中国核电工程有限公司 北京 100840
摘要：近年来国内外核电发展迅猛，一个厂址一般有多个机组同时运行且都是采用的单元机组布置模式，这样就会存在诸多影响整体安全性和经济性的问题。本文提出了一种核电站群堆管理的监控系统及方法，详细说明了该监控系统的实施方案。该监控系统的实现，解决了多机组运行模式下存在的各机组监控系统分散和生产指挥调度工作难以整体协调的问题，从而实现了群堆管理模式下的统一接口协调需求，提高了整体运行的安全性和经济性。
关键词：核电站；群堆管理；监控系统
0 引言
目前核电站已普遍采用DCS作为主要的监控手段。田湾核电站首先采用了全数字化DCS系统，后来岭澳二期和福清方家山项目也相继采用了全数字化DCS系统。DCS系统包括一层和二层，一层为自动控制和保护层，负责电厂不同工艺监视系统的信号调制和处理；二层为操作和信息管理层，是实现电厂监控的主要人机接口，使操作员能够操作电厂，并监督电厂状态。
核电站群堆管理监控系统与单元机组DCS系统不同。群堆管理监控系统并不在核电站的生产控制大区内，而是在管理信息大区，且需要集中所有运行机组的总体运行信息。因此传统意义上的单元机组DCS系统应用在群堆模式下不合理。
目前一个核电厂址一般有多个机组同时运行，且都是采用单元机组布置模式，这样就会存在以下问题：
各机组DCS分散，无法全面掌握所有机组的运行状态和参数；
各机组控制站分散，不能集中调用各机组变量的趋势、报警、列表等实时信息；
各机组之间距离较远，一个机组值长无法及时获知其他机组的重要安全和经济参数，不利于核电站的整体生产指挥调度工作；
机组出现任何异常信息，不能及时统筹处理，影响核电站的整体安全性和经济性。
1技术方案
针对现有技术的空缺，核电站群堆管理的监控方法，解决了核电站多机组运行模式下存在的各机组监控系统分散和生产指挥调度工作难以整体协调的问题，从而可以实现群堆管理模式下的统一接口协调需求，提高核电站整体运行的安全性和经济性。
核电站群堆管理监控系统包括数据采集平台、数据处理平台和信息管理显示平台。
数据采集处理平台采用以太网技术，包括通讯服务器和与其连接的多个数据采集单元。通讯服务器通过光纤与多个数据采集单元相连，以周期扫描的方式对各厂房及主DCS进行核功率、热功率、电功率、每台机组上网电量、反应堆功率控制器状态、汽轮机功率控制器状态、厂用电负荷、海水温度等核电厂总体状态的数据采集。
数据处理平台包括数据处理服务器。数据处理服务器负责接收、处理、传输来自通讯服务器的全部数据，所有数据的短期储存，并可以通过外部数据存储媒体进行数据转存，通过交换机将全部数据结果传输给信息管理显示平台显示。
信息管理显示平台继承单机组DCS的人机接口特性，包括工作站、工程师站和大屏幕；工作站是群堆管理监控系统的人机接口，接收数据处理服务器传输的全部数据，并显示在工作站上；工程师站是对群堆管理监控系统进行组态、维修及维护的工具；大屏幕提供核电站各机组的总体状态信息。
本技术方案的有益效果在于：
数据采集平台有效借助了全厂DCS系统的数据采集机柜，尽量将在主DCS范围内的数据从仪控系统的服务器机柜中采集到数据采集平台，大大减少了硬件接口与软件节点，数据采集更为合理，成本得到有效节约。
数据采集平台与各厂房及主DCS的传输方式采用光纤，信号传输更为高速可靠，提高了数据采集平台的可用率、传输性能及经济性。
数据采集平台和数据处理平台功能分开，有效降低了服务器的负荷，提高了服务器的性能。
信息管理显示平台有效继承了主DCS的人机接口功能特性及风格，这样工作人员更易熟悉，有助于快速查看有效信息，及时发现问题，做出决策。
2具体实施
2.1 硬件设备
群堆管理监控系统采用中核控制系统工程有限公司的Nicsys系统。数据采集平台采用研华的ECU 4784系列通讯服务器，数据处理平台采用DELL的R720系列数据服务器，交换机采用魏德米勒的IEMS2000-28G-HV，大屏幕采用威创的C-PH705、工作站及工程师站采用研华IPC-610L系列工控机。
2.2 数据采集平台
数据采集平台以周期扫描的方式采集两种不同类型的数据：
第一类通讯采集数据包括各机组各厂房不在主DCS范围内的整体状态信号，如除盐水系统、含油生产废水系统、工艺生活用水收集系统、辅助锅炉房系统、制氯站、廊道及外网的系统状态信号参数。
各个电站的主DCS仪控的平台不一样，如田湾核电站，1-4号机组采用的是西门子的平台，5-6号机组采用的广利核的平台。不论DCS主仪控是哪个平台，由于主DCS仪控系统都位于电厂的生产控制大区，根据国家发改委第14号令的规定，主DCS跟群堆管理监控系统的通讯之间都要设置单向隔离装置。
第二类通讯采集数据为各机组主DCS范围内的整体状态信号，如核功率，热功率，电功率，每台机组上网电量、反应堆功率控制器状态、汽轮机功率控制器状态、厂用电负荷、海水温度等信号参数。。
需要说明的是，数据采集平台中所选的通讯数据采集类型和数量并不局限于上述情况，类型和数量可以根据核电站各系统的实际情况进行确定。
图1 数据采集流程
图1为数据采集流程，数据采集的具体实现方法如下：
（a）数据采集主程序运行，调用数据采集程序；
（b）判断执行哪类循环。第一类各厂房采集程序循环，采用MODBUS TCP/IP。第二类主DCS采集程序循环，采用MODBUS TCP/IP；
（c）判断执行厂房采集循环时，采集程序依次对与其连接的每个物理链路中的所有设备的数据按照设置的采集周期进行循环采集。
（d）判断执行主DCS采集循环时，采集程序对与其连接的主DCS仪控系统的二层网络按照设计的采集周期进行循环采集。
（e）采集循环开始后，调用发送程序模块；
（f）发送程序模块从背景数据块中读取从站地址、寄存器地址，读取采集链路中设备的监测数据；
（g）判断条件是否满足，能否发送成功
（h）如果满足发送条件，数据采集平台发送读取命令；如果不满足，提示报错信息。
（i）重复执行直到设置的周期结束，返回状态；
（j）各物理链路的通讯设备收到读取命令，返回对应的数据；
（k）数据采集平台执行接收程序模块，存储从站返回的相应数据
（l）判断数据采集是否成功；
（m）如果数据成功采集，数据存储，供交换机将数据上传；如果数据采集失败，提示报错信息，重复执行直到设置的周期结束；
（n）主程序判断所有物理链路的从站是否都已经循环采集一遍；
（o）如果未完成全部采集一遍，采集下一从站数据；如果已完成全部采集一遍，从站计数重置，进入新一轮循环采集。
2.3 数据处理平台
所有采集的数据将通过交换机传送到数据处理平台，数据处理平台接收、分析并处理数据采集平台的全部过程数据，并将数据处理结果传送给信息管理显示平台。
2.4 信息管理显示平台
信息管理显示平台接收来自数据处理平台传输的全部数据，并显示该数据。信息管理显示平台具备画面显示、趋势功能、日志、数据存档与离线查询、报警系统、权限控制、系统状态诊断功能。
画面显示通过统一的图形用户界面和先进的窗口显示方式将各台机组信息显示出来以满足人员需求，主要提供状态或事件的清单画面、趋势画面和监视画面。状态或事件的清单画面主要包括测点状态变化和异常情况、设备故障、人工操作记录、系统内部提示信息以及与系统有关的各种事件等。趋势画面用于显示有关工艺过程的图形信息，主要以趋势曲线和数值表的形式将过程当前的和历史的状态显示出来。监视画面主要是指监视工况的计算机监视画面，如主回路、二回路、各子系统的总体状态监视画面。
趋势功能可以对模拟量或开关量按时间进行动态曲线显示。趋势可以趋势曲线和数值表两种方式显示变量的变化情况。在总体画面中设计“核功率、热功率和电功率”以趋势显示，趋势图可以实现1h、8h、24h时间显示功能，同时这三个模拟量和其他模拟量可以通过列表显示。其余画面，总体上以列表形式显示相关参数。
日志负责记录和存贮系统发生的所有历史事件，是与测点状态变化和异常情况、设备故障、人工操作记录、系统内部提示信息以及其它系统有关的事件。事件以文字方式记录，一个事件一条记录。日志应有一定的存储容量，达到满容量后，日志信息应循环存放，新的信息进入时删除最老的信息。同时可以定期对各类日志信息进行后备存储。
系统至少可以在线保存1年的各种历史数据，在此期间系统应可定时自动或手动启动数据存档，将数据从系统转储到光盘等存储介质上。离线查询设计可以提供按点名、系统、报警级别、事件等查询方式对历史数据进行查询。
当工艺参数偏离运行范围，设备状态与当前运行状态不符，设备发生故障，或者系统设备无法操作（如I&C故障、失去电源或压缩空气等动力源）时都有相应的报警信息提示，同时应给以声音和灯光的报警提示。另信息管理显示平台有自身的仪控报警显示画面或列表，能够显示系统中所有设备的故障信息。
信息管理显示平台为人员登录赋予了相应的权限，需要输入密码及登录级别，并要求新的用户登录后，原用户自动退出等。
实时诊断系统中所有硬件设备（服务器，操作站及所有的网络连接设备）的状态；并能监视所有机器的CPU负荷、内存使用率和实时网络的网络负荷，提供整个系统运行时的设备状况及相关信息。设备的故障信息和故障恢复信息记录到日志和仪控报警表中。
2.5 辅助通讯控制功能
群堆管理监控系统还提供了一些辅助的通讯控制功能，包括如下远程终端设备：
电网调度电话系统提供网调、省调、地调电话用于在电厂正常运行时的电网调度；
有线广播及声警报系统提供广播控制台，提供下达声音命令及紧急信号；
时钟系统为总值长系统提供统一授时服务；
工业闭路电视系统提供专用工作站以实现与机组的同步监视；
无线集群调度电话系统设置一套固定台用于无线通信；
网控操作站配置专用工作站实现对网控相关设备的监视和操作；
消防仪控系统配备机柜及专用工作站。
3 结束语
本文提出的核电站群堆管理监控系统及方法，有效解决了核电站多机组运行模式下存在的各机组监控系统分散和生产指挥调度工作难以整体协调的问题，实现了群堆管理模式下的统一接口协调需求，提高了核电站整体运行的安全性和经济性。
论文作者:刘娜,白江斌
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/17
标签：机组论文; 核电站论文; 数据采集论文; 系统论文; 平台论文; 数据论文; 监控系统论文; 《建筑学研究前沿》2018年第31期论文;