（福建福清核电有限公司 350318）
1.核电数字化控制的演变过程
随着科学技术的不断进步，核电站为了能更好的创建新能源，大规模的应用了数字化控制技术。总体说来，核电站数字化控制的发展大概可分为模拟量控制、半数字化控制和全数字化控制三个阶段。
1.1 模拟量控制
由于当时计算机技术和仪控控制系统的限制，核电站的控制系统只能采用组装式的模拟控制功能组件。主控室采用模拟操作器、控制开关、显示器和按钮，而保护系统也采用模拟保护通道加继电器或磁心保护技术，有的也才采用模拟保护通道加CMOS数字保护逻辑，有的还利用功能有限、容量小的电厂监控计算机来显示和记录电厂的关键工艺参数和变量。
在模拟控制阶段，从设计方面考虑不能实行全面人因工程；从设备方面来说，设备自动化程度低，就地仪表、机柜、控制室布置复杂，结构庞大；从运行方面来说又缺少相应的运用知识规则。在切换工况的时候，尤其是低功率运行和停堆工况都必须实施手动的操作，并且出现报警和误操作的可能性较大。从仪表的使用和功能维护上说，系统故障诊断和定位比较困难，仪表精度低、漂移大，尤其是保护定值计算单元采用模拟卡件减少了停堆的裕量，大大增加了不确定度。从此可以看出，对核电厂的模拟控制仪表进行研造升级很有必要。
1.2 半数字化控制
这个阶段的主要模式是模拟保护加部分数字控制与数字保护加模拟控制两种形式。这个时期的发展主要是取决于各个核电站设计单位以及厂家的出发点。美国为了提高整个系统的可靠性，对保护系统中影响到计算定值精度的模拟通道用计算机化卡件替换，对影响到核电站的可用性的主给水系统采用了计算机控制；而法国为了提高保护系统的可靠性和准确度，率先在130万kW级核电站上采用了SPIN全数字化保护系统。在这个阶段，电站事故诊断系统、基于知识与规则的专家系统也得到了初步的应用。上海核工程研究院为巴基斯坦设计的30万kW核电站，采用了基于未微处理器的控制仪表，并采用了多台PLC控制器对复杂的工艺过程进行自动控制；主控制室的布置较好的履行了人因工程原则，人机界面有了较大的改善，用于监控电站各种工况的电厂计算机功能与性能也能得到很大的加强。
1.3 全数字化控制
二十世纪九十年代的时候，法国率先在145万kW的N4核电站上采用了全数字控制与保护系统[1]，但由于其工模故障与系统的可靠性还未能确定，当时用了4套独立可用的控制室，以消除系统的“单一故障”。此外，还设置了大量的采用硬接线来连接的按钮和控制仪表，作为数字化系统故障时的后备手段，以确保反应堆的安全停堆与余热到处。英国电力公司当时也在SIZEWELL B核电站上采用了全数字的控制系统[2]，这是美国西屋公司一体化的数字控制系统，它包括安全有关的重要控制系统HICS、集散控制系统DCS和一般的工艺控制系统PCS，并且采用了基于EAGLE的全数字化的保护系统PPS。但由于压水堆核电站缺乏感性认识，所以另外设置了一套独立于数字化保护系统的磁芯逻辑保护系统SPS。但是整个主控制室仍采用常规控制方式，采用了大量的CRT显示器，这与其他的设置极为不一致。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
全数字化控制发展的初级阶段，只是对核电站的仪表更新、控制的准确度以及备品备件进行了优化[3]，即升级了控制系统的硬件，而要想更好的给核电站带来更大的经济效益，必须全面提升核电的全数字化。所以需要利用计算机技术与已有的核电运行经验与数据，实现全自动化控制和优化控制策略，开发具有鲁棒性能、自诊断功能、预测控制的智能化系统，以达到满足认知科学、知识工程与人因工程原则的要求。
2.核电数字化控制系统的介绍
数字化控制系统在核电的架构大同小异，以福清核电为例，数字化控制系统可分为数据采集层、控制层和监控层三个层次.福清核电站控制系统的最基础层次是数据采集层，在这层中，采用了大量的仪表和执行器，用以对就地大量的信号进行采集和传输。而在此层中大部分都是采用模拟技术，数字化技术很少采用。控制层根据数据采集层采集的数据，利用NC级、NC+级和1E级控制站，完成现场信号输入输出、自动控制和保护功能。而监控层完全采用计算机化的操作界面，对数据采集层、控制层进行监视及整体控制操作。
在福清核电站，数字化控制系统可分为不带抗震要求的非安全级（NC）、带抗震要求的非安全级（NC+）和安全级（1E）三类，其中NC和NC+级可以统一归为非安全级。非安全级主要完成机组在运行状态下的自动控制和监控操作，也叫做运行仪控系统；安全级主要完成在事故工况下的保护和事故缓解功能，主要包括反应堆跳堆、专设安全设施控制、事故后监视等功能。
核电场对使用基于软件的数字化控制系统非常谨慎，一般情况下安全级、非安全级采用不同厂家的设备或不同设计技术的设备，这种多样化措施，可以避免控制系统和安全系统同时出现问题的情况。核电站非安全级数字化控制与火电厂数字化控制的差异主要在于可靠性和可维护性的不同。
核安全级数字化控制对于实时性要求很高，在数字化控制系统中，实时性一方面意味运算周期短，但更主要的是确定性。核安全级数字化控制对于信息安全有很高的要求，程序和数据受到保护，不受偶然的或者恶意的原因而遭到破坏、更改。数据真实性和完整性在仪控系统中更为重要，数据校验和冗余是有效的方法。
3.核电数字化控制在我国电站的应用
作为全数字化控制系统在国内首次应用的江苏核电站，其出色的运行业绩为核电站仪控领域发展提供了良好实践。全数字化控制系统降低了人为误操作引起的非计划停堆停机概率，并从软件和硬件上确保了电站安全系统的高可靠性；全数字化控制系统自田湾核电站投入临时运行至今一直稳定运行，从未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，数字化控制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控制时代已到来。
目前在国内的核电站基本上都是第二代，控制系统基本沿用模拟单元组合式仪表[6]，加入了计算机数据采集系统（DAS），包括数据的采集、显示、报警和日志记录、趋势记录等，与国内上世纪80年代火电厂的技术水平差不多。全数字化的核电站控制系统是第三代产品，它的控制层、监控层完全计算机化，实现先进主控室的设计，控制回路也根据计算机化的特点进行了改进。计算机系统是有其固有特点的，所以必须改进之后才能应用于DCS（集散控制系统）。
在大亚湾和秦山核电站，反应堆保护系统是组合式模拟仪表加继电器逻辑；之后，岭澳、福清等核电站加入了采集系统，在主控室有几个终端来显示采集的数据和报警，模拟操作盘台加上数字化采集系统，常规岛与一般的火电厂基本相同，采用DCS，核岛控制系统比较重要，沿用了组合式仪表。2000年以来，田湾等在建的核电站都用到了全数字化的控制系统，主控室模拟盘大大缩小，甚至只剩下一个紧急操作盘，保护系统也升级为基于核安全级的DCS。
经过多年努力，我国已确立了较为完整的核电控制系统设备设计、制造安全规范，形成了一批相对成熟的核电控制设备供应商，国产化程度得到不断提升。其中，核电站非安全级数字化仪控系统已经完全实现自主化；核安全级数字化控制平台研制也取得了突破性进展，发布了具有完整自主知识产权据的原理样机阶段的研制成果。国产化仪控技术的发展将为核电安全架起更为稳固的防护网。
论文作者:沈玉仙,肖玉姣
论文发表刊物:《电力设备》2015年4期供稿
论文发表时间:2015/12/4
标签：核电站论文; 控制系统论文; 核电论文; 系统论文; 采用了论文; 福清论文; 仪表论文; 《电力设备》2015年4期供稿论文;