技术方案在实际应用中，智能化控制为其核心运行技术。实际应用中通过核心智能化技术的运行，实现了全站控制设备运行现状的监测以及运行性能的监测，及时针对设备运行中存在的问题及故障现象进行预警提示，最终达到提升系统运行可靠稳定性的目的。具体分析通过核心智能技术的运行应用，有效地减少了独立监测装置的安装数量，并且实现了系统控制的无障碍化。另外，ＤＣＳ系统及ＦＣＳ控制系统在应用中，其备件之间都可进行互换应用，有效降低因设备组件应用选择局限，造成了设备老化及运行成本升高问题。并且在实际运行中设备组件的互换应用，对系统控制运行中的智能性、可靠性、安全性、稳定性提升，奠定了良好的基础。

2.2核电站数字化仪控系统的功能

核电站的数字化仪控系统充分体现了“信息集中，控制分散”的设计思路。随着计算机信息控制技术的不断发展，各生产厂商竞相研制各种丰富多样的自带处理器的智能型I/O块。该类系统模块可与各类传感器，以及马达控制器，电磁阀门进行连接，同时在完成基本控制功能的过程中，还可以随时诊断设备的运行情况。如果在系统应用软件中采用智能控制算法或利用人工智能技术进行自诊断和故障的早期预测，并通过优化过程控制来提高系统的工作可靠性和控制水平，使系统更具有开放性、互操作性和互用性。将使现在的数字化仪控系统更加完善。但是目前因为计算系统在硬件支持方面的不足，较多的功能模块性能实现还存在一定的问题。较多情况下只能实现单一的控制回路和单一的功能控制，对复杂、多组件的设备构件控制还无法应用仪控系统进行全面控制。同时分析在实际发展中关于单回路输出输入频繁的运行方案，目前还存在成功案例少，参考价值低的现象。所以，有的用户借鉴上述仪控系统中的局部设计思路，尝试将现场已经应用成熟PLC设备连接到独立的现场总线网络服务器，与操作站直接通信。尤其在旧的核电站仪控系统改造方案中，可以直接利用现场原有的电缆和一次测量元件及执行机构，只是对监测和控制部分用先进的I/O模块和PLC设备对原来的控制柜或控制仪表进行改造或替换。根据现场的实际情况，选用适当的以太网PLC、现场总线PLC以及远程智能I/O设备更换现场的老式控制柜和辅助继电器柜，甚至利用先进的小型分布式控制网络替代原来的第一代模拟量组装仪表和控制盘台，使原先第一代或第二代的核电站仪控系统重新焕发了生命力，不但解决了原有老系统卡件老化严重且没有备品备件的问题，而且对机组的延寿、安全、稳定、经济运行起到至关重要的作用。

2.3于系统安全可靠性的分析

如果把DCS和FCS两种方案拿来比较可以知道，FCS可以对将要出现的故障进行预测，减少系统故障，具有很强的前瞻性维护效果。利用智能仪表的自我诊断和总线技术，可以连续监视出现的“先导性指示”，预测将要出现的故障。FCS可以进行状态监视，随时排查故障。