核电厂数字化仪控系统基础

Common Qualified（简称Common Q）安全级仪表与控制系 统平台组成AP1000安全级的仪表与控制系统，即 AP1000保 护和安全监测系统(PMS)。Common Q平台是CE 核能（CENP） 从欧洲ABB自动化产品公司Gmbh的标准AC160（可编程逻辑 控制器PLC）系统发展而来的，由经过IE级合格鉴定的、专 用于核电厂的商业级硬件和核电厂专用软件组成的计算机系 统。Common Q平台装载各种核电厂专用应用软件，以完成 核电厂安全系统的应用。
核电厂数字化仪控系统基础
核电厂仪控系统的特点
控制对象的工艺流程复杂，监测和控制的参数多而 且各种过程参数联系密切，1000 MW典型的核电站 仪控系统的参数信息量和指令大约是7000~9000个。 系统安全性、可靠性要求高，运行质量直接与仪控系 统性能相关。
反应堆工作或停堆后一段时间内，大部分设备人员无 法接近。
W estinghouse Proprietary Class 2C
M ain Control Room
Traditional Standup Panels
Operator Control and
Monitoring Level
Data Display and Processing System (DDS)
总体结构
AP1000数字化仪表控制系统总体结构以实时数据网为界将整 个仪表控制系统划分为四层。
（2）第2层（通信层）为非安全级的实时数据网，属于， 它是一个多重的100M高速以太网络，一些重要的系统都连接 在该网络上；
（3）第3层 （操作员操作和监视层）为主控制室在内的运 行和控制中心系统和数据显示和处理系统。包括以下系统： 运行和控制中心系统(OCS)、数据显示和处理系统（DDS）。
AP1000核电厂的仪表控制系统主要 特点
（1）采用非能动的专设安全系统，专设安全设施驱动系统 的设计有很大的变化和改进；
（2） AP1000核电厂的仪表控制系统采用数字化分布式控 制系统（Ovation和Common Q 平台），使AP1000的仪表控制 系统得到全面的改进；
（3）人机接口系统设计采用先进的人因工程学原理，改 善了人机接口和运行环境，降低了操纵员的人因错误和负荷 强度；
P la n t M on itorin g
Syste m s
Special M o nito ring
System s
D a talin k In terface
RPI RIO
Tu rbine Is la n d Con trol S y s te m
D istributed P lant N etwork M onitor Bus
数字化仪控系统应用
我国从96年开始在田湾核电站（俄罗斯VVER-428）引进 数字化仪控系统(AREVA/SIEMENS--Teleperm XP+Teleperm XS)， 至今系统已成功运行。目前在建核电站如岭澳二期，已开 工和纳入计划开工的红沿河、宁德、阳江等CPR1000系列 核电项目也全部采用数字化仪控系统（安全级DCS采用三 菱MELTAC平台，非安全级DCS采用和利时公司的HOLLiAS平 台）。只是在田湾核电站和岭澳二期核电站的基础上通过 红沿河、宁德、阳江等核电项目为依托基本实现核电站数 字化仪控系统的国产化（与国内DCS生产厂家成立广利核 公司）。同时对于今后的三代EPR和AP1000核电站也将全 部采用数字化仪控系统。
继电器控制机柜—岭澳一期（数量大、检修靠人工）
岭澳一期核电站模拟主控室
岭澳二期核电站先进主控室照片（三维绘制）
数字化仪控系统对比 模拟仪控系统-优点
能方便、有效的实现具有系统在线检查和自诊断功能， 有助于故障分析和判断； 系统扩展灵活性好、可组态性强，便于维护； 具有强大的数据处理、数据和存储能力，改善了人机接 口。
化设计/国产化开始
主控室自主化设计
数字化 仪控系 统
数字化仪控系统对比 模拟仪控系统-优点
具有很好高的控制精确性和很强大的逻辑运算处理、计 算能力，能显著提高了仪控系统的综合性能，完成以往 模拟仪控系统所无法实现的复杂逻辑运算处理和计算功 能； 以通信网络连接各系统设备，大大减少了连接电缆的数 量，提高了数据传输的可靠性； 能方便有效的实现具有多重冗余、故障安全和容错等功 能，提高了系统可用性和可靠性；
Level
Non-1E Functions
两个控制系统平台
• AP1000数字化仪表控制系统由Ovation和Common Q分布式控 制系统两个平台组成。Ovation平台用于组成AP1000核电厂 非安全的运行、数据显示、控制和监测系统。Common Q 平 台用于组成AP1000核电厂保护和安全监测系统（PMS）。 （1）Common Q 平台
核电站的仪控系统分类
仪控技术
核电站
二代仪模拟量仪表 采用小规模集成电 路和运算放大器， 逻辑量仪表则采用 常规继电器等硬逻 辑电路来控制
秦山一期 秦山二期
FOXBORO公司的SPEC200
大亚湾
Baily9020
岭澳一期（1、2号 机组）
备注
反应堆 保护系 统升级 为TXS
KIT/KPS 采用 HSCAS20 00
Plant Control System (PCS)
Non-1E Functions
Re ac tor T rip B reakers
Protection and Safety M onitoring System (PM S)
1E Functions
PA M S
Com m un ication Level
（7）采用快速降功率系统，降低了对蒸汽排放能力的要 求(AP1000核电厂的蒸汽排放总量仅为40%）；
（8）AP1000设置的多样化驱动系统（DAS），其功能不仅 针对不能停堆预期瞬态事件（ATWS），而且扩大到了不能执 行专设安全系统的情况，增大了核电厂的安全性；
（9）采用大的稳压器容积，在正常的瞬态工况（包括负 荷跟踪、变负荷和调频等）情况下有较好的自稳定性能力。
总体结构
AP1000数字化仪表控制系统总体结构以实时数据网为界将整 个仪表控制系统划分为四层。
（1）第0层和第1层执行核电厂的保护、控制和监测功能。
第0层 (处理接口层)，包括以下的执行部件和设备：核电厂 的执行部件（泵和阀控制柜、开关柜等），敏感元件、一次 仪表等以及反应堆停堆断路器；
第1层（处理层），包括以下的系统：保护和安全监测系 统(PMS)、核电厂控制系统（PLS）、汽轮机控制和监测系统 (TOS)、堆芯仪表系统(IIS)、特殊监测系统(SMS)、多样化驱动 系统(DAS)；
核电厂数字化仪控系统功能设计原则
故障安全原则； 单一故障原则； 多样性原则； 独立性原则； 冗余性原则； 共模故障最小原则； 节能降耗原则； 经济性原则。
三代堆型数字化I&C
• ESBWR
– GE NUMAC and GE/INVENSYS TRICON digital I&C platforms for RPS and ESFAS, respectively
Interface to P lan t Inform ation
S y s tem
Diverse A ctuatio n System (DA S)
D iv ers e A ctu ation
Syste m (D A S)
Processing Level
M oto rG en erator
Set
Process Interface
控制和监测核燃料裂变链式反应及堆芯状态监测的必 要性。
大量核物理、热工、水力及其它一些直接测量无法得 到的参数计算多，且精确性和实时性要求高。
数字化仪控系统简介
数字化仪控系统是以计算机、网络通讯为基础的分布式 控制系统的系统，它进一步引入和开发面向状态的诊断技 术、智能化报警技术、数据库技术、符合人因工程要求的 人机界面、先进的主控室等现代技术，并采用系统化的控 制室功能分析和分配、操纵员作业分析等设计技术，以及 面向核电厂运行安全状态的操作员支持系统包括智能诊断 与智能报警为基础的计算机化操作规程等。
G ate wa ys (T ypi ca l)
To MCR/R諴 In dicators
SafetyNet Info Bus
Logic Bus
Logic B us
To MCR/R諴 In d ica to rs
Rod Con trol Syste m
In co re Syste m (e xistin g)
To NIS Sy s te m
I/O C a b in e t
NSSS Con trol Syste m
Con trol Logic S y s te m
Tra in A
PA MS
IV
III
II
In teg rated
I Pro tection
Cabinets ESFA C
In fo
In tegrated Con trol Lo gic Ca b in e ts (IL C)
FCD时间
1984
1987.8
1997.5 1999.12
2005.12 2007.8 2008.2 2009
商运时间
秦山一期 大亚湾 1991.12 1994.5
岭澳一期 田湾一期 2003.1 2007.5
常规模拟式 仪控系统
岭澳二期 红沿河一期 宁德一期 台山EPR
2010.5
全部数字化仪控自主
• US-EPR
– TELEPERM XS digital I&C platform for RPS/ESFAS – Staff I&C review of pre-application topical reports underway