核电厂仪控设备可靠性分析-安全级DCS系统
核电站数字化仪控DCS
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核电站数字化仪控系统
深圳中广核工程设计有限公司（CNPDC）
中国核电/仪控系统发展历程
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
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核电站数字化仪控系统
深圳中广核工程设计有限公司（CNPDC）
核电站数字化仪控(DCS) 方案的背景
数字化仪控的应用和发展
计算机技术、网络技术快速发展和广泛应用，已有多种成熟、可靠的DCS 商业产品。国内火力发电机组已成功应用自主知识产权的DCS，国内、国 外DCS产品已形成了竞争的局面。
国内60万和30万火力发电机组已积累了使用DCS系统的经验，秦山一期/三 期，大亚湾/岭澳核电站一期也积累了使用某些数字技术（如数据采集，常 规岛控制）的经验。
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 化设计/国产化开始
主控室自主化设计
数字化仪控系统
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继电器控制机柜—岭澳一期（数量大、检修靠人工）
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Interruptor
核电站数字化仪控系统
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核电站数字化仪控系统
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核电站数字化仪控(DCS) 方案的背景
核电站仪控系统采用数字化已是一种迫切的需要和必然的趋势
法国N4 MCR示意图
提升核电厂DCS系统可靠性与抗干扰性的措施
提升核电厂DCS系统可靠性与抗干扰性的措施发布时间：2021-12-17T04:06:46.478Z 来源：《建筑学研究前沿》2021年19期作者：林贤雯林静怡[导读] DCS系统，即我们所说的集散控制系统。
由于其分散控制，集中管理，配置灵活和可靠性高等特点，成为核电厂中一种主流控制系统福建福清核电有限公司福建福清 350318摘要：DCS系统，即我们所说的集散控制系统。
由于其分散控制，集中管理，配置灵活和可靠性高等特点，成为核电厂中一种主流控制系统。
为了更好保障核电厂安全可靠运行，要重视核电厂DCS系统可靠性以及抗干扰性措施的制定。
通过科学、高效的措施作用发挥，确保核电厂在运营过程中，能够更好的借助DCS系统达成预期的控制目标，切实保障核电厂安全运行。
本文在观点阐释过程中，围绕当前核电厂的安全运行需求出发，就核电厂DCS系统可靠性以及抗干扰性的保障措施进行了观点的阐释和分析。
关键词：DCS系统；核电厂；可靠性；抗干扰性；措施随着计算机以及信息技术的飞速发展，DCS系统具有越来越成熟的技术保障，为此在工业生产领域中，DCS系统也成为工业企业生产控制的核心系统。
对于核电厂的运营而言，通过引入DCS系统，能够充分确保核电厂在运行过程中，通过系统的控制作用发挥，更好保障机组的运行。
所以重视DCS系统运行可靠性和抗干扰性保障，对核电厂更好实现机组的运行管控有突出的影响和价值。
本文在观点探讨过程中，就目前核电厂在运行过程中如何实现DCS系统可靠性以及抗干扰性的措施制定进行了观点探讨。
一、DCS系统可靠性及其提升对策解读在进行DCS系统可靠性的探讨上，其可靠性往往和系统自身的质量，系统使用环境以及系统运维技术和水平等因素有较为紧密的关联。
对于DCS系统而言，在系统运行的过程中，故障发生是不可避免的，而且无论使用的技术多先进，系统研发多完善，都不能规避故障的发生。
所以在进行DCS系统使用过程中，前期要对系统进行精心调试，后期在系统使用过程中，要做好系统的维护，基于此，确保在DCS系统应用的过程中，能够尽可能确保系统使用有较高的可靠性，减少故障的发生概率。
DCS系统可靠性分析及建议
DCS系统可靠性分析及建议摘要：随着DCS系统在电厂监控调节功能的不断增强、应用范围的不断扩大，其可靠性日益受到工程设计人员、基建人员及电厂维护人员的关注。
总结对几套DCS系统的维护工作情况，从DCS设备选型、基建到运行维护几个环节提出提高DCS系统可靠性的建议。
关键词：DCS可靠性系统选型及配置干扰冗余除尘降温试验校验周期1引言DCS是采用计算机技术、通讯技术和屏幕显示技术，实现对生产过程的数据采集、控制和保护功能，利用通讯技术实现数据共享的多计算机监控系统，其主要特点是功能分散、风险分散、数据共享。
随着电厂自动化水平的不断提高，DCS已是一种标准模式，其功能也不仅仅局限于热力系统控制及联锁保护等，发电机-变压器组、厂用电系统乃至自动同期、励磁等指标及可靠性要求很高的专用设备也开始用DCS实现其功能。
可以说DCS是发电机组名副其实的中枢神经，随着DCS监控调节功能、应用范围的不断扩大，其安全、可靠与否对机组安全稳定运行更加重要，因此有必要在DCS系统选型、设计、施工、调试、维护等不同阶段入手，采取有效手段提高DCS控制系统的整体可靠性。
2系统选型及配置不论在新建机组还是老机组进行的控制系统改造，均面临着如何选择性价比高的控制系统的问题。
下面从提高可靠性的角度来衡量，在DCS选型上应注意以下问题。
2.1控制系统的硬件一定要具有高的可靠性，在电子元件上的生产工艺各环节上采用成熟技术，模件卡板要具备热拨插功能。
DPU的响应、运算、存储能力要足够，I/O卡件要具备很强的隔离和抗干扰能力。
2.2控制系统从结构上要充分采用冗余技术。
对于控制系统的交换机、DPU 必须冗余，且冗余设备之间必须实现无扰切换。
2.3在DCS控制系统选型、设计、施工及调试过程中还要充分重视以下问题：a)主要控制器应采用冗余配置，控制器的对数配置，应严格遵循机组重要保护和控制分开配置的独立性原则，均匀配置控制器负荷，一般控制器负荷不能超过50%。
CPR1000核电厂安全级DCS研究
2012年8月第24期科技视界SCIENCE &TECHNOLOGY VISION 科技视界Science &Technology Vision0引言随着分散控制系统(DCS)的快速发展,DCS 所具有的开放性、高可靠性、快速性和可操作性逐步被认可,常规火电厂普遍采用DCS 作为综合控制系统。
DCS 是分散控制系统(Distributed Control System)的简称,它是一个由过程控制级和过程监控级组成的,以通信网络为纽带的多级计算机系统,其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便,大大增加了电厂控制的可靠性[1-3]。
数字化控制系统可以通过通信网络将分散在现场执行数据采集和控制功能的远程控制站与控制中心的各种操作站联接起来,共同实现分散控制、集中监控与管理[4]。
1核电站控制系统设计DCS 一般采用现场总线技术,大量信号通过网络传输,总线为虚拟环网结构,有较高的通信可靠性[5-7]。
核电站控制系统由安全级DCS、非安全级DCS、专用控制系统等3部分构成。
核电站控制系统设计应遵循如下原则:单一故障、多样性、独立性、冗余性等。
考虑安全性,核岛控制系统设置了部分硬接线的控制按钮和显示仪表,安全保护系统采用A、B 2个系列,4个保护通道,执行“4取2”逻辑。
2CPR1000核电站安全级DCS 控制系统设计目前新建的CPR1000核电仪控系统采用日本三菱电机和北京广利核联队提供的数字化仪控系统DCS,其中安全级DCS 采用日本三菱电机的MLETAC 系统,非安全级DCS 采用和利时的HOLLIAS-N 系统。
本文将对安全级DCS 系统进行研究。
安全级DCS 主要是由RPC,ESFAC,SLC,ARC,CCMS 以及SRC 等系统组成。
RPC 系统主要完成停堆保护功能,ES⁃FAC 和SLC 系统主要完成安全专设功能,CCMS 主要完成堆芯状态监视功能,而SRC 主要执行模拟量部分的SR 功能和部分手操功能。
核电站数字化仪控系统(DCS)介绍
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第四页，共39页。
1.2 DCS的发展历史
DCS自1975年问世以来已经历了近三十年的时间，其可靠性、实用性不断提高，功能 日益增强，如控制器的处理能力、网络通讯能力、控制算法、画面显示及综合管理 能力等。
✓ 1996年田湾核电站（俄罗斯VVER-428）引进数字化仪控系统(AREVA/SIEMENS--Teleperm XP+Teleperm XS) 。
✓ 岭澳二期核电站也采用了Teleperm XP+Teleperm XS)，并成功运行。 ✓ 红沿河、宁德、阳江、防城港等CPR1000系列核电项目也全部采用数字化仪控系统（安全级
DCS系统过去只应用在少数大型企业的控制系统中，但随着4C技术及软件技术的迅猛发
展，到目前已经在电力、石油、化工、制药、冶金、建材等众多行业得到了广泛的应用，特 别是电力、石化这样的行业。
• 我国发电厂仪控专业发展的历程基本分为三个阶段：
– 发电厂热工控制（简称“热控”）
1953年-1965年
– 发电厂热工自动化（简称“热自”）
当今，DCS和PLP、TG并列为核电站三大重要设备和采购包。
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第十九页，共39页。
• 仪控系统是操作员的“眼和耳”，可以为操作员提供精确的、适当的信息和在电站 正常、异常运行时为操作员介入运行提供了手段。因此他们对电站的安全和有效运 行至关重要；
• 在电站正常运行时，DCS系统自动控制，这使操作员有时间观察电站的行为，监视电站正在发生什么 ，以便迅速采取正确的纠正行动；安全仪控系统也可以防止电站操作员或自动控制系统带来的错 误或故障而导致的后果。在电站异常状态下，安全仪控系统为保证电站及环境的安全能提供快速 自动功能。
核电厂仪控设备可靠性分析汪昭翔
核电厂仪控设备可靠性分析汪昭翔发布时间：2022-12-27T07:14:47.022Z 来源：《国家科学进展》2022年9期作者：汪昭翔[导读] 随着数字技术的飞速发展，仪控系统和设备在核电厂控制系统中得到了广泛的应用。
仪表控制系统是基于计算机和网络通信的管理系统。
与原有的模拟仪控系统相比，该系统具有较高的控制精度和功能强大、运行处理能力强、易于实现多重冗余、故障安全、容错和自诊断等特点，同时提高了控制系统的可靠性，也大大降低了运行维护成本。
身份证号：46003119910811xxxx摘要：随着数字技术的飞速发展，仪控系统和设备在核电厂控制系统中得到了广泛的应用。
仪表控制系统是基于计算机和网络通信的管理系统。
与原有的模拟仪控系统相比，该系统具有较高的控制精度和功能强大、运行处理能力强、易于实现多重冗余、故障安全、容错和自诊断等特点，同时提高了控制系统的可靠性，也大大降低了运行维护成本。
关键词：核电厂；仪控系统；可靠性引言随着我国核电事业的发展，仪表与控制系统的引入给核电厂的安全与可靠性带来的风险受到了广泛关注。
目前，核电厂仪控系统的状态监测仅针对单台设备，忽略了设备可靠性趋势对整个系统可靠性的影响，存在一定的局限性。
仪控系统是核电站的中枢神经系统，而反应堆保护系统是核电站中枢神经系统的小脑，其可靠性对核电站的安全运行至关重要。
本文对如何提高电厂仪控设备的可靠性进行了研究和分析。
1核电厂常见仪控设备核电厂仪控设备包含数字化控制系统和工艺仪表设备，工艺仪表设备包含就地仪表和远传仪表，远传仪表包含开关量仪控设备和模拟量远传设备，模拟量远传设备又主要包含液位、压力、流量、温度、转速、震动、位移测量设备。
其中模拟量传感器是仪控现场设备中最重要的组成部分之一，其通常用于测量工艺系统过程参数或设备参数，用于核电机组的运行监视、自动控制或通道保护，并且模拟量远传仪表的趋势是可监视分析的。
基于以上原因，本文的主要研究内容就是仪控模拟量传感器。
核电厂仪控设备可靠性分析
核电厂仪控设备可靠性分析摘要：仪表和控制系统是核电站正常运行的关键部分之一，仪控设备的可靠性很大程度上决定核电站的安全性和稳定性。
本文介绍了核电厂仪控设备元件失效率与元件质量等级，分析了接地与屏蔽在仪控设备中的作用，提出了控制电子元件的质量和仪控设备的预防性维修，保证核电厂仪控设备的可靠性，从而为核电厂仪控设备可靠性提供参考。
关键词：核电厂；仪控设备；可靠性随着科学技术的发展和数字化技术的快速发展，核电厂仪控设备也不断地更新换代，为了保证核电厂的安全运行，需要确保核电厂仪控设备的可靠性。
通过控制设备元件质量，采用新的接地与屏蔽方法，加强对仪控设备的预防性维修，保证核电厂仪控设备的可靠性，从而确保核电厂的安全、高效性。
一、核电厂仪控设备元件失效率与元件质量等级（一）核电厂元件的失效率在大亚湾仪控板件中，选了FE7C12加法器、FE7C21函数生成器和FE7F12阈值继电器这3种板件，发现失效率与质量系数、环境系数以及电压应力系数有关。
元件的基本失效率和构成元件的半导体集成电路有关，集成电路越复杂，所包含的晶体就会越多，集成电路越复杂，元件越容易失效。
根据我国《电子设备可靠性预测手册》和美国《电子设备可靠性预测手册》，提供了基本失效率与温度和电压应力系数之间的关系。
通过元件运行环境的温度和元件质量等级，查出相应的环境系数和质量系数，将能算出元件的失效率。
（二）核电厂仪控设备元件质量等级仪控设备的元件直接影响着其本身的运行，元件质量的等级不同，元件的失效率也会不同。
由于核电厂危险性高、投资成本大，因此，对核电厂仪控设备的等级都必须是军用等级。
对元件质量分级标准进行科学评定，经过试验，制定统一的质量等级标准，有利于企业在生产的过程中，能够有效保证元件的生产质量。
二、核电厂仪控设备的可靠性（一）控制仪控设备元件质量控制元件的质量，首先，要确定元件的选用原则以及元件选用等级。
在仪控设备元件采购前，要了解元件的功能、性能以及适应度，保证厂家可以持久供货。
核电厂DCS供电可靠性分析
核电厂DCS供电可靠性分析摘要：核电厂的分布式控制系统（DCS）作为整个机组的控制中心，对电厂的控制起到核心作用；供电设计是整个DCS设计中的重要基础，是保证DCS安全可靠运行的的根本环节；本文以福清核电机组整个调试阶段反应的DCS供电设计问题为例，详细分析了总体供电设计，机柜间电源分配方式等方面遇到的实际问题，并提出了针对性的解决办法和处理意见，对后期的DCS安全运行维护保障和DCS系统的设计改进提供了良好参考。
关键字：核电厂；DCS供电；可靠性；UPS引言福清核电三号机组DCS采用IA平台，其通讯、网络、组态都较为完善，但在供电方式上存在少许问题。
虽然其供电采用双路电源的冗余供电方式，但在福清核电三号机组及同行电厂在调试期间，多次出现DCS机柜同时失去双路电源情况。
通过分析确定主要由DCS供电总体设计存在缺陷、机柜间电源分配不合理等引起，其设计与DCS供电的连续性、多样性存在一定的冲突。
1.福清三号机组DCS供电介绍1.1DCS总体供电设计福清核电3号机组DCS供电采用一路正常电源、一路不间断电源的双路电源同时作用的供电模式[1]。
图1 DCS机柜供电图如图1所示，机组稳态运行时由LNG:220V不间断电源、LMA：220V正常电源两路电源同时供电给DCS。
LHA：应急配电系统采用单向切换的冗余供电方式，正常工况下由LGB：6.6KV配电盘供电，LHP应急电源系统处于备用位置。
当LGB发生故障无法为下游DCS机柜供电时，LHP应急柴油机将紧急启动、柴油机断路器闭合，为下游DCS机柜供电；LGB复役恢复供电后，将断开应急柴油机断路器、停运柴油机，将下游DCS机柜转移至母线LGB。
LNG具有UPS装置，当其上游LGC：6.6KV配电盘与LHA同时丧失供电能力时，UPS会启用备用蓄电池，短时间为DCS机柜供电，不至于DCS机柜瞬时失电，丧失控制功能，为稳定机组状态留下时间。
1.2供电连续性存在问题由于KCP\KSN机柜监视功能存在设计缺陷，当机柜失去一路外部电源只会点亮机柜的面板上报警灯，却不会在主控显示报警以提醒操作员，导致主控操作员不能及时发现控制机柜供电故。
核电厂安全级DCS调试期间常见故障及解决方案
核电厂安全级DCS调试期间常见故障及解决方案摘要：对于核电厂安全级DCS而言，除了要将工艺系统监视并控制在安全可靠的运行范围内之外，还要避免由于自身系统故障导致的停机或者跳堆。
本文主要定义和分析了M310在调试过程中遇到的主要故障，给出了故障解决方案方案和优化措施，通过建立故障类型表来快速定位故障原因，制定合理的解决措施，同时对调试过程中人的行为给出了规范，从而减少由于人的因素带来的影响。
关键字：安全级DCS；故障；原因分析1引言随着分布式控制系统（DCS）的快速发展，以其所具有的开放性、高可靠性、快速性逐渐被核电厂广泛应用。
以M310机组为例分析，该项目安全级DCS系统的设计采用的是Tricon平台，其最显著地特点就是三重模件冗余特性，将极大的提高反应堆保护系统的安全性。
2核电厂安全级DCS的结构及故障类型2.1核电厂DCS的结构如果要系统的分析安全级DCS系统的故障类型，首先我们要先了解其大概的结构，然后再根据其各个部分涉及的系统和部件的类型具体分析。
典型的核电厂安全级DCS系统主要由就地仪表、保护逻辑部分、驱动逻辑部分和驱动单元四部分构成。
2.2故障类型根据HAF-102中对假设始发事件的描述，在核电运行过程中需要考虑的故障类型取决于所涉及的系统和部件的类型。
由图1可简单的看出安全级DCS故障类型可粗略的分为三部分：1)信号故障：包括就地仪表故障及测量传输通道故障，此类故障为现场调试期间最为常见的故障。
2)DCS硬件故障：包括电源故障、输入输出卡件故障、处理单元故障、通讯模块故障等等，发生此类故障一般影响面较大，分析起来相对较为复杂，需要对整个DCS构架了解更为深入。
3)软件故障：由于安全级DCS在出厂之前做过严格的V&V测试，此类故障由软件缺陷导致的概率相对较小，多数是由于在试验期间由于逻辑中某些信号被强制而产生。
2.3故障级别定义对于同一个硬件来说，不同的故障类型会给控制系统造成的影响程度也是不同的；反之，使控制系统无法正常运行的原因也可能是多种多样的。
机组控制系统DCSDEH一体化控制可靠性分析
机组控制系统DCS DEH一体化控制可靠性分析如今的火力发电企业中新上机组都采用先进的DCS控制系统，实现机组管理与监控高度集中化，使风险放散、设备分散，但设计优化方面还需继续提高。
节省投资，降低工程造价、提高设备利用率是摆在发电厂、设计院和电厂运行维护工作者面前的一大难题。
我将结合目前火力发电厂节能降耗、提高机组运行的可靠性、维护方便等各个环节，从机组设计、改造方面提出机组主控系统优化说明。
在我国北方地区新上的单机容量为三十万、六十万的机组中，还有大部分采用三台电泵作为锅炉补水系统，没有采用小汽轮机给水泵系统，而且大汽轮机控制系统的DEH也大多采用和主系统DCS非同一个品牌的产品。
这样给机组的运行维护、设备降造等方面带来很大压力。
下面将结合我厂设计优化和我对南方火力发电厂采用主系统一体化控制成功电厂的调研学习和国外一体化火电厂运行成功经验，浅谈DCS、DEH、MEH采用一体化控制的一些特点。
1．DEH、MEH与DCS采用一体化控制的可行性分析1）DEH、MEH与DCS采用非一体化控制时，DEH、MEH与DCS两系统通过通讯接口连接，通讯点数较少，无法在DCS上实现对DEH、MEH系统的全部操作与监视功能。
事故状态时，只能使用少数几个硬手操进行操控，对系统的安全稳定运行存在风险。
2）DEH、MEH与DCS采用非一体化控制时，MEH与DEH共用一套系统和操作员站，一旦DEH死机或故障，将无法对MEH进行监视与控制，可能产生不可预计的事故。
3）DEH、MEH与DCS采用非一体化控制时，MEH与DEH常共用一套系统和操作员站，MEH输入DCS系统点数有限，要实现控制逻辑优化比较困难，难以实现全部信息共享。
4）DEH、MEH与DCS采用非一体化控制时，在设计小机时只考虑小机本身的保护，而未充分考虑系统保护（因为两个系统是两个厂商去设计，都只注重自身系统结构和逻辑优化，没有作为一个有机体进行优化，控制的协调性较差），因而设计缺乏完整性。