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摘要：随着时代的发展，核电厂仪控系统的改造必然趋向于数字化。就数字化系统本身而言，在技术上没有明显的风险，与全新的核电厂相比，改造工作有众多的约束条件。由于技术的进步和数字化仪控系统的广泛应用，已有改造指导对数字化技术本身的关注已经不再重要。针对指导的关注点与现实脱节的情况，为了能够成功进行仪控系统的数字化改造，本文提出了改造的实施策略，分析了改造时必须关注的要素，给出了相应的建议。
关键词：核电厂；仪控系统；数字化改造
引言
仪表和控制系统作为现代核电厂的核心部分，对核电厂的安全稳定运行起着至关重要的作用。纵观核电厂的发展进程，核电厂的数字化进程大致分为三个阶段：第一阶段，以模拟量组合单元仪表作为控制系统，如深圳大亚湾核电厂主控制系统所采用的Baily9020系统；第二阶段，随着计算机技术的迅猛发展，当前核电厂也大多采用了集散控制系统DCS（Distributed Control System），如江苏田湾核电厂所采用的Teleperm-XP仪控系统；第三阶段，电厂最新采用的则是现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System），是数字化仪控系统的典型代表。
1核电厂数字化仪控系统相关内容阐述
1.1核电厂数字化仪控系统
核电厂数字化仪控系统是核电厂在发展中比较重要的核心部分，其在核电厂运行中，主要是以系统的方式存在的。数字化仪控系统是基于互联网技术而不断创新而来的，在应用时主要以计算机和通讯为主，属于分布式控制系统。数字化仪控系统在核电厂中的应用，依据的是四种技术，包括计算机技术、通信技术、控制技术以及显示技术等。在利用上述四种技术的基础上，通过互联网技术的支持，实现对新型技术的引入和使用。新型技术包括以智能为主的自动报警技术、能实现远程操控的人机界面等。将上述技术放置到数字化仪控系统中，实现系统化的控制功能，对相应的技术实施控制，使其能够在核电厂运行中充分发挥应有的作用。
1.2核电厂数字化仪控系统的特点
1.2.1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。
1.2.2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。
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（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。
2核电厂仪控系统数字化改造关键要素
2.1纵深防御的要求
仪控系统应根据电厂安全性目标设计，满足电厂纵深防御的策略。在正常运行和运行瞬变时，核电厂的仪控系统进行调节和控制，保证电厂正常或恢复正常运行；对于预期设计瞬态事件，正常运行装置和/或反应堆停堆系统来保证核电厂的安全性，维持屏障的有效性和人员的可居留性；当发生设计基准事故时，通过反应堆停堆系统、专设安全设施驱动系统等动作，实现紧急停堆，缓解事故后果。
2.2单一故障准则的应用
部件和设备即使按照高质量标准制造，有时也会以一种随机、不可预测的方式，在一个随机的和不可预测的时间无法正常工作。安全重要仪控系统满足单一故障准则，获得系统高可靠性，避免整个仪控系统丧失功能。影响核电厂的运行和安全的重要方式之一是采用冗余设计。先进核电厂的保护系统（包括反应堆紧急停堆和专设安全设施的驱动及逻辑控制）的仪表通道，通常采用4个独立的保护通道，逻辑处理采用独立的A、B系列或者4个独立的通道，完全满足单一故障准则。冗余仪控系统的支持系统也要求采用相应的冗余设计。全部的仪表通道以及逻辑处理等分别由相互独立的交流不间断电源供电。在结构和部件上，一个冗余的子系统执行其功能不依赖于其它子系统。冗余的各个子系统布置在不同的房间，避免一个房间发生内部灾害（如火灾，洪水等）影响到其它子系统。冗余子系统之间的信号交换必须经过电气隔离。安全级系统与非安全级系统间的连接不得阻碍安全功能的执行。
2.3平台的选择
为了便于通过核安全监管当局的审查，核电厂通常采用经过核安全认证的DCS/PLC等产品作为仪控系统的实现平台。可编程逻辑器件的解决方案，如现场可编程门阵列（FPGA）和专用的集成电路（ASIC）等也可作为备选项。这些通常被认为是“基于硬件的可编程设备”，在设计和实现方面比基于软件的计算机系统更加简单，更有利于进行安全性审评。它们也易于和其他的硬件平台联合并列使用，在对安全级仪控系统实施多批次改造时比较方便，可明显降低改造的难度和风险。
2.4主控室升级
编制主控室升级计划是数字化仪控系统改造的一个至关重要的工作。数字化仪控系统的主控室通常是数字化的先进主控室。但采用分步改造策略时，在改造的某些阶段，主控室也可能是模拟和数字设备并存的混合式。无论何种情况，应在改造开始时就明确改造完成后主控室最终状态。主控室的升级改造需要特别关注：改造前后核电厂各系统自动化运行水平的变化，必须重新分配的人机任务，修改相应的运行规程以及验证人因工程设计的适宜性等。详细设计时应特别注意人因和操纵员的接受程度以及预留或改进防火隔离和灭火措施。如果采用保留部分已有设施的升级方式，则新组件可接受尺寸（例如自动/手动控制盘台）应不需要对已有的设施进行修改。只有在与操作人员密切协商，进行新设备的操作培训以及修改有关的操作规程后，才能将新设备实际整合到控制室中。如果改造有目标电厂，则应尽可能采用目标电厂已有的模拟机进行培训。但应注意可能的差异，特别是采用分步改造方式时，新旧系统协同运行所需的临时性的培训。需特别注意的是，在采用分步改造时，应保证每个改造阶段结束后，如果改造由于某种原因不能按计划进行，核电厂仍能长期稳定、可靠、安全运行。
结语
在核电厂仪控系统的数字化升级改造是具有高难度的系统工程。涉及到改造范围的确定；中长期的战略规划；实施策略的选择；子系统改造的次序；主控室的现代化改造；安全监管当局的审批；数字化仪控系统总体架构，软件的V&V管理等众多工作。
参考文献
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论文作者:程学新,王霞
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年2期
论文发表时间:2019/6/6
标签：核电厂论文; 系统论文; 冗余论文; 多样性论文; 子系统论文; 数字化仪论文; 技术论文; 《建筑学研究前沿》2019年2期论文;