提高核电仪控系统软件安全性的验证技术研究

核电厂数字化I&C系统关键技术研究

新能源　Ｃｌｌｉ眦Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｏｖｅｒｖｉｅｗ　

核电厂数字化Ｉ＆Ｃ系统关键技术研究　

刘硐谭悦　（中国核电工程有限公司。北京１００８４０）　

【摘曩】仪表和控制（Ｉ＆Ｃ）系统是核电厂的重要组成部分，数字化对核电厂Ｉ＆ｃ系统提出了新的要求。本文对核电厂数字化Ｉ＆ｃ系统进行介绍　并重点研究了数字４￣ｉ８￣ｃ系统的关键技术。　【关键词】核电厂数字化Ｉ＆Ｃ系统关键技术　

１弓ｌ富　

仪表和控制系统（简称仪控系统，Ｉ＆Ｃ系统）具有对核电厂进行　

监测、显示、控制和保护的功能，是核电厂安全可靠运行的重要组　成。随着计算机技术和控制技术的迅猛发展，核电厂Ｉ＆Ｃ系统已经在　

逐步实现数字化。核电厂数字化Ｉ＆ｃ系统较之前的模拟Ｉ＆Ｃ系统、部　

分数字化Ｉ＆Ｃ系统的安全性和可靠性具有显著提高。　

由于核电厂具有其特殊的安全保障需求，因此对于数字化Ｉ＆ｃ　

系统的研究具有重要意义。　

２数字化Ｉ＆Ｃ系统概述　

数字化Ｉ＆Ｃ系统一般设计为分层结构，根据Ｉ＆Ｃ系统的不同，分　

层方式有所差异，比较具有代表性的分层方法为：自底层到高层可　以分为工艺系统接口层、自动控制和保护层、操作和管理信息层、全　

厂技术管理层。采用分层结构可以将功能分散，减少信息在传输、控　

制过程中丢失的风险，提高Ｉ＆Ｃ系统可靠性。分层结构中的工艺系统　

接口层以及自动控制和保护层相对比较重要，因为对工艺系统实际　控制工作都完成于这两层，而Ｉ＆Ｃ系统的更新升级也多集中于这两　

层。　

一对一功能分散和并行性是数字化Ｉ＆Ｃ系统建设的两大基本　原则。数字化Ｉ＆Ｃ的分层结构保证了一对一功能分散；数字化Ｉ＆Ｃ系　

统的技术基础是二进制数码的串行传输，为了保证数字化Ｉ＆Ｃ系统　

的并行性以及传输效率，一般采用多ＣＰＵ技术，依靠分时运行技术　的应用以及ＣＰＵ处理速度的大幅提高，使得时间分片串行运算像是　

并行动作，从而保证了信息集中监控的并行性实现。　

从数字化Ｉ＆ｃ系统的网络结构分析，其主要经历了集散控制系　

探讨先进逻辑系统在核电仪控系统中的应用

1 引言

在工业控制领域，包括核电站仪控系统，普遍采用多层次的冗余来保证特殊测量的有效性。研制可靠的核电站保护系统的潜在风险之一是使用基于软件的微处理器，软件具有内在的难以解决的运行问题，即使相对简单的系统也需要庞大数量的程序代码，而基于软件的微处理器系统普遍具有独立验证与确认（IV&V）的困难，且存在潜在的软件共模故障风险。

2 先进逻辑系统（ALS）介绍

先进逻辑系统（ALS）是一种可用于安全级系统的控制平台，它是一种具有高可靠性和完整性的通用平台。ALS是一种基于逻辑的平台，该平台使用FPGA来实现主要的控制功能，系统的运行不依赖微处理器或软件，而是采用了简单的硬件架构。ALS由输入卡件（IPB）、核心逻辑卡件（CLB）、输出卡件（OPB）、通信卡件（COM）等卡件组成，通过简单的组合及配置即可实现特定的应用功能。

3 ALS平台背景介绍

2003年末，美国Wolf Creek核电站由于原有系统的可靠性及老化过时等原因需要更换部分安全相关的I&C系统。考虑到当时市场上没有可行的解决方案，在2004年初，Wolf Creek核电站与CS Innovations（CSI）公司合作开发一种可以替换安全相关I&C系统的新的方案。作为这次合作的成果，CSI公司推出了ALS平台，该平台作为一种通用的安全级平台，可用于核电站安全相关I&C系统。

4 ALS平台架构

ALS平台主要由一个或多个ALS机箱及一个组件盘组成。其中每个机箱最多可插入10块卡件，典型的ALS平台通常配置6-14块卡件，但根据不同的应用要求，通过扩展总线，整个平台最多可配置6个机箱、62块卡件，在最大配置下，每个系统帧的最大速度为10ms；而组件盘包含终端模块、保险丝及其他现场接口硬件等。ALS机箱为工业标准的19英寸机箱，可安装于广泛存在的19英寸的机柜支架上。

4.1 ALS卡件

ALS平台基于通用ALS卡件的组合，通过预先的配置，可满足不用应用的要求。每块卡件都有至少一块FPGA芯片执行主要的控制功能。基本的ALS卡件包括：核心逻辑卡件、输入卡件、输出卡件和通信卡件。

浅析EPR核电厂总体仪控试验设计方法

李永进;刘洋

【摘要】结合台山EPR总体仪控试验设计策划的方法,系统阐述试验程序结构设计过程中的识别初始事件、排除验证工况和优化程序结构三个关键过程.通过对试验设计方法的浅析,旨在为后续中方企业自主规划和设计先进核电站总体仪控试验提供借鉴和参考.

【期刊名称】《科技视界》

【年(卷),期】2018(000)013

【总页数】4页(P45-47,105)

【关键词】总体仪控;最终安全分析报告;单一故障;失电试验;切换试验

【作者】李永进;刘洋

【作者单位】中广核工程有限公司,广东深圳 518124;台山核电合营有限公司,广东

台山 529228

【正文语种】中文

【中图分类】TM623

0 引言

台山核电厂1、2号机组采用欧洲压水堆核电厂（EPRTM）机组。由AREVA联合EDF以及德国用户开发，以法国N4和德国KONVOI机组为基础，采用先进核电技术演变而来。 EPR核电机组采用全新供电方式，厂用电系统接线设计为4列x 50%冗余，满足N+2原则。执行安全功能的电气系统在各种运行瞬态和假设事故状态下，即使一列检修加上一列单一故障仍然可以保证安全功能。因此，EPR与CPR1000机组供电方式不同。

对于安全级系统，冗余序列的数量满足N+2准则：

N=正常运行时所需要的列数（如果单列=100%能力，则只需1列；如果单列=50%能力，则需 2列；如果单列=33%能力，则需 3列）

+2=除了正常运行所需的N外，还附加同样容量的两列作为备用，用于应对两种特殊运行工况：1）发生事故而丧失一列；2）计划维修而导致一列不可用。

基于EPR全新的供电方式和仪控设计，AREVA联合台山调试团队为台山EPR设计和策划了全新的总体仪控试验程序结构体系，并且将其命名为OIC试验（Overall I&C test）。该试验为核岛综合性联调试验，包括机组降级运行试验、仪控系统切换试验、仪控系统性能试验和特殊工况试验等类别，用以验证核岛工艺和仪控系统设计，同时满足仪控系统试验验证策略完整性的要求。

Eplan二次开发技术在核安全级仪控系统电气设计中的应用

第26卷第12期

2019年12月仪器仪表用户INSTRUMENTATION Vol.262019 No.12

Eplan二次开发技术在核安全级仪控系统

电气设计中的应用

张旭，刘明明，刘全东，金兴连，高楠，李尉弘

（中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，成都 610213）

摘要：随着工业4.0、工业互联网战略等智能技术的提出，实现软件自动化设计已成为制造业的发展目标。在这

种背景下，生产流程自动化的趋势也开始日益明显，新一代的自动化设计软件成为人们的需求重点，这也推动了自

动化软件行业的发展。

关键词：Eplan；二次开发；电气设计

中图分类号：TP391.9 文献标志码：A

Application of Eplan Secondary Development Technology in

Electrical Design of Nuclear Safety Class

Instrument Control System

Zhang Xu，Liu Mingming，Liu Quandong，Jin Xinglian，Gao Nan，Li Weihong

（Nuclear Power Institute of China,Science and Technology on Reactor System Design Technology Laboratory,Chengdu,610213,China）

Abstract：With the proposal of industrial 4.0, industrial Internet strategy and other intelligent technologies, software automation design has become the development target of manufacturing industry. In this context, the trend of production process automation is becoming increasingly obvious. The new generation of automation design software becomes the focus of people’s needs, which also promotes the development of automation software industry.

核电站工控信息安全风险分析与探讨

威努持技笨肓电肚司

北京威努特技术有限公司

在过去的几年里，世界各地区因伊朗的“震网病毒”事件惶惶不安，随着工业革命新一轮的浪潮，国家关键基础设施安全与国家安全一并提上日程，各国

之间网络空间战拉开序幕。过去采用纯物理隔离的工业控制系统安全防护方式，看似无懈可击，实则在新一轮的技术革命中不堪一击，显得无力而苍白。各国之间能源竞争白热化，纷纷动手抢占资源的至高点。而安全是保证国家和平发展的前提。

核电站往往让大众感到神秘而敬畏，核电站最大的影响是核事故、核灾难。

核电站事故不但会影响周边环境，其影响甚至会超出国界。核安全要求在核电站设计、制造、建造、运行和监督管理中，将风险降低到能够实现的最低水平。为此，必须基于人们对核安全的根本目标和原则的理解，正确认识它们之间的相互

关系。

对核电站规定了三个安全目标：第一个是总的核安全目标，即实现核电站的安全、

稳定、可靠运行，其余两个是解释总的目标的辅助性目标，为辐射防护目标和技术安全目标。

总的核安全目标由辐射防护目标和技术安全目标所支持：

1. 辐射防护目标

保证在所有运行状态下，核电站内的辐射照射或由于该核电站任何计划排放放射性物质引起的辐射照射保持低于规定限制并且合理可行尽量低，保证减轻任

何事故的放射性后果。

2. 安全技术目标

采取一切合理可行的措施防止核电站事故，并在一旦发生事故时减轻其后果，

对于在设计核电站时考虑过的所有可能事故，包括概率很低的事故，要以高可信任度保证任何放射性后果尽可能小且低于规定限制，并保证有严重放射性后果的事故发生的概率极低。而网络安全是保证安全目标的最重要一环，没有网络安全就没有核电站的安全，安全目标也难以保证。AM北京庭努持按术肓翼笛司

Tedhndafki 3jLJEd_

北京威努特技术有限公司

PICS工作站用以提供详细的信息和控制手段来操作电厂运行, 如果PICS不

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

一种基于DeviceNet现场总线协议的安全通信层设计

刘曜;袁熹;刘朝晖;吴志强;韩文兴;阳小华

【摘要】以核电站数字仪控系统为背景，以提高网络通信可靠性为目的，提出一种基于DeviceNet现场总线协议的安全通信层协议设计。本研究通过分析国标IEC61784所提出的八种通信故障，在原协议的基础上扩展了几种安全措施，可以预防以上所有通信故障，保证整个通信系统的可靠性和安全性。本文在硬件平台MICON系统上进行了协议栈的开发和验证，实验证明这些措施能够满足该平台对可靠性及安全性的需求。%For the purpose of improving the reliability of the

network communication in the digital instrumentation and control system

of nuclear power plant,a safety communication protocol design based on

DeviceNet was proposed.According to the eight kinds of commu-nication

failures defined in the national standard IEC61784, we extended several

safety measures to prevent those communication failures and ensure the

reliability and safety of the whole communication system.In order to verify

their validity,we developed a protocol stack on the MICON platform and

designed some test cases.The test results show that they can meet the

国内外核电仪控技术的现状和发展趋势分析

目前，核电作为一种清洁、高效的能源形式，在全球范围内得到广泛应用和推广。而仪控技术作为核电站运行中的关键环节，不仅决定着核电站的安全可靠性，同时也直接影响核电站的经济效益。下面将从国内外核电仪控技术的现状和发展趋势进行分析。

首先，核电仪控技术的现状。目前，国内外核电仪控技术都已经进入了数字化和智能化的时代。在信息化技术的支持下，核电站的自动化水平得到了大幅提升，从而实现了全程的自动化控制和远程监控。例如，国内的核电站已经引入了先进的数字化控制系统（DCS）和数字化仪表系统（DDS），通过自动化控制、故障诊断和业务管理功能，提高了核电站的运行效率和安全性。而国外的核电站在仪控技术方面更加先进，例如美国的核电站普遍采用了先进的数字仪表和控制系统（EP&C），具备更高的可靠性、安全性和易用性。

其次，核电仪控技术的发展趋势。随着科技的不断进步和应用的深入探索，核电仪控技术也将迎来更多的创新和发展。一方面是数字化和智能化技术的应用。未来的核电仪控系统将更加注重信息的高速传输和处理，通过物联网、云计算等技术实现多维度的实时监控和智能决策。另一方面是安全性和可靠性的提高。核电仪控技术将加强对核电站设备状态的监测和评估，及时预警和处理潜在的故障隐患，进一步提高核电站的安全性和可靠性。

再次，核电仪控技术的国内发展现状。在我国核电仪控技术方面，虽然有了一定的进展，但与国外相比仍存在差距。主要表现在以下几个方面：技术创新能力较弱，核电仪控技术仍以引进为主；核电仪控系统的数字化水平相对较低，自主控制与智能化程度有待提高；对于自主研发和本土化生产的支持不够，核电仪控系统主要仍依赖国外供应商。

最后，核电仪控技术的国内发展趋势。在我国加大核电装机规模的背景下，核电仪控技术的发展任务也更加紧迫。未来国内核电仪控技术的发展趋势将主要表现为：技术自主化程度提高，加强创新能力和自主研发能力；加强国内供应链建设，促进核电仪控系统的本土化生产；加强国际合作和技术引进，吸收国外先进技术，推动核电仪控技术的快速发展。

敢为人先坚持自主通过自动化技术使核电更安全、更经济——访北京广利核系统工程有限公司总经理江国进

通过自动化技术使核电更安全、更经济

a

北京广利核系统工程有限公司（简称“广利核公司”）是中国广核集团下属的一家高科技企业，从事数字化仪控系统的设计、制造和工程服务，面向核电站等高可靠控制领域提供数字化仪控系统（DCS）一体化解决方案。广利核公司是我国首个针对核电仪控领域设立的国家级研究机构——国家能源核电站数字化仪控系统研发中心的依托单位，也是我国第一个能够基于自主产品为核电站提供全厂DCS解决方案的企业。广利核公司长期坚持自主研发，取得了多项填补国内空白的技术成果，拥有含核级、非核级、专用仪控、多样性及核应急系统在内的完善DCS产品线。广利核公司成功研发了我国首个完全自主知识产权的核级DCS通用平台——和睦系统（FirmSys），使我国成为全球少数几个掌握该技术的国家之一。目前，广利核公司的自主仪控产品已在国内外超过600个核电仪控项目中成功应用。覆盖中国大部分在役和新建核电站，并成功出口到阿尔及利亚和韩国，参与当地机组的核级仪控设备改造。无论是新机组建设还是在役机组改造，基于广利核公司自主通用平台的仪控解决方案均经受住了工程应用的实践检验，得到了用户的充分认可。关于广利核

江国进先生，北京广利核系统工程有限公

司

总经理，研究员级高级工程师。参与并主持国家重大工程及科研项目11项，获国家级、地方级科技进步奖和专利奖15项。江国进先生一直致力于推进核电站数字化仪控系统的自主化、国产化和智能化。他主持研发的我国首个具有完全自主知识产权的核级数字化仪控平台——和睦系统填补了国内空白。关于江国进敢/为/人/先坚/持/自/主

——访北京广利核系统工程有限公司总经理江国进

访问嘉宾_北京广利核系统工程有限公司_总经理_江国进访问人_《仪器仪表用户》杂志编辑部主任_曲国利时间_2018年06月08日地点_北京

核电厂电仪系统发展趋势及数字化改造论文

探讨核电厂电仪系统的发展趋势及数字化改造

摘要：本文首先介绍了核电厂仪控数字化改造发展趋势，然后阐述了核电厂电气系统，最后探讨了核电厂仪控数字化系统方案和改造研究。

关键词：核电厂；仪控系统；发展趋势；数字化改造。

中图分类号：tm6 文献标识码：a 文章编号：

1 核电厂仪控数字化改造发展趋势

目前,我国核电行业仪控数字化系统还处于起步阶段,但随着全球信息化和数字化技术的迅猛发展,核电仪表控制系统的数字化是当前核电技术发展的必然趋势。日木福岛发生核事故之后,客观上对核电安全的要求提高,这也给仪控设备行业带来了新的发展机遇,确保核电厂核能发电的安全可靠性成为核电厂仪控制数字化改造的驱动力。作为仪控数字化系统在国内首次应用的江苏田湾核电站,其出色的运行业绩为核电站仪控领域的发展提供了良好实践。仪控数字化系统降低了人为误操作引起的非计划停堆停机的概率,井从软件和硬件上确保了电站安全系统的}高可靠性;仪控数字化系统自田湾核电站投人临时运行至今一直稳定运行,从米发生由于系统软件或硬件原因造成的非计划停堆;与传统的模拟仪控系统相比,数字化仪控系统大大提高了核电厂运行的效率、安全性和可靠性。田湾核电站的投运,标志着国内核电市场全数字化仪控时代已到来,目前在建的核电站均采用了全数字化的仪控技术。

2 核电厂电气系统一般核电厂电气系统不意图如图1所示。

输配电系统的设计与机组容量、电网系统环境等密切相关,各核电厂设计会有较大差异。将核电厂电气系统纳人dcs监控具有非常重要的意义。其主要特点有:

1)可减少使用控制开关、仪表、光字牌等,降低了事故发生的机率,同时减少控制器占用的面积。

2)dcs监控系统是采用标准化模块集成,降低了设备的维护与维修费用和工作量,井且操作简单,图形化显不更直观。

3)dcs系统具有自检功能,大大的加强了核电仪控的安全性,采用数字化运行规程能够降低人为操作失误带来的安全隐患,并且具有连锁保护功能,可以通过计算机对其控制。